При постановке дистанций 3,5 МГц время от времени случаются недоразумения, чаще всего оператор не настроил передатчик, неправильно его поставил или плохо растянул антенну. Встречаются районы, где всегда плохо слышно "лисы" в диапазоне 3,5МГц.
Так какой должна быть антенна у передатчика 3,5 МГц?
Обычно передатчик в матерчатой сумке кладётся на землю, а антенна забрасывается на дерево. Говоря об антенне нужно помнить, что излучает диполь, система антенна и противовес. В данном случае в роли противовеса выступает корпус передатчика и наводимое в почве поле. Выходное напряжение передатчика (относительно земли) распределяется соответственно эффективным длинам антенны и противовеса.
Если корпус передатчика изолирован от земли и почва представляет собой диэлектрик, а антенна - длинный вертикальный провод, диполь станет несимметричным, одна из его частей будет короткой и антенна будет плохо работать.
Наоборот, все напряжение передатчика будет на антенне, когда земля идеальный проводник и корпус передатчика имеет с ней хороший контакт. Длина антенны значительно меньше четверти длины волны и распределение напряжения по всей антенне можно считать равномерным. В этом случае эффективность излучения антенной будет максимальной.
Для антенн короче четверти длины волны сопротивление антенны имеет активную и емкостную составляющие, говоря проще, сопротивление и ёмкость.
По возможности вся мощность передатчика должна расходоваться на активном сопротивлении антенны, т. е. излучаться в пространство, при этом не важно каких размеров антенна и какое сопротивление антенны, главное чтобы она была правильно согласована (размеры антенны более важны для приёмника). Согласование подразумевает собой не только компенсацию ёмкости антенны, но и правильный коэффициент трансформации выходного напряжения. Передатчик имеет высокий К.П.Д., когда работает на строго определённую нагрузку. В диапазоне 3,5 МГц, если выходной каскад передатчика работает в ключевом режиме (как в преобразователях напряжения) на постоянную нагрузку автору удавалось получить К.П.Д. выше 90%.
Ёмкость антенны - в каком-то плане вредная величина, снижает сопротивление выходного контура передатчика, делает его более узкополосным и критичным к настройке и косвенно увеличивает в нем потери.
Очевидно, что сопротивление и ёмкость антенны сильно зависят от проводимости почвы, контакта корпуса передатчика с землей, высоты антенны, её наклона.
Эффективность антенны часто увеличивают, применяя противовесы, растянутые по земле, или штырь заземления.
Интересно знать параметры антенны в различных условиях.
Автором был сделан простой прибор для измерения комплексного сопротивления антенны передатчика 3,5МГц. Он состоял из генератора, регулируемого высокоомного детектора с индикатором. Сопротивление измерялось методом замещения - сначала настраивалась в резонанс антенна, затем вместо нё подключался эквивалент нагрузки и снова контур настраивался в резонанс емкостью эквивалента, а сопротивлением добивались тех же показаний детектора.
Результаты экспериментов сведены в таблицу.
Антенна передатчика 3,5 МГц.
Бирюков Н.В. г. Симферополь.
Длина антенны
|
Емкость антенны
|
Сопротивление
|
|
Корпус передатчика лежит на сырой земле
|
4 метра
|
40 пф
|
5 кОм
|
2 метра
|
20 пф
|
17 кОм
|
|
В сумке на сырой земле
|
4 метра
|
25 пф
|
8 кОм
|
заземление штырём 30см.
|
5 метров
|
50 пф
|
4 кОм
|
Корпус передатчика лежит на сухой земле
|
4 метра
|
25 пф
|
15 кОм
|
с противовесом лежащим на земле 2м
|
2 метра
|
40 пф
|
15 кОм
|
с противовесом лежащим на земле 5м
|
5 метров
|
50 пф
|
14 кОм
|
Корпус передатчика на подставке 15см над землей, противовес 2м
|
2 метра
|
30 пф
|
30 кОм
|
Корпус передатчика на подставке 15см над землей, противовес 5м
|
5 метров
|
40 пф
|
22 кОм
|
Вертикальный диполь антенна и противовес 2м
|
2 метра
|
6 пф
|
50 кОм
|
В таблице эквивалент антенны- параллельно соединённые сопротивление и ёмкость ( это не сопротивление излучения антенны, которое для короткой антенны очень мало, это нагрузка передатчика, заменяющая реальную антенну).
Видно, что низкое сопротивление эквивалента антенны получается, когда корпус передатчика имеет хороший контакт с сырой землёй и при заземлении штырём. Однако заземление штырем на сухих и каменистых почвах может быть неэффективным.
Сопротивление эквивалента антенны для сухой и сырой почвы различается в три раза (в условиях, когда почва - диэлектрик может быть ещё больше).
Применение противовесов значительно увеличивает ёмкость антенны и незначительно снижает сопротивление и если поднять корпус передатчика на диэлектрическую подставку 15 см над землей, сразу возрастает сопротивление антенны, т. е. вклад земли в эксперименте сильнее применения противовеса.
Нужно также помнить, что несимметричное расположение противовесов может привести к отклонению пеленга из-за появления горизонтальной поляризации волны.
Интерес представляет последний случай, когда передатчик находится на высоте 2-3 метра над землёй посредине вертикального диполя. Такая антенна часто применяется в маломощных маячках и при правильной настройке сигнал такого маячка может быть слышен на расстояниях более километра. Передатчик для такой антенны должен быть специально настроен на высокое сопротивление нагрузки. Ёмкость и сопротивление антенны мало зависит от внешних условий, и она может быть хорошо согласована.
Передатчик может быть настроен один раз постоянно и таким образом оператору нужно будет только правильно его повесить.
Более чем пятнадцатилетний опыт эксплуатации передатчиков с такой антенной показал их высокую эффективность. Характер нарастания поля от расстояния более плавный, чем у передатчиков с другими видами антенн, вблизи "лиса" показаться слабой, но слышно её далеко.
В последнее время на форуме сайте ardf.ru не утихают споры об антенне передатчика, микромаячка 3.5 МГц и похоже спорящие не понимают, что передатчик с антенной представляют единое целое- активную антенну. Можно ли отмоделировать такую антенну в MMANA? Антенна передатчика (имеются в виду передатчики для "охоты") всегда представляет из себя полуволновый вибратор, как для маячка с 30 сантиметровыми антенной и противовесом, так и для "лисы" с заброшенным на дерево проводом, просто часть этой антенны ( почти все 40 метров длины) прячется в согласующее устройство- удлиняющую катушки и настроечный конденсатор. Наглядно всё можно увидеть на рисунках ( постарался изобразить, как смог). Вообще то говоря, хорошо настроенная антенна эквивалентна антенне чуть длиннее половины длины волны, чтобы максимум амплитуды напряжения приходился на середину излучающих проводов. Чем короче антенна и противовес, тем жестче требования к добротности согласующего контура.
Из рисунка становится ясно, почему противовес лучше располагать снизу (хотя дальность работы не изменится если "лису" повесить вверх ногами).
И ещё, и ток и напряжение в частях длинной антенны совместно вызывают излучение электромагнитного поля. Ток вызывает излучение магнитной составляющей поля, напряжение- электрической составляющей. В нашем случае (короткая антенна) максимальные токи гуляют внутри удлиняющей катушки, внутри передатчика, и в излучении поля не участвуют. Узел напряжения и максимум тока при правильной настройке, приходятся на середину удлиняющей катушки. На излучающие провода антенны и противовеса приходится масимальный размах напряжения ( возле антенны светится неонка, антенна жжется при прикосновении), т.е. антенна чисто электрическая.
Диаграмма направленности для короткой антенны ( диполь Герца) - тор (круг в горизонтальной плоскости и восьмёрка в вертикальной), искаженный проводимостью поверхности земли. Синфазные, противофазные токи и напряжения ( про что идёт полемика на форуме) формируют диаграмму направленности длинной ( более четверти длины волны) антенны.
Хотелось бы рассмотреть ещё один момент- мощность. Часто пишут, например-мощность передатчика 3 ватта. Весь вопрос: что это за мощность и как её измеряли ( про приборы, их поверку, не говорю). Понятно, что потребляемая и излучаемая мощности могут сильно отличаться. Скорее всего имеется в виду излучаемая в пространство мощность и наверняка это цифра выдуманная, высчитанная каким то образом из потребляемой передатчиком мощности.
Чтобы оценить излучаемую в пространство мощность, желательно было бы измерить мощность на эквиваленте антенны, соответствующем применяемой антенне, и по моему, оценивать следует мощность передатчика измеренную на эквиваленте антенны ( смотри таблицу). В реальных условиях излучаемая в пространство мощность сильно зависит от от того, как подвешена и настроена антенна, сухой или мокрый лес, почва. Даже идеально подобранные по мощности передатчики в реальных соревновательных условиях дадут разброс.
Мощность 5 мВт для маячков радиоориентирования точно выдуманная и в реальности значительно меньше. Очень сложно измерить параметры эквивалента совсем короткой антенны, уверен, что никто их не измерял.
