Любительские передающие ДВ антенны А.С.Юрков, RA9MB

Статья опубликована в №№ 8, 9 и 10 журнала Radioв 2002. Размещена на сайте с разрешения редакции и автора.

В последнее время радиолюбителям, кроме КВ и УКВ диапазонов, выделен также и небольшой участок в ДВ диапазоне (135.7 - 137.8 кГц). После экспериментальной работы в этом диапазоне, предпринятой коллективом RU6LWZ, когда были проведены связи с рядом стран западной Европы, интерес к ДВ среди российских радиолюбителей заметно возрос. Многие хотели бы начать эксперименты на этом диапазоне, но освоение радиолюбителями ДВ диапазона в значительной мере сдерживается отсутствием широко доступной информации о том, какая для этого нужна техника.
В настоящее время основная задача, которую необходимо решить для широкого освоения ДВ российскими радиолюбителями, это прежде всего увеличение числа передающих любительских ДВ станций. Действительно, прежде чем принимать сигналы, необходимо чтобы эти сигналы существовали. Если на КВ можно начинать с приёма любительских станций, которые имеют весьма сильные сигналы и при огромных расстояниях до передатчика, то для того, чтобы начать эксперементы на ДВ крайне желательно, чтобы источник сигнала находился сравнительно недалеко. Особенно остро стоит эта проблема перед радиолюбителем, желающим начать работу на ДВ и находящимся в азиатской части нашей огромной страны. Несколько проще радиолюбителям, проживающим в европейской части России. В западной Европе достаточно много радиолюбителей, передающих на длинных волнах, сигналы которых вполне можно принимать на расстояниях до одной-двух тысяч километров при работе обычным телеграфом и до нескольких тысяч километров при работе QRSS (медленный телеграф с обработкой сигнала на компьютере).
Основная проблема, которую надо решить любому радиолюбителю для того, чтобы начать работу на передачу в ДВ диапазоне, заключается в создании передающей антенны. Всем хорошо известно, что на КВ антенна в огромной степени влияет на успех в работе, но на ДВ, пожалуй, это влияние ещё больше.
Передатчик на частоты порядка 136 кГц делается весьма просто и мало чем отличается от передатчика КВ диапазона. Но антенна - совершенно другое дело! Свойства антенны принципиально зависят от соотношения длины волны и размеров антенны, а длина волны, соответсвующая любительскому диапазону 136 кГц около 2.2 км, что более чем в десять раз больше максимальных длин волн, ранее использовавшихся радиолюбителями.
ДВ антенны, доступные для радиолюбителей существенно отличаются от обычно применяемых на КВ. Прямое перенесение опыта работы на КВ на работу на длинных волнах невозможно, так как это потребовало бы создания антенн совершенно недоступных для радиолюбителей размеров. Кроме того, на ДВ обычно нет возможности описать конкретную радиолюбительскую конструкцию передающей антенны. Конструкция антенны в значительной мере определяется местными условиями и конструировать антенну радиолюбителю как правило придётся самому. Хоть это и не сложно, так как на ДВ нет того разнообразия типов антенн, что наблюдается на КВ, но всё же конструирование ДВ антенны требует некоторых представлений о том, какие у передающей ДВ антенны параметры, как они влияют на работу антенны, от чего зависят и как улучшить работу всего передающего комплекса, состоящего из передатчика и антенны.
Всё это побудило автора написать данную статью, в которой рассмотрены основные принципы создания любительских передающих ДВ антенн. Конечно, большую часть изложенного в статье материала можно найти в профессиональной литературе, но специально для радиолюбителей такого изложения пока не было. Это и не удивительно, ДВ диапазон стал доступен для радиолюбителей недавно. Автор старался избегать сложной теории, ограничиваясь лишь качественным изложением и самыми простыми формулами, которые всё же необходимы для осмысленного конструирования антенны. При этом основное внимание было уделено принципиальному отличию в конструировании КВ и ДВ антенн. На сколько это удалось - судить читателям.

Характерной особенностью работы на ДВ является то, что любая ДВ антенна имеет размеры намного меньшие, чем четверть длины волны. Это справедливо в подавляющем большинстве случаев и для профессиональных ДВ станций, а для любительских - и подавно. Действительно, привычный на КВ четвертьволновый штырь для любительского диапазона 136 кГц должен иметь высоту более 500 метров. Врядли когда-нибудь найдется радиолюбитель, у которого будет возможность использовать в качестве антенны любительской радиостанции Останкинскую телебашню!
Второй важный момент, который надо учитывать при проектировании и изготовлении передающей ДВ антенны, заключается в том, что поляризация антенны должна быть исключительно вертикальной. Это связано с тем, что на столь низких частотах земля по своим отражающим свойствам очень близка к идеальному проводнику, а высота любой реальной ДВ антенны в огромное число раз меньше длины волны. Сколь-нибудь эффективно создать горизонтальное электрическое поле не удастся по той простой причине, что земля просто "закоротит" это поле. Если говорить более строго, то причина в том, что, как известно из электродинамики, вектор электрического поля на поверхности идеального проводника всегда перпендикулярен поверхности этого проводника. Конечно, земля всё же не идеальный проводник и высота антенны хоть и мала, но не равна нулю. Поэтому вопрос использования на ДВ низкорасположенных (по сравнению с длиной волны) передающих антенн с горизонтальной поляризацией (например горизонтального диполя) крайне интересен и требует проведения экспериментов. Но никак нельзя рекомендовать использовать такие передающие антенны радиолюбителю, который только начинает использовать длинные волны. Соответствующие эксперименты требуют солидного опыта, да и сравнивать экспериментальную антенну надо с чем-нибудь более-менее общепринятым.
В связи с тем, что размеры любой реальной ДВ антенны намного меньше четверти длины волны, передающие антенны ДВ можно разделить на два больших класса - электрические и магнитные. Магнитные антенны это замкнутые рамки, чаще всего прямоугольной формы, расположенные обязательно в вертикальной плоскости (вертикальная поляризация!) и имеющие размеры по крайней мере в несколько десятков метров. Некоторые радиолюбители западной Европы и США проводят эксперименты с такими передающими антеннами и им удается излучить мощность, не намного меньшую, чем в случае электрических антенн сравнимых размеров. Но всё же это пока экспериментальный класс передающих антенн.

Основной тип передающей антенны на ДВ это сильно укороченный вертикальный излучатель, запитанный относительно земли. Запитка относительно земли означает, что вторым полюсом для подключения генератора является заземление. Многие такие антенны имеют массу проводов, расположенных горизонтально. Но подчеркнем, что собственно излучателем является только
вертикальная часть антенны, а все горизонтальные проводники служат исключительно для того, чтобы в вертикальном проводе можно было создать как можно больший и как можно более равномерно распределённый ток.

Некоторые типы передающих ДВ антенн схематически показаны на рис.1.

ANT #1 ANT #2 ANT #3
На рис.1а показана антенна в виде вертикального провода без ёмкостной нагрузки; на рис.1б - вертикальная антенна с ёмкостной нагрузкой в виде "зонтика", который может являеться частью оттяжек, поддерживающих мачту; на рис.1в - трехлучевая Т-антенна; на рис.1г - однолучевая Г-антенна с наклонной ёмкостной нагрузкой; на рис.1д - однолучевая Т-антенна с наклонной ёмкостной нагрузкой; на рис.1е - однолучевая Т-антенна с наклонной "вертикальной" частью, на рис. - антенна "наклонный луч".
Возможные конфигурации антенн не исчерпываются показанными на рис.1. Возможна, например, многолучевая Г-антенна. Число проводников, составляющих "зонтик" на рис.1б совсем не обязательно равно четырём. Вертикальная часть также может состоять из нескольких паралельных или расходящихся "веером" проводов и т.д. Также очевидно, что в качестве ДВ антенны во многих случаях можно использовать КВ антенну, изменив способ её питания. Например, КВ диполь с успехом можно использовать в качестве Т-антенны, соединив оба провода фидера вместе и запитав полученный излучатель относительно земли.
Обратим внимание, что ни одна из этих антенн не питается по коаксиальному кабелю. Все эти антенны это как бы "антенны с однопроводным открытым фидером", хотя на самом деле этот "фидер" собственно и является излучателем.Радиолюбитель, который не раз испытывал проблемы, связанные с помехами телевидению при работе на КВ, может весьма скептически отнестись к такому питанию передающей антенны. Особенно когда ему далее еще будет рекомендовано использовать в качестве заземления водопроводные трубы. Автор спешит его успокоить: на ДВ помехи телевидению, обычно значительно меньшая проблема, нежели при работе на КВ. Приведём такой пример из практики. Провод от антенны продходил к передатчику мощностью около 50 Вт на высоте в несколько сантиметров над верхней крышкой телевизора. На крышке телевизора лежала неоновая лампочка, которая ярко светилась при нажатии на ключ. И при этом помех приёму телевидения совершенно не наблюдалось! Может и не всегда ситуация оказывается столь благоприятной, но судя по всему, телевизоры всё же весьма малочуствительны к электромагнитным полям столь низких частот.
Так как высота ДВ антенны всегда намного много меньше четверти длины волны, реактивная часть входного сопротивления вертикального электрического излучателя всегда имеет ёмкостный характер и очень велика по сравнению с активной частью входного сопротивления. Для того, чтобы ток в антенне достиг сколь-нибудь значительной величины, ёмкостная часть входного
сопротивления антенны должна быть скомпенсирована индуктивностью, реактивное сопротивление которой равно по абсолютной величине реактивному сопротивлению ёмкости антенны.
Таким образом, применение удлиняющей катушки на ДВ является
абсолютно обязательным (на рис.1 катушка не показана). Удлинительная катушка включается последовательно с антенной.
Чтобы можно было оценить необходимую индуктивность удлинительной катушки, необходимо знать ёмкость антенны, которая является весьма важным параметром передающей ДВ антенны. Важность ёмкости как параметра передающей ДВ антенны
связана ещё и с тем, что чем больше ёмкость антенны, тем меньшую нужно индуктивность удлиняющей катушки. Соответственно чем больше ёмкость антенны, тем меньше будут бесполезные потери мощности передатчика за счёт оммического сопротивления удлинительной катушки. А потери мощности в удлиняющей катушке весьма существенны при работе на ДВ.
Кроме того, при большей ёмкости антенны уменьшается напряжение на антенне, которое на ДВ даже при сравнительно маломощном передатчике может составлять единицы, а иногда и десятки киловольт. Уменьшение напряжения на антенне упрощает проблему изоляции. Есть и ещё причины, о которых мы поговорим позднее, при обсуждении так называемых "потерь окружения", по которым следует стремиться сделать как можно большую ёмкость антенны. Именно увеличение суммарной ёмкости антенны (вместе с получением более равномерного распределения тока в вертикальной части) это причина, по которой в передающих. ДВ антеннах стараются сделать горизонтальную часть как можно больше и часто делают эту горизонтальную часть из нескольких паралельных проводов (многолучевые Г- и Т-образные антенны).
Ёмкость ДВ антенны с приемлемой для радиолюбительской практики точностью можно оценить по простому правилу: каждый метр провода антенны (как в вертикальной, так и в горизонтальной части) даёт около 6 пф ёмкости антенны. Если несколько проводов расположены паралельно друг другу, то при расстоянии между ними меньшем двух-трёх метров ёмкость каждого метра таких проводов уменьшается. Поэтому при изготовлении Г- или Т-образной антенны с многолучевой горизонтальной частью следует по возможности выдерживать расстояние между проводами не мене 2 - 3 метров. Больше не имеет смысла, а меньшее расстояние приводит к уменьшению ёмкости, приходящейся на каждый метр провода.
Реактивное сопротивление ёмкости антенны можно посчитать по общеизвестной формуле Xc=1/(2*pi * f * C). Так как реактивное сопротивление удлинительной катушки должно быть по абсолютной величине таким же, то из связи реактивного сопротивления и индуктивности Xl = 2*pi * f * L можно найти индуктивность. Для практических целей удобнее использовать формулы, которые получаются, если подставить значение частоты f=136000 Гц и преобразовать единицы измерения:

Xc = 1170000 / C
Xl = 0.85 * L
L = Xl / 0.85

где сопротивления в Омах, ёмкость в пикофарадах, а индуктивность в микрогенри.
Совсем грубо для прикидочных расчётов можно считать, что на частоте 136 кГц реактивное сопротивление ёмкости 1000 пф составляет 1000 Ом и пропорционально увеличивается (уменьшается) при уменьшении (увеличении) ёмкости по сравнению
с 1000 пф. Соответственно для индуктивности каждая микрогенри даёт около 1 Ома. Такие цифры легко запомнить. Конечно это весьма приблизительно, но большая точность расчётов очень часто и не нужна, так как всё равно расчитанные величины придётся уточнять экспериментально. Влияние окружающих антенну предметов всё равно теоретически учесть крайне затрудниельно! Так что расчёт в любом случае будет прикидочным.
Для того, чтобы представлять себе порядок величин, получающихся в типичных радиолюбительских условиях, сделаем оценку для такого примера.
Пусть имеется Г- или Т-образная антенна с длиной однолучевой горизонтальной части 80 м, расположенная на высоте 20 м. Соответственно длина вертикальной части 20 м и общая длина провода составляет 100 метров. Ёмкость такой антенны будет порядка 600 пф, реактивная часть входного сопротивления антенны порядка 2000 Ом. В этом случае потребуется удлиняющая катушка с индуктивностью несколько больше 2000 мкГн. Такая индуктивность даст те же 2000 ом реактивного сопротивления, но реактивное сопротивление индуктивности противоположно по знаку реактивному сопротивлению ёмкости антенны и реактивности окажутся скомпенсированы.
Может возникнуть вопрос: " а почему бы не получить сразу индуктивность удлиняющей катушки зная ёмкость антенны и используя формулы для обычного колебательного контура?" Конечно можно и так. Но расчёт через реактивные сопротивления позволяет сразу представить себе, например, какое будет напряжение на антенне при заданном токе антенны, какое будет сопротивление потерь удлинительной катушки при известной добротности этой катушки. Так в приведенном выше примере сразу ясно, что напряжение на антенне будет порядка 2000 вольт на каждый ампер тока в антенне. Так как активная часть входного сопротивления антенны много меньше реактивной части, напряжение на антенне в вольтах приблизительно равно току антенны в амперах умножить на реактивную часть сопротивления антенны в омах. Ну а при добротности катушки Q=200 её сопротивление потерь будет 2000 / 200 = 10 Ом. Сопротивление потерь, реактивное сопротивление катушки и добротность связаны простой формулой Rкат =Xl / Q.
Вторым крайне важным параметром ДВ антенны является её действующая высота. Отвлекаясь пока от зависимости действующей высоты от деталей конструкции антенны, отметим два предельных случая. Действующая высота одиночного вертикального провода без ёмкостной нагрузки наверху, равна половине её геометрической высоты. Для Г- или Т-образной антенны с ёмкостью горизонтальной части много большей, чем ёмкость вертикальной части антенны, действующая высота приближается к высоте подвеса над землёй горизонтальной части антенны.
Скажем сразу, что надо стремиться сделать действующую высоту антенны как можно больше. По крайней мере метров 10 - 15, а лучше 30 - 50. Еще большё - ещё лучше. Но, пожалуй, 50 метров это максимум, достижимый в обычных любительских условиях. Примерно такая получится действующая высота Г- или Т-образной антенны с большой горизонтальной частью, если она подвешена между двумя 16-этажными домами.
Почему же действующая высота антенны так важна? Всё дело в том, что когда размеры антенны много меньше длины волны, напряжённость поля, принимаемого корреспондентом, прямо пропорциональна произведению силы тока в антенне на действующую высоту антенны. Чем больше действующая высота Вашей антенны - тем сильнее Ваш сигнал. Мощность, излучаемая передающей станцией (не путать с выходной мощностью передатчика!) очень просто связана с этим произведением, измеряемым в метроамперах. Для частоты 136 кГц:

Pизл = 0.00033 * A^2
где Pизл - излучаемая мощность в ваттах, A - произведение силы тока в антенне в амперах на действующую высоту антенны в метрах, ^2 - возведение в квадрат.
Чтобы ориентироваться в том, какие примерно получаются значения, рассмотрим пример. Пусть действующая высота антенны 20 м. Сила тока в антенне при выходной мощности передатчика в 100 Вт обычно будет в пределах 1 - 3 ампера. Пусть сила тока в антенне оказалась 2 ампера. Тогда A = 40 метроампер. Соответственно излученная мощность P составит примерно 0,5 Вт.
Из приведённого примера видно, что обычно КПД любительских передающих ДВ антенн весьма мал. В приведённом выше примере излучается всего 0,5 процента мощности, потребляемой от передатчика. И это ещё очень хорошо! Часто бывает порядка одной десятой процента, а то и меньше. И только при использовании "гигантских", по радиолюбительским меркам антенн, КПД может достигать нескольких десятков процентов. Примером такой "гигантской" антенны может служить антенна, использованная в первой российской длинноволновой DX экспедиции, проведённой коллективом RU6LWZ, когда использовалась мачта высотой более 100 метров.
Низкий КПД любительских передающих ДВ антенн приводит к тому, что мощность излучения в любительских условиях обычно измеряется десятыми, а то и сотыми долями ватта. Редко у кого из любителей бывает излученная мощность порядка несколько единиц ватт. И тем не менее, при таких мизерных излучаемых мощностях любители, используя специальные виды работы (прежде всего QRSS - медленный телеграф), работают на тысячи, а то и на 10 - 15 тысяч километров!
Обычным телеграфом при этом удаются связи на несколько сот, а иногда, при хорошем прохождении, специальных приёмных антеннах и малом уровне помех, на одну - две тысячи километров.
Мы видим, что ситуация с передающими ДВ антеннами радикально отличается от того, к чему мы привыкли на КВ. Если на КВ обычно КПД близок к 100 процентам (за исключением разве что 160 метрового диапазона, и то не всегда), то на ДВ он очень мал. Если на КВ мы пытаемся сфокусировать излучение в одном направлении и оперируем понятием коэффициента усиления, то на ДВ излучение всегда практически круговое и ни о каком усилении говорить не приходится. Если на КВ мы стремимся получить пологие углы излучения, то на ДВ угол излучения всегда практически одинаков. Если на КВ антенна обычно питается по коаксиальному кабелю и мы стремимся получить хороший КСВ, то на ДВ антенна всегда питается непосредственно и такая величина как КСВ обычно вообще не имеет существенного смысла.
Единственное, за что приходится "бороться" при работе на ДВ - это излучаемая мощность или, что по сути то же самое, надо добиваться только максимального количества "метроамперов" произведения силы тока в антенне на действующую высоту антенны.
Рассмотрим теперь более детально, как зависит действующая высота антенны от её геометрических размеров и деталей конструкции для наиболее распространённых типов антенн.
Как уже указывалось, действующая высота простого вертикального провода без ёмкостной нагрузки наверху (рис.1а) просто равна половине геометрической высоты антенны. Точно также действующая высота антенны "наклонный луч" (рис.1ж)
равна половине высоты верхней точки антенны. Если антенна имеет горизонтальную ёмкостную нагрузку (например рис.1в),
то действующая высота такой антенны определяется соотношением ёмкостей вертикальной Cв и горизонтальной Cг частей, а также геометрической высотой подвеса h горизонтальной части. Она может быть найдена по формуле:

hд = h*(1 - 0,5/(Cг/Cв + 1))
Ёмкости горизонтальной и вертикальной частей антенны могут быть, как и для всей антенны определены по правилу "6 пф на каждый метр провода". Из формулы видно, что если Сг намного больше Св, то действующая высота hд приближается к
геометрической высоте h. Особого рассмотрения требует случаи наклонной "вертикальной" части рис.1е и наклонной ёмкостной нагрузки рис 1б,г,д. Если "вертикальная часть" наклонна, а ёмкостная нагрузка практически горизонтальна (рис.1е) , то почти ничего не меняется. Только несколько возрастает Св из-за более длинного провода, чем если бы он шёл строго вертикально, а формула остается той же. Если имется Т-антенна (вертикальная часть подключается достаточно точно посередине емкостной нагрузки) с наклонной емкостной нагрузкой (рис.1д), то в общем также, только в качестве h надо брать высоту над землей точки подключения вертикальной части к горизонтальной. В этом случае вертикальные компоненты электрического поля, созданные двумя плечами ёмкостной нагрузки компенсируются.Но в Г-образной антенне, показанной на рис.1г, или в "зонтичной" антенне, показанной на рис.1б, такой компенсации не происходит. Потому формула становятся несколько иной. В этом случае действующая высота определяется формулой:

hд = 0,5*h*(1 + a - a^2/(Сгв + 1))
где a = h1/h - отношение высот верхнего и нижнего конца емкостной нагрузки.
Подчеркнём, что для случаев, показанных на рис.1б и рис.1г нежелательно опускать нижний конец ёмкостной нагрузки до самой земли. Это приведет к снижению действующей высоты до 0,5h. Если нет возможности поднять эти точки (например только одна мачта), то лучше провода, составляющие ёмкостную нагрузку, продолжить до земли изолирующим шнуром (можно применить проволоку, разбив её в двух-трёх местах изоляторами).
Если точки закрепления антенны определены "местной обстановкой", а у радиолюбителя нет желания заниматься расчётами, то можно воспользоваться таким простым правилом: надо стремиться к тому, чтобы максимальное количество провода было расположено как можно выше (и, как будет ясно из дальнейшего, подальше от деревьев, стен и т.п.). Ну а уж действующая высота - какая получится!
Разобравшись с первым сомножителем "основного параметра" - произведения действующей высоты на силу тока в антенне, рассмотрим, от чего зависит второй сомножитель - сила тока в антенне и как эту силу тока сделать побольше.
Конечно сила тока зависит от мощности передатчика. Но не только. Ещё она зависит от активной части входного сопротивления R, которая, в свою очередь есть сумма сопротивления потерь Rп и сопротивления излучения Rизл.
Сопротивление излучения на частоте 136 кГц определяется по формуле:

Rизл = 0,00033*hд^2
и для радиолюбительских антенн составляет обычно не более нескольких десятых ома. Здесь Rизл - сопротивление излучения в омах, hд - действующая высота антенны в метрах.
В радиолюбительской ДВ практике в подавляющем большинстве случаев сопротивление потерь в огромное число раз больше сопротивления излучения. Собственно именно поэтому получается низкий КПД. Вследствие этого ток антенны зависит в основном от сопротивления потерь, а сопротивление излучения на силу тока в антенне можно считать не влияет. Именно в таком соотношении сопротивления потерь и сопротивления излучения заключается причина радикального отличия ДВ антенн от КВ антенн. На КВ, где сила тока в антенне определяется в основном сопротивлением излучения, не имеет значения сама величина этой силы тока. Антенна может "питаться током" или "питаться напряжением", сила тока будет разная, а мощность излучения - одинаковая. На ДВ ситуация принципиально другая. Сила тока в антенне определяется сопротивлением потерь, а излучаемая мощность пропорциональна квадрату силы тока. Поэтому необходимо стремиться сделать силу тока как можно больше, для чего надо сделать как можно меньше сопротивление потерь. Если сопротивление потерь в антенне Rп известно, то при известной
выходной мощности передатчика P легко найти силу тока I в антенне:

I = SQRT(P/Rп) где SQRT - корень кадратный
Сопротивление потерь складывается из оммического сопротивления провода, из которого выполнена антенна, активной части сопротивления удлиннительной катушки, сопротивления заземления и так называемого сопротивления потерь окружения (enviroment loss). Последнее связано с потерями энергии за счёт токов, наведённых в окружающих предметах (домах, деревьях и т.п.).
Оммическое сопротивления провода антенны обычно весьма мало и его можно не учитывать. Исключением может быть разве только случай, когда горизонтальная часть антенны (ёмкостная нагрузка) очень длинная (сотни метров) и выполнена
в виде одного тонкого провода. В обычной ситуации, если антенна выполнена из медного провода диаметром не менее 2 мм, сопротивлением провода антенны можно принебречь. Остальные составляющие сопротивления потерь намного больше.
Сопротивление потерь в удлинняющей катушке является уже существенным, особенно если эта катушка имеет не достаточно большую добротность Q.
Добротность это отношение реактивного (индуктивного) сопротивления катушки на данной частоте к сопротивлению потерь в катушке. Как же сконструировать катушку, потери в которой будут не очень велики? Или другими словами, как сделать катушку с достаточно высокой добротностью? Для этого надо прежде всего понимать, откуда эти потери берутся и от чего зависят.Подробно это рассмотрено в
Добротность катушки (и, соответственно сопротивление потерь при заданной индуктивности) зависит в основном от диаметра каркаса катушки! Причем добротность прямо пропорциональна этому диаметру - чем больше диаметр, тем выше добротность
.
Таким образом для получения малых потерь надо делать катушку большого диаметра. При этом для очень грубой оценки (а точнее обычно не нужно) можно считать, что на 136 кГц при сплошном медном проводе, оптимальных соотношениях шага намотки и диаметра провода, а также диаметра каркаса и длины намотки, добротность однослойной катушки примерно равна диаметру каркаса в миллиметрах.
Сопротивление потерь удлинняющей катушки это важная составляющая общего сопротивления потерь антенны. Но если сделать катушку достаточно большого, но ещё приемлемого диаметра (миллиметров в 200 - 400), основной вклад в общие потери всё же даёт сопротивление заземления и сопротивление потерь окружения. Причём сопротивление потерь окружения обычно трудно отделить от сопротивления заземления и часто это общее сопротивление называют сопротивлением земли.
Заметим сразу, что на ВЧ сопротивление заземления совсем не совпадает с сопротивлением заземления на низких частотах. Так что если у Вас есть "электротехническое" заземление с известным сопротивлением, то его, конечно можно и нужно использовать, но его сопротивление на 136 кГц будет намного больше, чем на промышленной частоте 50 Гц.
К сожалению, расчитать потери в земле обычно в радиолюбительской практике невозможно. Формулы обычно применяемые в профессиональной деятельности не применимы для столь маленьких по сравнению с длиной волны антенн, которые обычно используются радиолюбителями. Да и в отличие от профессиональных, любительские антенны обычно расположены среди домов, деревьев и т.п., что существенно влияет на потери в антенне. Заземление обычно радиолюбители не делают специально, а используют водопроводные трубы и т.п. Это также делает расчет очень затруднительным. Таким образом, придётся ограничиться только указанием на то, что обычно сопротивление потерь в заземлении вместе с сопротивлением потерь окружения составляет порядка 30 - 100 ом и некоторыми рекомендациями, какими методами добиваются уменьшения величины этих потерь.
Величиной, которую необходимо стараться сделать максимальной при экспериментах с заземлением является ток в антенне. Чем меньше сопротивление потерь, тем больше ток в антенне.
Для того, чтобы уменьшить сопротивление потерь заземления в радиолюбительской практике необходимо соединить все что только возможно из закопанного в землю и расположенного на поверхности земли металла. Это могут быть водопроводные трубы, другие металлические конструкции и т.д. Только не надо использовать газовые трубы! Это недопустимо по сображениям безопасности! Как делается профессиональное радиотехническое заземление описано в

Но не только качеством системы заземления определяются потери в антенне.
Если проводники антенны проходят вблизи домов, деревьев и т.п., то возникают дополнительные потери ВЧ энергии, идущие на нагрев этих окружающих предметов.
Собственно это и есть потери окружения. Необходимо, чтобы провода антенны, находящиеся под высоким ВЧ потенциалом находились по возможности на растоянии не менее одного-трех метров от окружающих предметов. А если такой провод
длинный и идет паралельно "мешающему предмету", то расстояние надо ещё больше увеличить. Ситуацию иллюстрирует рис.2

ANT #4ANT #5
Потери в случае рис. 2а существенно меньше, чем в случае рис.2б. Вертикальный провод на рис.2б будет наводить в стене дома значительные ВЧ токи, которые будут приводить к бесполезным потерям мощности передатчика, расходуя её на нагрев стены. Поэтому такой ситуации необходимо по возможности избегать. Но что делать, если отнести от, например стены, вертикальный провод антенны невозможно? В этом случае имеет смысл модифицировать антенну так, как показано на рис.2в. В этом случае ток в вертикальном проводе будет практически такой же, как в случае рис.2а, но ВЧ потенциал относительно земли на нём будет мал, так как он большой только после удлинняющей катушки. Соответсвенно влияние стены дома уменьшится. Естественно, в этом случае придётся сделать катушку несколько большей индуктивности, так как ёмкостью антенны, к которой подключена катушка, будет только ёмкость горизонтального провода. Правда надо заметить, что в этом случае неудобно настраивать высоко расположенную катушку. Выход простой - большую часть индуктивности разместить "наверху", а вблизи передатчика расположить небольшой вариометр, служащий только для точной подстройки антенны в резонанс. При этом напряжение на проводе, проходящем вблизи стены, несколько возрастет, но оно не будет столь значительным, как в случае рис.2б. Похожая ситуация показана на рис.2г, когда передатчик расположен на верхнем этаже многоэтажного дома. Казалось бы, антенна не имеет вертикальной части, но на самом деле она есть. Просто её роль играет провод заземления, который в случае использования в качестве заземления водопроводных труб, совпадет с этими трубами. Эти трубы расположены в непосредственной близости от стен, но так как ВЧ потенциала на них практически нет как и на вертикальной части антенны на рис.2в, влияние стен слабое. Так что антенна будет работать вполне удовлеворительно.
Рассмотренные примеры показывают, что особенно большие потери окружения оказываются в случае, когда вблизи окружающих предметов находятся части антенны, несущие высокий потенциал. Конечно, уменьшение напряжения на всей антенне, также как и уменьшение напряжения на части антенны, уменьшает потери окружения. Это объясняет ранее сделанное замечание о том, что увеличение суммарной ёмкости антенны увеличивает эффективность антенны. Действительно, увеличение ёмкости антенны приводит к уменьшению напряжения на ней и соответственно к уменьшению потерь окружения. Соответственно при той же мощности передатчика в вертикальной части антенны удастся получить большую силу тока и, как следствие, излучаемый сигнал возрастет.
Конечно, приведенные рисунки и коментарии к ним не исчерпывают всех ситуаций, которые могут случиться при практическом выполнении антенны. Но автор надеется, что они иллюстрируют общий подход, как следует делать ДВ антенну, имеющую минимальные в данных условиях потери окружения. Ну а в конкретном случае радиолюбителю, конструирующему ДВ антенну, придётся думать, экспериментировать и принимать то или другое решение самостоятельно.

И в заключении буквально несколько слов о подключении антенны к передатчику. Из изложенного ясно, что входное сопротивление антенны после настройки в резонанс катушкой в большинстве случаев не окажется равным 50 или 75 омам. Но в этом и нет и необходимости, коаксиального кабеля-то нет. Просто следует в передатчике предусмотреть возможность регулировки выходного сопротивления. Наиболее легко это сделать, если выходной каскад передатчика выполнен по трансформаторной двухтактной схеме. В этом случае необходимо вторичную обмотку выходного трансформатора сделать с отводами и установить переключатель. Представляется, что такой ряд выходных сопротивлений: 5, 7,10, 15, 20, 30, 50, 70, 100, 150, 200 ом вполне достаточен для любых радиолюбительских антенн, включая как "очень плохие" так и "очень хорошие". Этот ряд содержит 11 выходных сопротивлений, что соответствует числу положений распространённых галетных переключателей. Конечно он может быть и несколько другим, всё зависит от конкретных возможностей радиолюбителя.
Для точной настройки антенны в резонанс весьма желательно иметь вариометр от ДВ или СВ передатчика. Например автором применяется вариометр от средневолнового блока радиостанции РСБ-5, имеющий максимальную индуктивность порядка 700 мкГн. Конечно это недостаточная индуктивность и последовательно с вариометром включается дополнительно достаточно большая катушка с постоянной индуктивностью. При этом вариометр служит только для подстройки. В описанном выше варианте связи антенны с передатчиком, настройка антенны сводится к подбору положения переключателя, обеспечивающего максимальный ток в антенне и к регулировке индуктивности удлинняющей катушки. После каждого переключения выходного сопротивления передатчика надо подстраивать индуктивность (вариометр) для получения резонанса, добиваясь максимального тока в антенне.
Возможны и другие варианты выполнения выходной цепи передатчика, другие методы настройки, но их обсуждение увело бы нас слишком далеко от основной темы данной статьи. Поэтому, завершая изложение, пожелаю читателю успешных экспериментов и до встречи на длинный волнах!

© А.С.Юрков, RA9MB