ЎЗБЕКИСТОН РЕСПУБЛИКАСИ АЛОҚА, АХБОРОТЛАШТИРИШ ВА ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ ДАВЛАТ ҚЎМИТАСИ

ТОШКЕНТ АХБОРОТ ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ УНИВЕРСИТЕТИ

ТВ ва РЭ кафедраси

МОБИЛ ВА СУНЪИЙ ЙЎЛДОШЛИ

АЛОҚА  ТИЗИМИ АНТЕННАЛАРИ

5311400 – мобил алоқа тизимлари

йўналишида таълим олаётган талабалар учун

ўқув қўлланма

Тошкент 2013

Ўқув қўлланма замонавий мобил ва сунъий йўлдошли алоқа тизимларини ташкил этиш масалаларини ўзида мужассамлаштирган бўлиб, унда мобил ва сунъий йўлдошли алоқа тизимларида кенг қўлланиладиган антенналарнинг асосий турлари, тузилиши, техник тавсифлари келтирилган.

Ушбу ўқув қўлланма “Радиотўлқинларнинг тарқалиши ва мобил алоқа тизимлари антенналари” фанидан  “Мобил алоқа тизимлари” йўналишида таълим олаётган талабалар ва магистрлар учун мўлжалланган

МУНДАРИЖА

1.	АНТЕННАНИНГ ЙЎНАЛГАНЛИК ВА ЭЛЕКТРИК ХУСУСИЯТЛАРИНИ ТАВСИФЛОВЧИ АСОСИЙ ПАРАМЕТРЛАР.................................................................................
1.1.	Антенна муҳим радиотехник қурилма сифатида.............................
1.2.	Антеннанинг йўналганлик хусусиятларини тавсифловчи параметрлар........................................................................................
1.3.	Антеннанинг электрик хусусиятларини тавсифловчи параметрлар........................................................................................
2.	МОБИЛ АЛОҚА ТИЗИМИ АНТЕННАЛАРИ..................................
2.1.	Штирли антенна...................................................................................
2.2.	Спиралсимон антенна..........................................................................
2.3.	Коллинеар антенна...............................................................................
2.4.	Кўптебраткичли антенналар...............................................................
2.5.	Антенна панжаралари, панелли антенналар......................................
2.6.	Тўнтарилган  L-антенна......................................................................
2.7.	Тўнтарилган  L-антенна......................................................................
2.8.	Планар  F-антенна...............................................................................
3.	СУНЪИЙ ЙЎЛДОШЛИ АЛОҚА ТИЗИМИ АНТЕННАЛАРИ......
3.1.	Сунъий йўлдошли алоқа тизимининг частота диапазони................
3.2.	Сунъий йўлдошли алоқа тизими антенналарига қўйиладиган........ талаблар................................................................................................
3.3.	Парабрлик антенналар.........................................................................
3.4.	Икки кўзгули антенналар...................................................................
АДАБИЁТЛАР...............................................................................................

1. АНТЕННАНИНГ ЙЎНАЛГАНЛИК ВА ЭЛЕКТРИК ХУСУСИЯТЛАРИНИ ТАВСИФЛОВЧИ АСОСИЙ ПАРАМЕТРЛАР

1.1. Антенна муҳим радиотехник қурилма сифатида

Антенна деб,  электромагнит сигналларни узатиш ёки қабул қилиш учун мўлжалланган қурилмага айтилади. Антенна фидер линияси билан атроф муҳит орасидаги алоқани таъминлайди. Узаткич чиқишида ҳосил бўлган юқори частотали тебраниш фидер орқали антеннага етиб келади ва электромагнит тўлқин кўринишида фазога нурланади.

Қабул қилувчи антенна электромагнит тўлқинларни қабул қилади ва уларни юқори частотали тебранишга айлантириб,  фидер тракти орқали қабул қилгичга узатади. Бу  жараён радиоалоқа линиясининг соддалаштирилган схемаси кўринишида 1.1-расмда келтирилган.

1.1-расм. Радиоалоқа линиясининг соддалашган схемаси

Муайян антенна схемасидан қуйидаги элементларни алоҳида таъкидлаш мумкин: кириш (U_a- антенна киришидаги кучланиш, i_a- антенна кириш токи), мослаштирувчи қурилма, тақсимлагич ва нурлатувчи тизим (1.2-расм).

Одатда,  антеннанинг  кириши ҳақида гап кетганда белгиланган тўлқин турига эга бўлган узатиш линияси тушунилади. Замонавий антенналар бир нечта, баъзан эса юзтадан, мингтагача киришларга эга бўлиши мумкин. Ушбу киришлар антенналарнинг бир вақтнинг ўзида бир нечта частотада  ишлашини ёки ўзаро боғлиқ  бўлмаган бир нечта йўналганлик характеристикаларини ҳосил қилиш имконини беради.

Мослаштирувчи қурилма манба линиясини  югурма тўлқин режимига яқин бўлган режим билан таъминлаш учун мўлжалланган. Антенналарда тор ва кенг полоса бўйича мослаштирувчи оддий схемалар билан биргаликда,  тақсимлагич киришидаги   бир нечта конструктив ўлчамларини  рационал тарзда танлаш йўли орқали ҳам мослаштирилади.

1.2-расм. Антеннанинг тузилиш  схемаси

Антенна тақсимлагичи ўтказгич ва диэлектриклардан ташкил топган бўлиб, талаб этилган йўналганлик характеристикасини ҳосил қилиш учун зарур бўлган нурланувчи токларнинг тақсимланиш қонуниятини яратади.

Ва ниҳоят, нурлатувчи тизим фазонинг электромагнит тўлқинларни қўзғатувчи токлар оқиб ўтувчи  соҳасини ўзида мужассамлаштиради. Антеннанинг қайтувчанлик принципига асосанланган ҳолда, айнан шу жараёнларни қабул қилувчи антеннада ҳам кузатиш мумкин. Нурлатувчи тизим сифатида металл сиртдан оқиб ўтувчи реал электр токларни, шунингдек, антеннани ўраб турувчи ёпиқ сиртдаги эквивалент электр ва магнит токларни, магнитодиэлектриклар эгаллаб турган ҳажмлардаги электр ва магнит қутбланишлардаги токларни қараш мумкин.

Антенналар нурланувчи майдонни ҳосил қилиш хусусиятига кўра 4 та асосий синфларга бўлинади:

1. Унча катта бўлмаган ўлчамдаги нурлатгичлар:

l ≤ λ  ; f = 10 кГц…1 ГГц.

Масалан: тирқишдан  ясалган якка тебратгичли нурлатгичлар, микрочизиқли   ва рамкали антенналар.

2. Югурма тўлқин антенналари:

l< λ ≤ 10 λ; f=3 МГц…10 ГГц.

Масалан: спирал, диэлектрик, тўлқин каналли (директорли) антенналар.

3. Антенна панжаралари:

λ < l ≤ 100 λ; f = 3 МГц…30 ГГц.

Масалан: синфаз горизонтал диапазонли антенна, телемарказдан узатувчи антенналар.

4. Аппертурали антенналар (апертура - бу нурлатувчи сирт):

λ < l ≤ 1000 λ; f = 100 МГц…100 ГГц.

Масалан: рупорли, параболик антенналар.

Антенналарнинг ишлаш фаолияти бир қатор омилларга боғлиқ: радиотехник, конструктив, эксплуатацион, иқтисодий характеристикалар ва параметрлар. Антенналарнинг конструктив тузилиши ва уларнинг параметрларини қабул қилувчи          қийматлари қўлланилаётган радиотўлқинларнинг частота диапазонига боғлиқ. Шунга кўра антенналар узун ва ўрта тўлқинли, қисқа тўлқинли антенналар, УҚТ антенналари, ЎЮЧ ва оптик тўлқин антенналарига бўлинади.

Ҳозирда мавжуд бўлган антенналарнинг кенг имкониятлари айни дамда чекланган бўлиб, тараққиёт  шиддат билан ривожланиб бораётган дунёда узатилаётган ахборотнинг ҳажмига бўлган талаб соат сайин ортиб бормоқда.

Алоқа тизими абонентларининг сонини ортиши, радиоканалларнинг  информативлигига бўлган талабнинг ўсиши, замонавий антенналарнинг сифат кўрсаткичларини оширишга  бўлган эхтиёж,  алоқа тизими антенналарини тубдан модернизация қилиш ва  юқори функционал имкониятларга эга бўлган янги  авлод антенналарини яратишга асос бўлмоқда.

Хусусан, бир неча ўн километр масофаларда  юқори информативликка  эга бўлган алоқа тизимларини ташкиллаштириш учун  миллиметрли тўлқин диапазонига ўтилади. Бу эса ўз навбатида, кўзгули антенналарга нисбатан қўйиладиган талабларни янада кучайтиради.

Алоқа тизимларининг информативлик даражасини оширишнинг бир неча йўллари мавжуд бўлиб, улардан биринчиси – фойдаланилаётган частота полосасини кенгайтириш. Бироқ, қўлланилаётган  частота диапазонларининг  аксариятида   полосалар кенглиги чекланган. Шу сабабли, ҳозирча частота чекловларидан ҳоли бўлган  миллиметрли ва субмиллиметрли частота диапазонларида радиоалоқани амалга ошириш мақсадга мувофиқ.

Аммо ушбу диапазонларда  ишловчи антенналар конструктив тузилиши жиҳатидан жудда мураккаб бўлиб, ривожланишга муҳтож. Иккинчи йўл – каналларнинг қўшимча қутбланишли бўшатилиши.  Натижада каналларнинг самарадорлиги икки мартагача ортиши мумкин. Бу эса ўз навбатида нурлатувчи элементлар сонини иккитага ортиши ҳисобига  антеннанинг қурилиш мураккаблигини ҳам икки мартага оширади. Учинчи йўл – бир вақтда ишловчи абонентлар сонига ва фазодаги  жойлашувига  мос тарзда антенна нури билан бошқариш. Бу турдаги антенналар (антенна панжаралари) адаптив ёки интеллектуал антенналар деб аталади. Улар махсус процессорлар ёрдамида келган сигналларни адаптив қайта ишлайди, антеннанинг фазовий характеристикаларини ўзгартириш эса фаза ўзгартиргичлар ёки антенна панжараси каналларидаги кучайтиргичларни бошқариш орқали амалга оширилади. Бундан ташқари, интеллектуал антенна панжаралари ҳалақитли сигналларни 20 дБ  га  бартараф этади, хусусан  битта берилган ёки танланган абонентдан ташқари.

1.2.  Антеннанинг йўналганлик хусусиятларини характерловчи параметрлар

Ихтиёрий антеннанинг йўналганлик хусусияти йўналганликнинг амплитуда характеристикаси (АХ),  деб аталувчи парамерт билан ифодаланади. Яъни, нурлатувчи антенна ҳосил қилган майдон кучланганлигининг антеннадан бир хил узоқликда жойлашган фазодаги кузатув бурчаклари θ ва φ га боғлиқлиги.

Ушбу характеристиканинг график тасвири ƒ(θ,φ)  йўналганлик диаграммаси  (ЙД) деб аталади. Фазовий ЙД ҳажмга эга бўлган шакл кўринишида бўлганлиги сабабли, бундай диаграммани қуриш бироз ноқулай. Шу сабабли амалиётда чизиқли қутбланган тўлқинларни нурлатувчи антенналарнинг ЙД иккита ўзаъро перпендикуляр кесим: электр Е ва магнит Н векторларининг текисликларида кўриб чиқилади.

Чизиқли қутбланган  тўлқинларни нурлатувчи антеннлар учун асосий текислик деб,  нурлатилган майдоннинг Е  (электр вектори текислиги) ёки Н (магнит вектори текислиги) векторларидан бири  ётган текисликка айтилади.

Фазода вертикал жойлашган тебраткичли антенна бўлган ҳолатда, Е векторнинг текислиги тебраткич ўқи бўйлаб ўтади ва меридиал текислик деб аталади. Н векторнинг текислиги тебраткич ўқига перпендикуляр бўлиб, унинг марказидан ўтади ва экваториал текислик деб аталади. Одатда ЙД майдоний (1.3.расм) ёки декарт (тўғричизиқли) координаталар тизимида (1.4.расм) тасвирланади.

1.3.расм. Симметрик тебраткичнинг майдоний координаталар тизимидаги ЙД (а-меридионал текисликда, б-экваториал текисликда)

1.4.расм. Симметрик тебраткичнинг декарт  координаталар тизимидаги меъёрлашган ЙД (а-меридионал текисликда, б-экваториал текисликда)

Майдоний координаталар тизимида қурилган ЙД нурлатилган майдоннинг фазода қандай тақсимланишини аниқ ифодалайди. Декарт координаталар тизимидаги ЙД эса,  жуда катта аниқликдаги йўналганлик хусусиятига эга бўлган антенналарда фойдаланиш ўринли. Яъни, нурланаётган майдон кичик бурчаклар орасида жойлашган ён баргчалардан иборат бўлади.

Турли антенналарнинг йўналганлик хусусиятларини антеннанинг йўналганлик коэффициенти (ЙК) ёрдамида баҳолаш мумкин.  ЙК  антеннанинг нурлатилган электромагнит майдонни маълум бир йўналишда жамлаш  хусусиятини кўрсатади.  нурлатувчи антеннанинг берилган йўналишда ҳосил қилинган майдон кучланганлиги квадратининг барча йўналишлардаги майдон кучланганликларининг  ўртача қиймати квадратининг   нисбатига тенг, яъни

D = Е² (θ₁,φ₁) / Е²_ўрт,                                                       (1.1)

бунда, Е(θ₁,φ₁) – йўналиши  θ_{1 ва} φ₁ бурчаклар орқали ифодаланувчи берилган антеннанинг кузатув нуқтасида  ҳосил қилган майдон кучланганлиги;

Е_ўрт – йўналтирилмаган (изотроп) антенна ҳосил қилган майдон кучланагнлиги.

Шу тариқа ЙК аниқлашда берилган антенна ўзи каби айнан бир хил қувватни нурлатувчи изотроп антенна билан солиштирилади. Аммо бунда антенна киришида берилган қувват ва унинг ФИК бизни қизиқтирмайди.

ЙК қанча катта қийматга эга бўлса, ЙД бош баргчаси шунча тор ва ён баргчаларнинг сатҳи паст бўлади.

Йўналганлик коэффициенти  нурлатиш жамлаш ҳисобига бош максимум томонга йўналтирилганда, ёнга нурланишга сарф бўлувчи қувватни тежалишидан олинган фойдани кўрсатади.

Антеннанинг кучайтириш коэффициенти (КК) - нурлатувчи антеннанинг берилган йўналишда ҳосил қилинган электр майдон кучланганлиги квадрантасини эталон (умуман  йўналтирилмаган) антенна ҳосил қилган  майдон кучланганлиги  квадрантасининг   нисбатига тенг, яъни:

G= Е²_A / Е²_И,                                               (1.2)

бунда, Е_А = Е(θ₁,φ₁) – берилган антеннанинг берилган йўналишда ҳосил қилган майдон кучланганлиги;

Е_Н  - йўналтирилмаган (изотроп) антенна ҳосил қилган майдон кучланагнлиги.

Антеннанинг  КК  изотроп антеннани йўналтирилган антеннага алмаштириш учун бериладиган қувватни неча мартага камайтириш кераклигини кўрсатади. Уни ҳисоблаш  ЙТК учун келтирилган ифодани фойдали иш коэффициентига кўпайтириш орқали амалга оширилади:

G=D·η,                                              (1.3)

Қабул қилувчи антеннани,  радиотўлқинларнинг тарқалиш йўналишида узатилаётган энергиянинг маълум қисмини ютувчи тўсиқ сифатида кўриб чиқиш мумкин. Агар тўлқин фронтига параллел (тўлқиннинг тарқалиш йўналишига перпендикуляр)  S_эфф майдонга эга бўлган абсолют қора жисм хусусиятини намоён этувчи ясси тўсиқ (барер) жойлаштирсак, у қуйидагига тенг бўлган қувватни ютади

   (1.3)

Уммумий кўринишда антеннанинг  S_эфф эффектив майдони қуйидагича ифодаланади

                           (1.4)

бунда, l_Т -антеннанинг таъсир этувчи узунлиги,

R_кир- антеннанинг кириш қаршилиги.

Агар кириш қаршилиги  R_кир кучайтириш коээфициенти орқали ифодаланса,

                                        (1.5)

Эффектив майдон тушунчаси қабул қилувчи антенналар учун қўлланилган тушунча. Аммо,     узатиш   режимида  ҳам   S_эфф антенна     параметрлари  (l_Т, R_кир, G) орқали ифодаланади,  шу сабабли  ундан узатувчи антенна параметри сифатида ҳам фойдалниш мумкин.

Ушбу параметр тахминий ҳисоблашларни амалга оширишда ҳам жуда қулай. Гап шундаки, кўпгина (ўтказгичли ва дифракцион) антенналарнинг эффектив майдони S_эфф антеннанинг геометрик майдони S билан содда боғлиқликка эга

S_эфф = υ * S,                                                     (1.6)

бунда, υ – антеннанинг ёйилиш сиртидан фойдаланиш коэффициенти бўлиб, 0.5...0.6  га  тенг. Реал антенналар учун ҳеч қачон 1 га тенг бўлмайди.

         Шу сабабли антенналарнинг геометрик ўлчамларини ва келаётган тўлқиннинг мйдон кучланганлигини билган ҳолда,  (1.3) тенглама ёрдамида оптимал режимдаги қувватни ва қолган барча катталикларни аниқлаш мумкин.

1.3. Антенналарнинг электр хусусиятларини характерловчи параметрлар

Антеннанинг ўтказиш полосаси – узатилаётган (қабул қилинаётган) сигнал частотасининг барча  спектрини белгиланган оралиқда бузилишларсиз етказиб берилишини таъминловчи частота полосаси.

Антеннанинг ўтказиш полосаси асосан унинг кириш қаршилигини частотага боғлиқлиги билан ифодаланади. Бу боғлиқлик сигнал спектрларининг турли частоталарда  нурлатилётган майдон кучланганлиги амплитудаси ва фазаси қийматларининг ўзгаришига, натижада киришдаги сигналнинг бузилишига олиб келади.

Антенналар фидер орқали озиқланиши жараёнида кириш қаршилигининг ўзгариши номуттаносибликни келтириб чиқаради. Яъни, фидернинг фаза характеристикасидаги ночизиқлиликка ва узатилаётган ёки қабул қилинаётган  сигнал шаклининг бузилишига сабачи бўлган  турғун тўлқин юзага келади. Айниқса, кенгполосали сигналларнинг бузилиш (телевидение, кўпканалли радиорелей телефон алоқаси) ҳавфи ортади.

Шунингдек, антеннанинг йўналганлик хусусиятларини частотага боғлиқлиги, узатилаётган сигналнинг турли частота спектрларида қабул нуқтасидаги майдон кучланганлигининг қийматига ҳам таъсир кўрсатиб, сигналнинг бузиши мумкин. Аммо шуни ҳам назарда тутиш керак-ки, белгиланган ўтказиш полосаси оралиғида антеннанинг йўналганлик хусусиятлари жуда кам ўзгаради.

Антеннанинг ишчи диапазони деб, антеннанинг  белгиланган техник талабларни қаноатлантирувчи оралиқдаги частота диапазонига айтилади.

Ишчи диапазоннинг кенглиги ва ундаги антеннага  қўйиладиган талаблар турлича бўлиши мумкин. Масалан, узун ва ўрта тўлқин антенналарида ФИК белгиланган қийматдан  кичик бўлмаслиги, берилган қувватни узатиш имкониятининг мавжуд бўлиши, берилган  диапазондаги турли ишчи тўлқинлар учун зарур бўлган ўтказиш полосаси билан таъминланган бўлиши шарт.

Қисқа тўлқин  антенналарида йўналганлик хусусияти бутун ишчи диапазон бўйлаб яроқли бўлиши, бир  ишчи тўлқиндан иккинчисига антеннани қайта созлашларсиз ўтиш учун кириш қаршилиги фақат белгиланган оралиқларда ўзгариши керак.

Реал антенналар ўтказгичлардан ва тугалланган ўтказувчанликка эга бўлган метал сиртлардан, ёки йўқотишли диэлектриклардан  ясалади.  Шу сабабли антеннага узатилган қувватнинг барчаси нурлатишга сарф қилинмайди, унинг бир иссиқлик кўринишида ажралиб чиқади.

Антеннанинг   фойдали   иш    коэффициенти деб, нурлатувчи  (P_Σ) қувватнинг  антеннага узатилувчи (P_O) қувватга бўлган нисбатига айтилади

ɳ =P_Σ/P_{O .}                                                                (1.7)

Келтирилган қувват нурлатилган ва йўқотилган қувватларнинг йиғиндисига тенг

,                    (1.8)

бунда, I₀ – антенна манбаси нуқталаридаги амплитуда токи;

R_Σ –манба нуқталаридаги тока узатилган нурлатиш қаршилиги;

R_йўқот – манба нуқталаридаги тока узатилган йўқотишларнинг                                қаршилиги.

Юқорида келтирилган (1.7) тенглмани ҳисобга олган ҳолда

                                    (1.9)

Қабул қилувчи антенна қисқичларида, фойдали сигналнинг ЭЮК билан биргаликда,  турли халақитларнинг манбаларидан қўзғатилган  ЭЮК ҳам юзага келади. Ушбу ЭЮК нинг сатҳи  Т_а шовқин ҳарорати, деб аталувчи катталик билан Келвин градусида ўлчанади.

Халақитли ЭЮК ларнинг юзага келтирувчи манбалар икки гуруҳга бўлинади:

1) ишки  манбалар, антенна ўтказгичларидаги электрон газ зичлигининг флуктацияси ва унинг  (электрон газнинг) фидер линиясидаги иссиқлик ҳаракати натижасида ҳосил бўлади, уларни шовқинлар манбаи деб ҳам аташ мумкин.

2) нурланишнинг ташқи манбалари, антенна яқинида ҳосил бўлувчи ҳалқинларнинг электромагнит майдони, уларни халақитлар манбаи деб ҳам аташ мумкин.

Симметрик тебратгичнинг турли нуқталаридаги токларнинг амплитудалари бир хил бўлмаганликлари сабабли,  унинг барча қисмларидан бирдек самарали фойдаланилмайди. Тебратгичнинг токи максимал бўлган соҳалари,  ток минимал бўлган қисмига нисбатан интенсив нурлатади. Токлари турли нуқталарда турли қийматларга эга бўлган антеннани, токлари барча нуқталарда бир хил амплитуда ва фазага эга бўлган гипотетик антенна билан солиштириш учун антенналар назариясида таъсир этувчи узунлик тушунчасидан фойдаланилади.

Симметрик тебратгичнинг таъсир этувчи узунлиги (l_Т) деб, тебратгич узунлиги бўйлаб  бир хил ток тақсимотига эга бўлган ва қабул нуқтасида ҳам худди шундай майдон сатҳини ҳосил қилувчи узунликка айтилади. Ихтиёрий тебратгичли антеннанинг таъсир этувчи узунлигини қуйидаги тенглама ёрдмида ҳисоблаш мумкин:

                                   (1.10)

Тенгламадан кўринадики, антеннанинг таъсир этувчи узунлиги тўлқин узунлигига ва антеннанинг узунлигига боғлиқ бўлиб, унинг геометрик ўлчамига тенг эмас.

Антеннанинг нурлатиш қаршилиги R_Σ – нурлатиш қуввати P_Σ ни  антеннанинг бирор бир кесимидан оқиб ўтаётган I_A токка боғлиқлигини кўрсатувчи параметр

                                              (1.11)

Ток ва кучланиш антенна узунлиги бўйлаб нотекис тақсимланганлиги сабабли  катталик R_Σ қийматини яхлитлаш учун  аксарият  ҳолатларда, нурлатилаётган қувватнинг антенна киришидаги ток  қийматининг квадратига нисбати олинади.

Шунингдек, катталик  R_Σ   антеннанинг ўлчами ва тўлқин узунлиги орасидаги муносабатга, антенна шаклига ва бошқа факторларга боғлиқ.

Масалан, якка симметрик тебратгичнинг узунлигини l=λ гача оширилиши, нурлатиш қаршилигининг ортишига олиб келади. Умумий ҳолатда  R_Σ комплекс характерга эга.

Буни исботлаш учун ярим тўлқинли тебратгични кўриб чиқамиз. Ярим тўлқинли тебратгич учун  актив қаршилик  R_Σ = 73,1 Ом, реактив қаршилик           Х_Σ = 42,5 Ом га тенг. Тебратгич диаметрининг ортиши унинг тўлқин қаршилигини камайишига олиб келади.

Антеннанинг тўлқин қаршилиги W   униг муҳим параметрларидан бири ҳисобланади. Тўлқин қаршилик узун линиялар назарияси усули асосида кўриб чиқилади. Идеал узун линиянинг тўлқин қаршилиги қуйидагига тенг:

                                           (1.12)

бунда, L_пог – погон индуктивлик, Г/м; С_пог - погон сиғим, Ф/м.  Бу катталиклар муҳитнинг диэлектрик ε  ҳамда  магнит  μ  сингдирувчанликлари билан ўзаро боғлиқликга эга

                                  (1.13)

Агар ўтказгич ҳавода жойлашган бўлса, у ҳолда

 га тенг.       (1.14)

Муносабат (1.14) га кўра антеннанинг тўлқин қаршилигини ифодалашда қуйидаги усул қўлланилади: дастлаб антеннанинг сиғими (электростатик) С ҳисобланади, сўнгра  сиғимни (фарадда) узунликка (мертда) бўлиш орқали погон сиғим С_пог  аниқланади ҳамда ушбу ифодани (1.14) тенгламага қўйиш орқали тўлқин қаршилик W  аниқланади.

Генератордан антеннага узатилган қувватнинг фақат бир қисмигина нурлатилади. Қолган қисми эса, тебратгичнинг ўзида (ўтказгичларнинг қизиши ҳисобига), изоляторларда ва ўраб турувчи элементларда йўқолади. Антеннадан нурлатилган қувват нурлатишнинг актив қаршилигига мос келади. Йўқотилган қувват  эса йўқотишларнинг актив қаршилиги қийматига тенг. Нурлатилган қувватдан ташқари, антенна атрофида ҳосил бўлган ЭММ билан боғлиқ бўлган реактив қувват ҳам мавжуд. Реактив қувват кўп ҳоллатларда антеннанинг реактив қаршилиги қийматига мос келади.

Шу тариқа, антеннага уланган генератор антеннанинг кириш қаршилиги, деб номланган комплекс қаршилик билан юкланган.

Антеннанинг кириш қаршилиги деб, манба нуқтасидаги кучланишнинг манба нуқтасидаги токка бўлган  нисбатига айтилади. Умумий ҳолда бу қаршилик  комплекс катталик ҳисобланади ва антеннанинг нисбий узунлиги  l / λ  га боғлиқ.

Z_кир =U₀/I₀ = R_кир+ jX_кир,                              (1.15)

бунда,  R-кириш қаршилигининг актив ташкил этувчиси; jX_кир - реактив ташкил этувчи.

Идеал холатда антеннанинг кириш қаршилиги тоза актив бўлиши ва фидернинг тўлқин қаршилигига тенг бўлиши керак.

Кириш қаршилигининг қиймати ва характери антеннага уланган генераторнинг иш режимини ифодалайди.

Йўқотиш қаршилигининг қиймати қуйидагича аниқланади

R_й = R_қ + R_и + R_ер,                            (1.16)

бунда, R_қ – ўтказгичларни қизишидаги йўқотиш қуввати;

R_и – антенна изоляторларидаги йўқотиш қуввати;

R _ер – ердаги  ва ерлатиш тизимларидаги йўқотиш қуввати.

2.

3.

4.

5.

6.

2. МОБИЛ АЛОҚА ТИЗИМЛАРИ АНТЕННАЛАРИ

2.1. Штирсимон антенналар

Носимметрик (штирсимон) антенналар деб, ер сирти яқинида (ёки ўтказувчи экранда) перпендикуляр жойлашган антеннага айтилади. Агар ер сиртини идеал ўтказгич деб ҳисоблаб, унинг кўзгули аксланишини эътиборга олсак, у ҳолда носимметрик тебратгични унга эквивалент бўлган симметрик тебратгичнинг ярими деб ҳисоблаш мумкин (2.1-расм). Ушбу тахминдан келиб чиқиб, носимметрик тебратгичнинг барча асосий характеристикалари ҳисобланади.

Носимметрик тебратгичнинг нурлатиш қаршилиги эквивалент симметрик тебратгичга нисбатан икки марта кам, сабаби, бир хил токларда номсимметрик тебратгич икки марта кам қувватни нурлатади. Носимметрик тебратгичнинг кириш қаршилиги эквивалент симметрик тебратгичга нисбатан икки марта кам, сабаби, бир хилдаги  ток манбаларидан таъминланганда  номсимметрик тебратгичнинг манба кучланиши  икки марта кам.

Носимметрик тебратгичнинг йўналтирилганлик таъсир коэффициенти ( шунингдек, кучайтириш коэффициенти) эквивалент симметрик тебратгичга нисбатан икки марта катта. Сабаби, бир хилдаги нурлатиш қувватида носимметрик тебратгич икки марта катта бўлган қувват зичлигини таъминлайди (2.2-расм).

Юқорида таъкидлаб ўтилганларнинг барчаси идеал носимметрик тебратгич бўлган ҳолат учун ўринли бўлиб, унга кўра ер идеал ўтказгич вазифасини ўтайди. Агар ернинг ўтказувчанлик хусусияти идеал бўлмаса ёки об-ҳаво шароитига боғлиқ бўлса,  токнинг ер сирти бўйлаб тақсимоти  ҳам ўзгаради, натижада тебратгичнинг нурлатиш майдони ҳам ўзгаради.

Ернинг паст ўтказувчанлик хусусиятининг тебратгичдаги ток амплитудасининг камайишига, бу эса ўз навбатида, унинг қаршилигини ортишига ва нурлатиш қаршилигини камайишига олиб келади.

2.1-расм. Идеал ўтказувчанликка эга бўлган ер сиртида жойлашган штирли антенна.

2.2-расм. Штирли антенна(а)  ва диполнинг (б) йўналганлик хусусияти

Бундан ташқари, ёмон ўтказувчанлик хусусиятига эга бўлган ер катта диэлектрик ўтказувчанликка эга бўлган диэлектрик бўлиб (унинг максимал қиймати 80 га етиши мумкин), мавҳум диполнинг электр узунлигини ўзгаришига ҳамда, силжиш токининг масофа узунлигини бузилишига олиб келади. Натижада йўналганлик диаграммасининг бузилиши (баргчаларнинг юқорига кўтарилиши ва горизонт бўйлаб кичик бурчак остида нурлатиши)  ва штирнинг комплекс қаршилигининг ортиши кузатилади (2.3-расм). Шу сабабларга кўра штирли антеннада  асос вазифасини  ўтовчи “сунъий ер” , яъни,  металл тўрдан фойдаланилади.

Штирли атненналар учун кенг полосалилик хусусиятига эга бўлиш муҳим омил ҳисобланади. Бизга маълумки, R_Σ - антеннанинг нурлатиш қаршилиги l/d муносабатига пропорционал бўлиб, бунда  l – антеннанинг елка узунлиги,  d- антенна диаметри. Ўз навбатида антеннанинг асиллиги нурлатиш қаршилиги билан Q = R_Σ / R_а боғлиқликда. Бунда  R_а- антенна қаршилиги. Шунингдек, антеннанинг ФИК тебратгични актив ташкил этувчисининг қийматини камайиши ҳамда силжиш токларининг посангилар (противовес)  билан ўзаро муносабатларини  яхшиланиши    ҳисобига ўсади.

Лекин бунда катта диаметрга эга бўлган тебратгичлардан фойдаланилганда “ён юза эффекти” (торцевой эффект)  юзага келишини эътиборга олиш талаб этилади. Ушбу эффект ён юза ва ер  орасидаги сиғимга асосладади. Физик жиҳатдан ифодалайдиган бўлсак, антеннанинг ўлчами  ҳисоблашлар орқали аниқланган  ўлчамга нисбатан бирмунча узаяди, натижада қисқартириш коэффициенти деб номланган коэффициент  К  киритилади ва штирнинг узунлиги  (λ/4)*К  га тенг бўлади.

Ўлчамларни қисқартириш учун кенг полосали штирларнинг пастки қисми, талаб этилган ҳолатларда эса юқори қисмиконуссимон шаклда тайёрланади. Аммо штир учун қисқартириш коэффициентини аниқ қийматини топишнинг иложи йўқ ва айнан шу  сабабли реактив ташкил этувчиларни юзага келишига монеълик қилиб бўлмайди. Антеннани самарали ишлашини таъминлаш учун посангининг минимал қалинлиги  d=D/2,4n муносабатдан ошмаслиги керак. Бунда, d- посанги диаметри, D-штирнинг диаметри, n-посангилар сони.

Штирнинг кўтарилиш баландлигини йўналганлик диаграммасига кўрсатадиган  таъсири  ҳамда  унинг қаршилиги  бу баландликка  боғлиқ ёки боғлиқ эмаслигини аниқлаш муҳим масалалардан бири ҳисобланади. Штирдаги ток тақсимоти эса, ер идеал ўтказгич вазифасини ўтаганда  кўтарилиш баландлигига боғлиқ эмас.

Штир ўзининг “ер” тизими билан қандай баландликда жойлашган бўлишидан қатъий назар, унинг қаршилиги ўзгармайди. Агар штир резонансга созланган бўлса, унинг пастки қисмини ерлатиш мумкин. Бунда уни ихтиёрий нуқтадан манба билан таъминлаш мумкин (2.4-расм).

Узунлиги λ/4 га тенг бўлган штирнинг йўналганлик диаграммаси 2.5-расмда келтирилган. Бу расмдан кўринадики, антенна қанчалик баландга кўтарилса, горизонт бўйича нурлатиш бурчаги шунча қийлашиб боради. Бунга штирдан ва ер сиртидан қайтган тўлқинларнинг қўшилиши сабаб бўлади. Агар тупроқ яхши ўтказувчанлик хусусиятига эга бўлмаса, ўз-ўзидан йўналганлик диаграммаси  ер устида жойлашган штирники каби бўлади.

2.3- расм. Идеал ва реал сиртга жойлаштирилган штирли антеннанинг ЙД. “Сунъий ер” ҳосил қилиш усули

2.4-расм. Ердан кўтарилган “штир”

2.5-расм. Ердан турли баландликда жойлаштирилган штирли антеннанинг йўналганлик диаграммалари

Штирли антенналарнинг бирмунча такоммиллашган турларини кўриб чиқамиз.

Носимметрик тебратгич ёки  ер устида жойлашган конуссимон ўлчамдаги  классик “штир”.

Одатда, бу турдаги антенналарда экран сифатида узунлиги λ/4 дан кичик бўлмаган посангидан фойдаланилади. Антеннанинг реал шароитдаги йўналганлик диаграммасини ҳисоблаш жуда мушкул, шу сабабли, унинг йўналганлик диаграммасини чексиз ўтказувчанликка эга бўлган идеал штирники каби деб қабул қилиш мумкин. Аммо посангининг узунлиги штирга нисбатан кичик бўлганда ернинг яримўтказувчи юзаси йўналганлик диаграммасини бузилишига олиб келиши мумкин.Тебратгичнинг диаметрини танлаш орқали унинг кириш қаршилигини кенгроқ  оралиқларда ўзгартириш мумкин.

Кенгполосали носимметрик тебратгичлар,  симметрик тебратгичлар каби, катта диаметрга эга бўлган трубалар, штирлар ва пластиналардан ясалади. Улар конуссимон, ромбсимон, цилиндрсимон, ясси ва панжарасимон бўлиши мумкин (2.6-расм). Ишчи частота диапазонини қамраш  d/l муносабатига боғлиқ. Бу муносабат қанчалик катта бўлс, тебратгич шунчалик кенг полосали ҳисобланади.

2.6-расм. Кенг полосали штирли антенналарнинг турлари

Конуссимон антенналар- кенгполосали тебратгичларнинг хусусий кўриниши (2.7-расм). Антеннадаги нурланувчи майдонни конусдан оқиб ўтувчи токлар ҳосил қилади, бунда диск экран вазифасини ўтайди ва мутлақо нурлатмайди. Бурчак α = 60° бўлганда,   диапазонни қамраш коэффициенти  ўзининг энг катта қийматига эришади (К≈5). Бунда фидернинг тўлқин қаршилиги  50 Ом, ЮТК=5 , тўлқиннинг максимал узунлиги 3,6b  га тенг. Дискоконусли антеннанинг қисқа ва ултрақисқа тўлқин диапазонидаги йўналганлик диаграммалари оддий штирли антеннаники каби бўлади.

а)                                         б)

2.7-расм. Конуссимон антенналар (а-УҚТ, б-ҚТ)

Штирли антенна мақсадга мувофиқ ишлаши учун, манба линияси билан мослашган  ҳамда ўзи нурлатаётган сигнал билан резонансга созланган бўлиши керак.

Турли шаклдаги штирлар ва мослаштирувчи қурилмалардан ташкил топган бўлишига қарамасдан, уларни учта гуруҳга бўлиш мумкин:

- электр узунлиги λ/4 га тенг бўлган, мослашган штир;

- электр узунлиги λ/4 дан катта  бўлган штир (“ортиқча” узунлик сиғим ёрдамида олиб ташланади);

- электр узунлиги λ/4 дан кичик бўлган  штир (“етишмаётган” узунлик иддуктив ғалтак қўшиш орқали ҳосил қилинади).

Амалиёт учун,  конденсатор ва индуктив ғалтак максимал асилликка эга бўлиши кераклигини ёддан чиқармаслик зарур. Одатда, пастчастота диапазонида қисқартирувчи сиғим 100 пФ оралиғида бўлиши мумкин.

Узайтирувчи индуктив ғалтак учун:  бирлик  мкГн – 21 МГц гача, ўнликларда  - 3,5 МГц  гача.  Тебратгични қисқартириш коэффициенти ҳамда  ён сиғимнинг ерга ва бир қанча параметрларга таъсири юзага келгани учун уларнинг аниқ қийматларини назарий жиҳатдан ҳисоблаш мушкул.  Шу сабабли, аксарият ҳолатларда мослаштирувчи реактивликлар экспериментал танланади.

Штирли антенналарни бу турдаги мослаштириш ва манба билан таъминлаш усуллари ҚТ ва УҚТ диапазонлари учун яроқли ҳисобланади. Аммо ҳаракатдаги станцияларда қўлланилувчи штирли антенналарда мослаштириш индуктив илгаклар ёрдамида амалга оширилади (2.8-расм).

Бу турдаги мослаштиришдан фойдаланишдан мақсад, УҚТ диападони учун жуда қулай технологик усул ҳисобланади. Металл юза устига жойлаштирилган УҚТ антеннаси (автомобил корпусидаги) ўз параметрларига кўра идеал штирли антеннага жуда яқин ҳамда 36 Ом оралиғидаги кириш қаршилигига эга 2.9-расм). Бу ҳолатда 50 ёки 75 Ом кириш қаршилигига эга бўлган кабел билан мослаштириш учун, уни антеннанинг тахминан шунга мос бўлган қаршиликка эга бўлган соҳасига улаш керак.

Бу ҳолатда,  кабел билан мослашувчанликни сақлаб қолиш учун  фойдаланилган жуда узун ўлгамдаги ўтказгич бўлагини букиб қўйиш зарур (2.10-расм).  Мослаштиришнинг бу усули чет эл адабиётларида “hair pin”, яъни “соч тўнагичи” деб юритилади.

Бу мослаштиришдан 144 МГц  - 1215 МГц  оралиғидаги диапазонларда фойдаланилади. Одатда, мослаштирувчи қурилманинг диаметри УҚТ штирининг диаметридан катта бўлмайди. Штирнинг узунлиги l  тахминан (0,02...0,03)λ , d нинг ўлчами тахминан l нинг чорак  узунлигига тенг қилиб танланади. Мсолаштирувчи қурилманинг аниқ ўлчами антеннани созлаш вақтида ТТК ўлчовчи мослама ёрдамида амалга оширилиши керак.

2.8-расм. Штирли антеннани индуктив илмоқ билан мослаштириш

2.9-расм. Автомобил корпусига жойлаштирилган штирли антенна

2.10-расм. Мослаштиришнинг “hair pin”  усули

Баъзида, УҚТ диапазонида мослаштириш чорак тўлқинли трансформаторлар ёрдамида амалга оширилади (2.11-расм). Маълум бўлганидек, Z _{трансформатор},  Z _кабел  ва  R _юклама  қуйидагича аниқланади:

Z _кабеля = Z _{трансформатор} / R _{юклама.}

Бу  тенгламадаги параметрлар қуйидаги 2.11-расмда келтирилган.

2.11-расм. Штирли антеннани чорак тўлқинли трансформатор билан мослаштириш

Идеал штирнинг қаршилиги 36 Ом бўлган ушбу ҳолат учун, чорак тўлқинли трансформаторнинг тўлқин қаршилиги 50 Ом, кабелнинг қаршилиги 75 Ом бўлиши керак.

Аммо мослаштиришнинг бу усулида ўзига яраша бир қанча ноқулайликлар мавжуд:

- тўлқин қаршиликлари ҳар хил бўлган икки турдаги кабел талаб этилади;

- кабел изоляциясининг диэлектрик доимийсининг аниқ қиймати ҳар доим ҳам маълум бўлмаганлиги сабабли, аниқ чорак тўлқинга трансформаторни ясаш мушкул ва буннинг натижасида антенна тизимида албатта  номосликлар юзага келади;

- юқори сифатли таянч изолятор талаб этилади.

Агар антенна автомобил томида ёки ҳаракатдаги объектнинг металл сиртида жойлашган бўлса, антеннани фидер билан мослаштириш посангиларнинг  оғиш бурчаги ёрдамида ҳосил  қилинади. Бунда,  тўлқин қаршилиги  50 Ом   бўлган  кабел учун  посангилар штирга нисбатан  135⁰,  75 Омлик кабел учун  180⁰  бурчак остида жойлаштирилади (2.12-расм).

2.12-расм. Штирли антенналарни посангилар ёрдамида мослаштириш

Кўчма ҳамда ҳаракатдаги Си-Би (СВ-фуқаролар алоқаси) диапазонидаги кўчма радиостанцияларда  30...100 см узунликдаги,  ҳаракатдаги радиостанцияларда 1,5 метргача узунликдаги антенналардан фойдаланилади. Бу турдаги қисқа штирли антенналарнинг 27 МГц частотадаги   кириш  қаршилигини  актив  қисмини ҳисоблаш натижасида:  30 см учун - 0,5 Ом;  1,5 м  учун - 10 Ом қийматга эга бўламиз.

Албатта, бу турдаги штирли антенналарни талаб этилган мослашувларсиз чиқиш каскадларига улаш мантиқсизлик ҳисобланади. Биринчидан, антенна сифатида бу турдаги штир  жуда кичик ФИК га эга, иккинчидан, штирнинг кичик қаршилигини узатгичнинг чиқиш каскади билан мослаштириш жуда қийин.

2.2. Коллинеар антенналар

Одатда, мобил алоқа тизимидаги  база станцияси антенналари барча тармоқ абонентлари ретлансляторлардан  тенг имкониятда фойдалана олишлари учун, горизонтал текисликда доиравий йўналганлик диаграммасига  эга бўладилар.  Шу сабабли атроф муҳит имкониятлари мос келса, баланд объектларда катта кучайтириш қобилиятига эга бўлган штирли коллинеар антенналардан фойдаланилади.

Коллинеар сўзи – “ўқдош” деган маънони англатади. Яъни, фазаланган антенна панжарасининг барча нурлатувчи элементлари бир ўқда ўзаро кема-кет жойлашиши ҳисобига азимутал текисликда майдони тенг тақсимлаган ҳолда антенна кучайтиришни таъминлайди.

Бунда фазалаш барча актив элементлар учун бир хил узунликка эга бўлган таъминлаш линиясидан фойдаланиш ҳисобига амалга оширилади. Натижада ҳар бир элементдан қабул қилинган сигнал умумий нуқтага бир хил фазада етиб келади ва антеннанинг кучайтириши ортади (2.13  а-расм) . Элементларни  кетма-кет ( 2.14 б-расм) ёки параллел  ( 2.14 в-расм) тарзда таъминлаш усуллари мавжуд.

а)                      б)                     в)

2. 14 -расм. Коллинеар антенна: а-ишлаш принципи; б- элементларни кема-кет қўзғатиш; в- элементларни параллел қўзғатиш.

Антенна элементларини параллел қўзғатиш кучайтириш бўйича бирмунча кенг полосани таъминлайди, аммо бунда катта кучайтиришга эга бўлган антеннани техник жиҳатдан қурилиши мураккаблашади. Шу сабабли элементларни кетма-кет таъминлаш схемасидан кўпроқ фойдаланилади. Бироқ унинг асосий камчилиги ишчи полосанинг торлигида бўлиб, фазанинг  манба нуқтасидан ҳар бир охирги элементга келиб урилиши ҳисобига содир бўлади. Биз созланган марказий частотадан узоқлашганимиз сари, нурлатувчи элементларнинг фаза силжишларини фарқи ортиб бораверади. Бу эса ўз навбатида,  йўналганлик диаграммасининг бош баргчасини асосий йўналишдан бошқа тарафга оғишига олиб келади (2.15  –расм).

2. 15-расм. Элементларини кетма-кет қўзғатилган  коллинеар антеннанинг йўналганлик диаграммасини бузилиши

Мобил алоқа тизимида транкинг ўундай хусусиятга эга бўлиб, ретрансляторнинг база антеннаси Ер сиртидаги нурланишни сканерлаши учун горизонтал текисликда йўналганлик хусусиятига эга бўлиши керак. Шу сабабли кетма-кет таъминотга эга бўлган барча антенналар кучайтириш бўйича чекланган ишчи полосага эга.

Транкинг алоқа учун мўлжалланган антенналарни ишлаб чиқариш билан фаолият юритувчи кўпгина  компанияларнинг  техник принципи  кучайтириш коэффициенти 1дБ дан кўп бўлмаган қийматга бузилган оралиқни антенна полосаси деб таъкидлайди.

Шу сабабли аксарият ҳолларда компаниялар бир хил турдаги аммо ҳар хил частота диапазонига эга бўлган антенналарнинг кенг моделли қаторларини ишлаб чиқарадилар. Натижада улардан бири қабул учун ишласа, узатиш учун бошқа молели қўлланилади. Бордию фақат бир фидерли киришдан иборат бўлса, у ҳолда ўрта частотадаги иш диапазонига созланган компромисс (ўзаро келишган) антенналардан фойдаланилади.

Доиравий қутбланишга, кенг полосага ва катта қийматдаги кучайтиришга  эга бўлган антенналарни ишлаб чиқишда коаксиал кабелнинг марказий алюмин ўзагига бир нечта  кенгполосали чорак тўлқинли “стаканла” кийдирилади (2.16–расм). Уларнинг бир қисми нурлатгич сифатида, бир қисми эса антенна сиртидан оқиб ўтувчи зарарли токларни бартараф этиш  учун филтр-пробка вазифасини ўтайди. Шунингдек,  элтувчи найча антенна бўйлаб бориб, юқори қисми мачта билан тўғридан-тўғри уланганлиги сабабли чақмоқдан ишончли ҳимоя вазифасини ўтайди. Унинг ички қисмига эса коаксиал кабел ҳамда мослаштирувчи трансформатор ва шлейф жойлаштирилган.

2.17-расм. Кенг полосали антенна тузилиши

Антеннанинг юқоридаги элементлари пастдагиларига нисбатан силжиган  фаза билан таъминланишига қарамасдан, ишчи частота полосаси кенг бўлиб, метрли тўлқинларда 11...12 МГц  ни ташкил этади. Нурлатувчи тизим алюмин эритмаси ёрдамида кавшарланади ва мустахкам шишапластик ғилоф билан ҳимояланади.

Шу тариқа, вертикал коллинеар антенна 4...5 МГц ва ундан ортиқ дуплекс жойлашувга эга бўлган турли транкинг тизим ретранстяторларининг, турли протоколларнинг, мобил радиоалоқанинг асосий элементи бўлиб, унинг ўрнини ҳеч нарса боса олмайди.

Бу антеннанинг кенг полоса бўйича якка алтернативи идеал доиравий йўналганлик диаграммасига эга бўлмаган диполли антенна панжараси ҳисобланади.

Қуйидаги 2.18–расмда замонавий транкинг алоқа тизимида қўлланилувчи коллинеар антенна тасвирлангин.

2.18  –расм. Транкинг алоқа коллинеар антеннаси

2.3 Панелли антенналар

Мобил алоқа тизимида энг кўп қўлланилувчи кўпсонли антенналар гуруҳи чизиқли антенна панжаралари ҳисобланади. Улар шунингдек панелли (ёки секторли) антенна деб ҳам аталади.

Улардан база станцияси антеннаси сифатида фойдаланилади ва талаб этилган ЙД ҳосил қилиш имкониятини беради. Бу эса,  у ёки бу база станцияси хизмат кўрсатадиган соҳани етарли бўлган сигнал билан қамрашда юзага келувчи муаммоларни ҳал этиш учун ниҳоятда муҳим. Панелли антенналар ёрдамида бу каби муаммоларни ечишнинг бир нечта йўллари мавжуд: антеннанинг кўтарилиш баландлиги ва панелнинг оғиш бурчагини ўзгартириш орқали; панжара элементларининг амплутуда-фаза тақсимотини ўзгартириш орқали. Улардан иккинчиси бир мунча самарали бўлиб, аммо антеннанинг мураккаб конструкцияси ҳисобига ҳозирда кам қўлланилади.

Бироқ 3G стандартининг кенг миқёсда жорий этилишида  ва мобил алоқа тармоқларини кейинги такомиллашувида база антеннаси сифатида “ақлли” (ёки смарт-антенналар) фойдаланиш долзарб муаммо ҳисобланади. Бу тоифадаги антенналар сигнални нурлатиш ва  қабул қилиш жараёнида ўзининг йўналганлик хусусиятларини ўзгартиради, натижада мобил алоқа абонентига кўрсатиладиган хизмат сифати ортади.

Қуйида панелли антенналарнинг алоҳида хусусиятларини кўриб чиқамиз.

Панелли антенна металл экранда жойлашган тебратгичлар тизими ва экраннинг орқа тарафида жойлашган уларни ўзаро боғловчи миниатюр ўлчамлардаги коаксиал кабеллар йиғиндисидан иборат. Мустахкам фиберглас герметик қоплам эса антеннани ташқи муҳит таъсирлардан ҳимоя қилади.

Антенна турига кўра бирта, иккита, тўрта  ёки олтита ташқи ажратгичли бўлиши мумкин. Улар бир корпусда жойлаштирилган мустақил антенналар сонини кўрсатади. Конструкциянинг бу тартибда тузилиши антенна мачтасидаги жойни  ва компаниянинг молиявий ресурсларни иқтисод этиш масаласини ҳал этади.

Панелли антенна моделларининг умумий сони 200 яқин бўлиб, бири иккинчисидан горизонтал текисликдаги нурнинг кенглиги (65, 90, 105 ёки 120 градус), кучайтириш коэффициенти (6,5...18,5 дБ) ва узатилган қувват қиймати (100...500Вт) билан фарқ қилади.

Баъзи бир моделларда белгиланган таъминот схемасига мос келувчи (фиксацияланган ёки бошқариладиган) нурларнинг электрик оғиши кўриб чиқилган. Барча тарафга бир хилда йўналтирилган антенналардан фарқли равишда, панелли антенналарда махсус оғишлар тугунидан фойдаланган ҳолда, нурнинг оғишини механик тарзда ҳам амалга ошириш мумкин. Аммо нурнинг электр оғиши механик оғишга нисбатан афзалроқ бўлиб, йўналганлик диаграммасининг дастлабки шакли горизонтал текисликда бузилмайди. Шунингдек, қўшимча механик оғишлар дастасини ҳосил қилишга хожат қолмайди.

Панелли антенналар орасида икки оғишли қутбланишга эга бўлганлари алоҳида ўрин тутади (ХPol-, XXPol-антенналар). Бундай антенналар иккита, тўртта ёки олтита мустақил дипол тизимларидан ташкил топади. Улар асосида кўп полосали ва кўп диапазонли антенналар яратилган: 900/1800 МГц частоталарда иккидиапазонли ва 900/1800/2000 МГц частоталарда уч диапазонли. Бу диапазонларнинг ҳар бирида нурнинг оғиш бурчагини автоном тарзда элекр бошқариш эътиборга олинган. Шунингдек,  вертикал ва горизонтал қутбланишга эга бўлган 30, 60, 90, 120 ва 180 градусли секторли антенналар ҳам мавжуд.

Юқорида таъкидлаб ўтганимиздек, ЙД параметрларини (айниқса бош баргчанинг йўналишини ўзгартириш ёки фазода сканерлаш) механик ёки электр усулда ўзгартириш мумкин.

Механик сканерлашда нурнинг эркин фазода максимал тарқалиш тезлиги чекланган бўлиб, абонент ҳаракатланганда етарли бўлмаслиги мумкин. Шу сабабли бу ҳолатда фазаланган антенна панжараларидан (ФАП) фойдаланиш мақсадга мувофиқ ҳисобланади.

ФАП фойдаланиш фазода юқори тезликни ҳосил қилиш ва узатилаётган информациялар ҳажмини ошириш имконини беради. ФАП йўналганлик диаграммасининг параметрларини бошқариш (энг аввало бош баргчани йўналишини) панжара элементларидаги ток фазаларини ўзгартириш орқали амалга оширилади. ФАП нинг  фидер орқали ва фазовий (оптик) таъминланувчи, шунингдек, фазаси секин ва дискрет (коммутацион) ўзгартирилувчи турлари мавжуд.

Ҳозирда Ўзбекистонда мавжуд бўлган мобил алоқа база станцияларида Kathrein фирмасининг панелли антенналари кенг такомиллашган бўлиб, улар механик мустахкамлиги, узо муддатга мўлжалланганлиги (антеннанинг ҳизмат кўрсатиш даври 15 йилдан ортиқ), шунингдек, бутун иш фаолияти давомида электр характеристикаларининг ўзгармаслиги билан мақтовга сазовордир. Улар юқори намликда, ҳарорат тушишида (-55...+60 С), музлаганда ва кучли шамол эсганда ҳам мувофақиятли тарзда ишлайди. Kathrein антенналари барча стандартдаги мобил алоқаси учун асосан икки модефикацияда: барча тарафга йўналтирилган (Omni) ва йўналтирилган турлари ишлаб чиқарилади. Булардан ташқари, радиосоя зоналарида мобил алоқани ҳосил қилиш учун репитерларда қўлланилувчи йўналтирилган тебратгичли антенналар (директорли ва логопериодик) ишлаб чиқаради.

Қуйидаги 2.  –расмда Kathrein XPol C-Panel 806–960 (модель 800 10303) панелли антеннаси келтирилган бўлиб, у 806...960 МГц частотада ишлайди, частота полосасидаги кучайтириш коэффициенти 14,8...15,5 дБ, кириш қаршилиги – 50 Ом, таъминланувчи фидердаги турғун тўлқин коэффициенти 1,5 катта эмас. ЙД бош баргчасининг горизонтал текисликдаги кенглиги-65 градус, вертикал текисликдаги кенглиги-13 градус, қутбланиш тури – вертикал. Антеннанинг ўлчамлари - 1422×272×160 мм.

2.19-расм. Kathrein XPol C-Panel 806–960 панелли антеннаси ва унинг горизонтал текисликдаги ЙД.

2.4 Тўнтарилган  L-антенна

Ўрнатилган антенналарнинг тараққиётига қўйилган кейинги қадам Тўнтарилган  L-антенна (ILA) антеннасининг пайдо бўлиши билан боғлиқ. Ушбу антеннанинг схемали кўриниши 3-расмда келтирилган.

2.20-расм. Тўнтарилган  L- симон тебратгич

ILA туридаги антенна монопол бўлиб, ўтказгичли горизонтал элементнинг учини экранга пайвандлаш усули орқали жойлаштирилади ҳамда сиғимли  юклама вазифасини ўтайди. Конструкциянинг тайёрлаш технологиясини  соддалиги ва фойдаланиладиган материалларнинг арзон тан нархи антеннанинг  асосий афзаллиги ҳисобланади. Булардан ташқари, шу тоифадаги аксарият антенналарнинг электрик характеристикалари оддий қисқа монопол антеннанинг характеристикаси билан жуда ўхшаш.

L - тебратгичнинг йўналганлик диаграммаси (ЙД) қисқа монопол антеннанинг ЙД билан амалий жиҳатдан бир хил. Маълумки, монополнининг ЙД ўзининг ўқига перпендикуляр йўналишда максимумга эга бўлиб, шунингдек, барча томонга бирдек йўналтирилган. L- тебратгичга келадиган бўлсак, унинг горизонтал елкасидаги  нол бўлмаган потенциал антеннанинг ЙД ўзгартиради. Бу антеннанинг кириш импедансини айнан қисқа монополнинг кириш кириш импеданси билан солиштирамиз: кичик актив ва юқори реактив қаршилик. Актив  - (R_ILA)  ва а реактив - (X_ILA)  қаршиликлар [6] биноан қуйидагича аниқланади:

,

бу ерда, L – горизонтал қисмнинг узунлиги, h – унинг экрандан жойлашиш баландлиги, a – ўтказгич радиуси, k – тўлқин сони, L_a = L + a, T = 1 – a/h. Қуйидаги келтирилган 2.21-расмда  R_ILA    ва  X_ILA   ни  антеннанинг горизонтал қисмидаги вариацияловчи (ўзгарувчи) узунлик – L_v/L, L_v  га боғлиқлик графиклари келтирилган. Ўтказгичдан ясалган  ILA  дан  ташқари микрополосали линиялар асосида уларнинг алтернатив вариантларини ҳам ясаш мумкин. Бу турдаги антенналардан ноутбукларда самарали қўлланилади. Улардан  баъзиларининг конструкциялари ва кучайтириш коэффициентларининг қийматлари 2.21-расмда келтирилган.

2.20-расм. Актив ва реактив қаршиликларнинг L – тебратгичнинг горизонтал қисмининг узунлигига боғлиқлик графиклари келтирилган.

2.21-расм. Босма диполларнинг кучайтириш коэффициентлари

2.20-расмдан ILA антеннасининг келтирилган актив қаршилигининг паст ва реактив қаршилигининг катта қийматлари  ундан фойдаланиш яроқсизлигидан дарак беради. Бу антенналарнинг мослаштирувчи  параметрларини яхшилаш учун уларнинг тузилишини модефикациялаш талаб этилади. ILA антеннасининг   модефикацияланган варианти тўнтарилган F- симон тебратгич ҳисобланади.

2.5 Тўнтарилган  F-антенна

F-симон антеннанинг схематик тасвири 2.22-расмда келтирилган. Тўнтарилган  F-антенна (IFA) антенна ILA антеннасининг вариацияси бўлиб, уни ҳосил қилишдан асосий мақсад кириш импедансининг хақиқий  қисмини ILA антеннасидагига нисбатан ошириш, ҳамда шу  йўл билан номуттаносибликдаги йўқотишларни камайтиришдан иборат.

IFA антеннаси тузилиши жиҳатдан ўзида турли ўлчамлардаги иккита ILA антеннасини мужассамлаштиради. Бунда F-симон антеннанинг ташқи вертикал ўзаги корпусга уланади,  натижада сигнал гўёки “ички”вертикал секция орқали узатилади. Қўшимча киритилган L-сегмент эса, антеннанинг кириш қаршилигининг қийматини бошқариш имконини бериб, кириш қаршилиги билан мослашувини сезиларли даражада соддалаштиради.  Вертикал жойлашган секциялар орасидаги S масофани ўзгартириш орқали антеннанинг бирмунча кичик қийматдаги реактив қаршилигини ҳосил қилиш мумкин.   Масофани S нинг қийматини  ўзгартириши бу турдаги нурлатгичнинг резонанс частотасига таъсир кўрсатмайди, балки антеннанинг кириш қаршилигининг мослашуви кучланиш бўйича турғун тўлқин коэффициентининг (VSWR)   қийматини резонанс частотада 2 дан камайишига олиб келади.

2.22-расм. Тўнтарилган F-симон тебратгич

Қуйидаги 2.23-расмда ўлчамлари: h = 2,28 см, L = = 7,2 см, ўтказгич радиуси 0,15 см, S = 0,68 см бўлган IFA антеннасининг кучланиш бўйича турғун тўлқин коэффициентининг частотага (КБТТК) боғлиқлик графиги  келтирилган. Ушбу антеннанинг частота полосасининг кенглиги 1,5% ташкил этади.

2.23-расм. F-антеннанинг КБТТК

IFA антеннасининг тайёрланишининг соддалигига қарамасдада, бу турдаги антенна учун ягона оптимал дизайн мавжуд эмас. Нурлатгич баландлигини ва горизонтал  соҳадаги   ўлчамларини ўзгартириш орқали, IFA антеннасининг электр характеристикаларини шу жумладан, мослашган полоса кенглигини ҳам бошқариш мумкин. Хулоса сифатида F-симон антенналарга хос бўлган иккита асосий хусусияни санаб ўтиш лозим: биринчидан, бу турдаги антенналарнинг ўтказиш полосасининг кенглиги 2% ташкил этади, иккинчидан ўтказиш полосасининг бу қиймати симсиз усулда ахборот қабул қилиш учун етарли эмас. Ишчи частота полосасини ошириш, антенналарни бирмунча такомиллаштиришни талаб этади. Бу турдаги антенналарнинг тарақиётини кейинги босқичи натижаси сифасида планар тўнтарилган  F-симон антенналар намоён бўлди.

2.6  Планар  F-антенна

Планар тўнтарилган F-симон тебратгичларнинг (PIFA) конструктив тузилиши юқорида кўриб чиқилган антенналарга нисбатан анча мураккаб.       Қуйидаги 2.24-расмда планар F-симон антеннанинг чизмаси келтирилган.

2.24-расм. Планар F-симон антенна

PIFA антеннасининг электр характеристикалари нурлатувчи пластинанинг юқори ўлчамларига, ён томонларининг узунлик муносабатларига, ушбу пластинанинг экран устидан қанча баландликда жойлашганлигига, ерлатувчи деворнинг вертикал ҳолатига ҳамда антеннанинг манба нуқтасига боғлиқ. Антеннанинг ўтказиш полосаси вертикал тўғридан-тўғри қисқартирувчи пластинанинг кенглиги D билан тўғридан-тўғри боғлиқ. Энг катта полоса вертикал пластина кенглиги D ни   уни томонлари билан туташтирувчи горизонтал нурлатгич W  билан мос бўлган ҳолатга тўғри келади.  Бунда горизонтал пластина томонлари узунлигининг муносабати W/L=2  ҳамда унинг экрандан кўтарилиш баландлиги h = 0,053λ бўлган ҳолат учун ишчи частота полосаси 10% гача етади. D/W муносабат 0.1 гача камайтирилганда ишчи частота диапазони 1%  гача тораяди. PIFA антеннасининг турли ўлчамдаги муносабатлари учун горизонтал пластинасидаги сирт токлари  куч чизиқларининг  йўналишлари  2.25-расмда келтирилган.

2.25-расм. PIFA нинг горизонтал пластинасидаги сирт токларининг

куч чизиқлари.

Резонанс частотанинг энг аниқ қийматини Minh-Chau T Huynh [4] ҳисоблаган.  У томондан аниқланган резонанс частотани PIFA антеннасининг  геометрик ўлчамларига боғлиқ бўлган барча хусусий ҳолатлардаги қийматлари қуйида келтирилган:

Шартлар	Ҳисоблаш тенгламалари
D = 0
D = W
,
,

Бундан ташқари, вертикал секциянинг кенглиги D нурлатиш қутбланишига ҳам таъсир кўрсатади. PIFA туридаги антеннанинг  КТТК  (VSWR) энг яхши қийматларга D/W = 1 муносабатда эришади  (2.26-расм). Унда антенна  ўлчамлари: W = 14,32 см, h = 1,57 см, L = = 7,16 см.

2.26-расм. PIFA туридаги антеннанинг КТТК кўриниши

Ҳаво муҳитининг диэлектрик хусусиятларидан қўллаган  ҳолда, PIFA конструкциясининг горизонтал пластинаси тагидаги бўшлиқ диэлектрик материал билан тўлдирилган бўлиши мумкин. Бу усул 2,40–2,48 ГГц (λ ≈ 12 см) частотадаги Bluetooth канали бўйича алоқани амалга ошириш учун Ericsson Microwave Systems компаниясининг мутахассислари томонидан таклиф этилган [3]. Диэлектрик қатламли ушбу PIFA антеннасининг 2,46 ГГц резонанс частотадаги  ўлчанган ўтказиш полосаси 102 МГц ташкил этди.

PIFA турдаги антенналарда фидер линиясининг жойлашувини кўрсатадиган таъсирини инобатга олувчи аниқ муносабат мавжуд эмас. Бу эса ўз навбатида тадқиқотчиларни оптималлаштиришнинг сонли қиймат усулларини қўллаган ҳолда,  антеннанинг талаб этилган параметларига эришиш учун “фидерли эффект”  дан фойдаланишга мажбур этади. Хусусан, PIFA ни лойиҳалаш технологиясини такомиллаштиришнинг асосий йўналишларидан бири – фидер алоқанинг жойлашувини «генетик алгоритмлар» деб номланувчи бошқа геометрик параметрлар мажмуаси билан  оптималлаштириш ҳисобланади.

Хелсинки технология университетининг олимлари PIFA туридаги антеннанинг импедансини аниқлаш учун 2.27-расмда келтирилган эквивалент схемадан фойдаланишни таклиф этдилар.

2.27-расм. PIFA туридаги антеннанинг эквивалент электр схемаси

Схемадан кўринадики, иккинчи қаватга сиғим элементнинг кетма-кет уланиши, фирдер алоқасини қўлламаслик учун замин яратади.   PIFA антеннасининг ўтказиш полосасини радиал частотанинг ўртача квадратик қиймати орқали ифодаласак

ҳамда КТТК< S шартига кўра (бунда S - КТТК фиксацияланган маълум қиймат,  олимларнинг фикрига қўшилган ҳолда [4], δF максимал қийматини аниқлаш мумкин:

,

тенгламадаги

      ва    

антенна сигментларининг асиллиги.

Кўриб чиқилган   “икки қаватли” PIFA антеннсининг  асосий камчилиги  –  нисбатан катта бўлган ўлчамларида. Шу сабабли, бу турдаги антенналарда  фреза ҳисобига пластинанинг горизонтал текислигида турли геометрик йўнишларни ҳосил қилиш ҳисобига ўтказиш полосасини ошириш усулидан ҳозирча кенг фойдаланилмоқда (12-расм).  Шунингдек, турли шаклдаги йўнилмалар  антеннанинг электр ўлчамларини узайтиради, бу эса ўз навбатида  унинг ўлчамларини кичрайтиради ҳамда PIFA нинг маълум геометрик муносабатларида кўп диапазонли хусусиятига эга бўлади.

2.28-расм. Турли йўнишларни ҳосил қилиш ҳисобига PIFA нинг ўтказиш полосасини кенгайтириш вариантлари: U-симон (а), меандр (б), L-симон (в)

Юқорида келтирилган 2.28-расмда кўп диапазонли PIFA нинг баъзи турлари тасвирланган. Антенна характеристикаларини бу каби кўринишдаги йўнишлар ҳисобига яхшиланиши,  PIFA антеннасини конструкциялашдаги янги йўналишни пайдо бўлишига туртки бўлди. Дастлаб сўз содда геометрик шаклларни қирқимлари ҳақида борди. Бу шакллар кўп ҳолатларда резонанс частотани аналитик ҳисоблаш имконини берди. Масалан, U-симон кесимга эга бўлган икки частотали PIFA нинг қуйи резонанс частотаси горизонтал пластинанинг    габаритлари    орқали   аниқланади   (12-(а) расмга қаранг). U- кесимга мос келувчи  юқори частота тахминан қуйидаги тенглама ёрдамида ҳисобланади

,

бу ерда с-ёруғлик тезлиги, α=0,9. 12-(а) расмда келтирилган конструкция учун:  L = 21 мм, W = 16 мм, L₂ = 10 мм  ва  W₂ = 6 мм   тенг. Бу эса  иккита   ишчи   частота    соҳасини   ҳосил қилиш  имконини  беради: 2,45–2,48 ГГц   ва 5,25–5,32 ГГц.

Олиб борилган тажрибалар натижасида шу нарса маълум бўлдики, бир нечта бир хил геометрик кесимлардан ташкил топган «меандр» туридаги антенналарнинг  ўтказиш полосасини ўзгартирмаган ҳолда (10%), PIFA нинг габаритини 1/8 тўлқин узунлигигача камайтириш мумкин экан. Горизонтал сегментнинг экран устидаги баландлигини камайтириш ҳамда кенг полосали хусусиятларини таъминлаш учун «меандр» туридаги пластинали  PIFA даги вертикал қисқартирувчи секция ўрнига паст омли резистордан фойдаланиш ҳам мумкин. Унинг қаршилигини қиймати антеннанинг ишчи частотасини ва ўтказиш полосасини белгилайди (1-жадвалга қаранг).  Натижада, резисторнинг номиналини ўсиши билан ишчи частота полосасининг кенглиги 11,2%  етишини англаш мушкул эмас (разистор қаршилиги 6,8 Ом).  Аммо бунда, резисторнинг уланиши 5,6 Ом номиналда антеннани кучайтиришдаги  6 дБ  йўқотишларни келтириб чиқаришини эътиборга олиш лозим.

1-жадвал. Фидернинг уланиш нуқтасининг турли ҳолатлари учун антенна храктеристикаларини (12(б)-расм учун) резистор қаршилигига боғлиқлиги (антенна элементининг геометрик ўлчамлари: L = 40 мм; W = 25 мм; I = 20 мм; h = 3,2 мм; S = 2 мм)

Қаршилик, Ом	Резонанс частота, МГц	Кесимлар муносабати d/|AB|	Ўтказиш полосаси, %
3,3	861	0,35	4,7
5,6	857	0,6	8,6
6,8	857	0,7	11,2
(оддий PIFA)	1298	0,6	0,9

Кўриб чиқилган мисолдаги  экрандан 0,01λ тенг бўлган жудда кичик масофа, экран ўлчамини PIFA нинг электр хусусиятларига сезиларли таъсиририни келтириб чиқаради. Хусусан,  ишчи частота полосасининг кенглиги ерлатилган тагликнинг ўлчамларини ортиши билан ортади. Унинг катта ўлчамлари резистив юклама юзага келтирган антеннанинг кучайтириш йўқотишларини қисман компенсатциялаш имконини беради. Экран ўлчамлари ~0,9l бўлганда, антеннанинг кучайтиришини 5 дБ  гача ошириш мумкин. Бундан ташқари, чўзилган экран фойдаланувчини радиотўлқинлардан ҳимоя қилувчи тўсиқ вазифасини ҳам ўтайди.

Шу тариқа, мобил алоқа воситаси бўлган PIFA антеннаси эволюция босқичлари жараёнида бир нечта ўзаро боғлиқ бўлган актив ва пассив элементлардан ташкил топган мураккаб антенна мажмуасига айланди. Тузилиши жиҳатидан турлича бўлган сегментларнинг ягона кўп полосали антенна модулидаги комбинатцияси кенг полосали радиотехника воситаларини ишлаб чиқарувчилар арсеналида асосий усулга айланди. Ҳозирда булардан  энг кўп тарқалганлари турли хилдаги конструкцияга эга бўлган  PIFA, шунингдек интегралланган микрополосали  ҳамда диэлектрик резонансли антенналар  ҳисобланади.

3. СУНЪИЙ ЙЎЛДОШЛИ АЛОҚА ТИЗИМИ АНТЕННАЛАРИ

3.1. Сунъий йўлдошли алоқа тизимининг частота

Алоқа учун мўлжалланган сунъий йўлдошлар Ер станцияларидан қабул қилган сигналларни Ер станцияларига қайта ретрансляциялашдан аввал  уларнинг частоталарини қайта ишлаши керак. Шу сабабли, сунъий йўлдошнинг частота спектри жуфтликда ифодаланади. Жуфтликдаги қуйи частота сунъий йўлдошдан ерга, юқори частота ердан сунъий йўлдошга радиосигналларни узатиш учун хизмат қилади.

Жадвал 3.1

Сунъий йўлдошли алоқанинг частота диапазонлари

Диапазон номи	Частота полосаси, ГГц	Қўлланилиш соҳаси
L	1,452…1,500 1,61…1,71	Ҳаракатдаги СЙ алоқа
S	1,93…2,70	Ҳаракатдаги СЙ алоқа
C	3,40…5,25 5,725…7,075	Фиксацияланган СЙ алоқа
Ku	10,70…12,75 13,75…14,80	Фиксацияланган СЙ алоқа, СЙ эшиттириш
Ka	14,40…26,50 27,00…50,20	Фиксацияланган СЙ алоқа, сунъий йўлдошлараро алоқа
K	84,00…86,00	Фиксацияланган СЙ алоқа, СЙ эшиттириш
X	Радиолокацияда қўллаш учун  8-12 ГГц  диапазон белгиланган	Фиксацияланган СЙ алоқа (харбий мақсадлар учун)

         Ҳар бир жуфт частота полоса деб аталади. Замонавий сунъий йўлдош каналларида  кўп ҳолатларда икки  полосадан   биридан  фойдаланилади:  C - полосадан (ЙС 6 ГГц  ва СЙ 4 ГГц оралиғида)  ёки  Ku - полосадан (14 ГГц ва 12 ГГц). Ҳар бир частота полосаси белгиланган алоқа вазифаларига кўра, ўзининг хусусиятларига эга (жадвал  3.1).

Ҳозирда мавжуд бўлган СЙ С-полосадан фойдаланилади. С-полоса  ер сиртининг етарлича катта соҳасини қамраганлиги сабабли, кенг оммага мўлжалланган радио ёки телеэшиттиришларни узатиш учун алоҳида аҳамият касб этади.

Иккинчи тарафдан  С-полосада узатилган сигналлар нисбатан кучсиз бўлиб, ер станцияларида сигналларни қабул қилиш учун такомиллашган ҳамда тан нархи қиммат бўлгана антенналар талаб этилади. С-полосанинг энг  асосий   афзаллиги  –  атмосфера  шовқинларига   барқарорлигида. 4…6 ГГц  диапазондаги сигналлар учун ер атмосфераси шаффоф ҳисобланади

Салбий жиҳати эса, айнан С-полоса сигналлари икки нуқтали ер микротўлқинларни узатишда энг мақбули ҳисобланади. Бу эса энг кучсиз бўлган сунъий йўлдош сигналларини бузади. Шу сабабли, шаҳар марказидан бирмунча узоқ масофаларда ҳамда  аҳоли зич жойлашган худудлардаги С-полосадан фойдаланувчиларга ер станцияларини жойларини ўзгартиришни талаб этади.   

Ku-полоса эса қарама-қарши хусусиятга эга. Ундан узатилган нурлар кучли, тор бўлиб, икки нуқтали ёки нуқтадан бир нечта нуқталарга уланишда идеал алоқани таъминлайди. имеет противоположные свойства. Ер микротулқинли ер сигналлари Ku-полосага умуман таъсир кўрсатмайди, Ku-полосадаги ер станцияларининг жойлари фақат шаҳар марказларидагина ўзгартирилиши мумкин.

Ku-полосанинг табиий катта қуввати тан нархи арзон бўлган ер станциялари орқали сигналларни қабул қилиш имконини беради. Бу диапазоннинг энг асосий камчилиги, атмосфера ходисаларига ўта таъсирчанлигида. Айниқса, туман ва кучли ёмғирга. Гарчи ёмон об-ҳаво шароити унча катта бўлмаган соҳага қисқа вақт давомида  таъсир кўрсатса ҳам, жуда жиддий оқибатларга олиб келиши мумкин. Энг ҳавфлиси, катта юкламалар соатига тўғри келиб қолган вақт ҳисобланади.

3.2. Сунъий йўлдошли алоқа тизими антенналарига

қўйиладиган  талаблар

Бир-биридан бир неча минглаб километрдан бир неча ўн минглаб километрларгача бўлган масофада жойлашган Ердаги пунктлар орасида алоқани, сантиметрли диапазонда актив ретранслятор сифатида қўлланилувчи ЕСЙ ёрдамида амалга ошириш қулай. Шу билан бирга, телекоммуникация тармоқларини яратиш масалалари билан шуғулланувчи мутахассислар, мисол учун, Россия (ёки Ўзбекистон) нинг марказий қисми учун узатувчи ва қабул қилувчи марказлар орасидаги масофа 400 ... 500 кm бўлганда дастурларни ретрансляция қилиш Ер каналларига (РРЛ ва кабелли) нисбатан ЕСЙ орқали амалга ошириш фойдали деб ҳисоблайдилар.Бориш қийин бўлган ерларда бу масофа янада кам бўлиши мумкин. Йўлдошли алоқа тизимлариниг ўтказувчанлик хоссасини ошириш учун, ҳозирда қўлланилаётган 4/6 GHz частота дипазонидан ташқари, янги 11/14 ва 20/30 GHz диапазонлари эгалланмоқда. Маълумот узатиш сифати ва ҳажми кўп ҳолда, йўлдошли алоқа тизимлари (ЙАТ) нинг антенна - фидер қурилмалари билан белгиланади. Буларни эътиборга олиб, ЙАТ антенна қурилмаларига қўйиладиган асосий талабларни келтирамиз.

СЙА станциялари антенналарига қуйидаги асосий талаблар қўйилади:

1. Сезиларли даражада катта очилиш юзасидан фойдаланиш коэффициентида (0,6 ... 0,7) катта кучайтириш коэффициентини ва етарлича кичик қийматдаги ён япроқлар сатҳини ва шовқин температурасини таъминлаш;

2. Айлантириш қурилмаси, ҳамда қўлда ва дастутрий йўналтириш ва автоматик кузатиш тизимлари ёрдамида нурни ЙАТ га йўналтириш имконияти;

3. Белгиланган иқлимий шароитларда, айниқса шамол катта тезликда эсганда ишлаш ишончлилигини ва электр характеристикаларини сақлаш;

4. Антенна йўналганлик диаграммасининг ХЕИ тавсия қиладиган маълумотнома диаграммаларига (электромагнит мослашувни таъминлаш мақсадида) мослиги. Маълумотнома диаграммаси ўзида тавсия этилувчи йўналганлик диаграммаси эгрилигининг изотроп нурлатгичга нисбатан тасвирий (ёки аналитик) ифодасини кўрсатади.

ЙАТер станциялари ва космик радиоалоқа антенналари катта ўлчам ва массага эга мураккаб қурилмалардир. Улар ўзгарувчи кучдаги шамоллар, ёмғирлар, музликлар, Қуёш ва бошқалар таъсири остида ишлайди. Бу мураккаб иқлимий шароитларда антенна тизимининг юқори механик мустаҳкамлиги ва кўзгу шаклига белгиланган юқори аниқлик таъминланиши керак. Шу мақсадда антенна кўзгуси антенна айлантириш қурилмаси платформасига таянувчи кучли қобиқ билан таъминланади. Ер станциясининг муҳим характеристикаларидан бири – бу антенна кучайтириш коэффициенти (G) нинг қабул қилувчи қурилма киришидаги жойлашув бурчаги 5° бўлганда Кельвин градусида ўлчанган (шовқинли асиллик) йиғинди шовқини замонавий Ер станцияларининг температураси (Т_Σ) га нисбати ҳисобланади. Очилиш юзаси диаметри 30 м га тенг замонавий Ер станцияларининг кўзгули антенналари G/T қиймати 42 dB/К га тенг. Табиийки, G/T ни ошириш учун антенна кучайтириш коэффициентини ошириш ва йиғинди шовқин температураси T_Σ=T_y+T_тp+T_А ни камайтириш керак. Бу ерда Т_у – антенна уланган кам шовқинли кучайтиргич (КШК) шовқинли ҳарорат (одатда Т_у  =  40...60 К га тенг); Т_тр – антеннани КШК билан боғловчи ЎЮЧ трактнинг шовқин температураси; Т_А – антеннанинг эквивалент шовқин температураси. Т_А  температура Ер атмосферасининг қалин қисмида радиотўлқинларнинг ютилиши ва Ер иссиқлик нурланиш шовқини қабул қилинишининг ортиши, жойлашув Δ бурчакнинг (горизонт ва максимал нурланиш йўналиши орасидаги бурчак) камайиши ҳисобига ортиб боради. Δ = 4...5° бўлганда, Ер шовқинлари даражаси рухсат этилмаган катта қийматларгача ортади, чунки уларнинг қабули асосий япроққа яқин ён япроқлар орқали юзага келади. Бундан ташқари, Δ бурчак камайганда, атмосферанинг қалин қисмидан ўтувчи антеннадан ЕСЙ (ёки космик объект) гача бўлган йўл узунлашади, бу атмосфера ҳосил қилаётган шовқинлар сатҳи ортишига олиб келади. Жойлашув бурчагининг минимал рухсат этилган қиймати 4/6 GHz диапазонда 5...7° га тенг. 11/14 ва 20/30 GHz диапазонларда атмосферадаги йўқотишларнинг сезиларли ортиши ҳисобига, жойлашув бурчаги Δ нинг минимал рухсат этилган қиймати 10° дан кичик бўлиши керак. Геостационар орбитада ЕСЙларнинг ортиши, улар орасидаги бурчакли масофа камайганлиги сабабли, Ер станциясида қўшни ЕСЙларидан келувчи халақитлар хавфи ортади. Шунинг учун ЕЙАТ антенналарининг ён япроқлари сатҳи паст бўлиши керак. Кичик ўтказиш хоссасига эга ЕЙАТ ва унча катта бўлмаган аҳоли пунктларигахизмат кўрсатадиган телевизион эшиттириш станцияларида кучайтириш коэффициенти 35 dB дан катта бўлмаган бир кўзгули антенналар ва антенна панжарасида ишлаётган, кучайтириш коэффициенти тахминан 21 .. 28 dB га тенг бир нечта кўп элементли директорли антенналар (“Экран” тизими) қўлланилади. Катта ўтказувчанликка эга ЕЙАТларда асосан такомиллашган икки кўзгули параболик  антенналар қўлланилади. Бундай антенналар очилиш юзасининг диаметри ишчи частотанинг берилган қиймати, кучайтириш коэффициенти, ён япроқлар сатҳи билан белгиланади ва 30 ... 32 м гача етади.

Мисол сифатида, Ўзбекистон ҳамда Европа, Осиё, Америка давлатлари чегарасида жойлашган абонентлар орасида 4/6 GHz диапазонда телефон, телефакс алоқа ва маълумотлар узатишни таъминловчи ЕЙАТ антенналарини кўриб чиқамиз. Сигналларни нурлатиш ва қабул қилиш учун, очилиш юзаси диаметри D = 4,8 m га тенг икки кўзгули Кассегрен параболик антеннаси қўлланилади. Диаметри d = 0,9 m бўлган кичик кўзгу профили антенна очилиш юзаси сиртидан фойдаланиш коэффициентининг максимал қийматини таъминлаш мақсадида такомиллаштирилган. Нурлатгич сифатида антенна ишчи диапазонининг барча қисмида ўқ бўйича симметрик ва асосий япроқ кенглиги деярли ўзгармайдиган йўналганлик диаграммасини ҳосил қилувчи махсус ишлаб чиқилган конуссимон рупор қўлланилади. Нурлатгич очилиш юзаси диаметри 0,18 m га тенг. 6,012 GHz ва 3,95 GHz частоталарда кучайтириш коэффициенти мос равишда 46,8 ва 43,8 dB га, ён япроқлар сатҳи 12,9 ва -13,9 dB га тенг. Ён япроқлар сатҳининг катталиги, антенна апертурасининг кичик кўзгу билан тўсилиши ва очилиш юзасида майдон амплитуда тақсимотининг бир маромлига яқин бўлиши билан белгиланади. Майдон қутбланиши – доиравий: нурлатишда чап томонли қутбланиш ва қабулда ўнг томонли қутбланиш. Эквивалент изотроп нурланувчи қувват (ЭИНҚ – антеннага берилувчи қувватнинг кучайтириш коэффициентга нисбатига тенг) 60 dBWt га тенг. Шовқинли асиллик (антенна кучайтириш коэффициентининг қабул қилувчи тизимнинг эквивалент шовқин температурасига нисбати) 17 dB /К га тенг.

Космик кемалардан келаётган ёки радиоастрономик тадқиқотлар пайтида сайёралардан қайтган сигналлар ҳам, кўрсатилган манбалар жуда олисдалиги сабабли, жуда заиф. Бу шароитларда, қабул қилгич киришида сигнал – шовқин нисбатининг керакли қийматини таъминлаш учун, ЕС антенналари катта қийматдаги кучайтириш коэффициентига эга бўлиши
(65 ... 79 dB дан) керак. Бунга антеннанинг катта ўлчамлари ва йўналганлик диаграммаси асосий япроғининг кичик бурчак кенглиги мос келади.

ЙАТ нинг борт антенналари. ЕСЙнинг борт антенналари йўлдошли алоқа линияси орқали алоқа, эшиттириш, телевизион, телеметрик ва бошқа тизимларнинг сигналларини қабул қилиш ва узатишни таъминлайди. ЕСЙ антенналарининг Ер томонга нурлатиш даражаси, космик аппарат станциясининг энергетикаси ва бу йўналишда бошқа радиотехник тизимларга халақит бериши мумкин бўлган катта қувватли сигналлар нурлатилишига рухсат этилмаслиги билан чекланади. Шунга асосан, замонавий ЕСЙ антенналари қуйидаги талабларни бажариши керак: Ер сиртининг фақат берилган қисми эффектив нурланишини таъминлаши; қутбланишли ажратилиш ва йўналганлик диаграммасининг фазовий ажралганлиги ҳисобига, ишчи частоталарни қайтадан (кўп марта) ишлатиш имконини бериши; асосий ва кросс қутбланиш ҳолатида майдон сатҳлари халқаро нормаларда ўрнатилган қийматлардан ошмаслиги учун хизмат кўрсатилиш зонасидан ташқаридаги нурланишни камайтириш. ЕСЙ мавжудлиги даврида антенна: чуқур вакуум шароитида, ҳароратли ва Қуёш радионурланиши таъсирида, ионловчи радиация ҳолатида ўз иш қобилиятини сақлаши; учирилиш вақтида катта тезланишлар ва тебранишлар таъсирини кўтариши; антенна массаси ва ўлчамларига қўйилувчи техник чекловларни ҳисобга олиши керак. Борт антенналарининг ишлаш шароитини ҳисобга олган ҳолда, уларни тайёрлаш учун алюминий, бериллий, инвар, магний ва титан каби материаллардан фойдаланилади. Сўнгги вақтда кўпроқ композицион материаллар, масалан, углепластлар (графит-эпоксид композиция) қўлланилмоқда. Углепластлар юқорида келтирилган материалларга қараганда яхшироқ механик ва температуравий хоссалар: нолга яқин чизиқли кенгайтириш коэффициентига, кичик массага ва юқори мустаҳкамликка (қаттиқликка) эга. Космик аппаратда ўрнатилувчи қабул қилиб узатувчи борт антенна, қурилиш ва алоқа линиясининг энергетик имконияти, ишчи частоталар диапазони ва ўтказиш полосаси, космосда ишлаш шароитлари, ЕСЙни стабиллаштириш ва бошқа омиллар билан боғлиқ талаблар асосида танланади. Биринчи ЕСЙларида кичик ўлчамдаги кам йўналган антенналар қўлланилган. Ернинг бурчакли ўлчами билан тахминан 18° ташкил қилувчи геостационар орбитага чиқарилган ЕСЙларида кучайтириш коэффициенти тахминан 6...17 dB га тенг антенналар (16та элементли антенна панжаралари, катта ўлчамли параболик антенналар ва бошқалар) қўлланилган. Ўрта баландликдаги (5...10 минг км) орбитада жойлашган ЕСЙларида доиравий майдон қутбланишга эга, деярли йўналмаган (изотроп) антенналар қўлланилган (турникетли, спиралсимон, тирқишли). Борт антенналарини етарли бўлмаган кучайтирилиши юқори кучайтириш коэффициентига эга катта ўлчамдаги Ер антенналарини қўллаш билан компенсацияланган. ЕСЙ умумий массаси ва ўлчамлари ортиши билан, кучайтириш коэффициенти 30...35 dB ва ундан ҳам юқори бўлган нисбатан йўналган антенналарни қўллаш имкони юзага келди. Бундай антенналарга параболик (бир ва икки кўзгули), рупорсимон параболик антенналар ва антенна панжараларини киритиш мумкин. Космик аппарат орбитага чиқарилгандан кейин ёйилувчи антенналар катта қизиқиш уйғотади. Сўнгги вақтда асосий қизиқиш кўп нурли борт антенналарига қаратилган. Бу антенналар катта кучайтирилишни таъминлаган ҳолда, космик аппарат бортидаги узаткичлар қувватини камайтириш имконини беради. Кўп нурли борт антенналари сифатида кўзгусимон антенналар (одатда, ўқ бўйича носимметрик), фазаланган антенна панжаралари ва бошқа турдаги антенналар қўлланилади. Кўзгули кўп нурли антенналарнинг асосий афзаллиги– бу уларнинг арзонлиги, нурлатувчи тизимнинг соддалиги, массасининг кичиклиги, содда конструкцияа эга  эканлиги ҳисобланади. Бундай антенналарнинг кучайтириш коэффициенти 4/6 GHz диапазонда
27...30 dB дан (очилиш юзаси диаметри 1...2,5 m бўлганда) 30 GHz  дипазонда 45 dB гача оралиқда ётади. Кўп ҳолларда космик аппаратлар антенналарининг йўналганлик диаграммалари шундай ҳосил қилиниши керакки, бунда унинг контури (кучайтириш коэффициенти қийматининг доимий даражаси) геостационар орбитадан кўринувчи давлат чегарасини (унинг чегарасида телевизион дастурлар узатилиши таъминланадиган) такрорлаши керак. Бундай антенналар контурли нурга эга антенналар деб ном олди. Нурнинг контурли шакли хизмат кўрсатилувчи минтақа чегаралари ташқарисида нурланувчи қувват йўқотилишини камайтиради, шу билан бирга, қўшни ҳудудларни номақбул нурлатилиш даражаси ҳам муҳим ҳисобланади. Контурли йўналганлик диаграммасини ҳосил қилишнинг учта усули машҳур, биринчиси нурлатгичлар тизими билан нурлатилувчи параболик рефлекторни, икккинчиси ясси фазаланган антенна панжараси, учинчиси битта нурлатгич билан нурлатиладиган махсус шаклдаги параболик рефлекторни қўллаш билан боғлиқ.

Биринчи икки ҳолатда контурли нурни ҳосил қилиш принципи шартли равишда 12.15 - расмда кўрсатилган.

12.15 - расм. Контурли нурни ҳосил қилиш принципи

Бу ерда, майдонлари қўшилиб, юқори қисми нисбатан текис ва кескин тушишли битта кенг нурни ҳосил қилувчи учта тор нур тасвирланган. Бу усулларнинг афзаллиги шундаки, улар қўлланилиш вақтида контурли нур шаклини ўзгартиради. Камчилиги – тайёрланишнинг ва нурларни ҳосил қилиш тизимининг мураккаблиги ҳамда частота ортганда, радиочастота йўқотишларининг ортиши билан боғлиқ. Учинчи усул контур шакли ўрнатилган ҳолат учун мўлжалланган бўлиб, юқорида кўрсатилган камчиликлардан холи. Махсус шаклдаги рефлекторни тайёрлаш ва ҳисоблашнинг мураккаблиги ҳозирда мазкур типдаги тизимларнинг кенг қўлланилишини (тарқалишини) кечиктирмоқда.

3.3. Параболические антенны

Наиболее распространенным типом антенн ССС являются параболические антенны (ПА). Принцип работы ПА основан на свойстве параболоида вращения отражать падающие на его апертуру (апертурой называют часть плоскости, ограниченной кромкой параболоида вращения) параллельные оси лучи в одну точку, называемую фокусом.

Параболоид вращения, который используется в качестве отражателя антенны, образуется вращением плоской параболы вокруг ее оси. Параболой называется геометрическое место точек, равноудаленных от заданной точки (фокуса) и заданной прямой (директрисы) (рис. 3.2). Точка F - фокус и линия АВ - директриса. Точка М с координатами х, у - одна из точек параболы. Расстояние между фокусом и директрисой называется параметром параболы и обозначается буквой р. Тогда координаты фокуса F следующие: (р/2, 0). Начало координат (точка 0) называется вершиной параболы.

Как известно, по определению параболы отрезки MF и РМ равны.

Исходя из свойств параболической кривой, получаем каноническое уравнение параболы

                             у² = 2рх, или у = (2рх)^0,5.                                 (3.1)

Параллельные оси параболоида, или лучи (радиоволны) от спутника, отраженные от апертуры к фокусу, проходят одинаковое (фокусное расстояние). Условно два луча (1 и 2) падают на площадь раскрыва параболоида в разных точках (рис. 3.3).

Однако отраженные сигналы обоих лучей проходят к фокусу F одинаковое расстояние. Это означает, что расстояние A+B=C+D. Таким образом, все лучи, которые излучает передающая антенна спутника и на которую направлено зеркало параболоида, концентрируются синфазно в фокусе F.

Рис. 3.2. К принципу работы    Рис. 3.3. Определение фокусного     параболы                                              расстояния

Выбор параметра параболы определяет глубину параболоида, т. е. расстояние между вершиной и фокусом. При одинаковом диаметре апертуры короткофокусные параболоиды обладают большой глубиной, что делает крайне неудобным установку облучателя в фокусе. Кроме того, в короткофокусных параболоидах расстояние от облучателя до вершины зеркала значительно меньше, чем до его краев, что приводит к неравномерности амплитуд у облучателя для волн, отразившихся от кромки параболоида и от зоны, близкой к вершине.

Длиннофокусные параболоиды имеют меньшую глубину, установка облучателя является более удобной и амплитудное распределение становится более равномерным.

Спутниковая антенна  единственный усиливающий элемент приемной системы, который не вносит собственных шумов и не ухудшает сигнал. Антенны с зеркалом в виде параболоида вращения делятся на два основных класса: симметричный параболический рефлектор и асимметричный (рис. 3.4, 3.5). Первый тип антенн принято называть прямофокусными, второй – офсетными.

    Рис. 3.4. Прямофокусная             Рис. 3.5. Офсетная параболическая параболическая антенна                                  антенна

Офсетная антенна является как бы вырезанным сегментом параболы. Фокус такого сегмента расположен ниже геометрического центра антенны. Это устраняет затенение полезной площади антенны облучателем и его опорами, что повышает ее коэффициент полезного использования при одинаковой площади зеркала с осесимметричной антенной. К тому же, облучатель установлен ниже центра тяжести антенны, тем самым увеличивая ее устойчивость при ветровых нагрузках.

Именно такая конструкция антенны наиболее распространенна в индивидуальном приеме спутникового телевидения, хотя в настоящее время используются и другие принципы построения наземных спутниковых антенн.

Офсетные антенны целесообразно использовать, если для устойчивого приема сигнала выбранного спутника необходим размер антенны до 1,5 м, так как с увеличением общей площади антенны эффект затенения зеркала становится менее значительным.

Офсетная антенна крепится почти вертикально. В зависимости от географической   широты   угол   ее   наклона  немного  меняется.   Такое

положение исключает собирание в чаше антенны атмосферных осадков, которые сильно влияют на качество приема.

Принцип работы (фокусировки) прямофокусной (осесимметричной) и офсетной (асимметричной) антенн показан на рис. 3.6.

                                         а)                            б)

Рис. 3.6. Пояснение принципа фокусировки параболических антенн                   (а – прямофокусная, б – офсетная)

Для антенн ССС особое значение имеют характеристики направленности. Благодаря возможности использовать антенны с высокой пространственной избирательностью осуществляется прием спутникового телевидения. Важнейшими характеристиками антенн ССС являются коэффициент усиления и диаграмма направленности. Коэффициент усиления параболической антенны зависит от диаметра параболоида: чем больше диаметр зеркала, тем выше коэффициент усиления. Зависимость коэффициента усиления параболической антенны от диаметра приведена в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Зависимость коэффициента усиления параболической антенны от   диаметра зеркала

Диаметр, м	0,6	0,75	1,0	1,5	2,0	2,5
G, дБ	35,3	37,8	39,8	43,3	45,8	47,7

Диаграмма направленности антенны (рис. 3.7) характеризует зависимость     амплитуды     напряженности     электрического    поля   Е, создаваемого в некоторой точке, от направления на эту точку. При этом расстояние от антенны до данной точки остается постоянным.

Увеличение коэффициента усиления антенны влечет за собой сужение главного лепестка диаграммы направленности, а сужение его до величины менее 1° приводит к необходимости снабжать антенну системой слежения,

так как геостационарные спутники совершают небольшие колебания вокруг своего стационарного положения на орбите. Увеличение ширины диаграммы направленности приводит к снижению коэффициента усиления, а значит, и к уменьшению мощности сигнала на входе приемника. Исходя из этого, оптимальной шириной главного лепестка диаграммы направленности является ширина в 1...2° при условии, что передающая антенна спутника удерживается на орбите с точностью ±0,1°.

Наличие боковых лепестков в диаграмме направленности также снижает коэффициент усиления антенны и повышает возможность приема помех. Во многом ширина и конфигурация диаграммы направленности зависят от формы и диаметра зеркала принимающей антенны.

Самой важной характеристикой параболической антенны является точность формы. Она должна с минимальными ошибками повторять форму параболоида вращения. Точность соблюдения формы определяет коэффициент усиления антенны и ее диаграмму направленности.

Изготовить антенну с поверхностью идеального параболоида практически невозможно. Любое отклонение от реальной формы параболического зеркала от идеальной влияет на характеристики антенны. Возникают фазовые ошибки, которые ухудшают качество принимаемого изображения, снижается коэффициент усиления антенны.

Рис.3.7. Диаграмма направленности параболической антенны

Искажение формы ДН происходит и в процессе эксплуатации антенн: под воздействием ветра и атмосферных осадков; силы тяжести; как следствие неравномерного прогрева поверхности солнечными лучами. С учетом этих факторов определяется допустимое суммарное отклонение профиля антенны.

Качество материала также влияет на характеристики антенны. Для изготовления спутниковых антенн в основном используют сталь и дюралюминий.

Стальные антенны дешевле алюминиевых, но тяжелее и больше подвержены коррозии, поэтому для них особенно важна антикоррозийная обработка. Дело в том, что в отражении электромагнитного сигнала от поверхности участвует очень тонкий приповерхностный слой металла. В случае повреждения его ржавчиной значительно снижается эффективность антенны. Стальную антенну лучше сначала покрыть тонким защитным слоем какого-нибудь цветного металла (например, цинка), а затем покрасить.

С алюминиевыми антеннами этих проблем не возникает. Однако они несколько дороже. Изготавливаются и пластиковые антенны. Их зеркала с тонким металлическим покрытием подвержены искажениям формы за счет различных внешних воздействий: температуры, ветровых нагрузок и ряда других факторов. Существуют сетчатые антенны, устойчивые к ветровым нагрузкам. Они имеют хорошие весовые характеристики, но плохо зарекомендовали себя при приеме сигналов Кu-диапазона. Такие антенны целесообразно использовать для приема сигналов С-диапазона.

Параболическая антенна на первый взгляд кажется грубым куском металла, но, тем не менее, она требует аккуратного обращения при хранении, транспортировке и монтаже. Любые изменения формы антенны приводят к резкому снижению ее эффективности и ухудшению качества приема сигналов.

4. «MMANA-GAL» ДАСТУРИНИНГ ХУСУСИЯТЛАРИ

АП  асосий электр ва йўналганлик характеристикаларини ҳисоблашда MMANA-GAL компютер дастуридан фойдаланилади. Ушбу дастур АП  асосий электр ва йўналганлик характеристикаларини ҳисоблаш ва уларни тахлил қилиш имконини беради. Ҳисоблашлар лаҳзалар усулида амалга оширилади. Маълум ўтказгичлар тўплами (яъни, аннтенна элементлари) ҳақидаги дастлабки маълумотларни киритиш натижасида дастур ЙД шаклини қуради,  КК, ТТК, ҲТК ва бошқа  шу каби асосий параметрларни ҳисоблайди. Дастур антенна параметрларини реал шароитларда ҳисоблаш имкониятига эга бўлиб, унда ўтказгич материалининг турини, антеннанинг ўрнатилиш баландлиги танлаш,  реал муҳит параметрлари ва ҳ.к. ларни киритиш мумкин.

MMANA дастури антенналарни моделлаштириш ва тахлил қилишда жуда кенг имкониятларни яратади. Бу дастур ёрдамида қуйидаги амалларни бажариш мумкин:

- антеннани сичқонча ёрдамида чизиш ёки жадвал ёрдамида киритиш;

- жуда кўп турдаги антенналарни моделлаштириш;

- антеннанинг йўналганлик диаграммасини хисоблаш;

- мавжуд антенналарни характеристикалари бўйича солиштириш;

- элементнинг резонанс частотасини сақлаб қолган ҳолда, унинг шаклини исталганча ўзгартириш;

- кўпқаватли антенналарни стеклар ёрдамида ҳосил қилиш;

- антеннанинг характеристикасини танланган параметри бўйича оптимизация қилиш, бунда оптимизация жараёнини кузатиш мумкин;

- оптимизация қадамларини жадвал кўринишида сақлаб қўйиш;

- антеннанинг турли характеристикаларини график кўринишида қуриш;

- бир қатор мослаштирувчи қурилмаларни хисоблаш;

- барча маълумотларни график ва жадвал кўринишида сақлаб қўйиш;

- антеннанинг кириш қарилиги Z_кир, ТТК, КК бўйича оптималлаштириш жараёнини созлаш.

Қуйидаги 4.1...4.4 - расмларда дастурнинг антенна панжарасини моделлаштириш наъмуналари кўрсатилган  асосий ойналари келтирилган.

Дастурнинг биринчи ойнаси 4.1-расмда тасвирланган бўлиб, унда моделаштирилаётган антеннанинг асосий параметрлари: ишчи частота (ёки тўлқин узунлиги),  геометрик ўлчамлари, қўзғатувчи параметрлар (манбалар), юкламалар ва уларнинг параметрлари келтирилган.

4.1-расм. MMANA-GAL дастурининг биринчи асосий «Геометрия» ойнаси

Дастурнинг  антенна моделини  намойиш (демонстрациялаш) этиш учун мўлжалланган ойна 2-расмда тасвирланган.

3-расмда дастурнинг учинчи ойнаси келтирилган бўлиб, унга муҳит параметрлари (“Земля” варақаси), антеннанинг кўтарилиш баландлиги, антенна ясалган материал тури киритилади шунингдек, ҳисоблаш натижалари олинади.

Дастурнинг тўртинчи ойнаси 4-расмда кетирилган. Унда антеннанинг майдоний координаталар тизимида  (горизонтал ва вертикал текисликларда) ҳисобланган ЙД  ва асосий характеристикалари келтирилади.

4.2-расм. MMANA-GAL дастурининг иккинчи асосий “Вид” ойнаси

4.3-расм. MMANA-GAL дастурининг учинчи асосий “Вычисления” ойнаси

Модел параметрларини кириш ва уларни кўринишларини ўзгартиришнинг бир нечта йўллари мавжуд: 1-расмда кўрсатилган антеннанини ташкил этувчи ўтказгичларни координата жадвалларини тўлдириш орқали; «Правка провода» ойнасида сичқонча ёрдамида ўтказгичларни чизиш орқали; «Правка провода» ойнасида жойлашган махсус ойнада ўтказгичларнинг координаталарини кириш орқали.

«Правка провода» ойнаси тўрта ойнадан (вкдалка) ташкил топган бўлиб, уларнинг ҳар бири чизиқли координаталар тизимининг белгиланган текислигига мос келади. Шу тариқа, антеннанинг  узунлигини  ўзгартириш орқали юқорида келтирилган ихтиёрий текисликда уни моделлаштириш мумкин.

4.4-расм. MMANA-GAL дастурининг тўртинчи асосий “ДН” ойнаси

4.5-расм. «Правка провода» ойнаси, «Объемный вид» варақаси

Юқоридаги 5-расмда моделни уч ўлчовли фазода тасвирлаш учун «Правка провода» ойнаси кўрсатилган.

4.6-расмда моделнинг XOY текислигида тасвирлаш учун «Правка провода» ойнаси кўрсатилган.

4.6-расм. «Правка провода» ойнаси, «Плоскость XOY» варақаси

4.7-расмда  моделни XOZ текислигида тасаввур этиш учун «Правка провода» ойнаси келтирилган.

4.8-расмда  моделни YOZ текислигида тасаввур этиш  учун «Правка провода» ойнаси келтирилган.

Шунингдек, айнан шу ойналарда «Создать провод» ёки  «Создать рамку» тугмаларини фаоллаштирган ҳолатда  сичқонча ёрдамида антенна моделини чизиш имконияти мавжуд.

MMANA-GAL дастурида асосийларидан ташқари қўшимча ойналарга эга бўлиб, уларда тадқиқ этилаётган антеннанинг дастлабки берилган параметрлари билан боғлиқ бўлган, ҳамда моделлаштириш натижасидаги электр ва йўналганлик хусусиятлари ҳақидаги маълумотларни кўриш мумкин.

Масалан, дастур моделлаштирилган антеннанинг ТТК, ҲТК, кириш қаршилиги каби параметрларни кўрсатади.

Антеннанинг актив ва реактив қаршиликларини частотага боғлиқлик графиги 4.9-расмда тасвирланган. Частота диапазонининг қийматлари шу ойнадаги «Полоса» шаклида кўрсатилади. Шу билан бирга ҳисоблаш учун керакли бўлган қўшимча параметрларни ҳам киритиш мумкин.

4.10-расмда ТТК нинг частотаги боғлиқлик ойнаси келтирилган.

4.11-расмда антеннанинг кучайтириш коэффициентига (дБ) ҳамда  ҳимоя таъсир коэффициентига боғликлик ойнаси келтирилган.

4.12-расмда вертикал ва горизонтал текисликларда қурилган  ЙД тасвирланган ойна келтирилган.

Сўнги «Установки» ойнасида ҳисоблашдаги ўртача частота қиймати («Центральная частота»), ТТК ўзгариш оралиғи («Предел КСВ»), ҳисоблашнинг қўшимча нуқталари («Дополнительные точки»), мослаштирувчи қурилмалар («Установки согласования»), мослаштирувчи частота  қиймати («Частота согласования»).

Хулоса сифатида  шу таъкидлаб  ўтиш лозимки, MMANA дастурининг такомиллашган интерфейс ва қўшимча имкониятларга эга бўлган янги талқинлари даврий равишда ишлаб чиқилмоқда. Аммо унинг асосий ишлаш принциплари ўзгармасдан қолмоқда.

4.7-расм. «Правка провода» ойнаси, «Плоскость XOZ» варақаси

4.8-расм. «Правка провода» ойнаси, «Плоскость YOZ» варақаси

4.9-расм. Актив ва реактив қаршиликларнинг частотага боғлиқлик ойнаси

4.10-расм. ТТК частотага боғлиқлик ойнаси

4.11-расм. Антеннанинг кучайтириш коэффициенти ва ҳимоя таъсир коэффициентларининг частотага боғлиқлик ойнаси.

4.12-расм. Қурилган йўналганлик диаграммалари ойнаси

АДАБИЁТЛАР РЎЙХАТИ

1. Ерохин Г.А., Чернышев О.В. и др. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн. – М.: Горячая Линия – Телеком, 2004

2. Весоловский К. Системы подвижной радиосвязи М.: Горячая Линия – Телеком, 2006.

3. Minh'Chau T. Huynh. A. Numerical and Experimental Investigation of Planar Inverted'F Antennas for Wireless Communication Applications. – In: Master Thesis of Science in Electrical Engineering. – Virginia Polytechnic Institute and State University.– Blacksburg, Virginia.–Oct.19, 2000.–123 p

4. Арипова У.Х. Радиотўлқинларнинг тарқалиши ва антенна-фидер қурилмалари. I қисм.  Ўқув қўлланма. Тошкент: ТАТУ, 2010, 98 б, 2009-2010.

5. http://www.GSM antennas.ru

6. http://www.radio.gov.uk/topics/ptopagation/indprop

МОБИЛ  ВА  СУНЪИЙ ЙЎЛДОШЛИ

АЛОҚА  ТИЗИМИ АНТЕННАЛАРИ

ЎҚУВ  ҚЎЛЛАНМА

ТВ ва РЭ  кафедрасининг

(20.04.2013 й. № 30 - баённома)

мажлисида  кўриб чиқилди

ва   нашрга  тавсия  этилди.

РРТ факултетининг

(25.06. 2013 й.    № 21- баённома)

илмий - услубий кенгашида кўриб чиилди ва

нашрга  тавсия этилди.

Тузувчи:               катта ўқитувчи  Арипова У.Х.,

Маъсул  мухаррир:         доцент  Абдуазизов А.А.