本发明涉及十米波偶极子阵天线尤其是这种天线的抗风问题。这一问题虽不仅限于旋转屏幕天线,然而对该种天线来说却十分突出。这也就是下面将针对这种天线研究抗风问题及解决方法的原因。本文也将叙述这种解决方法对于固定天线如在固定垂直天线杆之间排布的中的偶极子实际上都位于同一平面中,这就意味着可以不加区别地称之为偶极子阵或偶极子屏幕。 十米波偶极子阵列天线是一种高和宽均达数十米的天线,有的高度和宽度甚至达到100米以上。已有天线由偶极子形成的矩形垂直阵列组成,这些偶极子对称地分布在附加的横、纵线上,一个偶极子天线阵往往总是矩形或方形的。这一阵列总是和一个反射器在一起,该反射器通常由平行导线构成,这种反射器本身也是矩形或方形的,其尺寸比偶极子阵又要大得多,该反射器平行于偶极子阵。给定十米波天线的尺寸之后,要做成一个坚固的天线是十分困难的,因而也是十分昂贵的。而如果不能保证其坚固性,其结果是在有强风时,天线的适应性将大大改变。这种改变将导致其辐射特性被干扰乃至完全不能工作。
本发明的目的是防止或至少减轻上述缺陷。
具体实现的方法是使屏幕上地偶极子的分布不同于已有技术,即采用一种不同于矩形或方形的形状。
本发明涉及的十米波天线由一个垂直反射器和一个垂直屏幕构成,它们都工作在给定频段上,该屏幕由n组分布在n个不同面的辐射偶极子构成,n是一个不小于2的整数。在最高层一组的偶极子数目比最低层一组的偶极子数目至少少一个,在任意两偶极子组之间,比较高的一组中的偶极子数目不多于与比较低的组中的数目。
附图简述
通过下面的描述以及有关的附图可以更好的理解本发明及其特点,其中:
图1和图2分别表示已有天线的正视和侧视图;
图3和图4分别表示本发明涉及的两种天线的正视图。
在不同的附图中,相同的参考符号表示相应的元件。
图1和图2所示是一个十米波双旋转天线,其高度为82米,宽度为76米,由支撑部分和两个天线组成;低频天线工作在6-11MHz频段,高频天线工作于11-26MHz频段。
支撑部分包括一个用砖砌成的空心的基座L,基座中的房间用于放置发射机和机械部分,机械部分包括一根驱动轴,用于驱动房顶上的圆环C旋转。这个圆环同一个垂直主杆M的下端固连在一起,该杆上固定有四根横梁P1到P4,这四根横梁均位于同一垂直面上。四十根横杆(如b1到b4及B1到B6)的一端固定在某一横梁上。刚性杆用来作支架(如T1和T2)或支撑杆如T3,它们被固定在横梁P1到P4的一端,它们实际上与横梁位于同一平面中。两根支撑杆(如T3)使横梁P2支撑着P1。拉索如H1和H2将横梁吊栓在垂直主杆上。这根杆包括三个部分:圆形截面的筒状垂直主杆M1,装有竖梁的格架部分M2,两根杆焊接在一起形成向上的锐角形的部分M3。
低频天线为HR4/4/0.5型天线,它有一个水平偶极子屏幕H和一个反射器R,在屏幕上每行每列上均有四个折叠半波振子,第一行振子距地面的高度等于天线平均工作波长的一半。因此,低频天线的偶极子屏幕由16个偶极子d1到d16构成,它们被固定在40根横杆中的16根的自由端上,如b1到b4。这些偶极子都位于同一垂直面中,该面平行于横梁P1到P4所在的垂直面。必须指出,在图1以及图3、4中,不同的偶极子在正视图上以粗线表示其刚性的部分,以细平行线表示其导线部分。在偶极子d1到d16垂面和横梁垂面之间,或者更精确地说,在横梁前端的平面上,有一个与前两个垂面平行的由水平导线形成的第三个垂面,即低频天线的反射器Rb。反射器上的水平导线由一根边缘电缆C1来支持,这根电缆通过垂直主杆M的顶以及支架(如T1和T2)的自由端。反射器Rb的水平导线之间的间隔由垂缆(如K1)来维持,每一水平导线均依一定间隔固定于其上。在图1中,为了使读者能看到反射器后面的高频天线,故没有把低频天线反射器(Rb)完全画出。在图2中,该反射器以一条间断线来表示其在图中平面上的轮廓。
高频天线为HR4/6/0.75型天线,它有一个水平偶极子屏幕H,一个反射器R,屏幕上每行有四个折叠半波振子、每列有六个,第一行偶极子距地面的高度为该天线平均工作波长的0.75倍。因此,高频天线的偶极子屏幕由24个偶极子D1到D24组成,它们被固定在40根横杆中的24根的自由端上,(例如B1到B6)。这些偶极子位于同一垂面上,该面平行于横梁P1到P4所在的垂面。高频天线的反射器Rh由水平的导线垂面构成,该面位于横梁P1到P4的后端面上,处于反射器Rb和高频天线的偶极子屏幕之间;反射器Rh的水平导线由框架支持,该框架由上横梁P1,边缘电缆(如C2)构成,其下端为一端固定在下横梁P4上的两个支架(如T4),反射器Rh的水平导线之间的距离由垂缆(如K2)来维持,水平导线都依一定间隔固定于其上。和反射器Rb一样,反射器Rh也没有在图1中被完全画出来,以使读者能看到位于它后面的高频天线偶极子屏幕,在图2中以一条间断线表示其在图示平面上的轮廓。
根据图1和图2,由于此种天线的几何尺寸,也由于那些构成两个偶极子屏幕和两个反射器的表面,风将在这种天线结构上产生严重的应力。这种应力将被传向地面。风造成的动压力随高度增加,也就是说,风造成的主要的应力出现在此种天线结构的上部,这是由于上部距地面力臂最长。此外,天线上部的存在加大了此结构的振荡周期。周期愈长,风的动态效应的作用程度就增加得愈多。这就启发我们产生了修改图1及图2所示天线的上部的想法。
图3和图4给出了两个通过修改图1及图2所示天线的上部而得到的新天线的实例。这种修改实际上降低了天线的成本,因为垂直主杆M和空心基座L不再需要承受象从前那样的应力,它们的造价也就比从前降低了。
图3所示的天线与图1及图2所示的天线相对应,其中低频天线的偶极子d1和d4被取消了,于是:
-上横梁P1的长度被减少了大约三分之二;
-两个支撑杆(如T3)由两个斜杆(如J)所代替,后者靠在垂直主杆上并支撑横梁P1;
-低频天线反射器Rb的表面积由于减去其两个上角而大为减小,这个反射器的导线仍如以前的方式但由新的支架(如T5、T6)固定在横梁P1和P2的端部;
-高频天线反射器Rh的表面积也略为减少。这是因为它的固定体系有了变动:因为横梁P1的长度减少,边缘电缆(如C2)向上伸延。
比较图3和图1、2所示的天线,得出如下结果:
-高频天线的性能特征没有改变;
-低频天线的增益下降了约0.5dB;
-低频天线波束的仰角提高了约0.8度,这一影响可以通过向上部偶极子馈送较高的功率而减小;
-空心基座L以上的天线部分的重量约减少15%。
图4所示的天线与图1和2所示的天线相对应,其中低频天线的偶极子d1、d4、d5、d8和高频天线的偶极子D1、D4、D5、D8被取消了。这样一来就使得横梁P1和P2的长度减少了近三分之二,同时由于取消了两个上角而使反射器Rb和Rh的表面积减少。要指出的是,与图3的天线相比,这一天线的改动要大得多。
对比图4和图1、2的天线,得出如下结果:
-低频天线的增益视频率下降了约1至1.5dB,仰角抬高了1至1.5度;
-高频天线的增益视频率下降了0.8至1dB,仰角抬高了1度;
应该指出,可以通过对高水平位置的偶极子馈送较多功率的方法来减小波束仰角的变化,也就是说对那些与最低行相比含有较少偶极子数目的那些行上的偶极子馈送较多的功率。
本发明并不局限于所描述的例子。它可以非常普遍地应用于固定的或旋转的十米波天线,这种天线至少包含一个偶极子垂直屏幕,这些偶极子分组排布在不同的水平行上,在最高的水平行上的偶极子数目少于最低水平行上的偶极子数目,在任意两个水平行之间,较高水平行上的偶极子数目至多与较低水平行上的偶极子数目相等。此外,在某些组中的偶极子数目可能是奇数而在另一些组中为偶数。在这种情况下,为了保持屏幕的对称性可以使偶数组中的偶极子位置偏离奇数组中的偶极子位置,即在不同水平行之间的偶极子不再按列对齐。当然这样做并不是必须的。
本发明虽在是以折叠半波振子为例来描述的,它也可以适用于其它类型的偶极子,比如说全波振子。