Этот вопрос  плохо  освещен  в литературе,  а часто и вообще замалчивается. А между тем, только благодаря своему ближнему полю антенна и излучает, и принимает радиоволны! Поясню подробнее, начав с обычного  колебательного  контура.  В  нем  электрическое  поле сосредоточено между пластинами конденсатора, а магнитное – преимущественно внутри катушки. Поля не пересекаются, и излучения практически нет. Раздвинем  пластины  конденсатора,  увеличив  их  площадь,  чтобы  сохранить настройку, или смирившись с уходом частоты вверх. Теперь электрическое поле Е «выплеснулось»  наружу,  и  мы  получили  малую  электрическую  антенну, укороченную (по сравнению с длиной волны l) емкостными нагрузками на концах вибратора  и  удлиняющей  катушкой  в  середине . 

 

Теперь  поле Е взаимодействует  с  магнитным  полем Н,  но  не  тем,  которое  в  катушке,  а  тем, которое  создается  продольным  током,  текущим  по  вибратору  с  катушкой.  Его силовые линии имеют вид концентрических колец, «надетых» на провод антенны. Остается еще важный момент: для излучения Е и Н должны быть синфазны, а в контуре, и в малом электрическом вибраторе они  квадратурны,  т.е. сдвинуты по фазе на 90о

. Выручает  конечное  время распространения полей:  если магнитное поле  в  какой  либо  точке  вблизи  середины  вибратора  синфазно  с  током,  то электрическое поле отстает на 90о, и еще на некоторый угол, пропорциональный времени  распространения  поля  от  концов  вибратора  до  данной  точки.  Отсюда ясно, что чем меньше размеры антенны, тем хуже она излучает (и принимает).

Малую антенну можно сделать из колебательного контура и по-другому: растянуть витки  катушки,  превратив  ее  в  рамку.  Получится магнитная  антенна (рис. 2,  в),

настроенная  конденсатором.  В  ее  ближнем  поле  преобладает  магнитная компонента,  с  векторами Н,  направленными  сквозь  рамку,  перпендикулярно

плоскости  рамки .  Электрическое  поле  тоже  есть,  оно уже вихревое, и направлено вдоль провода рамки. Оно и создает напряжение на пластинах  конденсатора  при  наличии  колебаний  в  рамке.  Заметим,  что  для настройки  электрически  малой  антенны  в  резонанс  нужны  дополнительные индуктивность или емкость, т. е. удлиняющая катушка или настроечный КПЕ.

Избавиться  от  этих  дополнительных  элементов  позволяет  лишь  полуволновый диполь. От малых антенн к нему можно перейти так: растянуть катушку  или  разогнуть  рамку ,  чтобы  провод  вытянулся  в  одну  линию,  затем убрать  пластины  конденсатора  и  еще  удлинить  провод,  чтобы  скомпенсировать

убранную емкость. Полуволновый диполь – уже не электрическая и не магнитная антенна,  потому  что  оба  поля  в  его  окрестности  достаточно  сильны.  То  же

относится и к большой рамке – при периметре порядка l и диаметре l/p это уже два диполя, соединенные концами!

Эквивалентная схема малой приемной антенны получается,  если изобразить источник ЭДС в виде генератора, индуктивность и емкость, включая настроечные,

в  виде  сосредоточенных L  и С.  Получится  колебательный  контур!  А  контур,  как известно,  можно  настроить  в  резонанс,  обеспечив  равенство  индуктивного  и

емкостного  сопротивлений:  XL = wL = XC = 1/wC = X.  Отсюда,  кстати,  легко получается формула для резонансной частоты (Томсона) .

Осталось разобраться с сопротивлениями. Основное сопротивление потерь – это сопротивление  катушки r,  и  оно  включено  последовательно  с  катушкой.  Но  его легко пересчитать в другое, значительно большее сопротивление R, включенное параллельно  контуру/.  Точно  так  же,  если  параллельно конденсатору  подключено R (входное  сопротивление  приемника,  например),  то его  можно  пересчитать  в  последовательное r.  Итак,  любые  сопротивления,

входящие, или соединенные с контуром, удается свести к последовательному r.

Теперь  рисуем  эквивалентную  схему  малой  антенны (рис 3,  б),  которую  можно применить  к  любой  из  антенн,  показанных  на  рис. 2.  На  ней rвх –  входное

сопротивление  приемника,  а rп –  сопротивление  потерь  катушки,  плюс приведенные  к  последовательному  сопротивления  потерь  в  конденсаторе,

окружающих  предметах  и  т.  д.

Любая антенна еще и переизлучает принятые колебания. В приемной антенне это

тоже потери, и их удается учесть, добавив в rп еще сопротивление излучения r∑. У

малых  антенн  оно  невелико,  и  им  часто  можно  пренебречь  по  сравнению  с

другими  потерями.  Для  малой  электрической  антенны (диполя)  справедлива

формула  Рюденберга (1911).

Теперь ясна мудрость древних радиолюбителей: “Filling the Sky with the Wires!” –

чем больше проводов, тем ниже Х антенны, тем больше Seff антенны.

Регенерация антенной цепи приводит к уменьшению rп и увеличению Q антенны,

соответственно, растет и эффективная поглощающая площадь пропорционально

М –  коэффициенту  регенерации.  До  какого  предела?  Очевидно,  что  малую

антенну  можно  с  помощью  регенерации  заставить  работать  так  же,  как

полноразмерную,  но  далее  вступает  в  действие  сопротивление  излучения –

антенна «сбрасывает»  регенерированную  мощность  обратно  в  пространство!

Полагая,  что  мы  скомпенсировали  все  потери,  кроме  потерь  на  излучение,  и

подставляя  вместо rп сопротивление  излучения r∑, получим: Seff max = 3l2

/8p.

Физически это соответствует Seff полуволнового диполя.

RA3AAE Владимир Поляков

Полностью статью читайте бюллетене.