В якості простих приймалень антен для цих діапазонів можуть використовуватися розглянуті вище антени – щогли. Г -, Т – образні антени. Висота приймальних антен досягає значень 15…20 м. При такій малій електричній довжині антена має низький ККД. Проте мале значення напруги корисного сигналу на виході такої неефективної антени без зусиль компенсується збільшенням коефіцієнта посилення приймача.
Істотним недоліком жорстких дротяних антен при використанні їх на літальних апаратах являється їх значний аеродинамічний опір. Так, наприклад, для подолання опору антени-щогли, що виступає над фюзеляжем літака (що летить із швидкістю 960 км/год), завдовжки 30см потрібно додаткова потужність
Рис. 5.26 Жорстких дротяних антен: а) Г-подібна антена; б) Т-подібна антена; в) антена похилої
двигуна 200 к.с. Великі механічні зусилля, що розвиваються в жорстких дротяних антенах, викликають труднощі при конструюванні кінцевих ізоляторів. Окрім цього, необхідно врахувати обмерзання, яке може привести до різкого погіршення якості зв'язку за рахунок високочастотних втрат в крижаному покритті ізоляторів.
На літаках Іл-18, Ту-124, Ан-24 використовуються Т-подібні, Г-подібні і похилі жорсткі зовнішні дротяні антени. На рис. 2.26 зображені способи установки цих антен на літаках. Антена складається з робочої частини 1 і розтяжок 2. Г- і Т- образні антени натягаються між верхньою частиною кіля і щоглою, встановленою на обшивці над кабіною екіпажа. Антена похилої одним кінцем приєднується до прохідного ізолятора, а другим кінцем кріпиться за допомогою амортизатора до верхньої частини кіля. Залежно від типу літака довжина робочої частини і розтяжок може бути різна. Наприклад, для літака Іл-18, відповідно, 29,4 м і 16 м, для літака Ту-124 – 24,5м і 20м, для Ан-24 -18 м і 16,1 м. Робоча частина антени виконується з біметалічного троса діаметром 2мм (Іл-18), із сталевого троса діаметром 2,5мм (Ту-124), і з дроту для Ан-24 і ізолюється від іншої частини антенної системи підвісними ізоляторами.
Рамкова приймальна антена
Призначення. Рамкова антена використовується для визначення напряму, з якого приходять радіохвилі, що приймаються. Це дозволяє застосовувати її в якості чутливого елементу радіопеленгаторів і автоматичних радіокомпасів (АРК), що встановлюються на літальних апаратах.
Рис. 5.27 Рамкова антена:
а) проста; б) багатовиткова з осердям; в) векторна діаграма ЕРС.
Пристрій. У простому випадку рамка є вертикально розташованим витком (рис. 5.27 а). Реальні рамкові антени мають W витків, а рамки АРК – феритовий осердя (рис. 5.27 б).
ЕРС і діюча висота рамки. Рамкову антену можна розглядати як котушку індуктивності, в якій магнітне поле радіохвилі наводить ЕРС індукції, – . Тому її відносять до числа магнітних антен. ЕРС індукції рівна: . Де – швидкість зміни магнітного потоку радіохвилі, що пронизує рамку.
Перетворення цієї формули дозволяє отримати вираження: для амплітуди цієї ЕРС: . Враховуючи що, для будь-якої приймальної антени: , отримаємо: .
Остаточно:
Застосування феритового осердя дозволяє забезпечити достатню величину рамки АРК діапазонах ДХ і СХ (коли – велика), при малому числі витків і малої площі рамок.
Це необхідно, оскільки збільшення площі збільшило б аеродинамічний опір рамки повітряному потоку, а збільшення числа витків – знизило б резонансну частоту рамки, ввівши її в межі робочого діапазону. Останне привело – б до різкої зміни показників АРК на цій частоті за рахунок резонансу.
Приклад: Яка амплітуда , якщо рамка з поперечними розмірами см і параметрами , W =20 витків, знаходиться в полі з напруженістю мкВ/м і частотою 300 кГц
Відповідь: мкВ.
Рис. 5.28
а) Діаграма спрямованості рамкової антени;
б) Фазові співвідношення в рамковій антені
Діаграма спрямованості. На рис. 5.28 показана ДС рамки в горизонтальній площині, виражаюча залежність від кута між площиною рамки і напрямом на РПДП. Максимальні значення ЕРС відповідають прийому з напрямів співпадаючих з цією площиною: і оскільки в цих випадках кут між векторами Э1 і Э2 максимальний. З напрямів перпендикулярних площині рамки ( =90ْ и =270ْ) прийому немає: Эр=0, оскільки =0. вони називаються напрямами нульового прийому (ННП).
Саме ця властивість рамки і використовується в радіопеленгах. Обертання рамки припиняють у той момент, коли чутність сигналу на виході РПП пропадає. У цей момент напрям на РПДП співпадає з напрямом нульового прийому.
Рівняння діаграми спрямованості: .
Цьому рівнянню в полярній схемі координат відповідає ДС у вигляді вісімки (рис. 5.28).
Фазові співвідношення.
I). Як будь-яка ЕРС індукції, ЕРС рамки зрушена по фазі на 90ْ по відношенню до індукуючого її електромагнітного поля. Якщо вертикальні плечі рамки (рис. 13.25а) розглядати як короткі вібратори, то ЕРС в них Э1 і Э2 повинні співпадати по фазі з напруженістю поля Е. Оскільки а<< , то кут дуже малий (рис. 5.27 в), вектори Э1 і Э2 майже паралельні один одному, а вектор Эр їм перпендикулярний.
2). В мить, коли обертаючись рамка проходить через положення нульового прийому, фаза її ЕРС міняється на зворотну. Дійсно, якщо РПДП знаходиться лівіше ННП, (рис. 5.27) то фронт хвилі перетинає на початку, плече 1, а потім – 2; Ер=Э1-Э2, кут відлічується від Э1 до Э2. якщо РПДП знаходиться лівіше ННП, то, навпаки, першим перетинається плече 2 і відлік кута відлічується від Э2 до Э1. зміни напряму відліку відповідає зміні фази на зворотну – 180о.
Рис. 5.29 Кардіоїдний прийом
Застосування рамкової антени.
1). Кардіоїдний прийом. Недоліком пеленгації за допомогою рамкової антени є двозначність. Рамка має два протилежні напрями нульового прийому. У будь-якому з них може виявитися пеленгований РПДП. Одним із способів розкриття двозначності є використання одночасного прийому на рамку і ненапрямлену антену. На рис. 5.29 показана схема вхідного ланцюга приймача. У коливальному контурі діє дві ЕРС - рамки Эр і ненапрямленої антени – Эа. Фаза Эа, повернена на 90ْ відносно ЕРС у вертикальній антені Эа трансфоматором на стільки ж повернена фаза Эр відносно ЕРС вертикальних плечей рамки Э1 і Э2. отже ЕРС Эа і Эр можуть бути синфазні, або протифазні.
На рис. 13.27б показані діаграми спрямованості двох антени. Їх діючі висоти і коефіцієнт трансформації підібрані так, що = Эа. Як видно з ДС, ЕРС Эа співпадає по фазі з Эр при прийомі з напрямів правіше ННП (права пелюстка ДС) і протифазна при прийомі з лівої пелюстки. Складаючи синфазні і віднімаючи протифази ЕРС отримаємо результуючу ДС у вигляді кардіоїди. Її рівняння легко отримати з рівнянь ДС двох антени: ненапрямленою: Эа / Эа =1 і рамковою: Эр/ = .
Враховуючи що = Эа, отримаємо для напруги на вході РПП: Uвх/Uвх max=1 – . .
Це і є рівняння кардіоїди. При =0, =1 і Uвх=0. Це єдине ННП. Перехід на кардіоїдну ДС використовується в радіопеленгаторах тільки для розкриття двозначності, оскільки ДС рамки має гостріші мінімуми і дозволяє точніше визначити пеленг.
2). Принцип дії АРК.
Рис. 5.30 До принципу дії АРК
АРК призначений для автоматичного і безперервного виміру курсового кута (КПРЕЙ) приводної радіостанції (ПРС). КУР - це, відлічений по напряму годинкової стрілки, кут між напрямом подовжньої осі літака і напрямом на ПРС – рис. 5.30.
Простий АРК складається з рамкової і ненапрямленої антени, керуючого і опорного каналів: ККС і КОС і асинхронного електродвигуна, механічно пов'язаного з рамкою і стрілкою індикатора курсу.
У кожному з каналів (ККС і КОС) робиться фільтрація РС: його посилення і перетворення в сигнал НЧ. При чому в ККС це перетворення фазочутливе у момент зміни фази ВЧ ЕРС Эр, змінюється і фаза НЧ керуючого Uy.
У початковому стані приймається сигнал ПРС, обмотки збудження двигуна живляться НЧ струмами зрушеними по фазі на 90ْ. Існує магнітне поле, що обертається. Ротор двигуна обертається, повертаючи рамку і стрілку індикатора.
В мить, коли ННП рамки проходить через напрям на ПРС, ЕРС Эр проходить через нульове значення і змінює фазу на 180ْ. одночасно змінюються на 180ْ фаза НЧ напруги Uy і струму в обмотці збудження. Це призводить до зміни напряму обертання магнітного поля і реверсування двигуна. В результаті рамка повертається до положення нульового прийому і зупиняється. Одночасно зупиняється стрілка індикатора, відлічуючи КУР. Якщо розгорнути літак так, що б отримати КУР=0, то подовжня вісь літака співпадає з напрямом на ПРС і виконуватиметься політ на привід.
3). Поняття про гоніометр.
Рис. 5.31 До поняття про застосування гоніометра.
Гоніометрична система використовується замість рамкової антени, що обертається, в АРК нових типів. Вона складається з двох нерухомих рамкових антен: подовжньої і поперечної (рис. 5.31), які фідерами з'єднуються з двома взаємноперпендикулярними, нерухомими котушками гоніометра. У полі цих котушок знаходиться рухлива – роторна котушка, в якій наводиться ЕРС Эг. При обертанні ротора вона змінюється за таким же законом, що ЕРС рамки, що обертається. Використання гоніометра дозволяє підвищити надійність АРК, відмовившись від малонадійного вузла обертання рамки, працюючого в несприятливих кліматичних умовах за рахунок забортної дії середовища.
5.7 Антени коротких хвиль