Заземлення антен, сайт радіоаматорів
На НЧ-діапазонах доводиться часто чути гарячі суперечки щодо заземлення антен і радіоапаратури. Зазвичай йдеться про дві проблеми перша — мікрофон «кусається», і друга — чим глибше розміщене заземлення, тим ефективніше працює антена. Поради переростають у гарячі суперечки, а гумору багатьох порад позаздрив би Ярослав Гашек.
Для кращого розуміння та засвоєння матеріалу додамо і ми до статті трохи гумору. Почнемо з «кусячого» мікрофону. Здебільшого, ця проблема виникає при поганому узгодженні та симетруванні антени, особливо під час роботи на «мотузку», тобто. антену у вигляді довгого дроту. Для такої антени противагою служить освітлювальна мережа 220 або водопровідні труби, якщо вони використовуються як заземлення. ВЧ-енергія при ненастроєній та невідсиметрованій антені випромінюється як самої антеною, так і всіма додатковими провідниками, підключеними до апаратури. Генератор або передавач "не розуміє" слова "антена": для нього це просто навантаження. Узгоджена чи неузгоджена — це не має значення.
У деяких випадках це навантаження можна добре узгодити і отримати задовільний КСВ, але антеною при цьому як і раніше будуть полотно антени, мережа освітлення, водопровідні труби, що проходять в будинку, та інші провідники, підключені до апаратури. Тож чому дивуватися — «укусити» може не лише мікрофон, а й будь-який провід, що стирчить з-під столу. Відразу народжується думка, що потрібно заземлити апаратуру. Починаємо обплутувати квартиру проводами, поєднуючи апаратуру з найближчим газоном. Іноді це допомагає, мікрофон перестає «кусати» господаря, але при цьому починають хвилюватись сусіди поверхом вище чи нижче. Ось тут «компетентні доброзичливці» починають давати цікаві поради, як кращезробити заземлення, яким дротом, який зробити контур заземлення біля будинку тощо. Деякі радіоаматори все ж таки інтуїтивно здогадуються, що йдеться не про постійний струм, і радять змінити квартиру з 5-го поверху на перший, мотивуючи це тим, що провідник довжиною менше 0,1L вже не випромінює. Можна, кажуть, ще послідовно із провідником заземлення увімкнути конденсатор змінної ємності, щоб створити послідовний контур для даної частоти.
Після таких тривалих розмов радіоаматорський народ «зациклюється» на неіснуючій проблемі, замість того, щоб подумати, а що ж роблять із «кусучим» мікрофоном на літаку чи МКС, і як же працює заземлений чвертьхвильовий вібратор?
Уявіть, що нам потрібно полити водою грядку через ділянку сусіда, а шланг дірявий. Замість того, щоб полагодити шланг, ми починаємо вигадувати різні пристрої, щоб не залити ділянку сусіда. Та й взагалі, чому ми хочемо «забити» частину ВЧ-енергії у землю, вона що зайва? Може, краще попрацювати з антенно-фідерним пристроєм та випромінювати цю енергію в ефір? Заземлювати антену та апаратуру, звичайно, необхідно з метою електробезпеки та грозозахисту, але це ніяк не стосується проблеми «кусучого» мікрофона. Працюючи на «мотузку» довжина провідника повинна становити половину довжини хвилі нижнього діапазону, щоб напівхвильовий вібратор був утворений самим полотном антени, а не шматком дроту з доповненням з проводів освітлювальної мережі або труб опалення.
При роботі на кратних частотах у цьому випадку змінюватиметься лише діаграма спрямованості цього вібратора. Блок узгодження антена – кабель повинен знаходитись біля антени, а не під столом. Як найпростіший узгоджувальний пристрій слід застосувати хоча б паралельний контур з відведенням.
Тепер поговоримо про гарне заземлення та ККД антени — ці два поняття взагалі не пов'язані між собою. Класичною формою вертикального випромінювача є чвертьхвильовий штир над екраном. Це напівхвильовий випромінювач, а недостатній чвертьхвильовий відрізок вібратора утворюється т.зв. «Дзеркальним зображенням» від екрана Фізична сутність методу дзеркального зображення полягає в тому, що електромагнітні хвилі вібратора, що падають на поверхню екрана, збуджують у ньому струми, під дією яких з'являється відбита хвиля, фаза якої в момент відображення від екрану не змінюється. Якщо припустити, що екран нескінченний і є ідеальним провідником, ККД антени без урахування втрат дорівнює 100%. Зауважте, що ми говоримо про екран, що відображає, а не про заземлення. Нам необхідно збудити в ньому струми та відобразити хвилю, а не поглинути. Стосується екран при цьому землі чи ні, не має жодного значення. Так як основна маса радіоаматорів не має великих площ для установки антен, екран хочеться зробити якомога менших розмірів. Для цієї мети і використовуються радіально розташовані чвертьхвильові провідники, налаштовані в резонанс, що дозволяють при відносно малій площі створити хороший екран, що відображає. Чим більше кількість радіалів, тим більше енергії перехоплюється і відбивається, а чи не поглинається землею, тим більше ККД антени. З вищесказаного випливає, що всі розмови про довгу трубу, глибоко забиту в землю і, нібито, що покращує ККД антени, абсурдні. Ми знову намагаємося частину енергії закопати в землю.
Під час виготовлення вертикалів застосовуйте петлеві вібратори. Таке рішення має низку переваг. Електрично антена пов'язана із заземленням, з механічної точки зору щогла без ізолятора міцніша. Антена має ширшусмугу пропускання, а її вхідний опір збільшується. Антени з мінімальним вхідним опором складніше узгоджувати з фідером, ККД таких антен, зазвичай, нижче, т.к. опір втрат може бути порівнянний з опором випромінювання, що пов'язано як з довжиною провідників в НЧ-діапазоні, так і з матеріалами, з яких виготовлена щогла (наприклад, застосовуються сталеві труби, в яких багато стиків). Частина потужності, що підводиться до антени, випромінюється в простір, а інша частина в провідниках антени перетворюється на тепло. Тому антену можна як еквівалентний навантажувальний опір, що складається з двох складових: опору втрат і опору випромінювання. ККД антени є відношення корисної (випромінюваної) потужності до сумарної потужності, що підводиться до антени Чим більший опір випромінювання по відношенню до опору втрат, тим більше ККД антени. Якщо вертикали встановлюються на високих будинках і мають довгий фідер, то по довжині цього фідера необхідно розташувати кілька дроселів, що замикають. Це можуть бути феритові кільця будь-якої проникності, на які намотують по кілька витків фідера, що перешкоджає затіканню струму по обплетенню кабелю. В УКХ-діапазоні на кабель як замикаючі елементи встановлюють чвертьхвильові склянки, закорочуючи один кінець склянки на обплетення кабелю. Склянки виготовляють із металевої труби або з обплетення кабелю більшого діаметру.
У приватному секторі кабель живлення антени закопують у землю, здійснюючи розведення під землею, що також перешкоджає затіканню струму і одночасно служить грозозахистом. При цьому необхідно мати два контури заземлення: один у антени, другий на введенні в будинок.