18073

АНТЕНИ РТС ПЕРЕДАЧІ ІНФОРМАЦІЇ

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Основні принципи навчання: науковість, послідовність, систематичність, практична спрямованість, активність студентів, диференціальний підхід, що врахований в тематиці дисциплін, формах та методах проведення занять.

Украинкский

2014-08-21

389 KB

3 чел.

PAGE  2

ЛЕКЦІЯ №1

з навчальної дисципліни

ПРИКЛАДНІ ПИТАННЯ АНТЕННИХ ПРИСТРОЇВ

ТЕМА 1: АНТЕНИ РТС ПЕРЕДАЧІ ІНФОРМАЦІЇ.

ЗАНЯТТЯ 1: Передавальні телевізійні антени

1. НАВЧАЛЬНІ ПИТАННЯ

  1.  Вимоги до телевізійних антен.

2. Особливості конструкції передавальних телевізійних антен.

II. НАВЧАЛЬНІ ТА ВИХОВНІ ЦІЛІ

  1.  Вивчити вимоги до телевізійних антен.
  2.  Вивчити особливості конструкції передавальних телевізійних антен.

III. ЛІТЕРАТУРА ТА НАВЧАЛЬНО-НАОЧНЕ ПРИЛАДДЯ

  1.  Чернышов В.П. Антенно-фидерные устройства радиосвязи и радиовещения. – М.: Связь, 1987.
  2.   Кочержевский Г.Н. и др.. Антенно фидерные устройства. – М.: Радио и связь, 1989. 
  3.   Белоцерковский Г.Б. Основы радиотехники и антенны. Ч.П. Антенны. – М.: Радио и связь, 1983.
  4.   В. Рамзей . Частотно независимые антенны. М.: Мир 1968.
  5.    Найденко Є.П. Електродинаміка та техніка НВЧ, конспект лекцій. – Житомир: ЖВІРЕ, 1998.
  6.   Должиков В.В. и др. Активные передающие антенны. – М.: Радио и связь, 1984.
  7.   Цыбаев Б.Г., Романов Б.С. Антенны-усилители. – М.: Радио и связь, 1980
  8.   Б.А.Панченко, Е.И. Нефёдов. Микрополосковые антенны. – М.: Радио и связь 1986. 
  9.   Проблемы антенной техники/ под ред. Л.Д. Бахраха, Д.И. Воскресенского. – М.: Радио и связь, 1989.
  10.   Ямпольский В.Г., Фролов О.П. Антенны и ЭМС. – М.: Радио и связь, 1989.
  11.  Гончаренко И.В. Компьютерное моделирование антенн. Всё о программе. MMANA. – М.: Радио, №6…9,2001.
  12.  В.И. Болшаченков, И.Д. Прилепский. Электродинамика и техника СВЧ.
  13.  Применение круговой диаграммы в технике СВЧ. – Житомир: ЖВУРЭ ПВО, 1986.
  14.  Діапозитиви.
  15.  Наочні материали (буклеты, проспекты, рекламные материалы).


ВСТУП

Дисципліна “Прикладні питання антенних пристроїв” належать до групи професійно – орієнтованих дисциплін і повинна забезпечити підготовку спеціалістів для підприємства та організацій зв’язку, радіомовлення, телебачення, систем контролю частотного ресурсу.

Викладання базується на знаннях, які отриманні при вивчені дисциплін: “Електродинаміка та поширення радіохвиль”, “Пристрої НВЧ та антени”, “Теоретичні основи радіотехнічних систем”, “Радіотехнічні системи”.

Основні принципи навчання: науковість, послідовність, систематичність, практична спрямованість, активність студентів, диференціальний підхід, що врахований в тематиці дисциплін, формах та методах проведення занять.

Науковість реалізується використання загального наукових та часткових законів математики та фізики, методів фізичного, математичного та імітаційного моделювання з використанням лабораторних установок та електронних обчислювальних машин.

Фахова спрямованість дисципліни забезпечується прикладним характером навчальних завдань, лабораторних досліджень з використанням типових зразків антен, проведення занять на реальних радіотехнічних системах.

Систематичність та послідовність у вивчені дисципліни реалізується наступним чином.

На початку вивчаються поняття про вплив поверхні Землі на характеристики та параметри антени.

Далі розглядається особливості побудови антенних пристроїв для різних радіотехнічних систем. Даються поняття про вплив вибору антен на електромагнітну сумісність РТС. Особлива увага надається питанням експлуатації антенно – фідерних пристроїв. Завершується навчання дисципліни розглядання питань перспектив розвитку теорії та техніки антенних систем.

Комплексність реалізується плануванням лекцій, практичних та лабораторних занять по кожній темі. Лекції забезпечують знаннями проведення практичних та лабораторних занять. В свою чергу, на практичних і лабораторних заняттях необхідно не тільки повторювати викладений на лекціях матеріал, а й поширювати та поглиблювати його.

Наочність забезпечується використанням наочних посібників, рисунків, макетів, технічних засобів навчання.

Диференціальний підхід реалізується видачею багаторівневих завдань на практичних заняттях, лабораторних роботах та на самостійну підготовку.

Активність студентів підтримується мотивацією навчання та використання активних методів та прийомів.

Основою отримання знань та вмінь є послідовне вивчення та багаторазове повторення основних питань, які вивчаються на лекціях; відпрацювання лекційного матеріалу самостійно; підготовка до практичних занять; практичне заняття та виконання завдання на самостійну підготовку; підготовка до лабораторних занять та проведення дослідів на них.

На лекційних заняттях в основу покладено лекційний метод та метод показів.

Перед початком викладання нового матеріалу перевіряється готовність студентів сприймати його, проводиться підготовка до вивчення нових навчальних питань. Після кожного питання здійснюється контроль правильності засвоєння матеріалу. Для забезпечення наочності навчання потрібно використовувати проекційні статичні та динамічні засоби навчання.

На практичних заняттях в основному застосовуються методи вправ, дискусії, самостійної роботи.

Обсяг дисципліни - 108 год.:

лекцій -20 год (10 лек.);

практичних занять – 6 год (3 зан.);

лабораторних занять – 8 год (2 зан.);

самостійних занять – 72 год;

контрольна робота – 2 год.

Аудиторних занять 36 год (самостійних – 72 год.).

Навчальний матеріал дисципліни представлено одним модулем, який містить чотири теми, (Т1, Т2, Т3, Т4), що охоплюють матеріал з антен радіотехнічних систем передачі інформації, частотних властивостей антен, смужкових, активних антен, методів моделювання та проектування антенно – фідерних пристроїв.

Модуль закінчується підсумковою модульною роботою, а вся дисципліна – заліком за дисципліною.

На початку заняття обов’язково перевіряється виконання завдання на самостійну роботу, та засвоєння лекційного матеріалу, відповідно до рівня підготовки будуються заняття.

Лабораторні заняття проводяться в спеціально обладнаній лабораторії або дисплейному класі на базі персональних ЕОМ. Для забезпечення інтенсифікації та індивідуалізації занять включаються випробування методами фізичного, математичного та імітаційного моделювання.

З метою самостійного придбання нових знань закріплення, розширення та їх поглиблення, а також набуття навичок роботи з науково – технічних літературою передбачених проведення самостійних робіт.

Рівень теоретичних знань практичних навичок та вмінь в обсязі вимог навчальної програми перевіряються на ПМР.

До ПМР не допускаються студенти, які не захистили звіти з лабораторних робіт дисципліни.

ПМР проводиться за тестами.

1. Вимоги до телевізійних антен.

Телевізійне транслювання ведеться на хвилях метрового й дециметрового діапазонів:

метровий діапазон -1…12 телевізійні канали,

дециметровий  діапазон -21-60 телевізійні канали.

Антени передавальних телецентрів повинні задовольняти певним вимогам.

1. Для збільшення зони впевненого прийому ці антени варто розташовувати на значній висоті над Землею (приблизно сотні метрів).

ЕМХ телевізійного каналу розповсюджуються на дальність прямої видимості, яка визначається такою формулою (для нормальної рефракції)

де , - висоти підйому передавальної та приймальної відповідно

2. Оскільки передавальні телевізійні антени розташовуються на значній висоті, то вони повинні мати велику механічну і електричну міцність (можливі вітрові навантаження і вплив грозових розрядів).

3. Як правило, телецентр знаходиться у центрі території, що обслуговується, тому передавальна антена не повинна мати спрямовані властивості в горизонтальній площині (повинна бути в ідеальному варіанті ізотропною антеною).

Якщо телецентр розташовується не в центрі території, що обслуговується, то антена повинна мати спрямовані властивості в горизонтальній площині, але її ДС повинна бути достатньо широкою.

  1.  Очевидно, у вертикальній площині антена обов’язково повинна мати спрямованість (рис.2).

Для цього розмір антени у вертикальній площині для зменшення ШДС збільшують. Це виконується розташуванням вібраторів антени на декілька поверхів (дискретна система випромінювачів).

Де «С» залежить від АР системи випромінювачів;

залежить від ФР системи випромінювачів;

розмір дискретної системи випромінювачів.

З рис.2 видно, що від ШДС () залежить величина зони обслуговування.

5. Бажано, щоб напруженість поля у всіх точках території, що обслуговується телецентром, була приблизно однаковою.

Розподіл потужності, що випромінюється, по точкам території залежить, як видно з рис.2, від напрямку максимального випромінювання антени  та форми її ДН у вертикальній площині.

Що стосується , то їх можна забезпечувати ФР і розміром антени відповідно, а забезпечення однакової потужності поля в будь якій точці зони обслуговування сприяє, так звана, косеканса ДС (рис.2).

На практиці виконати косеканса ДС важко і тому існують крім зон незадовільного прийому (прийом по боковим пелюсткам), зони невпевненного прийому в зоні обслуговування (при ).

Примітка.

Як відомо, ДС антени при наявності Землі визначається згідно з правилом перемноження ДС

де  - ДС антени при наявності Землі;

- ДС антени при відсутності Землі (у вільному просторі);

 - інтерференційний множник Землі.

де  - модуль коефіцієнта відбиття від Землі вертикально (горизонтально) поляризованої хвилі;

- аргумент коефіцієнта відбиття.

При малих кутах місця  формула спрощується

6. Для зниження рівня індустріальних перешкод при прийманні телевізійних передач бажано, щоб електромагнітні хвилі, які випромінюються антеною, були горизонтально поляризованими. Іноді, при щільному розташуванні телецентрів, для зниження взаємних перешкод застосовують і вертикальну поляризацію ЕМХ.

У зв'язку із цим, як правило, для передачі й прийому телевізійних сигналів застосовують горизонтальні антени. Однак у зв'язку зі швидким ростом числа телецентрів розробляються антени з вертикальною поляризацією поля, застосування яких дозволяє зменшити взаємні перешкоди телецентрів, що працюють в одному із сусідніх каналів. Із цією же метою розробляють антени, що володіють спрямованими властивостями в горизонтальній площині.

7. Телевізійні антени повинні випромінювати без спотворень ЕМХ в смузі частот приблизно 8-10 МГц. При цьому КБХ у фідері, що живить антену повинен бути не менше ніж 0,9.

Очевидно тому, напрямок максимального випромінювання повинне становити деякий кут  з лінією обрію (мал. 11.1) і ДН повинна бути досить вузької (порівняно великий КУ), щоб виключити випромінювання у вільний простір. Регулювати напрямок максимального випромінювання можна створенням відповідних зрушень фаз між струмами в різних поверхах антени.

Напруженість поля електромагнітної хвилі (без обліку втрат у землі) убуває пропорційно відстані, тому для рівномірного опромінення всієї території, що обслуговується телецентром, необхідно, щоб антена у вертикальній площині мала ДН, що забезпечує зростання напруженості поля прямо пропорційно відстані. Це буде при ДН косекансного виду  (див. мал. 1.7). Реальні ДН звичайних телевізійних антен (див. мал. 11.1) різко відрізняються від ідеальної ДН; напруженість поля убуває з ростом відстані; близька до антени територія опромінюється електромагнітним полем, зосередженим у бічних пелюстках, і в напрямку глибоких мінімумів виходять зони поганого прийому; при великому рівні бічних пелюстків зростає нерівномірність опромінення ближньої до телецентру території. Для більше рівномірного опромінення обслуговується территории, що, вигідно застосовувати антени з вузькими головними пелюстками ДН і без глибоких мінімумів між пелюстками. Діаграма спрямованості без глибоких мінімумів може бути отримана, якщо в одному або двох середніх поверхах антени створити додатковий струм, зрушений по фазі щодо основного струму у вібраторах на 90°. Понизити рівень бічних пелюстків можна, якщо харчувати вібратори крайніх поверхів струмами з меншою амплітудою. Звуження ДН антени у вертикальній площині й, як наслідок, поліпшення рівномірності опромінення території, а також збільшення напруженості поля на великій відстані від антени досягаються збільшенням вертикального розміру антени - відстанню між крайніми поверхами антени.

8. Щоб у необхідній смузі частот телевізійні антени мали активний опір постійного значення й добре узгоджені з фідером живлення, застосовують вібратори зі зниженим хвильовим опором та спеціальної форми.

9. Для зменшення вітрового навантаження й збільшення механічної міцності антена може виконуватися не суцільною, а складатися з окремих горизонтальних стрижнів.

Рис. 11.1 Рис. 11.2

2. Особливості конструкції передавальних телевізійних антен 

Існують різні конструкції передавальних телевізійних антен:

турнікетні;

панельні;

антени з радіальними штировими вібраторами та інші.

Для передачі телевізійного сигналу застосовують переважна багато вібраторні антени. Причому вібратори  повинні бути широкосмуговими.

Для розширення смуги пропускання застосовують вібратори з малим хвильовим опором та використовують схеми з компенсацією реактивної складової вхідного опору.

Багатоповерхові турнікетні антени, що базуються на застосуванні площинних Ж-Образних вібраторів (мал. 11.2), використовують у метровому діапазоні хвиль. Кожний поверх цієї антени виконується із двох таких взаємно перпендикулярних вібраторів висотою біля (0,6...0,7) ( — середня довжина хвилі), що харчуються зі зрушенням фаз 90°, що забезпечує майже кругову ДН у горизонтальній площині (див. § 1.3). Звичайно нерівномірність ДН у горизонтальній площині не перевищує ±3 дБ. Вібратор приєднується накоротко до щогли як у крапках В, В, так і в крапках А, А. Живлення до вібратора підводить у середині (крапки З, З) за допомогою коаксіальної лінії й симметрирующего пристрою, що поміщається усередині щогли. Завдяки спеціальній формі вібратора збільшується твердість конструкції й зменшуються струми, що мають вертикальний напрямок і течуть по вертикальних частинах зовнішньої рами, що обрамляє. Антени, виконані з таких вібраторів, мають смугу пропущення приблизно 15...20% середньої частоти й дозволяють одночасно здійснювати зв'язок по декількох телевізійних каналах.

Істотним недоліком турнікетних антен є обмеженість практично досяжного коефіцієнта підсилення КУ становить 3...10). Це пояснюється тим, що вібратори кріпляться до щогл малого діаметра (0,1...0,15) і достатня ме-аническая міцність може бути забезпечена при загальній висоті нтенны не більше 12...15 м, тобто число поверхів антени не може 1ыть більшим.

Значно більші КУ (до 20...50) можна одержати в так званих панельних антен. Основним елементом такої антени є блок (панель), що представляє собою синфазну антену, що складається із двох або чотирьох симетричних вібраторів напівхвильових або хвильових), розташованих відповідно у два або чотири поверхи (мал. 11.3). Відстань між сусідніми поверхами береться рівним . Вібратори кріпляться до ґратчастого (аперіодичному) рефлектору у вузлах зарядів металевими ізоляторами. Коаксіальний кабель, що йде від генератора, приєднується до двухпроводным ліній, що харчують вібратори за допомогою симметрирующего пристрою (див. § 7.3). Така антена має односпрямовані властивості в горизонтальній і вертикальній площинах. Малі зміни вхідного опору досягаються застосуванням вібраторів зі зниженим хвильовим опором і підбором хвильових опорів ділянок двухпроводного фідера й коаксіальної лінії.

Для одержання близької до кругового ДН у горизонтальній площині панелі встановлюють по периметрі перетину антеною опори (призми) на її гранях (мал. 11.4). Призма, як правило, має квадратний перетин, по її периметрі розміщаються чотири панелі. Живлення панелей здійснюється як синфазнецьому случae струми у вібраторах течуть або за годинниковою стрілкою, або проти її), так і перемінно-фазове (турнікетне) зі зрушенням фаз 90°. Діаграму спрямованості у вертикальній площині можна змінювати в широких межах, розташовуючи панелі одна над інший і міняючи їхнє число. Число поверхів панельної антени можна легко збільшувати, тому що ця антена може кріпитися на опорі з більшим поперечним перерізом (зі стороною квадрата приблизно 1,5 ). По цій же причині на одній опорі можна розташовувати кілька багатоповерхових панельних антен, що обслуговують різні діапазони. Ширина смуги частот, у якій виконуються вимоги, пропоновані до телевізійної антени, становить у випадку панельної антени 40...70%. Панельні блоки дозволяють одержати вертикальну поляризацію поля шляхом вертикального розташування вібраторів.

Рис. 11.3 Рис. 11.4 Рис. 11.5

У СРСР Д. М. Трускановым розроблений варіант телевізійної антени з радіальними штировими вібраторами, установленими безпосередньо на опорі (мал. 11.5). При розміщенні на круглій опорі діаметром 0,7  восьми штирових вібраторів (у площині поперечного перерізу), що харчуються за схемою обертового поля (струм у кожному наступному вібраторі зрушать щодо попередні по фазі на 90°), у горизонтальній площині виходять досить рівномірне випромінювання й достатнє гарне узгодження. Для нахилу ДН долілиць застосовується расфазировка вібраторів по вертикалі.

2.Особливості конструкції передавальних телевізійних антен.

Для передачі телевізійного віщання застосовують переважно багато вібраторні антени. Вібратори повинні бути широкосмуговими. Розширити смугу пропускання можливо застосуванням вібраторів з малим хвильовим опором і використанням схем с компенсацією реактивної складової вхідного опору. У довгохвильовій частині метрового діапазону хвиль застосовуються плоскі вібратори. На перших телевізійних станціях у нашій країні застосовувалися вібратори Б. В. Брауде, що представляють собою, власне, вібратор плоскої конструкції, суміщений з коротко замкнутим шунтом. На рис. 6.8а приведена конструкція вібратора Б. В. Брауде і його еквівалентна схема. Зі зміною частоти активна складова вхідного опору навпіл хвильового вібратора змінюється незначно. Смуга пропускання звужується, головним чином, за рахунок появи на частотах, що відрізняються від резонансної, реактивною складовою вхідного опору Хл=WBctgkla.

де - коефіцієнт фази;

- хвильовий опір вібратора, що на еквівалентній схемі являє собою вхідний опір розімкнутого відрізка довгої лінії.

Тому до вхідного опору вібратора підєднується паралельно вхідний опір короткозамкненого відрізка довгої лінії (шлейфа).

де  - хвильовий опір шунта.

Рис 6.8. Плоскі широкосмугові вібратори: а—Брауде; б — у формі трапеції; у — Ж-образний

Шунт — коротко замкнута лінія, яка паралельно підключена до входу антени, має вхідний опір Хш= Wшtg klш, де Wш і lш — відповідно хвильовий опір шунта і його довжина. Реактивні складових вхідних опорів вібратора і шунта мають різні знаки. Цим досягається часткова компенсація реактивних опорів і розширення діапазонних властивостей вібратора. Наявність нульового потенціалу в місці короткого замикання шунта дозволяє кріпити такий вібратор до опори в цій крапці без ізоляторів. Це спрощує грозозахист. Ізолятори необхідно встановлювати лише в крапках живлення вібратора. Оптимальні розміри вібратора Б. В. Брауде:

а = (0,25...0,4) о;

lш= (0,63...,66) а.

При цьому Rа= = 140...160 Ом (по 70—80 Ом на плече).

У вібраторі Б. В. Брауде горизонтальні провідники збуджуються струмами різних амплітуд. Пояснюється це тим, що в міру просування по шунті напруга від максимального значення в точках підключення живлення падає до нуля в крапках короткого замикання, змінюючись при цьому по закону косинуса. Струми в провідниках можна вирівняти, виконавши плечі вібратора у формі трапеції. Для цього в крапках, розташованих ближче до короткозамикача, довжину горизонтальних провідників беруть резонансною, тобто близької до значення l 0,25  (рис. 6.86), а в провідників, розташованих ближче до крапок живлення, довжину укорочують. З укороченням довжини плеча вібратора з'являється реактивний складовий і вхідний опір зростає. Чим більше  напруга живлення, тим коротшим повинний бути горизонтальний провідник.

Велике поширення одержали Ж-образні вібратори, що сполучають у собі два плоских трапецеїдальні вібратори (рис. 6.8в). Такий вібратор має відносну смугу пропускання до 40% (fмін/fмакс = 1/1,4). Живлення підводиться до середини вібратора, у тому місці, де розташовані короткі горизонтальні провідники. Вхідний опір вібратора дорівнює 150 Ом (по 75 Ом на плече).

На частотах, що перевищують 174 МГц, застосовують симетричні хвильові вібратори (2l  ) циліндричної форми, та виконані з труб великого діаметра (2r>0,005). Кріплення хвильових вібраторів до аперіодичного рефлектора здійснюється в крапках нульових потенціалів, розташованих у центрах пліч вібратора за допомогою «металевих ізоляторів» — стрижнів (або труб) довжиною, приблизно рівної 0,25. Вхідний опір хвильового вібратора при невеликому розстроюванні змінюється аналогічно опорові рівнобіжного контуру, тобто при >о має ємнісний, а при <о індуктивний характер. Для розширення смуги пропускання хвильового вібратора між кожним його плечем і симетричною лінією включають послідовно розімкнуті шлейфи довжиною 0,25о, розташовуючи їх усередині вібратора (рис. 6.9а).

Симетричний хвильовий вібратор має відносно великий вхідний опір (250—500 Ом).

У конструктивному відношенні зручно з двох хвильових вібраторів з аперіодичним рефлектором створювати блок — панель. На рис. 6.9б зображена панель передавальної телевізійної антени, що складає з двох хвильових вібраторів 1 циліндричної форми, розташованих над аперіодичним рефлектором 2, що має ґратчасту конструкцію. Вібратори укорочені і з'єднані між собою симетричною лінією 3, у центрі якої розташовується симетруючий пристрій 4. Панель має несиметричний коаксіальний вхід з опором 75 Ом. Перехід від коаксіальної лінії до симетричних вібраторів здійснюється за допомогою симетруючої приставки довжиною 0,25о. Підбором хвильового опору симетричної лінії 3, довжина якої від симетручої приставки до кожного з вібраторів дорівнює 0,25 о, забезпечується узгодження.

Діаграми спрямованості панелі в площині Е F() = F1()Fp(); у площині Н-F() =Fс.н()Fр(), де множники F1(), Fс.н() і Fр() визначаються вираженнями (2.13), (3.8) і (3.30).

Підбором відстаней між вібраторами і між вібраторами і рефлектором можна одержати приблизно однакові діаграми спрямованості в площинах Е и Н. Це дозволяє ті самі панелі шляхом відповідної їхньої орієнтації використовувати для створення антен як з горизонтальною, так і з вертикальною поляризацією.

На рис. 6.9в приведена панель з навпіл хвильових вібраторів 1, виконаних зі сталевих смуг перетином 10x60 мм2. Початкові ділянки вібраторів для кращого узгодження виконані у виді конуса (2=60°), кінці вібраторів закруглені. Симетрична двох провідна лінія 3, виконана з труб діаметром 20— 35 мм і довжиною, рівній середній довжині хвилі діапазону, замкнута на кінцях, є узгоджуючим пристроєм. Відстані між вібраторами та симетруючим пристроєм 4 дорівнюють 0,25о. Узгодження здійснюється підбором хвильового опору цієї лінії. Зсув короткозамкнених містків 5, розташованих по кінцях лінії, дозволяє робити підстроювання панелі. Симетруючий пристрій 4 виконаний у виді зігнутої чверть хвильової приставки.

Рис. 6.9. Антени панельні:

а — хвильовий вібратор;

б — панель з циліндричних хвильових вібраторів;

в — панель із плоских навпіл хвильових вібраторів

Горизонтальний симетричний або Ж-образний вібратори в горизонтальній площині мають діаграму спрямованості у формі вісімки. Для формування ненаправленої (кругової) діаграми спрямованості застосовують системи з двох вібраторів, розташованих перпендикулярно один одному (рис. 6.10a), або з чотирьох, розташованих по сторонах квадрата (рис. 6.10б).

У так названій турнікетній антені два симетричних, наприклад Ж-образних, вібратора розташовуються перпендикулярно один одному (рис. 6.10а) і плечі сусідніх вібраторів живляться зі зрушенням по фазі на 90° (змінно фазне живлення). Для навпіл хвильових і Ж-образних вібраторів 1 і 2 рівняння діаграм спрямованості з похибкою до 7% можна записати [див. ф-лу (2.16)] відповідно у виді:

Рис. 6.10. До одержання ненаправленої діаграми спрямованості антени в горизонтальній площині:

а — турнікетна;

б — панельна;

в -панельна з тангенціальним зрушенням панелей

На великій відстані від антени вібратори створюють поля

Результуюче поле, створене двома вібраторами

Опускаючи фазовий множник, одержимо значення амплітуди напруженості поля на відстані r від антени E=60Ii/r. В отриманому вираженні напруженність поля не залежить від кута .

Отже, турнікетна антена створює в горизонтальній площині рівномірне випромінювання у всіх напрямках.

Турнікетні антени виконуються з відносно невеликими коефіцієнтами підсилення (до 10 дб). Для збільшення коефіцієнта підсилення необхідно збільшувати число поверхів в антені, а отже, і діаметр труби, до якої кріпляться вібратори для збільшення її механічної міцності. Якщо діаметр труби взяти більше 0,1, то плечі вібраторів виявляться помітна рознесеними, діаграми спрямованості кожного вібратора звузяться і результуюча діаграма спрямованості буде істотно відрізнятися від кругової.

Значно великі коефіцієнти підсилення дозволяють одержати панельні антени, у яких панелі розташовують по сторонах квадрата (рис. 6.10б). У панельних антенах живлення панелей в одному поверсі, може бути як синфазним, так і перемінно-фазним. При синфазному живленні струми у вібраторах панелей при обході по периметру мають однакові напрямки. У будь-якому напрямку від антени можна враховувати, поля, створені тільки вібраторами двох панелей, оскільки дві інші панелі затінені рефлекторами.. Для підсумовування полів окремих панелей необхідно знати розташування їх фазових центрів. Фазові центри панелей знаходяться між їх вібраторами і рефлекторами. На рис. 6.10б фазові центри позначені F1, F2, F3 і F4. Поля, створені панелями 1 і 2 (їх модулі) у випадку напівхвильових вібраторів, згідно ф-лам (2.11), (2.16) і (3.30), рівні:

У випадку хвильових вібраторів згідно ф-лам (2.11), (2.17) і (3.30)

Результуюче поле панельної антени

У випадку синфазного живлення при додаванні полів варто враховувати зрушення по фазі, обумовлений різницею ходу хвилі. Шлях від панелі 1 rl=r0—dcos, a від панелі 2 — r2=r0dsin. Різниця ходу променів r=r2—r1=d(cos—sin) обумовлює зрушення по фазі =kr=kd(cos—sin). У випадку змінно-фазного живлення зі зрушенням фаз 90° між сусідніми панелями  = kr+Ф=kd(cos—sin )+0,5 .

Розрахунок діаграм спрямованості роблять по ф-лам (6.2), (6.3), (6.4), (6.5) і (6.6), опускаючи в них постійні множники 120 Ii/rо.

Змінно-фазне живлення дозволяє одержати гарне узгодження в більш широкій смузі частот і застосовується в тих випадках, коли сторона опори квадратного перетину не перевищує к. Зі збільшенням перетину опори діаграма спрямованості стає нерівномірною. В опорах квадратного перетину з розмірами сторін до 2 застосовують синфазне живлення панелей, що забезпечує кращу рівномірність діаграм спрямованості, але має трохи меншу смугу пропускання.

Поліпшити діаграму спрямованості у відносно вузькій смузі можна за рахунок так званого тангенціального зрушення. Для цього панелі розташовують не по центрі сторін перетину опори, а зі зрушенням до краю (рис. 6.10в).

Для формування у вертикальній площині вузької діаграми спрямованості з невеликим нахилом головного пелюстка до землі і без глибоких мінімумів антени виконують багатоповерховими з відстанями між центрами вібраторів по висоті в панельних антенах—0,50, а в турнікетних з Ж-образними вібраторами — 0. При однаковому числі поверхів антени з Ж-образними вібраторами мають у 2 рази більшу висоту, а отже, і в 2 рази більший коефіцієнт підсилення. Значення коефіцієнта спрямованої дії і коефіцієнта підсилення (щодо напівхвильового вібратора) передавальних телевізійних антен від числа поверхів пэ приведені в табл. 6.1.

Для нахилу напрямку максимального випромінювання під кутом м до поверхні Землі необхідно, щоб у цьому напрямку зрушення фази kr, обумовлений різницею ходу променів (г) від сусідніх поверхів, був скомпенсований зрушенням фаз  за рахунок живлення (рис. 6.11), тобто  = kг, або  

Тут Dэ — відстань між поверхами. Якщо прийняти нахил м =1°, то при Dэ=0,5 кожний вище розташований вібратор повинний мати випередження по фазі, приблизно дорівнює 3°.

Для згладжування мінімумів вібратори в декількох поверхах антени живлять із взаємним зрушенням по фазі до 90° (±45°).

Нахил напрямку максимального випромінювання і згладжування нулів у діаграмі спрямованості, наприклад у 16-поверховій антені, можна одержати при наступному фазуванні: два нижніх поверхи живити нульовою фазою, наступні пари поверхів живити відповідно фазами —40, —50, —40, +40, +50, +40 і 0°.

Для перемінно-фазної схеми живлення необхідне фазове зрушення в 90° між вібраторами сусідніх з панеллю в одному (або парі) поверхів досягається подовженням однієї зі сполучених ліній на 0,25  (рис. 6.12).

При цьому поряд зі зміною фази змінюється знак реактивної складового опору. Тому реактивність вібратора 3 у крапці В компенсується реактивністю вібратора 2. Аналогічно реактивність вібратора 4 компенсується в крапці З реактивністю вібратора / (перша ступінь компенсації). Крім цього, сумарна реактивність вібраторів 2 і 3 у крапці З компенсується сумарною реактивністю вібраторів 1 і 4. Схеми багаторазової компенсації значно розширюють діапазонні властивості антени. Слід зазначити, що для забезпечення необхідного фазування вібратор 4 живеться «перехрещеним» фідером, це досягається поворотом панелі з вібратором 4 на 180°. Наступну ступінь компенсації здійснюють уведенням зрушення фази на 90° між парами сусідніх поверхів

Рис. 6.11 До нахилу діаграми спрямованості

Збудження вібраторів струмами однакових амплітуд забезпечується відповідним підбором хвильових опорів відрізків ліній АВ, ВС і CD.

У багатоповерхових антенах з багатоступінчастою компенсацією сигнали, відбиті від вібраторів, не надходять у головний фідер, а після багаторазового проходження по розподільній системі випромінюються антеною. При значній довжині багатоповерхових розподільних ліній ці сигнали мають помітне запізнювання в часі і погіршують якість зображення переважно на невеликому видаленні від антени. Зменшити рівні запізнілих сигналів можна шляхом їхнього поглинання в системі розподільних ліній. Для цього між лініями кожної пари або пари груп вібраторів, що живляться зі зрушенням фаз 90° на відстані 0,25 від крапки розгалуження, підключають поглинаючий резистор з опором величиною 2W (рис. 6.13).

Сучасні телевізійне і звукове віщання є багатопрограмним. Багатопрограмною є Загальносоюзна радіотелевізійна передавальна станція (ЗРПС) центрального телебачення в Останкіно (Москва). Антени ЗРПС розташовані на шпилі довжиною 148 м, що закріплений на залізобетонній вежі висотою 385 м (рис. 6.14). Шпиль являє собою металеву трубу східчастого профілю. Усього на шпилі розташовано сім антен. У нижній частині шпиля з діаметром 4 м розташовані 10 поверхів антени першого телевізійного каналу. Вище по шпилі, на ділянці діаметром 3 м, розташовані дві антени по шести поверхів у кожній для трьох програм звукового УКВ ЧМ віщання. Ще вище, на шпилі діаметром 2,6 м, розташовані 10 поверхів антени третього телевізійного каналу. Усі ці антени в кожнім поверсі мають по вісім радіальних штирів-вібраторів.

Рис. 6.12. Перемінно-фазна схема живлення двох поверхів антени з багаторазовою компенсацією

Рис. 6.14. Антени загальносоюзної радіотелевізійної передавальної станції в Останкіно (м. Москва)

Рис. 6.13. Поглинання відбитих сигналів у міжповерхових розподільних лініях

Штирьова конструкція антени дозволила одержати малу нерівномірність діаграми спрямованості в горизонтальній площині (±1,2 дб) при відносно великому перетині опори. Живлення штирьових вібраторів перемінно-фазне. Штирьова конструкція антени, уперше застосована в СРСР, має меншу вагу з всіх існуючих систем і створює менші вітрові навантаження на опору. Фідерна система штирьових антен розташована усередині шпиля. Це полегшує її обслуговування і підвищує надійність. Вище антени третього каналу на шпилі з діаметром 1,725 м розташовані дві антени, що мають по 12 поверхів, для роботи восьмого й одинадцятого каналів. Кожен поверх цих антен має по чотирьох навпіл хвильових вібратора з резонансними рефлекторами. Резонансний рефлектор по вазі легше аперіодичного і створює менше вітрове навантаження на опору. Для поліпшення діаграми спрямованості в горизонтальній площині вібратори розміщені на перетині шпиля зі зрушенням. Вище цих антен на шпилі діаметром 0,72 м розташовується антена тридцять третього телевізійного каналу. Вона має 50 поверхів.

Викладач кафедри

пр. ЗСУ     О.Рихальський


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

18691. Автоматизированное рабочее место 15.32 KB
  Автоматизированное рабочее место. Для реализации идеи распределенного управления потребовалось создание для каждого уровня управления и каждой предметной области автоматизированных рабочих мест на базе профессиональных персональных компьютеров. Например в с...
18692. Механистические организационные структуры 26.63 KB
  Механистические организационные структуры. Способность организации быстро реагировать на внешние угрозы и сохранять положительный баланс между входом и выходом зависит от ее структуры. Структура организации это совокупность предписанных ролей и взаимоотноше
18693. Схематичная конструкция жесткого диска (понятия цилиндр, дорожка, поверхность, сектор) 67.39 KB
  Схематичная конструкция жесткого диска понятия цилиндр дорожка поверхность сектор Говоря о магнитных дисках и жестких и гибких нельзя не сказать об их внутренней структуре. Ее составляют дорожки цилиндры и сектора. Дорожки tracks это концентрические окружности п
18694. Учет труда и заработной платы, регистры учета, среднемесячная заработная плата 16.41 KB
  Учет труда и заработной платы регистры учета среднемесячная заработная плата. Заработная плата это вознаграждение за труд в зависимости от квалификации работника сложности количества качества и условий выполняемой работы а также выплаты компенсационного и сти...
18695. Применение CASE-технологий при создании информационной системы 13.87 KB
  Применение CASEтехнологий при создании информационной системы. CASEтехнология представляет собой совокупность методологий анализа проектирования разработки и сопровождения сложных систем и поддерживается комплексом взаимоувязанных средств автоматизации. CASEтехноло...
18696. Анализ средств управления пакетом 16.36 KB
  Анализ средств управления пакетом. Система управления пакетами набор программного обеспечения позволяющего управлять процессом установки удаления настройки и обновления различных компонентов программного обеспечения. Системы управления пакетами активно исполь...
18697. Учет основных фондов 14.6 KB
  Учет основных фондов Учет наличия и движения основных фондов осуществляется бухгалтерией предприятия по состоянию на первое число каждого месяца и в среднем за год или другой анализируемый период. Учет наличия осуществляется по балансовой стоимости. Наличие основны
18698. Классификация источников информации в Интернете может производиться по разным основаниям 13.9 KB
  Классификация источников информации в Интернете может производиться по разным основаниям: 1. Webстраницы – наиболее распространенный и используемый из информационных ресурсов. Представляет собой страницы связанные гипертекстом. 2. Файловые серверы – представляют со...
18699. Проектирование логики модуля 16.07 KB
  Проектирование логики модуля Внутреннее проектирование один из последних этапов в длинной цепи процесса проектирования программного обеспечения. Оно представляет собой подробное внутреннее конструирование программного продукта разработку внутренней логики каж