La antena unipolar plegada es un tipo de antena monopolo ; Consiste en una barra de metal vertical o un mástil montado sobre una superficie conductora llamada plano de tierra . El mástil está rodeado por un "faldón" de alambres verticales unidos eléctricamente a la parte superior del mástil. Los alambres de la falda están conectados por un anillo de metal en la parte inferior y la línea de alimentación está conectada entre la parte inferior de los alambres y tierra.
Ha visto mucho uso para las estaciones de onda media (transmisión de AM) en los Estados Unidos y también en otros países. Cuando una estación de AM ( onda media , antenas largas) comparte una torre con transmisores de FM ( VHF , antenas cortas), el unipolar plegado suele ser una buena opción. Dado que la base de la torre se conecta al sistema de tierra, las líneas de transmisión a las antenas montadas en la torre pueden subir por el costado de la torre sin requerir aislamiento, a pesar de que la propia torre transporta una corriente de onda media .
Invención
La antena unipolar plegada fue diseñada por primera vez para su uso en transmisiones por John H. Mullaney , un pionero de la transmisión de radio e ingeniero consultor estadounidense. Fue diseñado para resolver algunos problemas difíciles con las instalaciones de antenas de transmisión de onda media (MW), modulación de frecuencia (FM) y modulación de amplitud (AM) existentes.
Instalación típica
Una antena de transmisión de AM típica es una antena monopolo alimentada en serie sobre un sistema de tierra. El sistema de tierra normalmente comprende 120 alambres radiales de cobre o bronce fosforoso enterrados de al menos un cuarto de longitud de onda de largo y una pantalla de tierra en las inmediaciones de la torre. Todos los componentes del sistema de tierra están unidos entre sí, generalmente mediante soldadura fuerte o con soldadura de plata para minimizar la corrosión. Estas antenas tienen bases aisladas. Si es necesario, se utilizan cables de sujeción aislados. La energía de radiofrecuencia se alimenta a través del aislante de la base entre el sistema de tierra y la torre misma. En los EE. UU., La Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) requirió que las medidas de potencia del transmisor para una sola torre alimentada en serie se calcularan en este punto de alimentación como la corriente al cuadrado multiplicada por la parte resistiva de la impedancia del punto de alimentación.
Las antenas monopolo eléctricamente cortas tienen baja resistencia y alta reactancia. Las antenas más largas pueden tener impedancias que son más ventajosas a menos que la altura eléctrica exceda aproximadamente 5 ⁄ 8 de longitud de onda. En cualquier caso, una red eléctrica en la base de la torre hace coincidir la antena con su línea de transmisión. Si la torre es muy corta, su reactancia capacitiva sintonizada por esta red de adaptación. Esta combinación de red y torre a menudo da como resultado un ancho de banda estrecho, lo que limita gravemente la fidelidad de la frecuencia de audio de la estación de radio. Los sistemas de antenas eléctricamente cortas tienen aberturas relativamente pequeñas y pérdidas elevadas. La causa de estas pérdidas está relacionada con la resistencia a la radiación relativamente baja de un radiador eléctricamente corto con respecto a la resistencia de RF del sistema de tierra y las redes de adaptación, todas las cuales están en serie con la corriente de la antena.
El uso de un unipolar plegado aumentará el ancho de banda de las antenas eléctricamente cortas porque su punto de alimentación comprende menos reactancia que necesita ser sintonizada. [ cita requerida ] Hay afirmaciones de rendimiento adicionales hechas por algunos cuando la antena resultante permite eliminar la mayor parte de la reactancia con un corto de sintonización, en lugar de componentes eléctricos en una red de sintonización.
La siguiente imagen muestra otra antena unipolar plegada construida a partir de un monopolo alimentado en serie existente. Esta antena tiene solo tres cables verticales que comprenden el "faldón".
Por lo general, se construye el unipolar plegado modificando una antena monopolo existente. El primero conecta la base de la torre directamente al sistema de tierra cortando el aislante de la base. Luego, se instalan una serie de cables verticales, generalmente de cuatro a ocho, desde un accesorio cerca de la parte superior de la torre; estos cables rodean la torre y se denominan "faldón". Los alambres de la falda se mantienen a una distancia constante de la torre mediante miembros estructurales aislados y se unen cerca de la parte inferior de la torre. La falda resultante se conecta en la parte superior de la torre y permanece aislada en toda su longitud. La alimentación de la antena se conecta entre el suelo y los cables de la falda donde se unen en o cerca de la parte inferior de la torre.
Comparaciones de desempeño
Cuando un unipolar plegado bien hecho reemplaza una antena decrépita o una con un diseño deficiente, por supuesto habrá una mejora en el rendimiento. Sin embargo, las comparaciones directas entre unipolares plegados y antenas verticales más convencionales de la misma altura, todas bien hechas, no muestran esencialmente ninguna diferencia en el patrón de radiación. Sin embargo, el unipolar plegado tendrá un ancho de banda mayor. [1]
Por lo general, se utilizaron diseños unipolares plegados para reemplazar una antena alimentada por derivación, una antena de transmisión de diseño diferente que también tiene una base conectada a tierra. Una antena "alimentada por derivación" (o "cable inclinado") comprende una torre conectada a tierra con la parte superior de una línea de alimentación de un solo cable inclinada unida en un punto del mástil que resulta en una coincidencia aproximada de la impedancia deseada en el otro extremo del alambre de alimentación inclinado. [a] [b] Cuando la antena unipolar plegada reemplazó a la antena con alimentación de alambre inclinado, a menudo se produjo una mejora notable en el rendimiento. Esto dio lugar a la idea de que las antenas unipolares plegadas tenían ganancias de potencia u otras características maravillosas que no eran compatibles con los cálculos de ingeniería de radio.
Los sitios de antenas monopolo montadas en el suelo requieren mantenimiento del paisaje: Mantener las malas hierbas y el césped que cubren el cableado del plano del suelo de la antena lo más corto posible, ya que las malas hierbas disiparán la potencia de radiofrecuencia, reduciendo gravemente la eficiencia de la antena. Se alega que los sitios de antenas unipolares plegadas se ven menos afectados por las perturbaciones cerca del suelo que causan atenuación en otros diseños de antenas monopolo , pero las mediciones no muestran tal ventaja. [1] [3]
Se han hecho algunas afirmaciones de que se reducen otras pérdidas del sistema de tierra para la antena unipolar plegada. Sin embargo, tales afirmaciones no consideran el principio general de que para las mismas condiciones, la corriente de desplazamiento total en el sistema de tierra alrededor de un unipolar plegado es esencialmente idéntica a un monopolo alimentado en serie convencional que usa el mismo sistema de tierra. Por lo tanto, no es de extrañar que las pérdidas a tierra para las dos configuraciones de radiador sean muy similares. [3] Los experimentos de Rackley, Cox, Moser y King (1996) han demostrado que las afirmaciones de un rendimiento unipolar plegado superior son incorrectas. [1]
Una posible mejora con respecto a la antena unipolar plegada básica es la antena unipolar "autorresonante", descrita en la patente de EE.UU. 6.133.890 . [c] Otra posible mejora del unipolar plegado se describe en la patente de EE.UU. 4.658.266 .
Ver también
Notas al pie
- ^ El punto en el mástil casi siempre se elige para que sea ligeramente inductivo, de modo que un condensador en serie (de baja pérdida) pueda sintonizar la reactancia restante en la línea de alimentación. [2]
- ^ Cuando el alambre de alimentación cae paralelo al elemento radiante, en lugar de inclinarse hacia afuera, la configuración se llama coincidencia gamma o alimentación gamma . [2] [ se necesita cita completa ]
- ^ Resumen de la patente de EE. UU. 6,133,890 : Una antena unipolar plegada con polarización vertical autorresonante para transmisión de onda larga (LW) [y] onda media (MW) y para la banda de radioaficionado de 160 metros con una torre conectada a tierra conectada a cables plegados radialmente descendentes terminados cerca de la base de la torre en un anillo poligonal abierto, posiblemente un anillo en C con una carga reactiva en serie con este anillo. Esta reactancia cancela el componente reactivo de la impedancia de entrada de la antena haciendo que la impedancia de entrada parezca resistiva en el punto de alimentación. Esto conduce a una linealidad y un ancho de banda sobresalientes hasta y posiblemente superiores a más o menos 16 kHz, a veces superando más y menos 20 kHz.
Referencias
- ^ a b c Rackley, Ronald D .; Cox, Bobby L .; Moser, James R .; King, Tom F. (16 de abril de 1996). Una comparación de eficiencia: radiadores alimentados en serie de onda media / AM frente a radiadores alimentados por faldón (PDF) . Conferencia de Ingeniería de la Asociación Nacional de Radiodifusores. Las Vegas, NV. Archivado desde el original (PDF) el 29 de septiembre de 2011 . Consultado el 18 de julio de 2011 .
- ^ a b Libro de antena ARRL . Newington, CT: Liga de retransmisiones de radio estadounidense.
- ^ a b Cox, Bobby L .; Moser, James R. (2002). "Estudio de antena unipolar plegada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 14 de julio de 2006 . Consultado el 10 de septiembre de 2006 .
- Raines, Jeremy K. (2007). Antenas unipolares plegadas: teoría y aplicaciones . Nueva York, NY: McGraw-Hill.
- Raines, Jeremy K. (enero de 2009). "Fórmulas simples para antenas plegadas" (PDF) . Microwave Journal (edición electrónica). Archivado desde el original (PDF) el 2009-02-05.
enlaces externos
- "Mullaney Engineering, Inc" . Mullengr.com . Consultado el 28 de enero de 2017 .
- "Sistemas de protección contra rayos" . Nott Ltd . Consultado el 28 de enero de 2017 .
- "Consultoría: ingeniería eléctrica, campos electromagnéticos, sistemas de radiación y dispersión" . Ingeniería Raines . Consultado el 28 de enero de 2017 .