Фізика радіоприймальної антени.
Приймальна антена служить для прийому електромагнітних хвиль, випромінюваних передавальною радіостанцією, і для подачі змінної напруги прийнятого сигналу на вхід приймача.

Пристрій такої антени добре відомо радіоаматорам. Масовими типами прийомних антен є: Г-образна (рис. 1, а) і Т-образна (рис. 1,6) однопроменеві антени, простий вертикальний або похилий провід (рис. 1, в), іноді з «мітелочкою» на вершині (рис. 1, г), а також різні зовнішні рамки і всілякі спрощені кімнатні антени.

Розглядаючи антену як радіотехнічне пристрій, слід пам'ятати, що будь-яке проведення не тільки володіє активним опором, але і здатний накопичувати електричні заряди і індуктивність в самому собі – е. д. с. за всяких змінах струму, тобто провід має електричну ємністю і індуктивністю. Отже, будь-яка антена являє собою коливальну ланцюг.

Цей своєрідний коливальний контур в силу того, що його власна ємність та індуктивність рівномірно розподілені по всій довжині дроту, має свої фізичні особливості, які полягають в тому, що при виникненні в антені коливального процесу струм і напруга розподіляються в проводі нерівномірно, тобто в кожній точці дроти значення цих величин різні.

Якщо, наприклад, у вертикальній антени, що працює з заземленням, виникає коливальний процес, то найбільший струм буде в тій точці провідника антени, яка ближче до заземлення, тобто в точці підключення антени до приймача. У наступних, вищерозміщених, точках дроти струм буде поступово зменшуватися і в самої вершини, тобто у кінця антени, він спаде до нуля (рис. 2). Напруга в такій антені розподіляється у зворотному порядку. Найбільша величина його відносно землі виявляється у верхнього кінця проводу, а найменша – у точці підключення його до приймача.

Точки проведення, у яких спостерігаються максимальні значення струму або напруги, називаються відповідно пучностями струму і пучностями напруги, а ті точки, де струм і напруги дорівнюють нулю, називаються вузлами струму і вузлами напруги.

Як і всяка інша коливальна ланцюг, приймальня антена характеризується величинами власної ємності СА і власної індуктивності Lа, які залежать від геометричних розмірів і форми антени. Так, наприклад, кожен метр однопроводной антени, віддаленої від інших провідників, має власної ємністю 5 пФ і власною індуктивністю близько 1-2 мкГн. Найпростіші аматорські прийомні антени мають зазвичай ємність близько 200-250 пф, індуктивність близько 20 мкГн і активний опір близько 25 ом.
Крім того, антена характеризується ще одним дуже важливим параметром, який називається діючої або ефективної заввишки.

Діючою або ефективної висотою даної антени називають висоту умовної вертикальної антени, яка випромінює (якщо розглядати антену як передавальну) таку ж потужність, як і реальна антена, але має струм по всій довжині однаковий і рівний значенню струму в пучності реальної антени.
Висота такої уявної антени, як видно з рис. 3, завжди буде менше геометричної висоти реальної антени.

Діюча висота – поняття умовне, прийняте для полегшення розрахунків антен.

У різних прийомних антен діюча висота залежить від форми антени та умов її роботи. Для Г-образних і Т-подібних антен вона складає близько 0,7-0,8 їх геометричної висоти. У більшості випадків діюча висота звичайних любительських антен, що застосовуються для радіомовних приймачів, становить від 1,5 до 4 м.

Ознайомившись загалом з фізичними особливостями антени, розглянемо тепер антенний ланцюг в приймачі.

Типова антенна ланцюг показана на рис. 4. Вона складається з самої антени, що володіє власною ємністю Сл, індуктивністю LA, активним опором Ra, і додаткової котушки індуктивності L, яка пов'язує антену з вхідним контуром приймача. Крім того, в антенну ланцюг входить заземлення чи противагу.

Електромагнітні хвилі, випромінювані передавальної радіостанцією, при переселенні дроти прийомної антени збуджують у ньому змінну е.. д. с. Частота і характер змін цієї е.. д. с. в точності відповідають частотою та характером всіх змін електромагнітного поля.

Величина е.. д. с, виникає в антені, дуже мала і вимірюється мікровольт або – у кращому випадку – мілівольтах. Значення її залежить від потужності і віддаленості передавальної радіостанції, від умов та особливостей поширення радіохвиль і від діючої висоти приймальної антени.
У сучасних радіомовних приймачах антенний ланцюг не налаштовують. Справа в тому, що лампові приймачі мають два-три контури (а іноді і більше), які налаштовують однією ручкою. Цією ж загальної ручкою повинна була б одночасно налаштовуватися і антенна ланцюг. Але здійснити це дуже важко, бо ємність різних антен різна і взагалі непостійна: вона може довільно змінюватися під дією зовнішніх причин (При гойданні антени, при зміні вологості повітря і т. п.). Тому точно врахувати ємність антени не можна і забезпечити незмінну настройку антеною ланцюга для будь-якої ділянки діапазону практично неможливо. Залишати антенний ланцюг налаштованої на яку-небудь одну частоту діапазону не має сенсу, так як на інших ділянках даного діапазону чутливість приймача буде різко погіршуватися.
Щоб чутливість приймача не змінювалася так різко по діапазону, резонанс антеною ланцюга виводять за межі робочого піддіапазону. Для цього вмикають у антенний ланцюг котушку L з такою індуктивністю, що резонансна частота антенного контуру виявляється приблизно на 30% нижче, ніж найнижча частота даного піддіапазону. Якщо, наприклад, робочий піддіапазон приймача разен 150-400 КГІ, то антенна ланцюг налаштовується на частоту 115 кГц.

Налаштовувати антенний ланцюг на частоту, що перевищує найвищу прийняту частоту, невигідно, тому що при цьому чутливість буде сильно мінятися за діапазоном.

На цьому ми закінчимо короткий знайомство з фізичними процесами в антеною ланцюга. Необхідно тепер лише сформулювати вимоги, яким повинна задовольняти антенна ланцюг. Основні з них зводяться до наступного:
Антена повинна можливо краще сприймати енергію радіохвиль.
Антенна ланцюг в межах кожного піддіапазону повинна забезпечувати максимально високу і постійну чутливість приймача.

Антена не повинна впливати на налаштування наступних контурів приймальні схеми, тобто підключення будь-якої антени до приймача не повинно викликати зміни настройки його вхідного контуру. Для виконання цього вимоги доводиться застосовувати слабкий зв'язок антеною ланцюга з вхідним контуром, що погіршує чутливість. Однак ослаблення напруги сигналу може бути відшкодовано посиленням його в наступних каскадах приймача.

Аматорські антени.





Основні типи аматорських антен наведено на рис. 1.

Для лампового радіо може бути застосована будь-яка з зазначених антен. Довжина горизонтальної частини Г-образної або Т-подібної антени в цьому випадку не повинна перевищувати 20 м. Зазвичай вона становить 8-12 м.

Для детекторних приймачів горизонтальна частина антени робиться трохи довший: до 30-50 м.

Висота підвісу антени над дахами будинків та іншими спорудами бажана не менше 4 м, а при установці щогл на землі-не менше 10-12 м. Подальше збільшення зисоти підвісу антени дасть незначний виграш в гучності (і то тільки на детекторний приймач), до приведе до помітного зростання атмосферних перешкод.

Кімнатні антени слід застосовувати тільки для лампових приймачів і лише втих випадках, коли чомусь неможливо встановити зовнішню антену.

П. Г о л д о в а н с к і й, «Радіо», 1949, № 8.