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

Рис. 2.21. Направленная антенная система из двух антенн АРРТ

Рис. 2.22. Направленная антенная система из четырех антенн АРРТ

-f-571 м, для фиксированной рабочей волны это расстояние выби­ рается равным приблизительно 0.25Х); высота экрана 85 ,и 103 м.

Для обеспечения вещанием территорий, имеющих форму, близ­ кую к форме вытянутого эллипса, п,римеяяется антенная система, состоящая из двух активно питаемых антенн АРРТ. Расстояние между антеннами в данном случае подбирается в зависимости от заданной формы обслуживаемой территории.

Вторая антенная система состоит из четырех антенн с регули­ руемым распределением тока типа АРРТ, которые располагаются

30

3. МЕТОДИКА РАСЧЁТА НАПРАВЛЕННЫХ СВОЙСТВ И ПАРАМЕТРОВ АНТЕННЫ АРРТ

3.1. Распределение тока по антенне

Точное определение раопределения така по антенне АРРТ является сложной .задачей. Здесь ограничимся лишь изиожением приближенного решения, предполагающего, что антенна пред­ ставляет собой линию с неизменным волновым сопротивлением. Та­ кое предположение дает возможность определить распределение то­ ка, пользуясь теорией однородных длинных линий. В действитель­ ности же, поскольку поперечные размеры нижней и верхней частей антенны различны, волновое сопротивление на этих частях антенны также различны. Кроме того, (верхняя часть антенны, образованная наклонными проводами, представляет собой линию с переменным волновым сопротивлением. Однако большое количество измерений па­ раметров антенн подтверждает, что для их инженерного расчета ■можно пользоваться указанным выше приближением.

Согласно теории длинных линий распределение тока на нижней части антенны [9]

включенного в основание -нижней части антенны (в основание эк­ рана) :

ф = arc tg , (3.2)

где Хр —реактивное сопротивление, .включенное в основание экрана; Wа — волновое сопротивление нижней части антенны.

При регулировке распределения тока на антенне с помощью ко­ роткозамкнутого шлейфа ф-ла (3.2) принимает вид

где Wm — волновое сопротивление короткозамкнутого шлейфа регу­ лировки; 1т— длина .короткозамкнутого шлейфа регулировки.

32

Как видно 'из (3.?), распределение тока на нижней части антен­ ны является функцией упла ф, который может изменяться от 0 до 180°. В частности, если ф = 0, то пучность тока будет в нижней точке антенны. Если ф=90°, то в этой точке будет узел тока. Таким обра­ зом, распределение тока на нижней части антенны будет изменяться в зависимости от 'величины этого угла.

Распределение тока на верхней части антенны определяется функцией sm (a# —ах), не зависящей от угла ф. Однако, как это следует из выражения i(3.8), амплитуда тока к(х ) зависит от угла ф.

Таким 'Образом, .регулировка распределения тока на нижней час­ ти антенны и величины амплитуды тока на ее верхней части осуще­

рис. 3.3. Из рисунка видно, что распределение тока для угла ф=0° существенно отличается от распределения тока для упла ф=80°.

3.2. Диаграмма направленности в вертикаль­ ной плоскости

При выводе формулы для диаграммы направленности антенны АРРТ предполагаем землю идеально проводящей. В этом случае можно воспользоваться методом зеркальных изображений. Заметим, что предположение об 'Идеальной земле не приводит к за­ метным погрешностям в средневолновом и длинноволновом диапа­

Е \ — напряженность толя, создаваемая зеркальным изображением нижней части антенны;

34

(угол возвышения); а = 2 я Д — волновое число, в свободном пространстве; X — длина .волны.

Произведя интегрирование и опуская фазовые множители, по­

R

Определение фазовой скорости тока на антенне расчетным пу­ тем представляет большие трудности, так как это связано с инте-

грированием потока мощности излученной энергии в ближней зоне. Поэтому обычно фазовую скорость определяют экспериментальным путем, а диапраммы направленности антенны рассчитываются для фазовой скорости, равной скорости света.

Если затухание тока на антенне мало и им можно пренебречь, а фазовая скорость тока равна скорости света, то

2

деляются не только геометрическими размерами антенны и коэффи­ циентами распространения тока, яо и величиной угла ф. Можно выбрать такое значение ф, при котором излучение антенны под вы­ сокими углами к горизонту будет минимальным. В этом случае диа­ граммы направленности антенны будут соответствовать антифедннговому режиму. Можно также подобрать такое значение ф, при ко­ тором коэффициент усиления антенны вдоль горизонта (Л=0) будет максимальным.

В дальнейшем угол ф, при котором уровень излучения под вы­ сокими углами к горизонту минимальный, будем называть оптималь­

3.3. Определение фонт

Основным требованием, предъявляемым к антенне с регулируемым распределением тока, является получение в широком диапазоне волн диаграмм направленности с малым уровнем излуче­ ния под высокими углами излучения. Поэтому величина оптимально­

на антенне представляет большие математические трудности. Иссле­ дования показали, что для инженерных расчетов в первом прибли­ жения '.можно принять y = i а.

Мощность, излучаемая антенной под высокими углами к горизон­

где Кч — коэффициент пропорциональности, не зависящий от ф и Л;

36

J Л4 (Д) V (Д) cos Д d А

Д.

Для определения ф 0Пт по ф-ле (3.30) необходимо знать коэффи­ циент распространения водны по антенне. Как было указано выше, коэффициент фазы может быть приближенно определен эксперимен­ тальным путем.

Для определения коэффициента затухания необходимо интегриро­ вать излученную мощность в ближней или дальней зоне. Приближен­ но можно определить ф0Пт по ф-ле (3.30) в предположении, что коэффициент распространения тока в антенне равен коэффициенту распространения в свободном Яроетранстве. Затем рассчитываются

37

сопротивление излучения антенны и коэффициент затухания. Коэф­ фициент фазы определяется по экспериментальным данным. Под­

3.4.Определение фМакс

Внекоторых случаях целесообразно иметь такое рас­

пределение тока по антенне, при котором излучение вдоль горизонта (Д—0°) будет 'максимальным. Формула для определения угла фмакс имеет вид:

я/2

3.5. Сопротивление излучения

Сопротивление излучения антенны будем определять для случая идеально проводящей земли. Сопротивление излучения антенны, отнесенное к пучности тока,

R

(Е — напряженность поля, создаваемая антенной).

В данном случае диаграмма направленности антенны в горизон­ тальной плоскости не зависит от угла <р и выражение (3.32) прини­

38

Расчет сопротивления излучения по ф-ле (3.34) целесообразно производить методом графического интегрирования.

Как было указано выше, ф-ла (3.35) -выведена в предположении, что -фазовая скорость тока на антенне равна скорости света, а коэф­ фициент затухания равен нулю.

■Используя значения сопротивления излучения, рассчитанные по ф-лам >(3.34), можно определить постоянную затухания {$. Получен­

3.6. Коэффициент направленного действия (<D) и коэффициент усиления (е)

Коэффициент направленного действия антенны в задан­ ном направлении До

„120Я (Д0)

ка /о- Коэффициент .направленного действия антенны может быть так­

правленности.

Коэффициент усиления антенны относительно низкого заземлен­

3.7. Коэффициент затухания

Бели при определении направленных свойств антенны АРРТ -можно пренебречь влиянием затухания тока на излучение, то при расчете входного сопротивления антенны необходимо учесть по-

39