А. Пистолькорс.
Антенна в передающей станции является тем органом, в котором происходит преобразование энергии электрического тока в энергию электромагнитных волн. Целью всякой радиостанции в конце концов является — излучить в пространство то или иное количество знергии в виде электромагнитних волн. Поэтому вполне естественно желание радиотехника знать, сколько энергии излучает его антенна каждую секунду, иначе говоря — какова мощность излучения антенны. Непосредственно собрать и измеритъ всю излучаемую энергию невозможно, поэтому о такой энергии судят косвенно — по свойствам самой антенны и по тем условиям, в которых она работает. Здесь приходится обратиться к теории и у нее искать ответа на вопрос: отчего зависит излучательная способность антенны.
Ответ получается вполне определенный. Оказывается, что излучение зависит от двух причин: от силы и распределения тока в антенне и от ея размеров и геометрической формы. Строго говоря, свойством излучать электромагнитные волны обладает всякий проводник, по которому идет переменный ток. Излучение неразрывно связано с тем обстоятельством, что электрическое и магнитное поле тока распространяется в пространстве не мгновенно, а со скоростью света. Однако, чтобы излучаемая мощность достигла значительной величины, проводник должен быть взят достаточной длины. Приэтом длина проводника определяется не тем или иным числом метров, а соразмерно длине волны, которая излучается. Она должна равняться по крайней мере нескольким десятым длины излучаемой волны.
Чем же определяется эта последняя? Она зависит исключительно от частоты тока, идущего по проводу. Мы можем получить ее, разделив скорость света (300 000 км в сек.) на частоту, т.е. число периодов переменного тока в секунду. Так, для городского тока — 50 пер. в секунду мы найдем, что излучаемая им волна будет
Из этого подсчета нетрудно видеть, что если имеется провод некоторой длины, то его излучательная способность будет тем выше, чем больше частота тока и, следовательно, чем короче излучаемая волна. Например, имеется провод длиною 150 метров, для волны 300 метров его длина составляет полволны и излучение будет значительно, для городского же тока его длина будет равна лишь
Итак, длина проводника имеет большое значение. Если же в антенне несколько проводников, то излучение будет зависеть также от их взаимного расположения и длины каждого. Оно будет зависеть также от формы антенны — все равно состоит ли она из одного или нескольких проводников.
Что касается влияния силы тока на излучение, то оно вполне понятно. Чем больше сила тока в антенне, тем больше подаваемая туда энергия, соответственно возрастает и излучаемая часть энергии. Следовательно с увеличением силы тока излучение возрастает.
Эти общие указания дает теория. Однако полностью разобрать теоретически вопрос об излучении весьма трудно, т. е. трудно подсчитать излучаемую мощность для любой формы антенны при любом заданном распределении тока. В настоящее время задача эта решена лишь для некоторых отдельных случаев, встречающихся в радиотехнической практике.
Обыкновенно, характеризуя излучательную способность антенны, говорят о ея "сопротивлении излучения". Это понятие предполагает, что в антенне у нас имеются стоячие волны тока 1), что всегда бывает при достаточно длинных (для данной волны) проводах. В случае стоячих волн на проводе всегда есть точки, в которых ток равен все время нулю, — так называемые узловые точки, и есть, наоборот, места, где ток имеет наибольшую силу — пучности тока.
Таково, напр., распределение тока на рис. 1, где представлена кривая силы тока в проводе, длиною полволны (такой провод называется вибратором). В данном случае пучность тока приходится по средине провода, и, как видно из рисунка, в этом месте ток равен 5 амперам. В более сложных антеннах также всегда можно найти пучность тока и помощью теплового амперметра узнать, сколько там ампер. Так, например, в антенне заземленной и имеющей катушку самоиндукции для настройки (см. рис. 2), пучность тока будет приходиться у самого заземления.
Измерив силу тока в пучности и зная "сопротивление излучения" для данной антенны, мы определим излучаемую мощность по формуле
| (1) |
где
W∑ — излучаемая мощность в ваттах,
I0 — сила тока в пучности — в амперах,
R∑ — сопротивление излучения в омах 2).
Остается, следовательно, только знать, какое сопротивление излучения имеет наша антенна.
Сопротивления излучения длинноволновых антенн мы не будем здесь рассматривать, что же касается коротковолновых антенн, то ниже мы приводим величину этого сопротивления для некоторых случаев, чаще встречающихся на практике.
1) Одиночный провод, колеблюшийся основной волной или своими гармониками. На рис. 3 представлено распределение тока для случая основной волны, второй и третьей гармоник. Нетрудно начертить распределение тока и для высших гармонических волн. В таблице 1 даны значения R∑ для различных гармоник — до 7-й включительно.
| № гармоники | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Сопротивление излучения | 73,3 | 96,9 | 105,5 | 114,1 | 120,8 | 126,2 | 130,9 |
2) Многоэтажные антенны, состоящие из ряда вибраторов, расположенных по вертикали и имеющих синфазное 3) распределение тока (см. рис. 4). Это достигается тем, что вибраторы соединены между собой через посредство катушек, настроенных на данную волну.
Сопротивление излучения для такой антенны при разном числе вибраторов дано в таблице II.
| Число вибраторов | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Сопротивление излучения | 73,3 | 199 | 317 | 438 | 558 | 679 | 798 |
3) Сложные направленные синфазные антенны из некоторого числа параллельных вибраторов, расположенных на расстоянии полволны по одной линии (см. рис. 5). Токи во всех вибраторах в любой момент имеют одинаковое направление. В табличке III приведены значения R∑ для различного числа вибраторов.
| Число вибраторов | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Сопротивление излучения | 73,3 | 121,8 | 178,5 | 231,0 | 285,7 | 338,7 | 392,9 |
4) Сложная направленная попеременно-фазная антенна, состоящая из нескольких параллельных вибраторов, расположенных как и в предыдущем случае, но колеблющихся в противоположных фазах, т. е. так, что ток в каждый момент направлен в двух соседних вибраторах в противоположные стороны (см. рис. 6).
Значения R∑ для такой антенны приведены в табличке IV.
| Число вибраторов | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Сопротивление излучения | 73,3 | 171,4 | 277,6 | 388,2 | 501,0 | 615,6 | 731,3 |
Во всех перечисленных случаях предполагается, что антенны подняты достаточно высоко над землей и влияние последней не учитывается.
Следует иметь в виду, что в таблицах сопротивление излучения дано для всей антенны, причем токи во всех вибраторах должны быть одинаковой силы.
Для примера вычислим мощность, излучаемую трехэтажной антенной, если сила тока в пучностях ее вибраторов равна ½ ампера. По таблице II находим, что сопротивление излучения для такой антенны равно 317 ом. Тогда, пользуясь формулой (1), получим:
= 79,25 ватт. |
Не следует думать, что вся излучаемая мощность распределяется поровну между отдельными вибраторами. Это не так. В случае трехтэжных антенн, например, средний вибратор излучает 40% всей энергии, а боковые по 30%. Но в различных типах антенн излучение распределяется между вибраторами поразному.
Для иллюстрации приводим в таблице V данные, касающиеся сложной синфазной антенны. Здесь дано сопротивление излучения для каждого из входящих в нее вибраторов. Мы видим, что с увеличением числа вибраторов неравномерность в распределении излучаемой энергии между вибраторами сглаживается.
| Число вибраторов | Сопротивление излучения вибратора | RΣ полное | rΣ среднее на 1 вибратор | ||||||
| №1 | №2 | №3 | №4 | №5 | №6 | №7 | |||
| 1 | 73,3 | — | — | — | — | — | — | 73,3 | 73,3 |
| 2 | 60,9 | 60,9 | — | — | — | — | — | 121,8 | 60,9 |
| 3 | 65,0 | 48,5 | 65,0 | — | — | — | — | 178,5 | 59,5 |
| 4 | 62,9 | 52,6 | 52,6 | 62,9 | — | — | — | 231,0 | 57,7 |
| 5 | 64,0 | 50,5 | 56,7 | 50,5 | 64,0 | — | — | 285,7 | 57,1 |
| 6 | 63,1 | 51,6 | 54,6 | 54,6 | 51,6 | 63,1 | — | 338,7 | 56,3 |
| 7 | 63,7 | 50,8 | 55,7 | 52,4 | 55,7 | 50,8 | 63,7 | 392,9 | 56,1 |
В заключение заметим, что все вообще антенны излучают энергию неодинаково в различных направлениях. Поэтому количество излучаемой энергии еще не является мерилом дальности действия станции. Чем сильнее направленные свойства антенны, тем больше будет дальность действия при той же мощности, т. к. вся излучаемая энергия концентрируется в одном определенном направлении
Получить наибольшую направленность, а следовательно и наилучшее использование излучаемой энергии — к этому стремится сейчас радиотехника. В этом отношении короткие волны предоставляют гораздо большие возможности по сравнению с длинными.
1) См. №18 "Радио всем" за прошлый год.
(назад)
2) Когда ток проходит по проводнику, он нагревает его. Энергия, которая на это расходуется, вычисляется по формуле W = I2R, где I — сила тока и R — сопротивление проводника. Как видим, между обеими формулами — полное сходство; поэтому-то величину R∑, характеризующую излучение, и называют сопротивлением излучения.
(назад)
3) Синфазный — значит совпадающий по фазе. В этом случае токи во всех вибраторах одновременно проходят весь цикл своих изменений по синусоиде. Отсюда следует, что втечение всего периода токи во всех вибраторах имеют общее направление.
(назад)