Глава 1. Невидимые и суррогатные антенны.

Очевидно, всем приходилось сталкиваться с проблемой быстрого развертывания любительской антенны в условиях комнаты или небольшого дома. Это может быть и использование трансивера на даче, и испытание вновь построенного трансивера. Проживание в общежитии и в некоторых районах города не допускает того, чтобы антенна была видна снаружи и поневоле приходится применять меры по ее маскировке. В этом случае стоит вопрос – что использовать для работы? Дать ответ на этот вопрос и призван этот раздел.

Разберемся, что представляет собой антенна. Антенна – это преобразователь высокочастотной энергии, подводимой к ней, в электромагнитную энергию. Именно эта энергия, излучаемая в эфир, затем воспринимается нашими приемниками.

Любая антенна может характеризоваться такими параметрами, как КПД и входное сопротивление. Если входное сопротивление можно легко определить, используя несложные методы, то задача по определению КПД очень и очень сложна и решается точно только практическим моделированием. Но, зная входное сопротивление антенны, уже можно косвенно судить о ее КПД.

Далее все известные нам КВ-антенны можно разделить на несколько больших групп (рис.1). В зависимости от того, к какой группе принадлежит антенна, определяется ее размещение, размеры и работа.

Электрические антенны работают, используя электрическую составляющую электромагнитной волны. К этому типу антенн относятся диполи и штыревые антенны. Излучение электромагнитной волны осуществляется за счет токов смещения, которые протекают между вибраторами диполя или между штырем и его “земляной” системой (рис.2).

Эффективность излучения этой антенной системы зависит от эффективности взаимодействия токов смещения с эфиром. Мы можем создать или мощное электрическое поле в случае использования коротких антенн или создать протяженное электрическое поле при использовании антенн нормального размера – четвертьволновых и большей длины – штырей и диполей.

Наиболее просто выполнить несимметричную суррогатную антенну. Она представляет собой отрезок провода некоторой длины, подключенный прямо к выходу передатчика. Из несимметричных антенн наиболее просто выполняется штыревая антенна. При использовании любой штыревой антенны мы можем ее условно разделить на две части – на собственно излучающий штырь и его заземляющую систему (рис.3).

Совсем другое дело, когда несимметричная антенна развернута в квартире. Такая антенна может быть и электрически нормальной, то есть, когда длина излучающего элемента составляет от четверти длины волны и более.

При использовании классических штырей в свободном пространстве величины сопротивлений излучающего штыря и его противовесов будут примерно одинаковыми.

Нельзя сказать, что излучает только штырь – в излучении ЭМВ принимает почти одинаковое участие штырь и его “земля”.

Использовать такую несимметричную внутреннюю антенну можно только в кирпичном или деревянном доме. Такая антенна может быть выполнена в нескольких вариантах (рис.4).

При работе на высокочастотных диапазонах провод длиной в четверть волны может проходить по стене и по потолку (рис.4а). При работе на диапазонах, начиная от 20 метров, размеров комнаты может не хватить для размещения такого отрезка. В этом случае его размещают согнутым. При работе на диапазонах 80-160 метров, согнутый провод может уже проходить по двум стенам и потолку (рис.4в).

Если в случае, изображенном на рис.4а, от такой антенны можно ожидать хорошей работы и излучения под низкими углами к горизонту, то в случае, показанном на рис.4б, уже не будет излучения под низкими углами к горизонту, так как объем, в котором будут протекать токи смещения, ограничен. Если последовательно с антенной, изображенной на рис.4г, длиной 2,5 или 5 м, которая работает соответственно на 10- или 20-метровом диапазоне, включить вариометр с индуктивностью до 100 мкГн, то такую антенну можно использовать и в диапазонах 12-160 метров, но эффективность ее в нижних диапазонах будет хуже, чем антенны на рис. 4б и 4в. Это уже электрически короткая антенна. Использовать такие суррогатные антенны без эффективного заземления нельзя. В самом плохом случае роль земли будет выполнять сеть питания, что чревато большими радиопомехами. Использование труб отопления и водопровода дает гораздо лучшие результаты, но радикально не уменьшает уровень TVI.

Уменьшить уровень TVI и улучшить эффективность работы поможет прокладка на полу нескольких противовесов длиной в четверть волны. Они могут быть согнутыми, как и основная антенна, могут проходить по периметру нескольких комнат (рис.5). Хорошо, если есть возможность проложить несколько таких противовесов.

Использование антенны на рис.4 целесообразно на верхних этажах. В любом случае это ведет к сильным помехам, как приемной, так и звуковоспроизводящей аппаратуры, поэтому основное время ее использования – ночь, когда ее работа на передачу не сможет никому мешать.

При использовании электрически коротких антенн положение человека и проводящих предметов относительно нее ведет к рассогласованию такой антенны. При работе на передачу это может привести к флуктуации сигнала. Повышенное влияние на антенну производят проводящие предметы, размером сравнимым с длиной антенны. Влияние происходит в радиусе 2-3 линейных длин антенны. Естественно, что при использовании полноразмерных четвертьволновых антенн проводящие предметы, оказывающие влияние на антенну, должны быть больших размеров, что ведет в конечном итоге к тому, что четвертьволновую антенну труднее расстроить.

Следует помнить, что влияние, которое будут оказывать на такую антенну сеть питания, трубы отопления и водопровод, будет непредсказуемым.

Немного уменьшить такое влияние поможет использование широкополосных несимметричных антенн. Самая простая широкополосная несимметричная антенна, работающая на 10-15 метров – обыкновенная железная кровать. Она может работать в диапазоне от 15 метров до 10 метров. Другим примером легко выполнимой широкополосной антенны может служить дверь, обитая по периметру и диагонали тонкой медной или алюминиевой полосой (рис.6).

Медную полосу используют в электрическом хозяйстве многих промышленных предприятий, а алюминиевую фольгу – полосу используют на молокозаводах. Обычно в таких местах можно найти полосу фольги необходимой длины для выполнения такой антенны. Такая антенна работает в диапазоне 10-15 метров при длине провода от угла двери до передатчика 2 метра. При использовании провода большой длины такая антенна может работать и в диапазоне до 20-40 метров.

Можно построить и потолочно-настенную широкополосную антенну (рис.7). Такая антенна хорошо работает в диапазонах, где нижняя длина волны должна составлять не менее 0,2 от длины такой антенны и на верхних диапазонах до 10 м. Полотно антенны должно состоять как минимум из трех, но лучше – больше проводников. Очень хорошо, если антенна будет выполнена из медной или алюминиевой полосы.

Недостатками внутренних антенн является то, что все предметы, окружающие ее, и находящиеся в комнате, принимают участие в работе этой антенной системы. Полупроводящие тела – человек, домашние животные и растения поглощают энергию, проводящие предметы – зеркала, трубы отопления и водопровода переизлучают электромагнитную энергию. Это приводит к тому, что КПД таких антенн мал.

Такая антенна, если к ней подводить большую мощность (более 1000 Вт) может выжечь контуры в близкорасположенном радиоприемнике, если они случайно будут настроены на частоту вашего передатчика.

Такие внутренние антенны не могут быть использованы внутри железобетонных зданий из-за сильного поглощения электрической составляющей электромагнитной волны арматурой здания. Для того, чтобы была возможность работать в таком здании, необходимо использовать наружную антенну. При работе в железобетонных зданиях подключение “земляной” системы к арматуре здания дает существенное увеличение (до 2-х баллов) силы сигнала. Обычно подключиться к арматуре можно на балконе, где железное ограждение по технологии постройки домов должно быть соединено электрически с арматурой здания.

После такого подключения необходимо определиться с типом антенны, который вы будете использовать. Это может быть простая штыревая антенна (рис.8а), удлиненная штыревая антенна (рис.8б) и широкополосная штыревая антенна (рис.8в).

При работе на передачу наиболее эффективна антенна на рис.8а. Длина штыря вместе с проводом подключения к передатчику должна равняться четверти длины волны выбранного Вами диапазона. Если это невозможно, то для согласования короткого штыря (длина которого может быть 2-3 м) для работы в диапазонах от 10 м до 160 м нужно использовать вариометр с максимальной индуктивностью не менее 100 мкГн и минимальной не более 1 мкГн. Такой штырь можно выполнить, например, из алюминиевого шеста для прыжков в высоту.

Этот вариометр должен быть включен непосредственно на выходе передатчика (рис.9).

При использовании антенн на рис.8б и 8в необходимо их удалять от стены здания настолько, насколько это возможно. Рекомендации по выполнению размеров для настраиваемой (рис.8б) и широкополосной антенны такие же, как и для внутрикомнатных антенн.

Недостатки наружных несимметричных антенн таковы:

1. Сильное поглощение ЭМВ в стенах дома.

2. Необходимость подстройки длины антенн, т.к. из-за влияния близкорасположенных стен приходится использовать антенны длиной чуть короче расчетной.

3. Большой электрический потенциал на антенне и согласующей катушке – и, вследствие этого, возможность поражения человека.

КПД наружных антенн так же, как и КПД внутренних, мал. В общем случае, они примерно сравнимы и не превышают 10%. Но даже с такими суррогатными антеннами можно успешно работать в эфире длительное время.

Если суррогатные штыревые антенны широко применяются, то дипольные суррогатные и внутренние антенны используются редко. Это обусловлено тем, что посторонние предметы искажают диаграмму направленности таких антенн и рассимметрируют их, что сводит на нет все их преимущества. Но если Вы предполагаете работать только на высокочастотных диапазонах, то можно использовать дипольные антенны с рефлектором (рис.10).

Упрощенный вариант такой антенны представляет собой обычный классический диполь с длиной плеч по четверть длины волны на расстоянии от стены дома в 0,1-0,3 длины волны. На стене укреплен рефлектор размером, на 10-15% превышающим размеры диполя. Очевидно, что на 10-15 метровых диапазонах размеры такой антенны еще остаются приемлемыми для изготовления. Учитывая, что рефлектор (их лучше использовать несколько) довольно сильно защищает диполь от влияния всего находящегося за ним, при работе такой антенны можно получить неплохие результаты.

Эта антенна имеет максимум излучения в направлении, перпендикулярном диполю, как показано на рисунке.

Антенна с рефлектором может быть использована на любом здании – кирпичном или бетонном, но бетонное здание оказывает расстраивающее действие на рефлектор. В этом случае может оказаться более приемлемым вариантом размещение нескольких рефлекторов длиной от l / 2 до (l / 2) ´ 1,2 (рис.11).

Главная сложность при изготовлении такой антенны – это прочная установка ее на стене дома. Достоинство же ее в том, что она практически не требует настройки, т.к. при расстоянии между рефлектором и вибратором от 0,1 до 0,3 длины волны волновое сопротивление вибратора меняется от примерно 15 до 70 Ом, что хорошо поддается согласованию с кабелем или с помощью гаммасогласования. Даже используя непосредственное питание кабелем, при расстоянии вибратор-рефлектор от 0,2 до 0,3 длины волны, КНД и КПД антенны будут оптимальными.