В электронике и радиосвязи противовес — это сеть подвешенных горизонтальных проводов или кабелей (или металлический экран), используемая в качестве замены заземления ( заземления ) в системе радиоантенны . Он используется с радиопередатчиками или приемниками, когда обычное заземление не может быть использовано из-за высокого сопротивления почвы [1] или когда антенна установлена выше уровня земли, например, на здании. Обычно он состоит из одного провода или сети горизонтальных проводов, параллельных земле, подвешенных над землей под антенной, подключенных к «заземляющему» проводу приемника или передатчика. [2] Противовес функционирует как одна пластина большого конденсатора , при этом проводящие слои земли действуют как другая пластина. [2] [3]
Противовес появился вместе с антенной Маркони (монополем) в 1890-х годах, в первое десятилетие радио в эпоху беспроводного телеграфа , но его особенно пропагандировал британский пионер радио Оливер Лодж [4] [ 5] и запатентовал его коллега Александр Мьюирхед [6] в 1907 году. [7]
Противовесы обычно используются в антенных системах радиопередатчиков , где невозможно обеспечить хорошее заземление .
Монопольные антенны, используемые на низких частотах, ниже 3 МГц, такие как антенны- излучатели мачт , используемые для AM-вещания , требуют, чтобы радиопередатчик был электрически подключен к Земле под антенной; это называется заземлением (или землей ). Земля служит в качестве пластины конденсатора для приема тока смещения от элемента антенны и возврата его в линию питания от передатчика. Заземление должно иметь низкое электрическое сопротивление , поскольку оно несет полный ток антенны, и любое сопротивление в заземлении будет рассеивать мощность от передатчика. Заземления с низким сопротивлением для радиопередатчиков обычно строятся из сети кабелей, зарытых в землю. Однако в районах с сухой, песчаной или каменистой почвой земля имеет высокое сопротивление, поэтому заземление с низким сопротивлением невозможно. В этих случаях используется противовес. Другое обстоятельство, при котором используется противовес, — это когда земля для зарытого заземления под мачтой антенны недоступна, например, в антеннах, расположенных в городе или на вершине высокого здания.
Обычная конструкция противовеса представляет собой ряд радиальных проводов, подвешенных на высоте нескольких футов над землей, простирающихся от основания антенны во всех направлениях по схеме «звезда», соединенных в центре. [2] Противовес функционирует как одна пластина большого конденсатора , а проводящие слои в земле — как другая пластина. [2] Поскольку переменные токи радиочастоты от передатчика могут проходить через конденсатор, противовес функционирует как заземляющее соединение с низким сопротивлением. В проводах системы противовеса не должно быть никаких замкнутых контуров, поскольку сильные поля антенны будут индуцировать в ней круговые токи, которые будут рассеивать мощность передатчика.
Наибольшее применение противовесы находят в передатчиках на низких частотах (НЧ) и очень низких частотах (ОНЧ), поскольку они очень чувствительны к сопротивлению заземления. [2] Из-за большой длины волны радиоволн возможные антенны, используемые на этих частотах, электрически короткие , их длина мала по сравнению с основной резонансной длиной на рабочей частоте, которая составляет одну четверть длины волны . Сопротивление излучения антенн (сопротивление, которое представляет мощность, излучаемую в виде радиоволн) падает по мере того, как их длина становится малой по сравнению с четвертью длины волны, поэтому сопротивление излучения антенн на НЧ и ОНЧ диапазонах очень низкое, часто всего один Ом или меньше. Другие, большие сопротивления в цепи антенна-земля могут потреблять значительную часть мощности передатчика. Наибольшим сопротивлением в цепи антенна-земля часто является система заземления, и мощность передатчика делится пропорционально между ней и сопротивлением излучения, поэтому сопротивление системы заземления должно быть очень низким, чтобы минимизировать «растрачиваемую» мощность передатчика.
Однако на низких частотах сопротивление даже хорошей системы заземления в почве с высокой проводимостью может потреблять большую часть мощности передатчика. Другим источником сопротивления являются диэлектрические потери от проникновения радиоволн в землю вблизи антенны из-за большой глубины скин-слоя на низких частотах. Поэтому, особенно на частотах ОНЧ, вместо заглубленных заземлений иногда используются большие противовесы, чтобы уменьшить сопротивление системы заземления, позволяя излучать большую часть мощности передатчика.
Иногда противовес комбинируется с обычным заземлением, при этом заглубленные радиальные заземляющие кабели выводятся над землей около основания антенны, образуя противовес. Область противовеса вокруг основания антенны часто покрывается медным экраном, чтобы экранировать землю и уменьшить токи заземления.
Размер противовеса, используемого для радиосвязи, зависит от длины волны частоты передачи. С монопольной антенной противовес функционирует как заземляющая плоскость , отражая радиоволны, излучаемые антенной вниз. [ требуется ссылка ] Для адекватной работы противовес должен выступать по крайней мере на половину длины волны от антенной вышки во всех направлениях. [8] Например, при проектировании противовеса для средневолновой радиостанции максимальная длина радиоволн составляет 566 метров (1857 футов). Таким образом, противовес должен выступать на 282 метра (925 футов) от вышки, чтобы образовать круг диаметром 566 метров (1857 футов).