Прежде чем перейти к теме рассмотрим процессы в полуволновом вибраторе. Да, они имеют колебательный характер, подобно происходящему в контуре LC. Возьмём полуволновой вибратор и разрежем его ровно посередине. Подключим к точкам разреза источник постоянного тока рис.3, вверху. Половинки вибратора начнут заряжаться как обкладки конденсатора. Через некоторое время заряд закончится. Закоротим перемычкой место разреза. Тотчас начнётся взаимный разряд и нарастание тока разряда. И когда разряд закончится, ток достигнет максимального значения. Энергия заряда перейдёт в энергию магнитного поля вибратора как индуктивности. Та в свою очередь являясь инертной будет продолжать поддерживать ток и тем самым перезаряжать половинки вибратора. Весь процесс от начала до начала Вы и видите на рис.3 и рис.4, прямо по стрелкам. А, в вибраторе во время колебательного процесса и до его полного окончания будет наблюдаться стоячая волна.
Из рис.3,4 видно, что не смотря на меняющиеся токи и напряжения форма их в общем виде не меняется. Это говорит о том, что сопротивление в какой-то отдельно взятой точке постоянное и его величина меняется лишь по длине вибратора. Для полуволнового вибратора в середине сопротивление примерно равно 70 Ом. На концах же вибратора оно достигает несколько тысяч Ом! К чему это я? К тому, что имея линию питания с волновым сопротивление более 70 Ом можно найти на одном из плеч сопротивление равное волновому линии, и? И тогда можно эту самую линию точно согласовать с вибратором! На рис.4а Вы видите вибратор и места подключения линии питания с Z = 70 Ом и 300-500 Ом и более. Хорошо? Да, очень, если рассматривать всё это для одной частоты (полосы частот). А на практике возникает необходимость либо очень широкой полосы либо многодиапазонный вариант, в частности для радиолюбительских целей.
Проволочные антенны, не значит, что они изготовлены из обычной проволоки. Как правило их изготовляют из мягкого антенного канатика. И чем длиннее и сложнее антенны тем толще канатик. На рис.1,2 антенны для радиовещательный радиостанций Г и Т-образные. Самые простые антенны бедного радиолюбителя на рис.6 и рис.7. На рис.6 так называемая «американка» или по-современному «Виндом». На рис.7 антенна «Цеппелин», для тех кто побогаче. :-)) Какой бы не была проволочная антенна, как бы она не выглядела, ключевыми словами будут точки опоры! Да, те самые, благодаря которым антенна примет надлежащий вид, необходимую геометрию, конфигурацию. От двух точек опоры и более. Свисающий сверху вниз проводок есть, как не странно та самая линия питания. Линия со своим волновым сопротивлением где-то около 600 Ом. Конечно всё это зависит от окружающей обстановки и в частности от вертикальности подвеса линии. В 1965-м у меня была именно такая. Правда размеры менее и рассчитаны на десятиметровый диапазон. О вертикальности и разговора не было! Ну, дык?! Эта антенна представлена как многодиапазонная. Но об этом поговорим позже и отчасти в следующей мини-лекции. Почему же линия подключена так «неправильно»? Наоборот, правильно. В той точке сопротивление вибратора как раз и равно 600 Ом. На рисунке, судя по цифоркам, вибратор рассчитан на сорокаметровый диапазон, в основном.
А, что это ещё за «Цеппелин» на рис.7? Если с виндомом есть хоть какая-то ясность... Лорен Виндом (W8GZ) ещё в 1929 году, в своей статье в QST (радиолюбительский журнал США) представил такую антенну. Она-то и получила широкое применение, а заодно и название «Виндом». У нас же, как обычно её перекрестили и обозвали «Американкой». А вот с «Цеппелином», полный облом?! Граф Цеппелин, конструктор дирижаблей в честь которого и виды таких дирижаблей стали называть цеппелинами. Каким боком антенна получила такое погоняло осталось загадкой?..
Скрытый смысл питания антенны сбоку, нейтрализация излучения вертикального снижения (линии передачи) проводом-пустышкой. Если закрыть глаза на название, то питать полуволновой и не только вибратор можно линией с Z > 70 Ом, как настроенной линией, так сказать не согласованной. При длине в четверть волны она трансформирует сопротивление, а в пол-волны передаёт один в один. Тогда приставку сбоку убирают, а линию включают в разрыв посередине вибратора.
Желание получить в горизонтальной плоскости круговую диаграмму направленности из проволочной антенны привело к уголковой антенне рис.5. Как видите круга к сожалению не получилось, но всё же кое-что, рис.5а. Это волновой, угловой вибратор с настроенной линией передачи. Так-как сопротивление антенны велико, то и питание производится линией длиной кратной нечётному числу четвертьволнового отрезка линии. То есть трансформации большого сопротивления в малое.
Если погулять по длине вибратора, то можно найти место где сопротивление антенны будет равно ровно 300 Ом. В это место можно подключить двухпроводную линию с волновым сопротивлением 300 Ом. Так ещё, получить полное согласование. Если подсуетиться, то можно применить и коаксиальный кабель с Z=75 Ом. Как? с помощью трансформатора с бифилярной намоткой на тороидальном ферритовом кольце (у меня ВЧ-20). На рис.6, внизу схема такого трансформатора 300/75 Ом.
Своеобразной антенной является Inverted V рис.9. По-русски перевёрнутая буква V. Это тот случай когда места мало, а хочется?! Чаще всего разговор идёт об антеннах на длинноволновые диапазоны: 160, 80 и 40 метров. Хотя всё это пригодно для любых диапазонов. В общем виде это полуволновой вибратор согнутый под (60-90)°. Кабель 50-60 Ом. Но мне приходилось в такой антенне менять угол для лучшего согласования. Про диаграмму направленности ничего не знаю. Думаю, что это искажённая восьмёрка. И зависит от близости земли. Правда неизвестно в какую сторону?
Антенной быстрого приготовления является наклонный луч рис.8. Устройство понятно из рисунка. Длина антенны и противовеса примерно в пол-волны. Недостаток (достоинство) в том, что максимум излучения направлен в одну сторону (по стрелке). На моей бывшей работе использовали радиостанции КВ-диапазона «Карат». На близком расстоянии использовали штыревую антенну. На расстояние же до 30 км. вот такую именно антенну, наклонный луч. Как Вы уже догадались использовали в полевых условиях. Радиостанция-то была переносной.
Где-то, в чём-то схожими с лучом это апериодические антенны, — антенны бегущей волны. До сих пор все антенны , что мы рассматривали работали в режиме стоячей волны. На рис.12 та самая апериодическая антенна. Длинный провод располагается на небольшой высоте от земли и заканчивается поглотительным сопротивлением и противовесами. Получается как бы длинная линия (провод и земля с противовесом) нагруженная на сопротивление равное волновому. Это и есть режим бегущей волны. И если обычная линия как правило не излучает, то здесь наоборот излучение происходит в направлении нагрузочного сопротивления. Ещё такие антенны называются замкнутыми (на сопротивление). На рис.10 показаны две антенны. рис.10а обычный длинный провод. На рис.10b тот же длинный провод замкнутый через землю нагрузочным (поглотительным) сопротивлением Rн. Диаграмма направленности полуволнового вибратора в разрезе была бы в виде восьмёрки. А, здесь, в длинноволновом варианте непредсказуемой каракатицы. В апериодической антенне основные лепестки повернули в сторону Rн. Что и предопределило направление излучения.
Своего рода развитием таких антенн является ромбическая антенна рис.11 и рис.11а. В зависимости от размеров антенны коэффициент усиления таких антенн может быть довольно большим. И из практики. Видел я на расстоянии 100-150 км. от телецентра, телевизионную антенну именно такого исполнения. Во время массовой видеомании(80-е годы), ходили слухи, что такие антенны делали на границе с Финляндией для приёма закордонных телецентров. Естественно для записи фильмов и пр. :-)) На рис.11а та же ромбическая но «толстая» с расширенной полосой пропускания. Вспомните пузатый диполь Надененко?!
Где-то, в чём-то перекликается и наклонная антенна T2FD рис.13. Далее Вы можете посмеяться надо мной (я разрешаю!). До недавнего времени я считал T2FD позывным. Даже нашёл страну (территорию) Тувалу. Это группа островов (рифов) в Полинезии между островами Гильберта и Фиджи. Вот думаю пацаны какие умные сварганили антеннку?! Но, оказалось, что T2FD всего лишь соответствует сокращению TTFD (Tilted Terminated Folded Dipole - замкнутый наклонный петлевой вибратор). Придумал же какой-то идиот такое сокращение?! Иногда эту антенну ещё называют W3HH, по позывному американца пропагандирующего такую антенну. Чем она интересна? Той же широкой полосой частот. И если уж не круговой, то хотя бы близкой к таковой. Антенна занимает относительно мало места. Недостаток, её излучение многочисленных гармоник, полоса-то широкая. Стало быть фильтрация должна быть более тщательной! Пробовал я её, но как-то не очень... Один из недостатков апериодических и той же T2FD, потеря мощности на нагрев сопротивлений поглощения и лишь одно направление излучения. Конечно для очень коротких (УКВ) волн можно сделать и поворотные...