Антенна Бевереджа

Антенна Бевереджа или «волновая антенна» - это длиннопроводная приемная антенна в основном используется в диапазонах низких частот и средних частот, изобретенных Гарольдом Х. Бевереджем в 1921 году. Используется любительским радио, коротковолновое прослушивание и длинноволновое радио DXers и военные приложения.

Антенна Бевереджа состоит из горизонтального провода длиной от половины до нескольких длин волн (от сотен футов на ВЧ до нескольких километров для длинных волн), подвешенного над землей, с линия питания к приемнику, подключенному к одному концу, а другой конец Beverage подключен через резистор к земле. Антенна имеет однонаправленную диаграмму направленности с главным лепестком диаграммы направленности под небольшим углом в небо от конца с резисторной нагрузкой, что делает ее идеальной для приема на большие расстояния небесная волна (пропуск) передачи от станций над горизонтом, которые отражаются от ионосферы. Однако антенна должна быть построена так, чтобы провод указывал на расположение передатчика.

Преимуществами Beverage являются превосходная направленность и более широкая полоса, чем у резонансных антенн. 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.

• 1 История
• 2 Описание
• 3 Работа
• 4 Прирост
• 5 Реализация
• 6 См. Также
• 7 Патенты
• 8 Ссылки
• 9 Источники

Гарольд Беверидж экспериментировал с приемными антеннами, подобными антенне Бевереджа, в 1919 году на радиостанции Otter Cliffs. В 1920 году он обнаружил, что в остальном почти двунаправленная длиннопроводная антенна становится однонаправленной, если поместить ее рядом с землей с потерями и заделать один конец провода резистором. 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, Белфаст, Мэн, Белмар, Нью-Джерси и Чатем, Массачусетс, для трансатлантической радиотелеграфии трафик. Возможно, самая большая антенна Бевериджа - массив из четырех фазированных Бевериджингов длиной три мили (5 км) и шириной две мили (3 км) - была построена ATT в Хоултоне, штат Мэн, для первой открытой трансатлантической телефонной системы. в 1927 году.

Анимация, показывающая, как работает антенна. Из-за сопротивления земли 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 (I, синяя линия) и напряжения вдоль провода, амплитуда которого увеличивается по мере удаления от конца. Когда он достигает ведомого конца (слева), ток проходит по линии передачи к приемнику. Радиоволны в другом направлении, к оконечному концу, создают бегущие волны, которые поглощаются оконечным резистором R, поэтому антенна имеет однонаправленную диаграмму направленности. Антенна Бевериджа, которую можно импровизировать для полевой связи в военных целях, из 1995 г. Полевое руководство армии США. Вместо заземления резистор подключается ко второму нижнему проводу, который служит в качестве противовеса, искусственного заземления для передатчика. Главный лепесток антенны, направление наибольшей чувствительности, находится вправо, за концом провода, который заканчивается в резисторе.

Антенна Бевериджа состоит из горизонтального провода, от половины до несколько длин волн, подвешенные близко к земле, обычно от 10 до 20 футов высотой, направленные в направлении источника сигнала. В конце по направлению к источнику сигнала он соединен резистором с землей, приблизительно равным по значению характеристическому импедансу антенны, рассматриваемой как линия передачи, обычно от 400 до 800 Ом. На другом конце он подключен к приемнику с линией передачи через симметрирующий блок для согласования линии с характеристическим сопротивлением антенны.

В отличие от других проволочных антенн, таких как дипольные или несимметричные антенны, которые действуют как резонаторы, с радиотоками перемещаясь в обоих направлениях вдоль элемента, отражаясь назад и вперед между концами как стоячие волны, антенна Бевереджа является антенной бегущей волны ; Радиочастотный ток движется по проводу в одном направлении, в том же направлении, что и радиоволны. Отсутствие резонанса дает им более широкую полосу , чем резонансные антенны. Он принимает вертикально поляризованные радиоволны, но в отличие от других вертикально поляризованных антенн он подвешен близко к земле, и для работы требуется некоторое сопротивление в земле.

Работа антенны Бевереджа основана на "наклоне волны". На низких и средних частотах вертикально поляризованная радиочастота электромагнитная волна, распространяющаяся близко к поверхности земли с конечной проводимостью земли , несет потери, которые вызывают волновой фронт «наклонить» под углом. Электрическое поле направлено 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. Радиочастотные токи, распространяющиеся по проводу, добавляют фазу и амплитуду по всей длине провода, обеспечивая максимальную мощность сигнала на дальнем конце антенны, к которому подключен приемник.

Антенный провод и землю под ним вместе можно рассматривать как «негерметичную» линию передачи, которая поглощает энергию радиоволн. Скорость волн тока в антенне меньше скорости света из-за земли. Скорость волнового фронта по проводу также меньше скорости света из-за его угла. При определенном угле θ max две скорости равны. Под этим углом усиление антенны максимально, поэтому диаграмма направленности имеет главный лепесток под этим углом. Угол главного лепестка равен

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

где

$L\; \{\backslash \; displaystyle\; L\}$- длина антенного провода,

$\lambda \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; lambda\; \}$- длина волны.

Антенна имеет однонаправленную диаграмму приема, потому что радиочастотные сигналы, поступающие в другом направлении, от приемного конца провода, индуцируют токи, распространяющиеся к оконечному концу, где они поглощается согласующим резистором.

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 тратиться впустую в оконечном резисторе

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.

Однопроводная антенна Бевереджа обычно представляет собой одиночный прямой медный провод длиной от половины до двух длин волн, проходящий параллельно поверхности Земли в направление полезного сигнала. Провод подвешивается на изолированных опорах над землей. 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 фидерной линии приемника.

Двухпроводной вариант иногда используется для нулевого управления назад или для двунаправленного переключения. Антенна также может быть реализована в виде массива из 2–128 или более элементов в конфигурациях с боковым направлением, с торцевым огнем и со смещением, предлагая значительно улучшенную направленность, которую иначе очень трудно получить на этих частотах. Четырехэлементный массив напитков в поперечном / шахматном порядке использовался ATT в месте расположения длинноволновых телефонных трубок в Хоултоне, штат Мэн. Для приемных антенн систем загоризонтных радаров были реализованы очень большие фазированные решетки Бевереджа из 64 элементов или более.

Управляющее сопротивление антенны равно характеристическому сопротивлению сопротивление провода относительно земли составляет от 400 до 800 Ом, в зависимости от высоты провода. Обычно для подключения приемника к оконечной точке антенны используется коаксиальный кабель с сопротивлением 50 или 75 Ом. Согласующий трансформатор должен быть вставлен между любой такой низкоомной линией передачи и более высоким сопротивлением 470 Ом антенны.

• Антенна (радио)
• Гарольд Беверидж

• США Патент 1,381,089, 7 июня 1921 г. Радиоприемная система - антенна напитка
• США. Патент 1434984 7 ноября 1922 г. Радиоприемная система - двунаправленная антенна напитка
• США Патент 1434985 7 ноября 1922 г. Радиоприемная система - использование антенны Бевереджа с несколькими приемниками
• США Патент 1,434,986 7 ноября 1922 г. Радиоприемная система - антенна Бевереджа с селективными схемами для устранения помех от соседних длин волн
• США Патент 1487308 18 марта 1924 г. Радиоприемная система - усовершенствования направленности антенны напитка
• США Патент 1556122 от 6 октября 1925 г. Радиоприемная система - улучшение направленности антенны напитка
• США Патент 1,658,740. 7 февраля 1928 года. Радиоприемная система - широкополосная фазировка двух или более антенн Бевереджа для улучшения направленности
• США. Патент 1768239 Уменьшение помех, получаемых через боковой лепесток антенны Бевереджа
• США. Патент 1816614 Волновая антенна - улучшение направленности антенны напитка
• США Патент 1,821,402 смещенных антенн напитка и фазированных антенн напитка с смещением

1. ^Beverage, Harold H.; Райс, Честер В.; Келлог, Эдвард В. (январь 1923 г.). «Волновая антенна - новый тип высоконаправленной антенны». Пер. AIEE. AIEE. 42 : 215–266. doi : 10.1109 / T-AIEE.1923.5060870. ISSN 0096-3860.
2. ^ Лапорт, Эдмунд А. (1952). Разработка радиоантенн. 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 года., также заархивировано здесь
4. ^«Конец эпохи: Зимняя гавань NSGA закроет свои двери». navy.mil. Получено 8 декабря 2016 г.
5. ^«Radio NBD, Otter Cliffs, Maine (около 1917-1919) - от Les Smallwood, CTRCS, USN Retired». navycthistory.com. Проверено 8 декабря 2016 г.
6. ^Чарльз Уильям Тауссиг (1922). "Книга Радио - Радиоцентр". Получено 5 марта 2018 г.
7. ^"Radio Free Belfast (Maine)". maine.gov. Проверено 8 декабря 2016 г.
8. ^Карл, Корин. "Информационная эпоха - 1914 г. Описание станции". campevans.org. Архивировано из оригинала 4 марта 2016 г. Получено 8 декабря 2016 г.
9. ^«Морской центр Чатема Маркони - Музей беспроводной связи и образовательный центр Маркони-RCA». chathammarconi.org. Проверено 8 декабря 2016 г.
10. ^четыре фазы Beverages
11. ^первая трансатлантическая телефонная система
12. ^ Poisel, Richard (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. ^H. 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 по электронике. Elsevier Science. стр. 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.

• Теория и конструкция антенны Уоррена Л. Штутцмана, Гэри А. Тиле, John Wiley Sons, 22 мая 2012 г.