DEMA中波短天線(xiàn)性能介紹

一、 概述

傳統天線(xiàn)（classical antennas）是根據赫茲（Hertz）定理的半波長(cháng)共振理論來(lái)設計的。 當應用在中波廣播頻段時(shí),根據頻率其高度一般在60～150m左右。為保證輻射效果、提高輻射效率,還必須以天線(xiàn)桅桿或塔體為中心鋪設直徑約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、巨大建設費用的投入、日常維護費用的增加、對大中型城市市區的低耗均勻覆蓋、強電磁波的空間和環(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(xiàn)的小型化問(wèn)題。但由于沒(méi)有突破單激勵諧振輻射的基礎理論和調配方法，多沒(méi)有得到理想的結果。這主要表現在調配帶寬窄、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(xiàn)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：當天線(xiàn)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FO±9KHz，對所接負載SWR≤1.3的要求。

適當改變天線(xiàn)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(xiàn)板（稱(chēng)GP板）之間插入一個(gè)大小適中、位置恰當的副輻射體（如圓盤(pán)，稱(chēng)D盤(pán)）,并同時(shí)對兩輻射體實(shí)施等功率、非諧振的雙激勵相移饋電，高度低于0.01λ的天線(xiàn)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)射機實(shí)現良好的匹配，并有效地工作運行。我們給這種天線(xiàn)定名為：DEMA雙激勵中波短天線(xiàn)（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，為傳統天線(xiàn)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，是傳統天線(xiàn)高度的4%。在這種高度下，天線(xiàn)被雷擊及倒塌的可能性大為減少。

3. 頻帶寬、工作穩

實(shí)際調配的數據表明,如此低矮短小的中波廣播發(fā)射天線(xiàn)在1000KHz±11KHz的頻帶范圍內其SWR小于1.2,這對于保證系統的穩定工作是大有好處的。

4. 感應弱、抑制強

盡管DEMA的工作頻帶很寬，但在同一天線(xiàn)發(fā)射場(chǎng)內它對其它天線(xiàn),或其它天線(xiàn)對DEMA及不同DEMA相互之間的感應都非常小, 這主要是由主輻射體的電長(cháng)度短，近場(chǎng)區空間電磁場(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、雙激勵相移饋電才能進(jìn)行有效工作及特定的調配網(wǎng)絡(luò )同時(shí)具帶通濾波器功能，對帶外能量有很強的抑制特性所決定的。這就給在一個(gè)相對較小的區域范圍內架設多副DEMA并同時(shí)工作發(fā)射或在傳統的天線(xiàn)發(fā)射場(chǎng)內逐步增設DEMA提供了可能。

5. 消耗小、覆蓋勻

由于上述的特點(diǎn)，DEMA還可有效對解決大中型城市市區的低消耗均勻覆蓋及強電磁波的空間和環(huán)境污染問(wèn)題。傳統天線(xiàn)受高度及鋪設地網(wǎng)需要大面積土地的限制只能在遠離城市中心的郊外設置，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，為完成對城市最遠點(diǎn)邊緣的覆蓋必須加大發(fā)射機的發(fā)射功率，這將造成巨額運行費用的長(cháng)期投入，同時(shí)還會(huì )形成不必要的強電磁波的空間和環(huán)境污染問(wèn)題。DEMA可在城市中心的任意樓層頂部架設，并用較小功率的發(fā)射機對其饋電即可達到較好的均勻覆蓋效果，對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，運行費用將進(jìn)一步降低。

二、 工作原理

該天線(xiàn)結構由 主輻射筒E、副輻射盤(pán)D、接地板GP 三部分組成。

　　當單獨對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感應場(chǎng)的相位特性。隨著(zhù)電磁能量向周?chē)臄U散，由于傳輸路徑的不同及電場(chǎng)強度復矢量和磁場(chǎng)強度矢量相關(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)限遠處的空間行進(jìn)）,這一區域被稱(chēng)之為交互作用區（interaction zone）。

實(shí)際上感應的電磁場(chǎng)隨著(zhù)距離的增加其能量衰減是非常之快的，能夠到達交互作用區合成玻印廷矢量形成輻射的能量是非常之少的，特別是對于低矮短小的天線(xiàn)。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(xiàn)輻射效率低，調配帶寬窄的根本原因。

　　如果對D盤(pán)、E筒同時(shí)實(shí)施等功率、非諧振和雙激勵相移饋電時(shí)，由于磁場(chǎng)HE與HD的疊加合成使交互作用區的距離向天線(xiàn)體靠近，從而實(shí)現相對高能量狀態(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)現有效輻射，從而使高度低于0.01λDEMA的寬帶有效輻射成為現實(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λ/4振子天線(xiàn)的對比如下：

　　水平場(chǎng)型同傳統λ/4振子天線(xiàn)，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向天線(xiàn)體靠攏，該天線(xiàn)與傳統λ/4振子天線(xiàn)的場(chǎng)強分布特性對比如下圖所示：

　　從理論上講DEMA屬于非諧振天線(xiàn)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(xiàn)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，當然這對于提高允許饋電功率的容量也是有好處的。

三、 主要指標

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(xiàn)增益 0--3dB

6、 天線(xiàn)效率 ≥80%

7、 安裝位置 平地及樓頂均可

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

9、 抗風(fēng)強度 可承受11級

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：

　　接地板對地的高度為2~3m，當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：