Фидеры. Назначение. Волны с ортогональной поляризацией подводят к приемопередающей антенне РРС либо по одному фидеру, выполненному в виде круглого волновода, либо по двум волноводам эллиптического (иногда прямоугольного) сечения. В первом случае разделение этих волн выполняет поляризационный селектор. В диапазонах 2 ГГц и ниже фидером служит коаксиальный кабель, поскольку поперечные размеры волноводов на этих частотах велики. В диапазонах4,6 и 8 ГГц применяют круглый волновод диаметром d=70мм. Такой большой диаметр обеспечивает погонные потери энергии основной волны a1 не более 0,02дБ/м на частоте 4 ГГц и еще меньше в других диапазонах. Основной тип волны – Н11. В волноводе диаметром 70 мм на частоте 4 ГГц кроме Н11 может распространяться волна типа Е01; на частоте 6 ГГц к ним добавляются волны Е11, Н01, Н21, Н31, а на частоте 8 ГГц и другие волны высших типов. Такой волновод называют многоволновым. Одноволновый режим работы можно получить, уменьшив d. В эллиптическом волноводе основной тип волны с Н11, в прямоугольном – Н10. Размер поперечного сечения этих волноводов выбирают, исходя из условия одноволновой работы для каждого частотного диапазона. Поэтому они дают бóльшие, чем круглый волновод, погонные потери основной волны a 2»0,045 дБ/м. Из эллиптических и прямоугольных волноводов выполняют, как правило, только короткие участки фидера.
К точности изготовления внутренней поверхности многоволновых волноводов предъявляют жесткие требования. Тем не менее реальный волновод из-за технологических допусков всегда имеет неоднородности в виде изменения среднего диаметра, изломов и изгибов продольной оси, эллиптичности поперечного сечения. На неоднородностях круглого волновода, например около приемной антенны, возникают волны высших типов. Вместе с волной Н11 они распространяются по волноводному, отставая от нее из-за различия в групповых скоростях распространения. Затем на других неоднородностях, например в месте подключения РФ, часть энергии паразитной волны преобразуется в энергию основной волны и попадает на вход приемника. Так возникает запаздывающий сигнал, который порождает переходные шумы в каналах точно так же, как и отраженный сигнал. Уменьшают такие шумы подавлением паразитных волн с помощью заграждающих или поглощающих фильтров (ФП) волн высших типов, включаемых в фидер. Фильтры следует устанавливать рядом с источниками паразитных волн.
Неоднородности круглого волновода в виде эллиптичности поперечного сечения поворачивают плоскость поляризации поля на некоторый угол Y в. Из-за поворота плоскости поляризации появилась кроссполяризованная составляющая Ег*. Она является помехой для сигналов с горизонтальной поляризацией Ег. В фидерах РРЛ принято компенсировать кроссполяризованную волну с помощью корректора эллиптичности (КЭ).
Круглый волновод устанавливают на открытом воздухе. Его надо защищать от попадания внутрь пыли и влаги. При колебаниях температуры воздуха внутри волновода может сконденсироваться влага, что увеличивает потери энергии основной волны. Чтобы исключить их, волновод герметизируют, а воздух в нем периодически осушают. С этой целью в фидере устанавливают герметизирующие вставки (ГВ) и волноводные секции (ВСШ) со штуцером для присоединения воздухопровода и с отверстиями для подачи в волновод осушенного воздуха.
Для разделения волн разной поляризации в волноводах устанавливают поляризационные селекторы (ПС), для согласования волноводов разного сечения – плавные волноводные переходы (ПВ).
Схемы антенно-фидерных трактов. Антенно-фидерный тракт с АДЭ для работы на волнах двух поляризаций в диапазоне 6 ГГц (рисунок 7.5а) включает вертикальный участок на круглом биметаллическом волноводе (КВБ) и два горизонтальных участка на эллиптических гибких волноводах (ЭВГ). Обычно РРС оснащают монтажными комплектами КВБ длиной 5…120 мм и монтажными комплектами ЭВГ 1,5…30 м, позволяющими наращивать необходимую длину фидера.
Рисунок 7.5. Схемы АФТ для диапазона 6 ГГц с АДЭ (а), РПА (б)
Монтажный комплект ЭВГ содержит арматуру (концевые заделки) для стыковки ЭВГ с прямоугольным волноводом. Назначение вспомогательных устройств КЭ, ФП, ПС, ГВ И ВСШ пояснено выше. Поскольку облучатель АДЭ герметичен, то гермовставки ГВ1 установлены только снизу. Они выполнены на волноводе прямоугольного сечения и имеют штуцер для подачивоздуха. Вертикальный волновод соединен с облучателем АДЭ посредством двух плавных изгибов ПИ по 45 0. Эти изгибы увеличивают уровень волн высших типов (Е11 и Н12), поэтому рядом установлен заграждающий фильтр, состоящий из двух идентичных волноводных переходов ПВ1 и ПВ2 круглого сечения 70/43 мм. Переход ПВ1 плавно уменьшает диаметр волновода до 43 мм, а ПВ2 включен ему навстречу. Волновод диаметром 43 мм на частоте 6 ГГц является двухволновым, поэтому стык двух ПВ пропускает только волны двух типов Н11 и Е01. Последнюю поглощает ФП. В диапазоне 6 ГГц ПС имеет вход в виде круглого волновода диаметром 43 мм. Поэтому перед ним включен ПВ3, идентичный ПВ1. Замыкает вертикальный участок поглощающая нагрузка R, устраняющая резонансные явления.
В диапазоне 8 ГГц схема АФТ такая же, но с другими переходами ПВ1 – ПВ3, ПС и ЭВГ. В этом диапазоне двухволновый волновод имеет d=32 мм. Поэтому применены ПВ 70/32 мм и вход ПС имеет d= 32 мм. Размеры поперечного сечения ЭВГ падают с ростом частоты.
В диапазоне 4 ГГц в круглом волноводе d=70 мм волны Е11 и Н12 не распространяются, а вход ПС имеет d=70 мм, поэтому исключены ПВ1 – ПВ3. Но при этом ФП рекомендуют устанавливать ближе к антенне, до КЭ.
С РПА фидер соединяют (рисунок 7.5б) с помощью плавного перехода ПВ4. Со стороны РПА он имеет квадратное сечение 72´ 72 мм, со стороны волновода – круглое d=70 мм. В фидере установлена верхняя герметизирующая вставка ГВ2 на круглом волноводе, так как облучатель РПА не герметичен; ПВ1 и ПВ2 не нужны, поскольку трасса круглого волновода без изгибов. Начиная со входа ФП, АФТ имеет ту же схему, что и на рисунке 7.4а. Короткие АФТ выполняют полностью на ЭВГ.
Основные параметры АФТ. Приемный фидер ослабляет сигнал и ухудшает отношение сигнал-шум на входе приемника. Так же влияет передающий фидер, уменьшая ЭИИМ.
Коэффициент полезного действия передающего (приемного) фидера
h п=10-0,1a фп,
где
a ф.п =a ВУ +a 1l1+a 2l2;
a ф.п – потери энергии основной волны в передающем АФТ; aВУ – ослабление, вносимое вспомогательными устройствами; l1и l2 – длина вертикального и горизонтального участков фидера с погонными потерями a 1и a 2 соответственно. Получить большой КПД фидера на РРС, где необходимо высоко ставить антенны, можно, разместив аппаратуру в кабине под антенной либо используя ПАС.
В ТФ канале АРРС возникают переходные шумы из-за отражений в фидерах. Модуль коэффициента отражения r определяет амплитуду запаздывающего сигнала и мощность переходных шумов. Последняя не превышает допустимых значений, если в точках подключения ПС и антенны r =r 1=0,01…0,035, а на стыке секций r =r с на порядок меньше. Меньшие значения r относятся к АРРС с большим N. Для характеристики согласования элементов АФТ служит также коэффициент стоячей волны (КСВ)
kс.в=(1+r )/(1-r ).
При проверке АФТ обязательно измеряют КСВ на его входе (со стороны подсоединения аппаратуры). В рабочей полосе частот обычно получают КСВ не хуже 1,15…1,2.