На головну

симетричні вібратори | щілинні випромінювачі | Діелектричні стрижневі антени | спіральні антени | Полоскова антени | рупорні антени | діректорной антени | антенні решітки | Багатоканальні резонаторні подільники потужності | Дискретні напівпровідникові фазовращатели |

Антени для телерадіомовлення і базових станцій систем рухомого зв'язку.

  1. CAD-системи
  2. D.3. Системи економетричних рівнянь
  3. Google_protectAndRun ( "render_ads.js :: google_render_ad", google_handleError, google_render_ad); Житлові будинки з каркасними безрігельной системами
  4. Grid-системи
  5. HLA - система; класи антигенів, біологічні функції, практичне значення HLA-типування.
  6. I'a-чштіе школи і становлення шкільної системи
  7. II. Базові принципи побудови та основні завдання загальнонаціональної системи виявлення та розвитку молодих талантів

До антен телерадіомовних центрів і базових станцій систем рухомого зв'язку пред'являються багато в чому аналогічні вимоги. Для збільшення зони обслуговування вони встановлюються на спеціальних вишках або дахах висотних будівель. При цьому збільшуються механічні навантаження, створювані вітром і опадами, що підвищує вимоги до механічної міцності антен. Значна ймовірність попадання блискавок виникає нагальна потреба забезпечення високої електричної міцності і використання спеціальних захисних заходів.

Як правило, передавальні центри та базові станції розташовуються в центрах обслуговуваних територій, тому їх антени не повинні мати спрямованості в горизонтальній площині. У тих же випадках, коли передавач розташовується на краю території, виникає необхідність в секторних по азимуту діаграмах спрямованості антен з низьким рівнем задніх і бічних пелюсток. Ширина сектора, при цьому, досить велика і зазвичай становить 30 ° ?180 °. У вертикальній площині, в свою чергу, діаграма спрямованості повинна бути такою, щоб рівень поля поблизу передавача не перевищував допустиму межу і був порівняно постійним на території, що обслуговується. Виходячи з цього, антени повинні мати високу спрямованість у вертикальній площині. Максимум випромінювання спрямований горизонтально або, при великій висоті фазового центру, зміщений на кілька градусів в сторону земної поверхні.

Поляризаційні характеристики таких антен залежать від прийнятої в конкретній системі поляризації поля. Загальним для них є те, що кругова поляризація практично не знаходить застосування. Даний факт пояснюється тим, що використання порівняно складних антен з круговою поляризацією в мережах з великим числом абонентів не виправдано ні за витратами, ні по досяжному ефекту. У діапазонах частот 50?200 Мгц, виділених в більшості країн світу для телевізійного мовлення в метровому діапазоні, основна частка перешкод має переважно вертикальну складову електричного поля. З цієї причини для телевізійного мовлення використовується лінійна горизонтальна поляризація. Таку ж поляризацію використовують для високоякісного УКХ ЧМ радіомовлення в діапазоні 70 МГц, при цьому часто використовують антени однакових конструкцій. У свою чергу, на транспортних засобах зручніше експлуатувати вертикальні вібраторні антени, тому в більшості професійних систем рухомого зв'язку і радіомовлення ФМ на частотах близько 100 МГц застосовується вертикальна поляризація поля, хоча в останньому випадку іноді допускається і горизонтальна. У стільникового зв'язку стандарту GSM для збільшення щільності мережі використовується поляризаційна розв'язка каналів. Антена базової станції, при цьому, повинна випромінювати на двох ортогональних поляризаціях. При малих розмірах абонентських пристроїв і довільним їх розташуванням в просторових координатах використовуються лінійні похилі поляризації з кутом до поверхні землі ± 45 ° або вертикальна і горизонтальна, відповідно.

Антени телерадіомовлення і базових станцій повинні бути досить широкосмуговими, щоб пропускати без спотворень необхідну смугу сигналів. Особливо високі вимоги пред'являються до телевізійних антен, які повинні бути узгоджені в смузі телевізійного каналу з КБВ вище 0,95 для виключення ефекту «фидерного луни». Він проявляється у вигляді «багатоконтурності» зображення через накладення відбитих від входів антени і передавача сигналів. У стандарті, прийнятому в Російській Федерації, смуга телевізійного каналу  і відносна робоча смуга найбільш низькочастотного першого метрового каналу ( )  15%, що накладає особливі вимоги до вибору конструкції антени. Досить високі вимоги пред'являються і до частотним характеристикам антен базових станцій. Так в стандарті GSM використовується дві частотних смуги по 25 МГц на прийом і передачу рознесених на 20 МГц. Загальна смуга для стандарту GSM-900 дорівнює 70 МГц, що становить 7,6%.

З огляду на діапазони частот і широкополосность, для харчування антен телерадіомовлення і базових станцій зазвичай використовують коаксіальні лінії передачі. При цьому, для антен телевізійного мовлення, де використовуються потужності до декількох десятків кВт, а довжина фідера складає 200 м і більше, частіше застосовують коаксіальний хвилевід з шайбовая або на металевих ізоляторах ізоляцією. Антени базових станцій або радіомовні харчуються коаксіальним кабелем із суцільною або пінисто-поліетиленовою ізоляцією, так як довжина фідера найчастіше не перевищує 100 м, а потужності 1 кВт. Хвильовий опір фідера зазвичай вибирають 50 Ом виходячи з максимуму електричної міцності і пропускається потужності.

Коаксиальная лінія, що використовується на хвилі Т-типу, має структуру поля, наведену на рис 4.1. Хвильовий опір визначається за відомою формулою

=  ln =  lg  (4.1)

де  - Відносна діелектрична проникність заповнення. Електричне поле в поперечному перерізі лінії розподілено нерівномірно. Максимум напруженості поля, як видно по густоті силових ліній на рис.4.1, знаходиться на поверхні центрального провідника. Амплітуда поля в максимумі визначається співвідношенням:

Еmax=  , (4.2)

де Р - потужність в коаксіалі.

 
 


Мал. 4.1 Структура поля коаксіальної лінії на хвилі типу Т

З формули 4.2 можна отримати оптимальне співвідношення між D і d, при якому пропускається потужність Р буде максимальною. Воно визначається як D / d = e = 2,72 при повітряному заповненні (  = 1). Підставивши це значення в формулу 4.1, одержимо оптимальне хвильовий опір 60 Ом.

Іншим фактором, що визначає співвідношення діаметрів, є ймовірність пробою коаксиала через перевищення різниці потенціалів між провідниками критичного значення. Він дає оптимальне співвідношення D / d = 1,65, що відповідає  = 30 Ом. Виходячи з цього, в якості стандартного, для кабелів використовуваних для передачі великих рівнів потужності (в тому числі і для харчування передавальних антен), вибрано хвильовий опір 50 Ом.

При проектуванні живлячої коаксиала необхідно забезпечити Еmax= 0,1?0,3Епр, Де Епр - Напруга пробою діелектрика, що заповнює коаксіал. значення Епр для провідників, часто застосовуються в коаксіальних лініях передачі і кабелях, наведені в таблиці 4.1.

 Таблиця 4.1

 діелектрики  Щільність, [г / см3]
 Повітря t = 200C р = 1 атм.Воздух t = 200C р = 1,5 атмПоліетіленПоліетілен вспененнийФторопласт - 4  1,0005761,0008502,31,3 2,1  10-810-85 · 10-41,1 2 · 10-4  3,24,820,010 30,0  1,3 · 10-31,3 · 10-30,920,35 1,85

Крім електричної міцності і пропускається потужності найважливішою характеристикою лінії передачі є загасання. Для коаксіальної лінії загасання визначається двома факторами: втратами на нагрівання провідників через не нескінченною їх провідності і втратами в діелектрику через наявність в них струмів провідності. Зазвичай ці втрати вважають взаємно незалежними, і коефіцієнт загасання записується у вигляді суми a = aМ+ aД, Де aМ - Коефіцієнт загасання в металі, а aД - Коефіцієнт загасання в діелектрику.

Для частот вище 5 МГц коефіцієнт загасання можна розрахувати за формулою:

=  , (4.3)

де f частота в Гц; d1= D - діаметр центрального провідника, d2= D - діаметр зовнішнього провідника, задані в мм;  - Відносна діелектрична проникність діелектрика;  - Тангенс кута втрат діелектрика;  - Відносні магнітні проникності провідників; ?1, ?2 питомі провідності провідників в Сим / м.

Якщо обидва провідника мідні (  , ?1= ?2= 5,7'107 Сим / м) з формули (4.3) отримаємо:

,

 . (4.4)

Як видно з формул 4.3, зменшити затухання можна не тільки шляхом збільшення розмірів D і d або застосуванням провідників з максимальними питомими проводимостями, але і підбираючи співвідношення діаметрів. Оптимум цього співвідношення залежить від діелектричної проникності діелектрика. При повітряному заповненні (  = 1) (D / d)ГУРТ= 3,6, що відповідає хвильовому опору 75 Ом. при збільшенні  до 2,0?2,5 (фторопласт, поліетилен) оптимальне хвильовий опір зменшується до 60?55 Ом (див. формулу 4.1). Виходячи зі сказаного випливає, що якщо отримання малого загасання є вирішальним фактором, то слідуємо застосовувати коаксіал з повітряно-пластмасовою ізоляцією (діелектричні шайби, кордель, балонна і ін.). Хвильовий опір, при цьому, має дорівнювати 75 Ом. Воно вибрано в якості стандартного для магістральних кабелів зв'язку.

Антени метрового діапазону встановлюються на самому верху телевізійної вежі. Для зменшення вітрового навантаження і збільшення механічної міцності при збереженні електричних характеристик вібратори виконують не суцільними, а з окремих горизонтальних стрижнів. З огляду на високі вимоги до широкосмугової, антени виконують у вигляді турнікетних на основі площинних (вібраторів Брауде) або Ж-образних, ескізи яких наведені на рис.4.2.

Мал. 4.2 Турнікетна випромінювачі

Кожен поверх такої антени виконується з двох взаємно перпендикулярних вібраторів, що живляться із зсувом фаз p / 2, що забезпечує практично кругову діаграму спрямованості в горизонтальній площині.

Головним недоліком турнікетних антен є вимога малого діаметра опори в порівнянні з розмірами плечей -  . При розносі плечей через збільшення перетину не вдається отримати рівномірну діаграму спрямованості в горизонтальній площині. Малий діаметр стійки опори обмежує її довжину 10?15 м, так як подальше збільшення призведе до вітрового розгойдування, а це, в свою чергу, до зміщення діаграми спрямованості у вертикальній площині. На зазначеній довжині не вдається розмістити більшого числа поверхів антени, що не дозволяє отримати вузьку в вертикальній площині діаграму спрямованості і, відповідно, коефіцієнта посилення більше 3?10 (в порівнянні з напівхвильового вібратором).

У верхній частині метрового телевізійного діапазону (з VI по XII канали, частоти з 174 по 230 МГц) використовуються панельні випромінювачі поодинокі або здвоєні (рис.4.3). Вони розташовуються по сторонах опори квадратного перетину або у вигляді правильного багатокутника. Для отримання кругової в горизонтальній площині діаграми спрямованості вібратори харчуються синфазно. Використовуючи достатню кількість поверхів можна отримати посилення до 20?50 в порівнянні з напівхвильового вібратором.

Мал. 4.3 Панельні випромінювачі:

б) поодинокі, в) здвоєні

Антени для радіомовлення в метровому і більш короткохвильових діапазонах, як правило, реалізуються у вигляді решітки з вертикальних симетричних вібраторів, що закріплюються на вертикальній стійці. Виходячи з необхідної механічної міцності і широкополосности вібратори виконуються достатньої товщини або петльовими. Сталість поля в азимутальной площині, в даному випадку, забезпечується характеристиками випромінювання вібраторів.

На базових станціях стільникового зв'язку застосовують панельні антени, що представляють собою лінійні антенні решітки вібраторних, Полоскова або щілинних випромінювачів. Вони виконуються у вигляді конструкцій закритих від опадів за допомогою пластикового обтічника і мають металевий корпус, заземлюючих по постійному струму для захисту від блискавок. Додаткова блискавкозахист забезпечується тим, що панелі встановлюються на технічних майданчиках, вище яких розташовуються металеві конструкції для установки ліхтарів світлоогородження і спеціальних блискавковідводів.

Базові станції, розташовані в центрі стільники, повинні мати антени з діаграмою спрямованості близькою до кругової в горизонтальній площині. Для отримання такої діаграми спрямованості використовують 3 або 4 панелі, які живляться синфазно. Через значну вартості панелі, враховуючи кабелі живлення, зазвичай обмежуються трьома, допускаючи нерівномірність діаграми до 0,5 від максимуму.

Так як фазові центри антени підняті на досить велику висоту, потрібно мати головний максимум ДН «нахиленим» до поверхні землі. Кут нахилу (див. Рис.4.4) залежить від радіуса Землі, висоти фазового цента і може бути визначений за співвідношенням:

 , (4.5)

де h- висота фазового центру;

R- радіус Землі.

Мал. 4.4 - Кут нахилу панелі.

Нахил діаграми спрямованості турнікетних антен забезпечується зазвичай фазіровкой випромінювачів, а антен стільникового зв'язку шляхом механічного нахилу панелі відносно площини горизонту.

 



Рефлекторні параболічні антени | Трійникового подільники потужності
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати