МИР ЕН-Антенн


Сайт, посвященный ЕН-Антеннам. Статьи. Описания. Конструкции. Эксперименты. Результаты испытаний.

На этой странице изложена краткая теория ЕН антенны специально для тех, кто не любит долгих теоретических "разборок". По сути, она не противоречит главным моментам, отраженным в статье Теда, этого раздела сайта. А также повторяет в упрощенной форме, объяснение принципов работы ЕН антенны, выдвинутых Мясоедом В.П. (RN3ZM) еще в 2004 году. Самое интересное, что в этой теории нет противоречий с теорией АФУ и уравнениями Максвелла.

И КАК ЖЕ ОНА РАБОТАЕТ - ЕН АНТЕННА?

Владимир Кононов (UA1ACO)

За последние годы выдвигалось несколько теорий. Хороши они или плохи, но антенны удавалось моделировать и изготавливать практические экземпляры. Единственное чего не удавалось, это делать антенны так, чтобы они были оптимальны и легки в настройке. Что надо изменить в конструкции? Какой элемент видоизменить? Как сформировать диаграмму направленности?... и еще много, много вопросов, на которые трудно было ответить.

Был и еще один "камень преткновения", теория объясняла работу антенны так, что не сходились концы с концами, с существующей теорией АФУ и уравнениями Максвелла. Вполне понятно, что такие теории подвергались резкой критике, а сами антенны были в "загоне". Но шли годы, благодаря энтузиастам радиолюбителям, вырисовывались контуры новой теории ЕН антенн. Конечно сказать, что сейчас уже все ясно, наверное нельзя, но... очень многое прояснилось. И самое главное, что теория перестала расходиться с практикой. В настоящее время уже можно делать "заказные" ЕН антенны с заданными параметрами (частота, полоса, эффективность, размеры) и все это оптимально просчитывается.

В этой краткой статье, я не буду использовать сложные формулы, непонятные графики и т.д. Работу ЕН антенны можно понять, обладая знаниями школьного курса физики. И самое интересное, что можно ее сделать буквально за несколько минут, а если еще изготовить датчики Е и Н полей (это намного проще, чем кажется), то и посмотреть распределение полей от ЕН антенны и убедиться, насколько они сильно отличаются от полей стандартного Диполя.

Не будем тянуть "резину", вот кратко теория:

1. ЕН антенна представляет собой последовательно включенные конденсатор (емкость между цилиндрами), индуктивность настройки и сопротивление излучения антенны (есть также и активное сопротивление индуктивности, но об этом потом).

Рис. 1 Схема и конструкция ЕН антенны.

2. Что это за цепь, из этих последовательно включенных элементов - это последовательный колебательный контур.

3. Из школьного курса физики мы знаем, что при подаче мощности на такой последовательный колебательный контур, на его элементах возникают значительные (высокие) напряжения (при резонансе).

4. Таким образом, при настройке ЕН антенны в резонанс, в промежутке между цилиндрами возникают очень большие напряжения (это практически подтверждается).

Рис. 2 Принцип образования Е и Н полей в ЕН антенне.

5. Это высокое напряжение создает значительное Е поле (кстати, намного большее, чем на концах стандартного Диполя).

6. Высокое напряжение между цилиндрами создает также между ними ток смещения, что не противоречит уравнениям Максвелла (причем ток значительный, цепь то последовательная и в ней токи равны).

7. А что же делает этот ток смещения? Он содает поле Н (причем в фазе с напряжением на емкости между цилиндрами, а значит и с полем Е: реактивностей-то в этой цепи нет, если не учитывать мизерную индуктивность цилиндров, а запаздывание на 90 градусов создает катушка настройки).

8. А это значит, что Е и Н поля находятся в фазе! Да - это уже радиоволна! (теорема Пойнтинга). Это значит что в ЕН антенне (в самой) уже создаются радиоволны, а не в дальней зоне, как в длинных стандартных Диполях, где размер Диполя увязан с длиной волны.

9. Активное сопротивление катушки - на нем выделяется тепло, уменьшающее КПД ЕН антенны: чем оно меньше, тем лучше.

Какие же из этого можно сделать выводы?

1. В ЕН антенне создаются радиоволны! А не сдвинутые друг относительно друга Е и Н поля, как в обычных антеннах, с образованием радиоволны в дальней зоне (теорема Пойнтинга).

2. Поля Е и Н в ЕН антенне НАМНОГО больше, чем поля от стандартного Диполя, это кстати, подтверждается практически.

3. Элементы (длина цилиндров) в ЕН антенне НЕ РЕЗОНАНСНЫ (они лишь образуют емкость) и эти элементы могут быть не обязательно цилиндрами, но иметь любую форму или быть плоскими.

4. Принимая, что ЕН (как, впрочем, и любая другая антенна) является трансформатором, передающим энергию в окружающее пространство и должна быть согласована с этим пространством (377 Ом) возможно создание идеальной антенны на базе ЕН, у которой соотношение между Е и Н полями будет 377 и КПД близким к 100% (!). Кстати вспомните, какой КПД у существующих антенн? Отсюда следует «подвывод», что конструктив антенны должен быть рассчитан так, чтобы создаваемые поля Е и Н были в соотношении 377, ведь мы вольны в выборе индуктивности и "емкости" между цилиндрами.

5. Теперь о полосе. Полоса ЕН антенны ОДНОЗНАЧНО определяется ее номиналами С и L (плюс, конечно, сопротивлением активных потерь в L). Эти элементы у нас имеют сосредоточенный характер (в отличие от распределенных С и L в дипольных антеннах). На сегодняшний день можно сделать «заказную» полосу пропускания ЕН антенны, просчитав ее параметры в программе. Конечно, придется идти в некоторых вещах на компромисс (идеального ничего не бывает). Например, в одной из ЕН антенн на 150 МГц мной была получена полоса пропускания 43 МГц по уровню +/- 3 dB (!): это почти 30% от рабочей частоты. Кстати, зная что ЕН является обычным последовательным колебательным контуром, почему бы не включить ПАРАЛЛЕЛЬНО несколько ЕН антенн (они ведь на гармониках не работают). Конечно, здесь возникают много практических моментов: как исключить влияние антенн друг на друга, оптимально согласовать и т.д., но все это решаемо. Жаль, у меня под рукой сейчас нет характеристик такого параллельного включения.

6. Исходя из того, что между цилиндрами развиваются очень большие напряжения (киловольты и десятки киловольт), можно сделать вывод, что надо использовать конструктивные материалы высокого качества. К качеству катушки, конструктивным элементам, предъявляются повышенные требования (чтобы избежать потерь и уменьшения эффективности антенны).

7. Так как антенна представляет собой последовательный резонансный контур на сосредоточенных элементах, то весьма сильное влияние на настройку оказывают близлежащие посторонние предметы и конструктивные элементы.

8. Всегда надо учитывать, что поле от ЕН антенны очень сильное и сосредоточено в размерах самой антенны и в небольшом радиусе вокруг нее. Для безопасной эксплуатации ЕН антенны это также надо учитывать.

9. При эксплуатации ЕН антенн, необходимо использовать хорошее заземление аппаратуры.