Рассмотрим простейшие антенны, применяемые главным образом на средних волнах.
Прием радиоволн основан на том, что они воздействуют на всякий проводник, находящийся на их пути, и наводят в нем эдс. Электромагнитное поле радиоволны приводит в колебание электроны, находящиеся ,в таком проводнике, и создает в нем ток с частотой, равной частоте тока в антенне передатчика. Простейшие приемные антенны, как правило, не настраиваются на частоту принимаемых сигналов, и поэтому длина провода у них не имеет важного значения.
В любой антенне имеются потери энергии. Наличие значительных потерь в приемной антенне для современных приемников, дающих огромное усиление сигналов, не играет особой роли. Эти приемники дают хороший прием даже с плохими антеннами. Но для простых приемников с малым усилением желательно применять хорошие антенны, в которых потери энергии невелики.
Наилучший прием дают наружные антенны. Высота антенны должна быть в сельской местности примерно 6—10 м от земли, а в городах 3—5 м от крыши. Провод применяется голый медный или специальный канатик диаметром 1—2 мм. В крайнем случае можно использовать стальной провод. Изолированный провод также пригоден, так как изоляция не является препятствием для радиоволн. Для радиовещательного приема используются следующие типы антенн.
Однопроводная Г-образная антенна (рис.1) по форме напоминает букву Г. На концах горизонтальной части ставятся изоляторы, предотвращающие утечку тока антенны в землю. Благодаря этому ток идет в приемник по снижению, которое также изолируется от земли.
Однопроводная Т-образная антенна устанавливается обычно в случае, если приемник расположен посредине между двумя высокими точками подвеса. Снижение берется от середины горизонтальной части.
Вертикальная или наклонная антенна делается без горизонтальной части и имеет один вертикальный или наклонный провод. На больших зданиях иногда устанавливают одну центральную мачту, от которой в разные стороны идут наклонные антенны. Присоединять к одной антенне несколько приемников нельзя, так <как они будут мешать друг другу.
Антенны с сосредоточенной емкостью отличаются от предыдущей тем, что на верхнем конце их имеется проводник в виде спирали или пучка проволок («метелка»), увеличивающий емкость. Эти антенны не имеют особых преимуществ перед простыми вертикальными.
Комнатные и суррогатные антенны, применяются в случае, когда невозможна установка наружной антенны. С ними прием получается хуже и в городских условиях обычно сопровождается большими помехами. Чем выше расположена комната, тем лучше работает комнатная антенна. Железобетонные стены сильно поглощают радиоволны и делают комнатную антенну мало пригодной.
Суррогатной антенной может быть какой-либо проводник, служащий для других целей, например, осветительная сеть. В приемник включается один ее провод через разделительный конденсатор емкостью 50—100 пф (точная величина емкости значения не имеет) и предохранитель на ток не больше 0,25 а (рис.2).
Конденсатор практически не пропускает переменный ток сети вследствие малой частоты его, а токи высокой частоты, возникающие в проводах сети под влиянием радиоволн, свободно проходят через конденсатор в приемник. Однако использование в качестве антенны осветительной сети следует делать осторожно.
Кроме того, через сеть в приемник проникают помехи от электрических установок.
Современные приемники имеют высокую чувствительность и могут давать прием удаленных станций на антенну в виде провода длиной в несколько десятков сантиметров. Но все же прием на наружную антенну значительно лучше.
Поле электромагнитной волны, воздействующей на приемную антенну, оценивают величиной напряженности электрического поля этой волны. Она равна разности потенциалов, приходящейся на 1 м длины электрических силовых линий. Дальние радиостанции создают в месте приема напряженность поля нескольких микровольт на метр (мкв/м). Если напряженность поля какой-либо радиостанции составляет 10 мкв/м, то это равносильно напряженности поля в конденсаторе, имеющем обкладки на расстоянии 1 м друг от друга и заряженном до напряжения в 10 мкв. Более сильные поля радиоволн измеряются в милливольтах на метр (мв/м).
Электродвижущая сила, наводимая в антенне радиоволнами, зависит от напряженности поля волны, высоты приемной антенны и ее конструктивных особенностей. Для сравнения качества антенн различной высоты и формы введено понятие о действующей высоте антенны, которая обычно меньше геометрической высоты.
Если обозначить действующую высоту антенны hд, а напряженность поля Е, то эдс Еа, возникающая в антенне под действием радиоволны, может быть рассчитана по формуле
Например, если hд = 8 м и Е = 50 мкв/м, то Еa = 400 мкв. Вертикальная антенна, работающая на собственной волне, имеет действующую высоту, равную примерно 0,64 геометрической высоты h. Если же высота такой антенны много меньше ?/4 то hд будет около 0,5 h. При наличии горизонтальной части hд может достигать величины 0,8 h и даже 0,9 h.
Земля в радиоустановках играет двоякую роль. Она образует одну из проводящих обкладок емкости антенна — земля, а также служит для предохранения радиоустановки от разрядов атмосферного электричества. Для выполнения первой задачи земля может быть заменена специальным проводником — противовесом. Вторую задачу может выполнить только земля. На антенне нередко накапливаются большие электрические заряды. Это бывает при прохождении заряженной грозовой тучи над антенной или при близком ударе молнии. Иногда зимой сухой наэлектризованный снег или летом пыль, поднятая ветром, могут зарядить антенну до значительного потенциала. Если антенна изолирована от земли, то накопившийся в ней заряд может перейти в виде искры в землю и при этом повредить приемник или вызвать пожар. Поэтому у радиостанций с наружными антеннами надо обязательно заземлять антенну при приближении грозы и после окончания работы.
Для быстрого отключения антенны от приемника и соединения ее с землей служит грозовой переключатель в виде ползунка с двумя контактами или рубильника (рис.3). Устанавливают его на оконной раме или около окна, чтобы вводы антенны и заземления шли к нему кратчайшим путем. Дополнением к переключателю является грозовой предохранитель — искровой промежуток примерно в 0,5 мм между двумя остриями или зубчатыми пластинками, присоединяемыми к антенне и земле. Тогда, если антенна не заземлена, заряд с нее может уходить в землю в виде искр через грозовой предохранитель.
Антенна вовсе не «притягивает» молнию, как думают многие. Молния ударяет не всегда в самый высокий предмет, так как она распространяется по линии наименьшей электрической прочности воздуха, которая обычно извилиста. Заранее предвидеть, куда молния ударит — невозможно. Все зависит от состояния воздуха в данный момент. Удары молнии в антенну весьма редки. В большинстве случаев они три заземленной антенне менее разрушительны, чем при отсутствии антенны или молниеотвода.
В городе для заземления можно, использовать трубы водопровода. Если делается специальное заземление, то закапывают в яму какой-либо (металлический предмет или забивают в землю кусок водопроводной трубы с припаянной проволокой.
Заземление иногда может быть не пригодно для приема. Например, заземление в сухой почве имеет очень большое сопротивление. В городских условиях заземление может служить источником помех от «блуждающих токов», причиной которых является главным образом трамвай, у которого ток проходит не только через рельсы, но и кратчайшим путем к электростанции через землю.
Поэтому иногда вместо заземления присоединяют противовес, который делается в виде провода, подвешиваемого под антенной изолированно от земли. Противовесом всегда пользуются на передвижных радиостанциях, для которых постоянное хорошее-заземление сделать невозможно, так как местоположение станции меняется.
На самолетах противовесом обычно служит металлический корпус самолета. Антенна может висеть под самолетом с грузиком на конце. Она выпускается после взлета, а при посадке убирается. Делается также постоянная (жесткая) антенна в виде провода, натянутого вдоль корпуса или плоскостей самолета. На морских и речных судах в качестве заземления служит вода.
Передающие антенны конструируют и строят так, чтобы потери энергии в них были минимальны, так как уменьшение полезной мощности приводит к уменьшению дальности действия передатчика. Чтобы мощность излучаемых волн была наибольшей, передающие антенны всегда настраиваются на частоту передатчика. Поэтому длина провода этих антенн обычно определяется диапазоном волн передатчика. Чем больше мощность передатчика, тем выше напряжение в антенне и тем лучше она должна быть изолирована от земли.
Антенны для мощных передатчиков представляют собой огромные сооружения. Они делаются большой высоты и иногда специально конструируются для излучения волн преимущественно в одном направлении. Из рассмотренных выше антенн в качестве передающих применяются Г-образная, Т-образная и вертикальная или наклонная антенны. Размеры антенны зависят от диапазона волн.
Для коротких волн антенны имеют сравнительно небольшие размеры, а для средних волн емкость антенны должна быть значительной. С целью увеличения емкости антенны горизонтальную часть выполняют из нескольких проводов. Иногда их располагают в виде цилиндра. Такая антенна встречается на кораблях. Для передающих антенн заземление из-за значительных потерь не применяется, а используются противовесы различных систем.
