53. ODBIORCZA ANTENA BEVERAGE

W [1] części 41 zamieściłem podstawowe dane techniczne tzw. anteny falowej, zainstalowanej w Grodzisku Mazowieckim.
Wykorzystano antenę falową, wynalezioną i opracowaną przez Beverage, Rice i Kellogga
i opisaną w dokumencie zaprezentowanym przed American Institute of Electrical Engineers.
Antena o długości 16.200 metrów usytuowana była z budynku stacji w kierunku południowym,
czyli wzdłuż średnicy ziemi, linii o najkrótszej długości do Nowego Jorku i prawie pod kątem prostym do kierunku (usytuowania)
stacji nadawczej [ 1 część 47].
W konstrukcji przypominała zwykłą linię telegraficzną, składającą się z dwóch przewodów miedzianych numer 10
(ok. 0.1x25.4=2,54 mm) rozciągniętą na drewnianych słupach o wysokości 20 stóp (ok. 20x0.3048=6.1 m)
rozmieszczonych w odstępach 150 stóp (ok. 150x0.3048=46.35 m.).
Słupy te miały zamocowane na swych wierzchołkach drewniane poprzeczki o długości 4 stóp (ok. 4x0.3048=1.22 m.)
i na ich końcach szklane izolatory, wytrzymujące napięcie 22.000 V, na których podwieszone były przewody antenowe.
Przewody były zamieniane miejscami na co dziesiątym słupie. Stwierdzono, że większość zakłóceń pochodzących
od wyładowań atmosferycznych przybywa do Warszawy z południa i południowego wschodu,
tak więc ze względu na swoje właściwości kierunkowe, antena falowa dawała bardzo dużą poprawą współczynnika sygnału do zakłóceń,
w porównaniu z uzyskanym przy odbiorze przez antenę ramową (pętlę) lub w kombinacji anteny ramowej (pętli) i pionowym przewodem.

Poszukiwałem materiałów dotyczących w sposób względnie prosty opisać istotę pracy anteny falowej.
Dotarłem do artykułu w którym opisano teoretyczne podstawy anteny falowej [2], Jednak nie znalazłem opisu jej pracy w popularnym,
zrozumiałym dla przeciętnego Internauty, ujęciu. Dlatego też wykorzystując dostępne w tym zakresie materiały,
postanowiłem wypełnić tą lukę. Antena falowa, która później stała się znana jako antena Beverage’a, jest anteną jednokierunkową.

ISTOTA PRACY ANTENY FALOWEJ [3].

Przewód zawieszony w przestrzeni ma pewną pojemność i indukcyjność na jednostkę długości,
które znajdują się w określonej relacji względem siebie.
Stosunek ten może być wyrażony jako, w którym V jest wielkością stałą równą prędkości światła.
Na przykład, gdy L i C są wyrażane jako pojemności i indukcyjności na metr, wtedy wielkość V = 3 x 10⁸ m/s,
jest prędkością światła w metrach na sekundę. Jeśli zamiast pojedynczego użyte są: większy przewód albo gdy zamiast jednego,
użyte są dwa lub więcej przewodów, wówczas w idealnym przypadku, indukcyjność zmniejsza się, w tym samym stosunku zwiększa się
jego pojemność, tak więc iloczyn L x C jest zawsze stały. Oznacza to, że w idealnym przewodzie prądy indukowane
w tym przewodzie zawsze poruszają się wzdłuż niego z prędkością światła, niezależnie od wielkości lub liczby przewodów.

Antena Beverage’a winna przebiegać poziomo w odległości kilku metrów od ziemi, a więc być podparta w kilku punktach
i izolowana od ziemi za pomocą izolatorów. Użycie izolatorów i bliskość ziemi powoduje zwiększenie pojemności w większej proporcji,
niż zmniejszenie indukcyjności, dlatego prędkości prądów w rzeczywistym przewodzie zawsze są nieco mniejsze niż prędkość światła.
Jednakże dla krótszych fal, o długości np. 200 metrów (1.5 MHz) prędkość ta zbliża się do prędkości światła,
na ogół w granicach od 85% do 98% prędkości światła, w zależności od wielkości i liczby przewodów.

Rys. 1 Najprostsza antena falowa.

Na rys. 1 pokazana jest najprostsza antena falowa. Składa się z jednego długiego przewodu, o długości równej co najmniej długości fali,
rozciągniętego od stacji odbiorczej SO w kierunku stacji nadawczej SN. Przyjmiemy, że stacja odbiorcza SO jest na początku anteny PA,
natomiast koniec anteny KA, znajdujący się od strony nadajnika SN, jest zwarty rezystancją R, jak ilustruje to rys. 1.

Fala elektromagnetyczna ze stacji nadawczej SN, nazwijmy ją przestrzenną, przemieszcza się z prędkością światła
w stronę początku anteny PA. Przemieszczając się wzdłuż drutu anteny,  indukuje w przewodzie  prądy poruszające się w obu kierunkach.
Prądy poruszające się w kierunku przeciwnym do ruchu fali przestrzennej, a więc w kierunku końca anteny KA,
maleją praktycznie do zera, jeśli długość anteny jest równa długości fali. Natomiast prądy poruszające się w stronę początku anteny PA,
będąc użytecznym sygnałem, poruszają się wzdłuż przewodu praktycznie z prędkością światła, czyli jak fala przestrzenna. 
Schematycznie proces ten ilustruje rys. 2, na którym pokazana została pojedyncza fala "sygnałowa'
w różnych rosnących momentach wybranego przedziału czasowego.

Rys. 2 Mechanizm powstawania fali sygnału pod wpływem fali przestrzennej.

Przyrosty prądów wszystkie dodają się w fazie na początku anteny PA, dając mocny sygnał, jak ilustruje to krzywa A na rys. 3.
Oprócz użytecznych fal przestrzennych, poruszających się od końca anteny KA, w stronę jej początku PA,
a więc w stronę odbiornika, oddziaływają fale przestrzenne szkodliwe, nie pożądane, poruszające się w kierunku przeciwnym,
powodujące indukowanie prądów przeciwnych do tych użytecznych. Przyrosty tych prądów dodają się w fazie na końcu anteny KA,
co ilustruje krzywa B na rys. 3.

Rys. 3 Krzywa A pokazuje, jak przyrosty prądu dodają się w fazie na początku anteny PA.
Krzywa B ilustruje jak prądy zakłóceń od elektryczności statycznej, przemysłowych
lub innych źródeł dodają się w fazie na końcu anteny KA.

Jeśli koniec anteny KA będzie otwarty lub zwarty przez zerową rezystancję (R=0), cała energia reprezentowana przez krzywą B,
a więc pochodząca z kierunku gdzie jest stacja odbiorcza, SO, w momencie dojścia do końca anteny, KA,
zostanie odbita od niego i będzie  przemieszczała się z powrotem do początku anteny PA,
gdzie część energii, w zależności od impedancji obwodu wejściowego odbiornika, przejdzie do ziemi,
a część będzie ponownie odbita w stronę końca anteny KA. Antena będzie odbierała zarówno sygnały użyteczne ze stacji nadawczej SN
jak i sygnały nie pożądane od zakłóceń, przychodzące ze strony przeciwnej, czyli od strony stacji odbiorczej SO.

Dla graficznego przedstawiania kierunków promieniowanych lub odbieranych sygnałów korzysta się z charakterystyk anten.
W ogólnym przypadku charakterystyka promieniowania lub odbioru, przedstawia pewną powierzchnię zamkniętą,
złożoną z przestrzennych wiązek różnej postaci. Posługiwanie się przestrzenną figurą trójwymiarową jest kłopotliwe
i dlatego ogranicza się zazwyczaj do podawania dwóch wzajemnie prostopadłych przekrojów jej charakterystyki.
Gdy orientacja anteny w przestrzeni jest ustalona, używa się w praktyce antenowej określeń: pozioma i pionowa
charakterystyka promieniowania lub odbioru. Pozioma charakterystyka kierunkowa, czyli na płaszczyźnie, przewodu
o długości równej długości fali przestrzennej w wolnej przestrzeni, w którym istnieją fale: bieżąca - użyteczna i odbita - szkodliwa,
ma kształt pokazany na rys. 4. Jest charakterystyką kierunkową dwustronną o maksymalnej czułości wzdłuż przewodu anteny.

Rys. 4 Pozioma dwustronna charakterystyka kierunkowa przewodu
o długości równej długości fali przestrzennej, gdy istnieją w nim fala bieżąca i odbita [3].

Odbiór sygnału pochodzącego ze strony SO, nie jest tak dobry, jak ze strony SN, ponieważ prąd fali nie pożądanej,
jest tracony w drucie anteny, podczas ruchu na koniec anteny KA i  przemieszczania się po odbiciu
od niego z powrotem na jej początek PA.

W celu stworzenia jednostronnej anteny kierunkowej, konieczne jest zlikwidowanie odbić fal w miejscu znajdującym się
najdalej od odbiornika, czyli w końcu anteny KA. Osiąga się to przez umieszczenie, na końcu linii utworzonej przez druty anteny i ziemią,
bezindukcyjnej rezystancji R, rys. 1. Jeżeli rezystancja ta jest równa impedancji zwarcia linii, w idealnym przypadku,
pochłania całą energię przychodzącą z nie chcianego kierunku od strony SO i zapobiega odbiciu jakiejkolwiek jej części
z powrotem do odbiornika. W antenie powstaje sygnał w postaci fali bieżącej. Wówczas dwustronna charakterystyka z rys. 4
staje się charakterystyką jednostronną rys. 5.

Rys. 5 Pozioma jednostronna charakterystyka z rys. 4, gdy fala odbita została wytłumiona [3].

Wartość impedancji zwarcia linii zależy od wielkości, liczby i wysokości zawieszenia przewodów nad ziemią,
ale jest niezależna od długości przewodów. Impedancja zwarcia jest teoretycznie równa , gdzie L i C
są indukcyjnością i pojemnością na jednostkę długości. W przypadku praktycznej konstrukcji z jednym lub dwoma przewodami miedzianymi
nr 12, (0.12x25.4=3.05 mm), impedancja zwarcia wynosi od 200 do 400 omów.

W miarę zwiększania długości anteny z falą bieżącą w stosunku do długości fali przestrzennej,
jej poziome jednokierunkowe charakterystyki zmieniają się. Czułość odbioru anteny w kierunku jej końca znacznie wzrasta,
a odbiór sygnałów ze strony przeciwnej bardzo znacznie maleje. Należy zwrócić uwagę na ważną wspólną cechę charakterystyk anten
z falą bieżącą. Wskutek tego że oporność układu z falą bieżącą jest niezależna od częstotliwości, jest ona zachowana
przy każdej długości fali, a zmieniać się będzie tylko jego charakterystyka kierunkowości. Dlatego anteny z falą bieżącą mogą pracować
w szerokim zakresie częstotliwości, co jest ich główną zaletą.

Do wad wszystkich anten z falą bieżącą należy zaliczyć straty znacznej części  energii w oporności obciążenia oraz ich duże rozmiary.

Literatura

[1] http://www.nadajnik-babice.pl/ .

[2] http://earlyradiohistory.us/1922RCA.htm

[3] http://nrcdxas.org/articles/Beverage0182.pdf

[4] http://www.w0btu.com/Beverage_antennas.html

[5] http://en.wikipedia.org/wiki/Beverage_antenna

[6] D.P. Linde Anteny i ich zastosowanie, Warszawa 1955, PWT.

Ireneusz Dobiech, marzec 2016.

BUDOWA DRUGIEGO GAZOCIĄGU
W OKOLICY BABIC MOŻE ZNISZCZYĆ PAMIĄTKI PO ANTENIE.

Z http://stare-babice.pl/pl/news/gazoci%C4%85g-rembelszczyzna-mory dowiedziałem się o planowanej inwestycji
spółki skarbu państwa Gaz System S.A. (dawniej Mazowiecki Okręg Gazowniczy),
mającej przebiegać przez teren gminy (Latchorzew i Lubiczów).

W ramach tej inwestycji będzie budowany obok już istniejącego drugi nowy gazociąg.
Planowany termin zakończenia tej inwestycji to sierpień 2018 r. Start robót nastąpi w 2017 r.
Część przechodząca przez gminę jest elementem Gazociągu Rembelszczyzna - Mory o długości około 29 km,
zlokalizowanego na terenie gmin: Nieporęt, Jabłonna, miasto st. Warszawa, Łomianki, Stare Babice i Ożarów Mazowiecki.
Planowany termin zakończenia tej inwestycji to sierpień 2018 r. Start robót nastąpi w 2017 r.

 Nowy gazociąg będzie przebiegał równolegle do już istniejącego, który przebiega na odcinku od toru kolejowego
prowadzącego do Huty, równolegle do drogi, którą nazywam w moich tekstach "rekreacyjną", aż do ulicy Dobrzańskiego.
Na tym odcinku po stronie zachodniej, usytuowane były cztery maszty Anteny Nadawczej,
historycznej Transoceanicznej Centrali Radiotelegraficznej, potocznie zwanej Anteną Nadajnika Babice.
Jak podano pas roboczy potrzebny do prac budowlanych będzie miał 31 do 36 m szerokości, ale w Lesie Bemowskim
zostanie ograniczony do ok. 20 m. Obawiam się, że podczas tej inwestycji prawie na pewno,
jeśli nie całkowicie to częściowo, nastąpi dalsze niszczenie śladów po elementach i obiektach Anteny Nadawczej
oraz mogą zostać utracone znajdujące się w glebie jej szczątki. Tak jak stało się podczas budowy Osiedla Latchorzew,
budów wojskowych warsztatów i drukarni na terenie Fortu Babice, podczas których zniszczono obiekty tam się znajdujące
bez dokumentacji. Całe szczęście, które częściowo udało mi się udokumentować [1 części 5.02,03,04,05].

[1] http://www.nadajnik-babice.pl/

ZAPOZNAJ SIĘ TEŻ Z NOWĄ, DOŚWIADCZALNĄ STRONĄ PT.

ZNAJDZIESZ JĄ POD ADRESEM: http://dobiech-ireneusz.jimdo.com

CIĄG DALSZY NASTĄPI