Антенна для напитков - Beverage antenna

В Антенна для напитков или "волновая антенна" - длиннопроводная приемная антенна в основном используется в Низкая частота и средняя частота радиодиапазоны, изобретенные Гарольд Х. Беверидж в 1921 г.^[1] Он используется любительское радио, коротковолновый слушая, и длинноволновый радио DXеры и военное применение.

Антенна Beverage состоит из горизонтального провода от половины до нескольких длины волн длинный (от сотен футов на ВЧ до нескольких километров для длинных волн), подвешенный над землей, с линия подачи к приемнику, прикрепленному к одному концу, а другой конец напитка подключен через резистор к земля.^[2][3] Антенна имеет однонаправленный диаграмма направленности с главная доля диаграммы направленности под небольшим углом в небо от конца с резистором, что делает его идеальным для приема на большие расстояния небесная волна (пропускать) передачи со станций над горизонтом, которые отражаются от ионосфера. Однако антенна должна быть построена так, чтобы провод указывал на расположение передатчика.

Преимущества напитка превосходны. направленность и более широкий пропускная способность чем резонансные антенны. Его недостатками являются его физические размеры, требующая значительной площади земли и невозможность поворота для изменения направления приема. В установках часто используется несколько антенн для обеспечения широкого азимутального покрытия.

История

Гарольд Напиток экспериментировал с приемными антеннами, подобными антенне Бевереджа, в 1919 г. Радиостанция Otter Cliffs.^[4][5] В 1920 году он обнаружил, что в остальном почти двунаправленный длиннопроводная антенна становится однонаправленный поместив его рядом с землей с потерями и подключив один конец провода к резистору. В 1921 году напиток получил патент на свою антенну. В том же году длинноволновые приемные антенны Beverage длиной до девяти миль (14 км) были установлены в RCA's Riverhead, Нью-Йорк,^[6] Белфаст, штат Мэн,^[7] Белмар, Нью-Джерси,^[8] и Чатем, Массачусетс ^[9] приемные станции для трансатлантических радиотелеграфия движение. Возможно, самая большая антенна для напитков - решетка из четырех фазированных напитков.^[10] три мили (5 км) в длину и две мили (3 км) в ширину - был построен AT&T в Хоултон, Мэн, для первой трансатлантической телефонной системы^[11] открыт в 1927 году.

Описание

Анимация, показывающая, как работает антенна. Из-за сопротивления заземления электрическое поле радиоволны (E, большие красные стрелки) находится под углом θ к вертикали, создавая горизонтальную составляющую, параллельную антенному проводу (маленькие красные стрелки). Горизонтальное электрическое поле создает бегущую волну колеблющегося тока. (Я, синяя линия) и напряжение вдоль провода, которое увеличивается по амплитуде с удалением от конца. Когда он достигает ведомого конца (осталось), ток проходит по линии передачи к приемнику. Радиоволны в другом направлении, ближе к оконечному концу, создают бегущие волны, которые поглощаются оконечным резистором. р, поэтому антенна имеет однонаправленную диаграмму направленности.

Антенна Бевериджа, которую можно импровизировать для связи в полевых условиях, из полевого руководства армии США 1995 года. Вместо заземления резистор подключается ко второму нижнему проводу, который служит противовес, искусственная площадка для передатчика. Антенны главная доля, его направление наибольшей чувствительности - вправо, от конца провода, подключенного к резистору.

Антенна Бевереджа состоит из горизонтального провода длиной от половины до нескольких длин волн, подвешенного к земле, обычно от 10 до 20 футов высотой, направленного в направлении источника сигнала.^[3][2] В конце по направлению к источнику сигнала он заканчивается резистор на землю примерно равной стоимости характеристическое сопротивление антенны, рассматриваемой как линия передачи, обычно от 400 до 800 Ом. На другом конце он подключен к приемнику с линией передачи через балун для согласования линии с волновым сопротивлением антенны.

Операция

В отличие от других проволочных антенн, таких как диполь или монопольные антенны которые действуют как резонаторы, с радиотоками, распространяющимися в обоих направлениях вдоль элемента, отражаясь назад и вперед между концами как стоячие волны, антенна Beverage антенна бегущей волны; Радиочастотный ток движется по проводу в одном направлении, в том же направлении, что и радиоволны.^[3][2][12] Отсутствие резонанса придает ему более широкий пропускная способность чем резонансный антенны. Он получает вертикально поляризованный радиоволн, но в отличие от других антенн с вертикальной поляризацией, она подвешена близко к земле и требует некоторых сопротивление в землю работать.

В работе антенны Бевереджа используется "наклон волны".^[13] На низких и средних частотах вертикально поляризованный радиочастота электромагнитная волна путешествие близко к поверхности земли с конечной землей проводимость несет потери, вызывающие "наклон" волнового фронта под углом.^[3][2][12] В электрическое поле не перпендикулярно земле, а под углом, создавая компонент электрического поля, параллельный поверхности Земли. Если горизонтальный провод подвешен близко к Земле и приблизительно параллельно направлению волны, электрическое поле генерирует колеблющуюся волну ВЧ-тока, движущуюся по проводу, распространяющуюся в том же направлении, что и фронт волны. ВЧ-токи, проходящие по проводу, добавляют фаза и амплитуда по всей длине провода, обеспечивая максимальный уровень сигнала на дальнем конце антенны, к которому подключен приемник.

Антенный провод и земля под ним вместе можно рассматривать как "негерметичный" линия передачи который поглощает энергию радиоволн.^[12] Скорость волн тока в антенне меньше скорость света из-за земли. Скорость волнового фронта по проводу также меньше скорости света из-за его угла. Под определенным углом θ_{Максимум} две скорости равны. Под этим углом усиление антенны максимальное, поэтому диаграмма направленности имеет главная доля под этим углом. Угол главного лепестка^[14]

${\displaystyle \theta _{\text{max}}=\arccos {\biggl (}1-{\frac {\lambda }{2L}}{\biggr )},}$

где

${\displaystyle L}$ длина антенного провода,

${\displaystyle \lambda }$ это длина волны.

Антенна имеет однонаправленную диаграмму приема, поскольку радиочастотные сигналы, поступающие с другого направления, от приемного конца провода, индуцируют токи, распространяющиеся к оконечному концу, где они поглощаются согласующим резистором.

Усиление

Хотя антенны Бевереджа имеют отличную направленность, поскольку они близки к Земле с потерями, они не дают абсолютного усиления; их усиление обычно составляет от -20 до -10 дБи. Это редко является проблемой, потому что антенна используется на частотах с высоким уровнем атмосферных радиошумов. На этих частотах атмосферный шум, а не шум приемника, определяет отношение сигнал / шум, поэтому можно использовать неэффективную антенну. Антенна не используется в качестве передающей антенны, поскольку это означало бы, что большая часть мощности привода будет потрачена впустую на согласующий резистор.^[15]

Направленность увеличивается с увеличением длины антенны. В то время как направленность начинает развиваться при длине волны всего 0,25, направленность становится более значительной на одной длине волны и постепенно улучшается, пока антенна не достигнет длины около двух длин волн. В напитках с длиной волны более двух длин направленность не увеличивается, поскольку токи в антенне не могут оставаться в фазе с радиоволной.

Реализация

Однопроводная антенна Бевереджа обычно представляет собой одиночную прямую медь провода длиной от половины до двух длин волн проходят параллельно поверхности Земли в направлении полезного сигнала. Провод подвешивается на изолированных опорах над землей.^[16] Безындуктивный резистор, приблизительно равный характеристическому сопротивлению провода, примерно от 400 до 600 Ом, подключен от дальнего конца провода к заземляющему стержню. Другой конец провода подсоединяется к линия подачи к получателю.^[17]

Двухпроводной вариант иногда используется для нулевого поворота назад или для двунаправленного переключения. Антенна также может быть реализована в виде массива от 2 до 128 или более элементов в борт, endfire и потрясенный конфигурации, предлагающие значительно улучшенную направленность, иначе получить на этих частотах очень сложно. Четырехэлементный массив напитков в поперечном / шахматном порядке использовался AT&T на их сайте длинноволновых телефонных трубок в г. Хоултон, Мэн. Очень большие фазированные решетки Бевереджа из 64 элементов или более были реализованы для приемных антенн для загоризонтный радар системы.^{[нужна цитата ]}

Управляющее сопротивление антенны равно характеристическому сопротивлению провода относительно земли, где-то между 400 и 800 Ом, в зависимости от высоты провода. Обычно длина 50 или 75 Ом. коаксиальный кабель будет использоваться для подключения приемника к оконечной точке антенны. Согласующий трансформатор должен быть вставлен между любой такой линией передачи с низким импедансом и более высоким сопротивлением 470 Ом антенны.^[18]

Смотрите также

• Антенна (радио)
• Гарольд Напиток

Патенты

• Патент США 1381.089 7 июня 1921 г. Радиоприемная система - антенна напитка.
• Патент США 1434984 7 ноября 1922 г. Радиоприемная система - двунаправленная антенна напитка.
• Патент США 1434985 7 ноября 1922 г. Радиоприемная система - использование антенны Бевереджа с несколькими приемниками.
• Патент США 1434986 7 ноября 1922 г. Радиоприемная система - антенна Бевереджа с селективными цепями для устранения помех от соседних длин волн.
• Патент США 1487308, 18 марта 1924 г. Радиоприемная система - улучшение направленности антенны напитка.
• Патент США 1556122 от 6 октября 1925 г. Радиоприемная система - улучшения направленности антенны напитка.
• Патент США 1 658 740 7 февраля 1928 года Система радиоприемника - широкополосная фазировка двух или более антенн Бевереджа для улучшения направленности
• Патент США 1768239 Уменьшение помех, принимаемых через боковой лепесток антенны Бевереджа.
• Патент США 1816614 волновая антенна - улучшения направленности антенны напитка
• Патент США 1821402 смещенных антенны напитка и фазированных антенн напитка с смещением

использованная литература

1. Напиток, Гарольд Х .; Райс, Честер В .; Келлог, Эдвард В. (январь 1923 г.). «Волновая антенна - новый тип высоконаправленной антенны». Пер. AIEE. AIEE. 42: 215–266. Дои:10.1109 / T-AIEE.1923.5060870. ISSN  0096-3860.
2. Лапорт, Эдмунд А. (1952). Радиоантенна инженерия. Нью-Йорк: McGraw-Hill Book Co., стр. 55–59.
3. Карр, Джозеф Дж. (Январь 1998 г.). "Антенна для напитков". Популярная электроника. Фармингтон, Иллинойс: Публикации Gernsback. 15 (1): 40–46. Получено 1 июля, 2016., также в архиве Вот
4. «Конец эпохи: Зимняя гавань NSGA закроет свои двери». флот. мил. Получено 8 декабря, 2016.
5. "Radio NBD, Otter Cliffs, штат Мэн (около 1917-1919) - от Les Smallwood, CTRCS, USN в отставке". navycthistory.com. Получено 8 декабря, 2016.
6. Чарльз Уильям Тауссиг (1922). "Книга Радио - Радио Централ". Получено 5 марта, 2018.
7. "Радио Фри Белфаст (Мэн)". maine.gov. Получено 8 декабря, 2016.
8. Карл, Корин. "Информационная эпоха - 1914 г. Описание станции". campevans.org. Архивировано из оригинал 4 марта 2016 г.. Получено 8 декабря, 2016.
9. «Морской центр Чатема Маркони - Музей беспроводной связи и образовательный центр Маркони-RCA». chathammarconi.org. Получено 8 декабря, 2016.
10. четырехфазные напитки
11. первая трансатлантическая телефонная система
12. Пуазель, Ричард (2012). Антенные системы и приложения радиоэлектронной борьбы. Артек Хаус. С. 300–310. ISBN  978-1608074846.
13. Константин А. Баланис (3 декабря 2012 г.). Теория антенн: анализ и конструкция. Джон Вили и сыновья. С. 648–. ISBN  978-1-118-58573-3.
14. Пуазель (2012) Антенные системы и приложения радиоэлектронной борьбы, стр.310, ур. 8,18.
15. Х. Уорд Сильвер (2008). Руководство по лицензии ARRL Extra Class для любительского радио. Американская радиорелейная лига. С. 9–. ISBN  978-0-87259-135-6.
16. Рудольф Ф. Граф (11 августа 1999 г.). Современный словарь электроники. Elsevier Science. С. 843–. ISBN  978-0-08-051198-6.
17. Питер С. Сандретто (1958). Электронная авиационная техника. Международная телефонная и телеграфная корпорация.
18. Джерри Севик (2001). Трансформаторы линии передачи. Благородная издательская корпорация. ISBN  978-1-884932-18-2.

Источники

• Теория и конструкция антенны Уоррен Л. Стутцман, Гэри А. Тиле, Джон Уайли и сыновья, 22 мая 2012 г.