ПРОСТАЯ АНТЕННА С ИСКУССТВЕННОЙ "ЗЕМЛЕЙ"
Von Rudolf Wolf, Karl H. Hille. Einfache DX—Antenne mit Kunstlicher Erde.
CO-DL, 1979, № 11, S. 493-495
Из-за недостатка средств, времени или технических возможностей радиолюбители часто вынуждены обходиться простейшими проволочными антеннами. Об одном интересном варианте подобной антенны рассказывается в этом материале. Но для подобных антенн весьма важна и вторая их половина - "земля", которой также уделено внимание.
Антенна предназначена для работы на любительских диапазонах 10, 15, 20, 40 и 80 метров и представляет собой провод длиной 52 м, подключенный к передатчику через несложное согласующее устройство. Вполне возможно, что се можно согласовать и на других любительских диапазонах, но такая проверка авторами (DL2RM и DL1VU) не проводилась.
Частоты названных выше любительских диапазонов отличаются в целое число раз, поэтому практически все многодиапазонные проволочные антенны имеют длину, кратную длине волны самого низкочастотного из используемых любительских диапазонов. Длина данной антенны с этой точки зрения "странная", но анализ распределения тока в ней для различных диапазонов показывает, что она не случайна. Дело в том, что точка питания антенны на всех диапазонах отстоит от ближайшей пучности тока вполне конкретным образом - уровень тока в ней соответствует 60...90 процентам от значения тока в пучности. Это дает возможность упростить согласующее устройство.
Антенна подвешивается достаточно произвольным образом в зависимости от конкретных условий. Так, у одного из авторов полотно антенны выходило из окна на втором этаже и шло параллельно поверхности земли на высоте 8 м. Само полотно из-за ограниченного пространства при этом было повернуто на угол 90" в точке, отстоящей от дома на расстояние 16 м.
Следует сразу заметить, что распределение тока, о котором говорилось выше, будет и в случае, если полотно антенны будет иметь длину всего 12 м. Однако в этом варианте излучающая часть находиться слишком близко к дому, и ее эффективность скорее всего будет ниже, чем у 52-метровой антенны.
Принципиальная схема согласующего устройства для этой антенны приведена на рис. 1. Оно состоит из катушки индуктивности L1 и конденсатора переменной емкости С1. Катушка имеет переменную индуктивность, которую обеспечивает подвижный контакт. Сегодня такие катушки относительная редкость, поэтому ее можно заменить на катушку с отводами, подобрав их экспериментально при отладке антенны.
Рис.1.
Как уже отмечалось, половина успеха при работе с проволочными антеннами определяется наличием хорошей радиотехнической "земли". Ее отсутствие, помимо снижения эффективности антенны, может привести к появлению на корпусе передатчика высокочастотного напряжения. Это чревато негативными последствиями. Во-первых, не исключено появление самовозбуждения передающего тракта и ухудшение качества сигнала. Во-вторых, возможен при этом выход из строя самого передатчика. В третьих, высока вероятность появления помех приему телевизионных и радиовещательных передач и соответствующей им конфликтной ситуации с соседями.
Рекомендации подключать в качестве "земли" систему снабжения дома холодной водой или систему отопления, как правило, не работают. В первых сегодня нередко используются пластиковые трубы и реальной "земли" у водопровода может и не быть, а вторые исходно могут быть вообще оторваны от "земли". Может не подойти даже и настоящее "заземление", которое имеется в некоторых домах (подключено обычно к ванне). Дело в том, что в реальных условиях радиостанция обычно находится на некотором удалении от точки ввода "заземления" в квартиру. Если длина провода, соединяющего ее с точкой ввода "заземления", окажется на каких-то диапазонах близкой к нечетному числу четвертей волны, то соединительный провод будет работать как четвертьволновый трансформатор и только ухудшит ситуацию.
Радикальное решение проблемы - введение хотя бы одного четвертьволнового противовеса на каждый рабочий диапазон. Это реально для диапазонов 10, 15 и даже 20 метров (если соответствующие провода протянуть вдоль от внешней стены здания на некотором от нее расстоянии). Но для диапазонов 40 и 80 метров подобное решение обычно не проходит - не хватает места.
DL2RM и DL1VXJ предложили ограничиться одним коротким противовесом длиной всего 2 м (т.е. чуть меньше L/4 для самого высокочастотного диапазона), который настраивается в резонанс с помощью согласующего устройства. Это несколько усложняет само согласующее устройство, но делает реальным эффективную работу проволочных антенн на нескольких любительских диапазонах. Противовес располагают снаружи дома, удалив его на максимально возможное расстояние от стены. В авторском варианте он шел от окна на выступающий угол балкона.
Эту часть согласующего устройства (рис. 1) образуют катушка индуктивности L2 и конденсатор переменной емкости С2. Как и в узле настройки самой антенны, катушка имеет переменную индуктивность. Ее также можно заменить на катушку с отводами, которые подбирают при налаживании антенны.
Если с настройкой собственно антенны все относительно просто (производится по минимуму КСВ в тракте передатчик - согласующее устройство), то в настройке противовеса есть некоторые тонкости. Оптимальной его настройке соответствует ситуация с минимумом высокочастотного напряжения на корпусе, однако зарегистрировать это непросто.
Проще и надежнее регистрировать минимум тока в коротком вспомогательном противовесе длиной около 1 м, подключенном к корпусу передатчика (рис. 2).
Рис.2.
Индикатором может служить обычная лампочка накаливания, которую включают как можно ближе к корпусу. Лампочка должна иметь малый рабочий ток (например, на 1 В и ток 68 мА). Но лучше всего для надежной настройки противовеса изготовить трансформаторный индикатор высокочастотного тока на основе ферритового кольцевого магнитопровода из материала с начальной магнитной проницаемостью 20...50 (размер кольца не критичен). Первичной обмоткой служит провод вспомогательного противовеса, который пропускают через кольцо. Вторичная обмотка - несколько витков провода на кольце. Напряжение, возникающее на вторичной обмотке, пропорционально току в противовесе. Его регистрируют с помощью простейшего выпрямителя на высокочастотном германиевом диоде (Д18, Д311, Д9 и т.д.). При отлаживании и в повседневной работе настройку антенны надо начинать с противовеса (сначала "земля", КСВ потом).
Отладив антенну с настраиваемым противовесом, можно попытаться улучшить ее работу. Дело в том, что короткий настраиваемый противовес не очень эффективен на диапазонах 80 и 40 метров. Для улучшения работы антенны на этих диапазонах теперь целесообразно попробовать подключить к корпусу согласующего устройства остальные "земли" в доме: систему подачи холодной воды, систему отопления и даже балконную решетку (все вместе или в различных комбинациях). Для этого в согласующем устройстве предусмотрены дополнительные клеммы Х2-Х4. При наличии настроенного противовеса они уже не должны отрицательно влиять на работу антенны в целом, а на низкочастотных диапазонах могут и улучшить ее работу. Целесообразность их подключения вообще и наиболее оптимальный вариант в каждом конкретном случае можно проверить только практически.
Сказанное здесь о радиотехнической "земле" полностью, кстати, относится ко всем проволочным антеннам с несимметричным питанием (WINDOM, VS1AA и др.).
Дополнительно:
Простая антенна с искусственной "землей" (возвращаясь к напечатанному)