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

<5

90

Рис. 5.8. Экспериментальная зависимость коэффициента усиления ан­ тенны относительно низкого заземленного несимметричного вибратора от длины шлейфа регулировки тока,и^а =115 Ом

9!

Рис. 5.9. Экспериментальная зависимость коэф­ фициента усиления антенны АРРТ от длины шлей­ фа регулировки тока

W(z) — табулированная функция от комплексного аргумента [10];

i я R

:- 2' / :Х(1 + T 2cos2A (1 — ц)2

А — угол возвышения.

Как -видно из (5.8), множитель ослабления, а следовательно, и диаграмма направленности антенны -в -вертикальной (плоскости, за­ висит от расстояния R, для которого он рассчитывается, параметров почвы, длины -волны -и угла (возвышения.

Антенна АРРТ, как правило, настраивается либо на режим мак­ симального усиления, либо на режим оптимальной -антифеди-нговой диаграммы направленности. Распределение тока, соответствующее максимальному коэффициенту усиления, подбирается -путем измере­ ния зависимости коэффициента усиления антенны от длины шлейфа регулировки тока. Выигрыш в коэффициенте усиления

Ех_ А

Ео Рх

где Ех — -напряженность -поля, создаваемого антенной при длине шлейфа регулировки тока /ш;

92

На рис. 5.9 приведены экспериментальные зависимости коэффи­ циента усиления антенны АРРТ от длины шлейфа регулировки тока для отношений высоты антенны к длине волны 1,2Л, 1,0Я и 0.67Х. Коэффициент усиления антенны существенно меняется в зависимости от длины шлейфа регулировки тока. Так, например, выигрыш в ко­

/ш= 0, составляет примерно 1,9. Если высота антенны равна 1,0Л, то выигрыш равен 2,6. Для сравнения на рисунках пунктиром нанесена экспериментальная зависимость коэффициента усиления антенны от длины шлейфа регулировки, полученная на коротковолновой модели (коэффициент моделирования равен 10). Экспериментальные кри­ вые зависимости коэффициента усиления антенны от длины шлейфа регулировки тока, полученные на реальной антенне и ее коротко­ волновой модели, совпадают удовлетворительно.

На радиоцентрах большинство антенн АРРТ настроено на режим, соответствующий минимальному уровню излучения под углами воз­ вышения 504-90°.

Антенны настраивались на этот режим путем снятия диаграмм направленности в вертикальной плоскости для нескольких значений длины шлейфа регулировки тока. Первоначальная длина шлейфа регулировки тока выбиралась в соответствии с данными, приведен­ ными на рис. 6.3. Далее длина шлейфа регулировки изменялась от этого положения через 5—10 м в пределах ±(204-30) м. После срав­ нения снятых диаграмм направленности выбиралась длина шлейфа регулировки тока, при которой получается минимальный уровень лепестков в указанном секторе.

На рис. 5.10 приведены экспериментальные диаграммы направ­ ленности в вертикальной плоскости антенны АРРТ, имеющей высоту 257 м и волновое сопротивление, равное Mi5 Ом, на волне 256 м для двух значений длины шлейфа регулировки тока: 1Ш= 0 и /ш = 40 м. В районе установки антенны усредненная величина проводимости почвы равна примерно 2,6 мОм/м. Диаграммы сняты на расстоянии 1 км от антенны. Пунктирная линия дает экспериментальную диа­ грамму направленности, снятую на дециметровой модели. При дли­ не шлейфа регулировки, равной 40 м, уровень излучения в секторе углов возвышения 32—90° не превышает 15% от уровня максималь­ ного излучения. Антенна при такой длине шлейфа по сравнению с той же антенной при /ш = 0 дает выигрыш в коэффициенте усиления, равный 2,4. Диаграмма направленности реальной антенны удовлет­ ворительно совпадает с экспериментальной диаграммой, снятой на дециметровой модели.

Результаты измерений диаграммы направленности антенны АРРТ высотой 257 м с волновым сопротивлением 170 Ом на волне 359 м приведены на рис. 5.11. Проводимость почвы в районе установки антенны примерно равна 10 мСм/м, рельеф спокойный. Пунктирной линией нанесена диаграмма направленности, снятая на дециметровой модели. В данном случае результаты измерений на реальной ан­ тенне и на ее дециметровой модели хорошо совпадают. Антенна

93

94

Т А Б Л И Ц А 5.1

95

6. МЕТОДИКА НАСТРОЙКИ АНТЕННЫ

6.1. Настройка на режим максимального усиления вдоль земли

Распределение тока, соответствующее .максимальному коэффициенту усиления, подбирается путем измерения зависимости коэффициента усиления антенны от длины шлейфа регулировки. Практически можно ограничиться измерением коэффициента усиле­ ния в небольших пределах изменения длины шлейфа /ш регулировки тока. Начальное значение длины шлейфа (/ш о) выбирается по гра­ фикам рис. 6.3.

Для измерения зависимости коэффициента усиления от длины шлейфа регулировки тока на расстоянии 6004-800 м от антенны устанавливают индикатор .напряженности поля. При заданной длине шлейфа регулировки тока измеряют напряженность .поля и мощ­ ность, подводимую к антенне. Выигрыш в коэффициенте усиления антенны с данной длиной шлейфа регулировки тока относительно антенны с 1ш = 1ш о

Ро — мощность подводимая к антенне с 1т = 1ш о;

Px=U2вжйвх— мощность, подводимая к антенне АРРТ при заданной длине шлейфа регулировки тока;

Uвх — напряжение на входе питающего фидера;

g „х — активная составляющая проводимости на входе питающего фидера.

6.2. Согласование входного сопротивления антенны с волновым сопротивлением питающего фидера

В антенне АРРТ согласование входного сопротивления антенны (ZBX0) с волновым сопротивлением питающего фидера (№ф) осуществляется при помощи отрезков концентрических фиде­ ров. Место подключения питающего фидера к настроечной линии (рис. 6.1, точка /) и длина отрезков короткозамкнутых фидеров, слу-

96

L-^ --- J

Рис. 6.1. Схемы согласования входного сопротивления антенны с волновым сопротивлением питающего фидера

жащих для (Компенсации реактивной .проводимости, определяются по измеренному входному сопротивлению антенны.

Входное сопротивление антенны АРРТ в режиме регулировки тока измеряется следующим образом .(рис. 6.2). Питающий фидер

V

К перЕЙашчикц

&

Рис. 6.2. Схема измерения входного сопротивления тенны АРРТ в режиме регулировки тока

отключается от настроечной линии, и в месте установки шлейфа регулировки тока (точка 2) к ней подключается высокочастотный измерительный мост полных проводимостей. Настроечная линия за­ корачивается на расстоянии А/4 от точки подключения моста. Изме­ ряется входное сопротивление в точке 2. Входное сопротивление -ан­ тенны -в точке 0 определяется по круговой диаграмме комплексных сопротивлений.

97

При настройке антенны в условиях, когда «а данном радиоцентре работают другие СДВ радиостанции, а также когда в совмещенном канале работают радиостанции других радиоцентров, использование для измерения входного сопротивления антенны высокочастотного моста i6e3 остановки указанных радиостанций практически невоз­ можно. В этом случае для измерений входного сопротивления антен­ ны может быть применена следующая методика. Питающий фидер подключается ко входу антенны в точке 0. Настроечный и допол­ нительный фидеры либо отключаются от входа антенны, либо зако­ рачиваются перемычками на расстоянии, равном Л/4 от основания антенны. -К антенне подводится мощность, достаточная для изме­ рений напряжения на питающем фидере. Измеряется распределение напряжения на фидере. Определяются величина кбв и расстояние от входа антенны до первого узла напряжения. По круговой диаграм­ ме определяется входное сопротивление антенны.

Входное сопротивление 'антенны можно согласовывать с волно­ вым сопротивлением питающего фидера различными способами. Воз­ можные схемы согласования антенны с .волновым -сопротивлением1'’ питающего фидера приведены на рис. 6 .1 .

При использовании схем 1, 2 и 3 (рис. 6.1) длина U рассчиты­ вается по круговой диаграмме полных сопротивлений. Для этого входная проводимость антенны нормируется к -волновому сопротив­ лению настроечной линия и наносится на диаграмму. Через эту точку из центра диаграммы проводится радиальная линия. Затем находится точка пересечения окружности, радиус которой равен кбв н-а участке настроечной ляни-и между точками 0—1, с окружностью, нормированной активной проводимости, равной отношению WBIW$ (It7н — волновое -со-противлен-ие настроечной линии, W$ —волновое сопротивление питающего фидера). Через эту точку также прово­ дится радиальная линия. Разность между найденными положениями радиальных линий по шкале «число длин волн» и -будет равна U j X . Реактивная проводимость компенсируется в схеме 1 шлейфом /« , в схеме 2 — шлейфом 1К2, а в схеме 3 — шлейфами lKi -и /к г- Согла­ сование по схемам 1, 2, 3 возможно, если кбв в фидере на участке

1Гф О—1 не превышает -величину, равную — •

" н

радиальной линии определяется как пересечение окружности, радиус которой равен кбв -на -участке 0—1 -(волновое сопротивление этого

Иногда удобно -для уменьшения длин -шлейфов h и /н i подклю­ чать к основанию антенны реактивную проводимость, как показано на рис. 6 .1 (схема 6).

противление антенны нормируют к -волновому сопротивлению уча.ст-

98

определяется на пересечении окружности, радиус которой равен ко­ эффициенту 'бегущей волны на участке 0—1, с окружностью норми-

W*

рованнои активной проводимости, равной отношению------------ .

2 Г Н+Ц7ф

и схеме в в основание антенны подключается дополнительная прово­ димость, создаваемая короткозамкнутым шлейфом /доп. Реактивную проводимость компенсируют при помощи трех шлейфов: двух корот­ козамкнутых — /к 1 и /к з — и одного разомкнутого — k.

Конкретная схема согласования выбирается из условия получе­ ния оптимальной частотной характеристики антенны. Как правило оптимальная частотная характеристика имеет место при минималь­ ных длинах li и /к. Это обстоятельство используется на практике. По круговой диаграмме полных сопротивлений просчитываются наи­ более подходящие схемы согласования и выбирается та схема, при которой согласующие элементы имеют наименьшую длину.

■При изменении длины шлейфа регулировки тока меняется вход­ ное сопротивление антенны. Поэтому при снятии зависимости коэф­ фициента усиления антенны от длины шлейфа регулировки тока нуж­

но проверять согласование и в случае необходимости осуществлять подстройку.

После настройки антенны на режим максимального усиления не­ обходимо согласовать антенну с питающим фидером так, чтобы ве­ личина кбв в питающем фидере была не менее 0,9.

6.3. Настройка на режим оптимальной антифединговой диаграммы направленности

Настройка антенны на оптимальный, антифединговый ре­ жим заключается в снятии диаграмм направленности в вертикаль­ ной плоскости при длинах шлейфа регулировки тока, близких к дли­ не, соответствующей режиму максимального коэффициента усиления. Первоначальную длину шлейфа регулировки можно также устанав­ ливать по данным, приведенным на рис. 6.3, которые получены экспе­ риментальным путем «а дециметровых моделях.

Практически процесс настройки антенны на оптимальный анти­ фединговый режим сводится к снятию пяти-шести диаграмм направ­ ленности в вертикальной плоскости при помощи самолета или верто­ лета. В первую очередь снимается диаграмма направленности при длине шлейфа, соответствующей максимальному коэффициенту уси­ ления. В коротковолновой части средневолнового диапазона '(200ч- 4-300 м) длину шлейфа регулировки тока необходимо менять через 5 м. В диапазоне волн ЗОО-нбОО м можно менять длину шлейфа че­ рез 10 м. Критерий настройки антенны на оптимальный антифединговый режим — получение минимального уровня излучения под уг­ лами возвышения 1504-90° при минимальной ширине главного ле­ пестка.

Диаграммы направленности реальной антенны АРРТ, снятые на определенном расстояния от нее, будут отличаться от расчетных и от диаграмм, снятых на дециметровых моделях. Это объясняется тем, что мощность, излученная вдоль земли и под небольшими угла­ ми возвышения, из-за неидеальной проводимости почвы частично поглощается в ней. Поглощение тем больше, чем хуже проводимость

99