2. Расчет питающей линии

Подключение антенны к входу приемника или выходу передатчика осуществляется с помощью соединительных линий, которые называютсяся фидерами(от английского to feed-питать). В зависимости от назначения антенны устанавливаются либо на антенном поле на большом расстоянии от технического здания, где расположена передающая или приемная аппаратура, либо на высоких опорах(мачтах или башнях). Исключение составляют приемно-передающие системы подвижной связи, где антенны и приемно-передающая аппаратура часто составляют единый интегральный модуль.

На более высоких частотах (метровые и дециметровые волны) симметричные фидеры начинают излучать или принимать радиоволны подобно антеннам. Это явление называется антенным эффектом. Антенный эффект приводит к дополнительным потерям энергии на излучение и приводит к искажениям диаграмм направленностей приемных и передающих антенн.

Поэтому в диапазоне метровых и дециметровых волн применяют в качестве фидеров коаксиальные линии. Коаксиальные линии со сплошным заполнением диэлектриком называются коаксиальными кабелями.

В качестве фидеров передающих KB антенн наиболее часто используются двух- и четырехпроводные воздушные симметричные линии (рис. 8), также четырехпроводные перекрещенные фидеры (рис. 9), состоящие из соединенных перемычками крест-накрест проводов. Эти фидеры обычно выполняют из биметаллических (стальной провод, покрытый медной оболочкой) проводов диаметром 3 ... 6 мм. Расстояние между проводами составляет 225 ... 450 мм. Двухпроводные фидеры (W = 600 Ом) могут пропускать мощность до 50кВт, четырехпроводные (W = 300 Ом) — до 100 кВт. При больших уровнях мощности провода фидера выполняются в виде многопроволочных цилиндров (рис. 9). Волновое сопротивление двухпроводного (однопроволочного) фидера при (что обычно имеет место) равно:

W = 276 lg(D/a).

Четырехпроводный однопроволочный симметричный неперекрещенный фидер имеет:

Перекрещенный —

,

Для питания передающих антенн используют также несимметричные концентрические и несимметричные плоские. В случае концентрического фидера многопроволочным может быть выполнен только внешний провод или оба — внешний и внутренний провода. Симметричные фидеры крепят на деревянных, асбоцементных или железобетонных опорах. Последние используются для подвески тяжелых фидеров W= 120 Ом. К опорам фидеры крепят с помощью специальных изоляторов.

Основными параметрами, которыми оценивается качество передающего фидера, являются пропускная мощность и КПД. Максимальная мощность, пропускаемая фидером, определяется электрической прочностью изоляторов и воздуха, окружающего фидер. Если напряженность поля превосходит некоторое определенное значение, то начинается ионизация воздуха, что может привести к его пробою. Начальная напряженность поля равна примерно 30 кВ/см. Обычно принимается, допустимая амплитуда напряженности поля Е_доп примерно равна 6... 7 кВ/см. Максимальная напряженность поля возникает у поверхности провода. Ее ток распределен равномерно по периметру проводника, то I=2На (Н — напряженность магнитного поля). Так как вдоль воздушной линии распространяются Т-волны, то E=W_CH, где W_с=120 Ом, и, следовательно, Е_тax = 120I/2a. Поскольку I=U/W, где U — напряжение между проводами линии, то E_max = 60U/(aW). В многопроводной линии ток, приходящийся на один провод, уменьшается в п раз (п—число пар проводов), и в данном случае:

.

Амплитуда напряжения в пучности связана с мощностью, передаваемой по линии, соотношением . После подстановки этого выражения в получаем:

.

Здесь Е_тах — амплитуда напряженности электрического поля у поверхности проводника в пучности напряжения. Мощность, которую можно передать по воздушной линии без опасности факельного истечения, причем заменяют Е_тах на Е_доп :

Если провода фидера выполнены из многопроволочных цилиндров, то

.

Коэффициенты ₁ и ₂, учитывающие неравномерность распределения по проводам цилиндра, показывают, во сколько раз ток в проволоке с максимальным значением тока превышает среднее значение I/п. Коэффициент ₂ учитывает неравномерность распределения тока по периметру одной проволоки. Коэффициент ₁ зависит в основном от волнового сопротивления и типа фидера. Коэффициент ₂ можно оценить по формуле

₂ = 1 + (n — 1)a/R, где а — радиус провода, R — радиус цилиндра; n — число проволок в цилиндре.

Для увеличения электрической прочности фидера надо стремиться к тому, чтобы коэффициент ₁ был близок к единице. Этого можно добиться неравномерным размещением проволок в цилиндре. Коэффициент полезного действия фидера равен отношению активной мощности, выделяемой в нагрузке на конце фидера (Р_н), к полной активной мощности, подведенной к началу линии Р₀.

Если отражение от нагрузки отсутствует, то КПД можно найти по формуле:

,

где L — длина фидера; _ф = R₁/2W—коэффициент затухания; R₁ — сопротивление фидера на единицу длины.

Расчет фидера:

Зададим некоторые параметры для расчета питающей линии:

D=20 см расстояние между проводниками

а=3мм радиус проводника

U=110В напряжение в фидере

n= 2 количество пар проводников

P=5 кВт

Едоп=6 В/см

R=7мм радиус цилиндра

R1=75 Ом сопротивление фидера на единицу длины

L=3м длина питающей линии

1. Рассчитаем волновое сопротивление фидера:

2. Рассчитаем максимальную напряженность электрического поля фидера:

3. Рассчитаем значение дополнительной мощности:

Где к-коэффициент, ξ1ξ2- коэффицтенты, учитывающие неравномерность распределения по проводам цилиндра, показывают, во сколько раз ток в проволоке с максимальным значением тока превышает среднее значение I/п

4. Рассчитаем КПД фидера:

КПД в общем случае: