Mast radiator - Mast radiator

En typisk mastradiator og " antennejusteringshytte " til en AM -radiostasjon i Chapel Hill, North Carolina .

En mastradiator (eller utstrålende tårn ) er en radiomast eller et tårn der selve metallstrukturen får strøm og fungerer som en antenne . Denne utformingen, først brukes mye i 1930, er ofte brukt for overføring av antenner som arbeider ved lave frekvenser , i LF og MF bånd, særlig de som brukes for AM- radiokringkastingsstasjoner. Den ledende stålmasten er elektrisk koblet til senderen . Basen er vanligvis montert på en ikke -ledende støtte for å isolere den fra bakken. En mastradiator er en form for monopolantenne .

Strukturell design

Typisk 60 meter (200 fot) trekantet gittermast på en AM-radiostasjon i Mount Vernon, Washington , USA

Den Blosenbergturm , en frittstående tårn antenne i Beromünster , Sveits

De fleste mastradiatorer er bygget som mastered master . Stål gittermaster med trekantet tverrsnitt er den mest vanlige typen. Noen ganger brukes også firkantede gittermaster og rørmaster. For å sikre at tårnet er en kontinuerlig leder, er tårnets konstruksjonsdeler bundet elektrisk ved skjøtene av korte kobberhoppere som er loddet til hver side eller "fusjon" (lysbue) sveiser over de passende flensene.

For å sikre at masten fungerer som en enkelt leder, er de separate konstruksjonsdelene av masten forbundet elektrisk med kobberhoppere.

Base-matede master, den vanligste typen, må isoleres fra bakken. Ved basen er masten vanligvis montert på en tykk keramisk isolator , som har trykkstyrken for å bære tårnets vekt og den dielektriske styrken for å motstå høyspenningen som senderen påfører. Den RF- energi for drift av antennen blir levert av et tilpasningsnettverk, vanligvis plassert i en antenneavstemnings Koie ved siden av masten, og kabelen som forsyner strøm ganske enkelt boltet eller slagloddet til tårnet. Selve senderen er vanligvis plassert i en egen bygning, som leverer RF -strøm til antennestemmekabinen via en overføringsledning .

For å holde den oppreist har masten strammet fyrledninger festet, vanligvis i sett med 3 i 120 ° vinkler, som vanligvis er forankret til bakken, vanligvis med betongankre . Flere sett med gutter (fra 2 til 5) på forskjellige nivåer brukes til å gjøre tårnet stivt mot knekking. Fyrlinjene har strekkisolatorer (Johnny -baller) satt inn, vanligvis øverst nær festepunktet til masten, for å isolere den ledende kabelen fra masten, og forhindrer at høyspenningen på tårnet når bakken.

Selv om de er isolert fra masten, kan de ledende fyrkablene fungere elektrisk som resonansantenner ( parasittelementer ), absorbere og radiere radiobølger fra masten og forstyrre antennens strålingsmønster . For å forhindre dette settes det inn ekstra tøyisolatorer med intervaller i fyrkablene for å dele linjen i ikke-resonante lengder: Vanligvis bør segmenter begrenses til maksimalt en åttende til en tiende bølgelengde ( ). ${\ displaystyle \ lambda /8- \ lambda /10}$

Mastradiatorer kan også bygges som frittstående gittertårn , brede i bunnen for stabilitet, innsnevring til en slank mast. Fordelen med denne konstruksjonen er eliminering av fyrlinjer og dermed reduksjon i areal som kreves. Disse tårnene kan ha et trekantet eller et firkantet tverrsnitt, med hvert ben støttet på en isolator. En ulempe er at tårnets brede sokkel forvrenger det vertikale strømmønsteret på tårnet, noe som reduserer strålingsmotstanden og derfor den utstrålte kraften, så foretrukne master er foretrukket.

Et lands nasjonale radiodepartement har vanligvis tilsynsmyndighet for utforming og drift av radiomaster, i tillegg til lokale byggekoder som dekker konstruksjonsdesign. I USA er dette Federal Communications Commission (FCC). Planer for en mast må forhåndsgodkjennes av regulatorer før bygging.

Elektrisk design

Basemating: Radiofrekvensstrøm mates til masten av en ledning festet til den, som kommer fra et matchende nettverk inne i " antennestemmingshytta " til høyre. Den brune keramiske isolatoren ved basen holder masten isolert fra bakken. Til venstre er det en jordingsbryter og et gnistgap for lynbeskyttelse.

Fyrlinjer har eggformede tøyisolatorer i seg, for å forhindre at høyspenningen på masten når bakken

En enkelt mastradiator er en rundstrålende antenne som utstråler lik radiobølgeeffekt i alle horisontale retninger. Mastradiatorer utstråler vertikalt polariserte radiobølger, med det meste av kraften som sendes ut ved lave høyder. I mellomfrekvensbåndene (MF) og lavfrekvente (LF) dekker AM -radiostasjoner lytteområdet ved hjelp av bakkebølger , vertikalt polariserte radiobølger som beveger seg nær bakken, etter terrengets kontur. Mastradiatorer er gode bakkebølge -antenner, og er hovedtypen av sendeantenner som brukes av AM -radiostasjoner, i tillegg til andre radiotjenester i MF- og LF -båndet. De kan også utstråle nok kraft ved høyere høyder for skywave (hoppe) radiooverføring.

De fleste radiostasjoner bruker enkeltmaster. Flere master matet med radiostrøm i forskjellige faser kan brukes til å konstruere retningsbestemte antenner , som utstråler mer kraft i bestemte retninger enn andre.

Fôringssystem

Den transmitteren som frembringer den radiofrekvensstrømmen blir ofte plassert i en bygning en kort avstand bort fra masten, slik at dens følsom elektronikk og betjeningspersonalet ikke vil bli utsatt for de sterke radiobølger ved foten av masten. Strømmen fra senderen leveres til masten gjennom en matelinje , en spesialisert kabel ( overføringsledning ) for å transportere radiofrekvensstrøm. Ved LF- og MF -frekvenser brukes vanligvis skumisolert koaksialkabel . Matelinjen er koblet til en antennejusteringsenhet ( impedansmatchende nettverk ) ved mastens bunn for å matche overføringslinjen til masten. Dette kan være plassert i en vanntett boks eller et lite skur som kalles en antennejusteringshytte (helix house) ved siden av masten. Antennestemningskretsen matcher den karakteristiske impedansen til matelinjen til antennens impedans (gitt av grafen nedenfor), og inkluderer en reaktans , vanligvis en lastespole , for å stille ut reaksjonen til antennen, for å få den til å resonere ved Driftsfrekvens. Uten antennetuneren ville impedansforskjellen mellom antennen og matelinjen forårsake en tilstand som kalles stående bølger (høy SWR ), der noe av radiostrømmen reflekteres nedover matelinjen mot senderen, noe som resulterer i ineffektivitet og muligens overoppheting av senderen. Fra antennen er en kort matelinje boltet eller loddet til masten.

Det er flere måter å mate en mastradiator på:

• Serieopphisset (grunnmating) : masten støttes på en isolator og mates i bunnen; den ene siden av matelinjen fra spiralhuset er koblet til bunnen av masten og den andre til et jordingssystem under masten. Dette er den vanligste feedtypen, som brukes i de fleste AM -radiostasjonsmaster.
• Shunt spent : bunnen av masten er jordet, og den ene siden av matelinjen er koblet til masten helt opp, og den andre til bakkesystemet under masten. Impedansen til masten øker langs lengden, så ved å velge riktig høyde for tilkobling kan antennen tilpasses impedansen til matelinjen. Dette unngår behovet for å isolere masten fra bakken, eliminerer behovet for en isolator i flyets lette kraftledning og fare for elektrisk støt ved høye spenninger på mastens base.
• Foldet unipole : dette kan betraktes som en variant av shunt feed, ovenfor. Antennemasten er jordet og et rørformet "skjørt" av ledninger er festet til toppen av antennen og henger parallelt med masten, som omgir den, til bakkenivå, der den mates. Den har en bredere båndbredde enn et enkelt tårn.
• Seksjon : Masten er også kjent som en anti-fading antenne, og er delt inn i to seksjoner med en isolator mellom dem for å lage to stablede vertikale antenner, matet i fase. Dette kollinære arrangementet forbedrer lavvinklet (bakkebølge) stråling og reduserer høyvinklet (himmelbølge) stråling. Dette øker avstanden til mosesonen der grunnbølgen og himmelbølgen har samme styrke om natten.

Myndigheters forskrifter krever vanligvis at strømmen som mates til antennen overvåkes på antennebasen, så antennejusteringshytten inkluderer også en antennestrømsamplingskrets, som sender sine målinger tilbake til senderens kontrollrom. Hytta inneholder også vanligvis strømforsyningen til flyets varsellamper.

Masthøyde og strålingsmønster

Vertikale strålingsmønstre av ideelle monopolantenner over perfekt grunn. Avstanden til linjen fra opprinnelsen ved en gitt høydevinkel er proporsjonal med effekttettheten som utstråles i den vinkelen. For en gitt effektinngang øker effekten som utstråles i horisontale retninger med høyden fra kvartbølge-monopolen (0,25λ, blå ) gjennom halvbølge-monopolen (0,5λ, grønn ) til et maksimum på 0,625λ ( rødt )

Målt basismotstand og reaktans av en typisk basemast radiator vs høyde.

Den ideelle høyden av en mast radiator avhenger overføring frekvens , den geografiske fordelingen av lytte publikum, og terreng. En useksjonalisert mastradiator er en monopolantenne , og dens vertikale strålingsmønster , mengden kraft den utstråler i forskjellige høydevinkler, bestemmes av høyden sammenlignet med bølgelengden til radiobølgene, lik lysets hastighet dividert med frekvensen . Høyden på masten er vanligvis spesifisert i brøkdeler av bølgelengden, eller i " elektriske grader " ${\ displaystyle f}$${\ displaystyle h}$ ${\ displaystyle \ lambda = c/f}$${\ displaystyle c}$${\ displaystyle f}$

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

hvor hver grad er lik meter. Strømfordelingen på masten bestemmer strålingsmønsteret . Den radiofrekvent strøm flyter opp i masten og reflekterer fra toppen, og den direkte og reflekterte strøm forstyrre , noe som skaper en tilnærmet sinusformet stående bølge på masten med en node (punkt med null strøm) ved toppen og et maksima bølgelengde langs en fjerdedel ${\ displaystyle \ lambda /360}$

${\ displaystyle i (y) = I _ {\ text {max}} \ sin (Gy)}$

hvor er strømmen i en høyde av elektriske grader over bakken, og er maksimal strøm. I høyder på litt mindre enn et multiplum av en kvart bølgelengde, ... (G = 90 °, 180 °, 270 ° ...) er masten resonant ; i disse høyder viser antennen en ren motstand mot matelinjen , noe som forenkler impedansen som mater matelinjen til antennen. På andre lengder har antennen kapasitiv reaktans eller induktiv reaktans . Imidlertid kan master av disse lengdene mates effektivt ved å avbryte reaktansen til antennen med en konjugert reaktans i det matchende nettverket i spiralhuset. På grunn av mastens endelige tykkelse, motstand og andre faktorer skiller den faktiske antennestrømmen på masten seg vesentlig fra den ideelle sinusbølgen antatt ovenfor, og som vist på grafen er resonanslengder på et typisk tårn nærmere 80 °, 140 ° og 240 °. ${\ displaystyle i (y)}$${\ displaystyle y}$${\ displaystyle I _ {\ text {max}}}$${\ displaystyle {1 \ over 4} \ lambda, {1 \ over 2} \ lambda, {3 \ over 4} \ lambda}$

Jordbølger beveger seg horisontalt bort fra antennen like over bakken, derfor er målet med de fleste mastedesigner å utstråle maksimal kraft i horisontale retninger. En ideell monopolantenne utstråler maksimal effekt i horisontale retninger i en høyde på 225 elektriske grader, ca.5/8eller 0,625 av en bølgelengde (dette er en tilnærming som er gyldig for en typisk endelig tykkelsesmast; for en uendelig tynn mast forekommer maksimumet på = 0,637 ) Som vist i diagrammet, i høyder under en halv bølgelengde (180 elektriske grader) strålingsmønsteret av antennen har en enkelt lap med et maksimum i horisontale retninger. I høyder over en halv bølgelengde deler mønsteret seg og har en annen lap rettet inn i himmelen i en vinkel på omtrent 60 °. Grunnen til at horisontal stråling er maksimal ved 0,625 er at på litt over en halv bølgelengde forstyrrer den motsatte fasestrålingen fra de to flikene destruktivt og avbrytes ved høye vinkler, noe som får det meste av kraften til å bli utsendt i horisontale retninger. Høyder over 0,625 brukes vanligvis ikke fordi kraften som utstråles i horisontale retninger over dette synker raskt på grunn av økende kraft bortkastet til himmelen i den andre lapen. ${\ displaystyle 2 \ lambda /\ pi}$${\ displaystyle \ lambda}$${\ displaystyle \ lambda}$${\ displaystyle \ lambda}$

For mellomstore AM -kringkastingsbåndsmaster ville 0,625 være en høyde på 117–341 m (384–1,199 fot) og høyere for langbølgemaster. De høye byggekostnadene for slike høye master betyr ofte at kortere master brukes. ${\ displaystyle \ lambda}$

Ovenstående gir strålingsmønsteret til en perfekt ledende mast over perfekt ledende grunn. Den faktiske styrken til det mottatte signalet på et hvilket som helst punkt på bakken bestemmes av to faktorer, effekten utstrålt av antennen i den retningen og banedempningen mellom sendeantennen og mottakeren, som er avhengig av jordledningsevne . Designprosessen for en faktisk radiomast innebærer vanligvis å gjøre en undersøkelse av jordledningsevne, og deretter bruke et antennesimuleringsdataprogram for å beregne et kart over signalstyrke produsert av faktiske kommersielt tilgjengelige master over det faktiske terrenget. Dette sammenlignes med publikumsfordelingen for å finne det beste designet.

Anti-fading design

Et annet designmål som påvirker høyden, er å redusere flerveis fading i resepsjonsområdet. Noe av radioenergien som stråles i en vinkel inn i himmelen reflekteres av lag med ladede partikler i ionosfæren og går tilbake til jorden i mottaksområdet. Dette kalles skywave . På visse avstander fra antennen er disse radiobølgene ute av fase med bakkebølgene, og de to radiobølgene forstyrrer destruktivt og delvis eller helt avbryter hverandre, noe som reduserer signalstyrken. Dette kalles fading . Om natten når ionosfærisk refleksjon er sterkest, resulterer dette i et ringformet område med lav signalstyrke rundt antennen der mottak kan være utilstrekkelig, noen ganger kalt en "stillhetssone", falmende vegg eller gressone . Imidlertid blir flerveisfading bare signifikant hvis signalstyrken til skybølgen er innenfor omtrent 50% (3dB) fra bakkebølgen. Ved å redusere høyden på en monopol litt kan effekten som utstråles i den andre flippen reduseres nok til å eliminere flerveis fading, med bare en liten reduksjon i horisontal forsterkning. Den optimale høyden er rundt 190 elektriske grader eller 0,53 , så dette er en annen vanlig høyde for master. ${\ displaystyle \ lambda}$

Seksjonerte master

En type mast med forbedret anti-fading ytelse er seksjonert mast, også kalt en anti-fading mast. I en seksjonert mast deler isolatorer i de vertikale støtteelementene masten i to vertikalt stablede ledende seksjoner, som mates i fase med separate mateledninger. Dette øker andelen kraft utstrålt i horisontale retninger og gjør at masten kan være høyere enn 0,625 uten overdreven høy vinkelstråling. Praktiske seksjoner med høyder på 120 over 120 grader, 180 over 120 grader og 180 over 180 grader er for tiden i drift med gode resultater. ${\ displaystyle \ lambda}$

Elektrisk korte master

Den nedre grensen for frekvensen som mastradiatorer kan brukes til er i lavfrekvensbåndet , på grunn av den økende ineffektiviteten til master som er kortere enn en kvart bølgelengde.

Når frekvensen reduseres, øker bølgelengden, noe som krever at en høyere antenne lager en gitt brøkdel av en bølgelengde. Byggekostnader og nødvendig areal øker med høyden, og setter en praktisk grense for masthøyde. Master over 300 m (980 fot) er uoverkommelig dyrt og svært få er bygget; de høyeste mastene i verden er rundt 600 m (2000 fot). En annen begrensning i noen områder er høydebegrensninger på konstruksjoner; nær flyplasser kan luftfartsmyndigheter begrense maksimal høyde på master. Disse begrensningene krever ofte at en mast brukes som er kortere enn den ideelle høyden.

Antenner betydelig kortere enn den grunnleggende resonanslengden på en fjerdedel av bølgelengden (0,25 , 90 elektriske grader) kalles elektrisk korte antenner. Elektrisk korte antenner er effektive radiatorer ; den vinning av enda en kort antenne er meget nær den for en kvartbølgeantenne. Imidlertid kan de ikke drives effektivt på grunn av deres lave strålingsmotstand . Strålemotstanden til antennen, den elektriske motstanden som representerer kraft utstrålt som radiobølger, som er rundt 25–37 Ω ved en fjerdedel bølgelengde, synker under en fjerdedel bølgelengde med kvadratet av forholdet mellom masthøyde og bølgelengde. Andre elektriske motstander i antennesystemet, mastens ohmiske motstand og det nedgravde bakkesystemet, er i serie med strålingsmotstanden, og senderens effekt deler seg proporsjonalt mellom dem. Etter hvert som strålingsmotstanden avtar, blir mer av senderens effekt spredt som varme i disse motstandene, noe som reduserer antennens effektivitet. Master kortere enn 0,17 (60 elektriske grader) brukes sjelden. I denne høyden er strålingsmotstanden omtrent 10 Ω, så den typiske motstanden til et begravet bakkesystem, 2 Ω, er omtrent 20% av strålingsmotstanden, så under denne høyden er over 20% av senderkraften bortkastet i bakken system. ${\ displaystyle \ lambda}$${\ displaystyle \ lambda}$

Et annet problem med elektrisk korte master er at mastens kapasitive reaktans er høy, noe som krever en stor lastespole i antennetuneren for å stille den ut og få masten til å resonere. Den høye reaktansen mot den lave motstanden gir antennen en høy Q -faktor ; antennen og spolen fungerer som en høy Q -innstilt krets , noe som reduserer den brukbare båndbredden til antennen.

Ved lavere frekvenser erstattes mastradiatorer med mer utførlige kapasitivt lastede antenner som T -antennen eller paraplyantennen som kan ha høyere effektivitet.

Kapasitive opplastinger

Kapasitiv "topphatt" på masten til AM -radiotårnet i Hamersley, Australia

I tilfeller der korte master må brukes, blir det noen ganger lagt til en kapasitiv oppladning ( topphatt ) på toppen av masten for å øke den utstrålte effekten. Dette er en rund skjerm av horisontale ledninger som strekker seg radielt fra toppen av antennen. Den fungerer som en kondensatorplate , den økte strømmen i masten som kreves for å lade og tømme kapasiteten som lastes opp hver RF -syklus øker den utstrålte effekten. Siden oppladningen fungerer elektrisk som en ekstra mastelengde, kalles dette " elektrisk forlengelse " av antennen. En annen måte å konstruere en kapasitetshatt på er å bruke deler av det øverste fyrtrådssettet, ved å sette inn strekkisolatorene i fyrlinjen et lite stykke fra masten. Kapasitetshatter er strukturelt begrenset til tilsvarende 15-30 grader ekstra elektrisk høyde.

Jording system

For mastradiatorer er jorden under masten en del av antennen; strømmen som mates til masten passerer gjennom luften i bakken under antennen som forskyvningsstrøm (elektrisk felt). Bakken fungerer også som et grunnplan for å reflektere radiobølgene. Antennen mates mellom bunnen av masten og bakken, så det krever et jording (jordingssystem) under antennen for å komme i kontakt med jorda for å samle returstrømmen. Den ene siden av matelinjen fra spiralhuset er festet til masten, og den andre siden til bakkesystemet. Jordsystemet er i serie med antennen og bærer hele antennestrømmen, så for effektivitet må motstanden holdes lav, under 2 Ω, så den består av et nettverk av kabler begravet i jorden. Siden jordstrømmene for en rundstrålende antenne beveger seg radielt mot bakken fra alle retninger, består jordingssystemet vanligvis av et radialt mønster av nedgravde kabler som strekker seg utover fra mastens base i alle retninger, koblet sammen med jordledningen ved en terminal ved siden av basen.

Senderkraften som går tapt i bakkenes motstand, og dermed antennens effektivitet, avhenger av jordens ledningsevne. Dette varierer mye; sumpete bakker eller dammer, spesielt saltvann, gir den laveste motstandsgrunnen. RF -strømtettheten i jorden, og dermed effekttapet per kvadratmeter, øker jo nærmere man kommer til jordterminalen ved masten, så det radielle jordsystemet kan tenkes å erstatte jorda med en høyere konduktivitet medium, kobber, i delene av bakken som bærer høy strømtetthet, for å redusere effekttap.

Et standard mye brukt jordsystem som er akseptabelt for US Federal Communications Commission (FCC) er 120 radiale jordledninger med like stor avstand som strekker seg ut en fjerdedel av en bølgelengde (.25 , 90 elektriske grader) fra masten. Nr. 10 gauge mykt trukket kobbertråd brukes vanligvis, begravet 10 til 25 cm (4 til 10 tommer) dypt. For AM -kringkastingsbåndmaster krever dette et sirkulært landområde som strekker seg fra masten 47–136 m (154–446 fot). Dette er vanligvis plantet med gress, som holdes slått kort ettersom høyt gress kan øke strømtapet under visse omstendigheter. Hvis landområdet rundt masten er for begrenset for så lange radialer, kan de i mange tilfeller erstattes av et større antall kortere radialer. Metallstøtten under mastisolatoren er festet til jordsystemet med ledende metallstropper, slik at det ikke oppstår spenning over betongputen som støtter masten, da betong har dårlige dielektriske kvaliteter. ${\ displaystyle \ lambda}$

For master nær en halvbølgelengde høy (180 elektriske grader) har masten et spenningsmaksimum ( antinode ) nær basen, noe som resulterer i sterke elektriske felt i jorden over jordledningene nær masten der forskyvningsstrømmen kommer inn i bakken. Dette kan forårsake betydelige dielektriske effekttap i jorden. For å redusere dette tapet bruker disse antennene ofte en ledende jordet kobberskjerm rundt masten som er koblet til de nedgravde jordledningene, enten liggende på bakken eller hevet noen få fot, for å beskytte bakken mot det elektriske feltet. En annen løsning er å øke antall jordledninger nær masten og begrave dem veldig grunt i et overflatelag med asfaltdekke , som har lave dielektriske tap.

Tilleggsutstyr

Gjerde

Base-matet mastradiatorer har en høy spenning på mastens base, noe som kan levere et farlig elektrisk støt til en jordet person som berører den. Potensialet på masten er vanligvis flere tusen volt i forhold til bakken. Elektriske koder krever at slikt utsatt høyspenningsutstyr er inngjerdet for publikum, så masten og antennejusteringshytten er omgitt av et låst gjerde. Vanligvis brukes et kjedeleddgjerde , men noen ganger brukes tregjerder for å forhindre at strømmer indusert i et metallisk gjerde forvrenger antennens strålingsmønster . En alternativ design er å montere masten på toppen av antennestemmingshytten, utilgjengelig for publikum, og eliminere behovet for et gjerde.

Varsellamper for fly

Antennemastene er høye nok til at de kan være en fare for fly. Luftfartsbestemmelser krever at master males i vekslende strimler av internasjonal oransje og hvit maling, og har advarselslys for fly langs deres lengde for å gjøre dem mer synlige for fly. Forskriftene krever blinkende lys øverst, og (avhengig av høyde) på flere punkter langs tårnets lengde. Den høye radiofrekvensspenningen på masten utgjør et problem for å drive varsellampene: strømkabelen som løper ned masten fra lysene for å koble til strømnettet har mastens høye RF -potensial. Uten beskyttelsesutstyr ville den ledet radiofrekvens (RF) strøm til vekselstrømledningen, noe som kortsluttet masten. For å forhindre dette er en beskyttende isolator installert i belysningskabelen ved masten som blokkerer RF -strømmen mens den lavfrekvente 50 eller 60 Hz vekselstrømmen passerer gjennom masten. Flere typer isolator enheter har blitt brukt:

Austin -transformator ved foten av WMCA- og WNYC -sendertårnet i Kearny, New Jersey

• Austin -transformator - dette er en spesialisert type isolasjonstransformator laget spesielt for denne bruken, dertransformatorens primære og sekundære viklinger er atskilt med et luftgap, bredt nok til at høyspenningen på antennen ikke kan hoppe over. Den består av en ringformet toroidal jernkjerne med primærviklingen viklet rundt den, montert på betongfoten under antenneisolatoren, koblet til belysningskilden. Sekundærviklingen som gir strøm til mastlysene er en ringformet spole som trer gjennom den toroidale kjernen som to ledd i en kjede, med et luftgap mellom de to. Det magnetiske felt skapt av primærviklingen induserer strøm i sekundærviklingen uten nødvendigheten av en direkte forbindelse mellom dem.
• Choke - dette består av en induktor , en spole med fin tråd viklet rundt en sylindrisk form. Den impedans (motstand til AC-strøm) fra en spole øker med frekvensen til strømmen. Isolasjonsdrosselen er et lavpassfilter , den er konstruert for å ha en høy impedans ved radiofrekvenser som forhindrer RF -strømmen i å passere, men ubetydelig impedans ved den lavere 50/60 Hz nettfrekvensen, slik at vekselstrømmen kan passere gjennom til lysene. En choke er satt inn i hver av de tre linjene (varm, nøytral, sikkerhetsjord) som utgjør strømkabelen. Den lave spenning ende av hver struper er forbikoblet ved en kondensator til jord, så høy spenning som induseres i den lavspente ende ved hjelp av kapasitiv kobling gjennom interwinding kapasitans er av strupe føres til jord.
• Parallell resonanskrets (felle) - denne består av en induktor og kondensator koblet parallelt i kraftledningen. Verdiene for induktans og kapasitans velges slik at kretsens resonansfrekvens er antennens driftsfrekvens. En parallell resonanskrets har en veldig høy impedans (tusenvis av ohm) ved sin resonansfrekvens, så den blokkerer RF -strømmen, men lav impedans ved alle andre frekvenser, slik at vekselstrømslampen slipper igjennom. Denne kretsen blokkerer bare den spesifikke frekvensen den er innstilt på, så hvis frekvensen til radiosenderen endres, må fellen justeres.

Lynbeskyttelse og jordingsbryter

På sin base, bør masten ha en lynavleder som består av en ball eller horngnistgapet mellom masten og jordterminalen, slik at strøm fra et lynnedslag til masten vil bli utført til jord. Lederen fra lynavlederen skal gå direkte til en metalljordstang ved den korteste banen. Toppen av masten skal ha et lyn for å beskytte det øverste flyets varsellampe. Masten bør også ha en likestrømningsbane til bakken, slik at statiske elektriske ladninger på masten kan renne av. På basen er også en jordingsbryter, som brukes til å koble masten til bakkesystemet under vedlikeholdsoperasjoner for å sikre at det ikke er noen sjanse for at det vil være høy spenning på masten når personell jobber med den.

Kolokert antenner

En høy radiomast er en praktisk struktur å montere andre trådløse antenner på. Miljøforskrifter gjør det stadig vanskeligere å bygge nye master, så mange radiostasjoner leier ut plass på tårnene sine til andre radiotjenester for antennene sine. Disse kalles colocated antenner . Typer av antenne ofte montert på mast radiatorer er: glassfiber pisk antenner for land mobile radiosystemer for taxi og leveringstjenester, oppvask antenner for mikrobølge stafett lenker bærer kommersielle tele- og internettdata, FM-radio kringkasting antenner som består av kolineære buktene vridd dipol elementer, og basestasjonens antenner.

Så lenge de tildelte antennene ikke opererer ved frekvenser hvor som helst i nærheten av mastens sendefrekvens, er det vanligvis mulig å isolere dem elektrisk fra spenningen på masten. De overføringslinjer mating av RF energi til colocated antennene utgjør mye det samme problem som Lysføring kraftlinjer: de må passere ned i tårnet og på tvers av bunnen isolatoren og forbinder lavspenningsutstyr, så uten isoleringsenheter, vil de bære høy mastespenning og kan kortslutte masten til bakken. Overføringslinjene isoleres ved lavpassfilterseksjoner induktorer som består av viklinger av koaksial kabel viklet på en ikke-ledende form.

Historie

Fessendens 130 meter (420 fot) rørformede mastradiator fra 1906.

Et eksempel på en Blaw-Knox-mast , Lakihegy Tower , en 314 meter lang mast i Ungarn bygget i 1933.

En av de første store mastradiatorene var den eksperimentelle rørformede 130 meter (420 fot) masten som ble reist i 1906 av Reginald Fessenden for sin gnistgapssender i Brant Rock, Massachusetts, som han laget den første toveis transatlantiske overføringen med, og kommuniserte med en identisk stasjon i Machrihanish, Skottland. Under radiotelegrafi -tiden før 1920 sendes imidlertid de fleste langdistanse radiostasjoner i langbølgebåndet , noe som begrenset radiatorens vertikale høyde til mye mindre enn en kvart bølgelengde, så antennen var elektrisk kort og hadde lav strålingsmotstand fra 5 til 30 Ω . Derfor brukte de fleste sendere kapasitivt lastede antenner som paraplyantenne eller invertert L- og T -antenne for å øke utstrålt effekt. I løpet av denne epoken ble driften av antenner lite forstått, og design var basert på prøving og feiling og halvforståtte tommelfingerregler.

Begynnelsen på AM -radiosending i 1920 og tildeling av mellombølgefrekvenser til kringkastingsstasjoner utløste en økning i interessen for mellombølgeantenner. Flat- eller T-antennen ble brukt som hovedkringkastingsantenne gjennom 1920-årene. Det hadde den ulempen at det krevde to master, to ganger byggekostnaden for en enkelt mastantenne, langt mer landareal og parasittstrømmer i mastene forvrengte strålingsmønsteret. To historiske artikler publisert i 1924 av Stuart Ballantine førte til utviklingen av mastradiatoren. Den ene avledet strålingsmotstanden til en vertikal monopolantenne over et bakkeplan. Han fant ut at strålingsmotstanden økte til et maksimum ved en lengde på en halv bølgelengde, så en mast rundt den lengden hadde en inngangsmotstand som var mye høyere enn bakkemotstanden, noe som reduserte brøkdelen av senderkraften som gikk tapt i bakkesystemet . I et annet papir samme år viste han at strømmengden som strålte horisontalt i bakkebølger nådde et maksimum ved en masthøyde på 0,625 (225 elektriske grader). ${\ displaystyle \ lambda}$

I 1930 førte ulempene med T -antennen kringkastere til å vedta mastradiatorantennen. En av de første typene som ble brukt var diamond cantilever eller Blaw-Knox tower . Denne hadde en diamantform ( rhombohedral ) som gjorde den stiv, så bare ett sett med fyrlinjer var nødvendig ved den brede midjen. Den spisse nedre enden av antennen endte i en stor keramisk isolator i form av en kuleledd på en betongbunn, som avlaste bøyemomenter på strukturen. Den første, en 200 meter (665 fot) halvbølgemast ble installert på radiostasjonen WABCs 50 kW Wayne, New Jersey-sender i 1931. Radielle trådjordsystemer ble også introdusert i denne epoken.

I løpet av 1930 -årene anerkjente kringkastingsindustrien problemet med flerveisfading , at om natten høyvinklede bølger reflektert fra ionosfæren forstyrret bakkebølgene, noe som forårsaket et ringformet område med dårlig mottakelse i en viss avstand fra antennen. Det ble funnet at diamantformen til Blaw-Knox-tårnet hadde en ugunstig strømfordeling som økte effekten som slippes ut i høye vinkler. På 1940-tallet hadde AM-kringkastingsindustrien forlatt Blaw-Knox-designet for den smale, ensartede tverrsnittsmasten som brukes i dag, som hadde et bedre strålingsmønster. Det ble funnet at å redusere høyden på monopolmasten fra 225 elektriske grader til 190 grader kunne eliminere høyvinklede radiobølger som forårsaket falming. Seksjonsmaster ble også utviklet i denne epoken.

Merknader

Referanser

• Johnson, Richard C. (1993). Antenne Engineering Handbook, 3. utg. (PDF) . McGraw-Hill. ISBN 007032381X.
• Laport, Edmund A. (1952). Radioantennteknikk . McGraw-Hill Book Co.
• Smith, Brian W. (2007). Kommunikasjonsstrukturer . Thomas Telford. ISBN 978-0-7277-3400-6.
• Williams, Edmund, Ed. (2007). National Association of Broadcasters Engineering Handbook, 10. utg . Taylor og Francis. ISBN 978-0-240-80751-5.

Se også

• Radiomaster og tårn
• Fyret mast