А нужен ли второй провод?
Причиной появления этого вопроса явилось несогласие с трактовкой питания антенны некоторыми радиолюбителями как нагрузки генератора переменного тока (выходного каскада передатчика) по замкнутой цепи питания. Пример, электрическая лампочка. По одному проводу ток «втекает» в неё по другому «вытекает». То же с диполем, запитанным посредине. Ток по одному проводу линии питания «втекает» в половинку диполя, с помощью токов смещения через окружающее пространство попадает во вторую половинку диполя и по второму проводу линии питания возвращается к генератору.
Ясная картина цепи питания антенны начинает мрачнеть при перемещении точки питания из центра к краю. Непонятно, почему вслед за ней не перемещается пучность тока, если она связана с генератором, а не с антенной, и что будет по достижению конца диполя, когда один из проводов линии питания повиснет в «воздухе»? Продолжится ли при этом «втекание» тока в антенну, поскольку «вытечь» ему некуда?
Есть однозначный ответ: антенна работать не будет!
Поэтому, уважаемый мной, И. Гончаренко в своей книге рекомендует при несимметричной запитке диполя оставлять хотя бы маленький противовесик, чтобы собрать и вернуть ток к генератору.
Позвольте, но ведь на практике антенны, запитанные с конца, работают!
А это потому, объясняют знатоки, что вторым проводом является земля. Оторвите ваш передатчик от земли, переместите его в космос, да запитайте его от батарейки и посмотрим, будет ли излучать провод, запитанный с конца. Не будет.
Это глубоко укоренившееся положение. Появился даже отдельный тип антенн, «не нуждающихся в земле» – питание антенны производится с помощью четвертьволновой линии, замкнутой на конце, один провод которой переходит в однопроводную антенну.
Я уверен в ошибочности этого положения.
Нет, если антенна представляет собой замкнутую рамку или линию, нагруженную на активное сопротивление, то отдалённый аналог с питанием лампочки уместен, но только как отдалённый, потому что цепь питания действительно замкнута. А в разомкнутых антеннах цепь питания разомкнута! Чтобы убедиться в этом, достаточно вспомнить работу директора или рефлектора, возбуждаемых индуктивно, в многоэлементных вибраторных антеннах. В чём же здесь суть?
Процессы в антеннах очень похожи на процессы в линиях питания.
Если нагрузить генератор на линию питания, разомкнутую на конце, то в ней образуются стоячие волны тока и напряжения. Никакого расходования мощности на излучение не происходит, потому что токи в проводах линии противоположны по направлению и, следовательно, магнитные поля проводов компенсируют друг друга, а электрическое поле в основном располагается между проводами.
Если отступить от конца линии на расстояние λ/4 и развести её провода в пространстве в одну линию, получим диполь запитанный посредине. Переменные магнитное и электрическое поля проводов диполя теперь не компенсируют друг друга и замыкаются через пространственный объём. Диполь излучает электромагнитную энергию. Токи в половинках диполя одинаково направлены, но это не значит, что ток «втекает» в антенну и «вытекает» из неё в линию питания. Цепь питания антенны по-прежнему осталась разомкнутой.
Если провода линии питания отогнуть и в пропорции λ/8 и 3λ/8 и вытянуть в прямую (несимметричная запитка), то ток в половинках диполя будет по прежнему направлен в одну сторону, диаграмма изменения его величины вдоль полотна антенны останется прежней с пучностью посредине, а токи в проводах питающей линии потеряют симметрию.
И, наконец, если удлинить (или укоротить) один провод линии на λ/2, то в этом одиночном проводе также образуются стоячие волны тока и напряжения, причём линия питания не потеряет симметричность. Понятно, что одиночный провод является излучателем электромагнитной энергии. Та же картина будет наблюдаться, если провод длинной λ/2 будет присоединён непосредственно к клемме генератора, а вторая клемм останется неподключённой.
Ошибка коллег, считающих, что для питания антенны обязательно нужны два провода, проистекает из механического переноса процесса питания нагрузки в цепи постоянного тока на цепи переменного. Там цепь питания обязательно должна быть замкнута, а мощность, выделяемая на нагрузке, зависит от величин тока и напряжения. Антенна же не питается ни «по току», ни «по напряжению». Питается она электромагнитной энергией, а её излучающие «способности» наиболее существенно проявляются, когда в её полотне помещаются две разнополярные пучности напряжения, между которыми и «бегает» антенный ток. Чтобы это произошло в некоторых случаях как показано выше достаточно подсоединение к генератору одного провода.
