lavrinenkov.blogspot.ru
Для полноценного участия в эфирных мероприятиях в городе незаметно можно установить не так уж много антенн. Miniwhip — не пойдет — это только прием, Magnetic Loop — сложен в согласовании и перестройке по диапазонам, другие антенны не так уж и просты в размещении и эксплуатации, поэтому остается лишь вариант — «Длинный луч», Long Wire (LW). Начало луча закрепляется в зоне доступа радиолюбителя на окне, карнизе балконе изолированно от металлоконструкций здания. Второй конец отводится как можно дальше и выше от здания. Длина луча примерно соответствует половине длинны волны самого низкочастотного диапазона, предполагаемого для работы. Это условие обеспечит высокое входное сопротивления луча, которое связано с сопротивлением излучения антенны, которое в свою очередь связано с коэффициентом полезного действия соотношением:
КПД = Rизл.антенны / [Rизл.антенны + Rпотерь]
Где Rпотерь — сопротивление случайного высокочастотного заземления (ВЧЗ), которое и будет использоваться радиолюбителем. Большая величина R изл.антенны обеспечит хороший уровень КПД. Положим сопротивление потерь в ВЧЗ около 100 Ом, и при сопротивлении излучении антенны, например в 500 Ом, КПД составит 83%, что совсем не плохо!
Записки программиста
Знакомство с тюнером MFJ-971 и антенной «длинный провод»
Будучи не вполне довольным своей городской антенной, OPEK HVT-400B, я занялся поиском альтернатив. Как ранее отмечалось, эта антенна не отличается эффективностью на низкочастотных диапазонах. Кроме того, для смены диапазона приходится выходить на балкон (где зимой холодно), переставлять перемычки, менять длину телескопический части и противовесов. Доступа на крышу у меня все еще нет, поэтому вариант с диполем отпадает. В итоге было решено попробовать антенну «длинный провод».
Примечание: У этой антенны много названий — длинный провод (long wire), случайный провод (random wire), веревочка, луч, длинный луч, и так далее. Это все примерно одни и те же антенны с несущественными различиями. Следует однако отметить, что антенна Фукса хотя и выглядит похоже, является другой антенной. Длина антенны Фукса составляет половину длины волны интересующего диапазона, тогда как у длинного провода наоборот, длина не должна быть кратна половине длины волны. Этот момент подробнее объяснен далее по тексту.
Теория
Идею иллюстрирует следующая картинка (позаимствована отсюда):
Антенна представляет собой два провода — один идет в землю, а второй является как можно более длинным (как будет показано далее, на самом деле это не совсем так) и подвешивается куда-нибудь повыше. Поскольку такая антенна имеет непредсказуемый импеданс, для согласования ее с 50-и омным коаксиальным кабелем используется устройство под названием антенный тюнер. Типичный тюнер представляет собой переменную катушку индуктивности и два переменных конденсатора, соединенные по Т-образной или П-образной схеме. Катушка и конденсаторы работают, как часть антенны:
На приведенной схеме изображен тюнер с T-образной схемой, подключенный к антенне. Подбирая номиналы катушки индуктивности и конденсаторов, можно привести импеданс данной цепи на интересующей частоте к 50 Ом.
Чтобы антенна успешно настраивалась, длина провода не должна быть кратна половине длины волны в интересующих диапазонах. Понять, с чем это связано, не сложно. Рассмотрим конец антенны, который на картинке привязан к дереву. На любой частоте в любой момент времени ток в этой точке будет около нуля, потому что току попросту некуда течь. Говорят, что здесь находится узел тока. По закону Ома R = U / I , значит импеданс в этой точке очень большой.
Раз току больше некуда идти, в этой точке сигнал отражается и идет обратно в сторону тюнера. В результате в проводе образуется стоячая волна. Стоячие волны трудно объяснять словами. Лучше один раз посмотреть на gif’ку по приведенной ссылке. При этом следует держать в уме, что в самой правой точке всегда, независимо ни от чего, ток равен нулю.
Тогда достаточно очевидно, что по мере удаления от конца провода в сторону тюнера мы будем попадать в узел тока через каждые λ/2. Как уже отмечалось, импеданс антенны в таких точках очень высокий, а значит в них тюнер просто не сможет согласовать антенну с 50-и омным кабелем. Поэтому наша задача — подобрать длину провода так, чтобы ни в одном из интересующих нас диапазонов длина провода не была кратна λ/2. Тогда импеданс в точке подключения тюнера будет относительно небольшим, и антенну удастся согласовать.
Хорошие длины провода в метрах следующие: 11.2-11.6, 12.5-13.5, 17.1-17.6, 18.5-19.8, 21.9-23.6, 27.2-27.5, 33.7-34.5, 37.9-39.0, 43.3-43.9, 54.7-55.1, 64.7-65.2. Эти цифры были получены при помощи незамысловатого скрипта на Python. Наиболее интересные длины я выделил жирным. Провод длиной 21.9-23.6 метра должен работать на всех радиолюбительских диапазонах начиная с частоты 3.5 МГц и выше. Если вам также хочется поработать в диапазоне 160 метров, используйте антенну длиной 43.3-43.9 метра. Если же вам нет дела до диапазонов 80 и 160 метров, достаточно провода длиной 11.2-11.6 метра.
Считается, что такая антенна сильнее излучает в сторону, куда наклонено ее полотно, то есть, на приведенной картинке — влево. Но вообще, диаграмма направленности у антенны «длинный провод» непредсказуема. Понятно, почему это минус. Но в каком-то смысле это и плюс. Можно получить лепестки с сильным усилением в заранее неизвестном направлении. За счет этого возможны интересные радиосвязи, которые было бы сложнее провести на какой-нибудь inverted vee.
Практика
Антенные тюнеры бывают автоматическими и ручными. Автоматические тюнеры хороши тем, что настраиваются на минимальный уровень КСВ одним нажатием кнопки. Преимущество ручных тюнеров в том, что они дешевле и не требуют питания. Также ручные тюнеры обычно позволяют добиться чуть лучшего согласования, чем автоматические тюнеры. Связано это с тем, что, как правило, переключение катушек и конденсаторов в автоматических тюнерах происходит при помощи реле, то есть, ступенчато, а не плавно.
В качестве антенного тюнера был выбран MFJ-971:
Это недорогой и компактный ручной тюнер, выполненный по T-образной схеме. Устройство рассчитанно на максимальную мощность 200 Вт. Поддерживаются частоты от 1.8 до 30 МГц. Есть встроенный стрелочный индикатор мощности и КСВ. У индикатора есть подсветка, питаемая через стандартный DC-разъем напряжением 12 В. На практике подсветка работает и от кроны. Также данный тюнер имеет встроенный балун 1:4, который, впрочем, для «длинного провода» использован не будет.
Важно! У тюнера есть два режима измерения мощности: от 0 до 300 Вт и от 0 до 30 Вт. Переключение между режимами осуществляется кнопкой, расположенной в задней части корпуса. Убедитесь, что кнопка находится в правильном положении прежде, чем подавать сигнал. Иначе есть хороший шанс вывести из строя индикатор мощности.
Антенна была сделана из «полевки» (провода П-274М). К проводу длиной около 23.5 метров была привязана полулитровая пластиковая бутылка с водой. Эта бутылка была закинута на стоящее неподалеку дерево. Никакой земли у меня в квартире, естественно, нет, поэтому вместо нее был использован противовес. Противовес представляет собой около 8 метров такой же полевки. К концу провода была привязана гайка, после чего он был закинут вдоль стены дома, за крепления водосточной трубы.
Важно! Длина полотна антенны должна быть больше расстояния от вашего балкона или окна до земли. Это нужно для того, чтобы при снятии антенны бутылка упала на землю, а не прилетела кому-нибудь в окно.
Чтобы экран коаксиального кабеля, идущего к тюнеру, не работал в качестве противовеса, был сделан отсекающий дроссель (RFI choke) из кабеля RG58. Я опирался на уже знакомое нам исследование Steve Hunt, G3TXQ. Каркас диаметром 108 мм был напечатан на 3D-принтере пластиком PLA. На этот каркас были намотаны 25 витков кабеля RG58 и закреплены нейлоновыми стяжками. Такой дроссель должен неплохо работать на всех радиолюбительских частотах до 20 МГц.
Тюнинг антенны осуществляется так. Ручки конденсаторов выставляются на 12 часов. Ручка катушки индуктивности выставляется в положение, при котором наблюдается максимальный уровень шума на интересующей частоте в режиме SSB. Бывает, что по индикатору уровень шума не меняется, тогда следует искать на слух. Затем в режиме FM на мощности 5 Вт подается несущая, а ручками двух конденсаторов ищется положение, при котором КСВ в точности равен единице. Если такое положение найти не удается, следует попробовать соседние положения ручки катушки индуктивности. Не допускается подавать несущую на тюнер в момент переключения индуктивности.
Антенну удалось настроить на все радиолюбительские КВ-диапазоны. Для СВ-диапазона 160 метров антенна слишком короткая, здесь она не работает. На частоте настройки всегда удается добится КСВ равного 1. На остальном диапазоне КСВ никогда не превосходит 2, и обычно существенно ниже. Тестирование на передачу проводилось в диапазонах 20, 40 и 80 метров в режиме SSB на мощности 100 Вт.
В диапазоне 80 метров были проведены QSO с операторами из Беларуси (680 км), Чехии (1650 км), а также ряда городов Украины (до 950 км) и России (до 1200 км). На 40 метрах мне ответили коротковолновики из Беларуси (670 км), Украины (850 км), Финляндии (800 км), Болгарии (1600 км), Сербии (1700 км), Литвы (900 км), Великобритании (2400 км), Словении (1800 км), и, само собой разумеется, из России (до 1200 км). В диапазоне 20 метров удалось связаться с радиолюбителями из Болгарии (1800 км), Германии (1700 км), Австрии (1700 км), и множества городов России (до 1700 км).
Многие операторы при этом давали рапорт 59 с плюсами. Пара человек даже поинтересовались, какой усилитель я использую, и выразили крайнее удивление, узнав, что никакой. Это, конечно же, не идет ни в какое сравнение с моим опытом работы на OPEK HVT-400B. Причина усиления по некоторым направлениям скорее всего заключается в непредсказуемых лепестках на диаграмме направленности антенны, про которые говорилось выше.
За городом я проверил аналогичную антенну длиной около 43.6 метров. Провод был закинут из окна второго этажа на невысокие деревья где-то в двух метрах от земли. Если смотреть сверху, по форме антенна получилось в виде сильно сплющенной буквы П. Такой вариант еще иногда называют zig-zag antenna, тем самым подчеркивая, что она как бы виляет, а не является прямой. Считается, что эффективность такой антенны ниже, чем у прямой. Был использован противовес длиной 20 метров, проложенный вдоль фундамента дома.
Антенна настроилась на все КВ-диапазоны, а также на СВ-диапазон 160 метров. Впрочем, для последнего противовес был явно коротковат. Это видно по КСВ, значение которого на диапазоне составляло от 1.7 до 3. Разрешенная средняя мощность на этом диапазоне составляет 10 Вт. Соответственно, в SSB многие операторы работают на 20-30 Вт. Во время соревнований операторам 1 и 2 категории допускается использовать мощность до 500 Вт. С учетом этих ограничений, а также высокого КСВ, на 160 метрах мне удалось провести буквально пару радиосвязей, и не более, чем на 550 км.
Зато в диапазонах 20, 40 и 80 метров было проведено немало QSO. Многие операторы сообщили, что не слышат разницы между длинным проводом и моим траповым диполем. Однако уровень шума при работе на диполь оказался где-то на 2-3 балла ниже, чем при работе на длинный провод. Поэтому за городом длинный провод мне быстро надоел, и я продолжил работать на диполь.
Заключение
Антенна «длинный провод» безусловно является компромиссной. И хотя по уровню шума она проигрывает inverted vee, в плане эффективности на передачу они производят впечатление примерно эквивалентных антенн. Последнее определенно нельзя сказать об укороченных вертикалах вроде OPEK HVT-400B. Также, в отличие от OPEK HVT-400B, длинный провод настраивается не на балконе, а из дома, где тепло и уютно. При этом смена рабочего диапазона занимает не более минуты, а с автоматическим тюнером она занимала бы пару секунд.
В целом, это не самый плохой вариант для города, если у вас нет доступа на крышу. Утром перед работой можно провести парочку QSO на 40 метрах. Вечером перед сном открывается неплохое прохождение на 80 метрах. Но в выходные все же лучше отправиться за город, где уровень шума существенно ниже, и есть пространство для развертывания полноценных, не компромиссных, антенн.
Вы можете прислать свой комментарий мне на почту, или воспользоваться комментариями в Telegram-группе.
nlothik
Не прошло и пары лет. Но я, наконец-то, натянул антенну. По совету уважаемого symbolith , несимметричный диполь, известный под именами OCF или Windom.
Как известно, антенна рассчитывается под определённую частоту. В частности, длина диполя обычно равна половине длины волны. Т.е. если мы собираемся работать на длине волны в 40 метров, диполь должен быть длиною 20 метров.
Он так же с успехом будем работать на частоте нечётных гармоник. Это неудобно — кому нужно работать на длине волны, например, в 13 метров?
Преимущество несимметричного диполя в том, что он работает на частоте чётных гармоник. Так что соорудив такую антенну под, например, длину волны в 160 метров, ты автоматически получишь антенну, способную работать на длине волны в 80, 40, 20, и 10 метров.
Кабель — RG-213 (тяжёлый, зараза!) Сама антенна — медь 14 калибра (2 квадратных миллиметра для наших европейских друзей). Симметрирующий трансформатор — самодельный, изолированным проводом на тороидальном феррите.
Вот только антенну всё же пришлось разместить внутри дома. Я в чём-то завидую неженатым ботаникам — чо хошь, то и делаешь. Хоть филиал шуховской башни дома открывай. Антенна снаружи — это, конечно, круто, но в моём случае это было сопряжено с земляными работами (закапывать коаксиал), плюс надо было закидывать антенну на дерево, и смотреть заодно, чтобы всё это было безопасно. Так что выбор был — либо так, либо вообще никак.
У размещения антенны внутри дома, безусловно, есть недостатки.
1. Электромагнитный шум от домашней техники. Это, безусловно, так — но я размещал антенну на чердаке, как можно выше и дальше от всех проводов и прочего.
2. Высота антенны ограничена высотой дома. Это тоже так для большинства людей, но мой дом — трёхэтажный, плюс высота чердака. Я не думаю, что это будет лимитирующим фактором. Даже больше скажу — фиг бы я закинул антенну на дерево на такую высоту. Центр, может быть, и закинул бы, а вот концы бы свешивались.
3. Форма антенны далека от идеала. К сожалению, тоже правда — моя антенна имеет форму буквы L. Длинное плечо идёт по линии восток-запад, а короткое — север-юг. Чорт его знает, что из этого получится.
4. Возможно радиооблучение проживающих в доме людей. Согласно этому документу, если антенна находится недалеко от людей, надо делать оценку радиоизлучения в случае, если рабочая мощность превышает определённые пределы. Мой Айком-735 не умеет ничего короче 10 метров, и на этой длине волны надо не превышать мощность 50 ватт. ОК, надо будет запомнить, и на 10 метрах работать осторожнее.
Мне вот только непонятна одна вещь по поводу облучения. Из курса физики я знаю, что чем короче длина волны электромагнитного излучения, тем оно опаснее для человека. Скажем, длинные волны безопасны даже на большой мощности, а вот от облучения ультрафиолетом можно схлопотать рак. Не говоря уже об излучении с ещё более короткой длиной волны — например, гамма-радиации. Согласно документу, на волнах длиной от 10 до 1.25 метров нельзя превышать мощность в 50 ватт. Для 80 метров эта цифра составляет уже пол-киловатта. ОК, без проблем, не буду работать более, чем на 50 ваттах на 10 метрах. Но почему разрешённая мощность увеличивается для диапазонов с более короткой длиной волны? На 13 сантиметрах (а это близко к длине волны микроволновых печей, на секундочку) можно фигарить аж 250 ватт! И это безопасно? Неясно.
Но зато у размещения внутри дома есть и преимущества! Самое главное — это то, что антенна защищена от ветра и осадков. Коаксиал ОЧЕНЬ любит пить воду. он же как губка. А тут — перпетуум мобиле. Я также надеюсь, что это позволит не волноваться насчёт удара молнии.
Осталось доделать совсем чуток — прицепить разъёмы UHF на концы коаксиала (интересно, чем его запаять на чердаке? бутановый паяльник, что ли, купить?), и подцепить симметрирующий трансформатор к антенне (ненавижу слово «балун» — балун это тот, кто балуется; к тому же тот, который трансформатор, по-английски не «балун», а «бэлан»). После чего подцепить антенный анализатор и подрезать антенну для достижения низкого КСВ.
www.radioplaneta.ru
А что Вас сподвигло, согласовывать луч и диполь, именно по описаной Вами схеме ?
На этой ветке уже были представлены более интересные схемы согласования.
Не поленитесь, почитайте, узнаете много интересного.
Re: АНТЕННУ БЫ НАТЯНУТЬ.
kotofey » 01 авг 2012 09:20
Re: АНТЕННУ БЫ НАТЯНУТЬ.
kotofey » 01 авг 2012 10:24
Re: АНТЕННУ БЫ НАТЯНУТЬ.
Silent Hunter » 01 авг 2012 22:39
Re: АНТЕННУ БЫ НАТЯНУТЬ.
alexis69 » 02 авг 2012 09:46
Re: АНТЕННУ БЫ НАТЯНУТЬ.
kotofey » 03 авг 2012 12:56
Re: АНТЕННУ БЫ НАТЯНУТЬ.
kotofey » 03 авг 2012 14:12
Re: АНТЕННУ БЫ НАТЯНУТЬ.
Silent Hunter » 03 авг 2012 22:49
Re: АНТЕННУ БЫ НАТЯНУТЬ.
prezent » 05 авг 2012 11:50
Re: АНТЕННУ БЫ НАТЯНУТЬ.
alexis69 » 06 авг 2012 09:58
Re: АНТЕННУ БЫ НАТЯНУТЬ.
prezent » 06 авг 2012 12:00
Re: АНТЕННУ БЫ НАТЯНУТЬ.
Silent Hunter » 06 авг 2012 16:01
Re: АНТЕННУ БЫ НАТЯНУТЬ.
prezent » 06 авг 2012 18:57
Re: АНТЕННУ БЫ НАТЯНУТЬ.
Silent Hunter » 06 авг 2012 21:28
Такого в статье не находил, но то,что рамка метрового диаметра, подключенная через эту схему дает выигрыш по коэффициенту передачи напряжения в интервале частот 5-15MHz до 12dB по сравнению c непосредственным подключением рамки к 50-омной нагрузке,
такое есть.
Но гладко было на бумаге, на практике данная схема никуда не годиться.
Не понятно с чем сравнивался макет из статьи. Кажется мне, что ни с чем не сравнивался т.к. если сравнить антенну из статьи с обычным обручем подключенным без всяких устроиств к РПУ он простой обручь выигрывает, по сравнению с антенной из статьи.
Но есть и плюс, там описан хоть и вкратце трансформатор типа ТДЛ 1:1, рассчитанный на 7ом нагрузки на входе и на выходе.
Я его погонял генератором, работает ровно и красиво в широкой полосе частот.
Вход и выход симметричные, намек думаю понятен.
Как метко написал alexis69
Не резонансная экранированная магнитная рамка.
.
Сейчас же с появлением низкоомных усилителей, и более глубокого знания теории
возможно возобновить эксперименты, но уже на активном (так сказать) а не пассивном уровне.
Так вот и я о том-же.
У Траска есть ещё исключительно интересная схема.
http://www.home.earthlink.net/
christrask/Wideband%20Loop%20Antenna%20Amplifier.pdf
Усиления никакого, два кскада подряд с общей базой. А согласование присутствует в широкой полосе частот.
Т.е. то что нам и надо.
Но трансов там тьма, и без подробного описания браться пока побаиваюсь.
А схема от Сhavdar вполне подходит для повторения.
Re: АНТЕННУ БЫ НАТЯНУТЬ.
prezent » 07 авг 2012 00:07
christrask/ , а также задать вопрос по его конструкциям.
Re: АНТЕННУ БЫ НАТЯНУТЬ.
Silent Hunter » 07 авг 2012 01:06
Re: АНТЕННУ БЫ НАТЯНУТЬ.
lesnik » 07 авг 2012 15:03
Прошу прощения, но еще одна ложка! Картинки к сожалению не прилепились.
Ток из атмосферы или вопросов больше, чем ответов. В. Т. Поляков
Наблюдая огромный резонанс, вызванный среди радиолюбителей публикацией доклада "Тайна метелочной антенны" [1], я не удержался и провел на даче несколько экспериментов. Сначала попытался измерить "ток с метелки" в полевых условиях. В наличии была телескопическая семиметровая стеклопластиковая удочка, купленная на рынке весьма дешево из-за нескольких сломанных колец. Пару "метелок" с длиной проводников 3 и 10 см наспех сделал из "распушенного" многожильного провода. Заземлением послужил стержень из оцинкованного стального прутка диаметром 4 и длиной 500 мм, заостренный с одной стороны и оснащенный ручкой от отвертки с другой. Для установки удочки удобно использовать деревянные колья, забиваемые в землю. Верхний конец кола надо обстрогать под диаметр нижней секции. Еще удобнее отрезок металлической трубы со сплющенным и завернутым в виде буравчика концом, "ввинчиваемым" в землю. Он же послужит и заземлением. Такой у меня есть, сделанный из ручки полотера, но я его не брал, чтобы не тащить лишний вес.
Эксперимент был проведен в середине обширной лесной вырубки параллельно со сбором малины. Ветра не было. От "метелки" шел тонкий изолированный провод к тестеру М830В, и от другого вывода тестера — к заземлению. Наивысшая чувствительность (десятые доли наноампера) у тестера на пределе 200 мВ, где его внутреннее сопротивление равно 1 МОм. Получаем предел измерения тока 200 нА, но после запятой прибор имеет еще разряд с "ценой деления" 0,1 нА.
Никакого тока обнаружено не было, что говорит лишь о том, что чувствительность использованного прибора недостаточна. В то же время, замечено любопытное явление, на первый взгляд, необъяснимое. При "размахивании" удочкой, неизбежном при ее установке, ток через прибор беспорядочно изменялся по величине и полярности, достигая на пиках даже десятка наноампер. Кстати, цифровые приборы в подобных экспериментах уступают стрелочным, где по движению стрелки хорошо видны любые изменения.
Последующие расчеты показали следующее: скорость потока ионов равна подвижности ионов, помноженной на напряженность поля. Подвижность отрицательных ионов (по Чижевскому) при нормальных атмосферных условиях равна 1,83 см/с, а напряженность атмосферного статического поля — около 1,3 В/см. Получаем скорость потока ионов v всего около 2,5 см/с.
Плотность ионного тока j = nve. Концентрацию n ионов в естественных условиях оценивают величиной порядка 1000 на см3, заряд иона е = 1,6.10-19 кл. Получаем ионный ток у земли около 4 пикоампер на м2, что неплохо согласуется с приводимыми в литературе данными (около 2,5…3,5 пА/м2). Трудно предположить, что эффективная собирающая поверхность использованных "метелок" превосходила несколько м2, да и высота их установки была невелика, поэтому и ток следует ожидать в пределах единиц — десятков пикоампер. Это на 1. 2 порядка меньше чувствительности тестера.
В то же время предположим, что заземленная (через тестер) антенна создает вокруг своего верхнего конца область объемного заряда с потенциалом земли, т. е. нулевым. Быстро перемещая конец антенны с "метелкой" в другую область воздуха (быстрее, чем движутся ионы) с потенциалом U около + 1 кВ (130 В/м помножить на 7,5 м) мы вызываем ток перезарядки антенны и окружающего воздуха i, который и попытаемся оценить: i = dq/dt, q = CU. Положив емкость антенны С = 20 пФ и время ее перемещения 1 с, получаем ток около 20 нА — уже уверенно регистрируемое прибором значение. Этим я и объясняю скачки показаний при "размахивании" антенной. Из эксперимента последовал:
Вывод 1. Измерить ток с антенны в полевых условиях не удалось, но электризация воздуха вокруг "метелки" косвенно подтверждена.
Другой эксперимент я провел на даче, в жаркую погоду (+28оС) при слабом, лишь на редких порывах до умеренного SO ветре. Метелку изготовил из обрывка стального тросика автомобильного стеклоподъемника. Тросик содержал 7 прядей по 7 жилок диаметром 0,2 мм в каждой, всего 49. Пряди расплел на длину около 20 см, каждую прядь — на 5. 7 см, сколько хватило терпенья. Получилась "фрактально-метелочная" антенна из волнистых упругих проводников (рис. 1), но это вряд ли изменило ее свойства. Что-то она очень напомнила, и я не сразу сообразил — кистевой разряд! Впрочем, и это не должно влиять на ее свойства.
Рис. 1. Фрактально-метелочная антенна. Вид из люка на крышу.
Метелку закрепил на конце упомянутой 7-метровой удочки, а комель удочки надел на сухой сосновый шест, давно заготовленный для ТВ антенны (учитывая содержание передач, даже заниматься ТВ антенной не хочется). Всю эту легкую 12-метровую мачту поставил на крышу веранды и закрепил к коньку крыши дома (рис. 2). Металлическая крыша, как показали промеры, оказалась заземленной через жестяную облицовку дымовой трубы и печку домашней системы водяного отопления. Высота метелки над коньком крыши получилась около 9 метров
Рис. 2. Установленная антенна на фоне вечернего неба.
Снижение от метелки было сделано из тонкого изолированного провода, оно нигде не касалось крыши или других предметов, могущих иметь хоть какой-то контакт с землей. Провод подходил к положительному выводу тестера, отрицательный вывод был заземлен. Для устранения возможных радиочастотных наводок от радиостанций, а также быстрых флуктуаций тока, которые все равно бы не отследил прибор, выводы тестера были зашунтированы специально подобранным конденсатором 4мкФх250В с очень малой утечкой.
Теперь "ток с метелки" регистрировался уверенно! Его среднее значение оказалось около + 0,15 нА, при неожиданно больших флуктуациях. Непрерывные наблюдения в течение трех часов показали следующее. Максимальное значение тока достигало нескольких наноампер (рис. 3), период флуктуаций измерялся секундами. Несколько раз ток менял направление, максимальное зарегистрированное значение "обратного" тока – 0,3 нА.
Рис. 3. Один из максимумов "тока с метелки".
Флуктуации связаны, по всей видимости, с переносом ветром объемных зарядов атмосферного воздуха, которые не обязательно связаны с видимыми облаками. Движение зарядов над антенной наводит на метелке индуцированный заряд, а его изменение и вызывает флуктуации тока в проводе снижения.
Вывод 2. "Ток с метелки" существует и доказывает наличие "тихого" разряда с кончиков ее проводов (поскольку снижение изолировано). Он весьма нестабилен по амплитуде, и изредка меняет направление даже в хорошую, ясную погоду. Для его измерения достаточно простейших приборов.
Сомнений нет и в наличии у "тихого" разряда области с отрицательным сопротивлением. В Интернете удалось найти две независимых статьи с вольтамперными характеристиками разряда. Привожу график (рис. 4) с сайта [2].
Рис. 4. ВАХ разрядов при атмосферном давлении.
Обратите внимание, что на нем по горизонтали отложен ток, а по вертикали — напряжение, все в логарифмическом масштабе. Слева, при наноамперных токах, область тихого (таунсендовского) разряда. Справа, при токах от единиц ампер и выше, область дугового разряда. И там, и там есть области с отрицательным сопротивлением. Подобный же график есть на сайте [3], худшего качества, но с оцифровкой осей. Первая, интересующая нас область отрицательного сопротивления, начинается на нем от тока около 100 нА, но это безусловно зависит от формы электродов и других условий эксперимента.
Как показали мои собственные эксперименты, проведенные еще в 2000…2001 гг, разряд на острых иглах начинается при удивительно низких напряжениях и больших расстояниях [4]. Правда, в экспериментах на столе он носит характер отдельных редких импульсов. Каков характер разряда с метелки в свободную атмосферу я пока не знаю.
Тогда же было обнаружено возникновение в разрядном промежутке релаксационной генерации, наблюдаемой на экране осциллографа и проявляющейся в виде слабого шипения или свиста. Впервые эти явления наблюдал еще Таундсенд в 20-х…30-х годах прошлого века.
Недавно я повторил эти эксперименты, чтобы установить верхнюю частотную границу генерации на разряде, включая в цепь иглы, или миниатюрной "метелки" из монтажного провода, колебательные контура. На частотах СВ диапазона (1 МГц) генерация получена легко, максимальная частота, которую удалось наблюдать — 5 МГц. Однако фронт импульсов разряда очень короткий, сигнал богат гармониками, и, я полагаю, можно получить генерацию на гораздо более высоких частотах.
Работа описанной антенны проверена и с громкоговорящим детекторным приемником, постоянно функционирующим на даче с антенной в виде луча длиной 12…15 м, протянутого из окна под углом около 45о на соседнюю березу. В условиях летнего прохождения продетектированное приемником напряжение составляет около 1,5 В (Маяк, 549 кГц, 75 кВт, расстояние 28 км). При подключении вместо луча метелочной антенны оно выросло до 4,5 В! Не осмелюсь утверждать, что это вызвано именно "усилением" метелки, просто хорошо работала высокая вертикальная антенна, удаленная от окрестных предметов и возвышающаяся над деревьями. К тому же и мощность принятого ВЧ сигнала (около 1 мВт) намного превосходила мощность "атмосферного тока", снимаемого с той же антенны. Флуктуаций ВЧ сигнала не отмечено.
По-прежнему нужны эксперименты, и неоднократные, именно при приеме слабых сигналов, мощность которых измеряется нано- и пиковаттами. И еще одно соображение. Полагаю, что нет надежды обнаружить "усиление метелки", используя приемники со стандартным 50-омным входом. Ведь эта антенна — чрезвычайно высокоомное устройство, имеющее выходное сопротивление по постоянному току (кВ/нА) даже не гига, а тераомы! Нужны приемники с высокоомным входом, лучше всего старинные, ламповые. И в заключение:
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ! Работа с высокими антеннами, да еще ионизирующими воздух, в предгрозовую и грозовую погоду смертельно опасна! Соблюдайте все правила грозозащиты, обязательно заземляйте антенну, а лучше — снимайте ее до следующего эксперимента, и работайте только в хорошую погоду. За возможные опасные последствия экспериментов ответственность несете только вы сами!
Я именно так и сделал, еще засветло убрав описанный огромный шест с удочкой, и еще по одной причине — чтобы не пугать соседей и избежать ненужных объяснений. Все-таки, портативные QRP антенны гораздо лучше. Стационарную антенну надо рассчитывать на ураган, случающийся раз в несколько лет, а портативную — только на хорошую погоду в течение следующих нескольких часов! Конструкция получается неизмеримо проще и легче.
И еще: при экспериментах не подавайте на антенну никаких напряжений, тем более от высоковольтных источников! Прежде всего, это опасно, а потом — ничего нового не откроет, ведь генерация на разряде уже получена, а где возможна генерация, там тем более возможно усиление. Генерация обычно носит хаотический, шумовой характер, и может принести большой вред, сделав приемную антенну "шумной". Пользователи старинных метелочных антенн никаких напряжений к ним не подводили, а правила техники безопасности и грозозащиты соблюдали!