Антенны с нижним питанием

АНТЕННЫ ГЕКТОМЕТРОВЫХ, КИЛОМЕТРОВЫХ И МИРИАМЕТРОВЫХ ВОЛН

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К АНТЕННАМ

В диапазонах гектометровых и километровых волн связь на не­большие расстояния осуществляется поверхностнойволной. Обес­печить интенсивное излучение вдоль земли позволяют антенны с вертикальной поляризацией поля. Требования к ДН в вертикаль­ной плоскости неодинаковы для светлого и темного времени су­ток. В светлое время суток, когда существует только земная вол­на, передающая антенна должна обеспечить максимальный КУ вдоль поверхности Земли, уровни боковых лепестков при этом не ограничиваются. В ночное время суток ДН антенны должна быть антифединговой с максимальным излучением вдоль поверхности земли и существенно ослабленным излучением под углами Δ>>40°. Использование антенн с антифединговыми ДН отодвигает зону ближнего фединга, увеличивает зоны обслуживания поверх­ностной и пространственной волнами.

В процессе эксплуатации возможна смена рабочих частот. Ан­тенна радиовещательной станции должна обеспечить возмож­ность работы в достаточно широком диапазоне частот с полосой пропускания не менее ±8 кГц (по уровню 3 дБ) и симметричной амплитудно-частотной характеристикой относительно несущей частоты. Антенны должны иметь электрическую прочность, обес­печивающую подведение к ней заданной мощности при достаточ­но высоком КПД. Для радиовещания применяют антенны высо­той 75 ... 300 м. Отдельные антенны имеют высоту 500 м и более.

АНТЕННЫ С НИЖНИМ ПИТАНИЕМ

Антенны с нижним питанием выполняют в виде вертикальных или наклонных проводников, к нижнему концу которых подводят питание.

Антенна-мачта. Для целей вещания часто используют несимметричные вертикальные антенны, выполненные в виде ме­таллических мачт-излучателей, устанавливаемых на опорных изоляторах (рис. 14.1,а). В вертикальном положении антенна-мачта удерживается системой оттяжек. Для уменьшения токов, на­водимых в оттяжках, в оттяжки вводят изоляторы, работающие на сжатие. Расстояние между изоляторами не должно быть бо­лее 0,15 λкор. Антенны-мачты устанавливаются на значительном расстоянии от технического здания и соединяются с передатчи­ком коаксиальным или многопроводным концентрическим фиде­ром.

Антенна-мачта с нижним питанием имеет относительно простую конструк­цию и используется в диапазоне волн λ=( 1,42 ...8,3)H; H= (0,12...0,7) λ.

При H<0,12 λ, антенна имеет малое сопротивление излучения и, как следствие, низкий КПД и узкую полосу пропускания. При Н>0,7 λ ухудшается ДН: уменьшается излучение вдоль поверх­ности земли и возрастает под большими углами. К недостаткам следует отнести наличие опорного изолятора, усложняющего гро­зозащиту и световое ограждение мачты. Антенна имеет относи­тельно узкий антифединговый диапазон волн

λ аф= (1,8... 1,92) Н; H= (0,52... 0,59) λ а.ф.

Для уменьшения высоты вертикального вибратора или при за­данной высоте получения большей полосы пропускания и более вы­сокого КПД к верхнему концу вертикальной части подключают емкость в виде горизонтальных (Г- и Т-образная антенны) или наклонных проводов — зонтичная антенна. Горизонтальные провода при высотах подвеса, больших 0,1λ создают излучение вверх от земли и могут существенно ухуд­шить антифединговые свойства антенны, поэтому их нельзя брать длинными. Увеличение емкости достигается выполнением горизон­тальной части из нескольких параллельных проводов (медных или сталеалюминиевых канатов диаметром до 16 мм), разнесенных в пространстве. Для радиовещания Г- и Т-образные антенны в настоящее время не применяются. Антенны Т-образные с высотой опор 50... 60 м иногда используются при малой мощности пере­датчиков, работающих в синхронной сети. За счет горизонтальной части можно снизить высоты опор на 20... 30%. Однако стоимость двух мачт, необходимых для подвеса полотна антенны, оказыва­ется выше, чем одной, хотя и более высокой.

В зонтичных антеннах зонт обычно образуется верхней частью оттяжек верхнего яруса длиной до 1/3 от высоты мачты. В диапазоне мириаметровых волн зонтичные антенны подвешиваются на одной централь­ной (более высокой) мачте и 4—6 и более расположенных по периметру зонта.

Максимальные напряжения на антенне определяются ее гео­метрическими размерами, волновым сопротивлением и подводи­мой мощностью. При заданной мощности максимальные потен­циалы можно снизить удлинением горизонтальной части, увели­чением числа проводов в ней и снижением волнового сопротив­ления антенны (ее вертикальной части).

Входное сопротивление антенны в общем случае является ком­плексным Z3 = Ra + iXa. Для снижения питающих напряжений и получения симметричной относительно несущей частотной харак­теристики реактивное сопротивление Ха необходимо компенсиро­вать включением последовательно с антенной реактивного сопро­тивления, равного по величине и обратного по знаку Ха, т. е. на­строить антенну. Если антенна имеет емкостный характер входно­го сопротивления, то настройку осуществляют включением индук­тивности.

В случае индуктивного характера входного сопротивления на­стройку осуществляют включением емкости С В общем случае настройка может осуществляться включени­ем L и С, их включение повышает добротность антенного контура, сужая полосу пропускания. Величины X_L и Хс необходимо выбирать ма­лого значения, а если возможно, то настройку осуществлять од­ним из них. С увеличением геометрических размеров антенны увеличивается сопротивление излучения и расширяется ее полоса пропускания. Расширить полосу можно снижением волнового со­противления антенны, увеличением емкости горизонтальной час­ти и увеличением высоты антенны.

Антенна-мачта шунтового питания. Электрическая часть антенны-мачты шунтового питания состоит из заземленной металлической мачты и системы проводов, подвешенных вокруг нее по образующей цилиндра диаметром 10... 15 м. Число про­водов берут до 16, диаметр проводов до 16 мм. Сис­тема проводов может быть выполнена в виде двойного конуса с использованием части тросов оттяжек и дополни­тельных проводов. У основания мачты провода соединяются с кольцом, к которому подводится питание. Шунтом служит часть ствола мачты и часть проводов от основания до перемычки. Работа антенны аналогична вертикально расположенно­му ВГДШ в котором роль второго плеча выполняет зеркальное изображение. Достоинством антенны является отсут­ствие опорного (достаточно дорогого) изолятора и хорошая гро­зозащита (мачта заземлена).

Антенна работает в диапазоне волн λ= (1,45 ... 8,3) Н, антифединговыми свойствами не обладает. Высоту антенны выбирают из условия Н= (0,15 ... 0,5)λ,.

Наклонный луч. Полотно луча выполняется из трех — шести наклонных параллельных проводов (трос диаметром 6 ... ...8 мм), разнесенных на расстояния 1,5 ...2 м. Верхний конец лу­ча с помощью изоляторов и реи (трубы диаметром 80... 100 мм) крепится к башне на высоте 100... 140 м на расстоянии 20 ... 30 м от нее. Нижний конец луча располагают на высоте 3 ... 4 м от зем­ли. Длину луча выбирают в пределах l= (0,3 ... 0,45) λ. Настройка луча осуществляется емкостью, согласование—реактивным четы­рехполюсником, который располагают непосредственно у снижения. В качестве фидера при Р<5 кВт исполь­зуют коаксиальный кабель с wф = 50 или 75 Ом, при Р>25 кВт применяют многопроводные концентрические фидеры с волновым сопротивлением 250 Ом. Наклонный луч обладает направлен­ностью с максимальным излучением в направлении от мачты к точке питания. Для формирования ненаправленной ДН и устра­нения боковых нагрузок на мачту используют двойной наклонный луч. Лучи располагают с противоположных сторон башни и пи­тают синфазно. Антенну используют при установке СВ передатчи­ка в помещении передающей телевизионной станции.