|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Аматорські передавальні ДВ антени. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Антени КВ У низці країн (зокрема й у Росії) радіоаматорам крім KB і УКХ діапазонів виділено й невелику ділянку ДВ діапазоні (135,7...137,8 кГц). Після експериментів у цьому діапазоні, зроблених колективом RU6LWZ (журнал розповідав про них у червневому номері за цей рік), інтерес до ДВ у російських радіоаматорів помітно зріс. Багато хто хотів би розпочати 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, головному аспекту ДВ техніки - антенам, що передають. В даний час основне завдання, яке необхідно вирішити для широкого освоєння ДВ російськими радіоаматорами, полягає у збільшенні числа передавальних аматорських ДВ станцій. Справді, як приймати сигнали, необхідно, щоб вони існували. Якщо на KB сигнали аматорських станцій дуже сильні і при великих відстанях передавача, для початку експериментів на ДВ вкрай бажано, щоб джерело сигналу знаходилося порівняно недалеко. Особливо гостро постає ця проблема перед радіоаматорами азіатської частини нашої величезної країни. Дещо простіше радіоаматорам, які проживають у європейській частині Росії. У Західній Європі досить багато радіоаматорів, що передають на довгих хвилях, сигнали яких цілком можна приймати на відстані до однієї-двох тисяч кілометрів під час роботи звичайним телеграфом і до кількох тисяч кілометрів під час роботи QRSS (повільний телеграф із обробкою сигналу на комп'ютері). Головна проблема, яку треба вирішити будь-якому радіоаматору, який починає роботу в ДВ діапазоні, це будівництво антени, що передає. Всім добре відомо, що на KB антена значною мірою впливає на успіх у роботі, але на ДВ, мабуть, цей вплив ще більший. Передавач на частоти близько 136 кГц виготовити відносно легко. Він мало чим відрізняється від передавача діапазону KB. Але антена – зовсім інша справа! Властивості антени принципово залежать від співвідношення довжини хвилі та розмірів антени, а довжина хвилі, що відповідає аматорському діапазону 136 кГц, близько 2,2 км, що більш ніж у десять разів перевищує максимальну довжину хвиль, які раніше використовували радіоаматори. ДВ антени суттєво відрізняються від звичайно застосовуваних на КВ. Пряме копіювання KB антен на ДВ неможливе, тому що вийдуть антени абсолютно недоступних для радіоаматорів розмірів. Крім того, на ДВ зазвичай немає можливості запропонувати конкретну радіоаматорську конструкцію антени, що передає. Вона значною мірою визначається місцевими умовами, і конструювати антену радіоаматору, зазвичай, доводиться самому. Хоча це і не складно, тому що на ДВ немає тієї різноманітності типів антени, що спостерігається на KB, але все ж таки конструювання ДВ антени вимагає деяких уявлень про те, які у неї параметри, як вони впливають на роботу антени, від чого залежать і як покращити роботу всього передавального комплексу, що складається з передавача та антени. Все це і спонукало автора написати цю статтю, в якій розглянуто основні принципи створення аматорських антен, що передають ДВ. Звичайно, більшу частину викладеного у статті матеріалу можна знайти у професійній літературі, але спеціально для радіоаматорів такого викладу поки що не було. Це і не дивно, оскільки діапазон ДВ став доступний для радіоаматорів нещодавно. Автор намагався уникати складної теорії, обмежуючись лише якісним викладом і найпростішими формулами, які все ж таки необхідні для осмисленого конструювання антени. При цьому основна увага була приділена принциповій відмінності у конструюванні KB та 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 аматорських – поготів. Дійсно, звичний на KB чвертьхвильовий 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 антени, що передає ДВ, полягає в тому, що поляризація випромінюваних антеною хвиль повинна бути виключно вертикальною. Це пов'язано з властивостями землі: на таких низьких частотах вона близька до ідеального провідника, а висота будь-якої реальної ДВ антени набагато менша за довжину хвилі. Ефективно випромінювати горизонтальне електричне поле не вдасться з тієї простої причини, що земля просто "закоротить" це поле. Якщо говорити суворіше, то причина в тому, що, як відомо з електродинаміки, вектор електричного поля на поверхні ідеального провідника завжди перпендикулярний поверхні. Звичайно, земля все ж таки не ідеальний провідник, а висота антени, хоч і мала, не дорівнює нулю. Тому питання використання на ДВ низькорозташованих (порівняно з довжиною хвилі) передаючих антен з горизонтальною поляризацією (наприклад, горизонтального диполя) вкрай цікаве і вимагає проведення експериментів. Але рекомендувати такі передавальні антени радіоаматору, який тільки починає роботу на ДВ, ніяк не можна. Відповідні експерименти вимагають солідного досвіду, та й порівнювати експериментальну антену треба з чимось відомим. У зв'язку з тим, що розміри будь-якої реальної ДВ антени набагато менші за чверть довжини хвилі, передавальні антени ДВ можна розділити на два великі класи - електричні та 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 та США проводять експерименти з такими антенами, що передають, і їм вдається випромінювати потужність, не набагато меншу, ніж у випадку електричних антен порівнянних розмірів. Але все ж таки це поки що експериментальний клас передавальних антен. Основний тип передавальної антени на ДВ - це сильно укорочений вертикальний випромінювач, що живиться щодо землі. Останнє означає, що другим полюсом підключення генератора є заземлення. Багато таких антени мають масу дротів, розташованих горизонтально. Але підкреслимо, що власне випромінювачем є лише вертикальна частина антени, а всі горизонтальні провідники служать виключно для того, щоб створити у вертикальному дроті якнайбільший і рівномірніше розподілений струм. Деякі типи передаючих ДВ антен схематично зображені на рис. 1.
На рис. 1,а показана антена у вигляді вертикального дроту без ємнісного навантаження; на рис. 1,б - вертикальна антена з ємнісним навантаженням у вигляді "парасольки", який може бути частиною відтяжок, що підтримують щоглу; на рис. 1,в - трипроменева Т-антена; на рис. 1,г - однопроменева Г-антена з похилим ємнісним навантаженням; на рис. 1,д - однопроменева Т-антена з похилим ємнісним навантаженням; на рис. 1,е - однопроменева Т-антена з похилою "вертикальною" частиною, на рис. 1,ж - антена "похилий промінь". Можливі зміни антен не вичерпуються показаними на рис. 1. Можлива, наприклад, багатопроменева Г-антена. Число провідників, що становлять "парасольку" (рис. 1, б), зовсім не обов'язково дорівнює чотирьом. Вертикальна частина також може складатися з декількох паралельних або розбіжних "віялом" проводів і т. д. Також очевидно, що як ДВ антени в 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 запитати їх щодо землі. Звернемо увагу, що жодна з цих антен не живиться коаксіальним кабелем. Всі вони - як би "антени з однопровідним відкритим фідером", хоча насправді цей "фідер", власне, і є випромінювачем. Радіоаматор, який неодноразово відчував проблеми, пов'язані з перешкодами телебаченню під час роботи на KB, може дуже скептично поставитися до такого живлення антени. Особливо коли йому далі ще рекомендується використовувати як заземлення водопровідні труби. Автор поспішає заспокоїти його: на ДВ перешкоди телебаченню зазвичай значно менша проблема, ніж при роботі на КВ. Наведемо такий приклад із практики. Провід від антени проходив до передавача потужністю близько 50 Вт на висоті кілька сантиметрів над верхньою кришкою телевізора. На ній лежала неонова лампочка, яка яскраво світилася при натисканні на ключ. І при цьому перешкод для прийому телебачення зовсім не спостерігалося! Може, і не завжди ситуація виявляється такою сприятливою, але зважаючи на все, 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 має ємнісний характер і дуже велика в порівнянні з активною частиною вхідного опору. Для того щоб струм в антені досяг значної величини, ємнісна частина вхідного опору антени повинна бути компенсована індуктивністю, реактивний опір якої дорівнює по абсолютній величині реактивного опору ємності антени. Таким чином, застосування котушки, що подовжує, на ДВ є абсолютно обов'язковим (на рис. 1 котушка не показана). Подовжувальна котушка включається послідовно з антеною. Щоб можна було оцінити необхідну індуктивність подовжувальної котушки, необхідно знати ємність антени, яка є дуже важливим параметром антени, що передає ДВ. Чим більша ємність антени, тим меншу потрібно індуктивність котушки, що подовжує. Відповідно, чим більша ємність антени, тим меншими будуть марні втрати потужності передавача через омічний (активний) опір подовжувальної котушки. А втрати потужності в котушці, що подовжує, дуже істотні при роботі на ДВ. Крім того, при більшій ємності антени зменшується напруга на ній, яка на ДВ навіть за порівняно малопотужного передавача досягає одиниць, а то й десятків кіловольт. Зменшення напруги на антені полегшує проблему ізоляції. Є ще причини, про які ми поговоримо пізніше, під час обговорення про " втрат оточення " , якими слід прагнути зробити якомога більшу ємність антени. Саме збільшення сумарної ємності антени (разом з отриманням більш рівномірного розподілу струму у вертикальній частині) це причина, через яку в передаючих ДВ антена намагаються зробити горизонтальну частину якнайбільше і часто з декількох паралельних проводів (багатопроменеві Г- і Т-подібні антени). Місткість ДВ антени з прийнятною для радіоаматорської практики точністю можна оцінити за простим правилом: кожен метр дроту антени (як у вертикальній, так і в горизонтальній частині) дає близько 6 пФ ємності антени. Якщо кілька проводів розташовані паралельно один одному, то за малої відстані між ними сумарна ємність зменшується. Тому при виготовленні Г- або Т-подібної антени з багатопроменевою горизонтальною частиною слід, по можливості, витримувати відстань між проводами не менше 2...3 м. Більше немає сенсу, а менша відстань призводить до зменшення ємності, що припадає на кожен метр дроту . Реактивний опір ємності антени можна знайти за загальновідомою формулою Хс = 1/(2πfС). Так як реактивний опір подовжувальної котушки має бути по абсолютній величині таким же, то через реактивний опір і індуктивності XL = 2πfL можна знайти індуктивність. Для практичних цілей зручніше формули, що виходять, якщо підставити значення частоти f = 136 кГц і перетворити одиниці виміру: Хс = 1170000/С, XL = 0,85 L, L = ХL/0.85, де опори підставляються в омах, ємність - в пикофарадах, а індуктивність - у мікрогенрі. Дуже грубо для прикидкових розрахунків вважатимуться, що у частоті 136 кГц реактивний опір ємності 1000 пФ становить 1000 Ом і збільшується при зменшенні ємності порівняно з 1000 пФ. Відповідно для індуктивності кожна мікрогенрі дає близько 1 Ом. Такі цифри легко запам'ятати. Велика точність розрахунків часто-густо і не потрібна, оскільки розраховані величини все одно доведеться уточнювати експериментально. Вплив навколишніх предметів антену теоретично врахувати вкрай важко! Щоб уявити порядок параметрів антени в типових радіоаматорських умовах, зробимо оцінку для такого прикладу. Нехай є Г- або Т-подібна антена з однопроменевою горизонтальною частиною довжиною 80 м, розташованою на висоті 20 м. Довжина вертикальної частини становитиме 20 м, загальна довжина дроту - 100 м. Ємність такої антени буде близько 600 пф, тобто реактивна частина вхідного опору – приблизно 2000 Ом. Для компенсації реактивного опору ємності антени потрібно подовжує котушка з індуктивністю трохи більше 2000 мкГн. Може виникнути питання, чому б не знайти індуктивність котушки, що подовжує, знаючи ємність антени і використовуючи формулу для звичайного коливального контуру? Звісно, можна й так. Але розрахунок через реактивні опори дозволяє оцінити, наприклад, напруга на антени при заданому струмі і опір втрат подовжувальної котушки при відомій її добротності. Оскільки активна частина вхідного опору антени набагато менша від реактивної частини, напруга на антені у вольтах приблизно дорівнює струму антени в амперах, помноженому на реактивний опір антени в омвх. Опір втрат котушки, її реактивний опір та добротність пов'язані простою формулою: Rкат = XL/Q. При добротності Q = 2000 опір втрат буде 200/2000 = 200 Ом. Другим вкрай важливим параметром ДВ антени є її висота, що діє. Не беручи до уваги залежність діючої висоти від деталей конструкції антени, відзначимо два граничні випадки. Діюча висота одиночного вертикального дроту без ємнісного навантаження нагорі дорівнює половині його геометричної висоти. Для Г- або Т-подібної антени з ємністю горизонтальної частини набагато більшої, ніж ємність вертикальної частини, висота, що діє, наближається до висоти підвісу горизонтальної частини антени над землею. Відразу зазначимо, що треба прагнути зробити діючу висоту антени якнайбільше принаймні метрів 10... 15, а краще 30...50. Але, мабуть, 50 м - це максимум, який можна досягти у звичайних аматорських умовах. Приблизно такою вийде діюча висота Г- або Т-подібної антени з великою горизонтальною частиною підвішеною між двома 16-поверховими будинками. Чому ж діюча висота антени така важлива? Вся справа в тому, що коли розміри антени набагато менші за довжину хвилі, напруженість поля, що приймається кореспондентом, прямо пропорційна добутку (позначимо його як А) сили струму в антені на діючу висоту антени, що вимірюється в метрахперах. Чим більша висота вашої антени, тим сильніший ваш сигнал. Потужність, що випромінюється передавальної станцією Різл (нв плутати з вихідною потужністю передавача!) пов'язана з цим твором простим співвідношенням (для частоти 136 кГц): Різл = 0.00033A2. Щоб орієнтуватися у отримуваних значеннях, розглянемо приклад. Нехай висота антени, що діє, становить 20 м. Сила струму в антені при вихідній потужності передавача в 100 Вт зазвичай буває в межах 1...3А. Нехай вона виявилася 2 А. Тоді А = 40 метрампер і випромінювана потужність становитиме 0,5 Вт. З прикладу видно, що ККД аматорських передаючих ДВ антен дуже малий, адже випромінюється лише 0,5% потужності, що віддається передавачем. І це ще дуже добре! Часто ККД буває менше 0,1%. І тільки при використанні "гігантських" (за радіоаматорськими мірками) антен ККД може досягати кількох десятків відсотків. Прикладом служить антена першої російської довгохвильової DX-зкспедиції, проведеної колективом RU6LWZ, коли використовувалася щогла висотою більше 100 м. Низький ККД аматорських передаючих ДВ антен призводить до того, що потужність випромінювання зазвичай вимірюється десятими, або навіть сотими частками вата, рідко досягаючи одиниць ватів. Проте і за таких мізерних випромінюваних потужностей любителі, використовуючи спеціальні види роботи (передусім QRSS - повільний телеграф), проводять зв'язки на відстанях у тисячі, а то й 10... 15 тисяч кілометрів! Звичайним телеграфом при цьому вдаються зв'язки на кілька сотень, а іноді, при хорошому проходженні, спеціальних приймальних антена та малому рівні перешкод, на одну-дві тисячі кілометрів. Ми бачимо, що ситуація з антенами, що передають ДВ, радикально відрізняється від того, до чого ми звикли на КВ. Якщо на КВ зазвичай ККД близький до 100% (за винятком хіба що 160-метрового діапазону, і то не завжди), то на ДВ він дуже малий. Якщо на KB ми намагаємося сфокусувати випромінювання в одному напрямку та оперуємо поняттям коефіцієнта посилення, то на ДВ випромінювання завжди практично кругове і про яке посилення говорити не доводиться. Якщо на КВ ми прагнемо отримати пологі кути випромінювання, на ДВ кут випромінювання завжди практично однаковий. Якщо на KB антена зазвичай живиться по коаксіальному кабелю і прагнемо отримати хороший КСВ, то ДВ антена завжди живиться безпосередньо і поняття КСВ втрачає сенс. Єдине, за що доводиться "боротися" при роботі на ДВ, це випромінювана потужність, або, що те ж саме, максимальна кількість "метрамперів в антені". Розглянемо тепер більш детально, як залежить висота антени, що діє, від її геометричних розмірів і деталей конструкції для найбільш поширених типів антен. Як зазначалося, діюча висота простого вертикального дроту бвз ємнісної навантаження зверху (рис. 1,а) просто дорівнює половині геометричної висоти антени. Так само діюча висота антени "похилий промінь" (рис. 1,ж) дорівнює половині висоти верхньої точки антени. Якщо антена має горизонтальне ємнісне навантаження (наприклад, рис. 1,в), то висота hд такої антени, що діє, визначається співвідношенням ємностей вертикальної Св і горизонтальної Сг частин, а також геометричною висотою підвісу h горизонтальної частини. Вона може бути знайдена за формулою hд = h(1-0,5/(Сг/Св+1)) Ємності горизонтальної та вертикальної частин антени можуть бути, як і для всієї антени, визначені за правилом "6 пФ на кожен метр дроту". З формули видно, що якщо Сг набагато більше Св, то висота hд, що діє, наближається до геометричної висоті п. Особливого розгляду вимагають випадки похилої "вертикальної" частини (рис. 1,е) і похилого ємнісного навантаження (рис. 1,6, г, д). Якщо " вертикальна частина " похильна, а ємнісне навантаження практично горизонтальна (рис. 1,е), майже нічого змінюється, лише кілька зростає Св через довшого дроту, а формула залишається тієї ж. Якщо у Т-антени вертикальна частина підключається досить точно посередині похилого ємнісного навантаження (рис. 1, д), формула також працює, тільки як h треба брати висоту над землею точки підключення вертикальної частини до горизонтальної. У цій антені вертикальні компоненти електричного поля, створені двома плечима ємнісного навантаження, взаємно компенсуються. Тому і формула стають дещо іншою: hд = 1h( 1,6 + а - а0,5/(Сг/Св+ 1)), де а = h2/h - відношення висот верхнього та нижнього кінців ємнісного навантаження. Підкреслимо, що з випадків, показаних на рис. 1, б та рис. 1,г небажано опускати нижній кінець ємнісного навантаження до самої землі. Це призведе до зниження висоти до 0,5h. Якщо немає можливості підняти ці точки (наприклад, є лише одна щогла), краще дроти, що становлять ємнісне навантаження, продовжити до землі ізолюючим шнуром (можна застосувати і дріт, розбивши його в 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 дроту була розташована якомога вище (і, як зрозуміло з подальшого, подалі від дерев, стін тощо). Ну а діюча висота - яка вийде! Розібравшись з першим співмножником "основного параметра" - твори висоти, що діє, на силу струму в антені, розглянемо, від чого залежить другий співмножник - сила струму в антені, і як її зробити побільше. Звісно, сила струму залежить від потужності передавача. Але не тільки. Ще вона залежить від активної частини вхідного опору R, яка, у свою чергу, є сумою опору втрат Rп та опору випромінювання Rізл, як показано на еквівалентній схемі рис. 2.
Опір випромінювання (в омах) на частоті 136 кГц визначається за формулою Rизл = 0,00033hд2 і для радіоаматорських антен становить зазвичай не більше кількох десятих часток ома. У переважній більшості випадків опір втрат набагато більший за опір випромінювання. Власне, саме тому виходить низький ККД, що дорівнює Rізл / (Rізл + Rп). У умовах струм в антені залежить переважно від опору втрат, а опір випромінювання на струм майже впливає. Саме у такому співвідношенні опору втрат та опору випромінювання полягає причина радикальної відмінності ДВ та KB антен. На KB, де сила струму в антені визначається переважно опором випромінювання, не має значення сама величина цієї сили струму. Антена може "живитись 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 потужність, що випромінюється, пропорційна квадрату сили струму. Тому необхідно прагнути зробити силу струму якнайбільше, навіщо треба зробити якнайменше опір втрат Якщо опір втрат в антені Rп відомий, то за відомої вихідної потужності передавача Р легко знайти силу струму I в антені: I = v (P/Rп). Опір втрат складається з омічного опору дроту антени, активної частини опору подовжувальної котушки, опору заземлення та так званого опору втрат оточення (enviroment loss). Останнє пов'язане із втратами енергії за рахунок струмів, наведених у навколишніх предметах (будинках, деревах тощо). Опір мідного дроту антени діаметром щонайменше 2 мм зазвичай дуже мало і можна не враховувати. Винятком може бути випадок, коли горизонтальна частина антени (ємне навантаження) дуже довга (сотні метрів) і виконана у вигляді одного тонкого дроту. Інші складові опору втрат набагато більші. Опір втрат подовжувальної котушки вже суттєво, особливо за невисокої добротності. Добротність - це відношення реактивного (індуктивного) опору котушки на цій частоті до опору втрат. Останні складаються із втрат у магнітопроводі, каркасі та дроті. У передаючих ДВ антенах не використовують котушки з магнітопроводом, що пов'язано з великими струмами, при яких важко уникнути його насичення. Втрати в діелектриці каркаса зазвичай малі, проте справедлива рекомендація: що менше матеріалу йде каркас, краще. Зрозуміло, бажано використовувати високоякісний діелектрик Але ВЧ струм тече в основному по поверхні дроту (скін-ефект) і тому опір виявляється суттєво більшим, ніж на постійному струмі або на звукових частотах. У багатьох книгах можна знайти формулу для питомого (Ом/м) опору мідного дроту з урахуванням скін-ефекту: Rуд = (0,084/d)vf де d - діаметр дроту в мм; f - частота МГц. Здавалося б, можна порахувати питомий опір дроту котушки за цією формулою, помножити на довжину дроту та отримати опір втрат у котушці. На жаль, крім скін-ефекту є ще й ефект близькості, що призводить до того, що опір дроту в котушці виявляється суттєво більшим за опір прямолінійного дроту. Через вплив витків один на одного струм тече не рівномірно по всій поверхні дроту, а в основному в частині поверхні, зверненої всередину котушки. Отже, менш ефективна поверхня – більший опір. За результатами дослідження, проведеного автором, через ефект близькості опір дроту одношарової котушки зростає в 1+4,9(d/a)2 разів, де d - діаметр дроту; а - крок намотування. Якщо крок намотування зробити невеликим (намотка виток до витка), індуктивність котушки на один виток побільшає, витків знадобиться менше, зменшиться і довжина дроту. Проте істотно зросте ефект близькості. Якщо зробити великий крок намотування, збільшення опору за рахунок ефекту близькості буде менше, але доведеться намотати більше витків і стане більше довжина дроту. Виявляється, є оптимум, який спостерігається при кроці намотування приблизно вдвічі більше діаметра дроту. Іншими словами, зазор між витками повинен приблизно дорівнювати діаметру дроту. Чи залежить опір втрат у котушці від діаметра дроту? Як не 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 вельми несподіваний результат: добротність котушки (і, відповідно, опір втрат за заданої індуктивності) залежить в основному від діаметра каркаса котушки! Причому добротність прямо пропорційна цьому діаметру. А від діаметра дроту добротність майже не залежить. Щоб уникнути непорозумінь відзначимо, що це справедливо лише у випадку, коли діаметр дроту істотно більший за товщину скін-шару. На частоті 136 кГц це виконується для мідного дроту діаметром 0,5 мм і більше (як і буває). Отже, щоб одержати малих втрат треба робити котушку великого діаметра. Деяке значення має співвідношення діаметра каркаса і довжини намотування. Встановлено, що добротність котушки максимальна при діаметрі каркаса в 2...2,5 рази більша за довжину намотування. У цих умовах для дуже грубої оцінки (а точніше зазвичай і не потрібно) на частоті 136 кГц при суцільному мідному дроті, оптимальних співвідношеннях кроку намотування і діаметра дроту, а також діаметра каркаса і довжини намотування добротність одношарової котушки можна вважати рівною діаметру каркаса в міліметрах. Повернемося до наведеного вище прикладу, де реактивний опір котушки має бути близько 2000 Ом, активний – 10 Ом, а добротність – 200. Діаметр каркасу треба взяти близько 200 мм. Ще більший діаметр каркасу доведеться вибрати для отримання меншого опору втрат у котушці. Ми бачимо, що подовжувальну котушку антени, що передає ДВ, доводиться робити дуже великих габаритів. Тому котушку зазвичай не вбудовують у передавач, а розміщують окремо. Щоправда, є одна можливість помітно зменшити габарити котушки за тих же втрат або зменшити втрати при колишніх габаритах. Треба намотати котушку не суцільним мідним дротом, а спеціальним літцендратом для передавачів. Він складається з величезної кількості (кілька сотень) дуже тонких ізольованих один від одного мідних провідників. Поверх провідників зазвичай є обплетення з шовку. Застосовуючи лицендрат, треба приділити особливу увагу тому, щоб кожен (!!!) тяганина була пропаяна в точках підключення котушки. На жаль, автору не відома якась теорія, що дозволяє розрахувати добротність котушки з ліцендрату, з досвіду відомо, що при тих же габаритах добротність котушки з ліцендрату приблизно вдвічі більша, ніж при намотуванні суцільним мідним дротом. Опір втрат котушки, що подовжує, - це важлива складова загального опору втрат антени. Але якщо зробити котушку досить великого, але ще прийнятного діаметра (міліметрів 200...400), основний внесок у загальні втрати дадуть опір заземлення та опір втрат оточення. Їх зазвичай важко поділити, і часто цей загальний опір називають опором землі. Зауважимо одночасно, що ВЧ опір заземлення зовсім не збігається з опором заземлення на низьких частотах. Так що якщо є "електротехнічне" заземлення з відомим опором, його, звичайно, можна і потрібно використовувати, але його опір на частоті 136 кГц буде набагато більше, ніж на промисловій частоті 50 Гц. На жаль, розрахувати втрати у землі радіоаматорам зазвичай неможливо. Формули, що застосовуються професіоналами, не застосовні для таких маленьких у порівнянні з довжиною хвилі радіоаматорських антен. Та й на відміну від професійних, 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 тощо. Це також ускладнює розрахунок. Отже, доведеться обмежитися лише вказівкою те що, що зазвичай опір втрат у заземленні разом із опором втрат оточення становить близько 30- 100 Ом, і навіть рекомендаціями щодо зменшення величини цих втрат. Як мовилося раніше, необхідно максимізувати струм в антені. Чим менший опір втрат, тим він більший. Щоб зменшити опір втрат заземлення в радіоаматорській практиці, необхідно з'єднати все, що тільки можливо із закопаного в землю та розташованого на поверхні землі металу. Це можуть бути водопровідні труби, різні металеві конструкції тощо. буд. Тільки не треба використовувати газові труби! Це неприпустимо з міркувань пожежної безпеки! У професійній практиці зменшення втрат у землі заземлення виконують як так званої " металізації землі " під антеною. Це система закопаних на невелику глибину або дротів, що лежать на поверхні землі. Площа металізації повинна по можливості покривати всю поверхню під горизонтальною частиною антени, виходячи за межі проекції антени на площину землі на відстань порядку висоти антени. Якщо горизонтальної частини (ємнісного навантаження) немає, то радіус металізації має 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 таки у професійній практиці відстань між окремими проводами системи "металізації землі" вибирають близько 1 метра і іноді навіть застосовуються суцільні металеві листи. Навряд чи у радіоаматорській практиці це можливо. Тому навіть якщо й робиться деяка подібність такої системи заземлення, то відстань між проводами буде швидше за все більшою. На скільки залежить від можливостей конкретного радіоаматора. Звісно, за більш " рідкісної " металізації землі втрати у 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 як заземлення наявний водопровід. Власне тому і виявляється, що опір заземлення у радіоаматорів таке велике, набагато більше за заземлення професійних ДВ антен, де опір втрат у землі часто буває близько 1 Ом, навіть для порівняно невеликих антен малопотужних ДВ станцій. А в антен мовних ДВ станцій, коли в землю закопуються десятки, а то й 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 нагоді скористатися професійною ДВ антеною. Але не лише якістю системи заземлення визначаються втрати в антені. Якщо провідники антени проходять поблизу будинків, дерев тощо, виникають додаткові втрати ВЧ енергії, які на нагрівання цих навколишніх предметів. Власне це і є втрати оточення. Необхідно, щоб проводи антени, що під високим ВЧ потенціалом, розташовувалися, наскільки можна, з відривом щонайменше 1...3 м від навколишніх предметів. А якщо такий провід довгий і йде паралельно предмету, що "заважає", відстань треба вибирати ще більше. Ситуацію ілюструє рис. 3.
Втрати у разі рис. 3,а значно менше, ніж у разі рис. 3,б. Вертикальний провід в останньому випадку наводитиме в стіні будинку значні струми ВЧ, що призводять до марних втрат потужності передавача, витрачаючи її на нагрівання стіни. Подібної ситуації необхідно уникати. Але що робити, якщо віднести від стіни вертикальний провід антени неможливо? У цьому випадку сенс модифікувати антену так, як показано на рис. 3, ст. І хоча струм у вертикальному дроті буде практично такий самий, як у випадку рис. 3,а, але ВЧ потенціал щодо землі на ньому буде малий (він великий тільки після котушки, що подовжує). Відповідно, зменшиться і вплив стіни будинку. Котушку, щоправда, доведеться зробити дещо більшою індуктивності, оскільки ємністю антени, до якої підключено котушка, буде лише ємність горизонтального дроту. В 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 дроті, що проходить поблизу стіни, дещо зросте, але вона не буде такою значною, 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 відіграє провід заземлення, наприклад водопровідні труби. Вони розташовані в безпосередній близькості від стін, але оскільки ВЧ потенціалу на них практично немає, як і на вертикальній частині антени на рис. 3,в, вплив стін слабкий. Тож антена працюватиме цілком задовільно. Розглянуті приклади показують, що особливо великі втрати оточення виявляються у випадку, коли поблизу навколишніх предметів знаходяться частини антени, що мають високий потенціал. Звичайно, зменшення напруги на всій антені, як і зменшення напруги на частини антени, зменшує втрати оточення. Це пояснює раніше зроблене зауваження у тому, збільшення сумарної ємності антени збільшує ефективність антени. Дійсно, збільшення ємності антени призводить до зменшення напруги на ній і, отже, зменшення втрат оточення. При тій же потужності передавача у вертикальній частині антени вдасться отримати велику силу струму і, як наслідок, сигнал, що випромінюється, зросте. Звичайно, наведені малюнки та коментарі до них не вичерпують усіх ситуацій, які можуть статися при практичному виконанні антени. Але автор сподівається, що вони ілюструють загальний підхід до конструювання ДВ антени з мінімальними в умовах втрати оточення. Ну а в кожному конкретному випадку радіоаматору доведеться думати, експериментувати та приймати рішення самостійно. Насамкінець - буквально кілька слів про підключення антени до передавача. З викладеного ясно, що вхідний опір антени після налаштування в резонанс котушкою в більшості випадків не дорівнює 50 або 75 Ом. Але в цьому немає і необхідності, коаксіального кабелю немає. Просто слід передавачу передбачити можливість регулювання вихідного опору. Найлегше це зробити при трансформаторній двотактній схемі вихідного каскаду передавача. Вторинну обмотку трансформатора у разі необхідно зробити з відведеннями і встановити перемикач. Звісно ж, ряд вихідних опорів 5, 7, 10, 15, 20, 30, 50, 70, 100, 150, 200 Ом цілком достатній будь-яких радіоаматорських антен, включаючи як " дуже погані " , і " дуже хороші " . Підійде стандартний галетний перемикач на 11 положень. Для точного настроювання антени в резонанс 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 варіометр включена додатково досить велика котушка постійної індуктивності, а варіометр служить тільки для підстроювання. В описаному варіанті зв'язку антени з передавачем налаштування зводиться до підбору положення перемикача, що забезпечує максимальний струм в антені, і регулювання індуктивності котушки, що подовжує. Після кожного перемикання вихідного опору передавача треба підлаштовувати індуктивність (варіометр) для отримання резонансу, досягаючи максимального струму в антені. Можливі й інші варіанти виконання вихідного ланцюга передавача, та інші методи налаштування, але їх обговорення привело б нас занадто далеко від основної теми статті. Тому, завершуючи виклад, побажаю читачеві успішних експериментів і до зустрічі на довгих хвилях! Автор: Олександр Юрков (RA9MB)
Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами
05.05.2024 Приміальна клавіатура Seneca
05.05.2024 Запрацювала найвища у світі астрономічна обсерваторія
04.05.2024
▪ Портативний роутер Wi-Fi з функцією резервної батареї ▪ Молекулярний електронний чіп ▪ Настільний мікрофон Yamaha Adecia RM-TT
▪ розділ сайту Інструменти та механізми для сільського господарства. Добірка статей ▪ стаття Кому на Русі жити добре. Крилатий вислів ▪ стаття Хто винайшов косметику? Детальна відповідь ▪ стаття Вільха сіра. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Вимірювач рівня води. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Портативне акумуляторне джерело живлення. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page