DEMA中波短天線性能介紹

一、 概述

傳統(tǒng)天線（classical antennas）是根據(jù)赫茲（Hertz）定理的半波長(zhǎng)共振理論來(lái)設(shè)計(jì)的。 當(dāng)應(yīng)用在中波廣播頻段時(shí),根據(jù)頻率其高度一般在60～150m左右。為保證輻射效果、提高輻射效率,還必須以天線桅桿或塔體為中心鋪設(shè)直徑約0.5λ的輻射狀地網(wǎng)。這都帶來(lái)一系列的問(wèn)題：如有限土地資源的浪費(fèi)、巨大建設(shè)費(fèi)用的投入、日常維護(hù)費(fèi)用的增加、對(duì)大中型城市市區(qū)的低耗均勻覆蓋、強(qiáng)電磁波的空間和環(huán)境污染、高架塔體的雷擊概率及塔體自身安全等。

因此有人一直在研究中波天線的小型化問(wèn)題。但由于沒(méi)有突破單激勵(lì)諧振輻射的基礎(chǔ)理論和調(diào)配方法，多沒(méi)有得到理想的結(jié)果。這主要表現(xiàn)在調(diào)配帶寬窄、覆蓋范圍小、輻射效率差和承載功率低等四個(gè)方面。根本原因是短小天線的自身輻射電阻Rr太低，而不必要的電抗分量太大所致。有研究資料表明：當(dāng)天線高度低于0.02λ時(shí)，SWR=2的頻帶寬度將小于1%,根本不能滿(mǎn)足全固態(tài)中波廣播發(fā)射機(jī)FO±9KHz，對(duì)所接負(fù)載SWR≤1.3的要求。

適當(dāng)改變天線主輻射體的形狀（加粗成筒,加載成帽,稱(chēng)E筒）,并在主輻射體與地線板（稱(chēng)GP板）之間插入一個(gè)大小適中、位置恰當(dāng)?shù)母陛椛潴w（如圓盤(pán)，稱(chēng)D盤(pán)）,并同時(shí)對(duì)兩輻射體實(shí)施等功率、非諧振的雙激勵(lì)相移饋電，高度低于0.01λ的天線就能在中波廣播的任意頻點(diǎn)上與全固態(tài)中波廣播發(fā)射機(jī)實(shí)現(xiàn)良好的匹配，并有效地工作運(yùn)行。我們給這種天線定名為：DEMA雙激勵(lì)中波短天線（Double Excitation Medium Wave Short Antenna）。

　　DEMA有非常明顯的特點(diǎn)：

1. 體積小、占地少。

工作在中波廣播中心頻段的DEMA，其GP板面積為36m2，為傳統(tǒng)天線地網(wǎng)所需17672m2占地的2‰。

2. 高度低、安全好

此時(shí)E筒的高度為3m，約0.01λ，是傳統(tǒng)天線高度的4%。在這種高度下，天線被雷擊及倒塌的可能性大為減少。

3. 頻帶寬、工作穩(wěn)

實(shí)際調(diào)配的數(shù)據(jù)表明,如此低矮短小的中波廣播發(fā)射天線在1000KHz±11KHz的頻帶范圍內(nèi)其SWR小于1.2,這對(duì)于保證系統(tǒng)的穩(wěn)定工作是大有好處的。

4. 感應(yīng)弱、抑制強(qiáng)

盡管DEMA的工作頻帶很寬，但在同一天線發(fā)射場(chǎng)內(nèi)它對(duì)其它天線,或其它天線對(duì)DEMA及不同DEMA相互之間的感應(yīng)都非常小, 這主要是由主輻射體的電長(zhǎng)度短，近場(chǎng)區(qū)空間電磁場(chǎng)的體積小、高度低，須D盤(pán)、E筒同時(shí)實(shí)施等功率、非諧振、雙激勵(lì)相移饋電才能進(jìn)行有效工作及特定的調(diào)配網(wǎng)絡(luò)同時(shí)具帶通濾波器功能，對(duì)帶外能量有很強(qiáng)的抑制特性所決定的。這就給在一個(gè)相對(duì)較小的區(qū)域范圍內(nèi)架設(shè)多副DEMA并同時(shí)工作發(fā)射或在傳統(tǒng)的天線發(fā)射場(chǎng)內(nèi)逐步增設(shè)DEMA提供了可能。

5. 消耗小、覆蓋勻

由于上述的特點(diǎn)，DEMA還可有效對(duì)解決大中型城市市區(qū)的低消耗均勻覆蓋及強(qiáng)電磁波的空間和環(huán)境污染問(wèn)題。傳統(tǒng)天線受高度及鋪設(shè)地網(wǎng)需要大面積土地的限制只能在遠(yuǎn)離城市中心的郊外設(shè)置，其輻射的電磁波能量也就只能從某一個(gè)方向進(jìn)入城市市區(qū)，為完成對(duì)城市最遠(yuǎn)點(diǎn)邊緣的覆蓋必須加大發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率，這將造成巨額運(yùn)行費(fèi)用的長(zhǎng)期投入，同時(shí)還會(huì)形成不必要的強(qiáng)電磁波的空間和環(huán)境污染問(wèn)題。DEMA可在城市中心的任意樓層頂部架設(shè)，并用較小功率的發(fā)射機(jī)對(duì)其饋電即可達(dá)到較好的均勻覆蓋效果，對(duì)特大型城市及城市形狀分布特別的城市還可采用多點(diǎn)小功率同步廣播方式來(lái)實(shí)現(xiàn)理想覆蓋。如果實(shí)施中波廣播中小功率發(fā)射的無(wú)人值守，運(yùn)行費(fèi)用將進(jìn)一步降低。

二、 工作原理

該天線結(jié)構(gòu)由 主輻射筒E、副輻射盤(pán)D、接地板GP 三部分組成。

　　當(dāng)單獨(dú)對(duì)E筒實(shí)施諧振饋電時(shí)，E筒與GP板之間在產(chǎn)生垂直的曲面電場(chǎng)EE的同時(shí)還將產(chǎn)生水平的環(huán)狀磁場(chǎng)HE。此時(shí)的HE滯后于EE 90°,這是典型電基本振子近區(qū)感應(yīng)場(chǎng)的相位特性。隨著電磁能量向周?chē)臄U(kuò)散，由于傳輸路徑的不同及電場(chǎng)強(qiáng)度復(fù)矢量和磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量相關(guān)分量作用的變化,EE和HE的相位會(huì)逐步趨近,直至在某一距離附近達(dá)到同相，并合成玻印廷矢量（Poyntingvector）形成輻射（部分電磁能量脫離功率源向無(wú)限遠(yuǎn)處的空間行進(jìn)）,這一區(qū)域被稱(chēng)之為交互作用區(qū)（interaction zone）。

實(shí)際上感應(yīng)的電磁場(chǎng)隨著距離的增加其能量衰減是非常之快的，能夠到達(dá)交互作用區(qū)合成玻印廷矢量形成輻射的能量是非常之少的，特別是對(duì)于低矮短小的天線。同時(shí)磁場(chǎng)的路徑衰減速度比電場(chǎng)更快。這就是此類(lèi)天線輻射效率低，調(diào)配帶寬窄的根本原因。

　　如果對(duì)D盤(pán)、E筒同時(shí)實(shí)施等功率、非諧振和雙激勵(lì)相移饋電時(shí)，由于磁場(chǎng)HE與HD的疊加合成使交互作用區(qū)的距離向天線體靠近，從而實(shí)現(xiàn)相對(duì)高能量狀態(tài)下的玻印廷矢量合成（合成電場(chǎng)EC與合成磁場(chǎng)HC同相），并形成輻射。此時(shí)由于D盤(pán)和E筒的共同輻射，使兩個(gè)輻射電阻RD和RE同時(shí)加大，在保證工作帶寬的同時(shí)實(shí)現(xiàn)有效輻射，從而使高度低于0.01λDEMA的寬帶有效輻射成為現(xiàn)實(shí)。

　　另外，加載于E筒之上的錐形帽還具有壓縮垂直方向的主瓣以提高地波輻射性能的作用。

其垂直場(chǎng)型與傳統(tǒng)λ/4振子天線的對(duì)比如下：

　　水平場(chǎng)型同傳統(tǒng)λ/4振子天線，為無(wú)方向性的同心圓。

由于D盤(pán)與E筒共同作用形成的輻射使交互作用區(qū)向天線體靠攏，該天線與傳統(tǒng)λ/4振子天線的場(chǎng)強(qiáng)分布特性對(duì)比如下圖所示：

　　從理論上講DEMA屬于非諧振天線的范疇，同時(shí)還具有盤(pán)、筒電壓較低的特點(diǎn)，而且其工作帶寬與天線尺寸的大小、高低無(wú)關(guān)，但大功率的寬帶移相器畢竟難以制作，因此在中波頻段低端的工作帶寬會(huì)比其高端有所降低，輻射效率也會(huì)低一些。所以要想在中波頻段低端取得較好的工作效果，DEMA的尺寸還是大一些為好，當(dāng)然這對(duì)于提高允許饋電功率的容量也是有好處的。

三、 主要指標(biāo)

1、 接口阻抗 50Ω或75Ω（工作頻點(diǎn)）

2、 接口形式 IF45 （≤5Kw/3m、≤10Kw/6m）
IF70 （≤50Kw/9m）

3、 阻抗匹配 f = f o，S≤1.1；
Δf ≥ 18KHz，S≤1.3；
Δf ≥ 20KHz，S≤2.0

4、 極化形式 垂直

5、 天線增益 0--3dB

6、 天線效率 ≥80%

7、 安裝位置 平地及樓頂均可

8、 天線間距 發(fā)射功率 傳統(tǒng)天線 DEMA
1Kw 15m 8m
5Kw 24m 12m
10Kw 30m 15m
30Kw 40m 20m
50Kw 50m 25m

9、 抗風(fēng)強(qiáng)度 可承受11級(jí)

10、使用年限 ≥30年

四、 安裝形式

平地安裝

平地安裝的連接方式如下圖所示：

　　具體的安裝形式如下：

　　接地板對(duì)地的高度為2~3m，當(dāng)工作頻率較低或輸入功率較大時(shí)，這個(gè)高度高一些為宜。

樓頂安裝

樓頂安裝的連接方式如下圖所示：

　　具體的安裝形式如下：