Г. А. Остроумов.
Радиоприем коротковолновых станций с регенеративным приемником возможен на всякие антенны, и часто удается даже вовсе без антенн. Однако манипуляции с приемником при очень длинных антеннах становятся неудобными и так как, кроме того, удлинение антенны не всегда улучшает прием, то имеет известный интерес выяснить, какой длины и формы должна быть антенна, чтобы манипуляции с приемником были наиболее просты и в то же время сила приема была бы максимальная. Теоретические соображения позволяют установить следующие основные положения.
Оказывается, что действие передатчика на приемник совершенно таково, как будто в приемную антенну (рис. 1) были последовательно включены маленькие альтернаторы М, дающие электродвижущие силы той самой частоты, какую излучает передатчик. Эти мысленные альтернаторы практически не обладают ни самоиндукцией, ни сопротивлением; электродвижущая сила их, разумеется, чрезвычайно мала. Они образуют непрерывный ряд вдоль антенны. Электродвижущая сила их практически находится в одной фазе. В вертикальных участках антенного провода эти мысленные альтернаторы расположены гуще всего. В горизонтальных частях их вовсе нет. Чем круче протянут данный участок провода, тем больше фиктивных альтернаторов расположено на этом участке, и тем больше поэтому общая эдс.
Посредством этих альтернаторов в антенне возбуждаются электрические колебания. Они выражаются в том, что по проводу антенны протекают переменные электрические токи той весьма высокой частоты, какой характеризуется эдс альтернаторов. В различных местах антенного провода эти токи имеют различную силу и направление в зависимости от формы антенны. Определяющим обстоятельством в простейшем случае, когда антенна состоит из одного провода (рис. 2), является тот факт, что на изолированном конце провода антенны ток должен быть равен нулю и здесь располагается первый узел тока. По длине же провода расположатся другие узлы и пучности тока, причем длина провода между узлом тока и пучностью составит приблизительно четверть длины волны передатчика (или несколько меньше, если в этой части провода будет находиться изгиб или будут близки оттяжки, изоляторы и т. п. неоднородности). Ток в антенном проводе, имеющий максимальное значение в пучностях, плавно сходит на-нет по мере приближения к узлам. На рис. 2 схематически показан пример распределения тока в стоячей волне на однолучевой антенне, причем буквами П и У обозначены соответственно пучности и узлы тока, а стрелками направленне; длины же перпендикуляров к линии антенного провода пропорциональны величине тока в соответствующем месте провода.
В действительной антенне редко имеет место столь отчетливое распределение токов, как это показано на рис. 2, особенно в случае длинного провода, когда на нем укладывается много узлов и пучностей стоячей волны. Обычно удается обнаружить отчетливое распределение только на концах провода, причем на изолированном неизменно находится узел тока, а у земли преимущественно пучность (рис. 3).
Весьма важно то обстоятельство, что на распределение узлов и пучностей тока по проводу антенны совершенно не влияет расположение тех фиктивных альтернаторов, о которых мы говорили выше: эти альтернаторы только возбуждают токи, но распределение токов они не обусловливают.
Поэтому может легко случиться, что установившиеся токи будут такого направления, как будто они обусловлены действием одной части фиктивных альтернаторов, но другая часть альтернаторов будет им противодействовать. Подобный случай изображен на рис. 4. В известный момент эдс всех фиктивных альтернаторов была такова, что ток, обусловленный этой эдс, должен был бы протекать во всей антенне снизу вверх. Но это не оказалось возможным, потому что длина антенны составляет ¾ длины волны. Возможно только такое распределение тока, что он на участке АВ соответствует действию пяти изображенных фиктивных альтернаторов, но обратен действию остальных двух на участке ВС.
Действие этих двух альтернаторов будет вычитаться из действия пяти верхних изображенных альтернаторов, так что практическое значение будут иметь только три из семи этих драгоценных источников энергии.
Этот пример показывает, что антенна, изображенная на рис. 4, будет менее выгодна, чем короткая антенна, изображенная на рис. 5, на которой в тех же условиях будут действовать все пять фиктивных альтернаторов.
Опыт показывает, что на длинную антенну на всех волнах принимается больше разрядов, чем на короткую, и чем короче антенна, тем спокойнее прием; является важным установить, какой длины нужно сделать антенну, чтобы получить прием возможно лучший как в смысле силы, так и чистоты от шорохов.
Оказывается, что для ненаправленного коротковолнового приема, т. е. приема, равно интенсивного для всех направлений на передатчик, наиболее удобны следующие два типа антенн.
Первый тип (рис. 6) пригоден для наиболее коротких волн. Он характеризуется следующими чертами. Параллельно контуру LC (приблизительно), настроенному на данную волну и входящему в состав регенеративного приемника (в виде сеточного или анодного контура), присоединяются два провода, длиной каждый в полволны той станции, которую желательно принимать. Один из этих проводов направляется по возможности вертикально вверх, другой — вертикально вниз. (Это расположение несколько напоминает комбинацию антенны с противовесом длинноволновой станции, но значительно отличается от нее принципиально.) Действие передатчика на каждый из этих проводов можно мысленно заменить действием ряда альтернаторов, как это было изложено выше. Под влиянием эдс этих альтернаторов, в системе, состоящей из обоих проводов и из контура, возбудятся токи такого направления, как показано стрелками. Таким образом, оба провода будут служить антеннами полезно работающими по всей своей длине. Эта полная длина обеих антенн составляет примерно одну длину волны и потому осуществима практически полностью лишь в тех случаях, когда приемник расположен в верхних этажах зданий, а принимаемая волна невелика. Тогда нижний конец нижнего провода будет оканчиваться еще довольно высоко от земли. Желательно, чтобы посторонние металлические предметы (крыши, водосточные трубы и т. п.) находились не ближе, чем на полволны от обоих проводов.
В тех случаях, когда обстановка мешает вытянуть нижний провод вниз вертикально или чуть наклонно, лучше этого нижнего провода не присоединять вовсе, так как вытягивание его горизонтально лишь в редких частных случаях наверняка поможет приему; обыкновенно лучше бывает вести прием на одну верхнюю антенну (рис. 7).
Этот способ, строго рассчитанный для приема одной определенной волны, может быть применен и для приема несколько отличающихся волн, как в сторону более коротких, так и в сторону более длинных. Допустимое отступление составляет примерно процентов 30 в каждую сторону. Настройка производится конденсатором С. Рис. 8 иллюстрирует распределение тока в системе для случая приема волны, несколько более длинной, чем удвоенная длина одной антенны. Контур LC настроен теперь на волну, более длинную, чем принимаемая, но вся система из контура и обеих антенн является настроенной именно на принимаемую волну, так как часть емкости С играет роль емкости в паре с самоиндукцией L, а другая часть как бы заменяет емкость недостающих частей обеих антенн.
Для приема более длинных волн удобен второй тип антенн (рис. 9). Последовательно с контуром LC, приблизительно настроенным на принимаемую волну, присоединяются два провода, длиной до четверти длины волны, один из которых направлен по возможности вертикально вверх, другой вертикально вниз от приемника. Катушка L связывается с контуром регенеративного приемника; в качестве этой катушки рекомендуется брать длинные однослойные катушки, с возможно меньшей собственной емкостью. Настройка ведется конденсатором С и допустима снова процентов до 30 в обе стороны. В целях симметрии желательно брать несколько иную схему, изображенную на рис. 10. Она отличается от схемы рис. 9 тем, что конденсатор С разбит здесь на два приблизительно одинаковых последовательных переменных конденсатора C1 и C2; в тех случаях, когда по условиям местности невозможно вытянуть провода длиной четверть волны вертикально вниз, его можно располагать и горизонтально, а также заменять его заземлением, так как в антеннах второго типа он осуществляет роль противовеса. Однако наиболее интенсивный и чистый прием будет получаться при вертикальном расположении как верхнего, так и нижнего провода.
Антенны второго типа, так же, как и антенны первого типа, отличаются интенсивным приемом именно потому, что заменяя в них снова действие передатчика действием ряда альтернаторов, мы, как и выше, обнаружим совершенное использование эдс всех этих альтернаторов при возбуждении тока в системе антенна-контур. Вместе с тем протяженность антенн обоих типов минимальна, поэтому мы получаем прием наиболее благоприятный в смысле мешающих шорохов.
Расположение проводов антенн не вертикально, а также близость к ним посторонних металлических предметов в отдельных случаях приема могут проявить значительное, более или менее благоприятное, направленное действие, но учет этого действия чрезвычайно сложен и редко выполним. Поэтому чистота выполнения антенн обоих типов особенно желательна.
