Исследование влияния прямоугольного проводящего экрана на ТВ передающую антенну с режекторной ДН

Исследование влияния прямоугольного проводящего экрана на ТВ передающую антенну с режекторной ДН

1. Постановка задачи

В настоящее время происходит интенсивное развитие сети телевизионного и УКВ ЧМ радиовещания. Сети ТВ-ретрансляторов планируются для расширения зоны действия мощных РПС, расположенных в краевых административных и культурных центрах. Развитие сети осуществляется в основном за счет увеличения числа станций малой мощности, особенно в зоне действия спутниковых систем, внедрения систем коллективного приема и кабельного телевидения, освоения диапазона дециметровых волн.

Расширение сети радиовещания на метровых и дециметровых волнах требует разрешения таких сложных вопросов, как определение зон обслуживания станций и зон помех на пересеченной и гористой местности, а также обеспечения ЭМС между радиопередающими станциями вещательной службы, между службами ТВ и ОВЧ ЧМ вещания (УКВ ЧМ) и другими службами, совместно использующими общие частотные полосы. Некоторые спутниковые системы, например «Экран», работают в полосах частот, используемых для наземного ТВ вещания. Мешающее влияние других радиостанций всегда уменьшает зону обслуживания. Измерить в месте приема уровень помех от других радиостанций практически невозможно. Использование ретрансляторов не гарантирует высокого качества вещания, так как при протяженной трассе в связи с малой напряженностью поля при приеме увеличивается вероятность воздействия помех тропосферного и ионосферного распространения сигналов. [2]

Одновременно с увеличением территории, обеспечиваемой ТВ и ОВЧ ЧМ вещанием, растет число каналов транслируемых в одном пункте. Таким образом, появляется значительная потребность в антенно-фидерных устройствах для новых радиоканалов. Для уплотнения радиоканалов и учитывая электромагнитную обстановку в регионах будем использовать электромагнитные экраны.

Антенны 55 телевизионного канала (ТВК) – это антенны дециметрового диапазона, этот канал входит в V частотный диапазон, занимающий полосу частот 582 – 790 МГц. В отличие от метрового диапазона он обусловлен уменьшением элементов антенн, в связи с уменьшением длины волны. Поэтому панели антенн дециметрового диапазона целесообразно выполнять с числом вибраторов более одного, объединяя их конструктивно в этажи.

Обычно антенно-фидерные устройства (АФУ) данного диапазона располагаются на верхней площадке, на опорах или мачтах высотой около 180 м. Как правило, это верхняя площадка на тонкой опоре. [1]

В связи с наличием сложной электромагнитной обстановки в диапазоне 742,0-750,0 МГц (55 канала) возникает проблема электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств, а именно - различных ТВ передатчиков, Чтобы гарантировать допустимое качество приема у населения, проживающего в зоне обслуживания. Телевизионные передатчики обеспечивают широкий сектор покрытия. Поэтому, исходя из реальной электромагнитной обстановки, сектор работы ТВ-антенн отличается от желаемого наличием секторов, где излучение подавляется. Так, например, применение передающих антенн с диаграммой направленности (ДН) излучения 180° позволяет вдвое увеличить значение мощности в нужном направлении.

Основной критерий подавления излучения от мешающих радиоэлектронных средств - это снижение на 10 дБ в секторе около 30 градусов. Коэффициент усиления без экрана – 5 дБ. [3]

Допускаемая нормативами неравномерность реальной ДН в зависимости от азимута излучения может достигать 3 дБ, что эквивалентно изменению излучаемой мощности вдвое и соответственно приводит к искажению идеального вида ДН.

Затенение участка зоны обслуживания при угле излучения ц° (угол, образованный горизонтальной плоскостью, проведенной через центр передающей антенны и направлением на точку приема) может быть существенно для гористой местности при решении проблем ЭМС.

Для решения поставленной задачи воспользуемся электромагнитным экраном с отверстием. Основное достоинство антенны с экраном это не только в регулирование диаграммы направленности антенны, но и в том, что благодаря наличию экрана антенна практически не возбуждаются металлоконструкцией опоры и допускает большие варианты размещения на опоре. [2]

Поскольку антенны исследуемого диапазона ТВ антенн располагаются на верхних этажах опоры, благодаря малости электрических расстояний, а также наличию экрана интерференция излучаемых волн проявляется слабо и неравномерность круговой диаграммы направленности оказывается малой.

ДН ТВ антенны с экраном рассчитаны на основе решения электродинамической задачи методом интегрального уравнения.

2. Алгоритм численного решения

Расчет параметров антенн выполнялся на основе предварительного решения электродинамической задачи о распределении тока по излучающим элементам методом интегрального уравнения (ИУ). Ниже приводится краткое описание использованного метода.

Электродинамическая задача решается в так называемом тонкопроволочном приближении [1.2, 1.5, 1.6]. Исследуемая антенна представляется системой электрически тонких проводников круглого сечения (сплошные поверхности аппроксимируются сетками таких проводников), которые считаются идеально проводящими, и задача формулируется следующим образом: требуется найти такое распределение тока, при котором на поверхности проводников выполняется граничное условие для электрического поля - равенство нулю тангенциальной составляющей [1.5, 1.6]. При этом в рамках тон