Телевизионная передающая антенна с режекторной ДН

20 декабря 2011 г, 12:18

ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА

Телевизионная передающая антенна с режекторной ДН

Рассмотрен вариант построения одноканальной ТВ передающей антенны с практически круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости, в которой в небольшом секторе углов обеспечивается сильное подавление излучения. Представлены численные результаты по характеристикам направленности и уровню подавления для двух типов защитного экранов — прямоугольного и уголкового.

Пыхова МЛ.,

инженер Главного радиочастотного центра

Гайнутдинов Т.А.,

доцент кафедры ТЭДиА МТУ СИ

В связи с наличием сложной электромагнитной обстановки в диапазоне 742,0-750,0 МГц возникает проблема электромагнитной совместимости между ТВ передающей антенной 55-ю канала и антенной системы специального назначения. Для исключения нежелательной взаимной связи между этими двумя типами антенн возможны следующие меры:

1. Использование взаимною сотосия сторон на совместную борьбу с помехами в процессе эксплуатации вплоть до определения очередности в графиках работы этих типов антенн;

2. Изменение поляризации ТВ передающей антенны и или антенны системы специального назначения целью обеспечения поляризационной развязки между ними;

3. Создание зон радиатени в направлении потенциально опасных зон взаимного влияния.

Как нетрудно видеть из вышеприведенного перечня, наиболее простым и экономически эффективным способом решения данный проблемы является последний пункт, связанный с формированием в исходной, практически круговой диаграммы направленности (ДН) в горизонтальной плоскости ТВ передающей антенны небольшого углового сектора в направлении на место установки антенны системы связи специального назначения в котором достигается подавление излучения ТВ антенны.

Для реализации такого псдовленю в роботе предлагается устанавливать вблизи ТВ передающей антенны металлический экран с отверстием, обеспечивающий подавление излученю за счет компенсации в направлениях сектора подавления поля дифрагирующего на кромках экрана с полем проникающим сквозь отверстие. Отметим что аналогичные методы формирования нулей в заданном направлении уже довольно доено используются при модификации зеркальных антенн [1].

Антенну с ДН в которой имеются направления практически нулевого излучения при практически всенаправленном излучении в

других направлениях, по аналогии с рациатехн^ескими фильтрами в дальнейшем будем называть антенной с режекторной ДН. Примерный вид режекторной ДН в декартовой системе координат приведен на рис. 1.

Как видно из этого рисунка антенна с режекторной ДН должна обеспечивать уровень ДН не более в пределах сектора подавления ДО и уровень ДН не менее и1|ТЖ1 вне этого сектора. Таким образом зги 3 величины, а также крутизна спада полностью описывают режеюгорную ДН. Заметим что конкретные значенм) этих величин зависят от степени загрузки диапазона и соответственно для каждого конкретного случая могут быть разными. Для численного критерия эффективности подавления в заданном секторе углов ДО возможна как и минимизация конкретной величины максимального значения ДН в этом секторе, т.е минимизация 110тах, так и максимизация внутренней развязки, т е максимизация разности между 1)1пж) и ио^ (максимизация (и, ^ - исЬах). Выбор того или иного критерия зависит от важности системы ТВ-вещония на донном канале. В случае если система имеет небольшой приоритет, целесообразен первый критерий, в случое если системой пользуются большое количество пользователей необходимо использовать второй. Во всех дальнейших расчетах, связанных с оптимизацией положения защитного экрана и формой отверстие в нем, использовался критерий о максимизации внутренней развязки.

Для решения задачи о влиянии экрана на излучение первичной антенны воспользуемся методом численного решения задач дифракции электромагнитных волн на незамкнутых поверхностях [2,3]. Метод основан на численном решении интегрально-дифференциальных уравнений первого рсдо относительно токов текущих по экрану.

Для решения задачи дифракции монохроматического электромагнитного поля на незамкнутой поверхности произвольной формы введем систему криволинейных координат цД V так чтобы § совпадала с чостью координатной поверхности я * я0 (рис. 2).

Тогда связь декартовых координат с криволинейными определяется формулами:

х*х

Плотность полного тока, наведенного на поверхность Б (т. е. сум-

Рйс. 1. Режекторная детрамма исправленное гм

Т-Сотт, #8-2011

IX -* *

Р\«с 2. Система криволинейных ортогональных координат

93

ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА

ма плотностей тока, наведенного на обеих сторонах) является источником вторичного электромагнитного поля Е и Н.

Й». г>) - <° і і

Используя формулы, связывающие электродинамические потенциалы А и 4і и вектора электрического и магнитного поля Е и Н, опуская точку наблюдения М на экран Б, получим предельные соотношения которые имеют вед иктегро-дифференциальных уравнений

ІІПІ

М-*і

ІІП1

М-».ч

Я(.Ь,К? + ^Н,К?>т.1у

.X ]

II ||у К V + Іу Ц ^ V )х*1У

13)

'.>/&)+ О-)- (;Л * т’ яр '»•=«

Система уравнений справедлива при произвольном первичном поле. Система интегрально-дифференциальных уравнений решается путем формирования системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) и его численного решена относительно распределения токов по экрану. Для этого распределение тока разлагается по базисным ступенчатым функциям с неизвестными весовыми коэффициентами^, .Iй-. При этом поверхность Б разбивается на п, (отрезок ^5 и пу (отрезок [\>м, ък]) элементов ДБ- с последующим использованием метода коллокации. В результате получаем СЛАУ в точках кол-локации, вида

Цг, т'(.\г) + \ т, <»/>.

»-і * і

І !>', Г"ОІ) + V, Х/ОІ* £Г|Ж,

»-І > І

где [г^ х п^] — полное число точек коллакции,

г" і І і

’»Н*Н VI *Н І

Помещая точку наблюдения М в середину каждого из элементов ДБ. из (5) определяются^., Зная плотность токов текущих по

экрану, находим характеристики электрического поля, переотра-женного и дифрагнрующе го на экране.

При нахождении поля, прошедшего сквозь отверстие, использовался следующий подход

К«с 3. Прямоугольный экран с щелевым отверстием

94

Для прямоугольного экрана с щелевым отверстием, изображенном на рис. 3, амплитуда поля в точке, находящейся на расстояние (^ много больше наибольшего размера экрана) под утлом

в ш агс^У^ имеет вид [4, 5]

<Н-Хі\')(І\ЇІГ I I 0(х,у)і/хііу “Л*» “ “Л т» J

г*)

где 0(.г,.»)в-------- .... -----

+ V )*+ -V + у*

| — амплитуда поля первичной антенны у щели.

Таким образом, используя систему формул (2-7), можно рассчитать ДН любой первжной антенны в присутствии экрана с отверстием.

Передающие телевизионные антенны обычно [6] выполняют в виде системы горизонтальных симметричных вибраторов; расположение и схема питания вибраторов определяют форму диаграммы направленности и величину коэффициента усиления (КУ) антенны. Чосто применяемая на практике телевизионная передающая антенна представляет собой 'Чурникетную" модель, которая состоит из двух скрещенных горизонтальных симметричных вибраторов, сделанных из металлических труб. При возбуждении двух вибраторов со сдвигом по фазе на 90° суммарная диаграмма в той же плоскости становится почти всенаправленной.

Направленность в вертикальной плоскости (а, следовательно, и коэффициент усиления антенны) можно улучшил, путем установки на антенной мачте нескольких ярусов турникетных антенн одна над другой.

Рассмотрим мсдель одноканальной ТВ передающей антенны, представленную на рис 4.

Антенна представлена в виде трех пар элекгр^еских вибраторов длиной 18 см, расположенных на расстоянии 30 см друг от друга. Пара вибраторов имеет одинаковое значение токов с фазой, равной О и 90 градусов. Увеличение числа ярусов ТВ антенны связано с улучшением коэффициента усиления антенны В свою очередь это усложняет конструкцию антенны. Поэтому расстояние межд/ ярусами было подобрано таким образом, чтобы сделать их число минимальным для достижения нужного усиления равного 5 дБ [6]. Расчетная ДН такой ТВ антенны в горизонтальной плоскости представлена на рис. 5. Все расчеты производились в программном пакете ХГОТО [7].

вс. 4. Модель передаощей ТВ остенны

Т-Сотт, #8-201 1