1 Исходные данные

Расчитать передающую антенну для телевизионного вещания(10 ТВ кан.)

Исходные данные:

1. Диапазон рабочих частот (МГц) – 206-214

2. Коэффициент усиления передающей антенны (дБ) не менее – 10

3. Мощность передатчика, (кВт) – 6.0

4. Поляризация – горизонтальная.

5. Фидер коаксиальный, его длина (м) – 200

6. КБВ в фидере с волновым сопротивлением 75Ом не менее – 0.85

7. Сечение мачты 1750 х 1750мм².

2 Выбор и обоснование типа антенны.

Телевизионное вещание является широкополосным вещанием в метровом и дециметровом диапазоне. Для 10 ТВ канала антенна должна работать в метровом диапазоне (206-214 МГц). В этих диапазонах радиоволны распространяются практически прямолинейно, т.е. вещание ограничено прямой видимостью, для этого антенны помещают на опоры высотой 100-300 м. Применимы только вибраторные антенны.

Для телевизионного вещания применяют турникетные антенны, панельные антенны, радиально-штыревые антенны. У каждой из этих антенн есть свои преимущества и недостатки. Турникетные антенны не подходят для задания, так как не могут обеспечить усиления больше чем 7 дБ. Панельная антенна с расположенными панелями по сторонам квадрата при большом количестве этажей может обеспечить коэффициент усиления больше 12 дБ.

Передача телевизионных программ ведется в диапазоне метровых и дециметровых радиоволн. По этой причине в качестве передающих антенн используются антенные решетки, элементами которых являются симметричные вибраторы. Наиболее широкое распространение в настоящее время получили антенны панельного типа. Панель состоит из двух (реже четырех) симметричных волновых или полуволновых симметричных вибраторов, питаемых синфазно (рис.7.1,а, б).

Рис.7.1,а)- панель из полуволновых вибраторов

б)- панель из волновых вибраторов

Особенностью этих антенн является широкая полоса пропускания. Для этого в антеннах применяются вибраторы с пониженным волновым сопротивлением (W_в = 150 – 300 Ом) и используются схемы компенсации реактивной составляющей входного сопротивления. В панельных антенных используют симметричные волновые вибраторы цилиндрической формы из труб диаметром  (0,05 – 0,2) или полуволновые вибраторы выполненные в виде стальных пластин.

Питание вибраторов в панели осуществляется с помощью 4-х проводной симметричной линии. Для согласования панели с коаксиальным кабелем применяется симметрирующее устройство.

Неравномерность в диаграмме направленности в горизонтальной плоскости не должна превышать 30%. Далее будут рассмотрены расчёты ДН для четырех вариантов панельных антенн.

Для панельной антенны с полуволновыми вибраторами определим размеры, которые учувствуют в формировании ДН в горизонтальной плоскости. Все размеры зависят от частоты, на которой будет работать антенна, берётся средняя частота полосы λ = 1.428 м.

Волновое число k = 2π/λ = 4.3977 рад/м.

Расстояние между вибраторами и апериодическим рефлекторам выбирается в пределах d = 0.2-0.35 λ. Оно должно быть, для создания равномерной круговой диаграммы в горизонтальной плоскости, как можно меньше. Возьмём минимальное d = 0.2 λ = 0.286 м.

R – расстояние от фазового центра панели до геометрического центра, вокруг которого расположены панели. Для его определения необходимо знать горизонтальную длину рефлектора панели, она должна быть не мене чем 0.6 λ. Также она зависит от сечения опорной мачты, которая 1.75*1.75 м.². Возьмём длину рефлектора 1.75 м. Фазовый центр примерно в середине расстояния от рефлектора до вибраторов. Тогда R = 1.118 м.

Тогда ДН в горизонтальной плоскости:

(1)

(2)

(3)

где - сдвиг по фазе (пространственный без сдвига по питанию):

(4)

Получившаяся ДН представлена на рисунке 1.

Рисунок 1.

Для панельной антенны с полуволновыми вибраторами с переменно-фазным питанием сдвиг по фазе отличается на сдвиг по питанию:

(5)

Получившаяся ДН представлена на рисунке 2.

Рисунок 2.

Определим необходимые размеры для панельной антенны с волновыми вибраторами.

Расстояние между вибраторами и апериодическим рефлекторам выбирается в пределах d = 0.2-0.35λ. Крепление волновых вибраторов происходит непосредственно к рефлектору, где имеется нулевой потенциал, т.е. стальными стержнями длиной d = 0.25 λ = 0.355 м.

R – расстояние от фазового центра панели до геометрического центра, вокруг которого расположены панели. Для его определения необходимо знать горизонтальную длину рефлектора панели. Также она зависит от сечения опорной мачты, которая 1.75*1.75 м.². Возьмём длину рефлектора 1.75м. Тогда R = 1.118 м.

Для антенн с волновыми вибраторами ДН в горизонтальной плоскости рассчитывается:

(6)

(7)

Для синфазного питания , ДН на рисунке 3.

Рисунок 3.

Для переменно-фазного питания:

ДН для этого случая на рисунке 4.

Рисунок 4

Из диаграмм направленности видно, что у случаев волновых вибраторов и полуволновых вибраторов с переменно-фазным питанием неоднородность более 30%, а в случае полуволновых вибраторов с синфазным питанием неравномерность в ДН не превышает 30%. По этому является предпочтительным вариант с полуволновыми вибраторами с синфазным питанием.