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

ляющая равна нулю, .мнимая составляющая тока имеет максималь­ ное значение (рис. 2.2). Поскольку сопротивление излучения мало

Рис. 2.2. Распределение тока на антенне высотой 0,5 X с ниж­

ним питанием

Рис. 2.3. Схема антенны высотой 0,5 X, питаемая в середине

меняется при увеличении сечения мачты, то чем меньше волновое сопротивление антенны, тем больше мнимая составляющая тока и тем больше распределение тока отличается от синусоидального. Из

20

ф-лы (2.6) также следует, что при верхнем литаний антенны, т. ё. й «пучности тока, например, как показано «на рис. 2.3, можно сущест­ венно уменьшить мнимую составляющую тока у основания антенны. В этом случае максимум мнимой составляющей будет «в точке пи­ тания, т. е. там, где имеет место максимум действительной состав­ ляющей тока (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Распределение тока на антенне высотой 0,5 к, питае­

мой в середине Рис. 2.5. Схема антенны верхнего питания с регулируемым

распределением тока

Следовательно, при создании ант.ифединговык антенн с регули­ руемым распределением тока, работающих как на фиксированной рабочей волне, так и .в широком диапазоне волн, необходимо бази­

руемым распределением тока, отличающаяся от схем «рис. 2.1 тем, что эдс подается не к «мачте, а на внутренний «провод.

«В ряде стран разработаны антифедин.говые антенны, «выполнен­ ные по «схеме, предложенной Г. 3. Айзенбергом. Однако эти схемы отличаются «своим конструктивным выполнением. Схема антенны нижнего питания с регулируемым ра«сп«ределением тока [6] приведена на р«ис. «2.6. Схема «анте«н.ны с регулируемым распределением тока, питае«мая в ее середине' [7], приведена на рис. .2.7. Как видно «из «рисунка, мачта состоит из двух частей, изолированных друг от друга вблизи пучности тока, «и «возбуждается в этой точке. Распределение тока «осуществляется с помощью регулируемого «реактивного сопро­ тивления, включенного между основанием «мачты и землей. Антенна «рассч«итана для .работы «мощностью il.OO кВт на «в-олне Л.=251 м. Вы­ сота антенны Г23 м (#Д =0,49). Мачта разделена «на две части изо­ лятором «на высоте /Л =82 м от земли (#i=0,6G5H). Эта антенна при соответствующей «регулировке распределения тока «обладает антифедин'повыми «свойства«ми в диапазоне «воля 1 : 1,4.

На рис. Й.8 приведена схема антенны с «двойным «питанием [6]. Антенна разделена «изолятором «на две части и «возбуждается одно-

21

Рис. 2.6. Схема антенны нижнего питания с регулируемым распределением тока Рис. 2.7. Схема антенны с регулируемым распределением тока, питаемой в ее середине

Рис. 2.8. Схема антенны с двойным питанием Рис. 2.9. Принципиальная схема антенны с регулируемым распределением тока

в-ремен'но как у разрыва мачты (верхнее шиталие), так и у основамня мачты '(нижнее питание). Антенна 'работает на волне Л=464 м от 'передатчика мощностью 150 кВт. Высота мачты 222,3 м (#/Л= =0,48). 1Верхеий изолятор установлен на высоте Hi =464,5 м (Нi = =0,74Н) от основания мачты. Антенна снабжена емкостной -нагруз­ кой, выполненной из шести радиальных лучей. Эффективное удли­ нение антенны за счет емкостной нагрузки равно 47 м. Внутри ниж­ ней секции мачты приложен фидер с волновым сопротивлением

100 Ом.

Были проведены экспериментальные исследования .некоторых па­

не был экранирован, благодаря чему мачта возбуждалась частично по схеме нижнего питания. В схеме двойного питания паразитное возбуждение компенсируетея.

Описанные выше антенны с 'регулируемым 'распределением тока имеют существенно больший антифединтовый диапазон, чем обычные антенны-мачты нижнего питания, верхнего питания и с расширен­ ным диапазоном волн.

Однако ори организации вещания в средневолновом диапазоне возникает 'Необходимость в использовании 'антенн, обладающих антифединговыми свойствами в более широком диапазоне волн.

Антенна с регулируемым распределением тока тина АРРТ [8] наиболее полно удовлетворяет этим требованиям.

'Принципиальная схема этой антенны приведена на рис. 2.9. Ан-

22

теина состоит из двух 'частей. Ее верхняя часть представляет собой обычный вертикальный излучатель, а .нижняя — вертикальный излу­ чатель с подключенным к ег.о основанию реактивным сопротивле­ нием, выполненным в виде элементов с сосредоточенными или рас­ пределенными постоянными.

Схема антенны, в которой .регулировка тока осуществляется ко­ роткозамкнутым шлейфом, показана на рис. 2.9.

2.2. Принцип работы антенны АРРТ

Принцип работы антенны АРРТ заключается в следую­ щем. Если переключатель Кi находится .в точке 0 |(рис. 2.9), то пуч­ ность тока будет тоже в точке 0. Распределение тока в данном слу­ чае определяется только 'геометрическими .размерами антенны (вы­ сотой .мачты и экрана по .отношению к длине волны). Передвигая короткозамыкатель Кь пучность тока смещается из точки 0 в точ­ ку В. В точке 0 устанавливается необходимая величина тока по амплитуде тока и фазе. Так как излучающий ток на нижней части антенны является непрерывным, то изменение его в .одной точке (.в точке 0) приводит к изменению распределения тока по всей высоте ниж.ней части антенны. Ток на верхней части антенны распределяет­ ся синусоидально с узлом в течке 3. Так как ток в точке 1 .равен току в точке 2, то при изменении длины .короткозамкнутого шлейфа изменяется амплитуда тока .на верхней части антенны. Таким обра­ зом, изменением величины реактивного сопротивления достигается регулировка распределении тока на всей антенне, что приводит к изменению диаграммы направленности в вертикальной плоскости.

На .рис. 2.10 приведено .распределение тока для двух .режимов настройки антенны АРРТ: ф=0° (сплошная линия) ,и ф=145° (пунк­ тирная). Антенна имеет .размеры: Я iД =0,735 .и #i/#= 0,4, где Я — общая высота антенны, Я i — высота ее нижней части.

Диаграммы направленности 'антенны в вертикальной -плоскости, соответствующие указанным двум распределениям тока, показаны на рис. 2111. Из рисунка видно, что антенна при режиме настройки ф=0° .имеет малый уровень излучения под низкими углами возвы­ шения Д и большой под высокими углами Д. Очевидно, что антенна, имеющая такую ,диаграмму направленности, не может быть пополь­ зована для радиовещания. П.ри режиме настройки ф=145° антен-на имеет диаграмму направленности с малым уровнем боковых лепест­

ф=0°.

Направленные свойства антенны АРРТ зависят ,не только от об­ щей высоты антенны 'относительно длины волны, как это имеет -место в обычных антеннах, но и -от величины угла ф и отношения H\jH. Теоретические и экспериментальные исследования показали, что -в зависимости от длины рабочей волны высоту Hi целесообраз­ но выбирать в пределах (0,38-4-0,5) Н.

-Применяемые в -настоящее время антенны типа АРРТ выполнены таким образом, что в зависимости от заданных рабочих волн высоту нижней части антенны можно устанавливать .равной 0,33Н либоО,4Я.

Важными особенностями антенны типа АРРТ являются: широкий диапазон волн, в котором антенна обладает ант.ифединговы.ми свой­ ствами; большие значения -коэффициента усиления в средневолновом

23

Рис. 2.10. Распределение тока для двух режимов настройки антенны:

_______ ф = 0 ; ----------ф = 145°; Н Д - 0,735; Я ,/Я =0,4

Рис. 2.11. Диаграммы направленности в вертикальной плоскости для двух ре­

вещательном диапазоне; возможность -изменения фор-мы диаграммы направленности в вертикальной плоскости; обеспечение антифедмнговых свойств при значениях НД <0,5; возможность работы в ши­ роком диапазоне волн.

2.3.Схемы и конструкции антенн типа АРРТ

Внастоящее тремя разработаны и (внедрены три вариан­

та антенны АРРТ: для передатчиков большой, средней и небольшой мощностей. Эти антенны имеют круговые диаграммы направленно­ сти в горизонтальной плоскости. На базе этих антенн разработаны два варианта направленных антенных систем. Первая — состоит из двух антенн АРРТ, а 'вторая — из четырех.

Схема антенны для передатчиков большой мощности приведена на рис. 2Л2. Антенна состоит из трехгр-аниой мачты высотой 257 м, установленной на опорном изоляторе типа ОЭ-ЮОО. Грань мачты имеет ширину 1,354-12,2 м. Поддерживают мачту пять или шесть яру­ сов оттяжек, разрубленных изоляторами типа ИО и 2ИО.

Для -понижения волнового сопротивления антенны к -верхней час­ ти мачты -подвешены 12 наклонных -проводов, выполненных из сталь­ ного оцинкованного каната типа 150-1-СС диа-мет-ром 22,5 мм. Эти провода расположены равномерно по -окружности и образуют с мачтой угол 45°. На высоте 107,5 м наклонные п-ровода присоеди­ няются к мачте. Вдоль тела мачты от земли и до высоты ;107,5 -м по окружности диаметром 15 -м натянуты 15 сталеалюмин-иевых прово­ дов типа АС-70, которые образуют экран. Каждый -провод экрана изолирован от земли двумя изолятора-ми типа ИПА-11,6. Вверху про­ вода экрана -изолированы от мачты такой же цепочкой изоляторов.

На высоте 85,5 ,м пров-ода экрана разрублены -цепочкой изолято­ ров. Когда -необходимо установить -высоту экрана 107,5 м, эти изо­ ляторы закорачиваются. Усредненное волновое -сопротивление антен­ ны равно приблизительно 115 Ом.

24

Рис. 2.12. Схема антенны АРРТ для передатчика большой мощ­ ности

Принципиальная схема такой антенны показана на рис. 2.13, на котором проволочный экран и верхняя часть антенны .представлены в виде цилиндров. Тело мачты и внутренняя поверхность нижнего цилиндра образуют вертикальный фидер, по которому подводится энергия в точки 1—2 антенны. Внешняя поверхность этого цилиндра представляет собой нижнюю часть антенны. Направление токов, те­ кущих на 'вертикальном фидере, на нижней и верхней частях ан­ тенны, показано на рис. 2.13 пунктирной и сплошной линиями. На этом же рисунке нанесено направление тока на шлейфе регулиро1вки тока.

Питание и регулировка тока осуществляются с помощью линий с распределенными постоянными (рис. 2.14), состоящих из трех воз­ душных коаксиальных фидеров. Питающий и дополнительный фи­ деры имеют волновое сопротивление 60 Ом, а настроечный фидер — 150 Ом. Все три фидера располагаются параллельно на одних я тех Же опорах. На участке от основания антенны до точки, находящейся на расстоянии 200 м от основания антенны, экраны изолированы от земли с ломщью изоляторов типа ИПА4,5 я образуют по отноше­ нию к земле шлейф регулировки тока.

Заземление антенны состоит из 120 радиально расположенных медных проводов длиной 260 м каждый я четырех проводов, распо­

проводов размером 210X25 м с шагом, равным 0,4 м.

Антенна для передатчиков 'большой мощности обладает аятифедингавыми свойствами в диапазоне волн 240-4-671 м. Общий рабочий диапазон антенны составляет 2004-4035 м. На более длинных волнах полоса пропускания антенны меньше необходимой. Так, на волне 2000 м ширина полосы пропускания антенны составляет ± 5 кГц.

Антенна АРРТ для передатчиков средней мощности отличается от антенны АРРТ, предназначаемой для передатчиков большой мощ­ ности, тем, что для понижения волнового сопротивления верхней час­ ти антенны последняя выполняется из трех проводов вместо 12, дна-

25

о

Рис. 2.13. Принципиальная схема антенны АРРТ Рис. 2.14. Схема питания и регулировки тока антенны АРРТ

-Мачта

Рис. 2.16. Схема комбинированного питания антенны АРРТ

26

метр экрана уменьшен до 10 м, а число проводо® экрана равно 10. Волновое сопротивление этой антенны равно 170 Ом. Волновое со­ противление питающего и дополнительного фидеров выбрано равным

150Ом.

Вряде случаев для согласования входного сопротивления антен­

ны с волновым сопротивлением питающего фидера применяются элементы с сосредоточенными ’постоянными '(рис. 2Л5).

ка — в положение 2. Как видно из рис. 2Л6, на длинных волнах (Х>600 м) для расширения полосы пропускания энергия подводится к антенне, минуя отрезок ненастроенного питающего фидера длиной

200 м.

Так как ряд радиостанций средней мощности работает в огра­ ниченном диапазоне волн, высоту антенны целесообразно выбирать оптимальной для заданных рабочих воля. В связи с этим антенна разработана в трех исполнения*: высотой 257, 204 и 152 м.

Диапазон, в котором антенны с 'волновым сопротивлением 170 Ом обладают антифединговыми свойствами, и общий рабочий диапазон антенн приведен .в табл. 2.1.

Антенна высотой 204 м, в отличие от антенн высотой ,257 и '1'52м, выполнена следующим образом. .Понижение волнового сопротивле­ ния верхней части антенны фрис. 2.17) 'Осуществляется с помощью 15 проводов, подвешенных по цилиндрической поверхности диамет­ ром 16м. Эти провода крепятся к телу мачты в четырех точках, рав­ номерно расположенных по высоте верхней части антенны. В дан­

■внешнего экрана, дополнительно подвешивается внутренний экран, который в данном случае служит внешней системой проводов пи­ тающего фидера.

Внешний экран является нижней частью антенны, к которой под­ ключается шлейф регулировки така. В этой антенне в качестве реак­ тивного сопротивления для регулировки распределения тока вдоль антенны можно применять как элементы со сосредоточенными пос­ тоянными, так и короткозамкнутый шлейф, выполненный в виде отрезка обычного концентрического фидера.

27

Рис. 2.18. Схема антенны АРРТ с двойным экраном

Эквивалентная схема антенны с двойным экраном приведена на рис. 2.19. Как видно из рисунка, параллельно шлейфу регулировки тока подключено реактивное сопротивление короткозамкнутого шлей­ фа (Ха), образованного поверхностями двух экранов. Длина этого шлейфа подбирается из условия получения минимально возможного шунтирующего действия в заданном диапазоне воли. Практически его длина подбирается такой, чтобы на самой короткой волне за- ■ данного диапазона она 1была не больше ОДУ.,,. Необходимая для настройки антенны длина шлейфа регулировки тока подбирается >в данном случае с учетом дополнительного сопротивления, образован­

28

метр внутреннего — 6ч-8 м. Эта антенна выгодно отличается от антенн типа АРРТ тем, что в качестве регулировки тока можно ис­ пользовать как элементы с распределенными постоянными более простой конструкции, так и элементы со сосредоточенным,и постоян­ ными. Последние могут размещаться в павильоне, -где расположены элементы согласования. -В антенне с двойным экраном практически

*

ЦК)

£

77^ 77777777777777777Zw 7T77r-

Рис. 2.19. Эквивалентная схема антенны АРРТ с двойным экраном Рис. 2.20. Схема антенны АРРТ с 'заземленной мачтой

отсутствует ненастроенный участок питающего фидера между мач­ той и павильоном согласования.

Рассмотренные выше антенны типа АРРТ базируются на исполь­ зовании -мачт, устанавливаемых -на опорных изоляторах.

На рис. 2.20 приведена -схема антенны с регулируемым распреде­ лением тока, выполненной на заземленной мачте (АРРТ-3). Отличие этой -схемы -от антенны АРРТ с двойным экраном заключается в том, что верхняя часть а-нтенны питается но схеме шунтовой антен­ ны-мачты. При работе на длинных волнах питание нижней полови­ ны антенны осуществляется по схеме шунтовой антенны-мачты (сое­ динения ,показаны пунктиром). Проведенные испытания одного ва­ рианта антенны АРРТ-3 показали, что эта антенна обладает антифедияговыми свойствами в меньшем рабочем диапазоне, чем антенна

АРРТ.

■Направленная антенная система (рис. 2.21) состоит аз антенны и пассивного рефлектора. Как антенна, так и рефлектор выполнены по схеме антенны типа АРРТ, верхняя часть которой представляет со­ бой цилиндрическую поверхность. Шлейф регулировки тока состоит из внешних -проводов -питающего фидера -(1) и экрана (II). Согла­ сование входного сопротивления антенны с волновым сопротивле­ нием питающего фидера осуществляется либо с помощью элементов со сосредоточенными -постоянными (Х\, Хг и Хг), как -показано на рис. 2.21, либо с помощью элементов с распределенными -постоян­ ными (рис. 2Л7).

Основные размеры антенной системы следующие: -высота антенны и рефлектора 255 -м; диаметр цилиндрической поверхности, на котороакраспатожены провода экрана и провода верхней части антен­ ны (Гб и; число проводов 15; диаметр проводов 184-20 мм; расстоя­ ние между .антенной и рефлектором 90 м (указанное расстояние выбрано из условия работы антенной системы в диапазоне 200-Э

29