книги из ГПНТБ / Белоусов, С. П. Средневолновые антенны с регулируемым распределением тока

С. П. БЕЛОУСОВ

СРЕДНЕВОЛНОВЫЕ АНТЕННЫ С РЕГУЛИРУЕМЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ТОКА

ИЗДАТЕЛЬСТВО

« с в я з ь »

МОСКВА 1974

1.ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СРЕДНИХ ВОЛН

ИОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К АНТЕННАМ

1.1. Краткая характеристика распространения средних волн

Передающая антенна излучает электромагнитную энер­ гию в верхнее полупространство -под различными углами возвыше­ ния -(Д). Излучаемые волны попадают в толщу ионосферы; где испы­ тывают поглощение .в слоях D ,и Е, которое существенно зависит от времени суток. В светлое время, когда электронная концентрация в слоях D и Е очень велика, происходит интенсивное поглощение элек­ тромагнитной энергии и пространственная волна практически полно­ стью поглощается. Поэтому вцоветлое время суток распространяется только поверхностная водна. Максимальное расстояние, на котором возможен качественный прием поверхностной волны, зависит от -мощ­ ности передатчика, коэффициента усиления антенны, длины .волны, проводимости почвы и 'уровня помех.{

В темное время суток концентрация электронов ,в слое Е> и ниж­ ней -части слоя Е существенно уменьшается, что приводит к значи­ тельному уменьшению -поглощения пространствениой водны. Поэтому в точку приема, кро-ме поверхностной волны, приходит также отра­

-свои свойства в. зависимости от времени -суток, поэтому напряжен­ ность поля пространственной волны изменяется как по амплитуде, так и по фазе. Эти изменения являются основной причиной колеба­ ния -результирующего поля. На расстоянии, где амплитуды поверх-

4

носиной я пространственной волн равны, будет иметь место колеба­ ние результирующей величины напряженности поля от нуля (рис. 1.16) до удвоенного значения амплитуды «аир яжениости поля по­ верхностной волны /(ближний 'фединг) (рис. IIДа). В средневолновом вещательном диапазоне фединг наблюдается на сравнительно не­ больших расстояниях. Так, например, на частоте 1000 кГц ближний фединг при применении низкой, по сравнению с длиной волны, ан­ тенны в полночь наступает на расстояния, равном примерно 100 км.

/Зона ближнего фединга ограничивается расстояниями Л1 Ф и Л2 Ф (рис. 1.2). Величина определяется из условия, что напряжен-

Рис. 1.2. Зависимость напряженностей полей поверхностной и про­ странственной волн от расстояния

ность поля поверхностной волны (Епов) не менее чем в два раза больше напряженности поля пространственной волны (Еир), а вели­ чина /?2ф 1— из условия, что £пР=2£пот!- Таким образом, в темное время суток существуют три характерные зоны вещания (ряс. 1.2). Первая /(зона приема поверхностной волны) начинается от радио­ станции и заканчивается на таком расстоянии Ли где напряжен­ ность поля поверхностной волны превышает в заданное число раз напряженность поля помех ,(т. е. равна граничной напряженности поля) и не менее чем в два раза превышает значение пространствен­ ной волны данной радиостанции. В общем случае первая зона веща­ ния заканчивается на расстоянии В этой зоне обеспечи­ вается высококачественный прием радиовещания, так как уровень напряженности поля поверхностной волны весьма стабилен и зна­ чительно выше уровня помех. Вторая зона .ограничивается расстоя­ ниями Л i и i/?2- Величина Лг(Л2 ^Лгф) определяется из условия, что на данном расстояния значение напряженности поля простран­ ственной волны равно граничной напряженности поля и не менее чем в два раза превосходит напряженность поля поверхностной вол­ ны. Во второй, зоне имеет место вещание неудовлетворительного ка­ чества. На расстояниях, ограниченных величинами Ri и Ли$, а также Л2 Ф и Л2, качество приема может ухудшится из-за относительно большого уровня помех; на расстояниях, ограниченных значениями

5

/?1 Ф и Ri ф, — из-за значительных колебаняй напряженности поля (ближний фединг). Третья зона (зона приема пространственной вол­ ны) ограничивается расстояниями 1R2 я Rs. Величина R з опреде­ ляется из условия равенства значения напряженности поля прост­ ранственной волны заданной приведенной граничной напряженности поля (Ei). В этой зоне наблюдаются замирания, обусловленные интерференцией пространственных волн,' претерпевших разное число отражений, менее глубокие, чем замирания в зоне ближнего фединга. Для борьбы с замираниями такого рода используется автоматиче­ ская регулировка усиления в приемниках.

Напряженность поля поверхностной волны определяется по кри­ вым, приведенным в (1]. Эти кривые составлены для излучаемой мощности 1 кВт. Поэтому для определения расстояний R 4, R2 я Rt в этом 'Случае необходимо определить граничную напряженность поля (Ei), также приведенную к 1 «Вт излучаемой мощности:

где Еа— заданная граничная напряженность поля, дБ, относительно 1 мкВ/м. Граничная напряженность поля — это минимально допу­ стимое значение напряженности поля, необходимое для удовлетво­ рительного приема при наличии атмосферных, индустриальных помех

г|ф. г)а и !Г)н — коэффициенты полезного действия питающего фидера, антенны и элементов настройки соответственно.

Излучаемая мощность может быть увеличена применением пере­ датчика большей мощности или антенны с большим коэффициентом усиления. При увеличении мощности передатчика, практически, не изменяются границы зоны ближнего фединга. Аналогичное положе­ ние имеет место, когда увеличение коэффициента усиления антенны достигается без изменения формы диаграммы направленности в вер­ тикальной плоскости.

Максимальная зона приема поверхностной волны в темное время ■суток будет иметь место при условии Ri=Ri<j,, что достигается вы­ бором соответствующей излучаемой мощности радиостанции. Даль­ нейшее повышение излучаемой мощности радиостанция может при­ вести только к увеличению радиуса зоны приема пространственной ■волны.

■) В диапазоне средних волн в качестве эталонного излучателя принят несимметричный вибратор, расположенный на почве с идеальной проводи­ мостью, высотой Jf <0,25 Я и имеющий коэффициент полезного действия 100%. Такой вибратор имеет диаграмму направленности в вертикальной плоскости, описываемую тригонометрической функцией cos А.

6

У антенн, имеющих Диаграмму 'направленности в вертикальной плоскости, описываемую тригонометрической функцией cos Д, зона ближнего фединга находится на сравнительно близком расстоянии от радиостанции. Это 'приводит к тому, что в золу высококачествен­ ного приема попадает лишь небольшая территория по сравнению с общей территорией, обслуживаемой данной радиостанцией.

Рис. 1.3. Зависимость расстояния, на котором Епов= *-2ЯПр , от длины волны

из рисунка, при проводимости почвы Oi величина Ri$ в диапазоне

проводимости почвы целесообразно выбирать излучаемую мощность такой, чтобы <Ri=Ri$. Зависимость величины излучаемой мощности, необходимой для выполнения этого условия, от длины волны для проводимости почвы а ( и а2 приведена на рис. 1.4. Величина гра­ ничной напряженности поля Е0 принималась равной 60дБ (1 мВ/м).

Как видно из рис. 1.4, излучаемая мощность, обеспечивающая за­ данную граничную напряженность поля на расстоянии Ri=Rit,, в сильной степени зависит от длины волны и проводимости почвы и для св диапазона находится в пределах от 5 до 50 кВт при прово­ димости почвы 10 мСм/м и в пределах от 35 до 150 кВт при

1 imGm/ m .

{'“ Для расширения зоны приема поверхностной 'волны необходимо одновременное -повышение излучаемой мощности и удаление зоны

.ближнего фединга от радиостанции.

Для увеличения зоны бесфедингового приема применяют пере­ дающие антенны, имеющие малый уровень излучения под большими углами к горизонту. Наилучший эффект можно получить в том

.случае, если передающая и приемная антенны имеют (малый уровень

7

боковых лепестков. Однако использование приемных антейн С малым уровнем боковых лепестков практически возможно только для про­ фессионального приема радиовещания на выделенных приемных пунктах. Антенны, имеющие малый уровень излучения под высокими углами к горизонту, принято 'Называть аятифединговыми антеннами. Практикой установлено, что антенна обладает удовлетворительными

Рис. 1.4. Зависимость величины излучаемой мощности,

под углами .возвышения, превышающими 40ч-50°, составляет не бо­ лее (10-н16% от величины напряженности поля в горизонтальном

в вертикальной плоскости и, следовательно, больший коэффициент усиления под низкими 'углами возвышения.

Кривые зависимости величины радиуса зоны ближнего фединга от длины волны .при применении антенны нижнего литания высотой 0,5Л, обладающей аятифединговыми свойствами, показаны на рис. 1.3 пункт,иром. Из сравнения кривых видно, что применение антифединговой антенны указанного типа позволяет увеличить радиус зоны бесфедингового приема при Oi примерно в J,'5 раза и при ст2 пример­ но в 1,05 раза. В данном случае, как это видно из рис. 1.5, для обес­ печения заданной величины напряженности поля поверхностной вол­ ны на максимальном удалении от радиостанция (-/?i=/?*ф) необхо­ димо увеличить мощность передатчика в 1,8 и 3,45 раза соответ­ ственно.

Приведенные данные показывают, что для расширения зоны приема поверхностной волны .необходимо применять антенну, обла­ дающую аятифединговыми .свойствами, я .передатчик такой мощно­ сти, при которой ;на расстоянии Ri=\R 1 ф обеспечивается граничная напряженность поля.

8

too zoo зоо m soo л>м

Рис. 1.5. Зависимость величины излучаемой мощности, необходимой для обеспечения усло­ вия Й1“ Л)ф, от длины волны при применении

полуволновой антенны

1.2. Расчет напряженности поля поверхностной волны

Для расчета эффективного значения напряженности поля поверхностной волны можно пользоваться эмпирической формулой, полученной на основании обобщения результатов многочисленных измерений:

между передающей антенной и пунктом приема, в котором опреде­ ляется напряженность поля, км; S(p) — функция ослабления напря­ женности поля.

,Приближенное выражение для определения функции ослабления напряженности поля

9