Motvikt (marksystem)
Inom elektronik och radiokommunikation är en motvikt ett nätverk av upphängda horisontella ledningar eller kablar (eller en metallskärm), som används som ett substitut för en jordanslutning ( jord ) i ett radioantennsystem . Den används med radiosändare eller mottagare när en vanlig jordning inte kan användas på grund av högt jordmotstånd eller när en antenn är monterad ovan marknivå, till exempel på en byggnad. Den består vanligtvis av en enda ledning eller nätverk av horisontella ledningar, parallella med marken, upphängda ovanför marken under antennen, anslutna till mottagarens eller sändarens "jordledning". Motvikten fungerar som en platta av en stor kondensator , med de ledande lagren av jorden som fungerar som den andra plattan.
Motståndet utvecklades med Marconi (monopol)-antennen under 1890-talet, det första decenniet av radio i den trådlösa telegrafi- eran, men den förespråkades särskilt av den brittiske radiopionjären Oliver Lodge och patenterades av hans medarbetare Alexander Muirhead 1907.
Arbetsprincip
Motvikter används vanligtvis i antennsystem för radiosändare där en bra jordanslutning inte kan konstrueras.
Monopolantenner som används vid låga frekvenser, under 3 MHz, såsom mastradiatorantenner som används för AM-sändningar , kräver att radiosändaren är elektriskt ansluten till jorden under antennen; detta kallas en jord (eller jord ). Jorden fungerar som en kondensatorplatta för att ta emot förskjutningsströmmen från antennelementet och återföra den till matningsledningen från sändaren. Jordanslutningen måste ha ett lågt elektriskt motstånd , eftersom den bär hela antennströmmen och eventuellt motstånd i jordanslutningen kommer att avleda ström från sändaren. Lågresistansjordar för radiosändare är normalt uppbyggda av ett nätverk av kablar nedgrävda i jorden. Men i områden med torr, sandig eller stenig jord har marken ett högt motstånd, så en jordanslutning med låg motståndskraft kan inte göras. I dessa fall används en motvikt. En annan omständighet där en motvikt används är när jord för en nedgrävd mark under antennmasten inte är tillgänglig, till exempel i antenner placerade i en stad eller ovanpå en hög byggnad.
En vanlig design för en motvikt är en serie radiella ledningar upphängda några fot över marken, som sträcker sig från antennens bas i alla riktningar i ett "stjärnmönster" anslutna i mitten. Motvikten fungerar som en platta i en stor kondensator , med de ledande lagren i jorden som den andra plattan. Eftersom de radiofrekventa växelströmmarna från sändaren kan passera genom en kondensator, fungerar motvikten som en jordanslutning med låg resistans. Det bör inte finnas några slutna slingor i ledningarna i ett motviktssystem, eftersom antennens starka fält kommer att inducera cirkulära strömmar i den som kommer att avleda sändareffekten.
Använd vid låga frekvenser
Den största användningen av motvikter finns i sändare på lågfrekventa (LF) och mycket låga frekvensband (VLF), eftersom de är mycket känsliga för jordresistans. På grund av radiovågornas stora våglängd är möjliga antenner som används vid dessa frekvenser elektriskt korta , deras längd är liten jämfört med den grundläggande resonanslängden vid driftfrekvensen, som är en fjärdedel av våglängden . Strålningsmotståndet hos antenner (motståndet som representerar effekt som utstrålas som radiovågor) minskar när deras längd blir liten jämfört med en kvarts våglängd, så strålningsresistansen för antenner på LF- och VLF-banden är mycket låg, ofta så låg som en ohm eller mindre. De andra, större motstånden i antenn-jordkretsen kan förbruka betydande delar av sändarens effekt. Det största motståndet i antenn-jordkretsen är ofta jordsystemet, och sändareffekten delas proportionellt mellan den och strålningsmotståndet, så motståndet i jordsystemet måste hållas mycket lågt för att minimera den "slösade" sändareffekten .
Men vid låga frekvenser kan motståndet hos även ett bra jordsystem i jord med hög konduktivitet förbruka en stor del av sändareffekten. En annan källa till motstånd är dielektriska förluster från penetration av radiovågor i marken nära antennen på grund av det stora huddjupet vid låga frekvenser. Därför, särskilt vid VLF-frekvenser, används ibland stora motvikter istället för nedgrävda jordar, för att minska jordsystemets motstånd, vilket gör att mer av sändareffekten kan utstrålas.
Ibland kombineras en motvikt med en vanlig jord, med de nedgrävda radiella jordkablarna ovan jord nära antennens bas för att bilda en motvikt. Området för motvikten runt antennens bas är ofta täckt med kopparskärmning, för att skärma marken för att minska jordströmmar.
Storlek
Storleken på motvikten som används för radioarbete beror på sändningsfrekvensens våglängd . Med en monopolantenn fungerar motvikten som ett jordplan , som reflekterar radiovågorna som utstrålas nedåt av antennen. [ citat behövs ] För att fungera adekvat bör motvikten sträcka sig åtminstone en halv våglängd från antenntornet i alla riktningar. När man designar en motvikt för en mellanvågsradiostation, till exempel, är radiovågor högst 566 meter långa. Därför bör motvikten sträcka sig 282 meter (925 fot) från tornet för att skapa en cirkel på 566 meter (1 857 fot) i diameter.
Se även
- Kapacitanshatt — den förhöjda motsvarigheten till ett marksystem
- Monopol antenn
- Teslaspolen