В электронике и радиосвязи противовесом называют сеть подвешенных горизонтальных проводов или кабелей (или металлический экран ), служащую заменой заземления в радиоантенной системе . Он используется с радиопередатчиками или приемниками, когда невозможно использовать обычное заземление из-за высокого сопротивления почвы [1] или когда антенна установлена над уровнем земли, например, на здании. Обычно он состоит из одного провода или сети горизонтальных проводов, параллельных земле, подвешенных над землей под антенной и соединенных с «заземляющим» проводом приемника или передатчика. [2] Противовес действует как одна пластина большого конденсатора , а проводящие слои земли действуют как другая пластина. [2] [3]
Противовес появился с появлением (монопольной) антенны Маркони в 1890-х годах, в первое десятилетие радио в эпоху беспроводной телеграфии , но его особенно защищал пионер британского радио Оливер Лодж [4] [5] и запатентовал его коллега Александр Мюрхед . [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 мачтового излучателя , используемые для AM-вещания , требуют, чтобы радиопередатчик был электрически подключен к Земле под антенной; это называется землей (или землей ). Земля служит обкладкой конденсатора для приема тока смещения от антенного элемента и возврата его в линию питания от передатчика. Заземляющее соединение должно иметь низкое электрическое сопротивление , поскольку по нему проходит полный ток антенны, а любое сопротивление в заземляющем соединении будет рассеивать мощность передатчика. Заземления с низким сопротивлением для радиопередатчиков обычно состоят из сети кабелей, закопанных в землю. Однако в районах с сухой, песчаной или каменистой почвой грунт имеет высокое сопротивление, поэтому подключение заземления с низким сопротивлением невозможно. В этих случаях используется противовес. Другой случай, когда используется противовес, — это отсутствие земли для подземного грунта под антенной мачтой, например, в антеннах, расположенных в городе или на крыше высокого здания.
Обычная конструкция противовеса представляет собой серию радиальных проводов, подвешенных на высоте нескольких футов над землей, идущих от основания антенны во всех направлениях по схеме «звезда», соединенных в центре. [2] Противовес действует как одна пластина большого конденсатора , а проводящие слои в земле — как другая пластина. [2] Поскольку переменные радиочастотные токи от передатчика могут проходить через конденсатор, противовес действует как низкоомное заземляющее соединение. В проводах противовесной системы не должно быть замкнутых контуров, поскольку сильные поля антенны будут индуцировать в ней круговые токи, которые будут рассеивать мощность передатчика.
Наибольшее использование противовесов приходится на передатчики низкочастотного ( НЧ) и очень низкочастотного (ОНЧ) диапазонов, поскольку они очень чувствительны к сопротивлению земли. [2] Из-за большой длины 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 собой мощность, излучаемую в виде радиоволн) падает, когда их длина становится малой по сравнению с четвертью длины волны, поэтому сопротивление излучения антенн в диапазонах LF и VLF очень низкое, часто всего лишь один Ом . или менее. Другие, более крупные сопротивления в цепи антенна-земля могут потреблять значительную часть мощности передатчика. Наибольшее сопротивление в цепи антенна-земля часто имеет система заземления, и мощность передатчика делится пропорционально между ним и сопротивлением излучения, поэтому сопротивление системы заземления должно поддерживаться очень низким, чтобы минимизировать «растраченную впустую» 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 толщины скин-слоя на низких частотах. Поэтому, особенно на частотах ОНЧ, вместо заглубленных заземлений иногда используются большие противовесы, чтобы уменьшить сопротивление системы заземления и позволить излучать большую мощность передатчика.
Иногда противовес комбинируется с обычным заземлением, при этом проложенные радиальные заземляющие кабели выводятся над землей возле основания антенны, образуя противовес. Область противовеса вокруг основания антенны часто покрыта медным экраном, чтобы защитить землю и уменьшить токи в земле.
Размер противовеса, используемого для радиоработы, зависит от длины волны частоты передачи. В монопольной антенне противовес действует как заземляющая пластина , отражая радиоволны, излучаемые антенной вниз. [ нужна цитата ] Для адекватной работы противовес должен простираться как минимум на половину длины волны от антенной башни во всех направлениях. [8] Например, при проектировании противовеса для средневолновой радиостанции максимальная длина радиоволн составляет 566 метров (1857 футов). Следовательно, противовес должен простираться на 282 метра (925 футов) от башни, образуя круг диаметром 566 метров (1857 футов).