Хочу предложить вниманию радиолюбителей новую конструкцию высокочувствительной ёмкостной антенны, которую можно с успехом использовать в качестве приёмной на радиодиапазонах, а также на диапазонах цифрового ТВ-вещания.
Ёмкостные антенны известны с момента создания немецким учёным Генрихом Герцем первого искрового передатчика. «Вибратор Герца» –это ёмкостная нерезонансная антенна в виде двух стержней с металлическими шарами на них, подключенная к высоковольтной катушке Румкорфа.
Мощный толчок к конструированию резонансных ёмкостных антенн дал лишь в 21 веке американский инженер Тэд Харт, начавший строить ёмкостные антенны, укороченные в 20-40 раз по сравнению с полуволновым вибратором Герца. Известны случаи изготовления резонансных ёмкостных антенн, уменьшенных по отношению к полуволновому диполю в 100 раз! При этом эффективность столь сильно укороченных антенн конструкции Тэда Харта (он назвал их ЕН-антеннами) при работе на приём и на передачу почти не уступает эффективности полноразмерного диполя. Причина в том, что сокращение линейных размеров антенны и снижение её чувствительности на приём компенсируется способностью резонансного LC-контура усиливать сигнал в Q раз. Где Q – добротность контура, которая может составлять 10-100 и даже больше. При работе на передачу компенсация эффективности излучения столь малых антенн тоже достигается за счёт высокой добротности LC-контура излучения. Это выливается в то, что на излучающих пластинах напряжение может достигать несколько тысяч Вольт при мощности 100 Ватт!
Однажды мне пришла в голову мысль попробовать сделать высокочувствительную ёмкостную резонансную приёмную антенну на частоту первого пакета цифрового ТВ для моего региона – 490 МГц, размеры которой лишь в 2,5 раза меньше по сравнению с размерами полуволнового диполя. Если предположить, что теоретически примерно во столько же раз должна уменьшиться чувствительно антенны на приём, то за счёт LC-резонанса с Q = 25 можно получить коэффициент усиления такой антенны – 10 дБ.
Вот что у меня получилось на практике:
Я взял пластину фольгированного стеклотекстолита и удалил с её середины часть фольги. Получился диполь из медных пластин с размером 63х32 мм каждая. Зазор между ними я сделал шириной 12 мм, хотя можно было сделать его и меньше. То есть, ширина плеч резонансного диполя для частоты 490 МГц у меня составляет 138 мм. Это меньше размеров стандартного полуволнового диполя в 2,5 раза (длина волны сигнала с частотой 490 МГц составляет 632 мм).
Между пластинами я впаял проволочную катушку, имеющую 2 витка провода ПЭВ 0,5 мм. Эта катушка вместе с медными пластинами образует открытый колебательный LC-контур, в котором на частоте 490 МГц должен возникать резонанс. Витки настроечной катушки намотаны на оправе с диаметром 10 мм. Шаг намотки – 2,5 мм. Катушка связи, снимающая сигнал с настроечной катушки и передающая его малошумящему антенному усилителю представляет собой 1 неполный виток провода диаметром 9 мм. Антенный усилитель самый распространённый и самый доступный – SWA-9000/R. Его назначение не столько усилить сигнал, сколько исключить потерю значительной части сигнала на пути его движения по кабелю от катушки связи к телевизору.
Размеры пластин, параметры настроечной катушки и витка связи были выбраны из расчёта, чтобы получить резонансную частоту 490 МГц при ширине пропускания не уже 8 МГц. Ровно такую ширину - 8 МГц имеет пакет цифрового ТВ.
При стабильной ёмкости пластин антенны-диполя подстройка на частоту 490 МГц открытого резонансного контура, коим является эта антенна, осуществляется изменением величины индуктивности настроечной катушки.
Суть настройки сводится к раздвиганию или сжатию (пальцами или деревянной палочкой) витков двухвитковой катушки и нахождению более выгодного положения витка связи.
Поскольку вслепую, наугад, такую настройку антенны сделать нереально, лучше всего для этого воспользоваться специальным прибором – векторным анализатором «NanoVNA», можно китайского производства, к кабелю которого припаивается 1-витковая катушка связи.
Во время настройки антенны эту 1-витковую катушку связи прибора надо расположить внутри двухвитковой катушки антенны, а далее все манипуляции проводить, следя за показаниями прибора.
Результат точной настройки антенны налицо.
Оказалось, что эта малюсенькая антенна, состоящая только из диполя, при точной настройке уверенно принимает пакет цифрового ТВ из глубины квартиры через окно, выходящее на противоположную сторону от телевышки, удалённой от моего дома на 8-9 км! Очевидно, принимается сигнал, отражённый от стен стоящих вдали домов и/или других объектов. И как показало время, приём стабильный в любое время суток и в любое время года!
Чтобы хоть как-то оценить эффективность своей антенны я приобрёл на ОЗОНе за 730 рублей нерезонансную 7-ми элементную антенну типа «волновой канал» промышленного изготовления (модель: BAS-1156-P), имеющую коэффициент усиления (за счёт узкой диаграммы направленности) – 11 дБ.
В ходе сравнения моей антенны и этой было установлено, что резонансный диполь по чувствительности превосходит нерезонансную 7-ми элементную антенну! Но, конечно же, уступает ей по широкополосности.
Вывод: где требуется работа на одной фиксированной частоте, лучше всего изготавливать резонансные ёмкостные антенны. Они и меньше по габаритам, и более чувствительные.
А если кто-то захочет в антенне типа «волновой канал» заменить петлевой или линейный вибратор на предложенную мной резонансную ёмкостную антенну-диполь, то получившийся гибрид будет обладать рекордной чувствительностью. Возьмите это на вооружение.
10 мая 2023 г. Мурманск. Антон Благин