Nápojová anténa - Beverage antenna

The Nápojová anténa nebo „vlnová anténa“ je příjem dlouhého drátu anténa používá se hlavně v nízká frekvence a střední frekvence rozhlasových pásem, vynalezl Harold H. Nápoj v roce 1921.[1] Používá se amatérské rádio, krátkovlnný poslech a dlouhovlnný rádio DXers a vojenské aplikace.

Nápojová anténa se skládá z vodorovného vodiče od jedné poloviny do několika vlnové délky dlouhý (stovky stop na HF až několik kilometrů pro dlouhé vlny) zavěšený nad zemí, s feedline k přijímači připojenému k jednomu konci a druhý konec nápoje zakončený odporem k přízemní.[2][3] Anténa je jednosměrná radiační vzor s hlavní lalok vzoru v mělkém úhlu k obloze od konce zakončeného odporem, což je ideální pro příjem na velkou vzdálenost nebeská vlna (přeskočit) přenosy ze stanic za horizontem, které se odrážejí od ionosféra. Anténa však musí být postavena tak, aby vodič ukazoval na místo vysílače.

Výhody nápoje jsou vynikající směrovost a širší šířka pásma než rezonanční antény. Jeho nevýhodami jsou jeho fyzická velikost, vyžadující značnou rozlohu půdy a neschopnost otáčení pro změnu směru příjmu. Instalace často používají více antén k zajištění širokého pokrytí azimutu.

Dějiny

Harold Nápoj experimentoval s přijímacími anténami podobnými anténě Beverage v roce 1919 na letišti Rádiová stanice Otter Cliffs.[4][5] V roce 1920 zjistil, že jinak téměř obousměrný anténa s dlouhým drátem se stane jednosměrný umístěním v blízkosti ztrátové země a ukončením jednoho konce drátu odporem. V roce 1921 získal nápoj patent na jeho anténu. Ten rok byly v RCA Riverhead v New Yorku instalovány antény pro příjem dlouhých vln nápojů dlouhé až devět mil (14 km)[6] Belfast, Maine,[7] Belmar, New Jersey,[8] a Chatham, Massachusetts [9] přijímací stanice pro transatlantické radiotelegrafie provoz. Snad největší anténa Beverage - řada čtyřfázových nápojů[10] tři míle (5 km) dlouhý a dva míle (3 km) široký - byl postaven AT&T v roce Houlton, Maine, pro první transatlantický telefonní systém[11] otevřen v roce 1927.

Popis

Animace ukazující, jak funguje anténa. Kvůli zemnímu odporu elektrické pole rádiové vlny (E, velké červené šipky) je pod úhlem θ do svislé polohy a vytváří vodorovnou součást rovnoběžnou s drátem antény (malé červené šipky). Horizontální elektrické pole vytváří pohybující se vlnu kmitavého proudu (Já, modrá čára) a napětí podél drátu, které se zvyšuje s amplitudou se vzdáleností od konce. Když dosáhne hnaného konce (vlevo, odjet), proud prochází přenosovým vedením do přijímače. Rádiové vlny v opačném směru, směrem ke konci, vytvářejí pohybující se vlny, které jsou absorbovány zakončovacím odporem R, takže anténa má jednosměrný obrazec.
Nápojová anténa, kterou lze improvizovat pro polní vojenskou komunikaci, z polního manuálu americké armády z roku 1995. Namísto uzemnění je rezistor připojen k druhému spodnímu vodiči, který slouží jako protiváha, umělá zem pro vysílač. Antény hlavní lalok, jeho směr největší citlivosti, je vpravo od konce drátu, který je zakončen v rezistoru.

Anténa Beverage se skládá z vodorovného drátu dlouhého půl až několik vlnových délek, zavěšeného blízko země, obvykle vysokého 10 až 20 stop, nasměrovaného ve směru zdroje signálu.[3][2] Na konci směrem ke zdroji signálu je zakončen a odpor uzemnit přibližně stejnou hodnotu jako charakteristická impedance antény považované za přenosové vedení, obvykle 400 až 800 ohmů. Na druhém konci je připojen k přijímači přenosovým vedením, přes a Balun přizpůsobit linku charakteristické charakteristice antény.

Úkon

Na rozdíl od jiných drátových antén, jako jsou dipól nebo monopolní antény které fungují jako rezonátory, s rádiovými proudy pohybujícími se v obou směrech podél prvku, odrážejícími se tam a zpět mezi konci jako stojaté vlny, anténa Beverage je a anténa pro cestování vlnou; vysokofrekvenční proud se pohybuje jedním směrem podél drátu, ve stejném směru jako rádiové vlny.[3][2][12] Nedostatek rezonance ji rozšiřuje šířka pásma než rezonanční antény. Přijímá vertikálně polarizovaný rádiové vlny, ale na rozdíl od jiných vertikálně polarizovaných antén je zavěšena blízko země a vyžaduje nějaké odpor v zemi pracovat.

Anténa Beverage se při svém provozu spoléhá na „náklon vlny“.[13] Při nízkých a středních frekvencích a vertikálně polarizovaný rádiová frekvence elektromagnetická vlna cestování blízko povrchu Země s konečnou zemí vodivost utrpí ztrátu, která způsobí, že se vlnoplocha „nakloní“ pod úhlem.[3][2][12] The elektrické pole není kolmá k zemi, ale pod úhlem a vytváří složku elektrického pole rovnoběžně s povrchem Země. Pokud je vodorovný vodič zavěšen blízko Země a přibližně rovnoběžný se směrem vlny, generuje elektrické pole oscilační vysokofrekvenční proudovou vlnu pohybující se po vodiči, šířící se ve stejném směru jako čelo vlny. Vysokofrekvenční proudy putující po drátu se sčítají fáze a amplituda po celé délce drátu, produkující maximální sílu signálu na vzdáleném konci antény, kde je připojen přijímač.

Drát antény a zem pod ním dohromady lze považovat za „netěsný“ přenosové vedení který absorbuje energii z rádiových vln.[12] Rychlost proudových vln v anténě je menší než rychlost světla kvůli zemi. Rychlost vlnoplochy podél drátu je také menší než rychlost světla v důsledku jeho úhlu. V určitém úhlu θmax obě rychlosti jsou stejné. V tomto úhlu je zisk antény maximální, takže vyzařovací diagram má a hlavní lalok v tomto úhlu. Úhel hlavního laloku je[14]

kde

je délka anténního drátu,
je vlnová délka.

Anténa má jednosměrný vzor příjmu, protože vysokofrekvenční signály přicházející z druhého směru, z přijímače na konci drátu, indukují proudy šířící se směrem ke konci, kde jsou absorbovány zakončovacím odporem.

Získat

Zatímco nápojové antény mají vynikající směrovost, protože jsou blízko ztrátové Země, nevytvářejí absolutní zisk; jejich zisk je typicky od -20 do -10 dBi. To je zřídka problém, protože anténa se používá na frekvencích, kde je vysoká úroveň atmosférického rádiového šumu. Na těchto frekvencích určuje poměr signálu k šumu atmosférický šum, nikoli hluk přijímače, takže lze použít neúčinnou anténu. Anténa se nepoužívá jako vysílací anténa, protože by to znamenalo, že by velká část hnacího výkonu byla promarněna v zakončovacím odporu[15]

Směrovost se zvyšuje s délkou antény. Zatímco směrovost se začíná rozvíjet při délce pouze 0,25 vlnové délky, směrovost se stává významnější při jedné vlnové délce a stabilně se zlepšuje, dokud anténa nedosáhne délky asi dvou vlnových délek. U nápojů delších než dvě vlnové délky se směrovost nezvyšuje, protože proudy v anténě nemohou zůstat ve fázi s rádiovými vlnami.

Implementace

Jednodrátová nápojová anténa je obvykle jediná přímá měď drát o délce jedné poloviny až dvou vlnových délek probíhá rovnoběžně s povrchem Země ve směru požadovaného signálu. Drát je zavěšen izolovanými podpěrami nad zemí.[16] Od vzdáleného konce drátu k uzemňovací tyči je připojen neinduktivní odpor přibližně rovný charakteristické impedanci drátu, přibližně 400 až 600 ohmů. Druhý konec drátu je připojen k feedline do přijímače.[17]

Varianta se dvěma vodiči se někdy používá pro řízení nulování dozadu nebo pro obousměrné přepínání. Anténu lze také implementovat jako pole 2 až 128 nebo více prvků v soustředěný útok, endfire a potácel se konfigurace, které nabízejí výrazně lepší směrovost, jinak je velmi obtížné dosáhnout na těchto frekvencích. Čtyřprvkové soustředěné útoky / střídavé pole nápojů používala společnost AT&T na svém místě dlouhovlnného telefonního přijímače v Houlton, Maine. Pro příjem antén pro byla implementována velmi velká fázovaná pole nápojů se 64 a více prvky radar za obzorem systémy.[Citace je zapotřebí ]

Hnací impedance antény se rovná charakteristické impedanci drátu vzhledem k zemi, někde mezi 400 a 800 ohmy, v závislosti na výšce drátu. Typicky délka 50 ohmů nebo 75 ohmů koaxiál by se používalo pro připojení přijímače ke koncovému bodu antény. Mezi takové nízkoimpedanční přenosové vedení a vyšší impedanci 470 ohmů antény by měl být vložen odpovídající transformátor.[18]

Viz také

Patenty

Reference

  1. ^ Nápoj, Harold H .; Rice, Chester W .; Kellogg, Edward W. (leden 1923). „Vlnová anténa - nový typ vysoce direktivní antény“. Trans. AIEE. AIEE. 42: 215–266. doi:10.1109 / T-AIEE.1923.5060870. ISSN  0096-3860.
  2. ^ A b C d Laporte, Edmund A. (1952). Rádiové anténní inženýrství. New York: McGraw-Hill Book Co. str. 55–59.
  3. ^ A b C d Carr, Joseph J. (leden 1998). „Nápojová anténa“. Populární elektronika. Farmington, IL: Gernsback Publications. 15 (1): 40–46. Citováno 1. července 2016., také archivovány tady
  4. ^ „Konec éry: Zimní přístav NSGA uzavře své dveře“. navy.mil. Citováno 8. prosince 2016.
  5. ^ „Radio NBD, Otter Cliffs, Maine (circa 1917-1919) - from Les Smallwood, CTRCS, USN Retired“. navycthistory.com. Citováno 8. prosince 2016.
  6. ^ Charles William Taussig (1922). "Kniha rozhlasu - Radio Central". Citováno 5. března 2018.
  7. ^ „Radio Free Belfast (Maine)“. maine.gov. Citováno 8. prosince 2016.
  8. ^ Carl, Corinne. „Informační věk - popis stanice 1914“. campevans.org. Archivovány od originál 4. března 2016. Citováno 8. prosince 2016.
  9. ^ „Námořní centrum Chatham Marconi - bezdrátové muzeum a vzdělávací centrum Marconi-RCA“. chathammarconi.org. Citováno 8. prosince 2016.
  10. ^ čtyři fázované nápoje
  11. ^ první transatlantický telefonní systém
  12. ^ A b C Poisel, Richard (2012). Anténní systémy a aplikace elektronického boje. Artech House. 300–310. ISBN  978-1608074846.
  13. ^ Constantine A. Balanis (3. prosince 2012). Teorie antény: Analýza a návrh. John Wiley & Sons. str. 648–. ISBN  978-1-118-58573-3.
  14. ^ Poisel (2012) Anténní systémy a aplikace elektronického boje, str. 310, ekv. 8.18.
  15. ^ H. Ward Silver (2008). Manuál licence ARRL Extra Class pro rádio Ham. Americká rozhlasová liga. str. 9–. ISBN  978-0-87259-135-6.
  16. ^ Rudolf F. Graf (11. srpna 1999). Moderní slovník elektroniky. Elsevierova věda. str. 843–. ISBN  978-0-08-051198-6.
  17. ^ Peter C. Sandretto (1958). Elektronické letectví. International Telephone and Telegraph Corporation.
  18. ^ Jerry Sevick (2001). Transformátory přenosového vedení. Noble Publishing Corporation. ISBN  978-1-884932-18-2.

Zdroje

  • Teorie a design antény autor: Warren L. Stutzman, Gary A. Thiele, John Wiley & Sons, 22. května 2012