Афу радиостанции что это
Антенно-фидерные устройства
Функции антенн в указанных системах сводятся к излучению или приему электромагнитных волн. Соответственно различают передающие и приемные антенны, подключаемые либо к передатчику, либо к приёмнику. Подключение осуществляется обычно не непосредственно, а с помощью линий передачи энергии (фидеров).
Содержание
Антенны
Передающая антенна преобразует энергию волн, поступающих по фидеру от передатчика к антенне, в энергию свободных колебаний, распространяющихся в окружающем пространстве. Передающая антенна должна не просто излучать электромагнитные волны, а обеспечивать наиболее рациональное распределение энергии в пространстве. В связи с этим одной из основных характеристик передающих антенн является диаграмма направленности (ДН) — зависимость излучаемого поля от положения точки наблюдения (точка наблюдения должна находиться в дальней зоне — на неизменно большом расстоянии от антенны). Требования к направленности колеблются в очень широких пределах от близких к направленным (системы радиовещания и эфирного телевидения) до резко выраженной направленности в определенном направлении (дальняя космическая радиосвязь, радиолокация, радиоастрономия и т. д.). Направленность позволяет без увеличения мощности передатчика увеличить мощность поля, излучаемого в данном направлении, а также позволяет уменьшать помехи соседним радиотехническим системам, то есть способствует решению проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС). Направленность можно получить только когда размеры антенны существенно превышают длину волны колебаний.
Приёмная антенна улавливает энергию свободных колебаний и превращает ее в энергию волн, которая поступает по фидеру на вход приемника. Для приемных антенн диаграмма направленности (ДН) — это зависимость тока в нагрузке антенны, то есть в конечном счете в приемнике, или ЭДС наводимой на входе приемника, от направления прихода электромагнитной волны, облучающей антенну. Наличие направленных свойств у приемных антенн позволяет не только увеличивать мощность выделяемую током в нагрузке, но и существенно ослаблять приём различного рода помех, то есть повышает качество приёма.
Любую передающую антенну можно использовать и для приёма электромагнитных волн и, вообще говоря, наоборот, однако из этого не следует что они одинаковы по конструкции.
Фидеры
Важную роль в работе антенных устройств играет линия передач (фидер), которая передаёт энергию от генератора к антенне (в передающем режиме) или от антенны к приёмнику (в режиме приёма).
Основные требования к фидеру сводятся к его электрогерметичности (отсутствию излучения энергии из фидера) и малым тепловым потерям. В передающем режиме волновое сопротивление фидера должно быть согласовано с входным сопротивлением антенны (что обеспечивает в фидере режим бегущей волны) и с выходом передатчика (для максимальной отдачи мощности). В приёмном режиме согласование входа приёмника с волновым сопротивлением фидера обеспечивает в последнем режиме бегущей волны, согласование же волнового сопротивления фидера с сопротивлением нагрузки — условие максимальной отдачи мощности в нагрузку приёмника. В зависимости от диапазона радиоволн применяют различные типы фидеров:
Афу радиостанции что это
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
АНТЕННО-ФИДЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА СИСТЕМ СУХОПУТНОЙ
ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
Типы, основные параметры, технические требования и методы измерений
Antenna-feeder devices of systems of land mobile radiocommunication.
Types, basic parameters, technical requirements and methods of measurements
ОКС 33.120.40
ОКСТУ 6577
Дата введения 1996-01-01
1 РАЗРАБОТАН Воронежским научно-исследовательским институтом связи (ВНИИС)
2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 07.02.95 N 38
1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Настоящий стандарт распространяется на антенно-фидерные устройства (АФУ), предназначенные для работы с подвижными радиостанциями в диапазоне очень высоких частот (ОВЧ) от 30 до 300 МГц и устанавливает типы, основные параметры, технические требования и методы измерений.
Вид климатического исполнения АФУ по ГОСТ 15150 устанавливают в технических условиях (ТУ) на изделия конкретного типа.
Настоящий стандарт может распространяться на АФУ диапазонов частот от 26 до 30 МГц и от 300 до 500 МГц.
2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 12.1.006-84 ССБТ. Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля
ГОСТ 12.1.030-81 ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление
ГОСТ 12.3.019-80 ССБТ. Испытания и измерения электрические. Общие требования безопасности
ГОСТ 14192-77 Маркировка грузов
ГОСТ 15150-69 Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды
ГОСТ 16019-78 Радиостанции сухопутной подвижной службы. Требования по устойчивости к механическим и климатическим воздействиям и методы испытаний
3 ТИПЫ
3.1 Антенно-фидерные устройства подразделяют на унифицированные группы:
— по волновому сопротивлению питающего фидера (50 и 75 Ом);
— по условиям эксплуатации (работающие как на ходу, так и на стоянке и развертываемые для работы только во время остановок).
3.2 Антенны, как составную часть антенно-фидерных устройств, подразделяют на типы в соответствии с таблицей 1.
Вибраторная с рефлектором
Однопроводная бегущей волны, представляющая собой нагруженный на активное сопротивление провод длиной в несколько длин волн, натянутый параллельно земной поверхности
Треугольная, образованная из однопроводной антенны бегущей волны при поднятии на опору (мачту) средней или ближней к радиостанции части провода
3.3 Условное обозначение антенно-фидерных устройств конкретного назначения должно состоять из:
— буквы А (первой буквы слова «Антенна»),
— обозначения типа антенны в соответствии с таблицей 1.
Для штыревых антенн целесообразно после буквы Ш через дефис добавлять число, определяющее длину антенны в метрах, и обозначение эксплуатационного назначения радиостанции, с которой, работает антенна:
При записи в нормативных и технических документах (НТД) и при заказе после условного обозначения указывают номер чертежа.
Примеры условного обозначения:
3.4 В отдельных случаях к условному обозначению типа антенны допускается добавлять буквы, определяющие существенное отличие данной антенны от существующих.
4 ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
4.1 Антенны должны быть рассчитаны на подключение к ним фидера с волновым сопротивлением 50 или 75 Ом.
4.2 Диапазон рабочих частот АФУ устанавливают в ТУ на АФУ конкретного типа.
4.3 Замковые соединения колен антенны штыревой (АШ) должны обеспечивать надежный контакт между собой и амортизатором.
4.3.1 Переходное электрическое сопротивление любого одного сочленения (соединения) АШ должно быть не более 0,1 Ом, если другая величина не оговорена в ТУ на АФУ конкретного типа.
4.3.2 После испытаний АШ (2000 циклов свертывания-развертывания или 5000 циклов отклонений) переходное сопротивление одного сочленения должно быть не более 0,15 Ом, если другая величина не оговорена в ТУ на антенну конкретного типа.
5 ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
5.1 Общие положения
5.1.1 АФУ должны изготовляться в соответствии с требованиями настоящего стандарта и ТУ на АФУ конкретных типов по рабочим чертежам, утвержденным в установленном порядке.
5.2 Требования назначения
5.2.1 Тип АФУ должен определяться назначением радиостанции и другими условиями ее эксплуатации.
5.3 Требования надежности
5.3.1 Требования по надежности АФУ должны устанавливаться в ТУ на АФУ конкретного типа.
5.4 Требования по стойкости к внешним воздействиям
5.4.1 АФУ должны соответствовать требованиям по устойчивости к механическим и климатическим воздействиям, установленным в ГОСТ 16019.
5.4.2 Свертываемые антенны, антенно-фидерные и антенно-мачтовые устройства должны выдерживать 2000 циклов свертывания-развертывания (износоустойчивость).
Допускается меньшее количество циклов свертывания-развертывания, что должно быть оговорено в ТУ на АФУ или радиостанцию конкретного типа.
5.4.3 Антенна с амортизатором и гибкая антенна должны выдерживать 5000 циклов отклонений от вертикали на (40±5)° в каждую из двух сторон в одной плоскости (прочность при изгибах).
При необходимости количество циклов отклонений от вертикали и величину угла устанавливают в ТУ на антенну или радиостанцию конкретного типа.
5.4.4 Антенны с амортизатором, предназначенные для установки на объектах, работающих в условиях движения в лесистой местности, должны сохранять работоспособность после трех ударов о препятствия. При этом точка соударения должна находиться на высоте 0,7 м от места закрепления нижнего колена на амортизаторе, если другая величина не оговорена в ТУ на антенну конкретного типа. Объект с антенной должен двигаться при этом со скоростью 40 км/ч.
5.5 Требования технического обслуживания и ремонта
5.5.1 Требования технического обслуживания и ремонта АФУ должны устанавливаться в техническом описании на изделие.
5.6 Требования к транспортированию и хранению
5.6.1 Транспортирование и хранение АФУ должно осуществляться с учетом требований ГОСТ 23088, ГОСТ 23216, ГОСТ 15150 в таре, удовлетворяющей требованиям ГОСТ 14192.
5.7 Требования безопасности
5.7.1 При эксплуатации и проведении измерений параметров АФУ должны выполняться требования ГОСТ 12.1.030, ГОСТ 12.3.019, «Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей», утвержденных Госэнергонадзором, а также требования безопасности, изложенные в паспортах и инструкциях по эксплуатации АФУ, радиостанций и контрольно-измерительных приборов.
Антенно-фидерные устройства. Основные понятия и определения
Антенной называется устройство, предназначенное для излучения или приема электромагнитных волн. Антенна является необходимым элементом любого радиопередающего и радиоприемного устройства. Антенна радиопередатчика, или передающая антенна – устройство, предназначенное для преобразования тока высокой частоты в энергию излучаемых им электромагнитных волн. Приемная антенна,или антенна радиоприемника – это устройство, которое улавливает электромагнитные волны и преобразует их в энергию высокочастотных колебаний.
Совокупность устройств, с помощью которых энергия радиочастот подводится от радиопередатчика к антенне и от антенны к радиоприемнику, называется фидерным трактомили фидером.Конструкция фидера зависит от диапазона передаваемых по нему частот.
Принципы действия и построения антенн.
Принцип работы антенн на основе излучающих проводов заключается в следующем. Если к двум близко и параллельно расположенным проводам, представляющим длинную линию, подключить генератор высокочастотных колебаний, то поля двух одинаковых по значению, но противоположно направленных токов взаимно компенсируются и излучение энергии в окружающее пространство не происходит. При создании антенны ставится противоположная задача – получение возможно большего излучения. Для этого можно использовать ту же длинную линию, но раздвинув ее провода на некоторый угол, в результате чего их поля не будут компенсировать друг друга. На этом основана работа V-образных и ромбических антенн, излучающие провода которых расположены под острым углом один к другому (рис. 1.10, а, б), и симметричного вибратора, получающегося при разведении проводов на 180° (рис. 1.10, в).
Рис. 1.10. Симметричные антенны
Компенсирующее действие одного из проводов фидера можно устранить, исключив его из системы. Это приводит к получению несимметричного вибратора (рис. 1.11, а) и на их основе несимметричных антенн: Г-образных и Т-образных (рис. 1.11, б, в).
Рис. 1.11. Несимметричные антенны
Фидер излучает, если соседние участки его двух проводов обтекаются совпадающими по фазе токами, поля которых усиливают друг друга. Антенны, реализуемые на этом эффекте, называются синфазными, и они получили самое широкое распространение.
Фидер будет излучать, если расстояние между проводами по некоторым направлениям приобретает значительную разность хода. Можно так подобрать расстояние между проводами, что по некоторым направлениям произойдет сложение волн от обоих проводов. Антенны, работающие на этом явлении, называются противофазными.
Рассмотрим более подробно принцип работы симметричного вибратора, входящего в состав многих антенн. Симметричный вибратор можно представить как длинную линию, разомкнутую на конце, провода которой раздвинуты на 180°.
Рис. 1.12. Симметричный вибратор и распределение тока и напряжения
Распределение тока и напряжения вдоль вибратора подобно распределению в длинной линии, разомкнутой на конце. Пучность тока и узел напряжения получаются в середине вибратора, в месте подсоединения к нему генератора или питающего фидера. На концах вибратора, напротив, находятся узел тока и пучность напряжения.
Предположим, что полярность источника ЭДС такая, как на рис. 1.12, б. По проводам проходит ток, заряжающий конденсатор, образованный плечами вибратора. Одновременно возникает магнитное поле Н.После того как ток, достигнув максимума, начинает падать, уменьшаясь до нуля, в плечах диполя остаются заряды, отмеченные на рисунке плюсами и минусами. Между плечами возникает электрическое поле Е, которое показано штриховой линией (в данном случае линии поля даны только между концами вибратора). Поскольку ток равен нулю, магнитное поле около диполя исчезает, а ранее образовавшаяся его волна продолжает распространяться в пространстве.
Далее процесс повторяется, но уже в обратном порядке. Так как полярность питающего напряжения меняется, ток будет протекать в обратном направлении. Заряды, накопленные на проводах, будут стекать, и плечи диполя перезарядятся, т.е. возникнет поле Е обратного направления. Отодвинувшиеся от вибратора силовые линии первоначального электрического поля теперь не заканчиваются на вибраторе, а замыкаются где-то в пространстве, как показано на рис. 1.12, в.
Ранее образовавшееся магнитное поле совместно с электрическим отходит все далее от вибратора, распространяясь в пространстве. Затем в проводах появляется ток, как и в начале процесса, и т.д.
Излучение полуволнового диполя максимально в экваториальной плоскости, т.е. в плоскости, перпендикулярной оси диполя и проходящей через его середину. Излучение в осевых направлениях отсутствует. Волны, создаваемые такими антеннами, имеют сферический фронт.
Если полуволновый вибратор расположить вертикально, его размер можно уменьшить вдвое благодаря проводящим свойствам земли. При вертикальном расположении нижний конец антенны подключается к одному из зажимов генератора электромагнитных колебаний (рис. 1.13, а), второй зажим генератора при этом заземляется. Если предположить, что земля является идеальным проводником, то в ней наводится ЭДС, которая действует как зеркальное изображение основного вибратора (рис. 1.13, б).Такая антенна называется несимметричной антенной, ее высота приблизительно равна λ / 4. Все сказанное справедливо только в том случае, когда земля представляет собой идеальный проводник. Когда же земля обладает плохими проводящими свойствами, характер распределения тока в земной поверхности изменяется. Особенно большое значение имеет сопротивление земли вблизи основания антенны. Для улучшения проводимости этого участка применяют металлизацию земли путем закапывания в нее металлических листов, проводов, путем улучшения химического состава почвы, с помощью пропитывания ее различными солями.
Рис. 1.13. Несимметричный четвертьволновой вибратор
Опыт показывает, что нет надобности осуществлять полную металлизацию земли, достаточно хорошо работает система радиальных расходящихся проводов, закопанных в землю на глубину 20. 50 см. Качество металлизации улучшается, если радиальные провода соединяются между собой перемычками. Часто заземление заменяют противовесом – системой проводов, не зарытых, а поднятых над Землей. Противовес должен достаточно эффективно экранировать антенный провод от Земли, играя роль хорошо проводящей поверхности. Он обычно дает худшие результаты, но на передвижных радиостанциях является единственным выходом из положения. Обычно в качестве противовеса используется корпус автомобиля, на котором располагается радиостанция. Таким же образом поступают при необходимости установки радиостанции на каменистом грунте.
Основные характеристики и параметры антенн.
Излучающая мощность (Рu)- мощность электромагнитных волн, излучаемых антенной в свободное пространство. Это активная мощность, так как она рассеивается в пространстве, окружающем антенну. Следовательно, излучаемую мощность можно выразить через активное сопротивление, называемое сопротивлением излучения,
, (1.9)
Сопротивление излучения характеризует способность антенны к излучению электромагнитной энергии и качество антенны в большей степени, чем излучаемая ею мощность, поскольку последняя зависит не только от свойства антенны, но и от создаваемого в ней тока.
. (1.10)
Коэффициент полезного действия (КПД) антенны, равный
. (1.11)
Направленность антенны- способность излучать электромагнитные волны в определенных направлениях. Об этом свойстве антенны судят по диаграмме направленности, которая графически показывает зависимость напряженности поля или излучаемой мощности от направления. Обычно пользуются нормированными диаграммами направленности, для которых величины, характеризующие напряженность поля или мощность излучения, выражены не в абсолютных значениях, а ограничиваются диаграммами направленности в двух плоскостях: горизонтальной и вертикальной.
Шириной диаграммы направленности называют угол 2θ (см. рис. 1.14, б, в),в пределах которого мощность излучения уменьшается более чем в 2 раза по сравнению с мощностью в направлении максимального излучения. Так как мощность пропорциональна квадрату напряженности поля, то границы угла раскрыва диаграммы направленности определяются величиной 
от напряженности поля в направлении максимального излучения.
Рис. 1.14. Диаграмма направленности симметричного вертикального вибратора
Коэффициент направленного действия (D) представляет отношение плотности потока мощности Пu, излучаемой данной антенной в определенном направлении, к плотности потока мощности Пн, которая излучалась бы абсолютно ненаправленной в любом направлении при условии равенства общей излучаемой мощности в обеих антеннах. Наибольший интерес представляет коэффициент направленного действия в направлении максимального излучения
, (1.12)
Преимущественное излучение антенн в заданном направлении эквивалентно увеличению мощности передатчика. Следовательно, направленность передающей антенны весьма желательна.
Полосой пропусканияантенны, или ее рабочим диапазоном,называется интервал частот, в котором ширина главного лепестка диаграммы направленности и уровни боковых лепестков не выходят из заданных пределов, коэффициент усиления остается достаточно высоким, а согласование с фидерным трактом существенно не ухудшается. Так, в сантиметровом диапазоне волн полоса пропускания антенны составляет 15. 20 % от средней частоты.
Для снижения переходных шумов в каналах из-за наличия попутного потока в антенно-фидерном тракте (АФТ) коэффициент отражения в точке соединения антенны с фидером должен быть мал. В современных АФТ стараются получить коэффициент стоячей волны ниже 1,1. 1,2.
Коэффициент защитного действия (КЗД) вводится для характеристики степени ослабления антенной сигналов, принятых с побочных направлений, и определяется по формуле
, где Gmax и Gпoб- коэффициенты усиления антенны в направлении главного лепестка диаграммы направленности и в побочном направлении. КЗД очень важен для обеспечения электромагнитной совместимости различных систем радиосвязи.
Антенны метровых, дециметровых и сантиметровых волн. В диапазоне этих волн преимущественно используются антенны, обладающие направленными свойствами хотя бы в одной плоскости. При малой длине волны такие антенны получаются достаточно компактными, что дает возможность делать их вращающимися и тем самым достигать значительного выигрыша в мощности и снижения взаимных помех радиостанций, осуществления связи по любым желаемым направлениям.
В диапазоне метровых волн наиболее часто используются различные симметричные и несимметричные вибраторы.
В технике телевизионного приема самое широкое применение находит петлевой вибратор Пистолькорса (рис. 1.15).
СТАЦИОНАРНЫЕ АНТЕННО-ФИДЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА
На передающих стационарных радио-центрах для обеспечения ближних связей (до 1000 км) используются ненаправленные и слабонаправленные диапазонные вибраторные антенны типа УГД (уголковая горизонтальная диапазонная), ВГД, ВГДШ, ВГДШП и ВГПШ (плоскостные). Для организации дальних связей применяются антенны направленного излучения — ромбические (РГ), двойные ромбические (РГД), синфазные горизонтальные (СГДРА) и логопериодические (ЛПА).
При работе на расстояние до 1000 км используются 3—4 типоразмера антенн УГД и 2—3 типоразмера антенн ВГД, ВГДШП и ВГПШ. Средние значения коэффициентов усиления (КУ) и направленного действия (КНД) антенн ближней связи с учетом реальных параметров земли находятся в пределах от 1,5—2,5 и 3—5 (для ненаправленных) до 3—7 и 6—12 (для слабонаправленных). Эти же антенны, обеспечивая углы максимального излучения в вертикальной плоскости от 20 до 90 град., имеют ширину диаграммы направленности (ДН) в горизонтальной плоскости от 40—110 град, (слабонаправленною) до 360 град, (ненаправленные).
Следует подчеркнуть, что приведенные величины КНД и КУ соответствуют направлениям максимального излучения (максимумам ДН). При работе за пределами допустимых азимутальных и угломестных секторов направления излучения (приема) не совпадают с максимумами и будут находиться на скатах диаграммы направленности. В этих случаях КНД и КУ уменьшаются пропорционально квадрату уровня поля. Например, если уровень нормированной ДН с выбранного направления составляет 0,5, то КНД (КУ) по сравнению с направлением максимума ДН снизится в 4 раза (на 6 дБ).
Для обеспечения связи на дальние расстояния используются несколько типоразмеров антенн. Чаще всего на каждой трассе применяются две ромбические антенны для работы в дневное и ночное время. В целях сокращения количества антенн и повышения коэффициента их использования ромбические антенны оборудуются техническими устройствами, обеспечивающими резерс (переключение направления излучения).
Следует отметить, что при отсутствии антенн направленного излучения (приема) в заданном направлении на стационарных радиоцентрах возможно применение слабонаправленных антенн на трассах большой протяженности (до 2000 км). В этом случае необходимыми условиями их использования являются следующие: полотно вибраторной антенны развертывают перпендикулярно заданному направлению, высота его подвеса должна составлять более половины, а длина плеча вибратора не должна превышать 0,7 длины рабочей волны.
На приемных стационарных радио-центрах для ближней связи используются антенны типа УГД, ВГД, а для дальних связей — ромбические антенны и решетки из многовибраторных антенн бегущей волны — БС-2, 2БС-2, ЗБС-2. Приемные антенны отличаются от передающих тем, что они рассчитаны на малые мощности радиосигналов. Антенны типа БС в большинстве случаев имеют возможность реверсирования направления приема.
Питание приемных антенн для ближних и дальних связей осуществляется либо с помощью воздушных четырехпроводных перекрещенных фидеров, либо кабельными фидерами с волновым сопротивлением 200 и 75 Ом соответственно. В последнем случае широкополосные усилители устанавливаются под антеннами.
Характерной особенностью приемных и передающих стационарных радио-центров является наличие на них большого количества различных типов антенн, часть из которых размещена на значительных удалениях (до 1 км) от технического здания. Поэтому в ходе эксплуатации антенных полей необходимо учитывать возможное ухудшение характеристик воздушных фидерных линий вследствие атмосферных воздействий. Так, при оседании инея на фидерных линиях затухание в них может увеличиться в десятки и сотни раз (до 10—20 и более дБ).
Для повышения надежности и качества радиосвязи с использованием коротковолновых антенно-фидерных устройств (АФУ) следует соблюдать ряд требований. Прежде всего не допускать использования антенн за пределами рабочих диапазонов и со значительными отклонениями от их основных азимутов. Исключать случаи применения антенн, фидеры которых имеют большие асимметрию (более 20% ) и затухание (свыше 10 дБ). Для этого необходимо своевременно и в полном объеме контролировать их основные эксплуатационно-технические характеристики. Подключать симметричные АФУ к приемникам, имеющим несимметричные входы, следует через переходные симметрирующие трансформаторы. Иначе вследствие появления антенного эффекта фидера искажается диаграмма направленности антенны и снижается помехозащищенность радиолинии.
В большинстве случаев требуемые надежность и качество радиосвязи достигаются за счет использования на радиолиниях мощных передатчиков. Поэтому необходимо шире практиковать применение резервных и двухполяризационных АФУ для организации сдвоенного приема с разнесением по пространству или по поляризации. Это обеспечит повышение надежности радиосвязи, эквивалентное тому, что достигается при увеличении в 10 раз энергетического потенциала радиолинии.
В целях эффективного использования АФУ на стационарных радиоцентрах следует постоянно проводить работу по повышению квалификации личного состава, обслуживающего антенные системы и высокочастотные тракты.