Передающие телевизионные антенны

Для передачи ТВ вещания применяют преимущественно многовибраторные антенны. Вибраторы таких антенн должны быть широкополосными. Расширить полосу пропускания можно применением вибраторов с малым волновым сопротивлением и использованием схем с компенсацией реактивной составляющей входного сопротивления. На первых телевизионных станциях в нашей стране применялись вибраторы, Б. В. Брауде, представля­ющие собой плоский вибратор, совмещенный с короткозамкнутым шунтом. На рис а приведена конструкция вибратора Б. В. Брауде и его эквивалентная схема. Реактивные составляю­щие входных сопротивлений вибратора и шунта имеют разные знаки и частично компенсируются. Наличие нулевого потенциала в точке короткого замыкания шунта позволяет крепить вибратор к опоре в этой точке без изоляторов. Это упрощает грозозащиту. Оптимальные размеры вибратора Б. В. Брауде: а= (0,25... 0,4)λ,;

1= (0,63... 0,66) λ При этом Rа= 140... 160Ом.

В вибраторе Брауде горизонтальные проводники возбуждают­ся токами разных амплитуд. Объясняется это тем, что по мере продвижения по шунту напряжение от максимального значения в точках питания падает до нуля в точке короткого замыкания. То­ки в проводниках можно выровнять, выполнив плечи вибратора в форме трапеции. Для этого в точках, расположенных ближе к короткозамыкателю, длину горизонтальных проводников берут резонансной, т. е. близкой к значению l≈0,25λ, а про­водники, расположенные ближе к точкам питания, укорачиваются. С укорочением вибратора появляется реактивная составляющая и его входное сопротивление возрастает. Большое распростране­ние получили Ж-образные вибраторы, совмещающие в себе два плоских трапецеидальных вибратора (рис.б). Питание под­водится к середине вибратора, в том месте, где расположен корот­кий горизонтальный проводник. Входное сопротивление вибрато­ра равно 150 Ом (по 75 Ом на плечо), полоса пропускания fмах/f min =1,4

В передающих антеннах часто применяют симметричные од­новолновые вибраторы (21= λ ) цилиндрической формы, выпол­ненные из труб диаметром примерно 0,02 λ. Крепление волновых вибраторов к апериодическому рефлектору осуществляется в точ­ках нулевого потенциала, расположенных в центрах плеч вибра­тора, посредством “металлических изоляторов” — стрежней или труб длиной, приблизительно равной 0,25 λ. Входное сопротивле­ние одноволнового вибратора при небольшой расстройке изменя­ется аналогично сопротивлению параллельного контура, т. е. при ω>ωо имеет емкостный, а при ω<ωо — индуктивный характер. Для расширения полосы пропускания одноволнового вибратора между каждым его плечом и симметричной линией включают по­следовательно разомкнутые шлейфы, располагая их внутри виб­ратора (рис.а).

Симметричный одноволновый вибратор имеет относительно большое входное сопротивление (W²в/ RΣп=250... 500 Ом).

В кон­структивном отношении удобно из двух (или нескольких) вибра­торов с апериодическим рефлектором создавать блок—панель.

Рис. 11.9. Панельные антенны:

а—волновый вибратор; б—панель с цилиндрическими одиоволновыми вибраторами; е-панель с плоскими полуволновыми вибраторами

На рис.,б показана панель антенны, состоящая из двух одно­волновых вибраторов 1 цилиндрической формы, расположенных над апериодическим рефлектором 2, имеющим решетчатую конструкцию. Вибраторы укорочены и соединены между собой симметричной линией 3, к центру которой подключается симметрирующее устройство 4. Панель имеет несимметричный ко­аксиальный вход с сопротивлением 75 Ом. Переход от коаксиаль­ной линии к симметричной осуществляется посредством симмет­рирующей приставки длиной 0,25λ.

Подбором расстояний между вибраторами и между вибраторами и рефлектором можно получить примерно одинаковые ДН в плоскостях Е и Н. Это позволя­ет одни и те же панели соответствующей их ориентацией исполь­зовать для создания антенн, излучающих горизонтально или вертикально поляризованные волны.

На рис. в приведена панель из двух полуволновых вибраторов 1, выполненных из стальных оцинкованных полос сечением 10х60 мм² для работы в IV ТВ диапазоне. Начальные участки вибраторов для лучшего согласования выполнены в виде конуса α=60°, концы вибраторов закруглены. Симметричная двухпроводная линия 3 с Wс.л==150 Ом (D/d=l,9) выполняется из труб диаметром 20... 35 мм и длиной, равной средней длине волны ди­апазона, замкнутая на концах. Расстояние между вибраторами берут равным 0,5λ. Согласование осуществляется подбором расстояний от вибраторов до короткозамыкающих мостиков 5

Симметрирующее устройство 4 выполнено в виде согнутой четвертьволновой приставки. Можно обойтись без симметрирующего устройства. В этом случае кабель с W=75 Ом вводят в одну из трубок симметричной линии со стороны короткозамыкающего мостика и выводят в центре между вибраторами (на рис. б показано штриховой линией).

Горизонтальный симметричный или Ж-образный вибраторы в горизонтальной плоскости имеют ДН в форме восьмерки. Для формирования ненаправленной ДН применяют системы из двух вибраторов, расположенных перпендикулярно друг другу, или и нескольких панелей, образующих кольцевую решетку (см. рис.)

В так называемой турникетной антенне два симметричных петлевых или Ж-образных вибратора располагаются перпендикулярно друг другу (рис.,а) и плечи соседних вибраторов пи тают со сдвигом по фазе на 90° (переменно-фазное питание). Такие антенны выполняются с относительно небольшим К.У (до 10 дБ). Для его повышения необходимо увеличить число этажей в антенне, а, следовательно, и диаметр трубы, к которой крепятся вибраторы, с целью усиления ее механической прочности.

Если диаметр трубы взять больше 0,1 λ, то плечи вибраторов окажут­ся заметно разнесенными, ДН каждого вибратора сузится и ре­зультирующая ДН будет существенно отличаться от ненаправ­ленной.

Значительно большие К.У позволяют получить панельные ан­тенны, в которых панели (излучатели) образуют кольцевую ре­шетку. При сечении опоры до 2 λ, достаточно четырех панелей в кольце. С увеличением сечения опоры ДН ухудшается и число па­нелей в кольце увеличивают до 5, 6 или 8. При четырех панелях в кольце (рис.,6) в любом направлении от антенны можно учитывать поля, созданные только двумя панелями, поскольку две другие панели затенены рефлекторами.

Переменно-фазное питание позволяет получить хорошее согла­сование в более широкой полосе частот и применяется в случаях, когда сечение опоры не превышает λ. С увеличением сечения опо­ры ДН становится неравномерной. В этих случаях применяют синфазное питание панелей, обеспечивающее лучшую равномер­ность ДН, но обладающее несколько меньшей полосой пропуска­ния. Улучшить ДН при переменно-фазном питании в относитель­но узкой полосе можно за счет так называемого тангенциального сдвига. Для этого панели располагают не по центру сторон сече­ния опоры, а со сдвигом к краю (рис.,0).

Для формирования узкой ДН в вертикальной плоскости ан­тенны выполняют многоэтажными с расстояниями между центра­ми вибраторов по высоте в панельных антеннах 0,5 λ, а в турникетных с Ж-образными вибраторами λ.

Для наклона направления максималь­ного излучения на угол ∆ к поверхности земли необходимо, чтобы в этом направ­лении сдвиг фазы к∆г, обусловленный раз­ностью хода лучей ∆г от соседних этажей, был скомпенсирован сдвигом фаз ∆Ψ за счет питания (рис.), т. е.

∆Ψ =k∆г или ∆Ψ =kdэ sin∆м

Если принять наклон ∆м=1°, то при dэ=0,5 λ каждый вышерасположенный этаж должен иметь опережение по фазе питания примерно 3°.

Для сглаживания минимумов в ДН вибраторы в нескольких этажах антенны питают со взаимным сдвигом по фазе до 100° (±50°). Сглаживание нулей и наклон ДН, например, в 16-этаж­ной антенне, можно получить при следующей фазировке: два ниж­них этажа питать нулевой фазой, следующие пары этажей соот­ветственно фазами —40, —50, —40, +40, +50, +40 и 0°.

Фазовый сдвиг в 90° между токами в вибраторах соседних па­нелей одного этажа, необходимый для переменно-фазного питания, достигается удлинением одной из соединительных линий на 0.25 λ (рис.).

Рис. 11.12. К наклону ДН

Рис. 11.13. Переменно-фазная схема питания с многократной компенсацией

Рис. 11.12. К наклону ДН  

Рис. 11.14. Поглощение отражен­ных сигналов в межэтажных рас­пределительных линиях

Рис. 11.13. Переменно-фазная схема питания с многократной компенсацией

5.1.55.1.2Обеспечение требуемой напряженности электромагнитного поля в точке приема при работе со спутниками связи. Основные типы антенн, работающих на спутники связи.

Дата добавления: 2015-04-24