Радиатор мачты - Mast radiator

Примеры и перспективы в этой статье может не представлять мировое мнение предмета. Ты можешь улучшить эту статью, обсудите вопрос на страница обсуждения, или создать новую статью, в зависимости от обстоятельств. (Январь 2012 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Типичный мачтовый радиатор и "домик для настройки антенны "AM радио станция в Чапел-Хилл, Северная Каролина.

А мачтовый радиатор (или излучающая башня) это радиомачта или вышка в котором сама металлическая конструкция находится под напряжением и функционирует как антенна. Эта конструкция, впервые широко использованная в 1930-х годах, обычно используется для передача антенны, работающие на низком частоты, в LF и MF диапазоны, в частности те, которые используются для AM радиовещание станции. Мачта из токопроводящей стали электрически соединена с передатчик. Его основание обычно устанавливается на непроводящей опоре, чтобы изолировать его от земли. Мачтовый радиатор - это форма монопольная антенна.

Структурный дизайн

Типичная 200-футовая (61 м) решетчатая мачта с треугольными растяжками для AM-радиостанции в Маунт-Вернон, Вашингтон, США

В Blosenbergturm, отдельно стоящая мачтовая антенна в Беромюнстер, Швейцария

Большинство мачтовых радиаторов построены как мачты с оттяжками.^[1][2] Стали 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, самый распространенный тип, должны быть изолированы от земли. В основании мачта обычно крепится на толстой керамика изолятор, который имеет прочность на сжатие, чтобы выдержать вес башни и диэлектрическая прочность выдержать высокий Напряжение применяется передатчиком. В РФ питание антенны подается от согласующей сети, обычно размещенной в домик для настройки антенны рядом с мачтой, и кабель, по которому подается ток, просто прикручивается к вышке. Настоящий передатчик обычно находится в отдельном здании, которое подает ВЧ-мощность на домик настройки антенны через линия передачи.

Чтобы держать его в вертикальном положении, мачта натянута. растяжки прикреплены, как правило, группами по 3 шт. под углом 120 °, которые крепятся к земле обычно с помощью бетона якоря. Несколько наборов оттяжек (от 2 до 5) на разных уровнях используются для обеспечения устойчивости башни к деформации. Парные линии имеют изоляторы напряжения (Шары Джонни) вставляются, как правило, вверху, рядом с точкой крепления к мачте, чтобы изолировать проводящий кабель от мачты, предотвращая попадание высокого напряжения на мачте на землю.

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

Мачтовые радиаторы также могут быть выполнены отдельно стоящими. решетчатые башни широкая внизу для устойчивости, сужающаяся 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. Недостаток - широкое основание башни искажает вертикальный рисунок тока на башне, уменьшая радиационная стойкость и, следовательно, излучаемая мощность, поэтому мачты с оттяжками предпочтительнее

Национальное министерство радиосвязи страны обычно имеет регулирующие полномочия по проектированию и эксплуатации радиомачт в дополнение к местным властям. строительные нормы которые охватывают структурный дизайн. В США это Федеральная комиссия связи (FCC). Перед строительством планы мачты должны быть предварительно одобрены регулирующими органами.

Электрический дизайн

Базовая подача: Радиочастота питание подается на мачту по прикрепленному к ней проводу, который идет от согласующей сети внутри "домик для настройки антенны "справа. Коричневый керамический изолятор в основании удерживает мачту изолированной от земли. Слева находится заземлитель и искровой разрядник для защиты от молний.

В оттяжках есть яйцевидные изоляторы деформации, чтобы высокое напряжение на мачте не достигало земли.

Одномачтовый радиатор - это всенаправленная антенна который излучает радиоволны одинаковой мощности во всех горизонтальных направлениях.^[4] Мачтовые радиаторы излучают вертикально поляризованный радиоволны, большая часть мощности которых излучается при малых углах места. в средняя частота (MF) и Низкая частота (LF) диапазоны AM радиостанция покрывают зону прослушивания, используя земные волны, вертикально поляризованные радиоволны, которые распространяются близко к поверхности земли, следуя контуру местности.^[4] Излучатели мачты 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 достаточно энергии при больших углах возвышения для небесная волна (пропустить) радиопередачу.

Большинство радиостанций используют одиночные мачты. Несколько мачт питаются радиотоком на разных фазы можно использовать для построения направленные антенны, которые излучают больше энергии в определенных направлениях, чем другие.

Система подачи

В передатчик который генерирует радиочастота ток часто находится в здании на небольшом расстоянии от мачты, поэтому его чувствительная электроника и обслуживающий персонал не будут подвергаться воздействию сильных радиоволн у основания мачты. Ток от передатчика подается на мачту через линия подачи, специализированный кабель (линия передачи ) для проведения радиочастотного тока. На НЧ и СЧ частотах с изоляцией из пеноматериала коаксиальный кабель обычно используется. Линия подачи подключается к блок настройки антенны (сеть согласования импеданса ) в основании мачты, чтобы согласовать линию передачи с мачтой.^[5] Это может быть водонепроницаемая коробка или небольшой навес, называемый домик для настройки антенны (дом винтовой) рядом с мачтой. Схема настройки антенны совпадения то характеристическое сопротивление от фидерной линии до импеданса антенны (приведенного на графике ниже) и включает реактивное сопротивление, обычно загрузочная катушка, чтобы отрегулировать реактивное сопротивление антенны, чтобы она резонансный на рабочей частоте. Без антенного тюнера несоответствие импеданса между антенной и фидерной линией вызовет состояние, называемое стоячие волны (высоко 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 привинчивается короткий фидер.

Питать мачтовый радиатор можно тремя способами:^[6]

• Серия возбуждена (базовая подача): 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]
• Шунт возбужден: нижняя часть мачты заземлена, и одна сторона фидера подключена к мачте частично вверх, а другая - к системе заземления под мачтой.^[6] Импеданс мачты увеличивается по длине, поэтому, выбрав правильную высоту для подключения, антенну можно согласованный импеданс к линии подачи. Это позволяет избежать необходимости изолировать мачту от земли и поражение электрическим током опасность высокого напряжения на основании мачты.
• Секционный: также известная как антенна с защитой от замираний, мачта разделена на две секции с изолятором между ними, чтобы образовать две штабелированные вертикальные антенны, питаемые по фазе.^[6] Этот коллинеарен расположение усиливает низкоугловое излучение (земная волна) и уменьшает излучение под большим углом (космическая волна). Это увеличивает расстояние до зона 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 в себя схему отбора антенного тока, которая отправляет результаты измерений обратно в диспетчерскую передатчика.^[7] Хижина также обычно содержит источник питания для сигнальных огней самолета.

Высота мачты и диаграмма направленности

Вертикальный диаграммы направленности идеальных монопольных антенн над идеальным грунтом. Расстояние от линии до начала координат при заданном угле возвышения пропорционально плотности мощности, излучаемой под этим углом. При заданной потребляемой мощности мощность, излучаемая в горизонтальных направлениях, увеличивается с высотой от четвертьволновой монополь (0,25λ, синий) через полуволновой монополь (0,5λ, зеленый) до максимума на длине 0,625λ (красный)

Измеренное сопротивление основания и реактивное сопротивление типичного мачтового радиатора с питанием от основания в зависимости от высоты.

Идеальная высота мачтового радиатора зависит от трансмиссии. частота ${ displaystyle f}$, географическое распределение слушающей аудитории и местность. Несекционный мачтовый радиатор - это монопольная антенна, а его вертикаль диаграмма направленности, количество энергии, излучаемой им под разными углами возвышения, определяется его высотой. ${ displaystyle h}$ по сравнению с длина волны ${ displaystyle lambda = c / f}$ радиоволн, равных скорости света ${ displaystyle c}$ делится на частоту ${ displaystyle f}$. Высота мачты обычно указывается в долях длины волны или в дюймах.электрические степени "

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

где каждая степень равна ${ displaystyle lambda / 360}$ метров. Распределение тока на мачте определяет диаграмма направленности. В радиочастота текущий течет вверх по мачте и отражается сверху, а прямой и отраженный ток вмешиваться, создавая примерно синусоидальный стоячая волна на мачте с узел (точка нулевого тока) вверху и максимум на четверть длины волны вниз^[6][8]

${ Displaystyle я (у) = я _ { текст {макс}} грех (G-у)}$

где ${ Displaystyle я (у)}$ ток на высоте ${ displaystyle y}$ электрические градусы над землей, и ${ displaystyle I _ { text {max}}}$ максимальный ток. На высоте немногим менее четверти длины волны ${ displaystyle {1 over 4} lambda, {1 over 2} lambda, {3 over 4} lambda}$ ... (G = 90 °, 180 °, 270 ° ...) мачта резонансный; на этих высотах антенна представляет собой чистый сопротивление к линия подачи, упрощая согласование импеданса фидер к антенне. При другой длине антенна имеет емкостное сопротивление или индуктивное сопротивление. Однако мачты такой длины можно эффективно подавать, отключив реактивное сопротивление 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 °.

Наземные волны двигаться 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 достигается при ${ displaystyle 2 lambda / pi}$ = .637${ displaystyle lambda}$^[6]) Как показано на схеме, на высотах ниже половины длины волны (180 электрических градусов) диаграмма направленности антенны имеет один мочка с максимумом по горизонтали. На высотах выше половины длины волны рисунок расщепляется и имеет второй лепесток, направленный в небо под углом примерно 60 °. Причина, по которой горизонтальное излучение составляет максимум 0,625${ displaystyle lambda}$ состоит в том, что на длине волны чуть больше половины длины волны противоположное фазовое излучение от двух лепестков деструктивно вмешивается и отменяется при больших углах возвышения, в результате чего большая часть мощности излучается в горизонтальных направлениях.^[6] Высота выше 0,625${ displaystyle lambda}$ обычно не используются, потому что выше этого мощность, излучаемая в горизонтальных направлениях, быстро уменьшается из-за увеличения мощности, расходуемой в небо во втором лепестке.^[4]

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

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 проводимость грунта.^[10] Процесс проектирования реальной радиомачты обычно включает в себя исследование проводимости почвы с последующим использованием компьютерная программа для моделирования антенны для расчета карты уровня сигнала, создаваемого фактическими коммерчески доступными мачтами, на фактической местности. Это сравнивается с распределением населения аудитории, чтобы найти лучший дизайн.^[10]

Антибликовые конструкции

Вторая цель дизайна, которая влияет на высоту, - уменьшить многолучевое замирание в приемной.^[9] Некоторая часть радиоэнергии, излучаемой под углом в небо, отражается слоями заряженных частиц в ионосфера и возвращается на Землю в приемной. Это называется небесная волна. На определенных расстояниях от антенны эти радиоволны не в фазе с земными волнами и двумя радиоволнами вмешиваться деструктивно и частично или полностью взаимно подавляют друг друга, уменьшая силу сигнала. Это называется угасание. Ночью, когда ионосферное отражение наиболее сильное, это приводит к образованию кольцевой области с низким уровнем сигнала вокруг антенны, в которой прием может быть недостаточным, иногда называемой «зоной тишины», затухающей стенкой или зона кашицы. Однако замирание из-за многолучевости становится значительным только в том случае, если уровень сигнала ионосной 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${ displaystyle lambda}$, так что это еще одна распространенная высота мачт.^[6]

Секционные мачты

Типом мачты с улучшенными характеристиками защиты от выцветания является секционная мачта, также называемая мачтой, предотвращающей выцветание.^[11][12] В секционированной мачте изоляторы в вертикальных опорных элементах разделяют мачту на две вертикально уложенные друг на друга токопроводящие секции, которые в фазе отдельными фидерами. Это увеличивает долю мощности, излучаемой в горизонтальном направлении, и позволяет мачте быть выше 0,625.${ displaystyle lambda}$ без чрезмерного излучения под большим углом. Практические секции высотой 120 на 120 градусов, 180 на 120 градусов и 180 на 180 градусов в настоящее время находятся в эксплуатации с хорошими результатами.

Электрически короткие мачты

Нижний предел частоты, на которой могут использоваться излучатели мачты, находится в Низкая частота полосы 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 требуемые площади 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 значительно короче основной резонансной длины, составляющей четверть длины волны (0,25${ displaystyle lambda}$, 90 электрических градусов) называются электрически короткие антенны. Электрически короткие антенны не могут эффективно управляться из-за их низкого радиационная стойкость.^[6] Радиационная стойкость антенны, электрическое сопротивление который представляет мощность, излучаемую в виде радиоволн, которая составляет около 25–37 Ом на четверти длины волны, уменьшается ниже четверти длины волны на квадрат высоты мачты. 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 того, как сопротивление излучения уменьшается, 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 тратится в землю. система.

Вторая проблема с электрически короткими мачтами заключается в том, что емкостное сопротивление мачты высокий, требующий большого загрузочная катушка в антенном тюнере, чтобы настроить его и заставить мачту резонировать. Высокое реактивное сопротивление по сравнению с низким сопротивлением дает антенне высокую Добротность; антенна и катушка действуют как высокая добротность настроенная схема, уменьшая полезные пропускная способность антенны.

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

Емкостные нагрузки

Емкостной цилиндр на мачте радиомачты AM в Хамерсли, Австралия

В случаях, когда необходимо использовать короткие мачты, емкостная верхняя нагрузка (цилиндр) иногда добавляется в верхней части мачты для увеличения излучаемой мощности.^[13] Это круглый экран из горизонтальных проводов, идущих радиально от верхней части антенны. Он действует как конденсатор пластины, увеличенный 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 длина мачты, это называется "электрически удлинение "антенна. Другой способ сделать шляпу емкости - использовать секции верхнего набора растяжек, вставив изоляторы напряжения в растяжке на небольшом расстоянии от мачты. Емкость головных уборов конструктивно ограничена до 15-30 градусов добавленной электрической высоты.

Система заземления

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 плоскость земли отражать радиоволны. Питание на антенну подается между нижней частью мачты и землей, поэтому требуется система заземления (заземления) под антенной, чтобы войти в контакт с почвой для сбора обратного тока. Одна сторона фидерной линии от спиральной камеры прикреплена к мачте, а другая - 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 и соединенных вместе с заземляющим проводом на терминал рядом с базой.^[15]

Мощность передатчика, теряемая в сопротивлении заземления, и, следовательно, эффективность антенны зависит от проводимости почвы. Это широко варьируется; болотистый грунт или пруды, особенно соленая вода, обеспечивают грунт с самым низким сопротивлением. Плотность ВЧ-тока в земле и, следовательно, потери мощности на квадратный метр возрастают по мере приближения к заземляющему выводу в основании мачты,^[15] Таким образом, радиальную систему заземления можно рассматривать как замену почвы средой с более высокой проводимостью, медью, в тех частях заземления, которые имеют высокую плотность тока, для снижения потерь мощности.

Стандартная широко используемая система заземления, приемлемая для США. Федеральная комиссия связи (FCC) - это 120 радиальных заземляющих проводов, расположенных на равном расстоянии друг от друга и выходящих на четверть длины волны (0,25${ displaystyle lambda}$, 90 электрических градусов) от мачты.^[15][14] Обычно используется мягкотянутый медный провод № 10, закапанный на глубину от 4 до 10 дюймов.^[15] За Диапазон вещания AM мачты для этого требуется круглая земля, простирающаяся от мачты на 47–136 метров (154–446 футов). Обычно его засаживают травой, которую не скашивают, так как высокая трава в определенных обстоятельствах может увеличить потери мощности. Если площадь земли вокруг мачты слишком ограничена для таких длинных радиалов, во многих случаях их можно заменить большим количеством более коротких радиалов. Металлическая опора под изолятором мачты соединена с системой заземления токопроводящими металлическими лентами, поэтому на бетонной подушке, поддерживающей мачту, не возникает напряжения, поскольку бетон имеет плохие диэлектрические свойства.

Для мачт с высотой около полуволны (180 электрических градусов) мачта имеет максимум напряжения (пучность ) рядом с его основанием, что приводит к сильному электрические поля в земле над заземляющими проводами возле мачты, где ток смещения входит в землю. Это может вызвать значительные диэлектрические потери 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 асфальт дорожное покрытие, имеющее низкие диэлектрические потери.

Вспомогательное оборудование

Фехтование

Радиаторы мачты с питанием от основания находятся под высоким напряжением на основании мачты, что может вызвать опасное повреждение. поражение электрическим током к прикосновению к нему заземленного человека. 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 сетка забор используется, но иногда используются деревянные заборы, чтобы токи, наводимые в металлическом заборе, не искажали диаграмма направленности антенны. В качестве альтернативы можно установить мачту наверху кабины для настройки антенны, вне досягаемости публики, что устраняет необходимость в ограждении.

Предупреждающие огни для самолетов

Антенные мачты достаточно высоки, чтобы представлять опасность для самолета. Авиационные правила требуют окраски мачт чередующимися полосами международный апельсин и белой краской, и есть сигнальные огни самолета по длине, чтобы сделать их более заметными для самолетов. Правила требуют мигающих огней наверху 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 средств защиты он бы провел радиочастота (RF) ток к заземлению силовой проводки переменного тока, закорачивающий мачту. Чтобы предотвратить это, в силовой кабель освещения у основания 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 Остина в основании башни передатчика WMCA и WNYC в Кирни, Нью-Джерси

• Остин трансформер - это специализированный вид разделительный трансформатор сделано специально для этого использования, в котором первичный и вторичные обмотки трансформатора разделены воздушным зазором, достаточно широким, чтобы высокое напряжение на антенне не могло перепрыгнуть через него.^[3] Он состоит из кольцевого тороидальный железный сердечник с первичная обмотка обернутый вокруг него, установлен на бетонном основании ниже изолятора 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. В магнитное поле создаваемый первичной обмоткой индуцирует ток во вторичной обмотке без необходимости прямого соединения между ними.
• Удушение - это состоит из индуктор, катушка из тонкой проволоки, намотанная вокруг цилиндрической формы.^[3] В сопротивление (сопротивление переменному току) индуктора увеличивается с увеличением частоты тока. Изолирующий дроссель представляет собой фильтр нижних частот, он сконструирован так, чтобы иметь высокое сопротивление при радиочастоты который предотвращает прохождение радиочастотного тока, но имеет незначительное сопротивление на более низкой частоте сети 50/60 Гц, поэтому мощность переменного тока может проходить к источникам света. 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 индуцируется в конце низкого напряжения емкостная связь через переплетение емкость дросселя выводится на землю.
• Параллельный резонансный контур (ловушка) - это состоит из индуктор и конденсатор подключены параллельно в ЛЭП. Значения индуктивности и емкости выбираются таким образом, чтобы резонансная частота - рабочая частота 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

В основании мачта должна иметь молниеотвод состоящий из шара или рога разрядник между мачтой и клеммой заземления, чтобы ток от удара молнии до мачты проводился на землю.^[3] Провод от молниеотвода должен кратчайшим путем пройти непосредственно к металлическому стержню заземления. В верхней части мачты должен быть 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 заземляющий выключатель, 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.

Совместно размещенные антенны

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. Они называются размещенные антенны. Типы антенн, часто устанавливаемых на мачтовые излучатели: стекловолокно. штыревые антенны за наземные мобильные радиосистемы для служб такси и доставки, тарелочные антенны за микроволновое реле ссылки, несущие коммерческие телекоммуникационные и интернет-данные, FM радиовещание антенны, состоящие из коллинеарных отсеков скрученных дипольных элементов, и базовая станция сотовой связи антенны.

Пока расположенные вместе антенны не работают на частотах, близких к частоте передачи мачты, обычно можно электрически изолировать их от напряжения на мачте. В линии передачи Подача ВЧ-мощности на расположенные рядом антенны создает во многом ту же проблему, что и линии электропередач освещения самолета: они должны проходить вниз по вышке и через базовый изолятор и подключаться к низковольтному оборудованию, поэтому без изолирующих устройств они будут нести высокое напряжение мачты и может замкнуть мачту на массу. Линии передачи изолированы фильтром нижних частот. индукторы состоящий из спиралей коаксиального кабеля, намотанного на непроводящую форму.^[16]

Самые высокие мачты с оттяжками

Самая высокая мачта радиатора из когда-либо построенных была 648,38 метра (2127,2 фута). Варшавская радиомачта Построен в 1974 году в Константинове, Польша, разрушился в 1991 году.^{[нужна цитата ]} В настоящее время самая высокая мачта радиатора может достигать 411,48 метров (1350,0 футов) в высоту. Длинноволновая радиомачта Hellissandur построен в 1963 г. рядом с Hellissandur, Исландия.

629-метровый (2064 футов) Мачта КВЛИ-ТВ телевидение передающая антенна в Бланшар, Северная Дакота это самая высокая мачта в мире с оттяжками, но не радиаторная мачта.^{[нужна цитата ]} Две мачты Передатчик Lualualei VLF, Луалуалей, Гавайи, на высоте 458,11 метра (1503,0 фута), являются самыми высокими мачтами, изолированными от земли, но это не мачтовые радиаторы, а часть проволочная антенна с емкостной нагрузкой.^{[нужна цитата ]}

Самые высокие самонесущие саморазрушающие башни

История

420-футовый трубчатый мачтовый радиатор Fessenden 1906 года выпуска.

Пример Мачта Blaw-Knox, Башня Лакихеги, мачта длиной 314 метров (1030 футов), построенная в Венгрии в 1933 году.

Одним из первых больших мачтовых излучателей была экспериментальная трубчатая мачта длиной 420 футов (130 м), возведенная в 1906 г. Реджинальд Фессенден для его передатчик искрового разрядника в Брант-Рок, Массачусетс с которой он совершил первую двустороннюю трансатлантическую передачу, установив связь с идентичной станцией в Махриханише, Шотландия. Однако во время радиотелеграфия эры до 1920 года большинство дальних радиостанций, передаваемых в длинноволновый диапазон, который ограничивал вертикальную высоту излучателя намного меньше четверти длины волны, поэтому антенна была электрически короткие и был низкий радиационная стойкость от 5 до 30 Ом.^[9] Поэтому большинство передатчиков использовали антенны с емкостной нагрузкой, такие как зонтичная антенна или перевернутая L и T антенна для увеличения излучаемой мощности. В то время принцип действия антенн был мало изучен, а конструкции основывались на пробах и ошибках и полупонятных практических правилах.

Начало AM радиовещание в 1920 г. и выделение средняя волна частоты для радиовещательных станций вызвали рост интереса к средневолновым антеннам. Flattop или Т-антенна использовалась как основная радиовещательная антенна в течение 1920-х годов.^[9] Его недостатком было то, что требовалось две мачты, вдвое дороже строительство одной мачтовой антенны, гораздо большая площадь суши, а паразитные токи в мачтах искажали диаграмму направленности. Две исторические статьи, опубликованные в 1924 г. Стюарт Баллантайн привело к разработке мачты радиатора.^[9] Один получил радиационная стойкость вертикальной несимметричной антенны над землей.^[17] 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 системе заземления. . Во второй статье того же года он показал, что количество энергии, излучаемой горизонтально земными волнами, достигает максимума на высоте мачты 0,625.${ displaystyle lambda}$ (225 электрических градусов).^[18]

К 1930 году недостатки Т-антенны заставили радиовещательные компании использовать антенну с мачтовым излучателем.^[9] Одним из первых использованных типов был алмазный кантилевер или Башня Бло-Нокс. У этого был алмаз (ромбоэдрический ) форма, которая сделала его жестким, поэтому потребовался только один набор оттяжек на его широкой талии. Заостренный нижний конец антенны заканчивался большим керамическим изолятором в виде шарнирного соединения на бетонном основании, снимающем изгибающие моменты с конструкции. Первая, полуволновая мачта длиной 665 футов (203 м) была установлена ​​на передатчике 50 кВт WABC в Уэйне, штат Нью-Джерси, в 1931 году.^[19][20] В эту эпоху также были введены системы радиального заземления.

В 1930-х годах индустрия вещания осознала проблему многолучевое замирание, что ночью под большим углом волны отражаются от ионосфера мешали наземным волнам, создавая кольцевую область плохого приема на определенном расстоянии от антенны.^[9] Было обнаружено, что ромбовидная форма башни Блау-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 монопольной мачты с 225 электрических градусов до 190 градусов может устранить радиоволны под большим углом, вызывающие затухание. Секционные мачты также были разработаны в эту эпоху.

Примечания

использованная литература

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

Смотрите также

• Радиомачты и вышки
• Мачта с оттяжками