У ряді країн (у тому числі і в Росії) радіоаматорам крім KB і УКВ діапазонів виділено також і невелику ділянку в діапазоні ДВ (135,7...137,8 кГц). Після експериментів в цьому діапазоні, зроблених колективом RU6LWZ (журнал розповідав про них у червневому номері за цей рік), інтерес кДВ у російських радіоаматорів помітно зріс. Багато хотіли б почати експерименти на цьому діапазоні, але його освоєння значною мірою стримується відсутністю широко доступної інформації про те, яка для цього потрібна техніка. Пропонована стаття присвячена, мабуть, головного аспекту ДВ техніки - передавальних антен.

В даний час основне завдання, яку необхідно вирішити для широкого освоєння ДВ російськими радіоаматорами, полягає у збільшенні кількості передавальних аматорських ДВ станцій. Дійсно, перш ніж приймати сигнали, необхідно, щоб вони існували. Якщо на KB сигнали аматорських станцій досить сильні і при великих відстанях до передавача, для початку експериментів на ДВ вкрай бажано, щоб джерело сигналу знаходився порівняно недалеко. Особливо гостро стоїть ця проблема перед радіоаматорами азіатській частині нашої величезної країни. Кілька простіше радіоаматорам, які проживають в європейській частині Росії. У Західній Європі досить багато радіоаматорів, передавальних на довгих хвилях, сигнали яких цілком можна приймати на відстані до однієї-двох тисяч кілометрів при роботі звичайним телеграфом і до декількох тисяч кілометрів при роботі QRSS (повільний телеграф з обробкою сигналу на комп'ютері).

Головна проблема, яку треба вирішити будь радіоаматорові, починаючому роботу в ДВ діапазоні, це споруда передавальної антени. Всім добре відомо, що на KB антена у великій мірі впливає на успіх в роботі, але на ДВ, мабуть, це вплив ще більше. Передавач на частоти порядку 136 кГц виготовити відносно нескладно. Він мало чим відрізняється від передавача KB діапазону. Але антена - зовсім інша справа! Властивості антени принципово залежать від співвідношення довжини хвилі і розмірів антени, а довжина хвилі, відповідна аматорського діапазону 136 кГц, близько 2,2 км, що більше ніж у десять разів перевищує максимальну довжину хвиль, які раніше використовувалися радіоаматорами.

ДВ антени істотно відрізняються від звичайно застосовуваних на КВ. Пряме копіювання KB антен на ДВ неможливо, так як вийдуть антени абсолютно недоступних для радіоаматорів розмірів. Крім того, на ДВ зазвичай немає можливості запропонувати конкретну радіоаматорський конструкцію передавальної антени. Вона значною мірою визначається місцевими умовами, і конструювати антену радіоаматорові, як правило, доводиться самому. Хоч це і не складно, так як на ДВ немає того розмаїття типів антен, що спостерігається на KB, але все ж конструювання ДВ антени вимагає деяких уявлень про те, які в неї параметри, як вони впливають на роботу антени, від чого залежать і як поліпшити роботу всього передавального комплексу, що складається з передавача і антени.

Все це і спонукало автора написати дану статтю, в якій розглянуті основні принципи створення аматорських передавальних ДВ антен. Звичайно, більшу частину викладеного в статті матеріалу можна знайти у фаховій літературі, а спеціально для радіоаматорів такого викладу поки не було. Це і не дивно, оскільки ДВ діапазон став доступний для радіоаматорів недавно. Автор намагався уникати складної теорії, обмежуючись лише якісним викладом і найпростішими формулами, які необхідні для осмисленого конструювання антени. При цьому основну увагу було приділено принципової відмінності в конструюванні KB ДВ антен. Наскільки це вдалося - судити читачам.

Характерною особливістю ДВ антен є їх розміри, набагато менші, ніж чверть довжини хвилі. Це справедливо навіть для професійних ДВ станцій, а для любительських - і поготів. Дійсно, на звичний KB четвертьволновый штир для діапазону 136 кГц повинен мати висоту понад 500 м, як у Останкінської телевежі!

Другий важливий момент, який треба враховувати при проектуванні і виготовленні передавальної ДВ антени, полягає в тому, що поляризація випромінюваних хвиль антеною має бути виключно вертикальним. Це пов'язано з властивостями землі: настільки низьких частотах вона близька до ідеального провідника, а висота будь-якої реальної ДВ антени набагато менше довжини хвилі. Ефективно випромінювати горизонтальне електричне поле не вдасться-з тієї простої причини, що земля просто "закоротит" це поле. Якщо говорити строго, то причина в тому, що, як відомо з електродинаміки, вектор електричного поля на поверхні ідеального провідника завжди перпендикулярний поверхні.

Звичайно, земля все ж не ідеальний провідник, а висота антени, хоч і мала, не дорівнює нулю. Тому питання використання на ДВ низькорозташованих (порівняно з довжиною хвилі) передавальних антен з горизонтальною поляризацією (наприклад, горизонтального диполя) вкрай цікавий і вимагає проведення експериментів. Але рекомендувати такі передавальні антени радіоаматорові, тільки починаючому роботу на ДВ, ніяк не можна. Відповідні експерименти вимагають солідного досвіду, так і порівнювати експериментальну антену треба з чим-небудь відомим.

У зв'язку з тим, що розміри будь-якої реальної ДВ антени набагато менше чверті довжини хвилі, передавальні антени ДВ можна розділити на два великих класи - електричні і магнітні.

Магнітні антени - це замкнуті рамки, найчастіше прямокутної форми, розташовані обов'язково у вертикальній площині (вертикальна поляризація!) і мають розміри, принаймні, близько десятків метрів. Деякі радіоаматори Західної Європи і США проводять експерименти з такими які передають антенами, і їм вдається излучить потужність, не набагато меншу, ніж у разі електричних антен порівнянних розмірів. Але все ж це поки експериментальний клас передавальних антен.

Основний тип передавальної антени на ДВ - це сильно укорочений вертикальний випромінювач, годований щодо землі. Останнє означає, що другим полюсом для підключення генератора є заземлення. Багато такі антени мають масу проводів, розташованих горизонтально. Але підкреслимо, що власне випромінювачем є тільки вертикальна частина антени, а всі горизонтальні провідники служать виключно для того, щоб створити у вертикальному проводі як можна більший і рівномірно розподілений струм.

Деякі типи передавальних ДВ антен схематично зображені на рис. 1.

Аматорські передають ДВ антени

На рис. 1,а показано антена у вигляді вертикального дроту без ємнісний навантаження; рис. 1,б - вертикальна антена з ємнісний навантаженням у вигляді "парасольки", який може бути частиною відтяжок, які підтримують щоглу; на рис. 1,в - трьохпроменева Т-антена; на рис. 1,г - однолучевая Р-антена з похилою ємнісний навантаженням; на рис. 1 ,д - однолучевая Т-антена з похилою ємнісний навантаженням; на рис. 1,е - однолучевая Т-антена з похилою "вертикальної" частиною, на рис. 1 ,ж - антена "похилий промінь".

Можливі конфігурації антен не вичерпуються показаними на рис. 1. Можлива, наприклад, многолучевая Р-антена. Число провідників, складових "парасолька" (рис. 1,б), зовсім не обов'язково дорівнює чотирьом. Вертикальна частина також може складатися з декількох паралельних або розходяться "віялом" проводів і т. д. Також очевидно, що в якості ДВ антени у багатьох випадках можна використовувати KB антену, змінивши спосіб її живлення. Наприклад, KB диполь з успіхом послужить як Т-антени, якщо з'єднати обидва дроти фідера разом і живити їх щодо землі.

Звернемо увагу, що жодна з цих антен не харчується по коаксіальному кабелю. Всі вони - як би "антени з однопровідна відкритим фідером", хоча на насправді цей "фідер" власне і є випромінювачем. Радіоаматор, який не раз мав проблеми, пов'язані з перешкодами телебаченню при роботі на KB, може досить скептично поставитися до такого харчування передавальної антени. Особливо коли йому далі ще буде рекомендовано використовувати в якості заземлення водопровідні труби. Автор поспішає його заспокоїти: на ДВ перешкоди телебаченню зазвичай значно менша проблема, ніж при роботі на КВ. Наведемо такий приклад з практики. Кабель від антени проходив до передавача потужністю близько 50 Вт на висоті кілька сантиметрів над верхньою кришкою телевізора. На ній же лежала неонова лампочка, яка яскраво світилася при натискання на ключ. І при цьому перешкод прийому телебачення абсолютно не спостерігалося! Може, і не завжди ситуація виявляється настільки сприятливою, але судячи по всьому, телевізори малочутливі до електромагнітних полів настільки низьких частот.

Так як висота ДВ антени завжди набагато менше чверті довжини хвилі, реактивна частина вхідного опору вертикального електричного випромінювача завжди має ємнісний характер і дуже велика в порівнянні з активною частиною вхідного опору. Для того щоб струм в антені досяг значної величини, ємна частина вхідного опору антени має бути скомпенсирована індуктивністю, реактивне опір якої дорівнює за абсолютною величиною реактивному опору ємності антени. Таким чином, застосування подовжує котушки на ДВ є абсолютно обов'язковим (на рис. 1 котушка не показана). Подовжувальна котушка включається послідовно з антеною.

Щоб можна було оцінити необхідну індуктивність подовжувальною котушки, необхідно знати ємність антени, яка є дуже важливим параметром передавальної ДВ антени. Чим більше ємність антени, тим меншу потрібно індуктивність подовжує котушки. Відповідно, чим більше ємність антени, тим менше будуть даремні втрати потужності передавача з-за омічного (активного) опору подовжувальною котушки. А втрати потужності в подовжуючої котушці досить істотні при роботі на ДВ.

Крім того, при більшій місткості антени зменшується напруга на ній, яке на ДВ навіть при порівняно малопотужному передавачі досягає одиниць, а то й десятків кіловольт. Зменшення напруги на антені спрощує проблему ізоляції. Є ще причини, про які ми поговоримо пізніше, при обговоренні так званих "втрат оточення", за яким слід прагнути зробити як можна велику ємність антени. Саме збільшення сумарної ємності антени (разом з отриманням більш рівномірного розподілу струму у вертикальній частині) це причина, по якій в передавальних ДВ антенах намагаються зробити горизонтальну частина якомога більше і часто з кількох паралельних проводів (багатопроменеві Р - і Т-подібні антени).

Ємність ДВ антени з прийнятною для радіоаматорський практики точністю можна оцінити по простому правилу: кожен метр дроти антени (як у вертикальній, так і у горизонтальній частині) дає близько 6 пФ ємності антени. Якщо кілька проводів розташовані паралельно один одному, то при малій відстані між ними сумарна ємність зменшується. Тому при виготовленні Р - або Т-подібної антени з багатопроменевої горизонтальною частиною слід, по можливості, витримувати відстань між проводами не менше 2...3 м. Більше не має сенсу, а меншу відстань призводить до зменшення ємності, що припадає на кожен метр дроту.

Реактивне опір ємності антени можна знайти за загальновідомою формулою Хс = 1/(2πfС). Так як реактивне опір подовжувальною котушки має бути за абсолютною величиною таким же, із зв'язку реактивного опору і індуктивності XL = 2πfL можна знайти індуктивність. Для практичних цілей зручніше формули, які виходять, якщо підставити значення частоти f = 136 кГц і перетворити одиниці виміру: Хс = 1170000/С, XL = 0,85 L, L = ХL/0.85, де опору підставляються в омах, ємність - у пикофарадах, а індуктивність - у микрогенри.

Зовсім грубо для прикидочных розрахунків можна вважати, що на частоті 136 кГц реактивне опір ємності 1000 пФ становить 1000 Ом і пропорційно збільшується при зменшенні ємності в порівнянні з 1000 пФ. Відповідно для індуктивності кожна микрогенри дає близько 1 Ом. Такі цифри легко запам'ятати. Велика точність розрахунків дуже часто і не потрібна, оскільки розраховані величини все одно доведеться уточнювати експериментально. Вплив навколишніх антену предметів теоретично врахувати вкрай важко!

Щоб уявити собі порядок параметрів антени в типових радіоаматорських умовах, зробимо оцінку для такого прикладу. Нехай є Г - або Т-подібна антена з однопроменевий горизонтальною частиною довжиною 80 м, розташованої на висоті 20 м. Довжина вертикальної частини складе 20 м, загальна довжина проводу - 100 м. Ємність такої антени буде близько 600 пф, тобто реактивна частина вхідного опору - приблизно 2000 Ом. Для компенсації реактивного опору ємності антени потрібно подовжуюча котушка з індуктивністю дещо більше 2000 мкГн.

Може виникнути питання, чому б не знайти індуктивність подовжує котушки, знаючи ємність антени і використовуючи формулу для звичайного коливального контуру? Звичайно, можна і так. Але розрахунок через реактивні опору дозволяє оцінити, наприклад, напруга на антени при заданому струмі і опір втрат подовжувальною котушки при відомій її добротності Так, у наведеному прикладі відразу ясно, що напруга на антені буде близько 2000 на кожен ампер струму в антені. Оскільки активна частина вхідного опору антени багато менше реактивної частини, напруга на антені у вольтах приблизно одно струму антени в амперах, помноженому на реактивне опір антени в омвх. Опір втрат котушки, її реактивний опір і добротність пов'язані простою формулою: Rкат = XL/Q. При добротності Q = 200 опір втрат буде 2000/200 = 10 Ом.

Другим важливим параметром ДВ антени є її діюча висота. Не приймаючи поки до уваги залежність діючої висоти від деталей конструкції антени, відзначимо два граничних випадки. Діюча висота одиночного вертикального дроту без ємнісний навантаження нагорі дорівнює половині його геометричної висоти. Для Г - або Т-подібної антени з ємністю горизонтальної частини багато більшою, ніж ємність вертикальної частини, діюча висота наближається до висоти підвісу горизонтальної частини антени над землею.

Відразу відзначимо, що треба прагнути зробити діючу висоту антени як можна більше, принаймні, метрів 10... 15, а краще 30...50. Але, мабуть, 50 м - це максимум, досяжний у звичайних аматорських умовах. Приблизно такий вийде діюча висота Г - або Т-подібної антени з великою горизонтальною частиною, підвішеній між двома 16-поверховими будинками.

Чому ж діюча висота антени так важлива? Вся справа в тому, що коли розміри антени багато менше довжини хвилі, напруженість поля, що приймається кореспондентом, прямо пропорційна добутку (позначимо його як А) сили струму в антені на діючу висоту антени, вимірюваному в метрамперах. Ніж більше діюча висота вашої антени, тим сильніше ваш сигнал. Потужність, випромінювана передавальною станцією Ризл (нв плутати з вихідною потужністю передавача!) пов'язана з цим твором простим співвідношенням (для частоти 136 кГц): Ризл = 0.00033A2.

Щоб орієнтуватися в отриманих значеннях, розглянемо приклад. Нехай діюча висота антени становить 20 м. Сила струму в антені при вихідний потужності передавача до 100 Вт зазвичай буває в межах 1...3А. Нехай вона виявилася 2 А. Тоді А = 40 метрампер і излученная потужність складе 0,5 Вт.

З прикладу видно, що ККД аматорських передавальних ДВ антен дуже малий, адже випромінюється всього 0,5% потужності, що віддається передавачем. І це ще дуже добре! Часто ККД буває менше 0,1%. І тільки при використанні "гігантських" (за радиолюбительским мірками) антен ККД може досягати декількох десятків відсотків. Прикладом служить антена першої російської довгохвильовій DX-зкспеди-ції, проведеної колективом RU6LWZ, коли використовувалася щогла висотою понад 100 м

Низький ККД аматорських передавальних ДВ антен призводить до того, що потужність випромінювання зазвичай вимірюється десятими, а то й сотими частками вата, рідко досягаючи одиниць ват. Проте і при таких мізерних випромінюваних потужностях любителі, використовуючи спеціальні види роботи (насамперед QRSS - повільний телеграф), проводять зв'язку на відстані в тисячі, а то й 10... 15 тисяч кілометрів! Звичайним телеграфом при цьому вдаються зв'язку на кілька сотень, а іноді, при хорошому проходження, спеціальних приймальних антенах і малому рівні перешкод, на одну-дві тисячі кілометрів.

Ми бачимо, що ситуація з передавальними ДВ антенами радикально відрізняється від того, до чого ми звикли на КВ. Якщо на KB зазвичай ККД близький до 100% (за винятком хіба 160-метрового діапазону, і то не завжди), то на ДВ він дуже малий. Якщо на KB ми намагаємося сфокусувати випромінювання в одному напрямку і оперуємо поняттям коефіцієнта підсилення на ДВ випромінювання практично завжди круговий і ні про яке посилення говорити не доводиться. Якщо ми прагнемо отримати KB пологі кути випромінювання, на ДВ кут випромінювання практично завжди однаковий. Якщо на KB антена зазвичай харчується по коаксіальному кабелю і ми прагнемо здобути хороший КСВ, то на ДВ антена завжди живиться безпосередньо і поняття КСВ втрачає сенс. Єдине, за що доводиться "боротися" при роботі на ДВ, зто випромінювана потужність, або, що те ж саме, максимальну кількість "метрамперов в антені.

Розглянемо тепер більш детально, як залежить діюча висота антени від її геометричних розмірів і деталей конструкції для найбільш поширених типів антен. Як вже зазначалося, діюча висота вертикального простого дроти бвз ємнісний навантаження нагорі (рис. 1,а) просто дорівнює половині геометричної висоти антени. Точно також діюча висота антени "похилий промінь" (рис. 1,ж) дорівнює половині висоти верхньої точки антени. Якщо антена має горизонтальну ємнісне навантаження (наприклад, рис. 1,в), то діюча висота һд такої антени визначається співвідношенням ємностей вертикальної Св і горизонтальної Сг частин, а також геометричною висотою підвісу h горизонтальної частини. Вона може бути знайдена за формулою һд = h(1-0,5/(Сг/Св+1))

Ємності горизонтальної і вертикальної частин антени можуть бути, як і для всієї антени, визначені за правилом "6 пФ на кожен метр дроту". З формули видно, якщо Сг набагато більше Св, то діюча висота һд наближається до геометричній висоті п. Особливого розгляду потребують випадки похилій "вертикальної" частини (рис. 1 ,е) і похилій ємнісний навантаження (рис. 1,6, р ,д). Якщо "вертикальна частина" наклонна, а ємнісна навантаження практично горизонтальна (рис. 1,е), то майже нічого не змінюється, лише дещо зростає Св з-за більш довгого проводу, а формула залишається тією ж.

Якщо у Т-антени вертикальна частина підключається досить точно посередині похилій ємнісний навантаження (рис. 1,д), також формула працює лише в як h треба брати висоту над землею точки підключення до вертикальної частини горизонтальною. У цій антені вертикальні компоненти електричного поля, створені двома плечима ємнісний навантаження, взаємно компенсуються Але в Г-подібної антени (рис. 1,г), або в "зонтичної" антени (рис. 1,6), такий компенсації не відбувається. Тому і формула стають дещо інший: һд = 0,5 h( 1 + а - а2/(Сг/Св+ 1)), де а = h1/h - відношення висот верхнього і нижнього - решт ємнісний навантаження.

Підкреслимо, що для випадків, показаних на рис. 1,б і рис. 1 ,м небажано опускати нижній кінець ємнісний навантаження до самої землі. Це призведе до зниження діючої висоти до 0,5 h. Якщо немає можливості підняти ці точки (наприклад, є тільки одна щогла), краще дроти, складові ємнісне навантаження, продовжити до землі ізолюючим шнуром (можна застосувати і дріт, розбивши її двох-трьох місцях ізоляторами).

Якщо точки закріплення антени визначені місцевою обстановкою", а у радіоаматора немає бажання займатися розрахунками, то можна скористатися і таким простим правилом: треба прагнути до того, щоб максимальна кількість дроти було розташовано якомога вище (і, як буде ясно з подальшого, подалі від дерев, стін тощо). Ну а вже діюча висота - яка вийде!

Розібравшись з першим співмножником "основного параметра" - твору діючої висоти на силу струму в антені, розглянемо, від чого залежить другий співмножник - сила струму в антені, і як її зробити побільше. Звичайно, сила струму залежить від потужності передавача. Але не тільки. Ще вона залежить від активної частини вхідного опору R, яка, в свою чергу, є сума сопротиаления втрат Rп і сопротиаления випромінювання Rизл, як показано на еквівалентній схемі рис. 2.

Опір випромінювання (в омах) на частоті 136 кГц визначається за формулою Rизл = 0,00033һд2 і для радіоаматорських антен складає зазвичай не більше декількох десятих долей ома. У переважній більшості випадків опір втрат набагато більше опору випромінювання. Власне, саме тому виходить низький ККД, рівний Rизл /(Rизл + Rп). В цих умовах струм в антені залежить в основному від опору втрат, а опір випромінювання на струм майже не впливає.

Саме в такому співвідношенні опору втрат і опору випромінювання полягає причина радикального відмінності ДВ і KB антен. На KB, де сила струму в антени визначається в основному опором випромінювання, не має значення сама величина цієї сили струму. Антена може "харчуватися струмом" або "харчуватися напругою", сила струму буде різна, а потужність випромінювання - однакова. На ДВ ситуація принципово інша. Сила струму в антені визначається опором втрат, а випромінювана потужність пропорційна квадрату сили струму. Тому необхідно прагнути зробити силу струму як можна більше, для чого треба зробити як можна менше опір втрат

Якщо опір втрат в антені Rп відомо, то при відомій вихідний потужності передавача Р легко знайти силу струму I в антені: I =v (P/Rп).

Опір втрат складається з омічного опору дроти антени, активної частини опору подовжувальною котушки, опору заземлення та так званого опору втрат оточення (enviroment loss). Останнє пов'язане з втратами енергії за рахунок струмів, наведених у навколишніх предметах (будинках, деревах тощо).

Опір мідного дроти антени діаметром не менше 2 мм зазвичай дуже мало і його можна не враховувати. Винятком може бути випадок, коли горизонтальна частина антени (ємнісна навантаження) дуже довга (сотні метрів) і виконана в вигляді одного тонкого дроту. Інші складові опору втрат набагато більше.

Опір втрат подовжувальною котушки вже істотно, особливо при невисокою добротності. Добротність - це відношення реактивного (індуктивного) опору котушки на даній частоті до опору втрат. Останні складаються з втрат у магнітопроводі, каркасі і проводі. У передавальних ДВ антенах не використовують котушки з магнітопроводом, що пов'язано з великими струмами, при яких важко уникнути його насичення. Втрати в діелектрику каркаса зазвичай малі, тим не менш справедлива рекомендація: чим менше матеріалу йде на каркас, тим краще. Зрозуміло, бажано використовувати високоякісний діелектрик

Але ВЧ струм тече в основному по поверхні дроту (скін-ефект) і тому опір виявляється істотно більше, ніж на постійному струмі або на звукових частотах. У багатьох книгах можна знайти формулу для питомої (Ом/м) опору мідного дроту з урахуванням скін-ефекту: Rуд = (0,084/d)vf де d - діаметр дроту, мм; f - частота в МГц. Здавалося б, можна порахувати питомий опір проводу котушки по цій формулі, помножити на довжину проводу і отримати опір втрат у котушці. На жаль, крім скін-ефекту є ще й ефект близькості, приводить до того, що опір проводу в котушці виявляється істотно більше опору прямолінійного дроту. З-за впливу витків один на одного струм тече не рівномірно по всій поверхні дроти, а в основному по частині поверхні, зверненої усередину котушки. Отже, менше ефективна поверхня - більше опір.

За результатами дослідження, проведеного автором, з-за ефекту близькості опір проводу одношарової котушки зростає в 1 + 4,9(d/a)2 разів, де d - діаметр дроту; а - крок намотування. Якщо крок намотування зробити маленьким (намотка виток до витка), індуктивність котушки на один виток стане більше, витків знадобиться менше, зменшиться і довжина проводу. Але зате істотно зросте ефект близькості. Якщо зробити великий крок намотування, збільшення опору за рахунок ефекту близькості буде менше, але зате доведеться намотати більше витків і стане більше довжина проводу. Виявляється, є оптимум, який спостерігається при крок намотування приблизно в два рази більше діаметра дроту. Іншими словами, зазор між витками повинен приблизно дорівнювати діаметру дроту.

Чи залежить опір втрат у котушці від діаметру дроту? Ні дивно, практично немає. При більшому діаметрі дроту збільшиться довжина намотування, а якщо зробити котушку багатошаровою, то збільшиться ефект близькості. Відповідно доведеться робити більше витків. Якщо все це докладно проаналізувати математично, виходить досить несподіваний результат: добротність котушки (і, відповідно, опір втрат при заданій індуктивності) залежить в основному від діаметра каркаса котушки! Причому добротність прямо пропорційне цьому діаметру. А від діаметру дроту добротність майже не залежить. Щоб уникнути непорозумінь зазначимо, що це справедливо тільки у випадку, коли діаметр дроту значно більше товщини скін-шару. На частоті 136 кГц це виконується з мідного дроту діаметром 0,5 мм і більше (так зазвичай і буває).

Таким чином, для отримання малих втрат треба робити котушку великого діаметру. Деяке значення має співвідношення діаметру каркасу і довжини намотування. Встановлено, що добротність котушки максимальна при діаметрі каркаса в 2...2,5 рази більше довжини намотування. У цих умовах для грубої оцінки (а точніше зазвичай і не потрібно) на частоті 136 кГц при суцільному мідному дроті, оптимальних співвідношеннях кроку намотування і діаметру дроту, а також діаметру каркасу і довжини намотування добротність одношарової котушки можна вважати рівною діаметру каркасу в міліметрах.

Повернемося до наведеного вище прикладу, де реактивний опір котушки повинно бути близько 2000 Ом, активний - 10 Ом, а добротність - 200. Діаметр каркаса треба взяти близько 200 мм. Ще більший діаметр каркаса доведеться вибрати для отримання меншого опору втрат в котушці. Ми бачимо, що подовжувальні котушку передавальної ДВ антени доводиться робити досить великих габаритів. Тому котушку зазвичай не вбудовують в передавач, а розміщають окремо.

Правда, є одна можливість помітно зменшити габарити котушки при тих же втрати або зменшити втрати при колишніх габаритах. Треба намотати котушку не суцільним мідним дротом, а спеціальним литцендратом для передавачів. Він складається з величезного числа (кілька сотень) дуже тонких, ізольованих один від одного мідних провідників. Поверх провідників зазвичай є оплетка з шовку. Застосовуючи лицендрат, треба приділити особливу увагу тому, щоб кожна (!!!) зволікання була пропоїти в точках підключення котушки. На жаль, автору не відома будь-яка теорія, що дозволяє розрахувати добротність котушки з лицендрата, з досвіду відомо, що при тих же габаритах добротність котушки з лицендрата приблизно вдвічі більше, ніж при намотуванні суцільним мідним дротом.

Опір втрат подовжує котушки - це важлива складова загального опору втрат антени. Але якщо зробити котушку досить великого, але ще прийнятного діаметра (міліметрів в 200...400), основний внесок у загальні втрати дадуть опір заземлення і опір втрат оточення. Їх зазвичай важко розділити, і часто це загальний опір називають опором землі.

Зауважимо відразу, що ВЧ опір заземлення зовсім не збігається з опором заземлення на низьких частотах. Так що якщо є "електротехнічне" заземлення з відомим опором, то його, звичайно, можна і треба використовувати, але його опір на частоті 136 кГц буде набагато більше, ніж на промисловій частоті 50 Гц.

На жаль, розрахувати втрати в землі радіоаматорам зазвичай неможливо. Формули, що використовуються професіоналами, не підходять для таких маленьких за порівняно з довжиною хвилі радіоаматорських антен. Та й на відміну від професійні, аматорські антени зазвичай розташовані серед будинків, дерев та інших об'єктів, що суттєво впливає на втрати в антені. Радіоаматори зазвичай не роблять спеціального заземлення, а використовують водопровідні труби і т. п. Це також ускладнює розрахунок. Таким чином, доведеться обмежитися тільки вказівкою на те, що зазвичай опір втрат заземлення разом з опором втрат оточення становить порядку 30 - 100 Ом, а також рекомендаціями щодо зменшення величини цих втрат.

Як вже говорилося, необхідно максимізувати струм в антені. Чим менше опір втрат, тим він більше. Щоб зменшити опір втрат заземлення в радіоаматорський практиці, необхідно з'єднати все, що тільки можливо з закопаного в землю і розташованого на поверхні землі металу. Це можуть бути водопровідні труби, різні металеві конструкції і т. д. Тільки не треба використовувати газові труби! Це неприпустимо з міркувань пожежної безпеки!

У професійній практиці для зменшення втрат в землі заземлення виконують у вигляді так званої "металізації землі" під антеною. Це система закопаних на невелику глибину або лежать на поверхні землі проводів. Площа металізації повинна, по можливості, покривати всю поверхню під горизонтальною частиною антени, виходячи за межі проекції антени на площину землі на відстань близько висоти антени. Якщо горизонтальної частини (ємнісний навантаження) немає, то радіус металізації повинен бути близько висоти антени. Зовсім не обов'язково робити металізацію у вигляді правильного кола, під радіусом мається на увазі просто характерний розмір. Можна зробити радіус металізації більше, але подвоювати його вже не має великого сенсу.

Знову ж у професійній практиці відстань між окремими проводами системи "металізації землі" вибирають близько 1 метра і іноді навіть застосовуються суцільні металеві листи. Навряд чи в радіоаматорський практиці це можливо. Тому навіть якщо і робиться деяку подобу такої системи заземлення, то відстань між проводами буде, швидше за все, більше. На скільки, залежить від можливостей конкретного радіоаматора. Природно, при більш "рідкісної" металізації землі втрати в землі зростають.

Металізація землі може сильно підняти ефективність передавальної ДВ антени за рахунок суттєвого зменшення втрат. Але якщо у радіоаматора немає можливості зробити металізацію землі під антеною (що найчастіше і буває), не варто зневірятися! Більшість західноєвропейських радіоаматорів успішно працюють, використовуючи в якості заземлення наявний водопровід. Власне тому і виявляється, що опір заземлення у радіоаматорів таке велике, набагато більше опору заземлення професійних ДВ антен, де опір втрат у землі часто буває порядку 1 Ом, навіть для порівняно невеликих антен малопотужних ДВ станцій. А у антен мовних ДВ станцій, коли в землю закопується десятки, а то і сотні тонн (!!!) металу, і того менше - десяті, а іноді й соті частки ома.

Відповідно і ККД у цьому випадку стає дуже близьким до 100 відсотків. Але на це радіоаматорам розраховувати зазвичай не доводиться, хіба що вдасться, при разі, скористатися професійної ДВ антеною.

Але не тільки якістю системи заземлення визначаються втрати в антені. Якщо провідники антени проходять поблизу будинків, дерев тощо, виникають додаткові втрати ВЧ енергії, що йдуть на нагрівання цих навколишніх предметів. Власне, це і є втрати оточення. Необхідно, щоб дроти антени, знаходяться під високим ВЧ потенціалом, розташовувалися, по можливості, на відстані не менше 1...3 м від оточуючих предметів. А якщо такий дріт довгий і йде паралельно "мешающему предмету", відстань треба вибирати ще більше.

Ситуацію ілюструє рис. 3.

Втрати в разі рис. 3,а істотно менше, ніж у разі рис. 3,б. Вертикальний провід в останньому випадку буде наводити в стіні вдома значні ВЧ струми, що призводять до марним втрат потужності передавача, витрачаючи її на нагрів стіни. Подібної ситуації необхідно уникати.

Але що робити, якщо віднести від стіни вертикальний дріт антени неможливо? В цьому випадку має сенс модифікувати антену так, як показано на рис. 3,ст. І хоча струм у вертикальному проводі буде практично такою ж, як у випадку рис. 3,а, але ВЧ потенціал відносно землі на ньому буде малий (він великий тільки після подовжує котушки). Відповідно зменшиться і вплив стіни будинку. Котушку, правда, доведеться зробити кілька більшої індуктивності, оскільки ємністю антени, до якої підключена котушка, буде тільки ємність горизонтального дроту. У цьому випадку незручно налаштовувати високо розташовану котушку. Вихід простий - більшу частину індуктивності розмістити "нагорі", а поблизу передавача включити невеликий варіометр, тільки для точного підстроювання антени в резонанс. При цьому напруга на проводі, що проходить поблизу стіни, трохи зросте, але воно не буде таким значним, як у випадку рис. 3,б.

Схожа ситуація показана на рис. 3,г, коли передавач розташований на верхньому поверсі багатоповерхового будинку. Здавалося б, антена не має вертикальної частини, але насправді вона є. Просто її роль грає провід заземлення, наприклад, водопровідні труби. Вони розташовані в безпосередній близькості від стін, але так як ВЧ потенціалу на них практично немає, як і на вертикальній частині антени на рис. 3,в, вплив стін слабке. Так що антена буде працювати цілком задовільно.

Розглянуті приклади показують, що особливо великі втрати оточення виявляються у випадку, коли поблизу навколишніх предметів знаходяться частини антени, несучі високий потенціал. Звичайно, зменшення напруги на всій антени, також як і зменшення напруги на частини антени, зменшує втрати оточення. Це пояснює раніше зроблене зауваження про те, що збільшення сумарної ємності антени збільшує ефективність антени. Дійсно, збільшення ємності антени призводить до зменшення напруги на ній і, отже, до зменшення втрат оточення. При тій же потужності передавача у вертикальній частині антени вдасться отримати більшу силу струму і, як наслідок, випромінюваний сигнал зросте.

Звичайно, наведені малюнки та коментарі до них не вичерпують всіх ситуацій, які можуть трапитися при практичному виконанні антени. Але автор сподівається, що вони ілюструють загальний підхід до конструювання ДВ антени з мінімальними у даних умовах втратами оточення. Ну а в кожному конкретному випадку радіоаматорові доведеться думати, експериментувати і приймати рішення самостійно.

На закінчення кілька слів про підключення антени передавача. З викладеного ясно, що вхідний опір антени після настроювання в резонанс котушкою в більшості випадків не буде дорівнює 50 або 75 Ом. Але в цьому немає і необхідності, коаксіального кабелю-то немає. Просто слід в передавачі передбачити можливість регулювання вихідного опору. Найлегше це зробити при трансформаторної двотактною схемою вихідного каскаду передавача. Вторинну обмотку трансформатора в цьому випадку необхідно зробити з відводами і встановити перемикач. Представляється, що ряд вихідних опорів 5, 7, 10, 15, 20, 30, 50, 70, 100, 150, 200 Ом цілком достатній для будь-яких радіоаматорських антен, включаючи як "дуже погані", так і "дуже хороші". Підійде стандартний галетный перемикач на 11 положень.

Для точної настройки антени в резонанс вельми бажано мати варіометр від ДВ або СВ передавача. Автор застосовує варіометр від середньохвильового блоку радіостанції РСБ-5, що має максимальну індуктивність близько 700 мкГн. Звичайно, вона недостатня, і послідовно з вариометром включена додатково достатньо велика котушка постійної індуктивності, а варіометр служить тільки для налаштування.

В описаному варіанті зв'язку антени з передавачем налаштування зводиться до підбору положення перемикача, що забезпечує максимальний струм в антені, і до регулювання індуктивності подовжує котушки. Після кожного перемикання вихідного опору передавача треба підлаштовувати індуктивність (варіометр) для отримання резонансу, домагаючись максимального струму в антені.

Можливі й інші варіанти виконання вихідний ланцюга передавача, і інші методи налаштування, але їх обговорення завело б нас надто далеко від основної теми статті. Тому, завершуючи виклад, побажаю читачеві успішних експериментів, і до зустрічі на довгих хвилях!

Автор: Олександр Юрков (RA9MB)

Add comment

Навігація

Інструкції з експлуатації

Copyright © 2019 Електричні принципові схеми.