И. Г. Дрезен
Рациональное использование материала при оборудовании антенны — весьма существенно для радиолюбителя. Сколько провода приобрести, как расположить провод данной длины относительно передающей станции и окружающих предметов, наконец, однолучевая или многолучевая антенна — вот вопросы, которые встают перед человеком, которому впервые в жизни приходится разрешать эти небольшие радиотехнические задачи. Большинство радиолюбителей попросту проходят мимо тех принципиальных соображений, которые следовало бы положить в основу их "радиостроительства".
Особенно же в отношении антенны. Сама практика "установила некоторые стандартные" образцы, типы антенн; таковы Г—образные антенны, получившие наиболее широкое применение. Форма этой антенны обеспечивает действительно наибольшее использование всех приемных качеств антенного провода, т. к. вертикальная часть выполняет функции поглощения электромагнитной волны для передачи ее приемнику, в то время, как горизонтальная часть, если и принимает участие в этом процессе, то по преимуществу косвенным путем, а именно повышая приемные качества вертикального провода или, как говорят, увеличивая его действующую высоту. Кроме того, горизонтальная часть антенны сообщает последней некоторое направленное, как говорят, действие, т.-е. способность давать различную силу приема в зависимости от расположения, ориентировки по отношению к передающей станции.
Как бы высоко ни был поднят вертикальный приемный провод, наибольший ток, наибольшее количество колеблющихся электронов будет близ заземления (так называемая пучность тока). Наоборот, у верхнего острия провода тока не будет (узел), по мере же снижения по проводу вниз сила тока будет постепенно нарастать, пока у земли не получит своего максимума. Такая картина тока в антенне носит название "стоячей волны", и об'ясняется она тем простым обстоятельством, что верхний конец антенны представляет из себя "тупик", дойдя до которого электрон должен на миг остановиться, чтобы вслед затем повернуть обратно. Если так делают все электроны, то в этом месте антенны должно наблюдаться их громадное скопление, которое даст наивысший электрический потенциал, но благодаря остановке электронов никакого электрического тока в этом месте не будет. Переводя явление на житейский язык, следовало бы сказать, что острие антенны представляет из себя "бухту", выдающуюся из русла реки: это не застой, не стоячее болото, где вода "цветет", тем не менее здесь нет ни бурных течений, ни волн, — здесь внешне все недвижимо и спокойно. Такое распределение электричества в антенне говорит за то, что ее верхушка в сущности паразитична и мало вносит в питание приемника.
Черт. 1.
Картина тока в антенне. (Стоячая волна)
Если бы представить себе вертикальную антенну, которая по всей своей высоте имела бы одинаковый ток, иначе говоря, действовала бы одинаково по всей своей высоте, то такая антенна была бы идеальна в смысле использования высоты, про такую антенну мы сказали бы, что ее действующая высота ничуть не меньше, а как раз равна полной высоте провода. К сожалению, это так же невозможно, как немыслимо дерево, ствол которого не суживался бы постепенно кверху. Антенна имеет действующую высоту, составляющую обыкновенно только некоторую часть высоты ее подвеса. Однако, оказывается, что Г-образная антенна улучшает использование вертикальной части, повышает "действующую" высоту антенны. В самом деле, тот человек, который впервые в истории хотел получить наилучшее действие вертикального провода и для того забирался все выше и выше, подымая за собой провод, мог в конце концов притти к следующему блестящему решению: если верхняя часть антенны не берет из эфира ни одного микроватта (¹/1.000.000 ватта) энергии, то стоит ли так высоко забираться? Не лучше ли отогнуть паразитную верхнюю часть антенны в сторону, снять ее, если можно так выразиться, с ответственных участков фронта радиоволны? Так появилась Г-образная антенна. Для ходового радиовещательного диапазона волн горизонтальная часть обыкновенно в 3—4 раза превышает вертикальную. При приеме же длинных волн, когда приходится вводить в приемный провод большое число витков катушки, "действующая высота" антенны сильно уменьшается; в таком случае соотношение горизонтальной и вертикальной частей антенны приходится изменять в пользу горизонтальной части.
Неправильно было бы думать, что улучшение приемных свойств антенны с помощью горизонтальной части ограничивается только тем, что эта часть просто снимается с работы, как мало к ней пригодная. Если электрическая сила приходящей электромагнитной волны действителько несколько подается вперед, благодаря плохой проводимости почвы, как это указывалось нами в предыдущей статье, то и горизонтальная часть может принимать то или другое участие в поглощении электромагнитной энергии из эфира причем это участие может быть или положительным, полезным, подымающим "эффективность" антенны или же, наоборот, отрицательным, понижающим эту эффективность. Все зависит от того, в каком направлении протянута горизонтальная часть антенны. Предположим, что электрическая сила радиоволны наклонена вперед так, как показано на черт. 2. Тогда ее действие можно представить в виде двух сил ("составляющих"), из которых одна направлена вертикально вверх, как если бы почва была идеально-проводяща, другая же сила направлена горизонтально, вдоль земли, по направлению движения радиоволны.
Черт. 2.
Горизонтальное и вертикальное действие наклонной электрической силы в проводах Г-обр. антенны
Эта последняя «составляющая» практически невелика; если допустить наклон электрической силы на 3° с вертикалью, то горизонтальная «составляющая» составит всего одну двадцатую часть вертикальной электрической силы. Стало быть, если бы в такой местности пожелать производить прием только на горизонтальный провод, его следовало бы взять в двадцать раз длиннее, нежели один вертикальный, для того, чтобы получить одинаковую в двух случаях наведенную ЭД1)—силу в антенне. Однако при относительной длине горизонтальной части нельзя не считаться с той ЭД-силой, которая в ней наводится под влиянием горизонтальной «составляющей» электрического поля, и потому при выборе направления горизонтальной части — "хвоста антенны" следует иметь в виду, складываются или вычитаются (идя друг другу навстречу) ЭД-силы, наводимые в разных частях антенны. Как видно из черт. 3, сложение ЭД-силы, а следовательно улучшение приема, произойдет в том случае, если хвост антенны удалить от передающей станции, т.-е. расположить его так, как будто бы он вытянут ветром, дующим со стороны передающей станции.
Черт. 3.
Направленное действие Г-обр. антенны.
В случае а) эдс-лы направлены навстречу друг другу — сила тока наименьшая, в случае б) эдс-лы складываются — наибольшая сила тока.
В качестве примера того, как улучшает прием правильное расположение Г-образной антенны, можно указать на небольшую антенну, имеющую 5,2 метра высоты и 25 метров горизонтальной длины (отношение 1:4), которая на приеме радиовещательных станций (длина волны порядка 400 метров) дала на 20% больший ток при наилучшем, расположении "хвоста", чем при наихудшем (навстречу передающей станции). Отсюда следует, что антенна с таким соотношением частей и для таких длин волн, обладает довольно чувствительным направленным действием. При длинных волнах, однако, такого же направленного действия антенны добиться труднее: пришлось бы соотношение частей изменить до 1:20 (вместо 1:4) для получения тех же результатов. Идя в этом направлении еще дальше, можно достичь резко выраженной направленности антенны, когда горизонтальная часть ее столь велика (километры длины), по сравнению с высотой под'ема, что вся антенна, по справедливости, приобретает название горизонтальной (например т.-н. антенна Бевереджа).
При сооружении антенного устройства, могут возникнуть у радиолюбителя, главным образом, следующие вопросы: во-первых, имея, положим, 30 метров провода, как его рационально поделить между вертикальной и горизонтальной частью антенны; во-вторых: какое преимущество, в смысле улучшения приема, дают два луча по сравнению с однолучевой антенной. Такой опытный материал, дающий ответ на эти вопросы, получен в Англии (инженером Smith Rose) при приеме Лондонских радиовещательных станций на небольшую Г-образную антенну. Результаты опытов представлены графически на приводимых здесь кривых, представляющих следующие зависимости: кривая (черт. 4) дает ответ на первый вопрос и показывает, как лучше всего распорядиться с 30 метрами провода. Из кривой видно, что с увеличением вертикальной части (за счет горизонтальной) ток в антенне возрастает прямолинейно до тех пор, пока не будет достигнута высота около 6 метр. (соотношение частей 1:4); после этого, нарастание тока происходит медленнее. Кривая "ложится". Это показывает, что дальнейшее увеличение высоты едва ли оправдывается получаемым усилением приемного тока.
Черт. 4.
Кривая, показывающая как с увеличением высоты антенны (данной длины провода) за счет ее горизонтальной части, возростает сила приемного тока.
Другой график (черт. 5) показывает, во сколько раз увеличится приемный ток, если вместо однолучевой применить двухлучевую антенну, причем расстояние между лучами изменять от 0—2,5 метров. Оказывается, что даже при 1,8 метра расстояния между лучами сила приемного тока превосходит всего на 30% ту силу тока, которая наблюдалась в однолучевой антенне (черта а—а). Дальнейшее же удаление лучей друг от друга, так же, как и прибавление числа лучей, дают очень незначительное улучшение приема.
Черт. 5.
Кривая, показывающая какое увеличение силы приемного тока дает двухлучевая антенна по сравнению с однолучевой при различных расстояниях между лучами.аа. ток в однолучевой антенне.
Из этих соображений и опытных данных очевидно, что в деле "завоевания высот" при повышении антенны, а также при чрезмерном раскидывании сети в ширь, радиолюбитель часто следует слепому инстинкту, не находящему себе оправдания ни в теории, ни на опыте. Ничтожные результаты не вознаграждают ни положенных трудов, ни затраченных средств.
1) ЭД—сила = электродвижущая сила.