На НЧ-диапазонах доводится часто слышать горячие споры на тему заземления антенн и радиоаппаратуры. Обычно речь идет о двух проблемах первая
— микрофон «кусается», и вторая — чем глубже размещено заземление, тем эффективнее работает антенна. Советы перерастают в горячие споры, а юмору многих советов позавидовал бы Ярослав Гашек.
Для лучшего понимания и усвоения материала добавим и мы в статью немного юмора. Начнем с «кусючего» микрофона. В основном, эта проблема возникает при плохом согласовании и симметрировании антенны, особенно при работе на «веревку», т.е. антенну в виде длинного провода. Для такой антенны противовесом служит осветительная сеть 220 В или водопроводные трубы, если они используются в качестве заземления. ВЧ-энергия при ненастроенной и неотсимметрированной антенне излучается как самой антенной, так и всеми дополнительными проводниками, подключенными к аппаратуре. Генератор или передатчик «не понимает» слова «антенна»: для него это просто нагрузка. Согласованная или несогласованная — это неважно.
В некоторых случаях эту нагрузку можно хорошо согласовать и получить удовлетворительный КСВ, но антенной при этом по-прежнему будут являться полотно антенны, осветительная сеть, водопроводные трубы, проходящие в доме, и прочие проводники, подключенные к аппаратуре. Так чему же удивляться — «укусить» может не только микрофон, но и любой провод, торчащий из-под стола. Сразу рождается идея, что необходимо заземлить аппаратуру. Начинаем опутывать квартиру проводами, соединяя аппаратуру с ближайшим газоном. Иногда это помогает, микрофон перестает «кусать» хозяина, но при этом начинают волноваться соседи этажом выше или ниже. Вот тут «компетентные доброжелатели» начинают давать интересные советы, как лучше сделать заземление, каким проводом, какой сделать контур заземления возле дома и т.д. Некоторые радиолюбители все-таки интуитивно догадываются, что речь идет не о постоянном токе, и советуют сменить квартиру с 5-го этажа на первый, мотивируя это тем, что проводник длиной менее 0,1L уже не излучает. Можно, говорят, еще последовательно с проводником заземления включить конденсатор переменной емкости, чтобы создать последовательный контур для данной частоты.
После таких длительных бесед радиолюбительский народ «зацикливается» на несуществующей проблеме, вместо того чтобы подумать, а что же делают с «кусючим» микрофоном на самолете или МКС, и как же работает заземленный четвертьволновой вибратор?
Представьте, что нам нужно полить водой грядку через участок соседа, а шланг дырявый . Вместо того чтобы починить шланг, мы начинаем придумывать различные приспособления,чтобы не залить участок соседа. Да и вообще, почему мы хотим «забить» часть ВЧ-энергии в землю, она что, лишняя? Может, лучше поработать с антенно-фидерным устройством и излучать эту энергию в эфир? Заземлять антенну и аппаратуру, конечно, необходимо в целях электробезопасности и грозозащиты, но это никак не относится к проблеме «кусючего» микрофона. При работе на «веревку» длина проводника должна составлять половину длины волны нижнего диапазона, чтобы полуволновой вибратор был образован самим полотном антенны, а не куском провода с дополнением из проводов осветительной сети или труб отопления.
При работе на кратных частотах в этом случае будет изменяться только диаграмма направленности этого вибратора. Блок согласования антенна — кабель должен находиться у антенны, а не под столом. В качестве простейшего согласующего устройства следует применить хотя бы параллельный контур с отводом.
Теперь поговорим о хорошем заземлении и КПД антенны — эти два понятия вообще никак не связаны между собой. Классической формой вертикального излучателя является четвертьволновой штырь над экраном. Это полуволновой излучатель, а недостающий четвертьволновой отрезок вибратора образуется т.н. «зеркальным изображением» от экрана Физическая сущность метода зеркального изображения заключается в том, что электромагнитные волны вибратора, падающие на поверхность экрана, возбуждают в нем токи, под действием которых появляется отраженная волна, фаза которой в момент отражения от экрана не меняется. Если предположить, что экран бесконечный и является идеальным проводником, то КПД антенны без учета потерь равен 100%. Заметьте, что мы говорим об отражающем экране, а не о заземлении. Нам необходимо возбудить в нем токи и отразить волну, а не поглотить. Касается экран при этом земли или нет, не имеет никакого значения. Так как основная масса радиолюбителей не располагает большими площадями для установки антенн, экран хочется сделать как можно меньших размеров. Для этой цели и используются радиально расположенные четвертьволновые проводники, настроенные в резонанс, позволяющие при относительно малой площади создать хороший отражающий экран. Чем больше количество радиалов, тем большая часть энергии перехватывается и отражается, а не поглощается землей, тем больше КПД антенны. Из вышесказанного следует, что все разговоры о длинной трубе, забитой глубоко в землю и, якобы, улучшающей КПД антенны, абсурдны. Мы вновь пытаемся часть энергии «закопать» в землю.
При изготовлении вертикалов применяйте петлевые вибраторы. Такое решение имеет ряд достоинств. Электрически антенна связана с заземлением, с механической точки зрения мачта без изолятора прочнее. Антенна имеет более широкую полосу пропускания, а ее входное сопротивление увеличивается. Антенны с малым входным сопротивлением сложнее согласовывать с фидером, КПД таких антенн, как правило, ниже, т.к. сопротивление потерь может быть соизмеримо с сопротивлением излучения, что связано как с длиной проводников в НЧ-диапазоне, так и с материалами, из которых изготовлена мачта (например, применются стальные трубы, в которых много стыков). Часть подводимой к антенне мощности излучается в пространство, а другая часть в проводниках антенны превращается в тепло. Поэтому антенну можно представить как эквивалентное нагрузочное сопротивление, состоящее из двух составляющих: сопротивления потерь и сопротивления излучения. КПД антенны есть отношение полезной (излучаемой) мощности к суммарной мощности, подводимой к антенне Чем больше сопротивление излучения по отношению к сопротивлению потерь, тем больше КПД антенны. Если вертикалы устанавливаются на высоких зданиях и имеют длинный фидер, то по длине этого фидера необходимо расположить несколько запирающих дросселей. Это могут быть ферритовые кольца любой проницаемости, на которые наматывают по несколько витков фидера, что препятствует затеканию тока по оплетке кабеля. В УКВ- диапазоне на кабель в качестве запирающих элементов устанавливают четвертьволновые стаканы, закорачивая один конец стакана на оплетку кабеля. Стаканы изготавливают из металлической трубы или из оплетки кабеля большего диаметра.
В частном секторе кабель питания антенны закапывают в землю, осуществляя разводку под землей, что также препятствует затеканию тока и одновременно служит грозозащитой. При этом необходимо иметь два контура заземления: один — у антенны, второй — на вводе в дом.
В. Приходько