"Радиолюбитель", №15-16, сентябрь, 1925 год, стр. 335-336

АНТЕННА

(Статья для подготовленного читателя)

И. Г. Кляцкин

II. Емкость и самоиндукция антенны

Явление резонанса, как мы видели, заключается в том, что колебания, которые навязывают контуру какой-нибудь источник изменяющейся электродвижущей силы (напр.: машина переменного тока, работающая на контур; электромагнитная волна, действующая на приемник), имеют ту же частоту, что и сам контур. Собственные колебания контура при резонансе совпадают с навязанными колебаниями; период навязанных колебаний равен собственному периоду колебаний контура, длина волны навязанных колебаний равна собственной длине волн контура ¹). Для того, чтобы явление резонанса было возможно, необходимо, чтобы контур обладал самоиндукцией и емкостью, которые и определяют собой длину волны. Антенна имеет и емкость и самоиндукцию, а, следовательно, должна иметь собственную длину волны. Для определения ее необходимо уметь вычислить емкость и самоиндукцию антенны. Этим мы и займемся.

Рис. 1. Пояснение постепенного перехода от конденсатора к антенне.

Обычно мы представляем себе емкость, как конденсатор, имеющий две металлические обкладки, а между ними непроводящий слой — диэлектрик. Эти две обкладки можно сделать неодинаковыми: одну сделать маленькой, другую очень большой. Идя в этом направлении дальше, можно маленькую обкладку сделать длинной и тонкой, т.-е. превратить в провод, другую же сделать очень большой и, наконец, заменить ее землей. Емкость останется — она будет между проводом (одна обкладка) и землей (другая обкладка), диэлектриком же служит воздух. Провод может быть горизонтальным, наклонным или даже вертикальным, от этого дело не изменится и наш своеобразный конденсатор останется.

Превращение конденсатора в антенну изображено на рис. 1. Существует формула для расчета емкости провода относительно земли

C =	l
	4,6 log   2h  r

где l — длина провода в сантиметрах, h — средняя высота провода, r — его радиус в тех же единицах. В результате мы получаем емкость С в сантиметрах. Кривые рис. 2 дают нам возможность определить емкость провода, не прибегая к формуле. Они дают величину емкости на один метр длины провода. Умножая на соответствующую длину, мы получаем емкость провода.

Рис. 2. Кривые для определения емкости однопроводной антенны при диаметре провода в 1 (нижняя кривая), 2, 3, 4 и 5 мм. (верхняя кривая).

Пусть, например, имеется антенна, состоящая из горизонтальной части — один канатик в 60 метров длины на высоте 20 метров от земли и снижающейся части — одного наклонного канатика в 25 метров длины. Канатик имеет диаметр в 3 миллиметра. Емкость будем считать отдельно для горизонтальной и для снижающей части. По кривой для высоты в 20 метров и диаметра провода в 3 миллиметра находим емкость на 1 метр равной 4,9 сантиметра, а так как у нас 60 метров такого провода, то емкость горизонтальной части равна:

Средняя высота снижающейся части равна 10 метрам (мы считаем что ввод у самой земли) и, следовательно, по кривой емкость на 1 метр провода равна 5,3 сантиметра. Емкость всех 25 метров равна

Общая емкость антенны равна:

Таким образом можно расчитать емкость любой антенны, состоящей из одного канатика. Если мы имеем два канатика, то нельзя считать, что емкость увеличится вдвое. Провода действуют друг на друга и уменьшают емкость. При двух проводах емкость можно вычислить по следующей формуле:

C =	2l
	4,6  (  log   2h   + log   2h  )  r d

где d — расстояние между проводами. Кривые рис. 3 дают значения емкости на 1 метр длины антенны (двухпроводной) при диаметре провода в 4 миллиметра при различной высоте и расстоянии между проводами. Пусть у нас имеется антенна, сделанная из 4-миллиметрового канатика.

Рис. 3. Кривые для определения емкости двухлучевой антенны при расстоянии между проводами в 0,5 (нижняя кривая), 1, 1,5 и 2 мтр. (верхняя кривая); диам. провода — 4 мм.

Состоит она из двух канатиков, подвешенных на расстоянии 2 метров друг от друга на двух мачтах высотой одна в 60 метров и другая в 20 метров от земли. Эта часть имеет длину 80 метров. Снижение взято от низкой мачты и состоит из двух канатиков, сходящихся к приемнику, находящемуся на высоте 10 метров от земли (см. рис. 4). Для наклонной части средняя высота 40 метров и расстояние между проводами 1 метр.

Рис. 4. Подсчет емкости такой антенны разбирается в тексте.

По кривым (рис. 3) находим емкость на один метр равной 6,7 сантиметрам. При длине в 80 метров емкость наклонной части

Для снижающейся части средняя высота 15 метров, среднее расстояние между проводами 0,5 метра. По кривым находим емкость на ед. длины равной 7,2 сантиметра. Вся емкость снижающей части при длине в 10 метров равная

Общая емкость всей антенны равна:

Таким образом расчитывается емкость антенны. Для трех проводов мы даем только формулу:

C =	3l
	4,6  (  log   2h   + log   2h   + log   h  )  r d d

и надеемся, что всякий, пожелающий знать емкость своей антенны, сможет ее вычислить. Так как все же расчет по формулам и кривым представляет, как мы видели, некоторые затруднения, то мы постараемся дать правило, по которому легко определить емкость антенны, не прибегая к сложным вычислениям. Это правило таково: один провод имеет в среднем емкость 5 сантиметров, два провода имеют 8 сантиметров, три провода — 10 сантиметров на метр.

Поэтому для того, чтобы сосчитать приблизительно емкость антенны, нет необходимости заниматься сложными вычислениями, а просто прикинуть емкость по длине сети и числу проводов. Например, пусть у нас имеется антенна, состоящая из горизонтальной части 40 метров длиной в три провода. У одной мачты три провода соединены и снижение берется в виде 1 провода длиной в 10 метров. Мы определим емкость такой сети в 450 сантиметров, считая так: горизонтальная часть имеет три канатика, следовательно, по 10 сантим. метр или всего 400 сантиметров, вертикальная часть имеет один провод, следовательно, 5 сантиметров на метр, или всего 50 сантиметров. Общая емкость 450 сантиметров. Понятно, здесь мы получили среднюю цифру. Если расстояние между проводами будет очень мало, если провода будут очень высоко, то емкость будет меньше, если же провода будут очень близко к крышам или другим проводящим предметам, то емкость будет больше. Итак, применяя наше правило, нужно помнить, что оно дает среднее значение. Чем ближе к проводам земля, крыши и т. д., тем больше емкость. Емкость тем меньше, чем ближе отдельные провода сети друг к другу и чем меньше диаметр провода. Во всяком случае, наше правило даст возможность получить величину, вполне пригодную для практических расчетов. Этими замечаниями мы заканчиваем вопрос о расчете емкости. Прибавим только, что при приемных устройствах не следует гнаться за большой емкостью сети и поэтому нет основания устраивать громоздкие сети. Емкость часто нужна для антенны передающих радиостанций и значение ее в этом случае будет выяснено в дальнейшем. Приемные же станции строятся, исходя из других соображений, чем передающие, и большая емкость антенны для них является излишней роскошью.

Явление самоиндукции, как известно, заключается в том, что появляющееся вокруг проводника с током магнитное поле препятствует изменению этого тока. Причиной самоиндукции является, таким образом, магнитный поток, окружающий провода, в которых проходит ток. Если у нас есть катушка с намотанным проводом, то магнитный поток получается там от влияния не одного провода, а целого ряда проводов (витков), и поэтому он там больше, чем в случае одного провода. Все же провод имеет свою самоиндукцию, хоть и небольшую, и антенна, как состоящая из проводов, обладает некоторой самоиндукцией. Чем больше проводов в антенне и чем короче эти провода, тем меньше ее самоиндукция. Формулы, по которым можно расчитывать самоиндукцию проводов, основываются на том, что самоиндукция на сантиметр длины провода, выраженная в сантиметрах, является обратной величиной емкости, выраженной в сантиметрах, на сантиметр длины. Для одного провода мы имеем тогда формулу:

L = 4,6 · l · log	2h	.
	r

Для двух проводов:

L = 4,6 · l ·	(	log	2h	+ log	2h	)	.
			r		d

Самоиндукция проводов по этим формулам получается в сантиметрах.

Можно определять самоиндукцию по кривой рис. 2 и 3 ²). Для быстрых подсчетов следует применять такое правило: самоиндукция одного провода равняется приблизительно 2000 сантиметров на метр длины провода, самоиндукция двух проводов равняется 1250 сантиметров на метр, самоиндукция трех проводов — 1000 сантиметров на метр. Например, наша антенна из трех проводов в горизонтальной части и одного провода в вертикальной части должна иметь самоиндукцию приблизительно в 60.000 сантиметров. Действительно, горизонтальная часть при трех проводах обладает самоиндукцией в 1000 сантиметров на метр или при 40 метрах длины — 40.000 сантиметров. Вертикальная часть имеет самоиндукцию в 2000 сантиметров на метр или при 10 метрах длины — 20.000 сантиметров. Общая самоиндукция, таким образом, 60.000 сантиметров. Таким образом и следует расчитывать самоиндукцию антенны.

Итак, антенна имеет и емкость и самоиндукцию, и с первого взгляда ничем не отличается от обычного контура. Разница все же есть. В контуре мы имеем и емкость и самоиндукцию; но емкость сосредоточена в конденсаторе, емкость остальных частей контура настолько мала, что с нею можно не считаться. Самоиндукция также, главным образом, сосредоточена в катушке; правда, все провода контура имеют самоиндукцию, но ее не стоит принимать во внимание по сравнению с самоиндукцией катушки. В контуре емкость и самоиндукция сосредоточены. Не то в антенне. Мы видели, что каждый кусочек провода имел свою емкость и свою самоиндукцию, более того, можно сказать, что емкость и самоиндукция равномерно распределены вдоль провода. Это обстоятельство имеет, как мы увидим в дальнейшем, большое значение. Итак, антенна похожа на контур тем, что у нее есть самоиндукция и емкость, но в противоположность контуру емкость и самоиндукция у нее распределены вдоль провода.

(Продолжение следует).