КВ и УКВ антенныПо мере укорочения длины волны и соответствующего повышения частоты поверхность Земли постепенно теряет проводящие свойства и вблизи нее могут распространяться волны уже с любой поляризацией. Это относится к диапазонам KB и в еще большей степени к УКВ. Антенны этих диапазонов также уменьшаются в размерах. Излучателем в них служит полуволновый вибратор - тот же диполь Герца, но без емкостных нагрузок на концах. Резонансная длина вибратора составляет 0,45-0,47λ, в зависимости от диаметра провода. Диаграмма направленности полуволнового диполя (рис. 1.10а) чуть уже, чем у диполя Герца, и лишь приближенно описывается функцией cosφ (угол в антенной технике принято отсчитывать от направления максимума диаграммы). Для получения направленного излучения диполи располагают в несколько рядов и этажей и запитывают синфазно (рис. 1.10б). Позади диполей подвешивают металлическую сетку-рефлектор. Подобные синфазные антенны широко используются на KB радиоцентрах, обеспечивающих направленное вещание, например, на зарубежные страны. Поскольку вещание ведется ионосферной волной, максимум излучения направляется на 10-20° выше горизонта, при этом антенное полотно можно и не поднимать высоко над поверхностью земли. 
Направленные антенны дают значительный выигрыш и при приеме. Самой распространенной приемной антенной на УКВ стал волновой канал, называемый еще по именам японских изобретателей антенной Уда-Яги. Он содержит активный вибратор - полуволновый диполь, соединенный с фидером (кабелем питания), и несколько пассивных диполей. Рефлектор делается чуть длиннее полуволны, а директоры - несколько короче. Пассивные вибраторы возбуждаются полем активного и формируют узкую диаграмму направленности, показанную на рис. 1.10в. Таков, например, принцип работы большинства коллективных телевизионных антенн. УКВ плохо огибают сферическую поверхность Земли и совсем не отражаются ионосферой, поэтому для расширения зоны действия УКВ передатчиков их опять располагают на высоких мачтах и башнях; пример тому - Останкинская телебашня в Москве, радиус зоны «прямой видимости» с которой достигает 100 км. Чтобы сконцентрировать излучаемую мощность в направлении на горизонт, передающие диполи располагаются на мачте в несколько этажей горизонтально или вертикально, в соответствии с требуемой поляризацией излучения. На УКВ резко выражены зоны «тени» позади препятствий, поле также сильно ослабляется внутри зданий. В качестве примера на рис. 1.11 приведена снятая радиолюбителями карта напряженности поля (в мкВ/м) вблизи и внутри небольшого здания Обратите внимание: если снаружи здания напряженность поля составляет 2 мВ/м, то в некоторых местах внутри здания она уменьшается в 200 раз - до 10 мкВ/м. По этим причинам напряженность поля УКВ радиостанций трудно прогнозируется и в большой степени зависит от местных условий. Составить более или менее достоверную карту распределения поля на УКВ можно, пожалуй, только экспериментально. Пользоваться для расчета напряженности вышеприведенными формулами следует также с большой осторожностью, поскольку обычно поле оказываемся меньше рассчитанного.
ПРОВОЛОЧНЫЕ АНТЕННЫ. Верхнюю емкостную нагрузку можно выполнить по-разному (рис. 2.11). В простейшем случае используется горизонтальный провод, подвешенный на изоляторах между двумя мачтами или другими подходящими предметами (домами, деревьями). Если горизонтальный провод является продолжением вертикального провода снижения, получается Г-образная антенна (рис. 2.11а). Она имеет слабо выраженную направленность: немного лучше принимаются станции со стороны снижения, поэтому дальний, свободный конец провода лучше протягивать в сторону от радиостанции. Если провод снижения подключен где-то ближе к середине горизонтальной части, получается Т-образная антенна (рис. 2.11б). Она одинаково принимает радиосигналы со всех направлений. Длина горизонтальной части может составлять 10-25 м, делать ее слишком длинной вряд ли целесообразно, поскольку непосредственно в приеме радиоволн она не участвует, лишь повышает эффективность вертикальной части. Для Г- и Т-образных антенн нужны две опоры, и в этом их недостаток. Если позволяют местные условия, можно протянуть антенну типа «наклонный луч» от окна, куда входит снижение, до ближайшего высокого предмета (конька крыши, дерева). Свободный конец провода надо изолировать одним-двумя орешковыми изоляторами; при их отсутствии вполне подойдут ролики от электропроводки. 
При закреплении антенны на дереве постарайтесь не ломать ветки и не опутывать ствол проволокой - деревья от этого страдают и гибнут, у них ведь нет средств для защиты от варваров! Лучше всего повесьте на подходящую развилку ветвей очень свободную и ни в коем случае не затягивающуюся петлю из пеньковой или хлопчатобумажной веревки, а уже к ней привязывайте провод, идущий к первому орешковому изолятору антенны, или сам изолятор. Учтите, что деревья качаются от ветра, поэтому провод надо подвешивать с большим «провисом», чтобы он не оборвался. Диаметр провода антенны не имеет особого значения и выбирается только из соображений механической прочности. Вполне подойдет медный обмоточный провод в эмалевой изоляции, смотанный со старых (выброшенных) трансформаторов. Даже при диаметре 0,5 мм его прочность на разрыв достигает 4 кг силы, возрастая пропорционально квадрату диаметра. Этого вполне достаточно, к тому же антенна получается очень легкой и, к слову сказать, почти невидимой с земли. Две другие антенны (рис. 2.11в и 2.11г) монтируются на одной мачте - вертикальном деревянном шесте, при необходимости раскрепляемом оттяжками. Небольшой и легкий шест можно закрепить на коньке крыши, более длинный и тяжелый лучше устанавливать на земле. Оттяжки можно сделать из синтетического шнура или даже из капроновой лески диаметром 0,8-1,0 мм. Она прочна, упруга и стоит недорого. Кстати, если, прогуливаясь по берегу речки, найдете запутанный и выброшенный рыбаками моток лески, не поленитесь забрать его и распутать - польза для вас и для экологии района. В антенне, показанной на рис. 2.11в, верхняя емкостная нагрузка образована проволочным «колесом» произвольной формы и конфигурации, соединенным с проводом снижения и изолированным от мачты роликовым фарфоровым изолятором. Изолятор нужен на случай дождливой и сырой погоды, когда влажное дерево мачты становится хоть и плохим, но проводником и может ухудшить работу антенны. Аналогично выполнена широко известная «метелочная» антенна, в которой вместо колеса используют пучок проволок, соединенных со снижением, и расходящихся веером от изолятора. Такую антенну делать не рекомендуем, потому что пучок получается тяжелым, а работает неэффективно, поскольку куски проволоки расположены слишком близко друг к другу. Лучше взять всего 6 или 8 отрезков длиной около 0,5 м и развести их в стороны наподобие спиц. Этого уже достаточно, но можно еще соединить концы спиц тонким проводником. Роль емкостной нагрузки в так называемой «зонтичной» антенне (рис. 2.11г) выполняют верхние части растяжек длиной по 2-3 м, выполненные из проводов, соединенных в центральной точке со снижением. Концы проводов изолированы от растяжек орешковыми изоляторами, а если растяжки сделаны из лески, являющейся хорошим диэлектриком, можно обойтись и без изоляторов, прямо связав леску с проводом. Число растяжек обычно 3 или 4. Нижний ярус растяжек выполнен также из синтетического шнура или лески. Если же растяжки делаются из проволоки, их следует разбить через 2-3 м орешковыми изоляторами, иначе они будут экранировать антенну от поля принимаемых станций. Можно ли использовать металлические мачты, сделанные из легких дюралюминиевых трубок, например, от лыжных палок? Разумеется, да, но мачту при этом надо изолировать от земли опорным изолятором любого типа, пригодна даже стеклянная бутылка. Обеспечив хороший (некоррозирующий) контакт между отдельными частями металлической мачты, ее можно использовать как снижение антенны.
ЗаземлениеМы рассказали об антеннах, конструкция которых хорошо подойдет для загородных домов. У их жителей больше возможностей в выборе места и материалов для изготовления мачт антенн. Размеров специально не приводим, поскольку в пределах разумного (высота не более 10-15 м, длина горизонтальной части не более 20-30 м) детекторный приемник будет работать тем громче, чем выше и длиннее антенна. Однако она бесполезна без заземления или противовеса, ведь куда-то должны стекать высокочастотные токи, идущие по снижению. Детекторный приемник без заземления будет работать плохо, а чувствительный транзисторный «захлебнется» от помех - как показывает опыт, при использовании заземления прием слабых станций улучшается, а уровень помех снижается, и очень значительно. Кроме того, антенне нужна грозозащита, поэтому заземление надо делать в первую очередь. Во многих случаях заземление у вас уже есть, если имеется водопровод. Трубы водопровода проходят в земле и не изолированы от нее. Неплохим заземлением служат трубы центрального отопления: они хоть и изолированы, но в современных многоквартирных домах электрически соединяются с общим контуром заземления дома. В любом случае разветвленная тепловая сеть служит отличным противовесом антенне. К газовым трубам подключаться запрещается, а электрическая сеть является источником столь мощных помех, что лучше держаться от нее подальше, также и в целях электрической безопасности. Если же водопровода нет и живете вы в деревянном сельском доме с печным отоплением, обойдите внимательно свое хозяйство - наверняка найдется металлическая труба, глубоко забитая в землю, она и послужит заземлением. Отлично работает водозаборная скважина, подойдет ограда на металлических столбах: можно несколько столбов соединить проволокой, проложенной вдоль изгороди, - получится и крепкая изгородь, и заземление, и противовес одновременно. Если же и этого нет, придется применить способ, известный еще с 20-х гг.: выкопать в удобном месте яму, желательно до уровня грунтовых вод или хотя бы до уровня, где грунт не промерзает, положить в нее старое ведро, лист железа или корыто (важна площадь, а не название) с припаянным проводом потолще, посыпать сверху солью и древесным углем (чтобы улучшить электропроводность) и закопать, утрамбовывая, - заземление готово. Все части заземления целесообразно делать из одного металла, потому как разнородные металлы образуют гальваническую пару и электрохимическая коррозия быстро разъест все соединения.
ГрозозащитаАнтенну надо сразу же снабдить грозовым переключателем и разрядником, чтобы обезопасить себя от атмосферного электричества. Когда-то выпускались грозовые переключатели с разрядником, выполненные в виде небольшого рубильничка. Они удобны, хоть и не совсем безопасны: если не успеть заземлить антенну, можно уже во время грозы коснуться рукой контакта, соединенного с отключенной антенной. Переключателем может послужить тумблер или электрический выключатель SA1 любой конструкции. Схема соединения показана на рис. 2.12. Смонтировать грозовой переключатель можно на пластинке из любого изоляционного материала, закрепленной на стене или раме окна вблизи ввода снижения. Разрядником служат две металлические пластинки с зубчиками, между которыми оставлен зазор около 1 мм. Параллельно разряднику целесообразно присоединить неоновую лампочку HL1 любого типа - ее вспышки будут сигнализировать об электризации антенны. 
Вы с удивлением обнаружите, что произойти это может не только при грозе, но и в трескучий мороз при снежной метели и при сильном ветре, не говоря уже о пыльной буре. Автор наблюдал электризацию наружной антенны даже при коротком летнем дожде, когда вокруг небольшой тучки голубело ясное небо. Внимание привлекли периодические щелчки из громкоговорителя детекторного приемника: они становились чаще при усилении дождя. Связь приемника с антенной была емкостной. Очевидно, пробивался грозовой разрядник. И действительно, присоединенная параллельно разряднику неоновая лампочка засветилась! Подключенный к антенне электростатический вольтметр показал плавное увеличение потенциала до примерно 1 кВ и резкое паденце его в момент щелчка. Собственно, а почему бы дождевым каплям не нести электрического заряда? А что произойдет, если грозопереключателя нет, а конец снижения антенны никуда не присоединен и брошен, скажем, на подоконнике? Антенна накопит большой заряд, ее потенциал повысится до десятков и сотен тысяч вольт (мы не шутим), тогда прикосновение к снижению станет смертельно опасным (так погиб Рихман, сподвижник Ломоносова), от провода снижения могут проскочить большие искры и вызвать пожар. Так что делайте заземление! Самым же радикальным способом избежать накопления зарядов на проводе антенны (не исключающим неоновую лампочку и/или разрядник!) будет постройка детекторного приемника по такой схеме, в которой между антенной и заземлением включена катушка. Катушку, которая «навсегда» гальванически соединит антенну с заземлением, лучше намотать довольно толстым проводом диаметром 0,3-0,5 мм на каркасе из любого изоляционного материала. Подойдет отрезок пластмассовой трубы, используемой в сантехнике, пластиковая бутылочка из-под шампуня или крема и тому подобное. Зачем же в этом случае нужен разрядник? Дело в том, что даже при неблизких ударах молний в антенне индуцируется огромная ЭДС в виде коротких импульсов, которые не замыкаются катушкой. Из-за значительной индуктивности ток в ней не успевает нарасти за время действия импульса. Нет разрядника - будет пробит детекторный диод.
|
