Авиаприборостроение
 Малые антенны
 
Специальные малогабаритные антенны
на диапазоны средних и длинных волн (LW).
В.В. Кононов
(ведущий специалист "Авионика-РТС")
 

Не знаю, приходила ли кому-то мысль использовать малгабаритные антенны на LW (LongWave) диапазоны, включая частоты от 100 КГц и выше. Да, выпускаются подобные малгабаритные антенны на любительский диапазон 1,8 МГц итальянской и японской фирмами (1). И судя по сравнительным испытаниям, описанным в литературе, например в (2, 3), они показывают не плохие результаты. Но ведь понятно, чем ниже частота и, соответственно, больше длина волны, тем с большим преимуществом можно использовать малгабаритную антенну. Конечно, для таких низких частот и малгабаритная антенна все равно достаточно большое и громоздкое сооружение, но все познается в сравнении.
 
Возьмем для примера частоту 1 МГц .
 
Для этой частоты длина волны будет равна: L = 300/1 = 300 метров . Как же должна выглядеть стандартная антенна на эту частоту? В простейшем случае, это две мачты-опоры высотой более 100 метров (половина длины волны) и полотно антенны из провода, между этими двумя мачтами, длиной 150 метров (для горизонтальной антенны). Кстати и полотно антенны должно состоять не из одного провода, а из нескольких, иначе антенна будет очень узкополосная и подвержена изменениям метеоусловий и прочим неблагоприятным факторам. Конечно можно сделать вертикальную антенну длиной в четверть длины волны (300/4 = 75 метров) и установить ее на земле, но тогда придется делать сложную материалоемкую систему противовесов, которая, к тому же, займет значительную площадь на земле ( 56 "соток" !!! - вспомните дачные 6 "соток"... почти 10 садоводческих участков!!!).
 
А теперь прикинем размеры малгабаритной антенны на этот же диапазон: получим результат около 7-8 метров, при том, что установить такую конструкцию над землей, надо на высоте около 20-30 метров, причем противовесы отсутствуют!!!Теоретически, такая малгабаритная антенна должна работать так же как и ранее рассмотренная. Разница существенная.
 
Конечно стандартные антенны строят и таких больших размеров, но применяют и укороченные стандартные конструкции, теряя, естественно, в эффективности антенны. Для примера можно рассмотреть стандартную приводную авиационную антенну от радиостанции "ПАР" (Приводная Авиационная Радиостанция). Она имеет мачты высотой по 25 метров и полотно (состоящее из трех проводов) по 75 метров.
 
Как альтернативу такой конструкции можно рассмотреть малогабаритные антенну длиной около 2 метров (!!!), установленную на высоте 4-6 метров (!!!). По эффективности они должны быть равны, но по размерам...! Вот такая малгабаритная антенна и была изготовлена и проведены сравнительные натурные испытания между этими двумя антеннами, см. рисунок Рис. 1
 
 

 
Рис. 1
Полноразмерная антенна "ПАР" и малгабаритная антенна этого же диапазона, на одном из аэродромов.
чтобы на фоне неба было видно полотно стандартной антенны "ПАР", оно выделено дополнительно жирной линией.
 
 
Естественно, эксперимент был проведен не единыжды и в различных условиях и местах, см. например Рис. 2 и Рис. 3, 4
 
 
Рис. 2
Малгабаритные приводные антенны длиной 2 метра и 2 метра над землей (частота около 1 МГц, длина волны ~ 300 метров).
 
 
 

 
Рис. 3 Рис. 4
Малгабаритная приводная антенна длиной 2 метра и 5 метров над землей (частота около 1 МГц, длина волны ~ 300 метров).
В кабине летчиков, "золотая" стрелка АРК, указывает направление на приводную антенну.
 
Результаты этих экспериментов очень хорошие и обнадеживающие, и полностью подтвердили все предположения по работе малгабаритных антенн.
 
В заключение, посмотрим еще на одну приводную малогабаритную антенну, в которой смонтирован и передатчик и источник питания. Высота такой антенны около 6 метров. Данная конструкция показала также очень хорошие практические результаты.
 
 
__________________________________________________________________
 
А теперь с земли и воздуха перейдем к воде.
 
Попробовали установить такую маленькую приводную малгабаритную антенну на СВП (Судно на Воздушной Подушке). Такой симбиоз универсального судна, способного в одинаковой степени хорошо передвигаться как по воде и льду, так и по земле (на скорости около 100 км/час) породил уникальные возможности доставки и развертывания (в том-то и дело, что никакого развертывания и установки делать не приходилось) полностью готовой к работе, навигационной службы (привод, маркер, связь)! Да, раньше, средства привода и навигации устанавливались на автомобиле, в кунге, все это весило несколько тонн и могло передвигаться по дорогам на скорости не более нескольких десятков км/час. Развертывание станции продолжалось несколько часов, бригадой из нескольких человек!... стоимость всего комплекса... ну очень дорого. А теперь посмотрим на фотографию Рис. 5, сделанную во время "Военно-морского салона" в гавани С-Петербурга.
 

 
Рис. 5
Навигациооный комплекс, смонтированный на СВП.
На СВП видна приводная антенна бело-красного цвета, навигационный комплекс смонтирован внутри СВП.
 
Такое судно (СВП), может доставить навигационную аппаратуру в любую необходимую точку (дальность хода без дозаправки 300 км., экипаж до 4-х человек) и без развертывания, с ходу приступить к работе. Технические характеристики комплекса можно посмотреть ЗДЕСЬ (рисунок 400 Кб).
 
Естественно, что проведены эксперименты, по работе приводных средств установленных на СВП, например между СВП, стоящим в канале, около Петропавлосвкой крепости в С-Петербурге и вертолетом, со штатной навигационной аппаратурой (АРК и т.д.), в пределах маршрута полета. Надо заметить, что приводная антенна на СВП, находилась при этом в самых неблагоприятных условиях (0,5 метра от воды !!! ниже уровня окружающей земли, см. фото Рис. 6), а мощность передатчика была всего 10 ватт!!! (стандартная приводная р/станция имеет мощность не менее 250-400 ватт!)
 

 
Рис. 6
Навигациооный комплекс, смонтированный на СВП, в канале у Петропавловской крепости СПб.
 
 
Судно на воздушной подушке, оснащенное навигационной аппаратурой, участвовало также на недавно прошедшем авиасалоне МАКС-2007 в Москве, Рис. 7, а также участвовало на Гидроавиасалоне в г. Геленджик в 2008 году (Рис. 8).
 

 
Рис. 7
Навигациооный комплекс, смонтированный на СВП, на выставке МАКС-2007 в Москве.
 
 

 
Рис. 8
Навигациооный комплекс, смонтированный на СВП, на гидроавиасалоне Геленджик-2008.
на малогабаритной приводной антенне развивается Андреевский флаг.
 
Да, эффективность такой малогабаритной приводной антенны, смонтированной на СВП, ниже чем у стандартной. Никто еще не отменял физические законы и поглащение радиоволн в земле. Конечно надо поднять антенну выше над землей (или увеличить мощность передатчика). Но почему же все это работает вообще и работает не плохо?
На самом деле все просто.
Рассмотрим пример со стандартной приводной р/станцией и антенной:
1. КПД передатчика, около 40-50% (при выходной мощности 250 ватт), значит потребляемая мощность - 500-600 вт.
2. КПД антенны, около 10%, значит в эфир уходит - 25 ватт.
Подводим от источника питания 500-600 ватт, а излучаем в эфир около 25 ватт, общий КПД 4-5%
 
Теперь рассмотрим вариант с малгабаритной антенной:
1. КПД передатчика (специальный режим для ЕН антенны) около 80-85% (при выходной мощности 10 ватт), значит потребляемая мощность - 12,5 ватт.
2. КПД малгабаритной антенны 80-90%, значит в эфир уходит 8-9 ватт.
Подводим от источника 12,5 ватт, а излучаем в эфир 8-9 ватт, общий КПД 75%
 
Теперь сравниваем 5% и 75% - разница в 15 раз! Реальная близость земли (воды) сказывается и практически эта разница меньше конечно.
 
Со стандартной приводной мы излучаем в эфир 25 ватт, а с малгабаритной антенной 8-9 ватт. Как видим, реальная энергетика примерно одного порядка! Поэтому и результаты при сравнении получаем примерно одинаковые (с малгабаритной антенной длиной 2 метра и передатчиком мощностью 10 ватт система работает несколько хуже). Но ведь никто не мешает поднять мощность передатчика в 5-10 раз! до 50-100 ватт и даже до 200-250 ватт (технической проблемы нет). И вот тогда выигрыш уже будет на стороне привода с малгабаритной антенной, при оставшихся габаритах и размерах антенны.
Но резервы на этом не исчерпываются. Как говорилось выше, длина малгабаритной антенны в 2 метра не оптимальна и можно сделать антенну несколько больше.
 

 
Рис. 9
Функционально законченный маркерный маяк с дистанционным управлением.
 
 
При таком подходе, становится возможным изготовить такие уникальные комплексы, которые раньше было просто не сделать или они занимали бы несоизмеримо больше места и потребляли энергии в несколько раз (а то и в десятки раз) больше. Примером такого решения может служить функционально законченный маркерный маяк (см. рисунок Рис. 9), включающий в себя антенную систему, передатчик и источник питания. Дистанционное управление и возможность работать в экстремальных условиях, подчеркивают его уникальность (есть возможность еще уменьшить габариты маяка).
 
Подводя итоги всему сказанному (и увиденному), можно сделать вывод, что применение малгабаритных антенн и их модификаций, открывают широкую дорогу в проектировании таких устройств, которые раньше не удавалось сделать или получить приемлемые результаты. Накопленный практический и теоретический "задел" в конструировании таких устройств позволяют говорить об этом с уверенностью. Кроме того, открываются такие возможности о которых мы раньше и не задумывались.
В заключение надо заметить, что многие разработки опирались на Патент Харченко К.П.
 

 
Рис. 10 Патент К.П. Харченко
 
 
Кроме использования в качестве приводных антенн, малогабаритные антенны могут использоваться и в других областях навигации и связи.
 
все фото, автора статьи