Д1 Д2 ДЗ

телецентр

Рис. 1.26. Антенна типа волновой канал направленности (б)

а) и ее диаграмма

директоров и далее - поля от активного вибратора и рефлектора будут складываться в одной фазе и результирующее поле увеличится. В реальной антенне опережение фазы тока в рефлекторе несколько отличается от 90°, а амплитуда тока в рефлекторе несколько меньше, чем в активном вибраторе. Поэтому некоторая часть энергии излучается антенной за рефлектор.

Директоры антенны возбуждаются результирующим полем активного вибратора и рефлектора. Для того чтобы вторичное поле директоров повышало напряженность поля в главном направлении, наведенные в них токи должны отставать по фазе от тока активного вибратора. Это достигается соответствующим выбором длин директоров и их взаимным расположением. Длины директоров выбирают равными (0,41...0,45)>-. Расстояние между директорами и первым директором и активным вибратором выбирают (0,1...0,34)>.. С уменьшением расстояний между активными и пассивными вибраторами ток в пассивных вибраторах увеличивается, но при этом за счет влияния последних сильно уменьшается входное сопротивление активного вибратора. Для облегчения согласования антенны с фидером активный вибратор часто выполняют петлевым.

Специфические требования предъявляются к передающим антеннам метровых волн для звукового и телевизионного радиовещания, так как они располагаются на большой высоте и несут большую механическую нагрузку от ветра; кроме того, увеличивается вероятность удара в них молнии. Поэтому при конструировании антенн избегают применения керамических изоляторов, а по мере возможности используют жесткие механические конструкции.

Телевизионные передающие антенны должны обеспечивать возможно большую зону обслуживания. Так как в большинстве случаев телецентр располагается вблизи середины зоны обслуживания, диа-

а а

о 6

о о в

а а

О 6

0,25Х

Рис. 1.27. Передающая телевизионная антенна

грамма направленности передающей антенны в горизонтальной плоскости должна быть круговой. Для уменьшения бесполезного излучения сигнала в верхнее полупространство в вертикальной плоскости желательна концентрация излучения в направлении горизонта. Кроме того, передающая антенна должна обеспечивать широкую полосу пропускания порядка 8 МГц.

На первых телевизионных станциях в нашей стране применялись антенны Б.В. Брауде, представляющие собой вибратор плоской конструкции, в котором излучающие пластины для уменьшения ветровой нагрузки заменены проводниками (см. рис. 1.27, а).

Если вертикальный размер антенны выбрать 0,25Х, то эту антенну можно рассматривать как обычный симметричный вибратор, совмещенный с короткозамкнутым шунтом (рис. 1.27, б). В нем, так же как и в рассмотренном на рис. 1.25 петлевом вибраторе, точки а-а имеют нулевой потенциал, и антенну в этих точках можно непосредственно крепить к мачте без изоляторов. Это упрощает грозозащиту. Изоляторы необходимо устанавливать лишь в точках питания вибратора.

Недостатком вибратора Брауде является то, что горизонтальные проводники в нем возбуждаются токами разных амплитуд. Объясняется это тем, что по мере продвижения по шунту напряжение от максимального значения в точках подкпючения питания падает до нуля в точках короткого замыкания. Токи в проводниках можно выровнять, выполнив плечи вибратора в виде трапеции (см. рис. 1.27, в).

Глава 1. Принципы радиосвязи

Большое распространение получили Ж-образные вибраторы, совмещающие в себе два плоских трапецеидальных вибратора (см, рис. 1.27, г). Питание подводится к середине вибратора, в том месте, где расположены короткие горизонтальные проводники. Для получения ненаправленного излучения в горизонтальной плоскости две Ж-образные антенны располагаются под углом 90° друг к другу и питаются со сдвигом фаз в 90°, образуя так называемую турникетную антенну. Для концентрации излучения в вертикальной плоскости несколько турникетных антенн располагаются этажами одна под другой и возбуждаются в одинаковых фазах. Сдвиг по фазе во взаимно перпендикулярных вибраторах осуществляется за счет увеличения длины одного из фидеров на 0,25А,. Одинаковые фазы во всех этажах получаются автоматически, так как расстояние между этажами равно X.

В диапазоне дециметровых и сантиметровых волн широко применяется антенна в виде рупора. Простейшей рупорной антенной является открытый конец металлической трубы прямоугольного или круглого сечения, так называемого волновода. Излучающая часть антенны называется раскрывом антенны. Отверстие волновода можно рассматривать как многовибраторную антенну, образованную из большого числа элементарных излучателей. Но такая антенна имеет ряд недостатков. Резкое изменение условий распространения на открытом конце волновода приводит к значительному отражению. Кроме того, в раскрыве имеет место огибание излученными волнами краев конца волновода, что ухудшает направленные свойства антенны. Для уменьшения отражений и улучшения направленных свойств конец волновода выполняют в виде рупора (рис. 1.28).

Направленность рупорной антенны увеличивается с ростом площади раскрыва рупора. В качестве самостоятельных антенн рупоры применяются редко, но часто входят в конструкцию многих более сложных антенн. Одной из них является зеркальная параболическая рефлекторная антенна (рис. 1.29). В ней роль

(10-20)Л,

Рис. 1.28. Рупорная антенна

Рис. 1.29. Зеркальная параболическая антенна

1.4. Антенно-фидерные устройства

отражателя выполняет металлическое зеркало, имеющее форму параболоида вращения или параболического цилиндра. При этом антенна излучает почти параллельный пучок лучей. Коэффициент направленного действия таких антенн очень высок и достигает Ю .

Недостаток рассмотренной антенны состоит в том, что часть энергии, отраженной от зеркала, попадает обратно через рупор в волновод. Это снижает эффективность передачи энергии и приводит к искажениям передаваемого сигнала. От этого недостатка свободна рупорно-параболическая антенна (рис. 1.30).

Из волновода 1 высокочастотная энергия поступает в пирамидальный рупор 2, являющийся облучателем сегмента параболоида вращения 3. Излученные антенной волны получаются плоскими, так как фазовый центр рупора, расположенный в его вершине, находится в фокусе параболоида. Для хорошего согласования рупора с волноводом угол раскрыва выбирается равным 30...40°, а длина рупора / = 50А,. Коэффициент усиления антенны растет с возрастанием площади раскрыва антенны S. При площади раскрыва 6...8 м коэффициент усиления равен Ю . В этом случае ширина диаграммы направленности равна примерно 2° как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях.

Разновидностью зеркальных антенн являются перископические антенны (рис. 1.31), позволяющие при помощи зеркал передавать высокочастотную энергию на вершину башни без линии или волновода. Поступающая от передатчика энергия излучается рупорной антенной в сторону эллипсоидального зеркала 3, расположенного у подножия

777777777777777777777

Рис. 1.30. Рупорно-параболическая антенна

Рис. 1.31. Перископическая антенна

мачты под угпом 45° к горизонту. Зеркало отражает падающие на него воины перпендикулярно вверх на плоское зеркало, установленное на вершине мачты также под углом 45°. Вторым зеркалом волны отражаются в нужном направлении. Коэффициент полезного действия передачи энергии в перископической антенне - порядка 50 %, что выше, чем если бы энергия подавалась наверх по волноводу.

Контрольные вопросы

1. Поясните принципы организации симплексной и дуплексной радиосвязи.

2. Как влияют Земля и ионосфера на распространение радиоволн?

3. Чем отличается распространение радиоволн различных видов?

4. Поясните общие принципы построения антенн.

5. Чем отличается природа возникновения замираний радиосигнала в диапазонах гектометровых и декаметровых волн?

6. Какие показатели характеризуют работу антенн?

7. Каковы особенности антенн километровых и гектометровых волн?

8. Какие требования предъявляются к антеннам декаметровых волн?

9. Каким образом формируется диаграмма направленности антенн декаметровых волн?

10. Каким образом работает антенна типа волновой канал ?

11. Опишите принцип работы антенн ультракоротких волн.

Список литературы

1. Изюмов Н.М., Линде Д.П. Основы радиотехники. - М.: Радио и связь, 1983.-376 с.

2. Гершензон Е.М., Полянина Г.Д., Соина Н.В. Радиотехника. - М.: Просвещение, 1986. -319 с.

3. .Дубровский В.А., Гордеев В.А. Радиотехника и антенны. - М.: Радио и связь,

1992.-368 с.

4. Чернышев В.П. Антенно-фидерные устройства радиосвязи и радиовещания. - М.: Связь, 1978.-288 с.

Глава 2. Передающие и приемные устройства систем радиосвязи и вещания

2.1. Радиопередающие устройства

Основные функциональные узлы радиопередатчика. Схема и конструкция радиопередатчика зависят от различных факторов: назначения, диапазона рабочих волн, мощности и т.д. Тем не менее можно выделить некоторые типичные блоки, которые с теми или иными вариациями имеются в большинстве передатчиков.

Структура передатчика (рис. 2.1) определяется его основными общими функциями, к которым относятся:

- получение вьюокочастотных колебаний требуемой частоты и мощности;

- модуляция вьюокочастотных колебаний передаваемым сигналом;

- фильтрация гармоник и прочих колебаний, частоты которых выходят за пределы необходимой полосы излучения и могут создать помехи другим радиостанциям;

- излучение колебаний через антенну.

Остановимся более подробно на требованиях к отдельным функциональным узлам радиопередатчика.

Антенна

Устройства электропитания

Рис, 2,1, Функциональная схема радиопередатчика