"CQ-SKW", №18, сентябрь, 1930 год, стр. 145-147
Н. РЕЙПОЛЬСКИЙ
Назначение антенн — излучать в пространство в виде электромагнитных волн энергию, доставляемую передатчиком. Эту задачу могут выполнять самые разнообразные системы проводников, каким-либо образом расположенных в пространстве. Внешний вид радиосети бывает весьма различен, в зависимости от той обстановки, в какой приходится устанавливать антенну.
Опыты с различными антеннами, при передаче и приеме коротких волн, доказывают, что форма антенны имеет большое значение для характера излучения. Лучше, конечно, применять антенны с наибольшим пространственным излучением. При этом следует принять во внимание, что ввиду увеличения при коротких волнах потерь разного рода, которые при длинных волнах большой роли не играют, на сооружение антенны для коротковолновой работы необходимо обратить серьезное внимание.
Радиолюбитель при установке коротковолнового устройства, особенно передающего, в первую очередь использует имеющуюся длинноволновую антенну и потом уже переходит к работе на специальных антеннах. Между тем работа на длинноволновой антенне не всегда дает удовлетворительные результаты.
Здесь мы рассмотрим те типы антенн, которые употребляются обычно коротковолновиками. Это будут в первую очередь Г-образные антенны (рис. 1), состоящие из горизонтальной части и на одном из концов — вертикальной части (снижение). Т-образная антенна (рис. 2) тоже имеет горизонтальную часть и вертикальную (снижение), но уже взятую от середины горизонтальной части. Дальше следуют антенны вертикальные, с гораздо большим пространственным излучением, в первую очередь симметричные антенны «Гертц» (рис. 3).
Рассматривая распределение тока и напряжения в проводе с равномерным распределением емкости и самоиндукции вдоль проводов при возбуждении в нем колебаний, получаем следующее. В неизлучающих системах в неразветвленном проводе имеется ток, одинаковый в любом участке цепи, но совершенно другое получается в излучающем проводе. Промеряя соответствующими приборами ток и напряжение, получим в разных точках разные значения для тока и напряжения, которые будут изменяться в каких-то определенных пределах.
Взяв провод, в котором возбуждены колебания с такой частотой, что λ получается равной 2L (где λ — длина провода), мы получим диаграмму распределения тока и напряжения, приведенную на рис. 4; Е — кривая напряжения, изменяющегося от +Е в начале провода до 0 в середине и от 0 до —Е в другом конце провода; I — кривая тока, изменяющегося от 0 в начале провода до Imax в середине и от Imax до 0 в другом конце провода. Таким образом пучность тока и узел напряжения, в случае заземленного провода, расположены у земли (рис. 5), а на всей длине провода укладывается ¼ длины волны.
При работе с антенной приходится учитывать ее собственную длину волны. Собственную длину волны Г-образной антенны можно определить из выражения
где k изменяется в пределах от 4,1 до 4,5, а I = сумме вертикальной и горизонтальной частей в мт.
Большинство любительских антенн имеет собственную λ = 100—300 мт. Каково же будет распределение тока и напряжения в антенне при возбуждении ее на основной длине волны?
При заземленной антенне имеем (рис. 5) пучность тока и узел напряжения у земли. Взяв же антенну без земли (с небольшим противовесом), будем иметь иное распределение тока и напряжения. Диаграммы излучения для первого и второго случая соответственно приведены на рис. 6 и 7. Оказывается, что во втором случае (при неразвитом противовесе) уже имеется пространственное излучение. Но при работе с короткими волнами приходится работать не на основной волне, а гармониках (обертонах) антенны.
Возьмем например третью гармонику. В этом случае мы получаем распределение тока и напряжения, приведенное на рис. 8 при заземленной антенне и рис. 9 при незаземленной антенне (с малым противовесом). Диаграмма излучения для обоих случаев будет одинакова (рис. 10). Отсюда ясно, что с увеличением порядкового номера гармоники увеличивается пространственное излучение, которое при работе с короткими волнами играет главную роль. Однако вследствие ряда трудностей все же дальше 9-й—11-й гармоники не работают.
Работа на четных гармониках почти не применяется вследствие того, что эти гармоники имеют узел тока у земли (рис. 11, 2 гармоника) и поэтому нет возможности контролировать силу тока в антенне. Иногда, правда, на хорошо оборудованных станциях включают приборы в пучности тока для четной гармоники и наблюдают за ними при помощи зрительной трубы.
Гораздо большим пространственным излучением обладают антенны вертикальные. При распределении тока и напряжения, таком же как и в Г-образных (рис. 4, 5, 8, 9) антеннах, диаграмма излучения на основной длине волны уже значительно разнится (рис. 12). Возбуждая же на третьей гармонике, диаграммы излучения (рис. 13) показывают, что лишь незначительная часть энергии распространяется почти в горизонтальном направлении, большая же часть направлена под углом земной поверхности.
К антеннам, обладающим большим пространственным излучением, относятся и антенны типа Гертц. Основная разница между «Гертцем» и разобранными нами типами антенн заключается в том, что эта антенна представляет собой симметричную систему из двух проводов, являющихся антенной и противовесом (рис. 3). Такая антенна, возбуждаемая на основной длине волны, должна иметь λ = 2L, где L — сумма длин лучей в мт. Рассматривая распределение тока и напряжения в антенне при возбуждении на разных гармониках, имеем рис. 14 b, c, d, e.
Для работы желательно иметь индикаторы как в одном, так и в другом проводе. Это даст возможность контролировать симметрию проводов. Способы связи для работы с этой антенной могут быть применены различные — индуктивный, автотрансформаторный и другие.
При устройстве этой антенны приходится встречаться с задачей подводки энергии к антенне особенно остро. Осуществляется подводка посредством так называемого фидера. Фидер имеет громадное отличие от снижения тем, что снижение является частью антенны и тоже излучает, а фидер представляет собой только вспомогательную часть антенны. Он лишь доставляет ей энергию для излучения.
При питании током катушка связи при индуктивной связи или переключение антенны при другого рода связи должно быть сделано таким образом, чтобы катушка находилась в пучности тока. Пучность тока для первой гармоники имеем в середине антенны (рис. 14) и при следующих нечетных гармониках 3, 5, 7 и т. д. имеем одну пучность в середине антенны и по одной, 2, 3 и т. д. в правой и левой части антенны (рис. 14 — d, е). Но при расчете длины волны гармоники, если основная длина волны равна λ, гармоники антенны не будут точно равны,
| III ≅ | λ | , |
| 3 | ||
| V ≅ | λ | |
| 5 |
а будут несколько разниться. Эта разница зависит от связи, от величины самоиндукции, включенной в антенну, и ряда других причин.
При питании антенны током и возбуждении ее на четных гармониках фидер придется подводить уже не посередине антенны, так как в этом случае индикаторы должны быть вынесены в пучность тока (рис. 15), а это может представить некоторые неудобства, а в точке, отстоящей от начала антенны на одну четверть всей длины антенны (для 2-й гармоники) (рис. 16).
Фидера, т. е. токоподводящие провода, должны быть равные, натянутые параллельно друг другу, с равным промежутком на всем протяжении между собой. Если все эти условия соблюдены, то можно надеяться на правильную работу сети. Провода фидера, идущие все время параллельно с равным расстоянием и токами, идущими в разных направлениях, излучающего действия не имеют благодаря взаимному уничтожению. Излучает же одна антенна.
Из вышесказанного следует, что фидер является только лишь вспомогательной частью излучающей системы и при правильном выполнении антенн типа Гертц можно получить очень хорошие результаты.
Это (рис. 17) — горизонтальная антенна, питаемая энергией посредством фидера одинакового устройства, как и у Гертца. Фидер антенны «Цеппелин» присоединен к одному из концов горизонтальной части. Практическое выполнение этой антенны указано на рис. 17. Беря диаграмму распределения тока и напряжения при возбуждении на основной длине волны, на концах антенны получим «узловые точки». Фидер, приключенный к одному из концов антенны, питает антенну напряжением, т.е. в месте подводки энергии мы имеем пучность напряжения (рис. 17). Диаграммы излучения получаются такие же, как и у антенны типа Гертц. Если взять гармоники 3-ю, 5-ю и т. д., то соответственно получим и диаграммы распределения тока и напряжения (рис. 14—d, e).
Нужно заметить, что заземление источника питания (накал—земля) на излучаемую волну влияния оказывать не должно. Изоляторные цепи должны вязаться не проволокой, как это зачастую бывает, а просмоленной бечевкой. Это вызывается тем, что получающаяся емкость цепочки изоляторов на работу с короткими волнами имеет достаточно большое влияние. Ясно, что, устраивая сеть таким образом, чтобы она была удалена от таких предметов, как крыша, стены домов и т. д., можно получить только лучшие результаты.