Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства в телерадиовещании

17 Вибраторные антенны метровых и дециметровых волн | назад | содержание | вперёд |

17 Вибраторные антенны метровых и дециметровых волн

17.1 Требования, предъявляемые к антеннам метровых и дециметровых волн

С укорочением длины волны радиоволны хуже огибают сферическую поверхность Земли и различные неровности ее поверхности как естеcтвенного, так и искусственного происхождения. Принято считать, что волны метрового и дециметрового диапазона практически распространяются прямолинейно. Поэтому для обеспечения прямой видимости между передающей и приемной антенной их располагают на опорах (мачтах, башнях) соответствующей высоты. Например, телевизионные передающие антенны устанавливают на башнях, высота которых достигает сотен метров.

Для устранения разрушающего действия ветровых нагрузок, конструкции антенн, расположенных на высоких опорах, должны обладать малой парусностью, т.е. большой прозрачностью. Это обеспечивается специальными конструкционными решениями.

указанном диапазоне волн преимущественно передаются широкополосные сигналы. Поэтому применяемые антенны должны обладать достаточно большой полосой пропускания.

17.2 Простейшие вибраторные антенны

Широкое распространение в диапазоне метровых и дециметровых волн получили несимметричные и симметричные вибраторы. Напомним, что симметричным вибратором называется проволочная антенна, у которой имеются два плеча, имеющие одинаковую длину и форму. Соответственно, у несимметричного вибратора второе плечо имеет иную форму и размер.

17.2.1 Несимметричные вибраторные антенны

Ш т ы р е в а я а н т е н н а. Несимметричная штыревая антенна представлена на рис. 17.1.

Здесь роль второго плеча (противовеса) играет проводящая поверхность (крыша кузова автомобиля, металлическая кровля здания и т.д.).

Согласно методу зеркальных изображений штырь является одним из плеч воображаемого симметричного вибратора (рис. 17.2) В случае идеально проводящей поверхности (σ=∞) ввиду полной симметрии плечи воображаемого вибратора имеют одинаковую длину и форму. Поэтому штыревая антенна имеет в два раза меньшие входное сопротивление, сопротивление излучения, действующую длину и волновое сопротивление по сравнению с симметричным вибратором.

Диаграмма направленности штыревой антенны в плоскости Е приведена на рис. 17.3, т.е. составляет «верхнюю» половину ДН симметрично-го вибратора. В плоскости Н ДН имеет круговую форму. Если питать штыревую антенну с коаксиальным фидером с волновым сопротивлением Ом, то КБВ в фидере окажется равным 0,5. Для увеличения КБВ антенну нужно согласовать с фидером. Чаще всего это выполняется с помощью четвертьволнового трансформатора.

В указанной конструкции антенны (рис. 17.1) проводящая поверхность одновременно служит средством борьбы с антенным эффектом, т.к. препятствует затеканию тока, наведенного волной на внешней поверхности внешнего провода коаксиального фидера, внутрь фидера.

К о а к с и а л ь н а я а н т е н н а. На рис. 17.4 приведена конструкция коаксиальной антенны.

Металлический цилиндр 1, образующий с внешним проводником фидера 2 короткозамкнутую по образующей 3 коаксиальную линию с входом ав, является вторым плечом несимметричной антенны. Длина цилиндра, как и длина штыря, равна . Поэтому входное сопротивление короткозамкнутой коаксиальной линии со стороны ав равно , ().

Это предотвращает затекание в фидер токов, наведенных волной на его внешнем проводнике.

Диаграмма направленности коаксиальной антенны аналогична ДН симметричного вибратора.

Б и к о н и ч е с к а я а н т е н н а. Штыревая антенна, выполненная из тонкого проводника, имеет значительное волновое сопротивление (сотни Ом) и поэтому малую полосу пропускания (порядка 1%). Для увеличения полосы пропускания нужно уменьшать волновое сопротивление антенны за счет увеличения сечения проводника, как показано на рис. 17.5. Штырь и короткозамкнутый цилиндр выполняются конической формы для уменьшения торцевой емкости, шунтирующей вход антенны, и для плавного перехода штыря в центральный проводник фидера. В этом случае уменьшается отражение в месте соединения вибратора с фидером. Такая антенна называется биконической.

Волновое сопротивление биконической антенны определяется по формуле

(17.1)

где обычно устанавливают экспериментально в пределах 30°-60°.

Биконическая антенна относится к классу широкополосных антенн. Её рабочая длина волны лежит в пределах . Входное сопротивление антенны ориентировочно равняется Ом.

.

Д и с к о – к о н у с н а я а н т е н н а. Конструкция антенны приведена на рис. 17.6. По причинам, указанным выше, эта антенна также широкополосная, т.е. перекрывает почти пятикратный диапазон частот . Входное сопротивление Ом. При условии антенна хорошо согласуется с коаксиальным кабелем Ом. Для облегчения веса и уменьшения парусности диск и коническая часть антенны могут быть не сплошными, а состоять из отдельных проводников. Диаграмма направленности диско-конусной антенны в плоскости Е имеет характерно выраженную зависимость от рабочей длины волны λраб. На рис. 17.7 приведена ДН для трех значений λраб.

17.2.2 Одиночный симметричный вибратор

Д и п о л ь Н а д е н е н к о. Симметричный вибратор, выполненный из тонких проводов (радиус r<< λ) имеет большое волновое сопротивление (порядка 1000 Ом) и соответственно небольшую полосу пропускания. Поэтому чаще всего его выполняют из полых металлических труб (сталь, алюминий, латунь). Увеличение диаметра трубы приводит к увеличению веса вибратора. Поэтому для уменьшения его веса плечи вибратора выполняют из системы тонких проводов, расположенных по образующей цилиндра. На рис. 17.8 приведен широкополосный симметричный вибратор, предложенный С.И. Надененко. Такая конструкция эквивалентна увеличению диаметра провода вибратора, благодаря чему значительно уменьшается его волновое сопротивление (от 1000 Ом до 250 Ом). Одновременно уменьшается парусность антенны.

Волновое сопротивление диполя Надененко можно определить по формуле

(17.2)

где l - длина плеча, r - радиус цилиндра.

Часто для расширения полосы пропускания плечи вибратора выполняют из плоской металлической ленты (рис. 17.9). В точках питания плечи вибратора имеют скосы для уменьшения шунтирующего действия торцевой емкости.

П е т л е в о й в и б р а т о р. Петлевой вибратор, предложенный А. А. Пистолькорсом, представлен на рис. 17.10.

Петлевой вибратор представляет собой систему из двух параллельных проводов, соединенных на концах между собой. В разрез одного из проводов включается питающий вибратор фидер. Обычно длина петлевого вибратора выбирается равной 0,5 λ. Для определения распределения тока и напряжения по вибратору удобно воспользоваться его прототипом - двухпроводной симметричной линией длиной l = 0,5λ, закороченной на конце (рис. 17.11).

При деформировании линии и превращении ее по форме в симметричный вибратор распределение тока практически не изменится. Как видно из рис. 17.11, в обоих плечах вибратора в отличие от линии, токи текут в одном направлении. При малом расстоянии между проводами (r<< λ) такая антенна представляет собой систему из двух синфазно питаемых вибраторов. Сопротивление каждого из вибраторов длиной l = 0,5λ равно 73,1Ом. При малом расстоянии r активная составляющая вносимого сопротивления из каждого вибратора в каждый также приблизительно равно 73,1Ом. Поэтому результирующее сопротивление излучения петлевого вибратора равно Ом. Таким образом, петлевой вибратор имеет значительно большую излучающую способность по сравнению с полуволновым вибратором.

Петлевой и симметричный вибраторы имеют одинаковые диаграммы направленности, КНД и КУ, однако, благодаря более высокому значению сопротивления излучения петлевой вибратор имеет более широкую полосу пропускания.

17.3. Устройства симметрирования и согласования вибраторных антенн с фидером

В диапазоне метровых и дециметровых волн в качестве фидера, соединяющего антенну с передатчиком или приемником, чаще всего применяется коаксиальный кабель. Несимметричные вибраторы подключаются к фидеру непосредственно. Центральный проводник кабеля соединяется с вибратором, а внешний проводник с заземлением, противовесом или корпусом приемного (передающего) устройства («массе»). Если входное сопротивление вибратора не равно волновому сопротивлению фидера, то между вибратором и фидером устанавливается согласующее устройство. Чаще всего роль согласующего устройства выполняет четвертьволновый или экспоненциальный трансформатор.

Непосредственное подключение коаксиального кабеля к симметричному фидеру нарушает симметрию системы. Как видно из рис. 17.12, часть тока, текущего по внутренней поверхности внешнего проводника коаксиального фидера, ответвляется в точке а на его внешнюю поверхность. Это приводит к асимметрии питания плеч вибратора, в результате чего искажается диаграмма направленности вибратора, а появление тока на внешней поверхности внешнего проводника фидера приводит к возникновению антенного эффекта. Влияние антенного эффекта проявляется в том, что у волны, излучаемой горизонтальным вибратором, появляется составляющая с вертикальной поляризацией. В режиме приема горизонтальный вибратор начинает принимать радиоволны помех, которые в основном имеют вертикальную поляризацию.

Для борьбы с асимметрией применяют различные симметрирующие устройства (рис. 17.13).

С и м м е т р и р у ю щ и й с т а к а н (рис. 17.13а). Коаксиальная линия, образованная внешним проводником коаксиального фидера и металлическим цилиндром, имеет длину . С одного конца (снизу) цилиндр имеет по всему периметру электрический контакт с внешним проводником фидера, образуя, таким образом, короткозамкнутую линию. При длине линии ее входное сопротивление оказывается очень большим (). Подобное симметрирующее устройство образует с фидером последовательную цепь с большим сопротивлением, что препятствует проникновению в фидер тока, наведенного волной на внешней поверхности внешнего проводника фидера в режиме приема. Нетрудно убедиться, что в режиме передачи симметрирующее устройство препятствует возникновению тока на внешней поверхности фидера, устраняя этим самым антенный эффект и асимметрию питания плеч вибратора. Симметрирующий стакан является узкополосным устройством, т.к. его входное сопротивление зависит от частоты. На частоте, отличной от средней частоты полосы сигнала, входное сопротивление антенны уменьшается, и симметрирующее устройство начинает шунтировать одно из плеч вибратора, нарушая симметрию его питания. Более широкополосным устройством является симметрирующая приставка (рис. 17.13б).

Она выполняется в виде двухпроводной симметричной линии из металлических трубок длиной . С одной стороны она замкнута накоротко, а с другой подключается параллельно к симметричному вибратору в точках его питания. Коаксиальный фидер подключается центральным проводником к одному из плеч вибратора, а внешним проводником – ко второму плечу. В точке О потенциал короткозамкнутой линии равен нулю. Поэтому оба плеча оказываются включенными симметрично относительно нулевого потенциала, чем устраняется асимметрия питания и антенный эффект.

Параллельное соединение симметричного вибратора и приставки в точках ав (рис. 17.14) расширяет полосу пропускания устройства. При длине вибратора с увеличением рабочей частоты сигнала реактивная составляющая его входного сопротивления будет иметь индуктивный характер ( ), а симметрирующая приставка – емкостной характер ( ). Поэтому результирующее реактивное сопротивление устройства уменьшается, а полоса пропускания соответственно расширяется. Аналогичный результат получается при уменьшении частоты.

Подключение петлевого вибратора к коаксиальному фидеру также требует применения симметрирующего устройства. В качестве симметрирующего устройства широкое распространение получило так называемое U – колено. Как видно из рис. 17.13в, центральный проводник отрезка коаксиальной линии длиной подключается к входным клеммам вибратора. Таким образом, оба плеча вибратора находятся под одинаковым потенциалом относительно «земли», что обеспечивает симметрию его питания. Петлевой вибратор с входным сопротивлением 300 Ом может быть представлен системой из двух равных плеч, соединенных последовательно. Правое плечо вибратора подключено к точке а через U – колено. Как известно, полуволновая линия не обладает трансформирующими свойствами. Поэтому в точке а параллельно соединены два плеча вибратора с сопротивлением 150 Ом каждый. Таким образом, в точке а входное сопротивление системы оказывается равным 75 Ом, что обеспечивает согласование с фидером, если у него такое же значение волнового сопротивления.

Для обеспечения симметрии питания симметричного вибратора коаксиальным фидером также можно использовать U – колено. Однако потребуется дополнительно согласующее устройство, в качестве которого чаще всего применяется четвертьволновый трансформатор.

17.4 Передающие телевизионные антенны

Передача телевизионных программ осуществляется в диапазоне метровых и дециметровых волн в пределах четырех частотных полос: 48,5 ÷ 66 МГц (1-2 ТВ канал), 76÷100 МГц (3-5 ТВ канал), 174÷230 МГц (6-12 ТВ канал), 470÷870 МГц (21-70 ТВ канал).

Как известно, метровые и дециметровые радиоволны распространяются практически прямолинейно. Поэтому радиус действия передающей станции ограничен зоной прямой видимости. Для увеличения зоны вещания передающие антенны устанавливают на опорах высотой 100-300 метров и более, что в свою очередь требует использования фидеров большой

длины. Отсюда предъявляется высокое требование к согласованию фидера с антенной (КБВ ≥ 0,85). В противном случае значительный уровень стоячей волны в фидере приведет к образованию многоконтурности изображения на экране телевизора («повторов»).

Для обеспечения хорошего качества изображения необходимо также, чтобы полоса пропускания антенны была не менее 8 МГц. Тонкие вибраторы этой полосы обеспечить не могут. Для расширения полосы пропускания необходимо уменьшать волновое сопротивление вибратора за счет увеличения площади его плеч. Для уменьшения ветровой нагрузки плечи выполняют в виде решетки из труб (рис. 17.15а). Место крепления труб к опоре в точке О образует короткозамкнутый шлейф. В месте короткого замыкания потенциал равен нулю, что позволяет в этом месте крепить вибратор к опоре без изолятора. При ширине пластин плеч равной 0.25λ входное сопротивление шлейфа очень велико, что не вызывает шунтирования фидера в точках его подключения к вибратору.

По мере удаления от точек питания амплитуды токов в трубах уменьшаются из-за уменьшения напряжения. Для выравнивания амплитуды токов вибратор выполняют со скосами к точкам питания (рис. 17.15б). Уменьшение длины трубы относительно резонансной увеличивает ее реактивное входное сопротивление, что ведет к соответствующему уменьшению амплитуды тока.

Передающий центр располагается соответственно конфигурации обслуживаемой территории. Чаще всего он расположен в её центре. В этом случае передающая антенна телецентра не должна обладать направленностью в горизонтальной плоскости. В иных случаях, когда, например, телецентр находится на краю обслуживаемой территории, передающая антенна должна обладать направленными свойствами в горизонтальной плоскости. В вертикальной плоскости для формирования ДН и обеспечения требуемого коэффициента усиления антенна выполняется в виде решетки из вибраторов. Количество элементов решетки (этажей) колеблется от 2 до 50.

Традиционно телевизионное вещание осуществляется на волнах с горизонтальной поляризацией с целью ослабления воздействия индустриальных (промышленных) помех, имеющих преимущественно вертикальную поляризацию. Однако в связи с быстрым ростом количества телецентров и местных ретрансляторов нашли свое применение антенны вертикальной поляризации, что позволило обеспечить развязку по поляризации при работе телецентров и местных ретрансляторов на одноименных каналах.

На отечественных телецентрах в основном используются антенны трех типов: турникетные, панельные и радиально-штыревые. Перспективным также является применение щелевых решеток, выполненных на основе коаксиальных линий.

Широкое распространение получили Ж-образные вибраторы (рис. 17.15в), совмещающие в себе два плоских вибратора. Такой вибратор крепится к металлической опоре в точках короткого замыкания а и в без изоляторов при общей высоте вибратора порядка 0,65λ.

Параллельное соединение полуволнового вибратора и короткозамкнутого шлейфа длиной , как было показано ранее, дополнительно расширяет полосу пропускания вибратора. В результате полоса пропускания составляет около 40%. Входное сопротивление вибратора равняется 150 Ом.

Т у р н и к е т н а я а н т е н н а представляет собой многоэтажную антенную решетку из Ж-образных вибраторов. Каждый этаж решетки содержит два взаимно-ортогональных Ж-образных вибратора, которые образуют турникетный излучатель (рис. 17.16).

Турникетный излучатель крепится к круглой металлической опоре (трубе) малого диаметра, установленной на самом верху телевизионной башни. Система распределительных фидеров и симметрирующих устройств расположена внутри опоры. Как было показано выше, вибраторы крепятся к опоре непосредственно в точках нулевого потенциала без изоляторов, что также обеспечивает грозозащиту.

Для получения круговой ДН в горизонтальной плоскости плечи вибраторов в этаже питаются последовательно со сдвигом по фазе на 90° (рис.17.17). Образование круговой ДН объясняется следующим образом. Поле первого вибратора с плечами 1, 3 в произвольной точке пространства А определяется по формуле

(17.3)

поле второго с плечами 2, 4 – по формуле

(17.4)

Результирующее поле в точке А равно

(17.5)

Выражение еj(ωt-kr-φ) является фазой результирующего поля, откуда следует, что амплитуда поля не зависит от φ. Таким образом, турникетная антенна создает в горизонтальной плоскости равномерное излучение во всех направлениях.

Схема питания плеч вибраторов, развернутых в плоскости, приведена на рис. 17.18. Фидер подключается в точке а правого вибратора. В этой же точке подключен фазосдвигающий отрезок коаксиальной линии, связывающий оба вибратора. В точке в фаза возбуждающего тока при длине отрезка линии l = 0,25λ запаздывает на 90° и обеспечивает требуемый режим питания турникетной антенны в целом.

Переменно-фазное питание вибраторов в турникетной антенне одновременно с формированием круговой ДН позволяет расширить полосу пропускания антенны по сравнению с одиночным Ж-образным вибратором. Как следует из рис. 17.18, в точке а оба Ж-образных вибратора соединяются параллельно через фазосдвигающий отрезок линии. При работе на частоте fраб ≠ fрезон входное сопротивление обоих вибраторов имеет одинаковое значение реактивной составляющей по величине и знаку. Подключение левого вибратора (рис. 17.18) к точке а сопровождается изменением знака реактивного сопротивления на противоположный. Например, если fраб > fрезон, то оба вибратора имеют одинаковые значения реактивной составляющей входного сопротивления индуктивного характера. Реактивная составляющая входного сопротивления левого вибратора в точке а имеет емкостной характер за счет фазосдвигающего отрезка линии. В результате общая величина реактивного сопротивления уменьшается, а полоса пропускания антенны соответственно увеличивается. Такая схема питания антенны называется схемой с однократной компенсацией реактивностей.

Повышение требований к коэффициенту усиления антенны вынуждает увеличивать количество этажей. Однако это в свою очередь для увеличения прочности конструкции требует увеличения диаметра круглой опоры, к которой крепятся турникетные излучатели. Как следствие, увеличивается расстояние между плечами вибраторов, из-за чего сужается ДН обоих вибраторов. В результате этого ДН турникетной антенны становится отличной от круговой (рис. 17.19). Коэффициент усиления турникетных антенн обычно не превышает 6 ÷ 7 дБ.

Значительно более высокий коэффициент усиления (15 ÷ 17 дБ) имеют антенны панельного типа.

П а н е л ь н а я а н т е н н а. Элементом панельных антенн является модуль (панель), который представляет собой синфазную решетку из двух или четырех симметричных вибраторов, расположенных в ряд (рис. 17.20). Вибраторы, которые крепятся к апериодическому рефлектору решетчатой формы, могут быть полуволновыми или волновыми.

На частотах, превышающих 174 МГц, преимущественно применяются волновые вибраторы с пониженным волновым сопротивлением, выполненные из стальных труб большого диаметра. На частотах менее 174 МГц из-за возникающих технологических трудностей используются полуволновые плоские вибраторы. На рис. 17.21 приведены конструкции полуволновых и волновых панелей.

Крепление полуволновых вибраторов к рефлектору осуществляется с помощью электрических изоляторов – четвертьволновых шунтов. Волновые вибраторы крепятся непосредственно к рефлектору серединами плеч, где имеется нулевой потенциал. В обоих типах панелей используются симметрирующее устройство, в качестве которого служит четвертьволновая приставка. Для получения в горизонтальной плоскости ДН, близкой к круговой, панели в этаже располагают по периметру опоры квадратного сечения (рис. 17.22).

Существует два способа питания панелей – синфазное и переменно-фазное. В первом случае вибраторы в панелях одного этажа питаются синфазно. Во втором случае питание вибраторов осуществляется со сдвигом по фазе на 90°. Сначала рассмотрим формирование ДН в горизонтальной плоскости в случае синфазного питания панелей.

В горизонтальной плоскости в формировании ДН участвуют панели только одного этажа. Причем в любом направлении поле создается только двумя панелями, т.к. другие две панели затенены рефлекторами. Поля каждой из двух панелей при синфазном питании отличаются по фазе только из-за разности хода лучей до точки наблюдения. По правилу сложения векторов амплитуда результирующего поля в случае полуволновых вибраторов равняется

(17.6)

где (17.7)

(17.8)

Здесь r1 ≈ r2 ≈ r, dр – расстояние от вибратора до рефлектора, Ф – сдвиг фаз между полями. В случае волновых вибраторов

(17.9)

(17.10)

Величина фазового сдвига Ф определяется из формулы

(17.11)

где R – расстояние от центра опоры до фазового центра F1 или F2.

Фазовым центром антенны называется точка, в которую нужно поместить одиночный излучатель сферической волны, который формирует такое же распределение поля в пространстве, как и данная антенна.

При переменно-фазном питании со сдвигом на 0,5π разность фаз лучей складывается из пространственной разности фаз и разности фаз по питанию:

(17.12)

Анализ показывает, что при переменно-фазном питании ДН сильнее отличается от круговой по сравнению с синфазным питанием. Однако схема переменно-фазного питания осуществляет двукратную компенсацию реактивностей, что значительно расширяет полосу пропускания антенны (до 60%).

Рассмотрим это подробнее. Все вибраторы в этаже питаются от точки а (рис. 17.23) подключением фидера последовательно с помощью четвертьволновых отрезков коаксиальной линии, которые сдвигают фазу питающего тока на 90°. Фазу питания вибратора 4, такую же, как показано на рис. 17.23, можно получить, подключив его к точке а, одновременно повернув панель вокруг своей оси на 180° (пунктир). Таким образом, в точках а и в попарно соединены параллельно вибраторы 1и 4 (в а) и 2-3 (в в). На резонансной частоте входное сопротивление всех вибраторов чисто активное. На частоте отличной от резонансной входное сопротивление всех вибраторов приобретает одинаковую по величине и знаку реактивную составляющую. Однако вибратор 4 подключается к вибратору 1 через фазосдвигающий отрезок линии и его реактивное сопротивление в точке а меняет знак. Поэтому результирующее реактивное сопротивление в точке а уменьшается. Аналогичное происходит в точке в. Таким образом, в точках а и в остается некомпенсированное реактивное сопротивление одинаковой величины и знака. Реактивное сопротивление в в подключается к а также через фазосдвигающий четвертьволновый отрезок линии, в результате чего изменяется знак реактивности. Поэтому в точке а происходит сложение реактивностей с разным знаком, из-за чего общая реактивность вновь уменьшается. Такая схема питания называется схемой двукратной компенсации реактивностей.

Диаграмму направленности антенны в горизонтальной плоскости близкую к круговой при синфазном питании панелей можно получить, если расстояние между фазовыми центрами F1 и F2 (рис. 17.21) не превышает 2λ. По той же причине переменно-фазное питание применяется, когда сторона квадрата сечения опоры не превышает λ.

Диаграмма направленности передающей антенны в вертикальной плоскости должна иметь такую форму, чтобы напряженность поля поверхностной волны не зависела от расстояния. Естественное убывание напряженности поля, пропорциональное расстоянию, должно компенсироваться увеличением напряженности поля за счет специальной формы ДН. Этим требованиям отвечает ДН косекансного типа (рис. 17.24а):

Реальные ДН (рис. 17.24б) передающих антенн, применяемых в телевидении, резко отличаются от ДН, рассчитанной по формуле (14.6). Напряженность поля, создаваемая реальной антенной, убывает с ростом расстояния. Территория близкая к антенне, облучается полем боковых лепестков, и в направлении «нулей» ДН качество приема резко ухудшается. Поэтому для более равномерного облучения обслуживаемой территории нужно применять антенны с узким главным лепестком ДН и без глубоких минимумов между боковыми лепестками.Сужение главного лепестка ДН достигается увеличением вертикальных размеров антенны (количеством этажей), а «размывание» нулей ДН обеспечивается за счет расфазирования одного или двух средних этажей антенны на ± 90°.

Наклон главного лепестка ДН к Земле относительно линии горизонта обычно составляет , что достигается питанием каждого последующего по высоте этажа антенны с опережением по фазе на соответствующий угол. Величина угла определяется из простых соображений. Как следует из рис. 17.25, в направлении сдвиг фаз полей за счет возникшей разности хода лучей должен быть скомпенсирован сдвигом фаз за счет питания :

,

или (17.13)

где d – расстояние между этажами.

Требуемый сдвиг по питанию обеспечивается подбором длины питающей линии.

Р а д и а л ь н о – ш т ы р е в а я а н т е н н а. Передающая ТВ антенна может быть выполнена из несимметричных вибраторов (штырей), радиально расположенных в горизонтальной плоскости по периметру опоры круглого сечения. На рис. 17.26 изображена радиально-штыревая антенна, разработанная Д.М. Трускановым. Антенна содержит восемь вибраторов в этаже, где каждый последующий вибратор возбуждается со сдвигом по фазе относительно предыдущего на 90°. В результате ДН в горизонтальной плоскости близка к круговой. Неравномерность ДН не превышает 6 %. Десять этажей антенны обеспечивают требуемый коэффициент усиления.

17.5 Приемные телевизионные антенны

Качество изображения на экране телевизионного приемника в большой мере зависит от свойств приемной антенны. Приемная антенна должна обладать направленными свойствами в горизонтальной плоскости, причем максимум главного лепестка ДН должен быть ориентирован в направлении передающего телевизионного центра. Сужение главного лепестка ДН позволяет уменьшить влияние помех на качество изображения, а низкий уровень боковых лепестков уменьшает вероятность приема отраженных лучей от различного рода объектов, вызывающих многоконтурность изображения и потерю четкости.

На небольших расстояниях от телецентра можно применять простейшие вибраторные антенны, как комнатные, так и установленные на высоких опорах или крышах зданий. С ростом расстояния усложняется конструкция антенны и увеличивается высота антенных опор.

Наиболее широкое распространение получили директорные антенны (раздел 14.6).

В качестве активного вибратора преимущественно применяется петлевой вибратор Пистолькорса. При использовании полуволнового симметричного вибратора входное сопротивление антенны из-за влияния директоров снижается до 30-40 Ом, что затрудняет согласование антенны с фидером. Петлевой вибратор имеет входное сопротивление 300 Ом, поэтому даже под влиянием пассивных вибраторов его входное сопротивление оказывается достаточным для обеспечения удовлетворительного согласования. Петлевой вибратор не требует изолятора при его установке, так как он крепится непосредственно к металлической штанге в точке нулевого потенциала. Конструкция директорной антенны приведена на рис. 17.27.

Вопросы для самопроверки

1. Перечислить и объяснить способы расширения полосы пропускания вибраторных антенн.
2. Назначение устройств симметрирования и согласования вибраторных антенн с фидером.
3. Типы симметрирующих устройств и принцип их действия.
4. Перечислить требования к передающим антеннам телевизионных центров.
5. Объяснить принцип действия и конструкцию турникетной антенны.
6. Объяснить способ формирования ДН в горизонтальной плоскости.
7. Объяснить принцип расширения полосы пропускания турникетной антенны.
8. Как устроена панельная антенна?
9. Какие достоинства и недостатки имеет панельная антенна по сравнению с турникетной?

назад | cодержание | вперёд