Во многих практических приложениях радиотехники: в радиосвязи, в радиолокации и радионавигации, в устройствах специального назначения и других областях к передающей антенне, как правило, предъявляется требование работы в широком диапазоне частот. Стремительный рост количества каналов УКВ ЧМ радиовещания и телевизионного вещания, наблюдающийся в последнее время, обуславливает потребность в широкополосных передающих антеннах, которые могли бы обеспечить работу нескольких радиостанций при использовании общего фидера от передатчиков, установленных на поверхности Земли, к антенне, установленной на высоте несколько сотен метров относительно поверхности Земли. Такие антенные системы должны обеспечивать передачу сигналов нескольких передатчиков, работающих на разных частотных каналах и перекрывать один или несколько диапазонов радиовещания, например УКВ1, УКВ2 или УКВЗ1. При этом должна обеспечиваться высокая степень согласования антенны с фидером и круговая диаграмма направленности (ДН) антенны в горизонтальной плоскости.
Принципиальные технические вопросы, связанные с построением антенн с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости были решены еще до появления УКВ ЧМ вещания, а именно в коротковолновом диапазоне, в 30-х годах прошедшего столетия. Однако в коротковолновом диапазоне эти решения оказались невостребованными. Реализация этих принципов сводилась к тому, что вибраторы располагались либо нормально к оси опоры и питались токами, сдвинутыми друг относительно друга по фазе на угол, равный геометрическому углу между вибраторами, либо располагались параллельно стороне многоугольника (по периметру опоры). В последнем случае можно было осуществлять как синфазное питание вибраторов, так и питание со сдвигами фаз, равными геометрическому углу между вибраторами.
1 Согласно ГОСТ Р 51 269−99 диапазону радиовещания УКВ1 соответствуют частоты 65,9. .73,9 МГцдиапазону УКВ2 — 87,5. .100 МГцдиапазону УКВЗ — 100. .107,9 МГц.
Наиболее характерными разработками, основанными на этих принципах, являются трёхэтажные турникетные антенны Московского и Киевского телецентров, выполненные из одинарных плоскостных вибраторов [27] и типовые турникетные антенны из сдвоенных плоскостных вибраторов [27].
Типовые конструкции в СССР были созданы в комплексе со свободностоящей башней высотой 180 м, предназначенной для размещения турникетной телевизионной антенны и антенны радиостанции двухпрограммного УКВ ЧМ вещания. Верхняя часть башни была выполнена в виде призмы размерами 1,75×1,75×25 м3, вокруг которой располагались вибраторы уголковой антенны УКВ ЧМ вещания, работающие на одной из частот в диапазоне 65,9.73,9 МГц. Телевизионная антенна устанавливалась непосредственно над призмой, на вершине башни.
Позднее с целью обеспечения многопрограммного телевизионного вещания были разработаны два типовых многопрограммных комплекса, устанавливаемых на опорах высотой 235 и 350 м. При этом антенны располагали одну над другой. Причём высота антенной части могла составлять в зависимости от числа программ и используемых диапазонов частот величину, равную 100−150 м.
Проблема перехода к двухпрограммному телевизионному вещанию в областных центрах, обладающих опорами высотой 180 м, в своё время была решена путём укорочения антенны УКВ ЧМ вещания и размещения на освободившейся части призмы 8-ми этажной антенны из 32 панелей.
В соответствии с типовым проектом уголковая антенна представляет собой 6 этажную антенную решётку. После демонтажа 3-х верхних этажей антенны, укороченная антенна имеет в вертикальной плоскости диаграмму направленности, содержащую три лепестка равной интенсивности. Один из них, как того и требуется, ориентирован вдоль горизонта. Второй и третий лепестки ориентированы вдоль оси опоры, создавая, с одной стороны, недопустимую по санитарным нормам плотность потока мощности у поверхности земли в окрестности опоры, с другой стороны, уменьшая коэффициент направленного действия антенны. Этот пример приведён для того, чтобы показать, что предложенных ранее технических решений оказалось недостаточно для решения задач перехода к многопрограммному УКВ ЧМ и телевизионному вещанию с существующими башнями.
Потребовались новые идеи, новые технические решения, которые позволили бы на существующих опорах размещать дополнительно не предусмотренные ранее антенны. В связи с этим представляет интерес новый подход к построению передающих антенн УКВ ЧМ, предложенный в [37]. В указанной работе рассмотрен способ построения антенной решётки, расположенной на поясе антенной опоры. Основой подхода является использование закономерностей в структуре поля дифракции электромагнитных волн на поясах опоры. Показано, что при учёте явления огибания решётчатая опора для электромагнитных волн метрового диапазона является достаточно прозрачной для того, чтобы можно было обеспечить круговую диаграмму направленности решётки в горизонтальной плоскости. При этом антенные решётки оказывается возможным построить из таких простых элементов, как симметричные вибраторы, т. е. из лёгких, хорошо обтекаемых потоком воздуха, удобных при монтаже антенн. В [36] автором диссертации предложена конструкция вибраторной антенны, отличающейся широкой полосой рабочих частот. Применение широкополосной симметричной вибраторной антенны [36] в качестве излучающего элемента упомянутой ранее антенной решётки [37] решает проблему обеспечения многоканального радиовещания в диапазоне УКВ с антенных опор областных радиотелевизионных центров.
Обзор антенн для многоканального УКВ ЧМ радиовещания.
При построении антенных систем в качестве излучателей обычно применяются панельные антенны. В работе [28] описана конструкция такой антенны, предназначенной для работы в диапазоне УКВЗ. Рефлектор этой панельной антенны имеет решётчатую апериодическую конструкцию. Применён один активный вибратор. Габаритные размеры антенны составляют.
1800×1400×940 мм при весе 35 кг. Антенна предназначена для работы с фидером с волновым сопротивлением 75 Ом. В диапазоне частот 100. 108 МГц обеспечивается КСВ ниже величины, равной 1,24. По уровню КСВ, равному величине 1,15 полоса рабочих частот антенны лежит в пределах 101. 106 МГц, что составляет 5% от средней частоты рабочего диапазона. Ширина диаграммы направленности по уровнюЗдБ составляет 120°. При монтаже антенных решёток, состоящих из панельных антенн, на опорах с размерами поперечного сечения много меньше длины волны для обеспечения равномерной ДН в горизонтальной плоскости рекомендуется использовать по 2 панели на каждом этаже. Для монтажа на опору с размерами сечения близкими к длине волны рекомендуется использовать не менее 4 панелей на этаж. Таким образом, четырёхэтажная антенная решётка без учёта веса делителя мощности обладает массой около 600 кг.
В работе [28] описана конструкция несимметричного вибратора, устанавливаемого на электрически тонкой антенной опоре. Применена антенная система, конструкция которой содержит расположенные в одном горизонтальном сечении два несимметричных вибратора. При этом центральные проводники соответствующих фидеров подключены к плечам вибраторов, а внешние проводники соединены с опорой. Обеспечена противофазная запитка вибраторов. Такая конструкция излучателя не возбуждает проводящую опору. В случае, если пара несимметричных вибраторов в плоскости горизонта расположена под углом 180°, они представляют собой симметричный горизонтальный вибратор, с соответствующей полосой рабочих частот, составляющей 3% при уровне КСВ ниже 1,15. Диаграмма направленности такого вибратора имеет нули в плоскости горизонта в направлениях, совпадающих с продольной осью вибраторов. Пистолькорсом А. А. [22] была предложена конструкция уголкового вибратора, где пара несимметричных вибраторов расположена под углом 90° друг к другу. При этом неравномерность ДН в горизонтальной.
2 Ширина полосы частот указана относительно средней частоты диапазона — здесь и далее. плоскости не превышает ±-ЗдБ. В горизонтальном сечении могут быть установлены три или четыре несимметричных вибратора, что способствует обеспечению более равномерной ДН в горизонтальной плоскости.
В работе [54] проведён анализ характеристик шунтового вибратора. Показано, что полоса частот согласования шунтового вибратора по сравнению с обычным вибратором, имеющим те же размеры, значительно шире, причём расширение полосы происходит в сторону более длинных волн. Это достигается за счёт того, что реактивная часть импеданса антенны близка к нулю. Входное сопротивление шунтового вибратора зависит от геометрических параметров шунта и обычно составляет несколько сотен Ом.
В работе [23] исследована вибраторная антенна, содержащая разнесенные по оси первое и второе плечи вибратора, симметрирующее устройство в виде короткозамкнутого четвертьволнового отрезка двухпроводной линии, причем внешний проводник коаксиального фидера соединен с первым плечом вибратора в зазоре между плечами вибратора, а центральный проводник фидера соединен со вторым плечом вибратора в упомянутом зазоре. При этом обеспечивается симметричное относительно середины проводника распределение тока. Антенна имеет узкий диапазон рабочих частот, не превышающий 4% на уровне КСВ в линии питания, равного 1,2. Габаритные размеры антенны, рассчитанной для работы на средней частоте 104 МГц, составляют 1300×100×50 мм, а масса не превышает 3 кг.
В работе [4] предложена вибраторная антенна, содержащая полуволновый вибратор и симметрирующее устройство в виде короткозамкнутого четвертьволнового отрезка двухпроводной линии, причём плечи вибратора выполнены в виде круговых металлических конусов, обращённых вершинами навстречу друг другу. Фидер в точке питания антенны подключен последовательно с разомкнутым четвертьволновым отрезком коаксиальной линии. Полоса рабочих частот антенны шире полосы частот обычного полуволнового вибратора и зависит от угла при вершине конусов, который составляет величину 30.60°. Однако массогабаритные характеристики такой антенны значительно хуже, чем у обычного полуволнового вибратора.
В работе [52] описан способ построения двухчастотной антенны, представляющей собой пространственную проволочную конструкцию, содержащую линейные (вертикальные) и кольцевые проводники и реактивные нагрузки. Антенна имеет шунтовое питание. Антенна работает в двух диапазонах: 65,9.74 МГц с обеспечением горизонтальной поляризации и 100. 108 МГц с обеспечением вертикальной поляризации. Согласование с фидером достигнуто с помощью применения Y-трансформатора и конструктивной ёмкости. Масса антенны составляет 3,5 кг, при габаритах 1300×500×500 мм. Ширина полоса рабочих частот по уровню КСВ 1,2 составляет 2%.
В работе [28] показано, что при соединении отдельных излучателей в антенной системе с помощью схемы с «эхопоглощением» можно расширить полосу рабочих частот антенны. Суть таких схем заключается в том, что за счёт разности путей прохождения сигнала от делителя мощности (ДМ) до отдельных антенн отражённые от антенн сигналы, вернувшись в ДМ складываются противофазно, тем самым способствуя снижению уровня КСВ на входе ДМ. В наиболее простом случае двух антенн для обеспечения «эхопоглощения» длина одного из фидеров должна отличаться на четверть длины волны в кабеле. В [28] рассматриваются схемы однои двухуровневого «эхопоглощения». Для антенной системы, содержащей панельные антенны с уровнем КСВ, равным величине 1,5 на рабочей частоте, применение одноуровневого «эхопоглощения» обеспечивает по уровню КСВ 1,15 полосу частот шириной 30%, а применение двухуровневого «эхопоглощения» обеспечивает полосу частот шириной 50%. Однако отмечено, что полной компенсации отражённых волн в таких системах не происходит из-за трансформации фидерами входных импедансов антенн, вследствие чего импедансы нагрузок ДМ отличаются друг от друга, что приводит к искажению формы ДН.
В работе [63] рассмотрены некоторые способы увеличения числа передаваемых частотных каналов радиотелевизионным центром. Показано, что применением суммирующего устройства можно ввести вещание дополнительного канала УКВ ЧМ диапазона, используя существующую типовую передающую антенну. Отмечается, что суммирующее устройство обладает ограничением на разнос частот суммируемых сигналов величиной 16 МГц. Рассмотено применение широкополосных антенных систем, способных обеспечить передачу сигналов радиопередатчиков, работающих в одном или нескольких соседних диапазонах. Одна широкополосная антенная система должна заменять собой несколько типовых антенных систем, которыми, как правило, оборудовались радиотелевизионные передающие центры. При этом высвобождается место на антенной опоре и становится возможной установка на опору новых антенн. Как альтернатива использованию широкополосных антенных систем с устройствами суммирования, предложено использование антенн с несколькими независимыми входами. Такое конструктивное решение свободно от недостатка устройства сложения, связанного с частотными ограничениями. Рассмотрено применение двухполяризационных антенн и возможность излучать поле с круговой поляризацией.
В [61] подробно рассмотрен расчёт антенной системы в виде антенной решётки с несколькими независимыми входами, предназначенной для работы на нескольких смежных частотных каналах. Определены условия, при соблюдении которых для такой антенной системы возможно добиться равномерной ДН в горизонтальной плоскости.
В [77] описан принцип работы и схемы построения двухвходовой и четырёхвходовой антенн. Четырёхвходовая антенна, содержащая 32 вертикальных волновых вибратора, образующих восьмиэтажную конструкцию по 4 вибратора на этаже, обладает ДН в горизонтальной плоскости, отличающейся от круга не более чем на ±1,5 дБ для каждого из входов. КСВ на входах антенны не превышает величину, равную 1,1 на средней частоте рабочего диапазона.
Принципы построения разреженных антенных решеток исследованы в [82]. Метод применим к антенным решёткам, состоящим из направленных излучателей, например, панельных антенн. Показано, что за счёт определённой ориентации максимумов ДН излучателей решётки можно увеличить шаг размещения излучателей, однако при этом сокращается полоса рабочих частот антенны. При шаге размещения излучателей в горизонтальной кольцевой четырёхэлементной антенной решётке, равном 3,3 длины волны на верхней частоте рабочего диапазона обеспечивается близкая к кругу ДН в горизонтальной плоскостиполоса рабочих частот собственно решётки (зависящая от множителя решётки) составляет 28%.
Минимизация числа излучателей антенной решётки рассмотрена также в работе [62]. Выведены соотношения, с помощью которых определяются оптимальная ширина и уровень боковых лепестков ДН излучателя. Получены формулы для нахождения оптимальной ориентации ДН излучателей.
Актуальность темы
Диссертационная работа посвящена исследованию оригинальной симметричной вибраторной антенны, отличающейся широкой полосой рабочих частот, предназначенной для многоканального УКВ ЧМ радиовещания. Либерализация доступа к эфиру, платёжеспособная потребность в рекламе, повышение значимости местного и регионального вещания, вещания на языках народов России привели в настоящее время в нашей стране к интенсивному развитию сети телевизионного и УКВ ЧМ радиовещания. С другой стороны, фактором, влияющим на характер технического развития радиои телевизионной передающей сети, является отсутствие затратного финансирования. Примером тому служит несостоявшееся строительство новой радиотелевизионной башни в г. Челябинске, затянувшееся строительство новой радиотелевизионной башни в г. Екатеринбурге. Таким образом, налицо значительная потребность в антенно-фидерных устройствах (АФУ) для новых каналов радиовещания и телевидения, которые должны быть введены в строй быстро и при минимальных затратах. Поскольку антенная опора (радиотелевизионная башня) является дорогим и обычно долго строящимся инженерным сооружением, то для размещения антенно-фидерных устройств вновь открываемых каналов телерадиовещания приходится ориентироваться на использование позиций на башне, считавшимися непригодными для этих целей до недавнего времени.
Новый подход к построению и размещению антенн на нетрадиционных позициях на башне, открывающий путь к увеличению количества каналов, вещаемых с одной антенной опоры, предложен в патенте Войтовича Н. И. «Антенная система для установки на поясе башни"3, а также в работах автора диссертации [36], [39], [40], [41] и [42]. Основой нового подхода является использование для построения передающих антенн закономерностей в структуре поля дифракции электромагнитных волн на поясах антенной опоры. Реализация подхода предполагает использование пространственной антенной решетки, в качестве излучающих элементов которой используются вибраторные антенны. Известные вибраторные антенны являются узкополосными. Их диапазон рабочих частот на уровне коэффициента стоячей волны (КСВ), равном величине 1,15, не превышает 3.5%.
Антенные системы, реализующие указанный подход и использующие в качестве излучающего элемента широкополосную вибраторную антенну, исследуемую в настоящей диссертационной работе, решают проблему введения новых каналов, поскольку они обеспечивают работу с несколькими передатчиками в одном-двух диапазонах частот УКВ ЧМ радиовещания. При этом антенны обладают небольшой массой и малой парусностью. Такие антенные системы могут быть смонтированы на поясе антенной опоры (башни) ниже вершины на незанятых другими антеннами местах, и обеспечивать при этом круговую диаграмму направленности (ДН) в горизонтальной плоскости.
3 Патент на изобретение № 2 121 738, Россия. — МПК6Н01 Q 3/00.-№ 97 103 285/09- заявлено.
04.03.97, опубл. 10.11.98. Бюл.№ 31. Приоритет 04.03.97 (Россия).
Объект и предмет исследования. Объектом исследования в настоящей работе является оригинальная симметричная вибраторная антенна, представляющая собой два параллельных вибратора, связанных друг с другом двояко: «сильной» распределённой электромагнитной связью и гальванически посредством двух короткозамыкателей.
Антенна возбуждается в зазоре между плечами одного из вибраторов источником, включенным последовательно с согласующим устройствомпричём с плечами возбуждаемого вибратора соединён также отрезок короткозамкнутой двухпроводной линии, играющий роль симметрирующего устройства.
Предметом исследования в настоящей работе являются электродинамические характеристики предложенной антенны, такие как входной импеданс и диаграмма направленности.
Целью диссертационной работы является:
1) разработка численной модели предложенной широкополосной вибраторной антенны, обеспечивающей достаточную точность прогнозирования электродинамических параметров рабочих образцов антенны;
2) выявление с помощью численной модели основных закономерностей в поведении входного сопротивления широкополосной вибраторной антенны;
3) экспериментальные исследования согласования с фидером образца широкополосной вибраторной антенны.
Для достижения поставленной цели в работе предполагается:
1) разработать физическую модель конструкции предложенной широкополосной вибраторной антенныприменительно к физической модели в рамках создания численной модели решить электродинамическую задачу о нахождении распределения тока вдоль проводников антенны, находящейся в свободном пространстве, при заданном источнике возбуждения в виде источника сторонней ЭДСдля постановки задачи использовать тонкопроволочное приближениераспределение тока найти в виде значений амплитуд разложения искомой токовой функции с помощью кусочно-синусоидального базиса, применив при этом обобщённый метод наведённых ЭДС для составления системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) — на этапе разработки численной модели интегралы, входящие в выражения для коэффициентов при неизвестных СЛАУ, представить по методу Симпсона;
2) на основе полученного распределения тока вдоль проводников антенны и значения величины ЭДС возбуждающего источника вычислить диаграмму направленности и входное сопротивление антенны;
3) исследовать поведение входного сопротивления антенны в диапазоне частот с использованием численной модели при изменении размеров одного или нескольких элементов антенныпроизвести выбор оптимальных размеров для образца антенны по критерию максимально широкой полосы частот согласования антенны с фидером;
4) исследовать поведение согласования антенны в диапазоне частот с помощью проведения экспериментов с макетом предлагаемой антеннысопоставить полученные результаты с результатами численного моделирования.
Содержание диссертационной работы.
В первой главе разрабатываются физическая, математическая и численная модели предложенной антенны. Физическая модель основана на конструкции предложенной антенны. При разработке математической модели используется метод тонкопроволочного приближения, обосновывается справедливость его применения. Рассмотрение теоремы взаимности в интегральной форме приводит к описанию антенны с помощью взаимных сопротивлений между отдельными электрически короткими отрезками её проводников. На основе этого описания составляется СЛАУ, в результате решения которой находится функция распределения тока вдоль проводников антенны. Для определения коэффициентов СЛАУ при неизвестных выводятся выражения для ближнего поля вибратора, плечи которого имеют произвольную длину и расположены под углом друг к другу, отличающимся от 180°. Численное представление интегралов соответствует методу Симпсона. Анализируются возникающие погрешности вычислений.
Во второй главе производится исследование предложенной антенны с помощью численной модели. Находятся зависимости от частоты активной и реактивной частей входного сопротивления антенны, а также КСВ в фидере. Определяется поведение указанных частотных зависимостей при изменении размеров антенны: длины согласующего отрезка фидера, длин вибраторов, расстояния между вибраторами, расстояния между короткозамыкающими проводниками, радиуса проводников вибраторов и короткозамыкателей, длины симметрирующего шлейфа, расстояния между проводниками симметрирующего шлейфа. Разрабатывается методика согласования антенны с фидером с заданным волновым сопротивлением. Также в главе 2 рассматриваются способы расширения полосы рабочих частот антенны. Исследована ДН антенны в диапазоне частот.
В третьей главе описывается экспериментальный макет предложенной антенны. Приводятся результаты экспериментальных исследований поведения согласования антенны с фидером при изменениях размера согласующего отрезка фидера, длин вибраторов, расстояния между вибраторами, расстояния между короткозамыкающими проводниками, длины симметрирующего шлейфа. Полученные экспериментальные зависимости сравниваются с аналогичными зависимостями, рассчитанными с помощью численной модели. Также приводятся зависимости от частоты КСВ шестнадцати широкополосных вибраторных антенн, предназначенных для установки на антенной опоре Челябинского ОРТПЦ, производится статистический анализ этих зависимостей. Анализируется экспериментально полученная ДН антенны в плоскости Н.
Основные выводы по диссертационной работе сформулированы в заключении.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Разработана новая вибраторная антенна, отличающаяся широкой полосой рабочих частот. Диапазон рабочих частот предложенной антенны при уровне КСВ ниже 1,15 составляет 17,6%. Такой полосы достаточно для перекрытия, например, третьего и частично второго диапазонов УКВ радиовещания. Новизна технического решения подтверждается патентом РФ на изобретение [36]. Антенна состоит из первого и второго вибраторов, соединённых короткозамыкающими проводниками, симметрирующего устройства и устройства компенсации реактивной составляющей входного импеданса. При этом массогабаритные характеристики и парусность новой антенны остаются на уровне обычных вибраторных антенн, что является несомненным преимуществом по отношению к панельным антеннам, применяемым в практике телевизионного и радиовещания с 50-х годов прошлого столетия до настоящего времени. Диаграмма направленности антенны в свободном пространстве в плоскости Н по форме близка к кругу. Входное сопротивление антенны 75 Ом или 50 Ом, коэффициент усиления равен 2,5 дБ.
2. Решена электродинамическая задача о нахождении распределения тока по проводникам конструкции предложенной антенны, находящейся в свободном пространстве, при заданном источнике возбуждения. При этом использованы интегральная форма теоремы взаимности и тонкопроволочное приближение. Получена система линейных алгебраических уравнений (СЛАУ), коэффициенты при неизвестных и свободные члены которой найдены с помощью обобщённого метода наведённых ЭДС. Решением системы являются амплитуды при функциях кусочно-синусоидального базиса, используемого для аппроксимации функции распределения тока.
3. Для определения коэффициентов СЛАУ найдено поле в ближней зоне диполя, плечи которого имеют произвольную (неравную друг другу) длину и расположены под углом, отличающимся по величине от 180°. Вывод формул проведён на основе решения уравнений Максвелла с помощью метода запаздывающего векторного электрического потенциала. При этом приняты допущения о нитевидности и синусоидальном законе распределения тока вдоль пробного диполя, идеальной проводимости проводников рассматриваемой антенны.
4. Исследована зависимость входного импеданса предложенной антенны от размеров её элементов. С помощью численных экспериментов определены оптимальные размеры антенны по критерию её согласования с фидером во втором и третьем диапазонах частот УКВ радиовещания.
Показано, что использование в конструкции антенны второго вибратора, короткозамыкающих проводников и устройства компенсации реактивной составляющей импеданса антенны позволяет расширить полосу частот согласования антенны с фидером по уровню КСВ, равному 1,15, в 4 раза по сравнению с известной вибраторной антенной с симметрирующим устройством.
Установлено, что основными размерами предложенной антенны, влияющими на её частотные свойства, являются:
1) длина согласующего отрезка коаксиальной линии, определяющая реактивную составляющую импеданса антенны;
2) расстояние между вибраторами, равно как и расстояние между короткозамыкающими проводниками, определяющие действительную часть импеданса антенны;
3) длины вибраторов, определяющие центральную частоту рабочей полосы частот антенны;
4) радиусы проводников вибраторов, а также короткозамыкающих проводников.
Теоретическую значимость и прикладную ценность представляют следующие результаты работы:
1. Предложена новая вибраторная антенна, обладающая широкой полосой частот согласования с фидером и, одновременно, преимуществом в отношении массогабаритных характеристик и парусности по сравнению с известными панельными антеннами.
2. Разработаны численная модель, алгоритмы и программы расчёта на ЭВМ характеристик предложенной антенны.
3. Установлены зависимости ширины полосы пропускания антенны от её размеров. По критерию максимальной ширины полосы рабочих частот определены оптимальные параметры антенны, предназначенной для работы во втором и третьем УКВ диапазонах радиовещания.
Реализация результатов работы:
1. Изготовлены и испытаны 16 образцов предложенной антенны, предназначенные для работы в диапазоне частот 96. 108 МГц в составе передающей антенной решётки. Данная антенная решётка в июне 2003 г. смонтирована на антенной опоре Челябинского областного радиотелевизионного передающего центра, введена в эксплуатацию и обеспечивает работу шести УКВ ЧМ передатчиков в диапазоне частот 96,4. 107,8 МГц.
2. Численная модель, алгоритмы и программы расчёта антенны используются в учебном процессе в Южно-Уральском государственном университете в курсах «Техническая электродинамика», «Электродинамика и распространение радиоволн», «Антенны и устройства СВЧ», «Информатика».
3. Методика расчета и программное обеспечение для расчёта электродинамических параметров линейных антенн с нагрузками используются в ООО «Инжиниринг, глиссады, антенны» (г. Челябинск) для разработки новых образцов вибраторных антенн для телевизионного и радиовещания, для связи и радиотехнических систем специального назначения.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы были доложены на:
1) ежегодных научно-технических конференциях Южно-Уральского государственного университета (Челябинск, 2000—2004 гг.);
2) третьем Всероссийском семинаре «Техническая политика в развитии современного телевизионного вещания в России» (г. Сочи, 5−8 июня 2001 г.);
3) семинаре директоров филиалов ГУЛ Российская Телевизионная и Радиовещательная Сеть на Урале, в Сибири и на Дальнем Востоке (г. Челябинск, май 2003 г.);
4) международной научно-практической конференции «СВЯЗЬПРОМ-2004» (г. Екатеринбург, 5−7 мая 2004 г.).
Выступления получили одобрение в научных кругах и в эксплуатирующих организациях, а результаты обсуждения использованы в дальнейшей работе. По результатам работы опубликован патент [36], три доклада [39], [40], [41], одна статья [38], одно учебное пособие [42].
На защиту выносятся:
1. Новый подход к разработке широкополосной вибраторной антенны, заключающийся в обеспечении равенства активной составляющей импеданса антенны волновому сопротивлению фидера на двух частотах в заданном диапазоне за счёт применения двух излучающих проводников, связанных между собой двояко: «сильной» распределённой электромагнитной связью и гальванически посредством двух короткозамыкателей.
2. Конструкция новой вибраторной антенны.
3. Физическая, математическая и численная модели предложенной антенны.
4. Закономерности в поведении электродинамических характеристик предложенной антенны в зависимости от геометрических размеров антенны.
5. Методика синтеза антенны для работы с фидером с заданным волновым сопротивлением.
Вывод.
Создана новая полезная вибраторная антенна, обеспечивающая излучение сигналов в широкой полосе частот и тем самым решающая проблему ввода новых радиотелевизионных станций и станций связи с подвижными объектами.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
