Радиатор мачты

Типичный мачтовый излучатель и « хижина для настройки антенны » AM- радиостанции в Чапел-Хилл, Северная Каролина .

Мачты радиатор (или излучающие башни ) является радио мачты или башни , в которой металлическая структура сам по себе находится под напряжением и функционирует в качестве антенны . Эта конструкция, впервые широко использованная в 1930-х годах, обычно используется для передающих антенн, работающих на низких частотах , в НЧ и СЧ диапазонах, в частности, в антеннах, используемых для радиовещательных станций AM . Мачта из токопроводящей стали электрически соединена с передатчиком . Его основание обычно устанавливается на непроводящей опоре, чтобы изолировать его от земли. Излучатель мачты - это форма несимметричной антенны .

Структурный дизайн [ править ]

Blosenbergturm , автономная башня антенны в Беромюнстер , Швейцария

Большинство мачтовых радиаторов построено в виде мачт с оттяжками . ^{[1] [2]} Стальные решетчатые мачты треугольного сечения являются наиболее распространенным типом. Также иногда используются квадратные решетчатые мачты и трубчатые мачты. Чтобы гарантировать, что мачта является непрерывным проводником, структурные секции мачты электрически соединены в соединениях с помощью коротких медных перемычек, которые припаяны к каждой стороне или сварены "плавлением" (дугой) через ответные фланцы.

Чтобы мачта работала как единый проводник, отдельные структурные части мачты электрически соединяются медными перемычками.

Мачты с базовым питанием, наиболее распространенный тип, должны быть изолированы от земли. В основании мачта обычно устанавливается на толстый керамический изолятор , который обладает прочностью на сжатие, чтобы выдержать вес башни, и диэлектрической прочностью, чтобы выдерживать высокое напряжение, подаваемое передатчиком. ВЧ мощность для приведения в действии антенны снабжена согласующая сеть, как правило , размещается в антенной настройке хижине рядом с мачтой, а кабель подачи тока просто болты к башне. Фактический передатчик обычно расположен в отдельном здании, которое поставляет РЧ-мощность в кабину настройки антенны через линию передачи .

Чтобы мачта оставалась в вертикальном положении, к мачте прикреплены натянутые оттяжки , обычно в комплектах по 3 шт. Под углом 120 °, которые крепятся к земле, как правило, с помощью бетонных анкеров . Несколько наборов оттяжек (от 2 до 5) на разных уровнях используются для придания устойчивости башне против продольного изгиба. В растяжку вставлены изоляторы деформации (шарики Джонни), обычно вверху рядом с точкой крепления к мачте, чтобы изолировать проводящий кабель от мачты, предотвращая попадание высокого напряжения на мачту на землю.

Несмотря на то, что они изолированы от мачты, токопроводящие оттяжки могут электрически действовать как резонансные антенны ( паразитные элементы ), поглощая и переизлучая радиоволны от мачты, нарушая диаграмму направленности антенны. Чтобы предотвратить это, в кабельные оттяжки через определенные промежутки вставляются дополнительные изоляторы для разделения линии на нерезонансные отрезки: обычно сегменты должны быть ограничены максимумом от одной восьмой до одной десятой длины волны ( ). ^[3]${\displaystyle \lambda /8-\lambda /10}$

Мачтовые радиаторы также могут быть построены как отдельно стоящие решетчатые башни , широкие внизу для устойчивости и сужающиеся до тонкой мачты. ^[4] Преимущество этой конструкции - устранение растяжек и, следовательно, уменьшение требуемой площади земли. Эти башни могут иметь треугольное или квадратное поперечное сечение, при этом каждая опора опирается на изолятор. Недостатком является то, что широкое основание мачты искажает вертикальную диаграмму направленности на мачте, уменьшая сопротивление излучения и, следовательно, излучаемую мощность, поэтому предпочтение отдается мачтам с оттяжками. ^{[ необходима цитата ]}

Национальное министерство радиосвязи страны обычно имеет регулирующие полномочия в отношении проектирования и эксплуатации радиомачт в дополнение к местным строительным нормам, которые охватывают конструктивное проектирование. В США это Федеральная комиссия по связи (FCC). Перед строительством планы мачты должны быть предварительно одобрены регулирующими органами.

Электрический дизайн [ править ]

Излучатель с одной мачтой - это всенаправленная антенна, которая излучает радиоволны одинаковой мощности во всех горизонтальных направлениях. ^[4] Излучатели мачты излучают радиоволны с вертикальной поляризацией , при этом большая часть мощности излучается при малых углах места. В среднечастотном (MF) и низкочастотном (LF) диапазонах AM- радиостанции покрывают зону прослушивания с помощью наземных волн , вертикально поляризованных радиоволн, которые распространяются близко к поверхности земли, следуя контуру местности. ^[4] Излучатели на мачтах являются хорошими антеннами для наземных волн и являются основным типом передающих антенн, используемых радиостанциями AM, а также другими радиослужбами в диапазонах MF и LF. Они также могут излучать достаточную мощность на больших углах возвышения для радиопередачи небесной волны (пропуска).

Большинство радиостанций используют одиночные мачты. Несколько мачт, питаемых радиотоком на разных фазах, можно использовать для создания направленных антенн , которые излучают больше энергии в определенных направлениях, чем другие.

Система подачи [ править ]

Передатчик , который генерирует радиочастотный ток часто находится в здании , на небольшом расстоянии от мачты, так что его чувствительная электроника и обслуживающий персонал не будет подвергаться воздействию сильных радиоволн на базе мачты. Ток от передатчика подается на мачту по фидерной линии , специализированному кабелю ( линии передачи ) для передачи радиочастотного тока. На НЧ и СЧ частотах обычно используется коаксиальный кабель с поролоновой изоляцией . Линия питания подключена к блоку настройки антенны ( схема согласования импеданса ) в основании мачты, чтобы согласовать линию передачи с мачтой. ^[5] Он может располагаться в водонепроницаемом боксе или небольшом навесе, называемом домиком для настройки антенны (домиком-спиралью), рядом с мачтой. Схема настройки антенны соответствует с волновым сопротивлением от фидера к импедансу антенны (заданной на графике ниже), и включает в себя реактивное сопротивление , обычно загрузки катушки , для настройки из реактивного сопротивления антенны, чтобы сделать его резонансным на рабочая частота. Без антенного тюнера несоответствие импеданса между антенной и фидерной линией вызвало бы состояние, называемое стоячими волнами (высокий КСВ), при котором часть радиомощности отражается обратно по фидерной линии к передатчику, что приводит к неэффективности и, возможно, к перегреву передатчика. От антенного тюнера к мачте прикручен короткий фидер.

Есть три способа питания мачтового радиатора: ^[6]

• Последовательное возбуждение (базовое питание) : мачта опирается на изолятор и питается снизу; одна сторона питающего трубопровода от винтовой камеры соединена с нижней частью мачты, а другая - с системой заземления под мачтой. Это наиболее распространенный тип питания, используемый в мачтах большинства AM-радиостанций. ^{[4] [6]}
• Возбуждение шунта : нижняя часть мачты заземлена, и одна сторона фидерной линии соединена с мачтой частично вверх, а другая - с системой заземления под мачтой. ^[6] Импеданс мачты увеличивается по ее длине, поэтому, выбрав правильную высоту для подключения, антенна может быть согласована по сопротивлению с фидерной линией. Это устраняет необходимость изолировать мачту от земли и исключает опасность поражения электрическим током высокого напряжения на основании мачты.
• Секционный : также известная как антенна с защитой от замираний, мачта разделена на две секции с изоляцией между ними, чтобы образовать две штабелированные вертикальные антенны, питаемые по фазе. ^[6] Такое коллинеарное расположение усиливает низкоугловое излучение (земная волна) и уменьшает излучение под большим углом (небесная волна). Это увеличивает расстояние до зоны кашицы, где земная волна и небесная волна ночью имеют одинаковую силу.

Правительственные постановления обычно требуют, чтобы мощность, подаваемая на антенну, контролировалась на основании антенны, поэтому кабина для настройки антенны также включает схему измерения тока антенны, которая отправляет результаты измерений обратно в диспетчерскую передатчика. ^[7] Хижина также обычно содержит источник питания для сигнальных огней самолета.

Высота мачты и диаграмма направленности [ править ]

Идеальная высота мачтового излучателя зависит от частоты передачи , географического распределения аудитории и местности. Несекционированный мачтовый излучатель представляет собой монопольную антенну , и его вертикальная диаграмма направленности , количество энергии, излучаемой при разных углах возвышения, определяется его высотой по сравнению с длиной волны радиоволн, равной скорости света, деленной на частоту. . Высота мачты обычно указывается в долях длины волны или в « электрических градусах ».${\displaystyle f}$${\displaystyle h}$ ${\displaystyle \lambda =c/f}$${\displaystyle c}$${\displaystyle f}$

${\displaystyle G=360^{\circ }{h \over \lambda }}$

где каждый градус равен метрам. Распределение тока на мачте определяет диаграмму направленности . Радиочастотный ток течет вверх мачту и отражается от верхней части, и прямые и отраженные тока мешают , создавая приблизительно синусоидальную стоячую волну на мачте с узлом (точка нулевого тока) в верхнем и максимумах одна четверти длиной волны вниз ^{[6] [8]}${\displaystyle \lambda /360}$

${\displaystyle i(y)=I_{\text{max}}\sin(G-y)}$

где - ток на высоте электрических градусов над землей, а - максимальный ток. На высотах немногим меньше четверти длины волны ... (G = 90 °, 180 °, 270 ° ...) мачта является резонансной ; на этих высотах антенна представляет собой чистое сопротивление к питающей линии , что упрощает согласование сопротивлений на фидер антенны. На других длинах антенна имеет емкостное или индуктивное сопротивление . Однако мачты такой длины могут эффективно питаться за счет снижения реактивного сопротивления.${\displaystyle i(y)}$${\displaystyle y}$${\displaystyle I_{\text{max}}}$${\displaystyle {1 \over 4}\lambda ,{1 \over 2}\lambda ,{3 \over 4}\lambda }$антенны с сопряженным реактивным сопротивлением в согласующей цепи в витрине. Из-за конечной толщины мачты, сопротивления и других факторов фактический ток антенны на мачте значительно отличается от идеальной синусоидальной волны, принятой выше, и, как показано на графике, резонансные длины типичной башни ближе к 80 °, 140 ° и 240 °.

Земные волны распространяются горизонтально от антенны прямо над землей, поэтому цель большинства конструкций мачт - излучать максимальное количество энергии в горизонтальных направлениях. ^[9] Идеальная монопольная антенна излучает максимальную мощность в горизонтальных направлениях на высоте 225 электрических градусов, примерно 5/8 или 0,625 длины волны (это приближение, действительное для типичной мачты конечной толщины; для бесконечно тонкой мачты максимум происходит при = .637 ^[6] ) Как показано на диаграмме, на высотах ниже половины длины волны (180 электрических градусов) диаграмма направленности антенны имеет один лепесток${\displaystyle 2\lambda /\pi }$${\displaystyle \lambda }$с максимумом по горизонтали. На высотах выше половины длины волны рисунок расщепляется и имеет второй лепесток, направленный в небо под углом около 60 °. Причина, по которой горизонтальное излучение является максимальным на уровне 0,625, заключается в том, что на длине волны чуть больше половины длины волны противоположное фазовое излучение из двух лепестков деструктивно интерферирует и подавляется при больших углах возвышения, в результате чего большая часть мощности излучается в горизонтальных направлениях. ^[6] Высота выше 0,625 обычно не используется, потому что выше нее мощность, излучаемая в горизонтальных направлениях, быстро уменьшается из-за увеличения мощности, расходуемой в небо во втором лепестке. ^[4]${\displaystyle \lambda }$${\displaystyle \lambda }$

Для мачт AM диапазона средних волн 0,625 будет высотой 117–341 метр (384–1119 футов) и выше для длинноволновых мачт. Высокая стоимость строительства таких высоких мачт означает, что часто используются более короткие мачты. ${\displaystyle \lambda }$

Выше приведена диаграмма направленности идеально проводящей мачты над идеально проводящей землей. Фактическая мощность принимаемого сигнала в любой точке на земле определяется двумя факторами: мощностью, излучаемой антенной в этом направлении, и затуханием на тракте между передающей антенной и приемником, которое зависит от проводимости земли . ^[10] Процесс проектирования реальной радиомачты обычно включает в себя исследование проводимости почвы с последующим использованием компьютерной программы моделирования антенны для расчета карты мощности сигнала, создаваемого фактическими коммерчески доступными мачтами над реальной местностью. Это сравнивается с распределением населения аудитории, чтобы найти лучший дизайн. ^[10]

Антибликовые конструкции [ править ]

Вторая цель проекта, которая влияет на высоту, - уменьшить замирания из-за многолучевого распространения в зоне приема. ^[9] Часть радиоэнергии, излучаемой под углом в небо, отражается слоями заряженных частиц в ионосфере и возвращается на Землю в зоне приема. Это называется небесной волной . На определенных расстояниях от антенны эти радиоволны не совпадают по фазе с земными волнами, и две радиоволны разрушительно интерферируют и частично или полностью подавляют друг друга, уменьшая силу сигнала. Это называется затуханием. Ночью, когда ионосферное отражение наиболее сильное, это приводит к образованию кольцевой области с низким уровнем сигнала вокруг антенны, в которой прием может быть неадекватным, иногда называемой «зоной тишины», затухающей стенкой или зоной кашицы . Однако замирание из-за многолучевого распространения становится значительным только в том случае, если уровень сигнала ионосферной волны находится в пределах примерно 50% (3 дБ) от земной волны. Путем небольшого уменьшения высоты монополя мощность, излучаемая во втором лепестке, может быть уменьшена в достаточной степени, чтобы устранить замирание из-за многолучевого распространения, с лишь небольшим уменьшением горизонтального усиления. ^[6] Оптимальная высота составляет около 190 электрических градусов или 0,53 , так что это еще одна распространенная высота для мачт. ^[6]${\displaystyle \lambda }$

Секционные мачты [ править ]

Типом мачты с улучшенными характеристиками защиты от выцветания является секционная мачта, также называемая мачтой, препятствующей выцветанию. ^{[11] [12]} В секционированной мачты, изоляторы в вертикальных опорных элементов делят на две мачты вертикально уложенных токопроводящих секций, которые подаются в фазе отдельными питающих линий. Это увеличивает долю мощности, излучаемой в горизонтальных направлениях, и позволяет мачте быть выше 0,625 без чрезмерного излучения под большим углом. Практические секции высотой от 120 до 120 градусов, от 180 до 120 градусов и от 180 до 180 градусов в настоящее время находятся в эксплуатации с хорошими результатами.${\displaystyle \lambda }$

Электрически короткие мачты [ править ]

Нижний предел частоты, на которой могут использоваться мачтовые излучатели, находится в низкочастотном диапазоне из-за возрастающей неэффективности мачт короче четверти длины волны.

По мере уменьшения частоты длина волны увеличивается, поэтому требуется более высокая антенна, чтобы сделать заданную часть длины волны. Затраты на строительство и требуемая площадь земли увеличиваются с высотой, что практически ограничивает высоту мачты. Мачты более 300 метров (980 футов) непомерно дороги, и их было построено очень мало; самые высокие мачты в мире составляют около 600 метров (2000 футов). Еще одно ограничение в некоторых областях - это ограничения по высоте конструкций; вблизи аэропортов авиационные власти могут ограничить максимальную высоту мачт. Эти ограничения часто требуют использования мачты короче идеальной высоты.

Антенны, которые значительно короче основной резонансной длины, составляющей четверть длины волны (0,25 , 90 электрических градусов), называются электрически короткими антеннами. Электрически короткие антенны являются эффективными излучателями ; усиления даже короткая антенна очень близки к четвертьволновой антенне. Однако они не могут эффективно управляться из-за их низкой радиационной стойкости . ^[6] Радиационное сопротивление антенны, электрическое сопротивление.${\displaystyle \lambda }$который представляет мощность, излучаемую в виде радиоволн, которая составляет около 25–37 Ом на четверти длины волны, уменьшается ниже четверти длины волны пропорционально квадрату отношения высоты мачты к длине волны. Другие электрические сопротивления в антенной системе, омическое сопротивление мачты и системы заглубленного заземления, последовательно с сопротивлением излучения, и мощность передатчика пропорционально делится между ними. По мере уменьшения радиационного сопротивления большая часть мощности передатчика рассеивается в виде тепла на этих сопротивлениях, снижая эффективность антенны. Мачты короче 0,17${\displaystyle \lambda }$(60 электрических градусов) используются редко. На этой высоте сопротивление излучения составляет около 10 Ом, поэтому типичное сопротивление системы подземного заземления, 2 Ом, составляет около 20% от сопротивления излучения, поэтому ниже этой высоты более 20% мощности передатчика теряется в земле. система.

Вторая проблема с электрически короткими мачтами заключается в том, что емкостное реактивное сопротивление мачты велико, что требует наличия большой нагрузочной катушки в антенном тюнере, чтобы настроить ее и сделать мачту резонансной. Высокое реактивное сопротивление по сравнению с низким сопротивлением дает антенне высокую добротность ; антенна и катушка действуют как схема с высокой добротностью , уменьшая полезную полосу пропускания антенны.

На более низких частотах мачтовые излучатели заменяются более сложными антеннами с емкостной нагрузкой, такими как T-антенна или зонтичная антенна, которые могут иметь более высокий КПД.

Емкостные нагрузки [ править ]

В случаях, когда необходимо использовать короткие мачты, иногда в верхней части мачты добавляется емкостная верхняя нагрузка ( цилиндр ) для увеличения излучаемой мощности. ^[13] Это круглый экран из горизонтальных проводов, идущих радиально от верхней части антенны. Он действует как пластина конденсатора , повышенный ток в мачте, необходимый для зарядки и разрядки емкости верхней нагрузки в каждом радиочастотном цикле, увеличивает излучаемую мощность. Поскольку верхняя нагрузка электрически действует как дополнительная мачта, это называется « электрическим удлинением » антенны. Другой способ создания защитного кожуха - использование секций набора верхней оттяжки путем установки изоляторов деформации.в растяжке на небольшом расстоянии от мачты. Емкость головных уборов конструктивно ограничена до 15-30 градусов добавленной электрической высоты.

Система заземления [ править ]

Для мачтовых излучателей земля под мачтой является частью антенны; ток, подаваемый на мачту, проходит через воздух в землю под антенной как ток смещения (электрическое поле). ^[14] Земля также служит заземляющим слоем для отражения радиоволн. На антенну подается питание между нижней частью мачты и землей, поэтому для ее контакта с почвой и сбора обратного тока требуется система заземления под антенной. Одна сторона фидерной линии от спиральной камеры прикреплена к мачте, а другая сторона - к наземной системе. Система заземления включена последовательно с антенной и пропускает полный ток антенны, поэтому для эффективности ее сопротивление должно быть низким, менее 2 Ом., поэтому он состоит из сети кабелей, закопанных в землю. ^[15] Поскольку для всенаправленной антенны земные токи распространяются радиально к точке заземления со всех направлений, система заземления обычно состоит из радиального рисунка заглубленных кабелей, идущих наружу от основания мачты во всех направлениях, соединенных вместе с землей. вести на терминале рядом с базой. ^[15]

Мощность передатчика, теряемая в сопротивлении заземления, и, следовательно, эффективность антенны, зависят от проводимости почвы. Это варьируется в широких пределах; болотистая земля или пруды, особенно соленая вода, обеспечивают грунт с наименьшим сопротивлением. Плотность ВЧ-тока в земле и, следовательно, потери мощности на квадратный метр, увеличиваются по мере приближения к клемме заземления в основании мачты ^[15], поэтому радиальную систему заземления можно рассматривать как замену почвы на среда с более высокой проводимостью, медь, в частях земли, несущих высокую плотность тока, для уменьшения потерь мощности.

Стандартная широко используемая система заземления, приемлемая для Федеральной комиссии по связи США (FCC), представляет собой 120 равномерно расположенных радиальных заземляющих проводов, выходящих на четверть длины волны (0,25 , 90 электрических градусов) от мачты. ^{[15] [14]} Обычно используется мягкотянутая медная проволока № 10, проложенная на глубине от 4 до 10 дюймов. ^[15] Для диапазона вещания AM${\displaystyle \lambda }$мачты для этого требуется круглая земля, простирающаяся от мачты на 47–136 метров (154–446 футов). Обычно это засаживается травой, которую не скашивают, так как высокая трава в определенных обстоятельствах может увеличить потерю мощности. Если площадь земли вокруг мачты слишком ограничена для таких длинных радиалов, их во многих случаях можно заменить большим количеством более коротких радиалов. Металлическая опора под изолятором мачты соединена с системой заземления токопроводящими металлическими лентами, поэтому напряжение на бетонной подушке, поддерживающей мачту, отсутствует, поскольку бетон имеет плохие диэлектрические свойства.

Для мачт с высотой около полуволны (180 электрических градусов) мачта имеет максимум напряжения ( пучность ) около ее основания, что приводит к сильным электрическим полям в земле над заземляющими проводами возле мачты, где ток смещения входит в землю. Это может вызвать значительные потери диэлектрической мощности в земле. Чтобы уменьшить эти потери, в этих антеннах часто используется проводящий медный экран заземления вокруг мачты, подключенный к подземным заземляющим проводам, лежащим на земле или на высоте нескольких футов, чтобы защитить землю от электрического поля. Другое решение - увеличить количество заземляющих проводов возле мачты и закопать их очень неглубоко в поверхностном слое асфальта. дорожное покрытие, имеющее низкие диэлектрические потери.

Вспомогательное оборудование [ править ]

Фехтование [ править ]

Радиаторы мачты с питанием от основания находятся под высоким напряжением на основании мачты, что может привести к опасному поражению электрическим током при прикосновении к заземленному человеку. Потенциал на мачте обычно составляет несколько тысяч вольт по отношению к земле. Электрические нормы требуют, чтобы такое открытое высоковольтное оборудование было ограждено от людей, поэтому мачта и домик для настройки антенны окружены запертым забором. Обычно используется сетчатый забор , но иногда используются деревянные ограждения, чтобы токи, наводимые в металлическом заборе, не искажали диаграмму направленности антенны. Альтернативная конструкция - установка мачты наверху кабины для настройки антенны в недоступном для публики месте, что устраняет необходимость в ограждении.

Предупреждающие огни самолетов [ править ]

Антенные мачты достаточно высоки, чтобы представлять опасность для самолета. Авиационные правила требуют, чтобы мачты были окрашены чередующимися полосами международной оранжевой и белой краски и имели сигнальные огни самолетов по всей длине, чтобы сделать их более заметными для самолетов. Правила требуют мигать вверху и (в зависимости от высоты) в нескольких точках по длине башни. Высокое радиочастотное напряжение на мачте создает проблему для питания сигнальных ламп: силовой кабель, идущий по мачте от фонарей для подключения к сети электропитания, имеет высокий ВЧ-потенциал мачты. ^{[16] [3]} Без защитного оборудования он проводил бы радиочастоты(RF) ток к заземлению силовой проводки переменного тока, закорачивающий мачту. Чтобы предотвратить это, в силовой кабель освещения в основании мачты установлен защитный изолятор, который блокирует высокочастотный ток, позволяя низкочастотной мощности переменного тока 50 или 60 Гц проходить через мачту. Было использовано несколько типов изолирующих устройств:

• Трансформатор Austin - это специальный тип изолирующего трансформатора, созданный специально для этого использования, в котором первичная и вторичная обмотки трансформатора разделены воздушным зазором, достаточно широким, чтобы высокое напряжение на антенне не могло перепрыгнуть через него. ^[3] Он состоит из кольцевого тороидального железного сердечника собернутой вокруг него первичной обмотки , установленного на бетонном основании под изолятором антенны, подключенного к источнику питания освещения. Вторичная обмотка, которая обеспечивает питание мачтовых огней, представляет собой кольцевую катушку, которая проходит через тороидальный сердечник, как два звена в цепи, с воздушным зазором между ними. Магнитное полесоздаваемый первичной обмоткой индуцирует ток во вторичной обмотке без необходимости прямого соединения между ними.
• Дроссель - он состоит из индуктора , катушки из тонкой проволоки, намотанной вокруг цилиндрической формы. ^[3] импеданс (сопротивление переменного тока) индуктора возрастает с увеличением частоты тока. Изолирующий дроссель представляет собой фильтр нижних частот , он сконструирован так, чтобы иметь высокий импеданс на радиочастотах, который предотвращает прохождение радиочастотного тока, но пренебрежимо малый импеданс на более низкой частоте сети 50/60 Гц, поэтому мощность переменного тока может проходить через огни. Дроссель вставлен в каждую из 3 линий (горячая, нейтраль, защитное заземление), составляющих силовой кабель. Конец низкого напряжения каждого дросселя пропускается через конденсатор.к земле, поэтому высокое напряжение, индуцированное на стороне низкого напряжения емкостной связью через межобмоточную емкость дросселя, проводится на землю.
• Параллельный резонансный контур (ловушка) - он состоит из катушки индуктивности и конденсатора, включенных параллельно в линию питания. Значения индуктивности и емкости выбираются таким образом, чтобы резонансная частота контура быларабочей частотой антенны. Параллельный резонансный контур имеет очень высокий импеданс (тысячи Ом) на своей резонансной частоте, поэтому он блокирует радиочастотный ток, но низкий импеданс на всех других частотах, пропуская мощность освещения переменного тока. Эта схема блокирует только определенную частоту, на которую она настроена, поэтому при изменении частоты радиопередатчика необходимо настроить ловушку.

Молниезащита и заземлитель [ править ]

На его базе, мачта должна иметь молниеотвод , состоящие из шарового или рога искрового промежутка между мачтой и клеммой заземления, так что ток от удара молнии на мачту будет проводиться на землю. ^[3] Провод от грозозащитного разрядника должен пройти кратчайшим путем непосредственно к металлическому стержню заземления. В верхней части мачты должен быть установлен молниеотвод для защиты верхней сигнальной лампы самолета. ^[3] Мачта также должна иметь путь постоянного тока к земле, чтобы статические электрические заряды с мачты могли стекать. ^[3] Также в основании находится выключатель заземления, который используется для подключения мачты к системе заземления во время операций по техническому обслуживанию, чтобы исключить возможность присутствия высокого напряжения на мачте, когда на ней работает персонал.

Размещенные антенны [ править ]

Высокая радиомачта - это удобная конструкция для установки других беспроводных антенн. Из-за экологических норм строительство новых мачт становится все труднее, поэтому многие радиостанции сдают в аренду место на своих вышках другим радиослужбам для размещения своих антенн. Это так называемые совместные антенны . Типы антенн, часто устанавливаемых на мачтовых излучателях, включают: штыревые антенны из стекловолокна для наземных мобильных радиосистем для служб такси и служб доставки, тарелочные антенны для микроволновых ретрансляционных линий, передающих коммерческие телекоммуникационные и интернет-данные, антенны FM-радиовещания, состоящие из коллинеарных отсеков скрученных дипольных элементов, и антенны базовых станций сотовой связи.

Пока размещенные вместе антенны не работают на частотах, близких к частоте передачи мачты, обычно можно электрически изолировать их от напряжения на мачте. В линии передачи для кормления ВЧ мощности на совместные размещение антенн создает много такую же проблему , как линии электропередач самолета освещения: они должны пройти вниз башню и поперек основного изолятора и подключение к оборудованию низкого напряжения, так что без изолирующих устройств, они будут нести высокое напряжение на мачте и может привести к короткому замыканию мачты на массу. Линии передачи изолированы индукторами фильтра нижних частот, состоящими из спиралей коаксиального кабеля, намотанного на непроводящую форму. ^[16]

Самые высокие мачты с оттяжками [ править ]

Самая высокая мачта радиатор, построенный были 648.38 метров (2,127.2 футов) Варшава радиомачты , построенный в 1974 году в Константинове, Польша, которая рухнула в 1991 году ^[17] В настоящее время самая высокая мачта радиатор может быть 411.48 метров (1,350.0 футов) Hellissandur длинноволнового радиомачта постройки 1963 года недалеко от Хеллиссандура , Исландия.

629-метровая передающая телевизионная антенна на мачте KVLY-TV в Бланшар, Северная Дакота, является самой высокой мачтой с оттяжками в мире, но не является мачтовым излучателем. ^{[ необходима цитата ]} Две мачты ОНЧ передатчика Луалуалей, Луалуалеи, Гавайи, на высоте 458,11 метра (1503,0 фута), являются самыми высокими мачтами, изолированными от земли, но это не мачтовые излучатели, а часть проводной антенны с емкостной нагрузкой . ^{[ необходима цитата ]}

Самые высокие самонесущие саморазрушающие башни [ править ]

История [ править ]

Одним из первых больших мачтовых излучателей была экспериментальная трубчатая мачта длиной 420 футов (130 м), установленная в 1906 году Реджинальдом Фессенденом для его передатчика с искровым разрядником в Брант-Рок, штат Массачусетс, с которой он сделал первую двустороннюю трансатлантическую передачу, установив связь с идентичным станция в Махриханише, Шотландия. Однако в эпоху радиотелеграфии до 1920 года большинство дальних радиостанций передавали в длинноволновом диапазоне, что ограничивало вертикальную высоту излучателя намного меньше четверти длины волны, поэтому антенна была электрически короткой и имела низкое сопротивление излучения от 5 до 30 Ом. . ^[9] Поэтому в большинстве передатчиков для увеличения излучаемой мощности использовались антенны с емкостной нагрузкой, такие как зонтичная антенна или перевернутая L- и T-антенна . В то время принцип действия антенн был мало изучен, и их конструкции основывались на пробах и ошибках и полупонятных эмпирических правилах.

Начало AM- радиовещания в 1920 году и выделение средневолновых частот радиовещательным станциям вызвали рост интереса к средневолновым антеннам. Плоская или Т- образная антенна использовалась в качестве основной радиовещательной антенны в течение 1920-х годов. ^[9] Он имел недостаток в том, что требовалось две мачты, в два раза дороже строительство одной мачтовой антенны, гораздо большая площадь суши, а паразитные токи в мачтах искажали диаграмму направленности. Две исторические статьи, опубликованные в 1924 году Стюартом Баллантайном, привели к разработке мачтового радиатора. ^[9] Было получено сопротивление излучения вертикальной монопольной антенны над заземленной поверхностью.^[18] Он обнаружил, что сопротивление излучения увеличивается до максимума на длине половины длины волны, поэтому мачта на этой длине имела входное сопротивление, намного превышающее сопротивление земли, что уменьшало долю мощности передатчика, которая терялась в наземная система. Во второй статье того же года он показал, что количество энергии, излучаемой горизонтально в земных волнах, достигает максимума на высоте мачты 0,625(225 электрических градусов). ^[19]${\displaystyle \lambda }$

К 1930 году недостатки Т-антенны вынудили радиовещательные компании использовать антенну с мачтовым излучателем. ^[9] Одним из первых использованных типов была алмазная консоль или башня Бло-Нокса . Он имел ромбовидную ( ромбоэдрическую ) форму, что делало его жестким, поэтому потребовался только один набор растяжек на его широкой талии. Заостренный нижний конец антенны заканчивался большим керамическим изолятором в виде шарнирного соединения на бетонном основании, снимая изгибающие моменты с конструкции. Первая, полуволновая мачта длиной 665 футов (203 м) была установлена ​​на 50-киловатном передатчике WABC в Уэйне, штат Нью-Джерси, в 1931 году. ^{[20] [21]} Радиальные проводные заземляющие системы также были введены в эту эпоху.

В течение 1930-х годов индустрия вещания осознала проблему многолучевого замирания , когда в ночное время высокоугловые волны, отраженные от ионосферы, интерферируют с земными волнами, вызывая кольцевую область плохого приема на определенном расстоянии от антенны. ^[9] Было обнаружено, что ромбовидная форма башни Бло-Нокса имела неблагоприятное распределение тока, что увеличивало мощность, излучаемую под большими углами. К 1940-м годам индустрия AM-вещания отказалась от конструкции Блау-Нокса в пользу узкой решетчатой ​​мачты с однородным поперечным сечением, используемой сегодня, которая имела лучшую диаграмму направленности. Было обнаружено, что уменьшение высоты мачты монополя с 225 электрических градусов до 190 градусов может устранить радиоволны под большим углом, вызывающие затухание. Секционные мачты также были разработаны в эту эпоху.

Заметки [ править ]

Ссылки [ править ]

• Джонсон, Ричард С. (1993). Справочник по проектированию антенн, 3-е изд. (PDF) . Макгроу-Хилл. ISBN 007032381X.
• Лапорт, Эдмунд А. (1952). Радиоантенная инженерия . McGraw-Hill Book Co.
• Смит, Брайан В. (2007). Коммуникационные структуры . Томас Телфорд. ISBN 9780727734006.
• Уильямс, Эдмунд, Эд. (2007). Инженерный справочник Национальной ассоциации вещателей, 10-е изд . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 9780240807515.

См. Также [ править ]

• Радиомачты и вышки
• Мачта с оттяжками