ВВЕДЕНИЕ:
До запуска спутников, сделавших возможность связи на высоких частотах, КВ радиосвязь была единственным решением. Теперь количество спутников подходит к конечной критической цифре и наступает предел в количестве потребителей информации от них. Например, в военной области, если вы не обладаете высшим приоритетом в допуске к информации на загруженном спутнике – вы можете эту информацию не получить. Таким образом, вы опять возвращаетесь к КВ радиосвязи.
Концепция антенны, описанной в этой статье, преодолевает недостатки стандартных антенн, включая их очень большой размер, который, в свою очередь, накладывает серьезные ограничения для мобильных применений.
Новая запатентованная [3] КВ антенна для зенитного излучения (NVIS) показана на рисунке ниже, без защитного кожуха. Антенна имеет длину 1,2 метра. Автоматический антенный тюнер расположен в основании антенны.
Рис. 1 Внешний вид антенны ЕН 3,5-8 МГц.
ТИПОВЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ:
Есть многочисленные военные и коммерческие применения таких антенн, тем не менее, после 9 из 11 рассмотренных вариантов, был выбран вариант применения таких антенн в департаменте Безопасности (DHS). Очевидно, что большие сегменты системы связи страны с успехом могут использовать такую возможность КВ радиосвязи.
В связи с этим, Конгресс и Администрация Президента, признают, что использование таких возможностей КВ радиосвязи дадут дополнительные возможности в критических ситуациях, как например, террористические атаки, стихийные бедствия типа урагана «Катрина», и позволят более тесно взаимодействовать различным службам страны (общественная безопасность, здравоохранение и т.д.). Департамент Безопасности (DHS) разработал Национальный План Связи при Чрезвычайных Ситуациях (NECP). Этот план поставил задачу обеспечения связью для федеральных, государственных и локальных организаций, в случае непредвиденных ситуаций и бедствий.
Национальная Система Связи (NCS) через Коллективные Ресурсы (SHARES) Программы Высокочастотной радиосвязи, организовала взаимодействие в КВ радиосвязи между Федеральными отделами и агентствами. SHARES КВ Радиопрограмма обеспечивает резервную радиосвязь через имеющуюся радио-инфраструктуру связи на КВ. Эти радиостанции с их фиксированными диполями, и другими большими антеннами не позволяют организовать радиосвязь с низшими инфраструктурами как, например, локальные больницы, общественные услуги, и даже с Федеральными местными офисными комплексами в городах, или мобильных приложениях, где большие дипольные антенны просто физически не установить; таким образом, есть потребность в небольшой компактной антенне КВ с возможностями сравнимыми со стандартными дипольными антеннами, шириной полосы пропускания 24 КГц/48 КГц и со скоростями передачи в 120,000 бит/сек. В КВ диапазоне, прежде не использованной в КВ диапазоне.
ПОТРЕБНОСТЬ В НОВОМ ПРОЕКТЕ:
В настоящее время повсеместно используются антенны, известные с 1880 года как антенны Герца. Такие антенны имеют размер в 1/2 длины волны и для оптимальной работы антенны, устанавливаются на высоте 1/4 длины волны от земли. Для частоты в 4 МГц, например, длина антенны равняется 36 метров и устанавливается над землей на высоте в 18 метров. Типовая антенна устанавливается горизонтально, чтобы обеспечить излучение под высокими углами к горизонту. Сигнал отражается от ионосферы и распространяется до приемной антенны на дальнем расстоянии, обычно, около 800 км. днем и на большие расстояния ночью. В процессе радиосвязи, ионосфера непрерывно изменяет свои параметры, что требует коррекции и изменения частоты передающей радиостанции. Таким образом, возникает потребность в антенне, которая может быть легко перестроена на любую частоту от 3.5 до 8 МГц. Для радиосвязи на значительно большие расстояния, используются вертикальные антенны излучающие под низкими углами к горизонту на частотах от 8 до 30 МГц.
ВВЕДЕНИЕ В ПОНЯТИЕ EH АНТЕННА:
Всегда существовала потребность в небольшой высокоэффективной антенне с широкой полосой пропускания. Это было необходимо, как кислород, пока антенна EH не появилась на арене. Для частот от 3.5 до 8 МГЦ, представлена антенна, которая имеет размер только 1,2 метра и может быть установлена на высоте 0,6 метра от земли или крыши строения или машины. Ниже представлены графики технических параметров предлагаемой антенны ЕН.
Рис. 2 полоса пропускания на уровне 3 dB.
Рис. 3 Эффективность ЕН антенны в процентах.
Рис. 4 Эффективность ЕН антенны в dB.
ТЕХНИЧЕСКИЕ СООБРАЖЕНИЯ:
Чтобы иметь представление о новой концепции предлагаемой антенны, необходимо обратиться к истории создания антенн. Вначале была антенна Герца, использующая длинный провод, который создавал излучение. Рабочая антенна Герца является обычно резонансной антенной, состоящая из горизонтального проводного диполя. Когда напряжение ВЧ (синусоидальная волна), подведено к антенне, ток течет в проводе. Этот ток вызывает образование магнитного поля, окружающего провод. Изменяющееся магнитное поле создает электрическое поле. Излучение происходит, когда электрическое поле (E) и магнитное поле (H) синфазны. К несчастью, поскольку одно поле создает другое, они имеют сдвиг в 90 градусов. По мере распространения полей этот сдвиг фаз уменьшается, и они становится синфазными в "дальней области". Поля взаимодействуют с заземлением и другими предметами, которые их поглощают и уменьшают эффективность антенны. Кроме того, эти поля вызывают помехи в электронном оборудовании.
Теперь, на «фоне» стандартной антенны, рассмотрим концепцию ЕН антенны. Представьте диполь с очень короткими но толстыми элементами в виде цилиндров. Такое размещение элементов имеет сравнительно высокую емкость между элементами. Катушка настройки создает, совместно с емкостью элементов, резонанс на желаемой рабочей частоте и обеспечивает высокое напряжение между цилиндрами. Что касается рисунка ниже, надо отметить, что когда высокое напряжение приложено к цилиндрам, образуется большое электрическое поле, которое окружает цилиндры но более сконцентрировано между двумя цилиндрами. Разница в напряжении потенциалов между верхом и низом каждого цилиндра вызывает ток в цилиндре, который создает поле H. Как признак синхронности между полем E и полем H можно отметить, что текущий ток течет только тогда, когда присутствует напряжение. Также отметьте, что поля E и H - физически ортогональны друг к другу. Теперь условия теоремы Пойнтинга удовлетворены и два поля эффективно интегрированы, чтобы производить излучение в антенне. Иначе говоря, дальняя область перемещается в антенну.
Рис. 5 Принцип работы ЕН антенны.
Основные выводы и особенности использования предлагаемой антенны:
" EH Антенна [3] имеет маленькие размеры и может иметь общую длину менее чем 1% длины волны. В среднем длина антенны - 3% длины волны но может быть и более, если необходима большая ширина полосы пропускания.
" Исследования полей от антенны показывают прирост уровня полей, в сравнении со стандартными проводными антеннами.
" Антенна EH может быть настроена в том же широким частотным диапазоне, с сравнительно постоянным сопротивлением излучения, пока размеры антенны не большие по сравнению с длиной волны.
" Антенна EH имеет очень широкую полосу пропускания, из-за большого сопротивления излучения, которое является результатом эффективного излучения полей Е и Н.
" Антенна EH имеет высокую эффективность из-за низких потерь (в катушке настройки) и высокого сопротивления излучения.
" Антенна EH имеет низкое входное сопротивление на частоте резонанса, следовательно имеет малое излучение на гармониках.
" Антенна EH совместима с другим электронным оборудованием поскольку E и H поля содержатся в пределах сферы антенны, в отличие от больших по размеру полей, созданных антенной Герца, которые могут вызывать Электромагнитные Помехи (EMI).
" Антенна EH имеет ту же действующую высоту, как и дипольная антенна, несмотря на размер. Она не чувствительное к независимым E или H полям; следовательно это приемная антенна мало реагирующая на внешние шумы. Эти два показателя исключительно для приемной антенны.
" Когда ЕН антенна установлена как вертикальная антенна, это миниатюрный диполь и он не нуждается в радиальных противовесах. Когда антенна установлена на высоте 1/8 длины волны, излучение от нее равно как от стандартной установленной антенны с противовесами.
" На частотах УКВ, практика использования ЕН антенн показывает значительный прирост дальности связи и эллиптическую поляризацию (почти круговую), таким образом делая отличную связь, поскольку излучение от стандартных вертикальных антенн подвержено многочисленным переотражениям, особенно в больших городских кварталах.
" Все коммуникационные каналы, включая АМ вещание и все частоты КВ и в спектре УКВ, могут теперь реализоваться в виде нескольких антенн на одной мечте.
Эта статья является первой общественной публикацией по антенне EH, которая теперь находится в производстве. Эта статья не содержит ссылки по этой новой технологии. Дополнительные детали могут быть получены в bmcarthur@alphacognetics.com. Пожалуйста посетите нас на стенде № 772 в IWCE 2013, чтобы увидеть эту замечательную антенную систему и другие для других частотных областей.
---------------------
1 Ted Hart-57 (BSEE) University of Oklahoma, Design and Systems Engineer Collins Radio, Deputy Director Harris Corporation, CEO EH Antenna Systems, LLC, and owner of EH Antenna patents. ted@eh-antenna.com.
2 Barrie McArthur-72 (BSEE) Mississippi State University came up through the communication ranks at Collins Radio (now Rockwell Collins), Diversified Technology, Inc, Omega-Tec LLC, and is now President/CEO of Alpha Cognetics LLC.
3 EH Antenna - Patent US6,486,846
4 Paul Birke – Retired Engineer Westinghouse Canada and specialist in Field Theory. He influenced the shape of the antenna to optimize performance. nonlinear@rogers.com
Примечание: Hart and Birke авторы новой текстовой книги, в которой представлена теория антенны ЕН. Это новое направление со времени создания первой теории антенн в 1880 году. Эта книга готова к завершению и выйдет в свет в 2013 году.
------------------
Примечание 2:
Ниже представлены фотографии описанной выше ЕН антенны. Все материалы взяты из форума Yahoo.com
Рис. 6 Внешний вид ЕН антенны.
Рис. 7 ЕН антенна без кожуха.
Рис. 8 Устройство перестройки антенны по частоте.
Рис. 9 ЕН антенна в автомобиле.
Перевод с английского Кононова В.В. (UA1ACO)
г. С-Петербург
03.2013г.
