（电磁场与微波技术专业论文）新型中波天线的选址和选型.pdf

摘要 摘要 本文测霜中波台逡渡场强返弦诗簿公式，并凝擐具体弱遗形数攥，霜露索薮 中波天线选址合理性避行了论证，结果表明：在发射台新址建设中波天线可满足 主要服务区的场强覆盏要求。 本文逐稳中波天线的密毒理遗熬遗网改炎舔滚架毫嚣逮弱，这样具有缝橇魏 成本方颓的显著优点。 由于现有软件的局限性，本文采用矩量法，自行建模并编粳计算。其中主要 诗算并魄较了絮毫蟪爨孛渡天线与健绞孛波天线魏瓣入阻摭，凝蘩方囱图，鞠场 强电平，还迸一步计算和比较了不同工作频率中波天线的结构中随地网锕线数， 地网高度，天线塔的半径，天线拉线等变化。结果表明：地网线根数大于3 根， 遗鼹絮塞3 - 9 m 露，天线壤整魄绩绫邃阏中波天线低l 令d b 。 除了天线自身的因素，还计算和比较了不同土质对架高地网中波天线的影 响。 麸辫蒸发麓塔静褒寝考率，文中j 丕计算了麓拿溪受荣筠穰獯，缝果表溪在檠 高地网的情况下，加伞顶负荷的方法也是可用的。 关键词：中波天线，架高地网，姬量法，输入隰抗，方向瞧图 东南大学硕士学位论文 接簧 a b s t r a c t i nt h i s t h e s i s ，t h e s e l e c t i o n r a t i o n a l i t y o fa d d r e s sf o rn e wm e d i u r n - w a v e b r o a d c a s t i n g a n t e m l ai nn a n j i n gi sv e r i f i e d ，t h er e s u l t ss h o wt h a t ：t h er e q u i r e ds e r v i c e z o n ei sw e l lc o v e r d c o m p a r i n g w i t ht h et r a d i t i o n a lb u r i e dd e n s er a d i a l st h e g r o u n ds y s t e mc o n s i s t i n g o f t h a to fe l e v a t e ds p a r s er a d i a l si sb e t t e ri nb o t hc o n s t r u c t i o na n dc o s t i nt h i sp a p e r , t h ei m p e d a n c e s ，r a d i a t i o np a t t e r n s ，e l e c t r i cf i e l di n t e n s i t i e so faq u a r t e r - w a v e l e n g t h v e r t i c a lm o n o p o l ew i t ht h e s et w od i f f e r e n tt y p e so f r a d i a l s 躺c o m p u t e d b a s e do na n i n t e g r a le q u n i o nm o d e la n dt h em o ma n a l y s i s a l s ot h ei n f l u e n c eo fn u m b e ra n d h e i g h to fr a d i a l sa n dt h es t a yw i r eo f t h et o w e ro i lt h ei m p e d a n c e ，p a t t e r n ，e l e c t r i c f i e l di n t e n s i t ya r ed i s c o v e r e d 。t h er e s u l t ss h o w t h a t ：( 1 ) w h e nt h en u m b e ro fr a d i a l 3w i t ht h eh e i g h t 。3 9m t h eg a i no ft h ee l e v a t e dr a d i a l si sd r o p e df r o mt h e g a i no ft r a d i t i o n a lt y p ea b o u t t d b ；( 2 ) t h es t a yw i r eo ft o w e rh a so n l yal i t t l e i n f l u e n c e 。 2 6 0 2 7 0o 吨 82 + 8 - 4 8敲楼( 11 5 ) 新街t 0 0 3 5 ) 2 7 0 屹7 5o 2 s2 5 4 3 幕府出( 4 7 )雨花螽( 1 9 2 7 5 - 2 9 70 1 61 6 3 2 劳出( 4 2 ) 2 9 7 3 1 60 - 1 51 5 3 o 紫金由( 1 2 5 ) 3 6 3 2 20 l + 71 7 3 2 燕予硪4 ) 3 2 2 3 4 00 1 91 9 3 93 争u 2 0 0 3 4 0 3 5 0o 2 52 5 4 。84 8 2 0 o 3 5 0 旬6 00 5 25 2 - 7 + 3 牛 了l 精庠f 气7 7 弓、 王b = 42 - 6 ) ，盯= 0 0 0 1 ( o 0 0 0 0 1 - 0 。0 0 5 ) s m 遗圭= 1 0 ( 5 - - 2 0 ) ，盯= 0 0 1 ( 0 0 0 1 0 0 1 ) s ，m ： 婆盔= 8 0 ，盯一o 。0 0 l ( o ，0 0 1 0 0 0 s ) s m 第二节 中波奄地波场强的计算 2 1 场强蒸本公式 没发射天线瓣实效辐射秘窭 e r p = 或墩d = 魄g = p r g s a 式中：圪天线输入功率， 玑天线效率( 包括对馈线的回波损失) ， ( 2 - 1 ) 弓笈射梳输出功率，巩读线效率 4 3 2 。 现有四个频率m ，、鸭、0 3 、哦的简 寄信号同时作用予绪，还会产生这 些谐频之间的备种组合的和、差频率。处在移动通傣频段内的序数为i t 1 7 9 ， 此项系数己小到足以忽略。 因筵，发袈台蠢长漫二壤不会产囊有害影麓。 箔五节场强覆盖计算结果 在诗算对，矮癸考瘩到予葶瑟遗夔鞠鼹分电露数燕在一定莛溺内炎纯兹，这 聚取两种情况( 1 ) 千q = 4 ，湿土。1 0 ，( 2 ) 予= 6 ，滠q = 1 5 。综 上各种因素，计入诸多土质变化、山脊和桥体遮挡等影响，绘出了各种在，= 2 0 k m 懒周上、各方位点处的地耐场强预估曲线，同时也绘出了于土、湿土、水面等均 匀圭也表在无遮搂中毒提豹场强熬线终为参照。臻绘出终祭示镄如下： 东南大学硕士学位论文 第二章中波发射台的选址 工作频率1 3 5 9 k h z 2 0 k m 处的场强方向圄 图l 一4 工终频率1 3 5 9 k h z 于t = 4 ，湿= 1 0 工作频率1 3 5 9 k h z 2 0 k m 处的场强方向囤 图1 - 5 工 乍频率1 3 5 9 k h z 干土o = 6 ，漫土q = 1 5 东南大学硕士学位论文j o 霸引一 耍干灌水一 f e 龋土 蚕于温水一 e e 第二肇孛渡发羹圣台豹选蛙 1 e o 工作频率1 2 0 6 k h z 2 0 k m 处的场强方向图 謦1 - 6 工箨1 2 0 6 嬲z 予= 4 ，浸= 1 0 王嚣籁辩谨。躲l 电，2 睬m 整魏瑶鞲艿辩蕊 图t - 71 2 0 6 k h z 于土= 6 ，漫= 1 5 东南大学硕士学位论文 桥 3 k m 翮引 实千湿求一 = 二一 鞭轳一 三三 第二掌串渡发瓣鸯戆逵蛙 工作频率1 0 5 3 k l a z 。l ：“i 处的场强方向荫 圈1 - 8 工撂频率 1 0 5 3 k 予弗= 4 ，瀑q = 1 0 置律簸攀1 0 8 3 k t z 。2 0 , k m 魏辩拓强方离瓣 图1 - 9 工作频率1 0 5 3 k h z 干土q = 6 ，澎土= 1 5 末南犬学硕士学健论文 播 一1 2 攀擎一 三兰 匪 第二章中波发射盘的选址 1 8 0 工 乍鹱擎8 4 6 k h z ：2 0 k i n 处熟坛强寿糍墨 銎l 1 0 工馋频率8 4 6 k h z 予= 4 ，瀑= l e ，8 0 工作糍率8 4 6 k h z ，2 0 k m 处妁场强方秘蟊 鬟t - l l 工作频霉8 4 6 k h z 予= 6 ，漫主t = 1 5 束街大学硕士学位论文 褥南耩 3 k m 桥南轿 3 k m 翔刻 一 = ：i 翮一 二 | | 第二章串渡发射台的选址 从以上几幅图可看出，几个工作频率的在2 0 k i n 处的场强都大于6 0 d bu v m ，达到 工程应用的要求。 结论 将中波发射台的新台址选在八卦洲岛西南角围堤内侧( 东经 3 2 。1 0 附近) ，可满足中波天线主疆服务区域的场强覆盏要求。 末藏犬擎疆士擎攮谚文4 第三章双层有耗夼艨对称形式接辖薅数 第三章双层有耗介质对称形式格林躐数 在本文的闻题中，要有效的使甭缒蚤法计算，藏要褥巍双屡有耗介簇莳格林 酗数。 为了褥到双层介质中的格拣函数，设在双层介质上半空间有任意方向的电 偶极予，熬上电流密度为，( r ) ，如图2 - 1 所示( 上半空间为b 区域，下半空间 为a 区域) 。 y ( 7 ) 懑3 一i 农分缘分藏中鹣黩意方囊毫偶掇子熬示意图 a 和b 两个区域的相对介电常数和楣对磁导率分别用毛，和段，风表示 一般来说b 区域气= l ，魏= l 。 第一节蠢凌空闻瞧场和磁场谱域表达式 令，( r 0 = 鑫毛艿，一，) ，在这里吱= 趣：十扭：十斌，麴渠这个偶极子在均匀 的空闯，也就楚说气= 致= 兢。设恕= 岛，如跫融由空闻的波数。那么我们 就可得到电场和磁场如( 3 - 1 ) ，( 3 2 ) 式： 聃，= 警( ，+ 詈 篙 姆 彤= 去v 删型l r - r l 睁。) 寒辩大学醭士学位谕文 笙三童登墨查整盎垂翌整瑟茎堡茎鎏墼 投据文献【1 4 】，爵褥溪等交羧鲡( 3 3 ) 式， 丽e - j k s l r - r l = 嘉ee 戤嗨之竺菩竺 将( 3 - 3 ) 式代人 3 1 ) 式鄹( 3 - 2 ) 式褥： - c o 盼l z o i o ( r n 专扣1 坐 兹蛰哪垂竿 在这里下标s 代表横向方向：v ，= 筘蠡十弦，a y ，v = v ，+ 筘，瑟， k s = i k x 午辩。，醚一避+ 砖e 第二节双层有耗介质巾电场和磁场的谱域形式 现在讨论在分屡有耗介质中电场和磁场的谱域形式。这里推导公式主要的立 足点怒先求溺邀场茅嚣磁场在z 方向静落域形式，再穗痘静臻崮横向分量。 设k = 酵一，如，是t m 帮t e 拔豹反射期传臻系数， 区的电场和磁场谱域表达式如( 3 6 ) ( 3 9 ) 式 霹一警卜抄甜罟p 渺妁 一错扣+ ! 等p 呐一舻砰 髭= 一警p 专封竿p 锄_ ) 一鬻惫扣舀竺罟协吨砷 或= 等m 磊竿p 嘲瑚蜘t ) a 和b ( 3 6 ) ( 3 - 7 ) ( 3 8 ) 敷= 紊尝；- v 。矗! 篆竺- e 一魑吨砖 c s 嘞 缔台( 3 - 4 ) ，( 3 - 5 ) 式电场和磁场在两个区域的表达式可葛成( 3 - 1 0 ) ，( 3 1 1 ) 萎。= 毳；：十毳邕，毳。：= 叠乏 t p l 0 ) 瓯= 或+ 域，也= 瑗 ( 3 1 1 ) 东南大学硕士学位论烹 。 1 6 第三章双层有耗介质对称形式格林函数 在这里，上标只rz 分别代表主场，反射场和传输场。 设西”= 一曼一多西+ 二口：，厅= 章瓦k b - t ：g ， + ， i k e z + j 口：及 n 以厶e - j k , ( r , 一) 一心陋 8 石2 k 季t r m , t e 一一- - 警 翰皿= 警 8 一以( 一。) e 一( k 2 一址 从( 3 - 4 ) ( 3 1 1 ) 式，我们可得出 或= j - 西+ 专昙v 季 磁= ( 越去昙v 。 虢 砭= 卜吉鲁v 秽k j “o “b 叠乏= 2 v 。x h jt p j t l b 叠瓮= 一 vs x h n 麓 j 弘。越a 舀：z = & 晦k 吒。砭7 v x a m g - r e t “。托b z ( 3 1 2 ) ( 3 1 3 ) ( 3 1 4 ) ( 3 - 1 5 ) ( 3 1 6 ) ( 3 1 7 ) ( 31 8 ) ( 3 - 1 9 ) ( 3 2 0 ) 在a 区域，= 屯，以= 以，在b 区域，= 毛，以= 肫，可得横向场如( 32 1 ) ( 3 - 2 2 ) ： e 2 如昙丘一j w , u o p ，沁，览 皿= t 水t 鲁嘲湘，叫 设舀是任意单位向量。使用恒等式( 3 - 2 3 ) ( 3 - 2 1 ) ( 3 - 2 2 ) 溯一寿棚凡秽一寿( 鲥讽) ( 拼挪。) 珩舀( 3 - 2 3 ) 我们可从( 3 1 2 ) ( 3 2 1 ) 得到 东南大学硕士学位论文 7 筇三章双蔗有耗介质对称形武格林荫数 西髟= ( 衲。+ 毒棚v 。t ， 蠢1 嚣= 磊稽”+ 虿1 “vv “1 跏rt 虿1 + ；e ) p “嘈e ) ( 磁+ 虢) ( 3 2 ) 鑫僻= p 影斗虿1 & w 护 筋十毒( 鲥x r ) ( 驴i 。r ) - ( 翰一笼箍) z s ) 第三节双层有耗会成格林函数的空域形式 得剑j 横样蚺毅鞠谱域彤式，处袋斗辱琶近一莎转换戚譬域彤斌。设 西= 瓦+ 吒是观察点电场的单位矢量，= 越+ 越是源点的单位矢量， 丧“= 一龟+ 越是镜像滚点豹单位矢量。对( 3 2 4 ) ， 3 2 5 ) 避毒亍谬域反交换，就 霹褥到观察点帮场患都京b 嚣熬对称形式格拣添数。具体懿下： 嫣诂掣p 西霹1 蟊w 刁矿一继4 z ( 霉，慈舔+ 吼确) 一丝4 r o 墼c k f 、舂v v a 4 9 n ”a 十2 瓯+ v ，v ，群战) ( a - 2 7 ) 其中：g 卜，) = o x l , ( 瓦- y k 丌h - 一r 1 ) ( 3 2 8 ) ，w ( r , - r ，, z + z ) = 嘉ee 半i 鼬“泓棚纸( 3 - 2 9 ) 溜舍葭射系虢足“索交翻( 3 3 0 ) 寇。 矗“= 芸( 震“+ 霆”) 券南犬学硕士学位论文 ( 3 - 3 0 ) 第四章中波按地无线斡矩量浚分耩模型 第四章中波接地天线的矩量法分析模型 第一节积分方程的推导 本文_ | j 吁要分析天线模型侧视图如下所示 塑4 - 1 熬蹇遣舞中波天线捷携霾 设架简地网的垂商接地单极子天线高且地网线长厶地网架高h ，半径， ： 作频率 实效辐射功率e r p 。记地面上的空气是b 区域；地面下的土壤为a 区域，其鞠对分电掌数参，导电率艿。 由于天线的工作波长远大于天线和地网线的瓶径，天线和地网线上的电流都 可以作为线电流处理。此外还要计入有斜拉线的情况，因此属于任意方向线电流 在分层介质中辐射的计算电磁学模型。 校撂繁二章憨接霉，我翻霹褥裂逶合这类阉繇豹获分方程巍魏形式： 一，蟛( ，) = f - ，q ( ) ，呻) 旃 ( 4 1 ) 式中 是天线系统上场点切线方向的单位矢量，f 是天线系统上电流源点躲切线 方向静单位矢量，踅天线系统上弱点至坐标驻点的距离，f 鼹天线系统上源点 至坐标原点的距离。x ( z ) 是天线系统上的电流，吲( ，) 是外来的激励电场。 电f = 焱+ 勿+ 勉，取茹= 劾一囊虫+ 鳓+ 溉可 ；霉： ，：i 冬+ 多安+ 粤， ( 4 2 ) d z ”d ld l 、 j 对于姻线结构，方向导数和曲线的关系如( 4 3 ) 式f 2 l 】， 窘= ，魄= 塞啬+ 等等+ 老砉( 4 - 3 ) d l。8 d l e vd l8 zd i 因为f 是单位向量， 东南大学硕士学位论文1 9 第翻章中波接地天线的矩量法分析模型 枞( 生d 1 ) 2 十( 舻( 铲， 设；在x y 平爱瓣投影为0 ，冀相应筑擎谂矢蓥为，遂榉藏可褥： f：d x ia y 。一引面+ y 面 进一步雍导霹褥： 鲁e = 竞毒等+ 多毒等 在 4 2 ) 式孛黪零霞矢爨魏冒表示玻 l ： i - 1 7 7 s i 堕 。n 【, d l ( 4 4 ) ( 4 5 ) ( 4 - 6 ) ( 4 7 ) 在第二章中使用a ，建，盈等符号，臻使用( 3 2 7 ) 式先做一个转换， 对应于( 3 2 7 ) 式，霹毅褥妥 ，幺= 鲁，= 鲁 ( 4 _ 8 ) 将( 4 8 ) 式代人( 3 2 7 ) 式可得 科= 警p 嘻w i t 矿一童警( 碱由础急) 一等f + v v 。强蠡+ 2 噻。e r 。矗) 舞霭k k ： 。msss s 。“ 再将其代人( 4 - i ) 式，可得： 。_ 捌( 垆一1 j c o p - o p 6 g 卜r 湖) 觎 可j c o p o , u b 即v 坩( 雠渺 在这晕 ( 4 9 ) 一2 号等鱼 忍曦蘸( ，) f ) g + 哎貔：蘸，( ，) - ，z 9 穰 锩f v v f n g w r ( 忡) 甜 等履v 。一- - e g 孔州z ) 罐 东鞴大学硕士学位论文 f 4 1 0 ) 2 0 塑堕皇空垫垫些蓬塑塑塑差壁坌塑堡型 i v v = 面d g 面d g i v v 弘g 一警煮 同时考虑到下面恒等式 每p 翻= 警告+ 警砉= 害一警去 砭- ( v ：g ) = 鲁一等等 西：( v ，g ) = 熹十鲁等 将( 4 - t 3 ) 式和( 4 - 1 5 ) 式结合起来，w 得 瓦v ，v ，彰g = 警熹+ 面a g 面a g 面d z 一面o g 西a g 面d z 一瓦o g 面& 百o g 面& 将( 4 - 1 1 ) ，( 4 - 1 2 ) ，( 4 - 1 6 ) 式代入( 4 - 1 0 ) 式： 一f ( 胪一警p 恐9 ( 螂矽 一丽j k o r l o l 4i d 蠢r 器1 r ：r ) 挚 一警酶- 霉蘸) + 碲) 弦) + 面j k o r l o , u b 面d 碗 ) 掣搿 一瓦j k o r l o l l e 杀胁( v ) 警彬 一警鲁g 铋船矽 j k 2 0 榭r l o 靠呸i 商，) 警 幽一言g 。r ；专也= 鑫g 勘= 导盛 拳辩大学簸士学接德定 ( 41 1 ) ( 4 - 1 2 ) ( 4 一z 3 ) ( 4 一l ( 4 1 5 ) ( 4 1 6 ) ( 4 一1 7 ) 2 l o 跏 等冲在 第霾章孛装接鹣天线鳇矩量法努辍搂堑 式( 4 - i 7 ) 即为有耗双层介质中线天线的积分方程。 牙， 第二节g a l e r k i n 法求解 用矩量法中g a l e r k i n 过程来离散方程( 4 1 7 ) 。对电流，( ，) 用基函数序列展 n 呻) = 厶z ( f ) ”；l 其中五擎) = t o ( i - n a l ) 怒一缀三爱鍪蕊数。 孙，= l 一0 鼽陋e l s e ( 4 一】8 ) ( 4 一1 9 ) g a l e r k i n 过程取权函数序列和基函数序列相同a 因为三角函数( x ) 在子区问的 嚣个壤点终港失，电场辍分方程的矩隆方程可以茂化或茔i = v ，这里静陛挠矩 阵具体丢如( 4 2 0 ) 式 = 磁+ 璎+ 瑚+ 础+ 础+ 碟+ 剖+ 础 其中， 础= 警ll 矿( 一) f 。( o f o ( z ) d z d l 毒：? = 一等k ( 一) 掣了d f o ( r ) 旅谤 z 5 2 = 韭笔丝kl 瓦。- - rg 鑫( v ) + 吒。如( v ) 工，( f ) 正( ，) 础 礤= 筹tt 龇，叼, 可d l ( o 挚锁 礤一筹u g 洳) 掣掣嬲镀 船- - 眠2 - 獗m f kl g 抓憾一掣工( ，) 肼切 硼訾“譬孔帆掣厶( z ) 掰锑 东南大学硬士学位论文 ( 4 - 2 0 ) 一差登童室鎏鎏蹩墨垡箜篓垩鎏叁篓簦鍪 硼= 一努l l g 孙p 。n 二删( r ) 础协 对( 4 2 0 ) 式，用m a t l a b 语言编程，计算如架高地网中波天线的阻抗矩阵。已 起毫压馕毫蠢量虬诗舞窭疆撬爱阵舅嚣，壤毒求出毫藏彝量? 。谈毫赢斡惫压 比臻电点慰滚裁可褥出谈电点翰入魍撬乏。蒯用墩渡内爨五取基本墩振子远医 塑掣塑孽堡公式即可得出天线辐射方向性图，以及沿地丽方向距离天线l k m 处 豹褒场强度。 第三节 天线稿现拆点情况盼处理 。耍i 图所示：蚕线上有可熊出现转折连接点。当一个折点恰好在段基醋数 塑毒皇日寸：。譬们把每一端分为两个部分，m 和m 十。这样在( 4 2 0 ) 式中豹每一 部分都由豳个部分组成。具体如下 1 图4 2 曩：= 警【c 一一矿( 镌，峨) + 乇+ ，+ 矿( 慢以) + 毛+ 。尹( 眠，垃) + o + 矿限，) l ( 4 - 2 1 a ) 牡鬻 铿一制一裂+ 矧1 浯z 嘞 碟3 警乜，蛲( ”一) + 毛一瓦”赡( m ，_ ) + 瓦+ 氏一镌( 玳+ ，垃) + 西一瓦+ 赡( 豫，_ ) + 一一娩( 健，m ) 永街大学礤士学位论文 整婴皇空墼壁些鲞塑塑丝蹩婆坌塑蹩型一一一 十一船( k ) + c l z m + 碥( n ) + b 。a 。+ 庐勘( ，”+ ，盯+ ) 瑚：觜瞪掣一警掣 壮j k 2 0 引r l d t b ( 瓮簪一噬掣 z 船= 一觜院制小瓦c i x n + r ( 帆h ) 一彘如，垃) 最如；训 礤= 一笼警 薏函i ( 谴，磁) + 薏器淞+ ，吃) 一瓦a z m - ：，e 删r t ( ) 一瓷器胁训 础一j k 2 0 茁r l 砰o ：t b 。a z m _ a z - 蛾：t t ) + a z m _ a m 熊t 毪) + 稽。+ 群。一品：豫以) + + 癌。+ 萨。豫，独霸 ( 4 - 2 l c ) ( 4 - 2 i d ) 4 - 2 1 e ) ( 4 2 t f ) ( 4 - 2 1 9 ) ( 4 - 2 t k ) 在式( 4 1 6 ) 式中，( f ，j ) ，矿( f ，) ，告( f ，j ) ， 0 ( 5 9 ) 满足霹，无论是缝实数逐是笈数，总辘霞( 一5 ) 式褥妥满足。这墨需嫠撩 出的是当心怒复数情况下，( 5 - 9 ) 式不是必要条件，糟： k 。= 毽一溉 0 0 只要 砖蟛 一样w( 5 一l o ) 就能缀证满足( s 一5 ) 式。由以上熬条馋，我 3 珂褥积分路经如下圈： 东南大学鹾士学位论文 删 噼蝴抄十小 第五章编程计算中的撩术处理 i m ( k p ) i 弋 一 一k o 。 k o蚝 、_ i p 。 c 图5 - 3 积分路径示意图 r e ( ) 鼙5 - 3 是潦始豹积分路径。我稻哥骧禳据耋磊兹需簧选疆潞径，只要疆路径与 原始路径所围的区域不包含有被积函数的极点。 本文采嗣熬积分路径： i m ( 缸) jl k b k ， 0 一 。 一 。 k o 如 c 图5 4 本文积分路径图 篇二节编程计算的细节 r e ( k p ) 2 1 单元的划分 在计算前，将天线塔，拉线，施两线都看成是一釜函穗体。蓠先将这些菡柱 天每一个都分成n + 1 段，相邻两段看成一个单元，这样就有n 个单元。经过这 样懿鲻分，裁可啜馒震第三章第三节攘导熬公式。程计冀中先求段之阂蠡孽俸蠲， 在合成为单元之间的作用。 以4 - 1 6 c ) 式为铡，毙将每一段离教楚分3 0 令点，再诗算不嗣羧毒数点之鲻 娥( m 。，h 一) 的值，把它们存储到个数组中，在使用计算( 4 - 1 6 a ) 式时，只需调用 末枣大学礤士学垃娩文 第纛睾编稳诗算孛懿毪零箍鬻 摆应驹数缀。因为主要熬诗算蹩在s o m m e r f e l d 积分中，腰以这样处理使计算量 减少为四分之一。 2 2 编程中的些搿化 在计算的具体过程中，考虑到，天线的对称往，可避一步削减计算量。 以3 根线的地网为例，见下图： 銎5 - 5 麓诧诗冀戆示意鹭 a ，b ，。，d 分剐是天线塔，地羁线上戆一段，b ，c ，d 劐天线塔兹躐襄相等。 可以看出a 与其它三段的互阻抗相等，还商z b 。= 毛= ，这样就又可以减少 很多计算爨。 在有拉线的情况下也可采用类似的方法，总之充分考虑对称性是很有效的方 法。 东南大学硬士学位论文 第六章架高撼两中波天线选疆的分析和计嚣 第六章架高地网中波天线选型的分析和计算 这一章主要利用作者编写的程序分析和计算了各种架高地网邈型的情况。菌 先，在嫠一节翅h f s s 软 譬翻本文中程廖计算同一个天线翔题，续果表明本文媳 计算程序的计算结果与h f s s 的结果差别不超过l d b 。在第二节，具体讨。算了架 舞地网中波天线的结构选型，结果表明架高地网中波天线农地网线为3 4 根， 架高为3 9 m 时就可良达到工程应用的要求。在第三节，就架商地两中波天线 的几个频率进行了原理性的设计，结果表明阻抗和沿地面的辐射场强都熊达到黉 求。在第五节，藏圭l 蠹瑟度对天线静影噙遗章予了计冀j f 蠢分稀，结莱表鞠，不同静 土壤对天线的沿地面辐射场强有定的影响，所以在工程设计前_ 陂对土质的参数 傲精确的彳砉计。在中波颓率较低瓣穰嚣下，中波天线鬻采焉麴拿璎受蘅静方法柬 降低天线塔的高度，从而降低天线的建设成本。在第六节，对天线加顶负荷经行 了分专螽帮诗黪，缝暴表明热顶天线基本土保持絮蹇邀网中波天线漤遮醺辐射性 能，同时还提高了输入阻抗，这对工穰设计熙有利的。 第一节本文程序和i - i f s s 软件的比较 为了验证本程序的可行性，这里计算一个在有耗地面的单极予天线。 b 区 a 匡 图6 1 蠢耧她聪上的单极予天线 在这里b 区是半无限大的自幽空间，a 区是有耗地面，工作频率f = l m h z ， h = 7 5 m ，有耗遣面鞠对奔电鬻数= 1 5 ，导电率参一0 0 0 5 。单极予半径，= 0 5 m 东商大学硕士学位论文 第穴章架裹地网中波失线选型的分析莉l 计算 表6 - 1 不同魏序计算有耗地面上单扳子天线的输入阻抗 不网程序本文程序h f s s 哀6 - 2 不强鼹序甘箕有地两上单掇子天线在t k m 处的电场强度( e r p = l k w ) 不嗣程序本文程序h f s s 麸裳争l ，表6 2 犟珏6 2 鹃銎霹舔如，本褪序嬲h f s s 计舞稷露之趣耀墓不 越过l d b 。本文是对薪型中波天线工程性鹣预磅，这榉豹糖确度是可按受麴。 h f s s 计算软件在计葵鄹桂体慰，蹰柱体的长度秘半径豹比大予1 0 0 0 时计冀 速度会变彳寻很慢，当长度积半径比大子1 0 0 0 0 时周内存为l o ，主频为1 。4 g h z 麓诗舅辍楚无法计舞约。曩莛在本文熬计冀模型中，天线塔意6 0 1 5 0 m ，媳网线 长7 5 t 5 0 m ，她霹线豹嶷径8 1 0 m m ，从这里我们就纛出，零文之腰默是己 绽程是因为h f s s 软件在计算存在枣缨线的模型时，霄很大的局限性。 本文暴罔矩量法，并剿用了专门针对线天线恧建立灼计算模裂，所以地网线 域是拉线娓糖缨对计算量和计算时间影璃不大。鄹聪，本文程序也蠢局限缓，那 就是在计算模型中线静数旦不姥太多，彤状不能太复杂。 ( a ) 巍热坐标豳 东南犬学碱士学位论文 第六章架高媳网中波天线造型的分析和计算 ( b ) 极坐标图 圈6 - 2 本文程痔葶瓣h f s s 诗冀结栗静毒薹菇镣藿嚣方自洼嚣毙较 第二节架高地瞒中波天线各种选型请况的既较 2 1架高地网和传统地网的比较 ( f = l m h z ，h = 7 5 m ，l = 7 5 m ，h = 7 m ，21 5 ，艿= 0 0 0 5 ) 对架高地网中波天线选型，酋先就是选择地网线的根数，地网线的根数直接 关系天线的建设成本。 表6 - 3 不同地网线根数的中波天线的输入阻抗值 圭氇阐类型簧统遗圈架高( 2 禳) 絮离( 3 穰)架离( 4 禳) 表6 - 4 不同地网线根数的中波天线沿地面方向l k m 处电场强度( 瑚户1 k w ) 氇嘲类型传统速潮架离( 2 寝)絮离( 3 撮)絮毫( 4 裰) 疆) 煮旁坐标戮 东掰大学硬士学垃论文 第六章架高地网中波涎线选型的分析和计算 ( b ) 极嫩标图 图8 3 各葶孛类黧她耀豹中波天线魏锤垂蕊方爨蛙圈f ( o ) 从表6 - 3 ，可看出架商地网3 报线和4 辗线结构的中波天线的输入阻抗要阮 传统地网的输入阻抗要小一些，但是还鼹可接受的。从袭6 - 4 和图6 - 3 看出传统 地网中波天线和架高地网的3 根，4 根地网线结构的中波天线相比，其辐射电场 强壤豹差别不大，毽2 鬏线豹揍况要差一些。麸建设皴本彝天线王 筝悭藐考爨， 3 穰线静结聿鼋，是眈较婷豹。 2 2中波天线三根地网线的加高选择 ( f = l m h z ，h - - 7 5 m ，l = 7 5 m ，矗31 5 ，占= 0 0 0 5 ) 地网线的高度是另一个麓要的因素，它关系到天线性能和天线附近土地的傻 用。 表6 53 根袈高地网线结构不同架高h 时的输入阻抗比较 表6 - 63 根架高地网线站构不同架高度h 时沿地询方向l k m 延丽琶疡授茇 ( 点宵芦1 k w ) ( a ) 壹是墅枯鹜 东南大学硕士学位论文 燕走章絮建遗霸孛波天线选型戆分辑秘诗算 ( 酚投塑檬强 图6 - 43 根架高地网绒结构不同架高时的铅垂面电场方向性图f f 占1 从表6 - 5 可看出，当地网线架高舡3 瑚到舡9 m 时中波天线的输入阻抗都是在 霹接受豹范窭。扶图6 - 4 器裘6 - 6 霹番窭穗瓣线絮蹇务3 l | l 舞办= 9 l l l 瓣中波天线戆 方向图和沿地西方向l k m 处电场强度变化不大，都可采用。但考虑到天线附近 地使用的安全睫因素，建议采用h = 7 m 。 2 。3架离城溯骞拉线德熬瓣分辑 ( f = l m h z ，h = 7 5 m ，l = 7 5 m ，h = 7 m ，= 1 5 ，艿= o 0 0 5 ) 在实际建造天线塔时，都要为天线塔架设拉线。用双层三根，每根分成二十 几段3 5 米的镧质缆线，段中闯以陶瓷缎缘子相连。遮耪架设既可保证天线的 稳定经，又不影臻天线辐瓣瞧蒺。 现在以3 根她网线结构为例来分析拉线的影响。 ( a ) 例橇圈 东南大学硕士学位论文 第六章架高地网中波天线选型的分析和计算 ( b ) 佣视图 图5 - 5 架高地网天线( 3 地网根线) 有拉线结构示意图 ( 其中口= 4 5 度是拉线与天线塔的夹角。j 是拉线在俯视投影面上与地网线的夹角) 从表6 7 司看出不同拉线状况对天线阻抗影响不大，只是稍微增加了一点阻 抗虚部。从图6 - 6 和表6 _ 8 可看出不同拉线状况对天线主要辐射方向影响不大。 袁6 - 7 不同拉线状况的输入阻抗 表6 - 8 不同拉线状况在沿地面方向l k m 处电场强度( e r 辟- l k w ) 拉线状况无拉线 有拉线( 占= 6 0 度)有拉线( 占= 3 0 度) 电场强度e ( m v m ) ：2 4 22 4 01 4 1 l 少。 k k ： k = = ， 护 ， ， j _ 日z 擅抗 i h p 5 0 虔。 a h 0 虔 直角坐标图 东学硕上学位论文 第六章架高墙鞫中波哭线造整的分轿和计算 强) 投坐蠡嚣 图6 - 6 不同拉线状况的天线辐射铅垂面方向性图 2 4桨裹遗弼孛波天线不嗣天线塔攀径鲍努辑 ( f = l m h z ，h = 7 5 m ，五= 7 5 m ，h = 7 m ，鼻。1 5 ，d = o 0 0 5 ) 下一步就簧对天线塔的半径经行分析，首先要介缁天线塔等效半径，根据文 献 3 h ，用多根导线排成圆桶形，这就形成了麓彤天线。笼形天线的示意图如6 7 。 - -jh 扫 图6 - 7 笼形天线示意图 笼形天线的等效半径计算公式螽式( 6 1 ) ， 啦：g o 芦 ( 6 1 ) 呸到i 袖剖 其中，封为笼澎天线戆导线数。 具体到本文的情况，中波天线塔一般是截面是缆三角形的塔节主成的如图 6 - 8 。塔节的边长，有5 0 0 m m ，8 0 0 n u n ，1 0 0 0 m m ，1 5 0 0 m m 等几个档次，利期 公式( 6 1 ) 可得相应得等效半径依次为0 1 9 7 m ，0 3 1 l m ，0 4 9 3 m ，o 6 4 6 m 。 东南大学礤士学位论义 第六章架高地网中波天线选型的分析和计算 图6 - 8 铁塔截面图 表6 - 9 不同天线塔等效半径的输入阻抗 ，= 0 0 3 聊 表6 - i0 不同天线塔等效半径的i k m 处的电场强度( e r k - i k w ) 从表6 - 9 可看出天线塔半径变大，实部减小，虚部增大，但是还都在可接受 的范围内。从表6 1 0 可看出，天线塔的半径对场强影响不大。同时考虑到，天 线塔半径越小，成本越低，所以应查规范，按天线高度取最小可能的截面边长。 第三节架高地网中波天线按不同工作频率设计时的比较 通过第二节的分析，初步选择了3 根架高地网线结构。地网高7 m ，天线塔 等效半径为o 1 9 7 m 。天线都设为四分之一波长的单极子，按不同工作频率计算 的结果示于表6 - 1 1 和6 1 2 。 表6 - 1 2 3 根架高地网线结构在不同工作频率时沿地面i k m 处的电场强度 ( e r p = ik w ) 由表6 - 1 1 和表6 1 2 可见，在几个典型的频率下，天线的阻抗和沿地面辐射方向 上的场强都符合工程应用的取值范围。 东南大学硕士学位论文 第六牵繁离穗溷中波天线选爨约分耩翻诗舞 第髑节不同电参数地面上架高地网的比较 在隧上的讨论中，分析了天线的绪椅和在不同频率情况下的工作清猛，还簧 进步分秽予在不同嫩蘑状况下天线地辍射德况。在这里土质分为两秘：般的土 质= 1 5 ，艿= 0 0 0 5 s m 和较差的土质q = 4 ，万= 0 0 0 0 5s m ( 谯上面的分析中 都楚角的是一救的土质情况n = 1 5 ，g = o 。0 0 5 s m ) 。 表6 1 33 根架离7 m 地网线结构在不同地面参数时的输入阻抗的比较 表6 1 43 根浆高7 m 地网钱结构在不同地面参数时沿地面l k m 处的电场强度 ( e r p = ik w ) 地嚣袄提魄较羲豹矮一般扮矮 瓿潜6 - 9 和表6 一1 4 可看漆，在不潜瘊僚况下，毫场强度茇蘩在3 6 个d b ，掰 以在工程实躲中，对瑷因素懿 鑫计斑力求壤确，这纛蔹关系到天线的褥用热。 ( a ) 蹙熊坐标圈 索南举稚* 擎植论敲 第六章架辩邃羁辞；| 波天线选型貔分析窝计算 翰援坐据图 图6 - 9 不同土质天线辐射锚垂丽方向往图 第五节架高地网的加顶负荷天线的分析 当天线的工作频率b b 较低的情况下，般天线塔都要建的缀高，逸就会增加 蛉 ，l 狂t a ) 串波天线女矮受特蕊撬爨 q ) 中波天线麴臻受萄俯筏蛰 圈6 1 0 中波天线加顶负荷示意图 求精大学硼士学位论盘, 1 3 第六章絮离穗蕤孛渡式线逡整簸分掇帮谤葬 成本。为了降低成本，同时又在一定程殿上保持天线的辐射性能，可采用加顶负 赞故办法。具体鲡6 - t 0 掰示。程这里工髂频率选择为8 0 0 k h z ，地蕊情敬为一般 纳土质，天线采用轻型塔努，3 根7 m 商的撼阏线结构，等效半径为o 1 9 7 m ，。 港褰7 5 m ，斜挝该爱p = 4 5 发，瓣拉顼受积线长2 5 m 表6 1 53 根袈高地网线结构的铁塔加顶负荷妈不加顶受荷的输入阻抗比较 表6 1 63 根架高地网线的铁塔结构加顸与不加顶负荷时的l k m 处电场强度的比 铰( g r p = t k w ) 麸表s 1 5 霹撩爨，熬该受蕊嚣，絮舞枣波天线豹避揍增麴了缀多，这群裁 稠应的减少了地面阻抗的