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

Как было указано выше, напряженность поля поверхностной вол­ ны может быть также определена по графикам jjl]. Эти графики по­ строены для элементарного вибратора и излучаемой мощности в 1 кВт. Если задана излучаемая мощность Ръ ) дБ, то

где £ Пов i — напряженность ноля поверхностной волны, дБ, для мощ­ ности 1 кВт, излучаемой элементарным вибратором.

1.3. Расчет напряженности поля пространствен­ ной волны

В настоящее время для расчета напряженности поля пространственной волны применяется методика, описанная в (1]. 'Ре­ зультаты измерений напряженности поля на территории СССР при­ ведены а [2, 3].

На основании обобщения результатов 'Многочисленных измерений получена формула, позволяющая рассчитать напряженность поля пространственной волны на расстояниях от 300 до '3500 км:

относительно 1мкВ/м в Н часов по местному времени в средней

ного излучения для данного расстояния к напряженности поля, рав­ ной 3 -105 мКВ/м;

P i — мощность, излучаемая антенной, дБ, относительно 1 кВт, при

трассы раопространени я; Ля (50) — поправочный коэффициент, учитывающий изменение погло­

щения в слое В и в нижней части слоя Е в средней точке отраже­ ния в Н часов относительно поглощения, имеющего место в 24.00 по

1) Местное время Н в средней точке трассы обычно определяется из

часового времени. Среднегринвическое время (ГМТ), Центральное Европей­ ское время ил:И другое соответствующее время определяется в точке приема по формуле # = ГМТ-f L/15, где ГМТ— среднегрин.вичеокое время в точке при­ ема; L — долгота средней точки трассы, измеренная в восточном направлении.

ю

где Р 2 (Д=0°) — мощность, дБ, излучаемая -антенной в направлении

-Д=0°:

1.4.Пример расчета зон радиовещания

вдиапазоне средних волн в чистом канале

Задаи- о:

1. Мощность передатчика в режиме несущей Р0 = 250.кВт.

2.Рабочая волна 7,=250 -м.

3.Передающая -антенна типа АРРТ высотой 257 ,м.

4.Коэффициент усиления антенны равен 2 при Д=0°. Диаграмма

направленности антенны в вертикальной плоскости приведена на рис. 1.11.

5. Коэффициент полезного действия антенны с учетом потерь в элементах настройки т)ат)в=0,82.

6. Коэффициент полезного действия питающего фидера т)ф=0,9.

') в настоящее время проводятся измерения уровня напряженности поля

пространственной волны на этих расстояниях для уточнения кривых, приве­ денных на рис. 1.10.

12

Рис. 1.8. Зависимость величины поправочного коэффи­ циента Д i от магнитного наклонения

15 w го гг г$ о,г ол о,о

ЛестноеВремя

Рис. 1.9. Зависимость величины поправочного коэффи­ циента Дн (50) от местного времени

13

Рис. 1.10. Зависимость напряженности поля пространст­ венной волны от расстояния

Рис. 1.11. Диаграмма направленности ан­ тенны АРРТ в вертикальной плоскости на волне 250 м. Высота антенны 257 м

а) Расчет радиуса действия радиостанции в светлое время суток

1. Мощность, излучаемая антенной под углом возвышения Д=0°,

(Д = 0°) = 250-2 0,9 0,82 = 360 кВт (25,5 дБ).

2. |Гра,Н;ИЧ'ная напряженность поля, шриведенная к tl кВт излучае­ мой мощности,

Ei = E0—Pz (Д=0°) = 6 0 —125,5=34,5 дБ (0,053 мВ/м).

14

3. По графику зависимости 'напряженности поля поверхностной волны от расстояния R (для излученной мощности, равной 1 кВт) (рис. 1.12) находится радиус действия радиостанции как точка пе-

Рис. 1.12. Зависимость напряженности поля поверхностной волны для 0= 4 мСм/м и пространственной волны при применении АРРТ, имеющей диаграмму направленности в вертикальной плоскости, показанную на рис. 1.11

ресечеиия линии граничной напряженности поля с кривой .напряжен­ ности поля поверхностной волны. Как видно из рис. 1.12, радиус действия радиостанции в светлое время суток Ri = \QO км.

б) Расчет зон вещания в темное время суток

II. Медианное значение напряженности ноля пространственной волны, лр,наеденное к !1 кВт 'излучаемой мощности, для расстояний до 300 км,

£ npi (50) = £ пр1(50)+ 2 0 1 д - ^ ^ + Д я (50)+6я (50)-0,02S+A ,

Вданном примере 0,025=0 дБ и 5н'(50)=0 дБ.

Вф-ле (1.17) Е' Пр 1 (50) — годовое медианное значение напряжен­ ности поля, создаваемое элементарным вибратором .при подводимой мощности к антенне в 1 кВт и кпд антенны, равном 100%. Еир i определяется по графикам рис. Ы0. £о(50) определяется по ф-ле

15

в) 'расстояние, «а котором £ Пр = 2£Поп, 7?2ф = 175 ном;

г) расстояние, на котором начинается зона приема пространст­ венной волны J?o=i200 км;

д) максимальный радиус зоны приема пространственной волны Я»-|1И50 км.

1.5. Расчет зон вещания в совмещенном канале

личается по частоте на 9 кГц. Последний канал соответствует часто­ те / i2t= 1602 кГц.

Длинноволновый вещательный диапазон (1504-265) кГц разбит на 115 каналов. В этом диапазоне первый канал соответствует ча­ стоте /i=165 кГц и последний канал — /и =281 кГц.

Таким образам, в св и дв вещательных диапазонах имеется срав­ нительно небольшое число частотных каналов, что приводит к необ­ ходимости работы нескольких радиостанций в одном частотном ка­ нале 1(работа в совмещенном канале). В данном случае в пределах зон вещания отношение уровня полезного сигнала к уровню., мешаю­ щего сигнала радиостанции должно быть равно заданному защит­ ному отношению, например, 40 дБ. Если в одном канале работают две радиостанции, отношение часового медианного уровня полезного сигнала к часовому уровню мешающего сигнала в децибелах Q(T), превышающее для процента времени Т, больше, чем на 50%, на расстоянии Дп от полезной радиостанции и на расстоянии Дм от мешающей радиостанции в соответствующее местное время Н в средней точке трассы для ненаправленной приемной антенны равно:

Q (Т) = Р о и - Ром + 101gЯм/Яп+0,00176 f°’26RM—0,00176/0,26Рп +

дианных значений для полезных и мешающих трасс распростране­ ния. Величина р«0,5.

^_____

Рис. 1.13. Зоны вещания радиостанции в чистом и совмещенном каналах

10

На -рис. 1.13 для иллюстрации показаны зоны вещания радио­ станции в чистом канале с граничной напряженностью поля, равной 60 и 70 дБ. Заштрихованная область — зона вещания в совмещен­ ном канале с защитным отношением 26 дБ и выше.

1.6.Основные требования, предъявляемые

ксредневолновым антеннам

Опыт организации радиовещания показывает, что в боль­

Однако в связи с тем, что получение антифед.инговых .диаграмм направленности в дл-и-и-нстволновом диапазоне требует сравнительно большой высоты антенны 500-H10W м, антифединговые антенны по­ лучили практическое применение только в средневолновом вещатель­ ном диапазоне 1874-571 м.

Основными преимуществами а-нтифединговых 'антенн являются: расширение зоны бесфединговото приема в вечернее и «очное время, являющееся наиболее ценным для вещания, так как число слушате­ лей в это время максимальное; увеличение коэффициента усиления под низкими углами возвышения, что эквивалентно увеличению излу­ чаемой мощности под этими углами; уменьшение кросс-модуляции других передатчиков и уменьшение помех в темное время -суток другими работающими радиостанциями.

До -последнего времени .на радиоцентрах применялись антенны, обладающие а-нтифеди-нговыми свойствами в узком диапазоне -волн. К ним относятся антенны .нижнего и верхнего питания и антенна расширенного диапазона волн. Эти антенны имеют антифединговые свойства в диапазоне волн, -составляющем примерно ±74--Н)%.

-Применение узкодиа-пазонных антифединговых антенн в ряде -слу­ чаев исключает зоэмож-но-сть использования антифединговых свойств. Это объясняется тем, что но ряду причин к антенне предъявляется требование обеспечения Качественной -работы -во -в-сем диапазоне волн 1874-2000 -м. С учетом этого требования высоту антенны приходится выбирать из условия обеспечения приемлемой полосы пропускания и вмещения необходимой мощности на длинноволновом краю диапа­ зона. Выбранная из это-го условия высота антенны обычно не сов­ падает -с высотой антенны, необходимой для получения ант-ифе-дин- говых свойств н-а рабочих волнах средневолнового вещательного диапазона.

Следует также иметь в виду, что в связи с развитием и усовер­ шенствованием сети радиовещания рабочие волны -радиостанций -ме­ няются. И если высота а-нтенны была -подобрана оптимальной для одной -рабочей зол-ны, то п-ри смене рабочей волны антенна, как правило, теряет -свои антифединговые свойства.

Учитывая эти особенности организации радиовещания, средне­ волновая анте-нна должна обладать антифединговыми свойствами в широком диапазоне волн. Практика -показала, что коэффициент пе­ рекрытия -по диапазону (отношение максимальной волны к мини­ мальной) должен быть не менее 2,6. Такой диапазон -позволяет в большинстве случаев обеспечить работу радиостанции -на несколь­ ких рабочих волнах с использованием а-нтифеди.нговых -свойств ан­ тенну.

17

Основным требованием, предъявляемым к ант.ифединговой ан­ тенне, является ослабление излучения под углами возвышения, пре­ вышающими 40—50°. Уменьшение излучения под (Высокими у)лами возвышения приводит к существенному ослаблению напряженности поля пространственной волны на расстояниях, где напряженность поля поверхностной волны имеет достаточное превышение над уров­ нем помех для приема с заданным качеством. Действительный сек­ тор (углов возвышения, под которыми излучение должно быть суще­ ственно уменьшено, зависит от длины волны и проводимости почвы между антенной и зоной 'ближнего фединга. Кроме того, в коротковолнйвой части средневолнового вещательного диапазона при опре­ делении углов возвышения с ослабленным излучением 'необходимо также считаться с отражениями от .слоя F, вероятность которых достаточно велика.

Следовательно, при проектировании антифадинговой антенны сле­ дует определять сектор углов, в пределах которого должно быть ограничено излучение, с учетом этих факторов. Очевидно, что для наилучшего удовлетворения поставленным требованиям антифединговая антенна должна иметь управляемую диаграмму направлен­ ности в вертикальной плоскости. Применение такой антенны позво­ лит при вводе радиостанции в эксплуатацию на основании измере­ ний напряженности поля в зоне действия радиостанции подобрать оптимальную форму диаграммы направленности.

Требования к диаграммам направленности в вертикальной плос­ кости (неодинаковы для светлого и темного времени суток, поэтому для каждого из этих периодов целесообразно применять антенны с различными диаграммами направленности.

В светлое время, когда в точку приема приходит только поверх­ ностная волна, мощность должна быть наибольшей и, следовательно, диаграмма направленности должна обеспечить максимальный коэф­ фициент усиления вдоль горизонта. Уровень излучения под высоки­ ми углами возвышения не играет при этом роли.

■В темное время суток излучение под высокими углами возвыше­ ния должно 'быть минимальным и диаграмма направленности долж­ на обеспечить наименьшую ширину зоны (ближнего фединга. Это требование удовтетворяется в том случае, если уровень излучения под высокими углами излучения невысок, а форма главного лепестка диаграммы 'направленности в вертикальной плоскости имеет форму (крутой спад под углами возвышения от 30—35° до 45—50°), обес­ печивающую быстрое нарастание пространственной волны с увели­ чением расстояния. Ори использовании антенны с такой диаграм­ мой направленности увеличивается как зона обслуживания поверх­ ностной волной, так и зона обслуживания пространственной волной.

Максимальное уменьшение ширины зоны фединга осуществляет­ ся при синусоидальном распределении тока .вдоль антенны, что Обес­ печивает получение нуля в вертикальной диаграмме направленности. Отличие распределения тока от синусоидального из-за конечной тол­ щины мачты приводит к расширению главного лепестка и «заилыванию» нуля диаграммы 'направленности. Это, в свою очередь, сопро­ вождается увеличением ширины зоны ближнего фединга.

Поэтому при проектировании антифединговых антенн следует ба­ зироваться на применении' таких схем, которые позволят получить диаграмму направленности с низким (уровнем боковых лепестков при использовании излучающих аюментов со сравнительно большими по­ перечными размерами.

18

2. СХЕМЫ АНТЕНН-МАЧТ С РЕГУЛИРУЕМЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ТОКА

2.1. Схемы и принцип действия

На ряс. 2.1 приведена схема а.нтенны-мачты нижнего питания с регулируемым распределением тока, предложенная Г. 3. Айзенбергом {4]. Антенна-мачта 'состоит из полой металлической мачты, изолированной от земли. .Внутри мачты протянут изолиро­

сопротивление, то распределение тока не -соответствует синусоидаль­ ному. Для антенны нижнего питания 'общий ток, протекающий вдоль антенны, может быть представлен в виде суммы двух составляю­ щих [5]:

резонансных колебаний, а второй — ток, требуемый для поддержа­ ния резонансных колебаний.

19