Введение
Антенны это устройства для излучения и приёма радиоволн. Все линии радиосвязи и радиовещания состоят из элементов включающих антенны.
Любая антенна может, как излучать, так и принимать радиоволны, но требования к передающим и приёмным антеннам разные. Поэтому они выполняются по-разному, в зависимости от требований. В передающих антеннах генерируются колебания, а приёмные извлекают энергию из окружающего пространства. При этом приёмные антенны должны быть хорошо помеха защищёнными
В диапазоне коротких и средних волн антенны являются линейными. В метровом и дециметровом диапазонах применимы только вибраторные антенны. А КПД у них почти равен 1.
В области вещательного диапазона волн (200-200 м), и особенно нижнего участка этого диапазона (200-600м), выявилось большое влияние пространственных лучей, отраженных высокими слоями ионосферы, и наличие явления замирания в результате интерференции двух лучей: поверхностного и пространственного.
Эти замирания, возникающие на довольно малых расстояниях от передаваемой радиостанции, снижали качество передачи и создавали большие искажения передаваемых сигналов. Было установлено, что правильным выбором высоты антенны влияние этого явления может быть значительно уменьшен, а радиус действия радиостанции заметно увеличен.
Таким образом, наилучшим типом антенны для волн длиной 200-600 м является мачта-антенна или башня антенна высотой 0,53 длины волны без нагрузки наверху.
Такие антенны дают большой техноэкономический эффект-увеличение радиуса действия радиостанций, улучшение качества передачи за счет уменьшения влияния замираний, увеличение срока службы антенных сооружений с 10-12 лет до 40-50 лет. Повышение эффективности можно также достичь применением развитых систем заземлений.
1 Выбор и обоснование типа антенно-фидерного устройства
В исходном задании нам дана рабочая частота, равная 1300 кГц. Данная частота соответствует диапазону средних частот или средних волн. Нам нужен, по заданию участок для радиовещания (от 200 до 550 м). Рассчитаем нашу длину волны и выясним, входит ли она в этот участок:
(1.1)
Как мы видим, данная длина волны входит в диапазон для радиовещательных станций.
В качестве типовых антенн средних волн, получивших наибольшее распространение в строительстве радиовещательных станций, используются стальная антенна-башня или антенна-мачта с небольшим числом ярусов оттяжек. Оттяжки закрепляются на анкере. Напряжение от передатчика подается к нижнему концу башни или мачты. Тело башни или мачты несет рабочий ток и является излучателем энергии. Энергия высокой частоты подводится к основанию антенны либо непосредственно от передатчика, либо при помощи фидерной линии. При такой схеме возбуждения колебаний в антенне, антенны-башни и антенны мачты устанавливаются на бетонном основании, опираясь на изолятор. Опорный изолятор выполняется обычно из радиофарфора. (2) Он должен выдерживать большие нагрузки, обладать малыми потерями, иметь высокое пробивное напряжение.
В нашем курсовом проекте мы берем в качестве излучателя именно антенну-мачту, установленную на изоляторе, без нагрузки наверху. Она набирается из секций длиной 4,5-7,5 метров. В вертикальном положении мачта удерживается системой оттяжек. Для уменьшения токов, наводимых в оттяжках полем, излучаемым антенной, в оттяжки вводят изоляторы. Расстояние между изолятором не должно быть больше (1/7 ÷ 1/8) λ.
В качестве антенны у нас применяется несимметричный вибратор. Широкое применение на средних волнах получил вертикальный несимметричный вибратор высотой l=0,53 λ . Этот вибратор создает малое излучение под большими углами к горизонту и интенсивно излучает вдоль земли. Мы возьмем именно такую длину вибратора.
Так как в задании сказано, что антенна должна иметь диаграмму направленности кардиоидной формы в плоскости Н, то мы будем проектировать систему двух вибраторов. Антенна у нас будет направленной, а рефлектор пассивным, только таким способом можно достичь диаграмму направленности кардиоидного типа. Настройкой пассивного рефлектора будем регулировать излучение в различных направлениях и получим диаграмму направленности, отвечающую конфигурации обслуживаемой территории и постановленным перед нами задачам. Обычно такая простейшая направленная антенна опережает вторую мачту – пассивный рефлектор на расстояние (0.15 – 0.3) λ. [2] Опираясь на наличие кардиоидной диаграммы направленности, выберем расстояние между антенной и пассивным рефлектором 0,25λ. Пассивный рефлектор имеет у своего основания элементы настройки для регулирования величины и фазы тока, т. е. для регулирования характеристики направленности всей системы. Высоту пассивного рефлектора возьмем такую же, как и у антенны.
Антенны мачты устанавливаются на значительном расстояние от технического здания и соединяются с передатчиками коаксиальными фидерами. Мы будем для питания использовать несимметричный воздушный многопроводный коаксиальный фидер (рисунок 1). Выполнен из меди и заполнен внутри диэлектриком. Центральная жила кабеля подводится к самой башне, в районе изолятора, а внешняя оплетка заземляется. Так как у нас волновое сопротивление в задании равно 60 Ом, а оно является стандартным то, наш коаксиальный фидер будет состоять из 16 наружных биметаллических проводов и 12 внутренних. Диаметр внутренних проводов равен 6 мм, а внешних 4 мм. Центральная жила кабеля df=500мм, а внешняя оплетка Df=1000мм.
Мощность передатчика в задании 600 кВт. Проверим, подойдет ли наш фидер по мощности. Для этого найдем мощность пробоя:
(1.3)
(1.4)
Мощность пробоя намного больше мощности передатчика, значит, параметры фидера выбраны, верно.
Рисунок 1.1 - Коаксиальный фидер