Антенные измерения. Передающие антенны

2. Передающие антенны

В качестве передающих антенн используются вертикальные провода с горизонтальной частью и заземлением или противовесом  (рис. 55). Различают Г-образные, Т-образные и зонтичные антенны (рис. 56).

Вертикальная часть антенны представляет собой несимметричный вибратор с емкостной нагрузкой на верхнем конце в виде горизонтальной части. Использование емкостной нагрузки дает возможность изменить распределение тока на вертикальной части антенны, сделав его более равномерным (рис. 57).

Благодаря более равномерному распределению тока удается увеличить действующую высоту и R_Σ антенны без увеличения ее геометрической   высоты.   При этом сама горизонтальная часть вместе с ее зеркальным   отображением в Земле излучает весьма слабо из-за   противоположного направления токов в них.

Сопротивление излучения R_Σ  связано с действующей высотой антенны приближенным соотношением

,          (55)

где  — сопротивление   излучения   симметричного вибратора малой длины ;

l — длина симметричного вибратора с равномерным распределением тока, равная l = 2h_д.

Применение горизонтальной части   в средневолновых   антеннах позволяет изменить распределение тока по высоте антенны так (рис 58), что увеличивается   не только   действующая длина вертикальной части,   но и   увеличивается   эффективная высота подвеса основной излучающей области антенны (см. точку С на рис. 58)

Благодаря этому, диаграмма направленности в вертикальной плоскости становится несколько уже, а антенна приобретает антифединговые свойства, то есть излучение в направлении ионосферы ослабляется.

Сопротивление емкостной нагрузки образованной горизонтальными проводами, определяется по формуле

.                                       (56)

Волновое сопротивление горизонтальной части W_грассчитывается методом Хоу, использующим теорию электростатики, то есть в пренебрежении волновыми явлениями. Этот метод здесь подробно не рассматривается за исключением, его основной идеи. Она состоит в том, что волновое сопротивление проводов, в данном случае горизонтальных, приближенно определяется с помощью соотношения

, справедливого для любой однородной линии с поперечной электромагнитной волной. Здесь с - скорость света, а C₁-погонная емкость линии, равная

, где   q= Q/l — погонная плотность заряда, предполагаемая в методе Хоу  равномерной по всемe проводу;

U_ср— усредненное в пределах провода значение потенциала, вычисленного в присутствии зеркального отображения горизонтального провода и вертикальной части с ее отображением.

Влияние емкости горизонтальной части С_н на распределение тока независимо от ее конкретного конструктивного выполнения может быть учтено с помощью так называемой эквивалентной длины l_эгоризонтальной части (рис 59), определяемой из условия

.                                (57)

Другим способом повышения R_Σ антенн данного типа является применение вибраторов с несколькими вертикальными проводами. Длинноволновые антенны такого вида были предложены Александерсеном (рис. 60). По своей схеме антенна Александерсена подобна несимметричному шлейф-вибратору (см. рис. 60, б) и отличается от него в основном числом проводов и наличием последовательных индуктивностей, настраивающих каждый провод в резонанс. Применение индуктивностей обусловлено тем, что геометрическая высота антенны в длинноволновом диапазоне не может быть сделана резонансной (h=λ/4~ 1000 м), а резонанс принципиально необходим для получения во всех проводах токов одного направления. Если одинаковое направление токов обеспечено, то вследствие взаимного влияния проводов сопротивление излучения, отнесенное к пучности тока на входе антенны, увеличивается примерно пропорционально квадрату числа проводов.

Так, для обычного шлейф-вибратора в I части конспекта было установлено 4-х кратное увеличение R_Σ, а для антенны Александерсена из 3-х проводов оно становится почти десятикратным.

Размер антенны d(рис. 60) обычно , не превышает λ/4 , поэтому излучение в горизонтальной плоскости остается практически равнонаправленным.

Для повышения к.п.д. передающих антенн наряду с увеличением R_Σ следует идти по пути уменьшения тепловых потерь в Земле за счет улучшения системы заземления. Обычно заземление представляет собой систему около 100 радиальных проводов, сходящихся у основания антенны и подвешенных на высоте в несколько метров над землей или зарытых в землю на глубину около полуметра. Радиус заземления рекомендуется

~0 ,35λ

Согласно эмпирической формуле Шулейкина, сопротивление потерь R_n, отнесенное к пучности тока, выражается как

,                                                                       (58)

где А — коэффициент, зависящий от параметров почвы и качества заземления и имеющий значения от 0,5 ом до 7 ом;

 — резонансная длина волны для данной антенны, равная (рис. 59)

Сами антенны средне- и длинноволнового диапазона волн конструктивно выполняются в виде сети горизонтальных проводов, подвешенных на специальных опорах (мачтах) и имеющих вертикальное снижение к передатчику (рис. 55). Кроме этого применяются антенны в виде мачт, удерживаемых растяжками с врубленными изоляторами, или башен, которые сами являются вертикальной частью излучателя и устанавливаются своим основанием на фарфоровые изоляторы.

Необходимость применения таких изоляторов, рассчитанных на большие механические и электрические нагрузки, а также необходимость введения системы грозозащиты изолированной от Земли антенны и высокочастотного дросселирования сети питания сигнального освещения, вывешиваемого на высоких антеннах, делает желательным применение так называемых антенн с верхним питанием и заземленных антенн (рис. 61). Последняя по сути дела представляет собой несимметричный вибратор с шунтовым питанием.

Обе указанные антенны имеют заземленную вертикальную часть установленную непосредственно на Земле без изолятора. Изолированной  остается лишь горизонтальная часть в антенне верхнего питания. Таким образом эти антенны лишены недостатков, отмеченных для обычных антенн данного диапазона, что делает их применение экономически более выгодным.