Инж. А. Н. Попов.
Мы в прошлый раз закончили разбор замкнутого колебательного контура. Повторим еще раз его характерные особенности. Замкнутым контур называется потому, что его геометрические размеры весьма малы по сравнению с длиной волны тех колебаний, которые в нем возникают. Это условие влечет за собой другое, именно, что электрические постоянные контура — его емкость, самоиндукция и сопротивление — сосредоточены. Это означает, что электрическое и магнитное поля контура, вопервых, разделены друг от друга (одно «сидит» в конденсаторе, другое — в катушке), а вовторых, они занимают небольшой объем. Сосредоточенное сопротивление означает, что выделение тепла при колебаниях происходит также в небольшом объеме.
В антенне, открытом колебательном контуре, постоянные распределены, связаны друг с другом и поля его наполняют большой объем. Кроме того энергия колебаний в таком контуре тратится не на одно тепло вблизи контура, а также на излучение, т. е. энергия получает возможность уходить в пространство в электро-магнитном виде.
Несмотря на такую большую принципиальную разницу, к открытому колебательному контуру приложимы те же понятия, выводы и формулы, что и к закрытому. Чтобы вычислить интересующие нас величины, как то: частоту, период, декремент и т. д., мы должны в формулы2, данные для замкнутого контура, подставлять емкость, самоиндукцию и сопротивление антенны. Сейчас мы и займемся разбором этих величин и тех особенностей, которые встречаются в реальных антеннах.
Прежде всего нужно сказать, что проволочное сооружение, называемое антенной, со стороны емкости нельзя рассматривать как простой конденсатор. Если мы смерим эту емкость обычным способом, т. е. при низкой частоте, мы получим величину значительно большую, чем та, которая играет роль в работе антенны. Дело в том, что в зависимости от частоты (как мы уже говорили раньше) меняется распределение электрического поля вдоль антенны; а так как емкость представляет собою величину, именно учитывающую это распределение, то понятно, что вместе с частотой должна меняться и она. Первую емкость называют статической, вторую — динамической. Принятые обозначения: для статической емкости — СS, для динамической — СA.
Существует формула, по которой можно подсчитать динамическую емкость проводника для данной частоты, если известна его статическая емкость на единицу длины. Мы, однако, не будем приводить ее, вопервых, потому, что она достаточно сложна, а вовторых, потому, что для повседневной практики она значения не имеет.
Так же обстоит дело и с самоиндукцией. Это обстоятельство нетрудно уяснить себе, если вспомнить, что самоиндукция — это коэффициент, учитывающий распределение магнитного поля; а так как оно меняется одновременно с распределением тока, то на сцену и выступают две самоиндукции — статическая и динамическая (обозначения — LS и LA)3.
Приведем опытные данные, связывающие собственную длину волны антенны с длиной наибольшего пути тока. Эта величина li будет равна сумме длины вертикальной части h и горизонтальной lA. На рис. 1 и 2 показаны величины вертикальной части h и горизонтальной, входящие в li для Т-образной антенны.
| Прямолинейиый вертикальный провод | λA = 4,1 li |
| Прямолинейный вертикальный провод с наклоном к земле | λA = 4,2 li |
| Т-образная антенна узкая | λA = 4,5 li до 5 li |
| Т-образная антенна широкая | λA = 5 li до 7 li |
Конечно, здесь, как и в замкнутом контуре, соседство металлических предметов изменяет емкость и самоиндукцию антенны, причем учесть это изменение можно только опытным путем.
Еще сложнее обстоит дело с сопротивлением антенны, а между тем оно играет решающую роль как при передаче, так и при приеме.
Очевидно, что излучение энергии сказывается в антенне так, как если бы увеличилось ее сопротивление; это добавочное сопротивление так и называют сопротивлением излучения. Оно является единственным полезным сопротивлением при передаче. При приеме полезным сопротивлением будет то, которое вносится в антенну от приключения приемника. Все же остальные сопротивления вредны, потому что они являются причиной бесполезной траты энергии.
Само собою понятно, что и в том и в другом случае нужно стремиться сделать вредное сопротивление возможно меньшим. Ниже мы перечислим различные виды потерь, которые сказываются, как увеличение вредного сопротивления антенны и на которые нужно обращать большое внимание при ее постройке.
Прежде всего постоянно занимает свое место омическое сопротивление. Уменьшить его можно, если мы увеличим действующее сечение провода. Этим сопротивлением мы можем управлять легче всего.
Далее следуют потери в плохих диэлектриках, каковыми являются деревья, бетон и т. п. Как мы уже упоминали, в переменном электрическом поле диэлектрик поглощает энергию, что и сказывается в виде потерь. Еще большие потери получаются от паразитных токов в соседних металлических предметах: мачтах, металлических частях зданий и т. д. Для хорошей работы как на передаче, так и на приеме антенна должна быть по возможности удалена от строений, в особенности крупных и с большим количеством металла.
Кроме того очень большое значение имеет хорошее заземление. Дело в том, что колебательный ток антенны замыкается через землю и сопротивление этого участка пути тока вносится в сопротивление антенны. Наилучшее заземление получается тогда, когда во многих местах под антенной в землю закопаны большие металлические листы, причем так, чтобы они соприкасались с грунтовыми водами. Провода заземления должны быть хорошо припаяны к этим листам. Хорошее заземление для приемной антенны получится и в том случае, если на уровень грунтовых вод опустить один лист. Если нельзя добраться до грунтовых вод, то, во всяком случае, нужно стремиться сделать заземляющий лист возможно большим и возможно глубже закопать его в землю.
В передающих антеннах имеются еще некоторые потери, связанные с высоким рабочим напряжением сети, о которых мы здесь говорить не будем.
1 См. «Р. В.», № 20.
2 См. «Р. В.», № 16.
3 Зависимость между статической и динамической емкостью и самоиндукцией принимает простую форму только для прямолинейного проводника, колеблющегося с собственной длиной волны:
или CA = 0,636 CS, LA = 0,636 LS.
Для грубого определения статической емкости антенны можно пользоваться формулой Остина
где А — площадь антенны в квадр. метрах h — средняя высота антенны в метрах.
