Кіріспе
Радиожиілік антеннасының түрі
Маст радиаторы (немесе сәулелендіретін мұнара) – металл құрылымының өзіне энергия беріліп, антенна ретінде жұмыс істейтін радио масты немесе мұнара. Бұл конструкция алғаш рет 1930 жылдары кеңінен қолданыла бастады және көбінесе төмен жиілікте жұмыс істейтін, әсіресе LF және MF диапазондарындағы, AM радио хабар тарату станциялары үшін қолданылады. Электр тогын өткізгіш болат масты тікелей тарату құрылғысына қосады. Оның негізі әдетте жерден оқшаулау үшін тоқ өткізбейтін тірекке орнатылады. Маст радиаторы – монополь антеннаның бір түрі.
Құрылыс құрылымы
Көптеген мачталық радиаторлар тіреуіш мачталар ретінде салынды. Ең көп таралған түрі – үшбұрышты қималы болат тор мачталар. Шаршы торлы мачталар мен құбырлы мачталар да кейде қолданылады. Мұнараның үздіксіз өткізгіш болуын қамтамасыз ету үшін, мұнараның құрылымдық бөліктері қосқыш фланцтар арқылы екі жағынан немесе "қосылу" (арка) дәнекерлеу арқылы бекітілген қысқа мыс жалғауыштармен жалғауларда электрлік байланыста болады. Ең көп таралған типтегі мачталар жерден оқшауланған болуы керек. Мачтаның түбінде әдетте қалың керамикалық изоляторға орнатылады, оның сығуға төзімділігі мұнараның салмағын көтеруге, ал диэлектрлік төзімділігі – таратушының жоғары кернеуіне төтеп беруге жеткілікті. Антеннаны қоздыруға қажетті радиожиілік қуаты әдетте мачтаның түбінде орналасқан антеннаны реттеу кабинасында орналасқан кедергіге сәйкес келетін желі арқылы беріледі, ал ток жеткізетін кабель мұнараға тікелей бұрандалады немесе мықтап бекітіледі. Өзіндік таратушы әдетте жеке ғимаратта орналасады және тарату желісі арқылы реттеу кабинасына радиожиілік қуатын жеткізеді. Мачтаны тік тұруын сақтау үшін, оған әдетте 120° бұрышта 3 жиынтық тіреуіш сымдар бекітіледі, олар бетон іргетастармен жерге бекітіледі. Мұнараның бүгіліп қалмауы үшін әртүрлі деңгейлерде (2-ден 5-ке дейін) бірнеше тіреуіш жиынтықтары қолданылады. Тіреуіш сымдардың ішінде, әдетте мачтаға бекітілген жерге жақын, өткізгіш кабельді мачтадан оқшаулау үшін, мұнарадағы жоғары кернеудің жерге түсуіне жол бермеу үшін кернеу изоляторлары орнатылады. Олар мачтадан оқшауланған болса да, өткізгіш тіреуіш сымдар электрлік резонанстық антенналар (паразиттік элементтер) ретінде әрекет ете алады, мачтадан радио толқындарды сіңіріп, қайта сәулелендіруге болады, бұл антеннаның сәулелену үлгісін бұзады. Бұған жол бермеу үшін, тіреуіш сымдарда аралықта қосымша кернеу изоляторлары орнатылып, сымды резонанссыз ұзындыққа бөледі: әдетте сегменттердің ұзындығы толқын ұзындығының сегізден бірінен оннан біріне дейін шектелуі керек. Мачталық радиаторлар сондай-ақ тұрақтылық үшін төменгі жағында кең, ал жоғары жағында жіңішке болатын, тіреуішсіз торлы мұнаралар ретінде де салынды. Бұл конструкцияның артықшылығы – тіреуіш сымдардың болмауы және осылайша қажетті жер аумағының азаюы. Бұл мұнаралар үшбұрышты немесе шаршы қималы болуы мүмкін, әр аяғы изоляторға тіреледі. Бірақ мұнараның кең негізі мұнарадағы тік ток үлгісін бұзады, сәулеленуге қарсы кедергісін және демек, сәулеленетін қуатын азайтады, сондықтан тіреуіш мачталар артықшылыққа ие. Радио мачталардың жобалануын және жұмыс істеуін реттеуге елдің ұлттық радио министрлігі, сондай-ақ құрылымдық жобаны қамтитын жергілікті құрылыс нормалары жауапты. АҚШ-та бұл функцияны Федералды байланыс комиссиясы (FCC) атқарады. Мачта жобалары құрылысқа кіріспес бұрын реттеуші органдардан мақұлдауды алуы керек.
Mast radiators can also be built as free standing lattice towers, wide at the bottom for stability, narrowing to a slender mast. The advantage of this construction is the elimination of guy lines and thus reduction in land area required. These towers can have a triangular or a square cross section, with each leg supported on an insulator. A disadvantage is the wide base of the tower distorts the vertical current pattern on the tower, reducing the radiation resistance and therefore the radiated power, so guyed masts are preferred. A country's national radio ministry usually has regulatory authority over the design and operation of radio masts, in addition to local building codes which cover structural design. In the US this is the Federal Communications Commission (FCC). Plans for a mast must be approved by regulators before building.
Электрлік конструкция
Бір маст радиаторы – барлық көлденең бағытта тең радио толқын қуатын сәулелендіретін, барлық тарапқа бағытталған антенна. Маст радиаторлары тік поляризацияланған радио толқындарды сәулелендіреді, қуаттың басым бөлігі төмен көтерілу бұрыштарында шығарылады. Орта жиілікті (ОЖ) және төмен жиілікті (ТЖ) жолақтарында АМ радиостанциялары тыңдау аймағын жер толқындары арқылы қамтиды – бұл жер бетіне жақын, жердің контурын бойлай жүретін тік поляризацияланған радио толқындар. Маст радиаторлары жақсы жер толқыны антенналары болып табылады және АМ радиостанцияларында, сондай-ақ ОЖ және ТЖ жолақтарындағы басқа радио қызметтерінде қолданылатын тарату антенналарының негізгі түрі болып табылады. Олар сонымен қатар аспан толқыны (озып өту) радио байланысы үшін жоғары көтерілу бұрыштарында жеткілікті қуатты сәулелендіре алады. Көптеген радиостанциялар бір мастты пайдаланады. Әр түрлі фазаларда радиотокпен қуаттандырылатын бірнеше масттарды қолданып, басқа бағыттарға қарағанда белгілі бір бағытта көбірек қуат сәулелендіретін бағытталған антенналарды құруға болады.
Маст биіктігі мен сәулелену үлгісі
Маст радиаторларының оптималды биіктігі тарату жиілігіне, тыңдаушылардың географиялық таралуына және жер бедеріне байланысты. Кестеленбеген маст радиаторы – монопольдік антенна, ал оның тік сәулелену үлгісі, әртүрлі биіктік бұрыштарында сәулеленетін қуат мөлшері, радио толқындарының толқын ұзындығына (жарық жылдамдығы жиілікке бөлінгенге тең) қарағанда оның биіктігімен анықталады. Маст биіктігі әдетте толқын ұзындығының үлесінде немесе "электрлік градустарда" көрсетіледі, мұнда әр градус метрге тең. Мачтадағы тоқтың таралуы сәулелену үлгісін анықтайды. Радиожиіліктік ток мачта бойымен жоғары қарай ағып, жоғары жағынан шағылысады, ал тікелей және шағылысқан токтар араласып, мачтада шамамен синусоидалы тұрақталған толқынды құрайды, оның жоғарғы жағында тоқтың нүктесі (нөлдік ток нүктесі) және төменде, толқын ұзындығының төрттен бірінде максималды мәні болады.
where each degree equals meters. The current distribution on the mast determines the radiation pattern. The radio frequency current flows up the mast and reflects from the top, and the direct and reflected current interfere, creating an approximately sinusoidal standing wave on the mast with a node (point of zero current) at the top and a maxima one quarter wavelength down
where is the current at a height of electrical degrees above the ground, and is the maximum current. At heights of a little less than a multiple of a quarter wavelength, (G = 90°, 180°, 270° ) the mast is resonant; at these heights the antenna presents a pure resistance to the feedline, simplifying impedance matching the feedline to the antenna. At other lengths the antenna has capacitive reactance or inductive reactance. However masts of these lengths can be fed efficiently by cancelling the reactance of the antenna with a conjugate reactance in the matching network in the helix house. Due to the finite thickness of the mast, resistance, and other factors the actual antenna current on the mast differs significantly from the ideal sine wave assumed above, and as shown by the graph, resonant lengths of a typical tower are closer to 80°, 140°, and 240°. Ground waves travel horizontally away from the antenna just above the ground, therefore the goal of most mast designs is to radiate a maximum amount of power in horizontal directions. An ideal monopole antenna radiates maximum power in horizontal directions at a height of 225 electrical degrees, about or 0.625 of a wavelength (this is an approximation valid for a typical finite thickness mast; for an infinitely thin mast the maximum occurs at = 0.637) As shown in the diagram, at heights below a half wavelength (180 electrical degrees) the radiation pattern of the antenna has a single lobe with a maximum in horizontal directions. At heights above a half wavelength the pattern splits and has a second lobe directed into the sky at an angle of about 60°. The reason horizontal radiation is maximum at 0.625 is that at slightly above a half wavelength, the opposite phase radiation from the two lobes interferes destructively and cancels at high elevation angles, causing most of the power to be emitted in horizontal directions. Heights above 0.625 are not generally used because above this the power radiated in horizontal directions decreases rapidly due to increasing power wasted into the sky in the second lobe. For medium wave AM broadcast band masts 0.625 would be a height of , and taller for longwave masts. The high construction costs of such tall masts mean frequently shorter masts are used. The above gives the radiation pattern of a perfectly conducting mast over perfectly conducting ground. The actual strength of the received signal at any point on the ground is determined by two factors, the power radiated by the antenna in that direction and the path attenuation between the transmitting antenna and the receiver, which depends on ground conductivity. The design process of an actual radio mast usually involves doing a survey of soil conductivity, then using an antenna simulation computer program to calculate a map of signal strength produced by actual commercially available masts over the actual terrain. This is compared with the audience population distribution to find the best design.
Ток мөлшері (I) биіктік (G) электрлік градустарда және максималды ток (Imax) ретінде келесідей өрнектеледі: I = Imax * sin(G). Толқын ұзындығының төрттен бірінің еселігіне жуық биіктікте (G = 90°, 180°, 270°) мачта резонанстық болады; осы биіктіктерде антенна беру желісіне таза кедергі ұсынады, бұл антеннаны беру желісімен сәйкестендіруді жеңілдетеді. Басқа ұзындықтарда антеннаның сыйымдылық реактансы немесе индуктивтік реактансы болады. Алайда, осы ұзындықтағы мачталарды спиральдық бөлімдегі сәйкестендіру желісіндегі конъюгациялық реактанспен реактансын жою арқылы тиімді түрде қуатпен қамтамасыз етуге болады. Мачтаның шекті қалыңдығы, кедергісі және басқа факторларға байланысты мачтадағы нақты антенна тогы жоғарыда болжалган идеалды синусоидадан айтарлықтай өзгеше болуы мүмкін, және графикте көрсетілгендей, әдеттегі мұнараның резонанстық ұзындығы 80°, 140° және 240° шамасына жақын. Жер толқындары антеннадан жер бетіне жақын көлденең бағытта жүреді, сондықтан көптеген мачталардың дизайнының мақсаты көлденең бағытта қуаттың максималды бөлігін сәулелендіру болып табылады. Идеалды монопольдік антенна көлденең бағытта максималды қуатты 225 электрлік градус биіктігінде сәулелендіреді, шамамен 0,625 толқын ұзындығы (бұл әдеттегі шекті қалыңдығы бар мачта үшін жарамды шама; шексіз жұқа мачта үшін максимум 0,637-де болады). Диаграммада көрсетілгендей, жарты толқын ұзындығынан төмен биіктікте (180 электрлік градус) антеннаның сәулелену үлгісі көлденең бағытта максималды бір лобусқа ие. Толқын ұзындығының жартысынан жоғары биіктікте үлгі екіге бөлінеді және екінші лобус шамамен 60° бұрышпен аспанға бағытталған. Көлденең сәулеленудің 0,625-те максималды болуының себебі, жарты толқын ұзындығынан сәл жоғарыда екі лобустан келетін қарама-қарсы фазалық сәулелену деструктивті түрде араласып, биік бұрыштарда жойылады, нәтижесінде қуаттың көп бөлігі көлденең бағытта шығарылады. 0,625-тен жоғары биіктіктер көбінесе қолданылмайды, өйткені одан жоғары көлденең бағытта сәулеленетін қуат екінші лобуста аспанға ысырап болатын қуаттың артуына байланысты тез төмендейді. Орта толқынды АМ тарату жолағының мачталары үшін 0,625 биіктігі , ал ұзын толқынды мачталар үшін биіктігі жоғарырақ болады. Мұндай биік мачталардың құрылыс құны жоғары болғандықтан, көбінесе қысқа мачталар қолданылады. Жоғарыда көрсетілгендер – кемелденген жердегі кемелденген мачтаның сәулелену үлгісі. Жердегі кез келген нүктеде қабылданып жатқан сигналдың нақты күшін екі фактор анықтайды: сол бағыттағы антеннадан сәулеленетін қуат және таратушы антенна мен қабылдағыш арасындағы жолдың әлсіреуі, бұл жердің өткізгіштігіне байланысты. Радио мачтаның жобалау процесі әдетте топырақтың өткізгіштігін зерттеуді қамтиды, содан кейін нақты жер бедеріндегі коммерциялық түрде қол жетімді мачталардың шығаратын сигнал күшінің картасын есептеу үшін антенналық симуляциялық компьютерлік бағдарлама қолданылады. Бұл ең жақсы дизайнды табу үшін тыңдаушылардың таралуымен салыстырылады.
where each degree equals meters. The current distribution on the mast determines the radiation pattern. The radio frequency current flows up the mast and reflects from the top, and the direct and reflected current interfere, creating an approximately sinusoidal standing wave on the mast with a node (point of zero current) at the top and a maxima one quarter wavelength down
where is the current at a height of electrical degrees above the ground, and is the maximum current. At heights of a little less than a multiple of a quarter wavelength, (G = 90°, 180°, 270° ) the mast is resonant; at these heights the antenna presents a pure resistance to the feedline, simplifying impedance matching the feedline to the antenna. At other lengths the antenna has capacitive reactance or inductive reactance. However masts of these lengths can be fed efficiently by cancelling the reactance of the antenna with a conjugate reactance in the matching network in the helix house. Due to the finite thickness of the mast, resistance, and other factors the actual antenna current on the mast differs significantly from the ideal sine wave assumed above, and as shown by the graph, resonant lengths of a typical tower are closer to 80°, 140°, and 240°. Ground waves travel horizontally away from the antenna just above the ground, therefore the goal of most mast designs is to radiate a maximum amount of power in horizontal directions. An ideal monopole antenna radiates maximum power in horizontal directions at a height of 225 electrical degrees, about or 0.625 of a wavelength (this is an approximation valid for a typical finite thickness mast; for an infinitely thin mast the maximum occurs at = 0.637) As shown in the diagram, at heights below a half wavelength (180 electrical degrees) the radiation pattern of the antenna has a single lobe with a maximum in horizontal directions. At heights above a half wavelength the pattern splits and has a second lobe directed into the sky at an angle of about 60°. The reason horizontal radiation is maximum at 0.625 is that at slightly above a half wavelength, the opposite phase radiation from the two lobes interferes destructively and cancels at high elevation angles, causing most of the power to be emitted in horizontal directions. Heights above 0.625 are not generally used because above this the power radiated in horizontal directions decreases rapidly due to increasing power wasted into the sky in the second lobe. For medium wave AM broadcast band masts 0.625 would be a height of , and taller for longwave masts. The high construction costs of such tall masts mean frequently shorter masts are used. The above gives the radiation pattern of a perfectly conducting mast over perfectly conducting ground. The actual strength of the received signal at any point on the ground is determined by two factors, the power radiated by the antenna in that direction and the path attenuation between the transmitting antenna and the receiver, which depends on ground conductivity. The design process of an actual radio mast usually involves doing a survey of soil conductivity, then using an antenna simulation computer program to calculate a map of signal strength produced by actual commercially available masts over the actual terrain. This is compared with the audience population distribution to find the best design.
Өшіруге қарсы конструкциялар
Биіктікке әсер ететін екінші жобалау мақсаты – қабылдау аймағындағы көп жолды әлсіреуді азайту. Аспанға бұрышпен сәулеленген радиоэнергияның бір бөлігі ионосферадағы зарядталған бөлшектердің қабаттарынан шағылысып, қабылдау аймағында Жерге қайта оралады. Бұл "аспан толқыны" деп аталады. Антеннадан белгілі бір қашықтықта бұл радио толқындар жер толқындарымен фазадан шығып, екі радио толқын бір-біріне бөгет жасайды және сигналдың күшін азайтып, ішінара немесе толыққандай жояды. Бұл – әлсіреу. Түнде ионосфералық шағылыс ең күшті болған кезде, антенна төңірегінде сигналдың күші төмен аймақ пайда болады, онда қабылдау жеткіліксіз болуы мүмкін, мұндай аймақ кейде "тыныштық аймағы", әлсіреу қабырғасы немесе "шашақ аймағы" деп аталады. Дегенмен, көп жолды әлсіреу тек аспан толқынының сигнал күші жер толқынының шамамен 50% (3 дБ) құраса ғана маңызды болады. Монопольдің биіктігін сәл төмендету арқылы екінші сәулелену лобатындағы қуатты азайтуға болады, бұл көп жолды әлсіреуді жоюға жеткілікті, сонымен қатар көлденең күшін аздап төмендетуге болады. Оптималды биіктік шамамен 190 электр градусы немесе 0,53-ке жуық, сондықтан бұл мачталар үшін де таралған биіктік.
Бөлімшеленген мачталар
Қиындыққа қарсы тиімділігі жоғары мачтаның түрі – секцияланған мачта, оны анти-пылтық мачта деп те атайды. Секцияланған мачтада тік тірек мүшелеріндегі изоляторлар мачтаны екі тік бойымен орналасқан өткізгіш секцияға бөледі, олар жеке қоректендіру сымдары арқылы бір фазада қоректендіріледі. Бұл көлденең бағытта сәулеленетін қуаттың үлесін арттырады және мачтаның биіктігі 0,625-тен асып кетпеуіне мүмкіндік береді, бұл артық жоғары бұрышты сәулеленуге алып келмейді. Қазіргі уақытта 120 градусқа дейін/120 градус, 180 градусқа дейін/120 градус және 180 градусқа дейін/180 градус биіктіктегі практикалық секцияланған қондырғылар жақсы нәтижелер көрсетуде.
Электрлік қысқа мачталар
Мачта радиаторларын қолдану жиілігінің ең төменгі шегі төмен жиілік диапазонында болады, себебі толқын ұзындығының төрттен бірінен қысқа мачталардың тиімділігі төмендейді. Жиілік төмендеген сайын толқын ұзындығы артады, нәтижесінде толқын ұзындығының белгілі бір бөлігін құру үшін биік антенна қажет болады. Құрылыс құны мен қажетті жер көлемі биіктікпен бірге өседі, бұл мачта биіктігіне нақты шектеу қояды. Өте биік мачталар тым қымбатқа түседі және олардың салынуы өте сирек; әлемдегі ең биік мачталардың биіктігі шамамен ... болады. Кейбір аймақтарда құрылыстардың биіктігіне шектеулер қойылады; әуежайлар маңында авиациялық органдар мачталардың ең жоғары биіктігін шектеуі мүмкін. Мұндай шектеулер көбінесе мачтаны ең оңтайлы биіктіктен төмен орнатуға мәжбүр етеді. Толқын ұзындығының төрттен бірінен (0,25, 90 электрлік градус) едәуір қысқа антенналар электрлік қысқа антенналар деп аталады. Электрлік қысқа антенналар тиімді сәуле шығарады; тіпті қысқа антеннаның да пайдасы ширек толқынды антеннаның пайдасына жақын. Дегенмен, оларды тиімді түрде пайдалану қиын, себебі олардың сәулелену кедергісі төмен. Антеннаның сәулелену кедергісі – радио толқындар түрінде сәулеленген қуатты көрсететін электр кедергісі, ол толқын ұзындығының төрттен бірінде шамамен 25–37 Ом-ға тең. Толқын ұзындығының төрттен бірінен төменде мачта биіктігі мен толқын ұзындығының қатынасының квадратына пропорционалды түрде кемиді. Антенна жүйесіндегі басқа электр кедергілері – мачтаның омикалық кедергісі және жерге орнатылған жүйе – сәулелену кедергісімен тізбектеледі, ал беріліс қуаты олардың арасында пропорционалды түрде бөлінеді. Сәулелену кедергісі төмендеген сайын, беріліс қуатының үлкен бөлігі осы кедергілерде жылу түрінде ысырап болады, бұл антеннаның тиімділігін төмендетеді. 0,17-ден (60 электрлік градус) қысқа мачталар көбінесе қолданылмайды. Бұл биіктікте сәулелену кедергісі шамамен 10 Ом-ға тең, ал жерге орнатылған жүйенің әдеттегі кедергісі 2 Ом, бұл сәулелену кедергісінің 20% құрайды. Сондықтан, осы биіктіктен төменде жердегі жүйеде беріліс қуатының 20% астамы ысырап болады. Электрлік қысқа мачталардың тағы бір мәселесі – мачтаның сыйымдылық реакциясының жоғары болуы, бұл антенна тюнерінде оны теңестіру үшін үлкен индуктивтік катушканы орнатуды қажет етеді және мачтаны резонанстық жағдайға келтіреді. Жоғары реакция және төмен кедергі антеннаға жоғары Q коэффициентін береді; антенна мен катушка жоғары Q күйделген контур ретінде әрекет етеді, бұл антеннаның пайдалы жиілік диапазонын азайтады. Төмен жиіліктерде мачта радиаторлары T-антенна немесе шамшырақ антенна сияқты, тиімділігі жоғары және күрделірек сыйымдылықпен жабдықталған антенналармен ауыстырылады.
Қуаттылықтағы жоғарғы жүктемелер
Қысқа мачталар қолданылуы тиіс жағдайларда, сәулелену қуатын арттыру үшін мачтаның жоғарғы жағына кейде сыйымдылықты жоғарғы жабдық (сонымен қатар "қалпақ" немесе сыйымдылық қалпағы деп те аталады) қосылады. Бұл – антеннаның жоғарғы жағынан радиалды бағытта созылған көлденең сымдардан құралған дөңгелек экран. Ол конденсатор пластинасы ретінде жұмыс істейді; әрбір радиожиілік (RF) циклда жоғарғы жабдық сыйымдылығын зарядтау және разрядтау үшін мачтадағы ток күшеюі сәулеленген қуатты арттырады. Жоғарғы жабдық электрлік тұрғыдан мачтаның қосымша ұзындығы сияқты әрекет ететіндіктен, бұл антеннаны "электрлік түрде ұзарту" деп атайды. Сыйымдылық қалпағын жасаудың тағы бір тәсілі – жоғарғы тіреу сымдарының бөліктерін пайдалану, тіреу сымына кернеу изоляторларын мачтадан аз қашықтықта орнату арқылы. Сыйымдылық қалпақтарының электрлік биіктігі 15-30 градусқа дейін шектеледі.
Жерге тұйықтау жүйесі
Маст радиаторлары үшін маст астындағы жер антеннаның бөлігі болып табылады; мастқа берілетін ток ауа арқылы антенна астындағы жерге ығысу тогы (электр өрісі) ретінде өтеді. Жер радио толқындарды шағылыстыратын жер жазықтығы ретінде де қызмет етеді. Антеннаға мачтаның төменгі бөлігі мен жердің арасында қуат беріледі, сондықтан қайтару тогын жинау үшін антеннаның астында жерге тұйықтау жүйесі қажет, ол топырақпен байланыс орнатуға мүмкіндік береді. Геликс бөлімінен келетін қоректендіру желісінің бір жағы мачтаға, ал екінші жағы жер жүйесіне қосылады. Жер жүйесі антеннамен тікелей байланысты және антенна тогының барлық күшін қабылдайды, сондықтан тиімділігі үшін оның кедергісі төмен болуы керек – екі омнан төмен. Сондықтан ол жерге көмілген кабельдер желісінен тұрады. Барлық бағытты антенна үшін жер тогы барлық бағыттан жер нүктесіне радиалды түрде қозғалады, сондықтан жерге қосу жүйесі әдетте мачтаның түбінен барлық бағытта сыртқа қарай созылатын радиалды кабельдерден тұрады, олар жерге қосылатын сымға жалғанады. Жердің кедергісінен жоғалатын қуат және антеннаның тиімділігі топырақтың өткізгіштігіне байланысты. Бұл көрсеткіш өте әртүрлі: батпақты жерлер немесе тоғандар, әсіресе тұзды су, ең төменгі кедергіні қамтамасыз етеді. Жердегі радиожиілік (RF) тогының тығыздығы, демек, шаршы метрге шаққандағы қуат жоғалтуы, мачтаның түбіндегі жер терминалына жақындаған сайын артады. Сондықтан радиалды жер жүйесін топырақтың орнына жоғары өткізгіштік қабатымен – мыспен ауыстыруға болады, бұл жоғары ток тығыздығы бар жерлерде қуат жоғалтуын азайтуға көмектеседі. АҚШ Федералды байланыс комиссиясы (FCC) бекіткен, кеңінен қолданылатын стандартты жер жүйесі – мачтадан бір толқын ұзындығының төрттен бірін (0.25, 90 электрлік градус) құрайтын 120 тең араласқан радиалды жер сымдары. Әдетте, №10 өлшемді, жұмсақ тартылған мыс сым қолданылады және терең жерге көміледі. АМ тарату мачталары үшін бұл мачтадан басталатын дөңгелек жер участасын қажет етеді. Бұл учаске әдетте шөппен себіледі, оны қысқа қырып ұстау керек, себебі биік шөп кейбір жағдайларда қуат жоғалтуын арттыруы мүмкін. Егер мачтаның айналасындағы жер көлемі осындай ұзын радиалдарға жеткіліксіз болса, оларды көптеген жағдайларда қысқа радиалдардың санымен ауыстыруға болады. Мачта изоляторының астындағы металл тірек, өткізгіш металл таспалармен жер жүйесіне қосылады, сондықтан мачтаны қолдаушы бетон төсегінде кернеу пайда болмайды, себебі бетонның диэлектрлік қасиеттері нашар. Жарты толқын ұзындығынан биік (180 электрлік градус) мачталарда мачтаның негізіне жақын жерде кернеудің максималды деңгейі (антинода) пайда болады, бұл жер сымдарының үстіндегі жерде күшті электр өрістерін тудырады, онда ығысу тогы жерге кіреді. Бұл жерде диэлектрлік қуаттың айтарлықтай жоғалтуына әкелуі мүмкін. Бұл жоғалтуды азайту үшін мұндай антенналар көбінесе мачтаның айналасында жерге көмілген жер сымдарына қосылған өткізгіш мыс жер экранын қолданады, ол жерде жатады немесе бірнеше футқа көтеріледі, бұл жерді электр өрісінен қорғайды. Тағы бір шешім – мачтаның маңындағы жер сымдарының санын арттыру және оларды асфальт төсемінің беткі қабатына өте жақын жерге көму, себебі асфальт төсемінің диэлектрлік жоғалтуы төмен.
Қалқан
Базалық бөлігіне қоректенетін мачта радиаторлары мачтаның негізінде жоғары кернеу тудырады, ол жерге тиген адамға қауіпті электр тогының соққысын беруі мүмкін. Мачтадағы потенциал әдетте жерге қатысты бірнеше мың вольтқа жетеді. Электрлік ережелер мұндай ашық жоғары кернеулі жабдықты жұртшылықтан қоршаумен қорғауды талап етеді, сондықтан мачта мен антеннаны реттеу бөлімі бекітілген қоршаумен қоршалған. Көбінесе тізбекті қоршау қолданылады, бірақ кейде металл қоршаудағы индукциялық тоқтар антеннаның сәулелену үлгісін бұрмалауын болдырмау үшін ағаш қоршаулар қолданылады. Тағы бір нұсқа – мачтаны антеннаны реттеу бөлімінің үстіне, жұртшылыққа қолжетімді емес биіктікте орнату, бұл қоршау қажеттілігін жояды.
Әуе кемесінің ескерту шамдары
Антенна мачталары ұшақтар үшін қауіпті болуы мүмкін биіктікте орналасады. Авиациялық ережелерге сәйкес, мачталар халықаралық қызғылт сары және ақ түстермен кезектесіп жазылған жолақтармен боялуы тиіс, сондай-ақ ұшақтар үшін оларды жақсы көруге мүмкіндік беру үшін бойымен ескерту шамдары орнатылуы керек. Ережелер мұнараның жоғарғы бөлігінде және (биіктігіне байланысты) мұнараның бойымен бірнеше жерде жыпылықтайтын шамдарды талап етеді. Мачтадағы жоғары радиожиіліктік кернеу ескерту шамдарын қуатпен қамтамасыз етуде қиындық тудырады: шамдардан желілік қуатқа қосылатын қуат кабелі мачтаның жоғары RF потенциалында болады. Қорғау құралдары болмаса, ол радиожиіліктік (RF) токты AC электр желісінің жерге түсуіне жіберіп, мачтаны қысқа тұйықтатуы мүмкін. Бұған жол бермеу үшін мачтаның табанында жарықтандыру қуат кабеліне қорғаныш изоляторы орнатылады, ол RF тогын тоқтата тұрып, 50 немесе 60 Гц жиілікті АЖ қуатын мачта бойымен өтеді.
Austin transformer – this is a specialized type of isolation transformer made specifically for this use, in which the primary and secondary windings of the transformer are separated by an air gap, wide enough so the high voltage on the antenna cannot jump across. It consists of a ring shaped toroidal iron core with the primary winding wrapped around it, mounted on a bracket extending from the concrete base below the antenna insulator, connected to the lighting power source. The secondary winding which provides power to the mast lights is a ring shaped coil that threads through the toroidal core like two links in a chain, with an air gap between the two. The magnetic field created by the primary winding induces current in the secondary winding without the necessity of a direct connection between them. Choke – this consists of an inductor, a coil of fine wire wound around a cylindrical form. The impedance (resistance to AC current) of an inductor increases with the frequency of the current. The isolation choke is a low pass filter, it is constructed to have a high impedance at radio frequencies which prevents the RF current from passing through, but negligible impedance at the lower 50/60 Hz mains frequency, so the AC power can pass through to the lights. A choke is inserted in each of the 3 lines (hot, neutral, safety ground) that make up the power cable. The low voltage end of each choke is bypassed through a capacitor to ground, so high voltage induced in the low voltage end by capacitive coupling through the interwinding capacitance of the choke is conducted to ground. Parallel resonant circuit (trap) – this consists of an inductor and capacitor connected in parallel in the power line. The values of the inductance and capacitance are chosen so the circuit's resonant frequency is the operating frequency of the antenna. A parallel resonant circuit has a very high impedance (thousands of ohms) at its resonant frequency, so it blocks the RF current, but low impedance at all other frequencies, allowing the AC lighting power through. This circuit only blocks the specific frequency it is tuned to, so if the frequency of the radio transmitter is changed, the trap must be adjusted.
Остин трансформаторы – бұл осы мақсат үшін арнайы жасалған оқшаулау трансформаторының бір түрі, онда трансформатордың бірінші және екінші орамдары антеннадағы жоғары кернеудің секіріп өте алмайтындай кең ауа аралығымен бөлінеді. Ол негізгі ораммен оралған, антенна оқшаулағышының астындағы бетоннан жасалған тіреуге орнатылған сақина тәрізді темір өзектен тұрады және жарықтандыру қуат көзіне қосылған. Мачта шамдарына қуат беретін екінші орам – екі ауа аралығы бар сақина тәрізді орама, ол тізбектің екі буыны сияқты өзек арқылы өтеді. Бірінші орам арқылы туындаған магниттік өріс олардың арасында тікелей байланыс болмай, екінші орамда ток тудырады.
Austin transformer – this is a specialized type of isolation transformer made specifically for this use, in which the primary and secondary windings of the transformer are separated by an air gap, wide enough so the high voltage on the antenna cannot jump across. It consists of a ring shaped toroidal iron core with the primary winding wrapped around it, mounted on a bracket extending from the concrete base below the antenna insulator, connected to the lighting power source. The secondary winding which provides power to the mast lights is a ring shaped coil that threads through the toroidal core like two links in a chain, with an air gap between the two. The magnetic field created by the primary winding induces current in the secondary winding without the necessity of a direct connection between them. Choke – this consists of an inductor, a coil of fine wire wound around a cylindrical form. The impedance (resistance to AC current) of an inductor increases with the frequency of the current. The isolation choke is a low pass filter, it is constructed to have a high impedance at radio frequencies which prevents the RF current from passing through, but negligible impedance at the lower 50/60 Hz mains frequency, so the AC power can pass through to the lights. A choke is inserted in each of the 3 lines (hot, neutral, safety ground) that make up the power cable. The low voltage end of each choke is bypassed through a capacitor to ground, so high voltage induced in the low voltage end by capacitive coupling through the interwinding capacitance of the choke is conducted to ground. Parallel resonant circuit (trap) – this consists of an inductor and capacitor connected in parallel in the power line. The values of the inductance and capacitance are chosen so the circuit's resonant frequency is the operating frequency of the antenna. A parallel resonant circuit has a very high impedance (thousands of ohms) at its resonant frequency, so it blocks the RF current, but low impedance at all other frequencies, allowing the AC lighting power through. This circuit only blocks the specific frequency it is tuned to, so if the frequency of the radio transmitter is changed, the trap must be adjusted.
Чок – бұл цилиндрлі форманың айналасына оралған жіңішке сымнан жасалған орамадан тұратын индуктор. Индуктордың кедерісі (айнымалы токқа қарсы кедерісі) ток жиілігімен бірге артады. Оқшаулау чокі – төмен өткізгіштік сүзгісі, ол радиожиіліктерде жоғары кедеріссіздікке ие, бұл RF тогының өтуіне кедергі келтіреді, бірақ төменгі 50/60 Гц желілік жиілігінде минималды кедеріссіздікке ие, сондықтан АЖ қуаты шамдарға өте алады. Қуат кабелін құрайтын үш желінің (фаза, нөл, қауіпсіздік жері) әрқайсысына чок енгізіледі. Әр чоктың төмен кернеулі ұшы конденсатор арқылы жерге қосылады, сондықтан чоктың орамалық сыйымдылығы арқылы туындаған жоғары кернеу төмен кернеулі ұшында жерге жіберіледі.
Austin transformer – this is a specialized type of isolation transformer made specifically for this use, in which the primary and secondary windings of the transformer are separated by an air gap, wide enough so the high voltage on the antenna cannot jump across. It consists of a ring shaped toroidal iron core with the primary winding wrapped around it, mounted on a bracket extending from the concrete base below the antenna insulator, connected to the lighting power source. The secondary winding which provides power to the mast lights is a ring shaped coil that threads through the toroidal core like two links in a chain, with an air gap between the two. The magnetic field created by the primary winding induces current in the secondary winding without the necessity of a direct connection between them. Choke – this consists of an inductor, a coil of fine wire wound around a cylindrical form. The impedance (resistance to AC current) of an inductor increases with the frequency of the current. The isolation choke is a low pass filter, it is constructed to have a high impedance at radio frequencies which prevents the RF current from passing through, but negligible impedance at the lower 50/60 Hz mains frequency, so the AC power can pass through to the lights. A choke is inserted in each of the 3 lines (hot, neutral, safety ground) that make up the power cable. The low voltage end of each choke is bypassed through a capacitor to ground, so high voltage induced in the low voltage end by capacitive coupling through the interwinding capacitance of the choke is conducted to ground. Parallel resonant circuit (trap) – this consists of an inductor and capacitor connected in parallel in the power line. The values of the inductance and capacitance are chosen so the circuit's resonant frequency is the operating frequency of the antenna. A parallel resonant circuit has a very high impedance (thousands of ohms) at its resonant frequency, so it blocks the RF current, but low impedance at all other frequencies, allowing the AC lighting power through. This circuit only blocks the specific frequency it is tuned to, so if the frequency of the radio transmitter is changed, the trap must be adjusted.
Параллель резонанстық тізбек (тұзақ) – бұл электр желісіне параллель қосылған индуктор мен конденсатордан тұрады. Индуктивтілік пен сыйымдылықтың мәндері тізбектің резонанстық жиілігі антеннаның жұмыс жиілігіне тең болуы үшін таңдалады. Параллель резонанстық тізбектің резонанстық жиілігінде өте жоғары кедерісі (мыңдаған Ом) болады, сондықтан ол RF тогын тоқтатады, бірақ басқа барлық жиіліктерде төмен кедеріссіздікке ие, АЖ жарықтандыру қуатын өтеді. Бұл тізбек тек оған орнатылған жиілікті тоқтатады, сондықтан радио хабар таратушының жиілігі өзгерсе, тұзақты реттеу қажет.
Austin transformer – this is a specialized type of isolation transformer made specifically for this use, in which the primary and secondary windings of the transformer are separated by an air gap, wide enough so the high voltage on the antenna cannot jump across. It consists of a ring shaped toroidal iron core with the primary winding wrapped around it, mounted on a bracket extending from the concrete base below the antenna insulator, connected to the lighting power source. The secondary winding which provides power to the mast lights is a ring shaped coil that threads through the toroidal core like two links in a chain, with an air gap between the two. The magnetic field created by the primary winding induces current in the secondary winding without the necessity of a direct connection between them. Choke – this consists of an inductor, a coil of fine wire wound around a cylindrical form. The impedance (resistance to AC current) of an inductor increases with the frequency of the current. The isolation choke is a low pass filter, it is constructed to have a high impedance at radio frequencies which prevents the RF current from passing through, but negligible impedance at the lower 50/60 Hz mains frequency, so the AC power can pass through to the lights. A choke is inserted in each of the 3 lines (hot, neutral, safety ground) that make up the power cable. The low voltage end of each choke is bypassed through a capacitor to ground, so high voltage induced in the low voltage end by capacitive coupling through the interwinding capacitance of the choke is conducted to ground. Parallel resonant circuit (trap) – this consists of an inductor and capacitor connected in parallel in the power line. The values of the inductance and capacitance are chosen so the circuit's resonant frequency is the operating frequency of the antenna. A parallel resonant circuit has a very high impedance (thousands of ohms) at its resonant frequency, so it blocks the RF current, but low impedance at all other frequencies, allowing the AC lighting power through. This circuit only blocks the specific frequency it is tuned to, so if the frequency of the radio transmitter is changed, the trap must be adjusted.
Найзағайдан қорғау және жерге қосу
Мачтаның түбінде мачта мен жер терминалының арасында шар немесе мүйіз тәрізді разрядтық саңылаудан тұратын найзағайдан қорғағыш құрылғы болуы керек, осылайша мачтаға түскен найзағай тогы жерге өткізіледі. Найзағайдан қорғағыш құрылғының өткізгіші ең қысқа жолмен металл жер тірегіне тікелей жалғануы тиіс. Мачтаның жоғарғы бөлігінде әуе кемелерін ескерту шамдарын қорғау үшін найзағайға қарсы таяқша орнатылуы керек. Сондай-ақ, мачтада жерге тұйықталған ток жолы болуы керек, осылайша мачтадағы статикалық электр заряды төгіледі. Мачтаның түбінде жерге қосу қосқышы орналасқан, ол техникалық қызмет көрсету кезінде мачтаны жерге қосу жүйесіне қосу үшін қолданылады, осылайша персонал жұмыс істеген кезде мачтада жоғары кернеудің болу қаупі болмайды.
Орналасқан антенналар
Биік радио мачтасы басқа сымсыз антенналарды орнатуға ыңғайлы құрылым болғандықтан, көптеген радиостанциялар өз мұнараларындағы орынды басқа радио қызметтеріне антенналары үшін жалға береді. Мұндай антенналар колокациялық антенналар деп аталады. Маст радиаторларына жиі орнатылатын антенна түрлері: такси және жеткізу қызметтері үшін жер мобильді радио жүйелеріне арналған шыны талшықты камша антенналар, коммерциялық телекоммуникациялар мен интернет деректерін тасымалдайтын микротолқындық релелік байланыстарға арналған табақ антенналар, бұрмаланған диполь элементтерінен құралған коллинейлік бөлімдерден тұратын FM радио хабар тарату антенналары және ұялы байланыс базалық станцияларының антенналары. Колокациялық антенналар мачтаның тарату жиілігіне жақын жиіліктерде жұмыс істемесе, оларды мачтадағы кернеуден электрлік тұрғыдан оқшаулауға болады. Колокациялық антенналарға радиожиілік қуатын (RF) жеткізетін тарату желілері ұшақ жарықтандыру қуат желілері сияқты мәселені тудырады: олар мұнарадан төмен және базалық оқшаулағыш арқылы өтіп, төмен кернеулі жабдыққа қосылуы керек. Оқшаулау құрылғылары болмаса, олар жоғары мачта кернеуін алып жүреді және мачтаны жерге түйістіре алады. Тарату желілері өткізбейтін материалдан жасалған спиральге оралған коаксиалды кабельдерден тұратын төмен өткізгіш сүзгі индукторларымен оқшауланады. Ол сәулеленуге қарсы кедергі жарты толқын ұзындығында максималды мәнге жететінін анықтады, сондықтан осы ұзындықтағы мачтаның кіріс кедергісі жердің кедергісінен әлдеқайда жоғары болды, бұл жер жүйесінде жоғалатын таратушы қуаттың үлесін азайтып, сыйымдылықтық жоғарғы жүктеменің қажеттілігін жойды. Сол жылы жарияланған екінші мақаласында ол жер толқынында көлденең сәулеленетін қуаттың мөлшері мачта биіктігі 0,625 (225 электрлік градус) шамасында максималды болатынын көрсетті. 1930 жылға қарай Т-тәрізді антеннаның кемшіліктері хабар таратушыларды маст радиатор антеннасын пайдалануға итермеледі. Алғаш қолданылған типтердің бірі алмаз тәрізді консольді немесе Блау Нокс мұнарасы болды. Оның алмаз (ромбоэдр) пішіні болды, бұл оны берік етті, сондықтан оның кең бөлігінде тек бір жиектің қажеттілігі болды. Антеннаның тік төменгі ұшы бетон негізінде орналасқан шарлы буын түріндегі үлкен керамикалық изолятормен аяқталды, бұл құрылымға түсетін иілу күштерін азайтты. Бірінші, 665 фут (203 м) жарты толқындық мачта 1931 жылы WABC радиостанциясының 50 кВт-тық Уэйн, Нью-Джерси хабар тарату станциясына орнатылды. Осы кезеңде радиалды сымды жер жүйелері де енгізілді. 1930 жылдары хабар тарату индустриясы көп жолды әлсіреу мәселесін мойындады, яғни түнде ионосферадан шағылысқан жоғары бұрышты толқындар жер толқындарына кедергі келтіріп, антеннадан белгілі бір қашықтықта нашар қабылдау аймағын тудырды. Блау Нокс мұнарасының алмаз пішіні токтың қолайсыз таралуына ие екені анықталды, бұл жоғары бұрыштарда сәулеленетін қуатты арттырды. 1940 жылдары AM хабар тарату индустриясы Blaw Knox дизайнынан бас тартып, қазіргі кезде қолданылатын, жақсырақ сәулелену үлгісіне ие, тар және біркелкі қималы торлы мачтаны пайдалануға көшті. Монополь мачтасының биіктігін 225 градустан 190 градусқа дейін азайту жоғары бұрышты радио толқындарды жоюға мүмкіндік беретіні анықталды. Осы кезеңде секциялық мачталар да жасалды.