Автомобильные КВ-антенны зенитного излучения (АЗИ): теория, конструкции и практика

Суть технологии NVIS и специфика работы на автотранспорте

Антенны зенитного излучения (АЗИ / NVIS) формируют диаграмму направленности с подъёмом основного лепестка вверх под углами 70–90 градусов. Отражаясь от ионосферы, сигнал возвращается на землю на небольшом удалении от передатчика (50–300 км), что критически важно в условиях сложного рельефа или отсутствия прямой видимости. Основной рабочий диапазон для таких задач — 40 метров (около 7 МГц), а также более низкие частоты (80 и 160 м).

В отличие от вертикального штыря, излучающего преимущественно к горизонту, для режима АЗИ вибратор ориентируют горизонтально либо наклоняют под значительным углом. Металлическая крыша автомобиля в этом случае работает как эффективный высокопроводящий экран-отражатель, перенаправляющий энергию в зенит

Опыт сборки и полевых испытаний прототипа

Участниками был собран и протестирован прототип наклонной штыревой антенны диапазона 40 м:

• Материал несущей мачты: армированные ПВХ-трубы, соединённые секциями — 1 м (32 мм) + 2 м (16 мм) + 0,5 м (32 мм) + 2 м (16 мм). Заглубление стыков составляло 25 см с фиксацией армированным скотчем;
• Полотно: медный провод диаметром 1 мм, общая длина основного куска — 6,6 м;
• Удлиняющая катушка у основания: 19 витков.

Результаты замеров показали на частоте 7,050 МГц удовлетворительный КСВ на уровне 1,2–1,3. Настройка в резонанс выполнялась незначительным сжатием или раздвиганием витков катушки. Однако механическая прочность каркаса оказалась недостаточной: на скоростях свыше 100 км/ч или при движении по лесу конструкция подвержена разрушению. Для решения проблемы рекомендовано внутреннее армирование труб стеклопластиком, размещение основания на силовом бампере и растяжка полотна в сторону багажника с фиксацией на высоте около 1 м над крышей.

Заводские штыревые решения: MFJ-1640T, ATAS-120 и аналоги

На практике для организации мобильной связи применяются промышленные антенны:

• MFJ-1640T (и аналоги серий 1620, Kenwood MA-5): однодиапазонные укороченные штыри. Большим преимуществом является центральное расположение удлиняющей катушки (в точке пучности тока), что повышает КПД конструкции в 1,5–2 раза по сравнению с антеннами, где катушка стоит у основания. Для сдвига резонанса с американской сетки (7300 кГц) в отечественный участок диапазона 40 м доматывают 5–7 витков. Настройка полотна производится регулировкой длины верхнего стального хлыста

• Yaesu ATAS-120: многодиапазонная антенна с автоматической моторизованной перестройкой

. В вертикальном положении она имеет провал диаграммы строго в зенит, но при небольшом отклонении или загибе хлыста способна обеспечивать устойчивые связи на дистанциях до 300–400 км на диапазоне 40 м. КПД у неё несколько ниже, чем у узкорезонансных штырей с крупными катушками.

При установке штыревых антенн на магнитные основания (например, трёхмагнитные базы MFJ-336T) критически важно обеспечивать надёжный ВЧ-контакт («землю») широкими медными шинами непосредственно на металлический кузов автомобиля , .

Рамочные магнитные антенны и DDRR

Альтернативой штырям выступают рамочные антенны малой апертуры (периметром менее 0,1λ), ярким примером которых является Stealth Telecom ST-940B (3,5–15 МГц), монтируемая над экспедиционным багажником

, .

Особенности магнитных рамок:

• Высокая добротность (Q-фактор): полоса пропускания получается чрезвычайно узкой (сравнимой с шириной SSB-сигнала), что требует точной перестройки конденсатором переменной ёмкости (КПЕ) при любом смещении по частоте;
• Токи и потери: сопротивление излучения рамки составляет менее 1 Ом (вплоть до единиц миллиом на нижних частотах), а циркулирующие ВЧ-токи достигают 20–30 А. Любые переходные сопротивления резко снижают КПД, поэтому рамки изготавливают из толстостенных медных или алюминиевых труб (20–40 мм) с качественной пропайкой или сваркой;
• Помехозащищённость: как замкнутая система, магнитная рамка значительно слабее реагирует на локальные электрические помехи бортсети и статику от трения воздуха на скорости;
• Антенны DDRR: полурамочные конструкции, которые на военной бронетехнике часто выполняют роль поручней крыши. Они прочны, обеспечивают необходимый зенитный угол, однако по эффективности несколько уступают классическим магнитным рамкам.