Хороша антена – кращий підсилювач Це правило було вже добре відомо в ті часи, коли аматорська звязок тільки починала розвиватися Але й сьогодні це висловлювання не втратило своєї актуальності Однак якщо раніше антенна техніка знаходилася в компетенції невеликого кола фахівців (вчених та інженерів), то тепер її знання необхідне для кожного технічно грамотного людини, займається професійної або аматорської звязком

Радіоаматори вже давно оцінили ті результати, які дає застосування високоефективних антен Про те, наскільки інтенсивно велися розробки в області аматорської антеною техніки, можна судити вже по різноманіттю систем, запропонованих коротковолновікамі і «укавістамі»

Іоносфера

Що потрібно знати про антени, щоб зробити правильний вибір

Радіозвязок між двома пунктами, розташованими на поверхні Землі, здійснюється просторовими або поверхневими хвилями Дальність розповсюдження поверхневих хвиль аматорського передавача середньої потужності – максимум 100 км Звязок на великі відстані стає можливою завдяки просторовим хвилях, які відбиваються від іоносфери

Наявність електрично заряджених частинок дозволяє проводять верхнім шаром атмосфери відображати радіохвилі переважно короткохвильового діапазону Область атмосфери, в якій відбувається іонізація, називається іоносферою Існує два чітко виражених максимуму іонізації: один на висоті 90-170 км (шар Е), а другий на висоті 200-500 км (шар F) Останній у свою чергу розщеплюється на два шари: F – від 200 до 300 км і F2 – Від 300 до 500 км Вище іоносфери знаходиться екзосфера – переддень космічного простору Самий нижній шар іоносфери (шар D) виникає на висоті 40-60 км Будова іоносфери безперервно змінюється Зміни мають добову, річну періодичність, а також повязані з періодом сонячної активності, рівним приблизно 11 рокам

Шар D, що знаходиться у відносно щільних шарах атмосфери, має максимальну електронну концентрацію в денні години, а з заходом сонця електронна концентрація швидко зменшується до нульового значення У цьому шарі сильне ослаблення відчувають радіохвилі середньохвильового діапазону, а також довгохвильової частини короткохвильового діапазону Зменшення дальності поширення в 160 – і 80-метровому діапазонах, а також погіршення прийому середньохвильових станцій в денні години в основному пояснюється поглинанням цих хвиль в шарі D У зимові місяці, коли шар D ионизирован слабкіше, спостерігається збільшення дальності поширення цих хвиль в денні години Шар Е в нічні години слабшає Хвилі довжиною близько 80 м частково поглинаються в шарі Е, а хвилі довжиною близько 40 м при достатній електронної концентрації відображаються Велике значення для поширення електромагнітних хвиль має шар F, оскільки завдяки йому збільшується дальність звязку на коротких хвилях Короткі хвилі, що випромінюються антеною і проникаючі в іоносферу, досягнувши певної висоти, на якій електронна концентрація досить велика, відбиваються назад до Землі Чим вище частота хвилі, тим більше повинна бути необхідна для відображення електронна концентрація Відбитки відбуваються з втратами енергії, причому хвилі, що мають низькі частоти, відчувають більший поглинання, ніж високочастотні

Вертикальний кут випромінювання

Для отримання найбільшої дальності звязку в короткохвильовому діапазоні можна вказати певні оптимальні кути випромінювання антени вони залежать від робочої частоти передавача, а також від висоти та електронної концентрації відображає шару іоносфери З рис 343 видно, які вертикальні кути випромінювання слід вибирати для просторових хвиль Якщо кут випромінювання а4 відносно великий, то основне випромінювання антени, потрапивши в шар F2 і відбившись, повертається на Землю на порівняно невеликій відстані від передавача Робота з такою антеною забезпечує впевнену звязок на невеликих відстанях, але не на далеких Антена з більш пологим кутом випромінювання дає значно більшу відстань (стрибок) d

Із збільшенням числа стрибків збільшується дальність звязку Однак при цьому слід враховувати, що скачки зменшують енергію радіохвиль, так як кожне проходження через іонізовані шари супроводжується поглинанням Очевидно, що для далеких звязків оптимальним є дуже пологий кут а3

Антенний пристрій найчастіше є резонансною системою Як і у всякого перетворювача енергії, одним з основних параметрів, що характеризують його роботу, є ККД Він дозволяє судити про те, яка частка потужності, що підводиться електричних коливань перетворюється в потужність електромагнітних хвиль

Рис 343 Вертикальний кут випромінювання та його вплив на дальність розповсюдження електромагнітних хвиль

Антена випромінює енергію в різних напрямках неоднаково або, інакше кажучи, володіє відомими властивостями, які прийнято характеризувати діаграмами спрямованості, що показують у відносних одиницях, з якою інтенсивністю антена випромінює енергію в різних напрямках

Антена може розташовуватися по відношенню до землі горизонтально або вертикально, у звязку з чим будуть утворюватися електромагнітні хвилі горизонтальної або вертикальної поляризації

Питання про поляризації має в радіотехніці досить істотне значення Так, наприклад, якщо в полі горизонтально поляризованих хвиль помістити вертикальну приймальню антену, то величина наведеної ЕРС буде зовсім незначною

Фідерні лінії

Тільки в переносних малогабаритних радіостанціях можливо безпосереднє підключення антени до приемопередатчику, у всіх інших випадках між ними необхідно включити фідерні лінію, яка служить для передачі високочастотної енергії з мінімальними втратами і без паразитного випромінювання

Застосовувані в радіотехніці фідери з електричною точки зору є довгими лініями – так прийнято називати електричні лінії, довжина яких порівнянна з довжиною розповсюджуються вздовж них хвиль Вони можуть дорівнювати кільком десяткам сантиметрів, а в деяких випадках вимірюватися десятками метровВажнейшім електричним параметром лінії є її комплексний опір Ζ Хвильовий опір лінії має чисто активний характер і позначається ZQ (Іноді р або W) Лінію можна представити у вигляді зєднання индуктивностей і ємностей, розподілених по її довжині (рис 344)

Хвильовий опір в основному залежить від поперечних розмірів лінії та виду застосовуваного діелектрика між її провідниками Зазвичай зустрічаються хвильові опору від 30 до 600 Ом

Високочастотні лінії, що мають хвильовий опір 30-300 Ом, виготовляються промисловістю у вигляді стрічкових і коаксіальних кабелів (рис 345,346)

Хвильовий опір коаксіального кабелю можна визначити за формулою:

двухпроводной повітряної лінії за формулою:

або за допомогою графіка (рис 347)

Розглянемо найпростіші довгі лінії, що складаються з двох однакових паралельних проводів

Кожна одиниця довжини проводу лінії володіє деякою індуктивністю (рис 344) Крім того, протилежні ділянки проводів, утворюючи як би обкладки конденсатора, мають деяку ємність Індуктивність L і ємність С, що припадають на одиницю довжини лінії, називаються погонними Розбивши умовно всю лінію на елементарні одиничні ділянки, можна зобразити еквівалентну електричну схему довгої лінії, представлену на рис 344

Якщо лінія навантажена на активний опір, то в ньому завжди поглинається певна частка енергії і вздовж лінії відбувається перенесення енергії Якщо опір навантаження відрізняється від хвильового опору лінії, то частина енергії падаючої хвилі відбивається

Рис 347 Графік визначення хвильового опору

від навантаженого кінця лінії назад до джерела, при цьому виникають стоячі хвилі, що характеризують втрати в лінії, і тільки частина енергії джерела, що виділяється в опорі навантаження, є корисною Кінцева мета узгодженої навантаження – створити в лінії біжить хвилю, тобто передати всю енергію джерела в навантаження, якої є антена Вхідний опір лінії може мати активну і реактивну складові Змінюючи значення величини R, можна легко побудувати картину розподілу напруги і струму в лінії (рис 348) При замиканні лінії накоротко (рис 348а), де Rh = 0, коефіцієнт відбиття дорівнює максимуму, і в лінії утворюються тільки стоячі хвилі Із збільшенням опору навантаження до Rh = Р, де р – хвильовий опір лінії, коефіцієнт відбиття стане рівним нулю, в лінії встановиться тільки біжить хвиля і вся енергія джерела буде передана в навантаження (антену) – див рис

3486 Таким чином, умова узгодження лінії з навантаженням полягає в тому, що остання повинна мати чисто активний характер і бути рівний хвильовому опору лінії На рис 348в розглянуто варіант, коли навантаження Rh = Тобто навантаження відключена і в лінії утворюються стоячі хвилі, як і у випадку, показаному на рис 348а, тільки фаза відбитої хвилі змінилася на 180 ° В результаті максимуми і мінімуми стоячих хвиль поміняються місцями На практиці ступінь узгодження фідерної лінії з навантаженням визначається за допомогою вимірювальних приладів, які будуть розглянуті окремо

Існують два варіанти вимірювань У промисловості прийнято вимірювати коефіцієнт біжучої хвилі (КБВ), а в аматорській практиці – коефіцієнт стоячої хвилі (КСВ) Значення КБВ можуть перебувати в межах від 0 до 1, де одиниці відповідає найкраще узгодження лінії з навантаженням, тобто в лінії утворюється чиста біжить хвиля, а нульове значення вказує максимальне значення стоячій хвилі При використанні аматорського методу вимірювання КСВ слід врахувати, що твір КБВ і КСВ дорівнює одиниці Тому КСВ може змінюватися в межах від 1 до причому значенню КСВ рівному одиниці відповідає найкраще узгодження лінії з навантаженням

При використанні проводів як лінії передачі завжди прагнуть зробити так, щоб система була невипромінюючі Розглядаючи протилежне завдання, розведемо проводу лінії на деякий кут і отримаємо V-подібну симетричну антену Якщо розгорнути проводу на 180 °, утворюється симетричний вібратор (диполь)

Виключаючи компенсує дію другого проводу лінії, скорочуючи або зовсім ліквідовуючи його, отримаємо так званий несиметричний вібратор До цього класу антен належать Г-подібні, Т-образні і ряд інших При їх живленні другий зажим генератора (передавача) заземляется, тобто земля грає роль другого дроти Всі антени, що використовують даний принцип роботи, відносяться до класу несиметричних

Антени можуть бути чвертьхвильові, полуволновой і довші, на лінійній довжині яких укладається кілька довжин хвилі Останні належать до так званих гармоніковий антен

Приклад Якщо лінійна довжина антени 80 м, то на цій довжині розміститься полволни 160-метрового діапазону, хвиля 80-метрового, дві хвилі 40-метрового, чотири хвилі 20-метрового і вісім хвиль 10-метрового діапазонів Живлення антени може здійснюватися в середині і з кінця антени

Як здійснити харчування антени, на кінцях якої пучность напруги Вхідний опір на кінці півхвильового вібратора велике і погодити його з низькоомним хвильовимопором коаксіального кабелю неможливо Для узгодження низкоомного коаксіального кабелю з високим вхідним опором антени необхідно створити трансформатор опорів Це робиться за допомогою П-контура, вхідний опір якого має бути низьким, легко узгоджуються з низькоомним коаксіальним кабелем, а вихідний опір – високим, легко узгоджуються з антеною

Вхідна ємність вибирається такої величини, щоб ємнісний опір було дорівнює 50-75 Ом, тобто відповідало значенню використовуваного для фідера коаксіального кабелю Індуктивність П-контура і вихідна ємність мають такі значення, щоб забезпечити резонанс на частоті передавача на конкретному діапазоні

Джерело: Виноградов Ю А та ін, Практична радіоелектроніка-М: ДМК Пресс – 288 с: Ил (На допомогу радіоаматори)