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La antena Beverage o "antena de onda" es una antena receptora de cable largo utilizada principalmente en las bandas de radio de baja y media frecuencia , inventada por Harold H. Beverage en 1921. [1] Es utilizada por operadores de radioaficionados , oyentes de onda corta , DXers de radio de onda larga y para aplicaciones militares.
Una antena Beverage consiste en un cable horizontal de media a varias longitudes de onda (decenas a cientos de metros; yardas en HF a varios kilómetros; millas para onda larga) suspendido sobre el suelo, con la línea de alimentación al receptor conectada a un extremo, y el otro extremo del cable terminado a través de una resistencia a tierra . [2] [3] La antena tiene un patrón de radiación unidireccional con el lóbulo principal del patrón en un ángulo poco profundo hacia el cielo desde el extremo terminado en la resistencia, lo que la hace ideal para la recepción de transmisiones de ondas ionosféricas de larga distancia (saltadas) de estaciones sobre el horizonte que se reflejan en la ionosfera . Sin embargo, la antena debe construirse de manera que el cable apunte en la dirección del transmisor o transmisores que se van a recibir.
Las ventajas de Beverage son una excelente directividad , un ancho de banda mayor que las antenas resonantes y una gran capacidad para recibir transmisores distantes y de ultramar. Sus desventajas son su tamaño físico, que requiere una superficie considerable, y la imposibilidad de rotar para cambiar la dirección de recepción. Las instalaciones suelen utilizar varias antenas Beverage para proporcionar una amplia cobertura azimutal.
Harold Beverage experimentó con antenas receptoras similares a la antena Beverage en 1919 en la estación de radio de Otter Cliffs . [4] [5] En 1920 descubrió que una antena de cable largo que de otro modo sería casi bidireccional se vuelve unidireccional al colocarla cerca de la tierra con pérdidas y al terminar un extremo del cable con una resistencia. En 1921, Beverage obtuvo una patente para su antena. Ese año, se habían instalado antenas receptoras de onda larga Beverage de hasta 14 km (9 millas) de largo en las estaciones receptoras de RCA en Riverhead, Nueva York, [6] Belfast, Maine, [7] Belmar, Nueva Jersey, [8] y Chatham, Massachusetts [9] para el tráfico de radiotelegrafía transatlántica . Quizás la antena Beverage más grande (un conjunto de cuatro Beverages en fase [10] de 5 km (3 millas) de largo y 3 km (2 millas) de ancho) fue construida por AT&T en Houlton, Maine , para el primer sistema telefónico transatlántico [11] inaugurado en 1927.
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La antena Beverage consiste en un alambre horizontal de media a varias longitudes de onda de longitud, suspendido cerca del suelo, usualmente de 3 a 6 m (10 a 20 pies) de alto, apuntando en la dirección de la fuente de señal. [3] [2] En el extremo hacia la fuente de señal está terminado por una resistencia a tierra aproximadamente igual en valor a la impedancia característica de la antena considerada como una línea de transmisión, usualmente de 400 a 800 ohmios . En el otro extremo está conectado al receptor con una línea de transmisión, a través de un balun para hacer coincidir la línea con la impedancia característica de la antena.
A diferencia de otras antenas de cable, como las antenas dipolo o monopolo , que actúan como resonadores , con las corrientes de radio viajando en ambas direcciones a lo largo del elemento, rebotando de un lado a otro entre los extremos como ondas estacionarias , la antena Beverage es una antena de ondas viajeras ; la corriente de radiofrecuencia viaja en una dirección a lo largo del cable, en la misma dirección que las ondas de radio. [3] [2] [12] La falta de resonancia le da un ancho de banda más amplio que las antenas resonantes . Recibe ondas de radio polarizadas verticalmente , pero a diferencia de otras antenas polarizadas verticalmente, está suspendida cerca del suelo y requiere cierta resistencia en el suelo para funcionar.
La antena Beverage depende de la "inclinación de la onda" para su funcionamiento. [13] En frecuencias bajas y medias, una onda electromagnética de radiofrecuencia polarizada verticalmente que viaja cerca de la superficie de la tierra con conductividad terrestre finita sufre una pérdida que hace que el frente de onda se "incline" en un ángulo. [3] [2] [12] El campo eléctrico no es perpendicular al suelo sino que forma un ángulo, lo que produce un componente de campo eléctrico paralelo a la superficie de la Tierra. Si se suspende un cable horizontal cerca de la Tierra y aproximadamente paralelo a la dirección de la onda, el campo eléctrico genera una onda de corriente de RF oscilante que viaja a lo largo del cable y se propaga en la misma dirección que el frente de onda. Las corrientes de RF que viajan a lo largo del cable se suman en fase y amplitud a lo largo de la longitud del cable, lo que produce una intensidad de señal máxima en el extremo más alejado de la antena donde está conectado el receptor.
El cable de la antena y el suelo que se encuentra debajo de él pueden considerarse como una línea de transmisión "con fugas" que absorbe la energía de las ondas de radio. [12] La velocidad de las ondas de corriente en la antena es menor que la velocidad de la luz debido al suelo. La velocidad del frente de onda a lo largo del cable también es menor que la velocidad de la luz debido a su ángulo. En un cierto ángulo θmax las dos velocidades son iguales. En este ángulo la ganancia de la antena es máxima, por lo que el patrón de radiación tiene un lóbulo principal en este ángulo. El ángulo del lóbulo principal es [14]
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La antena tiene un patrón de recepción unidireccional, porque las señales de RF que llegan desde la otra dirección, desde el extremo receptor del cable, inducen corrientes que se propagan hacia el extremo terminado, donde son absorbidas por la resistencia de terminación.
Si bien las antenas Beverage tienen una excelente directividad, debido a que están cerca de la Tierra con pérdidas, no producen una ganancia absoluta; su ganancia es típicamente de -20 a -10 dBi. Esto rara vez es un problema, porque la antena se utiliza en frecuencias donde hay altos niveles de ruido atmosférico de radio. En estas frecuencias, el ruido atmosférico, y no el ruido del receptor, determina la relación señal-ruido, por lo que se puede utilizar una antena ineficiente. La señal débil de la antena se puede amplificar en el receptor sin introducir ruido significativo. La antena no se utiliza como antena de transmisión ya que, al hacerlo, significaría que una gran parte de la potencia de accionamiento se desperdicia en la resistencia de terminación [15].
La directividad aumenta con la longitud de la antena. Si bien la directividad comienza a desarrollarse a una longitud de tan solo 0,25 longitudes de onda, se vuelve más significativa a una longitud de onda y mejora de manera constante hasta que la antena alcanza una longitud de aproximadamente dos longitudes de onda. En las bebidas con longitudes de onda superiores a dos, la directividad no aumenta porque las corrientes en la antena no pueden permanecer en fase con la onda de radio.
Una antena Beverage de un solo cable es típicamente un solo cable de cobre recto , de entre media y dos longitudes de onda de longitud, que corre paralelo a la superficie de la Tierra en la dirección de la señal deseada. El cable está suspendido por soportes aislados sobre el suelo. [16] Una resistencia no inductiva aproximadamente igual a la impedancia característica del cable, alrededor de 400 a 600 ohmios , está conectada desde el extremo más alejado del cable a una varilla de tierra. El otro extremo del cable está conectado a la línea de alimentación al receptor. [17]
A veces se utiliza una variante de doble cable para la dirección nula hacia atrás o para la conmutación bidireccional. La antena también se puede implementar como un conjunto de 2 a 128 o más elementos en configuraciones de onda ancha, de longitud de onda y escalonadas, lo que ofrece una directividad significativamente mejorada que de otro modo sería muy difícil de lograr en estas frecuencias. AT&T utilizó un conjunto Beverage de onda ancha/escalonado de cuatro elementos en su sitio de recepción de teléfonos de onda larga en Houlton, Maine . Se han implementado conjuntos Beverage en fase muy grandes de 64 elementos o más para antenas receptoras para sistemas de radar sobre el horizonte . [ cita requerida ]
La impedancia de conducción de la antena es igual a la impedancia característica del cable con respecto a tierra, entre 400 y 800 ohmios, dependiendo de la altura del cable. Normalmente se utiliza un cable coaxial de 50 o 75 ohmios para conectar el receptor al punto final de la antena. Se debe insertar un transformador de adaptación entre cualquier línea de transmisión de baja impedancia y la impedancia más alta de 470 ohmios de la antena. [18]
