Фидерлі – антенналы құрылғылардың негіздері

   

2.1-сурет. Диполь С.И. Надененко

 

Радиотолқындардың таралуына жер бедері мен су беттері, әсіресе атмосфераның жоғарғы қабаты — ионосфера көбірек әсер етеді. Ионосфераны жер бетінен 90—300 км биіктікте, иондар мен электрондардан тұратын иондалған газ қабаты құрайды. Атмосфераның жоғары қабатының иондалуы, негізінен, Күннің ультракүлгін және рентген сәулелерінің әрекетінен болады. Түнмен салыстырғанда иондардың концентрациясы күндіз 20 еседей артық. Сондықтан ионосфераның қасиеті тәулік бойы және жыл мезгіліне байланысты өзгеріп тұрады. Ионосфера электромагниттік толқындарды шағылдырады және жұта алады. Ұзын радиотолқындар дифракция нәтижесінде көкжиектен асып алыска жетеді. Әрі ионосферадан жақсы шағылады, сол себепті ұзын толқындар шалғай қашықтыққа тарайды.

Қысқа толқындардың алыс қашықтыққа таралуы, оның жер бетінен және ионосферадан бірнеше дүркін шағылуының арқасында болады. Жердегі кез келген радиостанциямен қысқа толқында байланыс орнатуға болады. Ультрақысқа толқындар ионосферадан шағылмай, ешбір кедергісіз өтіп кетеді. Олардың дифракциялық қасиеті нашар, жер бетін орағытып өтпейді. Сондықтан ультрақысқа толқынды байланыс таратқыш антеннаның тікелей көріну аймағында ғана жүзеге асырылады. Ретрансляторлар мен серіктерді пайдаланып, шалғай кашықтыққа теле-радио хабарларды тарату мүмкін болды.

Радиотолқындар арқылы объектіні тауып, оған дейінгі қашықтықты және оның кеңістіктегі орнын, қозғалыс жылдамдығын анықтау радиолокация деп аталады. Радиолокация негізіне радиотолқындардың өткізгіш денелерден шағылуы алынған. Ол радиотолқындар шағылатын обьектілердің сызықтық өлшемдері толкындардың ұзындығынан артық болғанда айқын байқалады. Сондықтан радиолокациялық станцияларда ультрақысқа толқындарды қолданады. Радиолокацияда обьектіні табу үшін сүйірлене бағытталған электромагниттік толқын шоғы пайдаланылады. Дециметрлік және одан кіші толқын ұзындығымен жұмыс істейтін радиолокаторларда бағытталған толқынды параболалық металл айнаның фокусында орналасқан антенналар шығарады. Метрлік толқындарды сүйірлей бағыттау үшін белгілі бір қалыпта орналасқан антенналар жүйесін қолданады. Бір бағытта интенференция салдарынан толқындар күшейіп сүйірлене бағытталса, өзге бағыттарда олар бірін-бірі толығымен немесе жартылай өшіреді.

 

2.2-сурет. Телетаратқыш  антеннасы

 

Радиолокатор немесе радар таратқыш және қабылдағыш күрделі радиотехникалык жүйелерден тұрады. Радиолокатор импулъстік режимде жүмыс істейді. Ұшақтың орнын анықтау үшін оған радиолокатордың антеннасын бағыттайды, ал генератор қысқа мерзімді электромагниттік толқындардың периодты импульстерін шығарады (3.27-сурет). Әрбір импульстің ұзақтығы τ = 10-6c шамасындай, ал импульстік аралықтары t = 10-3c, яғни 1000 еседей үлкен.

 

 

 2.3-сурет. Рупор антеннасы

Обьектіден шағылған электромагниттік толқынды, радиолокатордың таратқыштан қабылдағышқа ауыстырылып қосылған антеннасы импульстердің үзілісі мезетінде қабылдайды. Электромагниттік толқынның обьектіге барып және шағылып кайту уақытын t уақытын өлшеу арқылы, арақашықтықты анықтайды:

мұндағы с = 3 • 108 м/с радиотолқынның вакуумде таралу жылдамдығы.

Радардың экранында жіберілген және шағылған электромагниттік толқындардың импульстеріне сәйкес келетін электрондық шоқтың ауытқуын бақылайды және қашықтықты тікелей өлшейді. Өйткені экрандағы импульстерге сәйкес ауытқулардың арасы толқынның жүріп өту t уақытына және объектіге дейінгі I қашықтыққа тікелей пропорционал. Радиолокатор антеннасы кез келген бағытта қозғала алады.

Антеннаның қозғалу бұрышы бойынша, мысалы, ұшақтың бағытын, оның координатасын анықтайды. Уақыттың өтуіне байланысты координаталардың өзгеруі бойынша нысананың жылдамдығы мен оның траекториясын есептейді.

Қазіргі кезде радиолокацияны қолдану саласы аумақты, соның ішінде еліміздің қорғаныс мақсатында: зымырандарды, ұшақтар мен кемелерді байқап, анықтап отырады. Радарлар бірнеше жүздеген километрге дейінгі қашықтықтағы нысаналарды байқай алады.

Аэропорттағы операторлар ұшақтардың ұшуы мен қонуы, әуе жолындағы қозғалысын радиолокаторлар арқылы бақылайды және тиісті нұсқаулар беріп, ұшу қауіпсіздігін қамтамасыз етеді. Құрғақ және ылғалды жер бедері, қалалық ғимараттар, транспорттық коммуникациялар, су радиотолқындарды түрліше шағылдырады.

Ұшақтан радиолокациялык құралдар арқылы ұшқыш жерге дейінгі қашықтықты, ұшу жылдамдығын ғана біліп қоймайды, сонымен бірге жер бетінің радиолокациялық картасын көріп отырады. Ол бұндай информацияны күндіз де алып отырады.Радиолокация ғарыштық зерттеулер мен астрономияда қолданылады. Радиотелескоптар арқылы шалғайдағы ғарыш денелері шығаратын көрінбейтін кең диапазондағы электромагниттік толқындарды қабылдай отырып, әлемнің құрылысын зерттеу мүмкін болды. Радиолокациялық әдіс негізінде Жерден Айға және Меркурий, Шолпан, Марс, Юпитер планеталарына дейінгі қашықтықтар дәл анықталды.

Ғарыштық кемелердің барлығы бірнеше радиолокатормен жабдықталған. Олар тікелей планеталардың бет түрінің қыртысын көрсете алады, аспан денелері туралы көп мағлұматтар береді.

  

 

 2.4. Қарапайым вибрациялық антенналар

 

 Ультра қысқа толқын  диапазонында вибрациялық және  саңылаулық антенналардың әр  түрлі аппертуралық антенналар- рупорлық, линзалық, айналық және  беттік толқындар антенналары қолданылады.Симметрялық жартылай толқындық вибрацияның кіріс кедергісі 73 Ом – ға тең болады.

Егер оны ілмектік немесе Шлейф вибратор түрінде жасалынатын болса, симметриялық вибрацияның кіріс кедергісін жоғарылатуға болады. Симметриясыз дірілдеткіш коаксиалдық кабельдер арқылы қоректенеді. Бұл кезде қабылдаудың сыртқы жері жерге қосылады. Ал, ішкі сымын дірілдеткіпен жалғайды.

 

 2.4 –сурет. Пистолькорс дірілдеткіші

 

2.5 Теледидар антенналары.

 

  Олар негізгі таратылатын теледидар орталықтардың антенналары болып табылады. Телевизиялық хабар тарату метрлік және деметрлік толқындар диапазонындағы толқындарды жүргізеді. Телевизиялық антенналар бұрмалануларсыз шамамен 8 МГц жиіліктер жолағын өткізу керек. Қазіргі таңда телевизиялық таратқыш антеналардың екі түрі бар:

А. Жердегі

Б. Серіктік телевизиялық хабар таратуға арналған антенналар бар.

Жердегі теледидардың таратқыш антенналары телевизиялық башняларда орналасады. Сол арқылы телевизиялық таратулардың ретрансляциясы жасалады. Қазақстандағы ең биік теледидарлық мұнара (теңіз деңгейінен 1000 м, мұнарасының биіктігі 372 м) Алматыдағы Көктөбе беткейіне тұрғызылған. Теледидарлық хабар жеке үй шатырына немесе биік сырықтарға бекітілетін симметриялық вибратор, «толқынды каналы», т.б. осы типтегі антенналар, ал көп пәтерлі үйлерде жоғары жиілікті күшейткіш пен одан шығатын жоғары жиілік энергиясын теледидарларға тарататын фидерлер жүйесінен тұратын ұжымдық антенналармен қабылданады. Аса жоғары жиілікті толқындарда (дециметрлік, сантиметрлік және миллиметрлік) жұмыс жасайтын синфазалық антенналар радиорелелі байланыс жүйесінде, радиолокацияда, ғарыштық байланыс желісінде, радиоастрономияда, т.б. қолданылады. Жұмыс принципі жағынан синфазалық антенналар көп вибраторлы торға ұқсайды. Мұндай антенналардың басқа антенналардан басты ерекшелігі – оларда дискретті таратқыш элементтер (вибраторлар) болмайтындығы. Аса жоғары жиілікті диапазонда рупорлы антенна, линзалы антенна, қос айналы антенна, саңылаулы антенна, сондай-ақ жүгірме толқынды антенна, спиральді антенна, «толқынды канал» типіндегі антенна, диэлектрлік антенна, т.б. қолданылады. Антенналар техниканың сан-саласында (автомобильдерде, ұшақтарда, ғарыш кемелерінде, қалта радиоқабылдағыштарында, радиотелефондарда, техникалық модельдерде, т.б.) басты қызмет атқарады. Үлкен радиотелескоптардың (мысалы, РАТАН-600) антенналары – алюминий айналары мен табақтары. Ондай антенналар арқылы алыс галактикалардан радиодабылдар қабылданады.

 

3 Фидерлер

 

3.1 Антенна фидерлі құрылғы

 

Фидер (ағылш. feeder — коректендіру) — радиотехникада радиожиіліктегі тербелістерді тарататын желілер; көбіне радиотаратқыштың шығысын антеннамен және антеннаны радиоқабылдағышпен қосатын желі. Фидер ретінде параллель сымдардан тұратын симметриялық ашық желілер, симметриялық немесе коаксиальдық кабельдер қолданылады. Радиотаратқыш беретін энергияны

кеңістікке шығынсыз тарату үшін фидердің толқындық кедергісі антеннаның кіріс кедергісімен үйлесуі керек. Электрлік сым және көмекші құрылғы радиотаратқыштан антеннаға немесе антеннадан радиоқабылдағышқа радиожиілікті энергия каналы арқылы жүргізіледі. Олар фидер деп аталады. Фидер құрылғысы оның  жиілікті тарату диапазонына байланысты. Электромагнитті энергияны жол бойымен таратуда жолдың өзінен бөлінуін қысқартуға тырысады.

Осы сым үшін оларды паралельді және мүмкіндігінше бір-біріне жақын орналастыру керек. Бұл алаңда екі бірдей мәнді, бірақ қарама-қарсы бағытта токтар бір-бірінің орнын толтырады және қоршаған ортада энергия бөлінбейді. Антенаны құрастыру кезінде қарама-қарсы тапсырма беріледі: неғұрлым үлкендеу бөлініс алу керек. Ол үшін ұзын сымдарды қолдануға болады, мысалы: сымды бірнеше бұрыштарға бөлсек, нәтижесінде олардың алаңы бірінің орнын бірі толтырмайды. V-типтес және ромб типтес антеналардың жұмысы осыған негізделген. Тік бұрышта бір-біріне бөліп шығаратын сымдар орналасқан және симметриялы вибратор, сымды 180 градусқа бұру арқылы бөлінеді. 3 ( а,б,в-суреттер)

 

 

 

 

 

3.1 ( а,б,в-суреттер)

 

Орын толтыру кезінде фидердің бір сымын жүйеден алып тастауға болады. Бұл симметриялы емес вибраторды алуға көмектеседі.(2 а-сурет). Осы принципті қолданатын антеналардың бәрі бірдей симметриялы емес антенналар класына жатады. Оларға тағы да Г-типті және Т-типті антеналар жатады.(3.1 б,в-сурет)

Егер көрші екі сым бір-бірін қаптаса және фазамен сай келсе, алаң бірін-бірі күшейтеді.Ол үшін толқын жарты ұзындығына фазаны ығыстыру керек, мысалы,бөлінбейтін шлейф есебінен. Аса көп таратылған синфазалы антенаның принципі осыған негізделген.

Егер сымдар арасында кейбір бағытта айтарлықтай жолға ие болады, осы кезде фидер бөлінеді. Сондай-ақ осы сымдар арасын таңдап алуымызға болады, кейде осы екі сымдар арасында толқын болуы мүмкін. Мұны көптеген кері фазалы антенналарда кеңінен қолданылады. Бұндай антенналардың жұмысын көрсетілген үш мысалдан оңай түсінуге болады. Сымдағы кері фазалы ток жарты толқынға фидерді қашықтықтан қосуға  болатынын көрсетеді. 3.2 г-суретте көрсетілген антенна аяғында созылған фидерді толыстырады. 3.2 д-суретте керіфазалы токтың жұтатын сымды үзуін қамтамасыз етеді.

 

 

 

3.2 ( а,б,в,г,д-суреттер)

 

Көптеген антенаның құрамына кіретін симметриялы  вибратордың  жұмысына тоқталайық. Симметриялы вибратордың соңында ажыратылған ұзын сызық сымдары 180 градуста қайтарылған сым ретінде қарастырылған. Кез-келген элемент берілген линияда белгілі-бір индуктивтілік және сымдар арасындағы көлемге ие.

Симметриялы вибратордағы еркін электірлік тербеліс процесін қарастырайық. Екі жартысын Э.Қ.К тұрақты қысымына қосамыз. Вибратордың көлемдері бөлінген сымдары зарядталған  соң,екеуінің арасында потенциялдар айырымы туындайды. Содан кейін қорек көзін өшіріп, вибратордың екі жартысын тұйықтаймыз.

Сонымен қатар бөлінген көлемдер тұйықтағыш арқылы разрядтайды. Әлбетте ортасында орналасқан вибратор сымының  кесінділерінен  азғантай электрлік заряд өтеді. Сондықтан разрядты токтың азғантай мәні болады: сымның ұшындағы ток нөлге теңгеріледі. Сымдағы ток жаймен өседі,өйткені бөлінген индуктивтілікте Э.Қ.К өздік индукциясы туындайды. Нүктелер арасындағы патенциалдар  айырымы вибратордың ортасынан дәлдеп алынған. Осы нүктелер неғұрлым көп болған сайын, соғұрлым осы нүктелер ортасынан ұзақтау орналасады. Патенциал белгісі ортаңғы нүктеге қатысты екі жақтан да бөлек,өйткені вибратордың бір жартысынан ток оған, ал екіншісіне одан ағады.

Бөлінген көлімдегі разрядты  ток сымда өсіп максималды мәніне  ол толығымен разрядталғанда  жетеді. Осыдан электрлік алаңның барлық энергиясының көлемі қамданады. Энергиялы магнитті алаңда бөлінген индуктивтілікке өтеді. Егер алғашында вибраторлық сымның индуктивтілігі  токтың өсуіне қиыншылық туғызса, ал қазір ол оның өсуіне кедергі келтіреді. Сондықтан ток бұрынғы бағытын сақтай отырып жаймен кішірейеді. Осының нәтижесінде  бөлінген көлемде  қайта зарядталу жүреді, егер ток нөлге төмендесе көлем зарядталған болып табылады. Осыдан кейін процесс кері бағытта өтеді. Осы жағдайдан кейін вибраторда еркін электрлік тербеліс туындайды. Осыдан кейінтұрақты толқын тоғы және кернеуі орнатылады және оның ұзындығындажарты тұрақты толқын тоғы мен кернеуі төселеді. Толқын ұзындығы λ тербелісі симметриялы вибратор тербелісінен 2 есе үлкен.         λ =21 Сондықтан симметриялы вибратор  жарты толқынды диполь деп аталады. Ол өзінің тербеліс толқын ұзындығынан 2 есе қысқа.

Егер жартытолқынды вибраторды вертикальды орналастырсақ, жердің құрылымының арқасында  оның өлшемінде 2 есе кішірейтуге болады. Төменгі антенаның соңын вертикальды орналастырсақ электромагнитті тербеліс генераторының тұйықтағышына біреуіне қосамыз.(3.3 а-сурет). Ол екінші тұйықтағыш генератор жерге қосылады. Егер жерді идеалды өткізгіш деп қарастырсақ, онда ода Э.Қ.К бағытталады, негізгі вибратор  айнадағы кескін ретінде  көрсетіледі.(3.3 б-сурет).

 

 

 

 

        3.3- (а,б-суреттер)

 

           Бұндай антенна вертикальды симметриялы емес анттена деп аталады, оның биіктігі шамамен λ/4-ке тең. Осы айтылғанның бәрі тек бір ғана жағдайда әділ болады, ол егер жер өзін идеалды бағыттауыш ретінде көрсетсе. Егер жер жаман қассиеттерге ие болса, онда жер бетінде токтың таралуы өзгереді. Әсіресе антенаның жақыннан жердің кедергісінің өте үлкен әсері бар. Өтуді жақсарту үшін жерді металдау ісі жүргізіледі. Ол үшін жерге металлдан жасалған беттерді, сымдарды көмеді. Топырақтың химиялық құрамын жақсартады, түрлі тұздарды сіңдіреді.