Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование антенно-фидерных устройств

Подождите немного. Документ загружается.

-j

:=-,

—.

« = 7,5«

—_

ft9

0,7

0,5

0,3

0,1 fc.

200

0,9

0,7

0,5

0,3

0,lLeP%

200

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2V£

OCT.

200

BOO

woo mo

1800

**r-

tiT

г-

H =

—

2,5M

-я-

BOO

1000

1800

• — •

L J ,

Г2

•

600

1000

1800 M.

Рис.

6-4. Зависимость коэффициентов

P( ) и Q ( ) от

длины

волны

для

различных почв

высот под-

веса провода.

/ — 8

-6, ст=10-

Мо/м; // — е

-=10; <т=

= 10-

Мо/м, /// —Е

-20; сг=1СН Мо/м.

301

Одпопроводную антенну бегущей волны принято

обозначать ОБ тт. где L

—

длина антенны в метрах,

—

высота ее подвеса в метрах.

КУ антенны ОБ по отношению к полуволновому

вибратору без потерь в случае приема пространственной

волны рассчитывается по формуле [ЛО. 2]:

= у^8т

гл

I 1

— | /?,

:Ф

— l2kH sin Д„

1 —

2e~

(

х-

\kL I -С— COS Дгл]|

—2pL

(у-

С08А

«)

(т)

(6-12)

Входящее в формулу волновое сопротивление антенны р

с учетом реальной проводимости почвы равно:

'-«(т-4)

2Н

(6-13)

В случае приема поверхностной волны формула для КУ

антенны ОБ имеет вид [Л. 1]:

s = -7-V cos

cos

ч>

1 — 2е~

Х-

["•(-£—«»*)]

,-2pt

(T-«.)+(V)

(6-14)

где Ф — угол «наклона» вектора напряженности элек-

трического поля вблизи поверхности земли [см. формулу

(6-5)].

Таким образом, КУ зависит от высоты подвеса антен-

ны (в особенности в случае приема пространственной

волны), от параметров почвы, длины волны и длины ан-

тенны.

На коротковолновой части диапазона КУ заметно

больше, чем на длинноволновой, с увеличением высоты

подвеса КУ растет, причем этот рост более заметен так-

же в коротковолновой части диапазона (200—600 м).

Наилучшей высотой подвеса следует признать Н=

302

4,5-т-5

лг, дальнейшее увеличение высоту подвеса не-

желательно, так как при этом ухудшаются направлен-

ные свойства антенны за счет паразитного приема вер-

тикальными снижениями, идущими к приемнику и по-

глощающему сопротивлению.

Длина антенны выбирается из условия получения

наибольшего КУ во всем диапазоне волн. В случае прие-

ма пространственной волны, приходящей с главного на-

правления, L

определяется из выражения

^ппт "

2 [ -£-

—

cos Д

гл

1 I * р

1 arctg-

—.

г-

ft!

-J

—

cos Д

1л

(6-15)

или при небольшом затухании

f-j-<^l)

•Ьопт

(~Г ~

cos Дгл

)

(6-16)

В случае приема поверхностной волны, приходящей

с главного направления, формулы для

оат

имеют вид:

'"OU1

(М

а при -^ < 1

arctg-

'(*->) J

, (6-17)

<т-0

(6-18)

При прочих равных условиях оптимальная длина

антенны для приема пространственной волны оказывает-

ся меньше, чем для приема поверхностной волны.

Зависимости L

от длины волны для различных

почв приведены на рис. 6-5: вверху для поверхностной

волны, а внизу для пространственной волны, приходя-

щей под различными углами [Л. 1]. Расчет произведен

303

для провода диаметром 3 мм, подвешенного над землей

на высоте 2,5 м. Значение угла прихода А определяется

расстоянием до передающей станции (рис. 6-6).

•S-1Q

W00 м

Рис.

6-5. Зависимость Ь

еП

т от длины волны.

а — для поверхностной волны; б — для пространствен-

ной волны при тех же параметрах почвы, что и на

рис.

6-4.

Антенны ОБ применяются для направленного прие-

ма радиовещания на радиотрансляционных узлах. Дан-

ные антенны выбираются в зависимости от диапазона

волн, параметров поч«ы и расстояния до передающей

станции.

304

Высота подвеса выбирается в пределах от 2,5 до

м,

диаметр провода

—

от 2 до 4 мм. Длина антенны выби-

рается по графикам рис. 6-5.

Для работы во всем диапазоне средних волн (200

—

2000 м) целесообразно применять для приема поверхност-

2 000

ной волны антенну ОБ-

g-c"»

ля

приема пространствен-

ной волны (при расстояниях порядка 1000 км и более)

град

-R

100

и 00

1900

2700 3500

КМ

Рис.

6-6

Углы прихода пространственных

волн

зависимости

от

расстояния

до

пере-

дающей станции

/ — для однократного отражения, 2 — для дву-

кратного отражения

ОБ

1000

2,5

тельна ОБ

Для работы в диапазоне

3 000

750

—

2 000 м жела-

2,5

причем, если позволяют условия, длину

антенны целесообразно увеличить до 5 000 м.

Поглощающее сопротивление выбирают равным вол-

новому сопротивлению провода на средней длине волны.

Пр'и диаметре провода 3 мм и при работе во всем диа-

пазоне (200—2 000 м)

i#„

= 500—550 ом. Заземление по-

глощающего сопротивления выполняется из 10—15 ра-

диальных медных проводов диаметром 2—3 мм длиной

по 10 м, укладываемых в землю на глубине 20—30 см.

Антенна подвешивается на деревянных опорах, расстав-

ленных примерно через 30 м.

На почвах, обладающих высокой проводимостью КУ

антенны ОБ оказывается относительно низким. Некоторого

(примерно в 1,7

—

2 раза) увеличения КУ можно достичь,

используя двухпроводную антенну бегущей волны

ОБ-2

20-2541

представляющую собой две однопроводные

305

антенны, расположенные на некотором расстоянии друг от

-, ГЛР

000

друга и соединенные параллельно. Замена ОБ на

i о

ГЛП 0

2 000 ,

ОБ-2

„

с расстоянием между проводами

1 — 2

м увели-

чивает КУ в 1,1 — 1,6 раза в диапазоне 200

— 2

000 м,

а при расстоянии 50 м— примерно в 2 раза.

Для приема пространственной волны антенну ОБ

z»О

г\с о ' 000

следует заменить на ОЬ-2

—^-=-;

при расстоянии между

проводами 1—2 ж КУ увеличивается в

1,3—1,7

раза,

а при расстоянии 30 м

—

в 2 раза.

Антенна типа ОБ-2 с расстоянием между проводами

1—2 м подвешивается на общих опорах.

Антенны типа ОБ п ОБ-2 находят применение также

на коротковолновом диапазоне радиоволн. Здесь почва

по своим свойствам далека от хорошего проводника,

а высота подвеса провода сравнима с длиной волны.

Поэтому антенна принимает поле пространственной вол-

ны как параллельной (||), так и перпендикулярной (_]_)

поляризации. ДН для волны параллельной поляризации

определяется выражением (6-7), куда надо поставить со-

ответствующие значения а, р\ \R

\ и Ф,. ДН для пер-

пендикулярно поляризованной волны может быть рас-

считана по выражению [ЛО. 2]:

i<bi—l2klt sin Д |

^(Д,<р) =

ап<р|1

+ |Я|>

|Х

kL l-j-

— cos A

cos

<р

]

2pL

(y-cosAcos?) +(|)

(6-19)

Основной для антенны ОБ является параллельно по-

ляризованная волна, поэтому ее ДН следует рассчиты-

вать по формуле (6-7). Главный максимум ДН лежит

в вертикальной плоскости, проходящей через ось прово-

да; он отклонен от горизонтального направления па

угол Лгл- Коэффициент фазы и коэффициент затухания

волны, распространяющейся вдоль горизонтального про-

вода, могут быть рассчитаны по формуле (6-8). Резуль-

таты определения аир по этой формуле для провода

ЗОй

диаметром 2 мм, подвешенного на высотах 2,5 и 5 м над

сухой, средней влажности и влажной почвой, приведены

на рис. 6-7 и 6-8.

но

•

3 -

',о

50 70 100 м

Рис.

6-7. Зависимость величины

о с

-1=~—1 от длины волны

2,0

/с**'*

/ s

/у/ н

•

=2J>M

'».-

'*f

' ,^

""^

k ' V

для провода диаметром 2 ил*,

подвешенного на высоте Н.

1 — над сухой почвой

(е

=3,

о"=

—5 -

10—*

Мо/м); 2 — над почвой

средней влажности (е

=8,

-5-кн

Л1о/л0; з-над влажной волны для провода, подвешенного

почвой (e

=20, a-5-io-

Мо/м).

на высоте Я, при тех же условиях,

что и на рис. 6-7.

>,о

10 20 30 50 70 100 ЛС

а°"

Рис 6-8. Зависимость Р/й от длины

КУ и оптимальная длина антенны подсчитываются по

тем же формулам, что и для средневолновой антенны

[(6-12) и (6-15)].

Зависимость L

onT

от длины волны при # =

2,5

м, поч-

ве средней 'проводимости и углах возвышения 9 и 15°

1000

BOO

200

^onm

**"~'

= 9°

5°

10 20 30 40 50 60 70

90 М

Рис.

6-9. Зависимость L

onT

от длины волны

для коротковолновых антенн ОБ.

20*

307

приведена На рис 6 9 Целесообразно выбирать длину

антенны порядка 300—400 м, т е. равной L

для ко-

ротковолновой части диапазона Если взять длину

антенны больше, то она будет плохо работать на этой

части диапазона из-за резкого снижения КУ и КНД

<.ю

W '

.л

\ -

--Л

)

-1

-3

0 4

<1 Л '/ h

(1 /

—

/ я 1 ч

1 им

я) ЮП

Рис 6 10 Изменение КНД (о) и КУ относительно

300

полуволнового вибратора (б) антенны ОБ 2~§

бочем диапазоне волн для трех видов по гаи

/ — сухая почва 2 — почва средней влажности

— влаж

пая почва

Для работы во всем коротковолновом диапазоне

(12—100 м) оптимальной можно считать антенну из

провода диаметром от 2 до 4 мм длиной 300 м, подве-

шенного на высоте 2,5—5 м Поглощающее сопротивле-

ние берется равным волновому сопротивлению провода

на средней волне диапазона (~500 ом).

308

Сечение ДН антенны ОБ вертикальной плоскостью

показывает, что здесь уровень бокового излучения весь-

ма высок [ЛО 2]. Возрастание потерь (при переходе

к более сухой почве) приводит главным образом к сгла-

живанию боковых лепестков; их минимумы увеличи-

ваются, а максимумы уменьшаются. Происходит также

небольшое сужение главного лепестка за счет увеличе-

ния замедления. В другом главном сечении ДП (сечение

поверхностью Д=|Д

ГЛ

) уровень бокового излучения

значительно ниже. Вид сечения ДН этой поверхностью

слабо зависит от параметров почвы.

Изменения КНД и КУ той же антенны в рабочем

диапазоне волн показаны на рис. 6-10. КУ весьма силь-

но меняется как по диапазону, так и при изменении

параметров почвы; при влажной почве КУ уменьшается.

В тех случаях, когда использование длинных антенн

по тем или иным причинам нежелательно, можно приме-

нять более короткие, например, стометровые. Антенна

ОБ —g как по направленности, так и по КУ существен-

Р 300 „

но уступает антенне ОЬ^. Так же как и в средневол-

новом диапазоне, некоторого (примерно в 1,7—2 раза)

увеличения КУ можно достичь, использовав параллель-

но две однопроводные антенны, расположенные на не-

котором расстоянии друг от друга (антенна ОБ-2-TTJ.

Для стометровой аигенны расстояние между проводами

должно быть порядка 18 м, для трехсотметровой антен-

ны это расстояние целесообразно увеличить до 30 м .

6-2. V-ОБРАЗНАЯ АНТЕННА

Одиночный провод с бегущей волной тока обладает

невысокими направленными свойствами и низким КПД.

Кроме того, антенны ОБ обеспечивают однонаправлен-

ный прием только параллельно поляризованной волны.

На коротких волнах чаще используют горизонтальную

поляризацию. Поэтому в этом диапазоне более широкое

применение находят антенны, представляющие собой

комбинацию нескольких проводов с бегущей волной.

Простейшей из них является горизонтальная V-образная

антенна (рис. 6-11); она состоит из двух горизонтальных

проводов с бегущей волной, расположенных под острым

309

углом с таким расчетом, чтобы их поля в главном на-

правлении складывались, а во всех остальных

—

взаим-

но ослаблялись. Для этого волны тока в проводах долж-

ны распространяться в противоположных направлениях

(т. е. провода антенны должны возбуждаться в противо-

фазе),

а половина угла

П у/Ъ между проводами щ

М^~> X должна равняться углу

гл

отклонения главного

максимума ДН одиноч-

ного провода от его оси.

Антенна излучает и при-

нимает горизонтально

поляризованное поле.

При расположении

V-образной антенны на

Рис.

Горизонтальная V-об- некотором расстоянии от

разная антенна. поверхности земли глав-

ный максимум ДН от-

клоняется от горизонтального направления на угол

гл

. Величина этого отклонения зависит от соотношения

амплитуд и фаз прямой и отраженной от земли волн, ко-

торое в свою очередь определяется высотой подвеса ан-

тенны и отражающими свойствами земной поверхности.

Наибольшее отклонение для заданной высоты подвеса Н

происходит при идеально проводящей почве. Множитель

в выражении для ДН, учитывающий интерференцию

между прямой и отраженной волнами, в этом случае

имеет вид:

sin(kH sin А). (6-20)

Положение нулей и максимумов, даваемых этим мно-

жителем, при различных высотах может быть определе-

но по графикам на рис. 6-12. В случае почв средней или

малой проводимости аналогичный множитель в выраже-

нии для ДН имеет вид:

/1 +

#].

+ 2\R

| cos(Ф

—2Шsin

Д).

(6-21)

Значения |/?J и Ф

для различных параметров почвы

приведены на рис. 2-13. Положение главного максимума

мало меняется при изменении свойств почвы, поэтому

для определения угла Д

гл

можно пользоваться уравне-

нием (6-20) или данными рис. 6-12.

310