बैवरेज ऐंटिना

एटी एंड टी को हॉटन, मेन में बैवरेज ऐंटिना (बाएं) और रेडियो रिसीवर (दाएं) प्राप्त हो रहा है, जिसका उपयोग 1920 के दशक की पत्रिका से अटलांटिक पार टेलीफोन कॉल के लिए किया जाता है।

बैवरेज ऐंटिना या "तरंग एंटीना" दीर्घ तार प्राप्त करने वाला एंटीना (रेडियो) है जिसका उपयोग मुख्य रूप से कम आवृत्ति और मध्यम आवृत्ति रेडियो बैंड में किया जाता है, जिसका आविष्कार हेरोल्ड एच. बेवरेज ने 1921 में किया था। इसका उपयोग अव्यावसायिक रेडियो, लघु तरंग सुनने और लॉन्गवेव रेडियो डीएक्सिंग और सैन्य अनुप्रयोगों द्वारा किया जाता है।

बैवरेज ऐंटिना में क्षैतिज तार होता है जो आधे से लेकर कई तरंग दैर्ध्य तक लंबा होता है (एचएफ पर दसियों से सैकड़ों मीटर लंबी तरंग के लिए कई किलोमीटर तक) भू से ऊपर लटका हुआ होता है, जिसके एक छोर से रिसीवर की फीड लाइन जुड़ी होती है, और दूसरा छोर जुड़ा होता है। भू (बिजली) के अवरोधक के माध्यम से तार को समाप्त किया गया। ऐन्टेना में एकदिशीय विकिरण स्वरुप होता है, जिसमें पैटर्न का मुख्य पालि अवरोधक-समाप्त सिरे से दूर आकाश में उथले कोण पर होता है, जो इसे क्षितिज के ऊपर स्टेशनों से लंबी दूरी के व्योम तरंग (स्किप) संप्रेषण के अभिग्रहण के लिए आदर्श बनाता है, क्षितिज जो आयनमंडल से परावर्तित होता है।हालाँकि एंटीना इस प्रकार बनाया जाना चाहिए कि तार प्राप्त होने वाले प्रेषित्र की दिशा में इंगित होता हो।

बेवरेज के फायदे उत्कृष्ट दिशात्मक एंटीना, अनुनाद ऐंटिना की तुलना में व्यापक बैंडविड्थ (सिग्नल प्रोसेसिंग) और दूर और विदेशी प्रेषित्र प्राप्त करने की दृढ़ क्षमता हैं। इसके नुकसान इसका भौतिक आकार, काफी भूमि क्षेत्र की आवश्यकता और अभिग्रहण की दिशा बदलने के लिए घूर्णन में असमर्थता हैं। व्यापक दिगंश कवरेज प्रदान करने के लिए संस्थापन अधिकांशतः कई बैवरेज ऐंटिना का उपयोग करते हैं।

इतिहास

हेरोल्ड बेवरेज ने 1919 में ओटर क्लिफ्स रेडियो स्टेशन पर बैवरेज ऐंटिना के समान ऐंटिना प्राप्त करने का प्रयोग किया। उन्होंने 1920 में पता लगाया कि अन्यथा लगभग द्विदिशीय दीर्घ तार ऐन्टेना हानिपूर्ण पृथ्वी के करीब रखने और तार के एक छोर को एक अवरोधक के साथ समाप्त करने से एकदिशीय हो जाता है। 1921 में, बेवरेज को अपने एंटीना के लिए पेटेंट प्रदान किया गया था। उस वर्ष, 14 km (9 miles) तक लंबे बेवरेज लॉन्ग-वेव रिसीविंग एंटेना को आरसीए के रिवरहेड, न्यूयॉर्क बेलफ़ास्ट, मेन, बेलमार, न्यू जर्सी, और चैथम, अटलांटिक पार रेडियोटेलीग्राफी यातायात के लिए मैसाचुसेट्स रिसीवर स्टेशन पर स्थापित किए गए थे। संभवतः सबसे बड़ा बेवरेज एंटीना—चार चरणबद्ध बेवरेज पदार्थों की श्रृंखला 5 km (3 miles) लंबी और 3 km (2 miles) चौड़ी—1927 में खोले गए पहले अटलांटिक पार टेलीफोन प्रणाली के लिए हॉल्टन, मेन में एटी एंड टी द्वारा बनाया गया था।

विवरण

एनीमेशन दिखाता है कि एंटीना कैसे काम करता है। जमीनी प्रतिरोध के कारण रेडियो तरंग का विद्युत क्षेत्र (E, बड़े लाल तीर) ऊर्ध्वाधर से θ कोण पर होता है, जो एंटीना तार के समानांतर एक क्षैतिज घटक बनाता है ( छोटे लाल तीर). क्षैतिज विद्युत क्षेत्र तार के साथ दोलन धारा (I, नीली रेखा) और वोल्टेज की एक संचारण तरंग बनाता है, जो अंत से दूरी के साथ आयाम में बढ़ जाती है। जब यह संचालित सिरे (बाएं) तक पहुंचता है, तो करंट संप्रेषण लाइन से रिसीवर तक जाता है। दूसरी दिशा में रेडियो तरंगें, अंतिम छोर की ओर, संचारण तरंगें बनाती हैं जो समाप्ति अवरोधक आर द्वारा अवशोषित होती हैं, इसलिए एंटीना में एक एकदिशीय पैटर्न होता है।

एक बैवरेज ऐंटिना जिसे 1995 अमेरिकी सेना फील्ड मैनुअल से सैन्य क्षेत्र संचार के लिए सुधारा जा सकता है। ग्राउंडेड होने के अतिरिक्त, अवरोधक एक दूसरे निचले तार से जुड़ा होता है जो प्रेषित्र के लिए एक कृत्रिम स्थिर, काउंटरपोइज़ (स्थिर सिस्टम) के रूप में कार्य करता है। ऐन्टेना का मुख्य पालि, इसकी सबसे अधिक संवेदनशीलता की दिशा, अवरोधक में समाप्त होने वाले तार के अंत से दाईं ओर है।

बैवरेज ऐंटिना में आधे से कई तरंग दैर्ध्य लंबे क्षैतिज तार होते हैं, जो सामान्यतः भू के करीब निलंबित होते हैं 3 to 6 m (10 to 20 feet) ऊंचा, सिग्नल स्रोत की दिशा में इंगित किया गया। सिग्नल स्रोत की ओर अंत में इसे अवरोधक द्वारा समाप्त किया जाता है, जो संप्रेषण लाइन के रूप में माने जाने वाले एंटीना की विशेषता प्रतिबाधा के लगभग बराबर मान पर होता है, जो सामान्यतः 400 से 800 ohms होता है। दूसरे छोर पर यह एंटीना की विशिष्ट प्रतिबाधा से लाइन का सुमेलन करने के लिए बलून के माध्यम से संप्रेषण लाइन के साथ रिसीवर से जुड़ा होता है।

संचालन

अन्य तार ऐंटिना जैसे कि द्विध्रुवीय एंटीना या मोनोपोल एंटीना के विपरीत, जो अनुनादक के रूप में कार्य करते हैं, रेडियो धाराएं तत्व के साथ दोनों दिशाओं में संचारण करती हैं, खड़ी तरंगों के रूप में सिरों के बीच आगे और पीछे उछलती हैं, बैवरेज ऐंटिना संचारण तरंग एंटीना है; रेडियो आवृत्ति धारा तार के साथ दिशा में, रेडियो तरंगों की तरह ही संचारण करता है। अनुनाद की कमी इसे अनुनाद ऐंटिना की तुलना में व्यापक बैंडविड्थ (सिग्नल प्रोसेसिंग) प्रदान करती है। यह ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकरण रेडियो तरंगें प्राप्त करता है, लेकिन अन्य लंबवत ध्रुवीकृत ऐंटिना के विपरीत यह भू के करीब लटका हुआ है, और काम करने के लिए भू में कुछ विद्युत प्रतिरोध की आवश्यकता होती है।

बैवरेज ऐंटिना अपने संचालन के लिए तरंग झुकाव पर निर्भर करता है। निम्न और मध्यम आवृत्तियों पर, ध्रुवीकरण (तरंगें) रेडियो आवृत्ति विद्युत चुम्बकीय तरंग, जो परिमित जमीनी विद्युत चालकता के साथ पृथ्वी की सतह के करीब संचारण करती है, एक नुकसान को निरंतर रखती है जिसके कारण तरंग अग्रभाग कोण पर झुक जाता है। विद्युत क्षेत्र भू के लंबवत नहीं है बल्कि एक कोण पर है, जो पृथ्वी की सतह के समानांतर विद्युत क्षेत्र घटक उत्पन्न करता है। यदि क्षैतिज तार को पृथ्वी के करीब और तरंग की दिशा के लगभग समानांतर प्रलंबित है, तो विद्युत क्षेत्र तार के साथ संचारण करते हुए दोलनशील आरएफ धारा तरंग उत्पन्न करता है, जो तरंग अग्रभाग के समान दिशा में फैलती है। तार के साथ संचारण करने वाली आरएफ धाराएं तार की पूरी लंबाई में चरण (तरंगें) और आयाम जोड़ती हैं, जिससे एंटीना के दूर के छोर पर जहां रिसीवर जुड़ा होता है, अधिकतम सिग्नल शक्ति उत्पन्न होती है।

एंटीना तार और उसके नीचे की भू को एक साथ मिलकर "लीक" संचरण लाइन के रूप में सोचा जा सकता है जो रेडियो तरंगों से ऊर्जा को अवशोषित करती है। भू के कारण एंटीना में धारा तरंगों का वेग प्रकाश की गति से कम होता है। तार के अनुदिश तरंगाग्र का वेग भी उसके कोण के कारण प्रकाश की गति से कम होता है। एक निश्चित कोण पर θ_max दोनों वेग बराबर हैं, इस कोण पर ऐन्टेना का प्रवर्धन अधिकतम होता है, इसलिए विकिरण पैटर्न में इस कोण पर मुख्य पालि होता है। मुख्य पालि का कोण है

$\theta _{\text{max}}=\arccos {\biggl (}1-{\frac {\lambda }{2L}}{\biggr )},$

जहाँ

$L$ एंटीना तार की लंबाई है,

$\lambda$ तरंग दैर्ध्य है

ऐन्टेना में एकदिशीय अभिग्रहण पैटर्न होता है, क्योंकि तार के रिसीवर छोर से दूसरी दिशा से आने वाले आरएफ सिग्नल, समाप्त छोर की ओर फैलने वाली धाराओं को प्रेरित करते हैं, जहां वे अंतस्थ अवरोधक द्वारा अवशोषित होते हैं।

प्रवर्धन

जबकि बैवरेज ऐंटिना में उत्कृष्ट प्रत्यक्षता होती है, क्योंकि वे हानिपूर्ण पृथ्वी के करीब होते हैं, वे पूर्ण प्रवर्धन उत्पन्न नहीं करते हैं; उनका प्रवर्धन सामान्यतः -20 से -10 dBi तक होता है। यह संभवतः ही कोई समस्या है, क्योंकि ऐन्टेना का उपयोग उन आवृत्तियों पर किया जाता है जहां वायुमंडलीय रेडियो रव का उच्च स्तर होता है। इन आवृत्तियों पर वायुमंडलीय रव, न कि रिसीवर का रव, सिग्नल-टू-रव अनुपात निर्धारित करता है, इसलिए अकुशल एंटीना का उपयोग किया जा सकता है। एंटीना से निर्बल सिग्नल को महत्वपूर्ण रव के बिना रिसीवर में बढ़ाया जा सकता है। एंटीना का उपयोग प्रेषणी एंटीना के रूप में नहीं किया जाता है, क्योंकि ऐसा करने का मतलब होगा कि ड्राइव पावर का बड़ा हिस्सा अंतस्थ प्रतिरोधक में बर्बाद हो जाता है।

ऐन्टेना की लंबाई के साथ दिशात्मकता बढ़ती है। जबकि दिशात्मकता केवल 0.25 तरंग दैर्ध्य की लंबाई पर विकसित होने लगती है, तरंग दैर्ध्य पर दिशात्मकता अधिक महत्वपूर्ण हो जाती है और तब तक लगातार सुधार होता है जब तक कि एंटीना लगभग दो तरंग दैर्ध्य की लंबाई तक नहीं पहुंच जाता हैं। दो तरंग दैर्ध्य से अधिक लंबे बेवरेज पदार्थों में, दिशात्मकता नहीं बढ़ती है क्योंकि एंटीना में धाराएं रेडियो तरंग के साथ चरण में नहीं रह सकती हैं।

कार्यान्वयन

एकतार बैवरेज ऐंटिना सामान्यतः सीधा तांबे का तार होता है, जो डेढ़ से दो तरंग दैर्ध्य के बीच लंबा होता है, जो वांछित सिग्नल की दिशा में पृथ्वी की सतह के समानांतर चलता है। तार को भू के ऊपर रोधित भरण द्वारा प्रलंबित है। तार के विशिष्ट प्रतिबाधा के बराबर, लगभग 400 से 600 ohms का गैर-प्रेरक अवरोधक, तार के दूर के छोर से स्थिर रॉड से जुड़ा होता है। तार का दूसरा सिरा रिसीवर की फीडलाइन से जुड़ा होता है।

दोहरे तार संस्करण का उपयोग कभी-कभी पीछे की ओर प्रभावहीन परिचालक या द्विदिश स्विचिंग के लिए किया जाता है। एंटीना को निरक्षीय (एंटीना इंजीनियरिंग), एंडफ़ायर और सांतर संरूपण में 2 से 128 या अधिक तत्वों की सरणी के रूप में भी कार्यान्वित किया जा सकता है, जो महत्वपूर्ण रूप से बेहतर दिशा प्रदान करता है अन्यथा इन आवृत्तियों पर प्राप्त करना बहुत मुश्किल होता है। एटी एंड टी द्वारा हॉल्टन, मेन में अपने लॉन्गवेव टेलीफोन रिसीवर साइट पर चार-तत्व निरक्षीय/सांतर बेवरेज शृंखला का उपयोग किया गया था। क्षितिजपार रेडार प्रणालियों के लिए ऐंटिना प्राप्त करने के लिए 64 या अधिक तत्वों की बहुत बड़ी चरणबद्ध बेवरेज सारणी लागू की गई है।

ऐन्टेना की ड्राइविंग प्रतिबाधा भू के संबंध में तार की विशिष्ट प्रतिबाधा के बराबर है, तार की ऊंचाई के आधार पर, लगभग 400 और 800 ohms के बीच है। सामान्यतः रिसीवर को एंटीना एंडपॉइंट से जोड़ने के लिए 50-ohms या 75-ohms समाक्षीय केबल की लंबाई का उपयोग किया जाएगा। ऐसी किसी भी कम-प्रतिबाधा संप्रेषण लाइन और एंटीना के उच्च 470-ohms प्रतिबाधा के बीच सुमेलन ट्रांसफार्मर डाला जाना चाहिए।

यह भी देखें

• एंटीना (रेडियो)
• हेरोल्ड बैवरेज पदार्थ

पेटेंट

• यू.एस. पेटेंट 1,381,089 जून 7, 1921 रेडियो रिसीविंग सिस्टम - बैवरेज ऐंटिना
• यू.एस. पेटेंट 1,434,984 नवंबर 7, 1922 रेडियो रिसीविंग सिस्टम - द्विदिश बेवरेज एंटीना
• यू.एस. पेटेंट 1,434,985 नवंबर 7, 1922 रेडियो रिसीविंग सिस्टम - एकाधिक रिसीवर के साथ एक बेवरेज एंटीना का उपयोग करना
• यू.एस. पेटेंट 1,434,986 नवंबर 7, 1922 रेडियो रिसीविंग सिस्टम - आसन्न तरंग दैर्ध्य से हस्तक्षेप को खत्म करने के लिए चयनात्मक सर्किट वाला एक बेवरेज एंटीना
• यू.एस. पेटेंट 1,487,308 मार्च 18, 1924 रेडियो रिसीविंग सिस्टम - बेवरेज पदार्थ एंटीना की दिशा में सुधार
• यू.एस. पेटेंट 1,556,122 अक्टूबर 6, 1925 रेडियो रिसीविंग सिस्टम - बेवरेज पदार्थ एंटीना की दिशा में सुधार
• यू.एस. पेटेंट 1,658,740 फरवरी 7, 1928 रेडियो रिसीविंग सिस्टम - बेहतर दिशा के लिए दो और बैवरेज ऐंटिना का व्यापक चरणीकरण
• यू.एस. पेटेंट 1,768,239 बैवरेज ऐंटिना के साइडलोब के माध्यम से प्राप्त हस्तक्षेप को कम करना
• यू.एस. पेटेंट 1,816,614 तरंग एंटीना - बेवरेज एंटीना की दिशा में सुधार
• यू.एस. पेटेंट 1,821,402 कंपित बैवरेज ऐंटिना और चरणबद्ध कंपित बैवरेज ऐंटिना

स्रोत

• एंटीना सिद्धांत और डिज़ाइन वॉरेन एल. स्टुट्ज़मैन, गैरी ए. थीले, जॉन विली एंड संस द्वारा, 22 मई, 2012