Szyk kurtyny - Curtain array
Kurtynowe tablice są klasą dużych multielement kierunkowe drutu radiowego anteny , stosowane w krótkofalówka pasmach radiowych. Jest to rodzaj anteny odbiciowej składającej się z wielu anten dipolowych , zawieszonych w płaszczyźnie pionowej, często przed odbłyśnikiem „kurtynowym” wykonanym z płaskiego pionowego ekranu z wielu długich równoległych przewodów. Są one zawieszone na drutach nośnych rozciągniętych między parami wysokich stalowych wież o wysokości do 90 m (300 stóp). Są one wykorzystywane do zdalnej skywave (lub pominąć ) przesyłowego; przesyłają wiązkę fal radiowych pod niewielkim kątem w niebo tuż nad horyzontem, które odbija się od jonosfery z powrotem na Ziemię za horyzontem. Anteny kurtynowe są najczęściej używane przez międzynarodowe stacje radiowe na falach krótkich do nadawania na duże obszary na odległościach transkontynentalnych.
Ze względu na ich silne właściwości kierunkowe, tablice kurtynowe są często używane w rządowych stacjach radiowych propagandowych do przesyłania audycji propagandowych ponad granicami państwowymi do innych narodów. Na przykład systemy kurtynowe były wykorzystywane przez Radio Wolna Europa i Radio Liberty do nadawania w Europie Wschodniej .
Historia
Matryce kurtynowe zostały pierwotnie opracowane w latach 20. i 30. XX wieku, kiedy przeprowadzono wiele eksperymentów z nadawaniem fal krótkich na duże odległości . Podstawową koncepcją było osiągnięcie poprawy wzmocnienia i/lub kierunkowości w stosunku do prostej anteny dipolowej , prawdopodobnie poprzez złożenie jednego lub więcej dipoli w mniejszą przestrzeń fizyczną lub rozmieszczenie wielu dipoli tak, aby ich wzorce promieniowania wzmacniały się nawzajem, koncentrując w ten sposób więcej sygnału do danego obszaru docelowego.
We wczesnych latach dwudziestych Guglielmo Marconi , pionier radia, zlecił swojemu asystentowi Charlesowi Samuelowi Franklinowi przeprowadzenie szeroko zakrojonych badań charakterystyk transmisji fal krótkich i określenie ich przydatności do transmisji na duże odległości. Franklin wynalazł pierwszy system anten kurtynowych w 1924 roku, znany jako system „Franklin” lub „angielski”.
Inne wczesne układy kurtynowe obejmowały tablicę Bruce'a opatentowaną przez Edmonda Bruce'a w 1927 roku oraz zasłonę Sterba , opatentowaną przez Ernesta J. Sterbę w 1929 roku. Układ Bruce'a wytwarza sygnał o polaryzacji pionowej; Macierze Sterba (i późniejsze anteny HRS) wytwarzają sygnał o polaryzacji poziomej.
Pierwszym układem zasłon, który osiągnął popularność, była kurtyna Sterba , opatentowana przez Ernesta J. Sterba w 1929 roku i była używana przez Bell Labs i inne w latach 30. i 40. XX wieku. Kurtyna Sterba ma jednak konstrukcję wąskopasmową i można ją sterować wyłącznie mechanicznie.
W niektórych z pierwszych systemów radarowych , takich jak brytyjska sieć Chain Home , zastosowano systemy kurtynowe . Podczas zimnej wojny głos Ameryki , Radio Wolna Europa i Radio Wolność oraz analogiczne organizacje zachodnioeuropejskie wykorzystywały duże tablice kurtynowe do przesyłania audycji propagandowych do krajów komunistycznych, które cenzurowały zachodnie media.
Opis
Te napędzane elementy są zwykle półfali dipole , wprowadza się w fazie zamontowana w płaszczyźnie 1 / 4 fali przed płaszczyźnie reflektora. Druty reflektora są zorientowane równolegle do dipoli. Dipole mogą być pionowe, promieniujące w polaryzacji pionowej , ale najczęściej są poziome, ponieważ fale spolaryzowane poziomo są mniej pochłaniane przez odbicia od ziemi. Najniższy rząd dipoli jest zamontowany na wysokości większej niż 1 ⁄ 2 długości fali nad ziemią, aby odbicia od ziemi nie zakłócały charakterystyki promieniowania. Pozwala to na skoncentrowanie większości promieniowania w wąskim głównym płacie skierowanym kilka stopni nad horyzontem, co jest idealne do transmisji fal nieba . Szyna kurtynowa może mieć wzmocnienie o 20 dB większe niż prosta antena dipolowa. Ze względu na surowe wymagania fazowe, wcześniejsze systemy kurtynowe miały wąską przepustowość, ale nowoczesne systemy kurtynowe mogą być budowane z szerokością pasma do 2:1, co pozwala na pokrycie kilku pasm krótkofalowych.
Zamiast zasilać każdy dipol w jego środku, co wymaga „drzewiastej” struktury linii transmisyjnej ze skomplikowanym dopasowaniem impedancji , wiele dipoli jest często połączonych szeregowo, aby utworzyć skomplikowaną składaną strukturę dipolową , którą można zasilać w jednym punkcie.
Aby umożliwić sterowanie belką, czasami cały układ jest zawieszony na wspornikach z jednej dużej wieży, którą można obracać. Zobacz ALLISS-Antena . Alternatywnie, niektóre nowoczesne wersje są skonstruowane jako układy fazowane, w których wiązka może być obracana elektronicznie, bez przesuwania anteny. Każdy dipol lub grupa dipoli jest zasilana przez elektronicznie regulowany przesuwnik fazowy , realizowany albo przez pasywne sieci kondensatorów i cewek indukcyjnych, które można włączać i wyłączać, albo przez oddzielne wyjściowe wzmacniacze RF . Dodanie stałego przesunięcia fazowego między sąsiednimi dipolami poziomymi pozwala na zmianę kierunku wiązki w azymucie do ±30° bez utraty charakterystyki promieniowania.
Systemy trójmacierzowe
Systemy przesyłowe są zoptymalizowane ze względów geopolitycznych. Konieczność geopolityczna skłania niektórych nadawców międzynarodowych do okazjonalnego używania trzech oddzielnych szyków antenowych: wysokopasmowego i średniego pasma, a także niskopasmowych kurtyn HRS.
Zastosowanie trzech matryc kurtynowych do pokrycia widma nadawania HF tworzy wysoce zoptymalizowany system transmisji HF, ale trzy lub więcej matryc kurtynowych może być kosztowna w budowie i utrzymaniu, a od połowy lat 90. nie zbudowano żadnych nowych stacji przekaźnikowych HF. Nowoczesna konstrukcja anteny HRS ma jednak długą żywotność, więc istniejące systemy transmisji krótkofalowej HRS zbudowane przed 1992 r. prawdopodobnie pozostaną dostępne przez jakiś czas.
Nomenklatura
Od 1984 roku CCIR stworzyło ustandaryzowaną nomenklaturę opisującą anteny kurtynowe, CCIR HF Transmitting Antennas, składające się z 1 do 4 liter, po których następują trzy cyfry:
- Pierwsza litera
- Wskazuje orientację dipoli w szyku.
- „H” oznacza, że dipole są zorientowane poziomo, więc antena emituje fale radiowe o polaryzacji poziomej.
- „V” oznacza, że dipole są zorientowane pionowo, więc antena emituje fale radiowe o polaryzacji pionowej.
- Druga litera (jeśli występuje)
- Wskazuje, czy antena ma reflektor.
- „R” wskazuje, że po jednej stronie szyku znajduje się prosty (pasywny) reflektor, więc antena promieniuje pojedynczą wiązką.
- „RR” wskazuje, że tablica ma jakiś „odwracalny reflektor”, więc kierunek wiązki można zmienić o 180°. Zbudowano bardzo niewiele tego typu. RCI Sackville w Kanadzie może mieć 2 anteny typu HRRS – być może jedyne w Ameryce Północnej.
- Jeśli brakuje „R” i „RR”, antena nie ma reflektora, więc układ dipolowy będzie promieniował swoją energią w dwóch wiązkach w obu kierunkach prostopadłych do płaszczyzny, oddalonych od siebie o 180°.
- Trzecia litera (jeśli występuje)
- „S” oznacza, że macierzą można sterować.
- Po literach pojawiają się trzy cyfry
- „x/r/z”.
„x” i „y” określają wymiary prostokątnej tablicy dipoli, podczas gdy „z” podaje wysokość nad ziemią dolnej części tablicy:
- „x” (liczba całkowita) to liczba współliniowych dipoli w każdym poziomym rzędzie. (Liczba kolumn w tablicy)
- „y” (liczba całkowita) to liczba pionowo ułożonych dipoli w każdej kolumnie. (Liczba wierszy w tablicy)
- „z” (ułamek dziesiętny) to wysokość nad ziemią w długościach fal najniższego rzędu dipoli w tablicy.
Na przykład antena kurtynowa „HRS 4/5/0,5” ma prostokątny układ 20 dipoli, 4 dipole szerokości i 5 dipoli wysokości, przy czym najniższy rząd znajduje się w połowie długości fali nad ziemią, a za nim płaski reflektor, oraz kierunek wiązki można obracać. Obrotowa antena HRS 4/4/0,5 z 16 dipolami jest jednym ze standardowych typów macierzy spotykanych w krótkofalowych stacjach nadawczych na całym świecie.
- Uwagi dotyczące nomenklatury HRS
- Anteny HRS typu HRS 1/1/z nie są zdefiniowane jako takie (takie coś składałoby się tylko z jednego dipola).
- Anteny HRS typu HRS 1/2/zi 2/1/z istnieją, ale mają niewielkie praktyczne zastosowanie w nadawaniu na falach krótkich. Antena z oznaczeniem „H 1/2/z” jest powszechnie określana jako antena „Lazy-H”. Przemienniki VHF i UHF dla radia FM lub telewizji w Wielkiej Brytanii dość często wykorzystują parę poziomych dipoli (lub krótkich yagi) jeden nad drugim (tj. HRS 1/2/z), aby skoncentrować moc transmisji w płaszczyźnie pionowej.
- Rosyjski radar Duga Over The Horizon mógł używać anteny typu HRS 32/16/0.75 (szacunkowo – niezweryfikowany), z potencjalnym kierunkowym ERP w zakresie gigawatów.
Antena HRS
Antena typu HRS jest jednym z najbardziej powszechnych rodzajów macierzy osłonowej. Nazwa pochodzi od powyższej nomenklaturze CCIR: składa się z macierzy H dipoli orizontal z R eflector za nimi, przy czym wiązka jest S teerable. Anteny te są znane także jako „HRRS” (dla R eversible R eflector), lecz dodatkowo R jest rzadko stosowany.
Jednak już w połowie lat 30. Radio Netherlands korzystało z obrotowej anteny HRS, aby zapewnić globalny zasięg. Od lat pięćdziesiątych konstrukcja HRS stała się mniej więcej standardem dla nadawania na duże odległości (> 1000 km) na falach krótkich o dużej mocy .
Opis HRS
Antena typu HRS jest w zasadzie prostokątnym układem konwencjonalnych anten dipolowych rozpiętych między wieżami wsporczymi. W najprostszym przypadku każdy dipol jest oddzielony od następnego o 1 ⁄ 2 λ w pionie, a środki każdego dipola są oddalone o 1 λ w poziomie. Ponownie, w najprostszym przypadku (dla belki burtowej), wszystkie dipole są sterowane w fazie ze sobą iz jednakową mocą. Promieniowanie jest skoncentrowane bokiem do kurtyny.
Za szykiem dipoli, zwykle w odległości około 1 ⁄ 3 λ , znajduje się „reflektor” składający się z wielu równoległych przewodów w tej samej orientacji co dipole. Gdyby tego nie było, kurtyna promieniowałaby równo do przodu i do tyłu.
Sterowniczy
Jeśli w oznaczeniu anteny znajduje się litera „S”, oznacza to, że jest to konstrukcja sterowalna. Zgodnie z zaleceniem ITU można go nazwać „projektem obrotowym”. Można to osiągnąć elektronicznie poprzez regulację faz fali elektrycznej sygnałów podawanych do kolumn dipolowych elementów antenowych lub fizycznie przez zamontowanie szyku antenowego na dużym mechanizmie obrotowym. Przykład tego można zobaczyć w NRK Kvitsøy, gdzie kolej okrężna prowadzi parę platform na kółkach, z których każda podtrzymuje wieżę na przeciwległych końcach ramienia o średnicy. Układ anten kurtynowych jest zawieszony między wieżami i obraca się wraz z nimi, gdy wieże objeżdżają okrężną linię kolejową. Inna technika fizycznej rotacji jest wykorzystywana przez system ALLISS , w którym cała macierz jest zbudowana wokół centralnej obrotowej wieży o dużej wytrzymałości.
Elektrycznie obracane szyki antenowe mogą być zwykle skierowane w zakresie ±30° od fizycznego kierunku anteny, podczas gdy szyki obracane mechanicznie mogą pomieścić pełne 360°. Obrót elektryczny jest zwykle wykonywany w płaszczyźnie poziomej, z możliwością pewnej regulacji w płaszczyźnie pionowej.
Szerokość wiązki azymutalnej
- W przypadku układu dipolów o szerokości 2, szerokość wiązki wynosi około 50°
- W przypadku tablicy dipolowej o szerokości 3, szerokość wiązki wynosi około 40°
- W przypadku 4-szerokiego układu dipolów szerokość wiązki wynosi około 30°
Pionowy kąt uruchamiania
Liczba rzędów dipolów oraz wysokość najniższego elementu nad ziemią określają kąt elewacji, a co za tym idzie odległość do miejsca obsługi.
- Dwurzędowa wysoka tablica ma typowy kąt startu 20°
- jest najczęściej używany do komunikacji o średnim zasięgu.
- 4-rzędowy wysoki układ ma typowy kąt startu 10°
- jest najczęściej używany do komunikacji dalekiego zasięgu.
- Sześciorzędowy szyk jest podobny do czterorzędowego, ale może osiągnąć kąty startu od 5° do 10°.
- może być stosowany w krótkofalowych obwodach komunikacyjnych o długości 12000 km i jest wysoce kierunkowy.
Zwróć uwagę, że szczegóły lokalizacji anteny mogą siać spustoszenie w planach projektantów, co może mieć negatywny wpływ na kąt startu i dopasowanie.
Przykłady anten HRS
Jest to przykład teoretycznych krótkofalowych stacji przekaźnikowych HRS. Może to pomóc w lepszym zrozumieniu kierunkowości anteny HRS.
Kierowanie na Australazję
Kierowanie na Indonezję
Kierowanie na Amerykę Łacińską
Radar taktyczny Nebo-M
Nebo-M (zbliżenie)
Układ Nebo-M
Stacje przekaźnikowe krótkofalowe wykorzystujące wyłącznie anteny HRS
Jest to niepełna lista stacji używających wyłącznie anten HRS, posortowana według nazwy kraju.
Aktywne witryny
Brazylia
- Empresa Brasil de Comunicação Parque do Rodeador
- Równiny RNZI Rangataki
Wielka Brytania
- Wyspa Wniebowstąpienia BBCWS
- BBCWS Rampisham
- BBCWS Skelton
- BBCWS Woofferton
Wycofane witryny
- CVC International, Darwin, NT na półwyspie Cox. Dawniej była to stacja przekaźnikowa Radio Australia . Ponieważ grunt został przekazany rdzennym właścicielom gruntów w 2008 r. decyzją sądu, teren został rozebrany w 2009 r. Obecnie nie wiadomo, czy pozostały jeszcze jakieś wieże antenowe HRS.
Niemcy
- Zakład T-Systems Wertachtal , który jest likwidowany w 2014 roku.
- Radio Kanada Międzynarodowy Sackville, NB . Krótkofalówka Radio Canada International została zamknięta w czerwcu 2012 roku z powodu cięć budżetowych Canadian Broadcasting Corporation w wyniku zmniejszonych dotacji federalnych. Wieże antenowe HRS zostały rozebrane w 2014 roku.
Hiszpania
- Muzeum stacji radiowej Playa de Pals (pole antenowe HRS jest teraz 12-dołkowym polem golfowym)
USA
- VOA Delano, California Relay Station (status mothball, może być reaktywowany w niektórych sytuacjach awaryjnych)
- Stacja przekaźnikowa VOA Greenville-A (miejsce zostało sprzedane do hrabstwa Beaufort w Karolinie Północnej w 2006 r., anteny zostały zburzone w 2016 r.)
Systemy RADAR wykorzystujące anteny typu HR
Niektóre przenośne systemy anten taktycznych nadal używają anten typu HR, w większości nie HRS, ponieważ anteny są obrotowe.
Bibliografia
Zewnętrzne linki
Portale technologiczne ALLISS
