Radiofoniczne Centrum Nadawcze w Konstantynowie

  • Zwiększ rozmiar czcionki
  • Domyślny  rozmiar czcionki
  • Zmniejsz rozmiar czcionki
Start Maszt Koncepcje masztów

Koncepcje masztów

Drukuj PDF

Spośród realnie możliwych do wykonania w NRC dookólnie promieniujących układów antenowych najbardziej szczegółowo zostały zbadane i wzięte pod uwagę trzy układy:

a) antena ćwierćfalowa — radiator pionowy, izolowany i zasilany szeregowo u podstawy .

b) analogiczny do poprzedniego radiator o zwiększonej wysokości zbliżonej do połowy długości fali, umownie nazywany dalej anteną półfalową .

c) antena pierścieniowa złożona z pionowego radiatora ćwierćfalowego centralnego, izolowanego, zasilanego u podstawy i z zespołu nieco krótszych radiatorów pionowych o nieparzystej liczbie (5,7 lub 9), rozmieszczonych równomiernie wokół radiatora centralnego na obwodzie koła o promieniu 0,6—0,9 λ izolowanych i zasilanych również u podstawy z odpowiednia mocą i przy odpowiednio dobranej fazie prądów: przy czym radiator centralny pobierać miał zasadniczą część mocy doprowadzonej z nadajników (ok. 80%), a pozostałe radiatory pomocnicze odpowiednio podzieloną resztę.

Porównawcza analiza tych rozwiązań wykazała w zasadniczych zarysach, co następuje:
Z punktu widzenia zysku energetycznego w płaszczyźnie horyzontalnej antena ćwierćfalowa okazała się najbardziej niekorzystna (względny zysk g = 1). Największy zysk (g ≈ 2,3) przy układzie 10-masztowym wykazywała antena pierścieniowa. Tak zwana antena półfalową o g - 1,4-1,6 (zależnie od długości) przedstawiała sobą rozwiązanie pośrednie.

Z punktu widzenia poziomej charakterystyki promieniowania wszystkie trzy rodzaje anten można było traktować jako równoważne, ponieważ przy antenie pierścieniowej osiągnięcie nierównomierności promieniowania rzędu 2 dB nie nastręcza trudności. Natomiast wyraźną przewagę nad pozostałymi rozwiązaniami miała antena pierścieniowa pod względem pionowej charakterystyki promieniowania. Dla anteny takiej istnieje możliwość optymalnego doboru tej charakterystyki z punktu widzenia właściwości przeciwzanikowych, czego nie można ze względów realizacyjnych osiągnąć dla anteny o długości zbliżonej do polowy fali, a co całkowicie wyklucza antena ćwierćfalowa. Z drugiej jednak strony zaleta ta nie okazała się w praktyce szczególnie istotna dla NRC wobec stosunkowo łagodniejszych na tej długości fali efektów interferencji fali jonosferycznej własnej z falą przyziemną w zagrożonym zanikami obszarze odbioru.

Zasadniczy, z punktu widzenia dopasowania anteny do toru zasilającego i członów wyjściowych nadajników, parametr szerokopasmowości wyrażona wartością współczynnika fali stojącej (WFS) w funkcji częstotliwości  okazał się najlepszy dla anteny pół falowej. Można oczekiwać, że dla samej anteny (bez uwzględniania własności układu dopasowującego między linią zasilającą i wejściem anteny) parametr ten nie przekroczy wartości WFS = 1,25 - 1,30 w paśmie 227 kHz. Antena ćwierćfalowa z natury rzeczy jest pod tym względem gorsza, a antena pierścieniowa okazała się wręcz bardzo niekorzystna, ponieważ: w porównywalnych warunkach wartość WFS osiąga wartość znacznie większą od 1.0 .

Wskaźnik kosztów anteny powodował najwięcej kontrowersji. W warunkach ekonomicznych i przy układzie cen i kosztów krajów zachodnich koszt anteny pierścieniowej z 8 masztów okazywał się równy kosztowi masztu o wysokości zbliżonej do połowy długości fali , NRC, a koszt masztu ćwierćfalowego szacowano na o połowę niższy. Dyskryminowało to w sposób wyraźny antenę półfalową na korzyść anteny ćwierćfalowej, a nawet dopuszczało możliwość zastosowania anteny pierścieniowej. W warunkach polskich rozbieżności te okazały się znacznie bardziej łagodne, dzięki czemu budowa masztu o wysokości około 635 m mogła być uznana za ekonomicznie uzasadnioną i w pełni realną.

Na podstawie tak przeprowadzonego rozeznania ustalono, że najbardziej właściwą będzie antena w postaci masztu stalowego na odciągach o długości elektrycznej 0,47 — 0,48. Badania modelu anteny wykonane w Zakładzie Doświadczalnym instytutu Telekomunikacji i Akustyki Politechniki Włocławskiej przez dr inż. D. J. Bema dla trzech wersji rozwiązania konstrukcyjnego anteny:

  • masztu h = 590 m z przekrojem trójkątnym o boku 4,5 do 5,0 m, bez pojemności końcowej w postaci ażurowego krążka
  • takiegoż masztu, z pojemnością końcową o średnicy 35 m
  • takiegoż masztu, z pojemnością końcową o średnicy 69 m

Dane te dotyczą szeregowego zasilania u dołu izolowanego masztu, a nie zasilanego poprzez klatkę ćwierćfalowa z uniknięciom konieczności izolowania podstawy masztu. Jak bowiem wykazały badania, to drugie rozwiązanie powoduje poważne zwężenie pasma, odpowiadające wzrostowi WFS odpowiednio do wartości 1,6, 1,8 i 2,2 przy odstrojeniu od częstotliwości środkowej o  5kHz.
W drodze dalszych uściśleń i konfrontacji z realnymi możliwościami wykonawczymi oferowanymi przez firmę budującą maszt, tj. przez Mostostal w Zabrzu, stwierdzono, że podwyższenie masztu o dalsze 45 m do wysokości 635 m, będzie ekwiwalentem pojemności końcowej o średnicy ca 40 m, będzie dla wykonawcy prostsze i tańsze niż budowa masztu 590 m z kłopotliwą konstrukcją pierścienia wierzchołkowego. Wysokość 635 m uznano równocześnie za ostateczną granicę możliwości podwyższania masztu w ówczesnych warunkach realizacyjnych.

Przedmiotem osobnych dociekań była optymalizacja systemu roboczego uziemienia anteny. W wyniku analizy zależności strat w ziemi od rozległości sieci uziemiającej określono, jako techniczno - ekonomiczne optimum, długość 300m dla każdego ze 180 promienisto ułożonych przewodów metalizujących bezpośrednie otoczenie masztu. Dalsze wydłużanie tych promieni dawało już tylko nieznaczne zmniejszanie strat w ziemi, nie mające praktycznie większego wpływu na dostatecznie już zresztą wysoką sprawność tej anteny bo wynoszącą około 95%.

W ten sposób teren zajęty pod układ antenowy został ograniczony do niezbędnego minimum określonego zasięgiem skrajnych odciągów masztu i kołem uziemienia roboczego o promieniu 300 m. Warto dla porównania podać, że odpowiedni obszar zajęty pod antenę pierścieniową o 10 masztach o promieniu ich rozmieszczenia rzędu 0,9 λ odpowiadałby kołu o średnicy ok. 3 km i powierzchni 710 ha.