Питание полуволновых антенн с конца и интересные свойства антенны Фукса.

Питание полуволновых антенн с конца и интересные свойства антенны Фукса.

На радиолюбительских форумах и по сей день ломается немало копий по поводу полуволновых вибраторов питаемых с конца, и по поводу антенны Фукса в частности. Принцип работы этих антенн практически не описан в литературе и вызывает множество дискуссий. Описание конструкции во многих случаях имеет совсем не много общего с оригиналом, запатентованным в свое время господином Фуксом. Я хочу поделиться результатами своих наблюдений и своими соображениями.
Экспериментируя с антеннами на даче, я как то изготовил антенну, описанную в 5 номере журнала Радио за 2007 год в статье «Неумирающая антенна Фукса». Попробовал все варианты, приведенные в статье, а затем решил попробовать классический вариант, изображенный в статье на рис.1. По этому поводу были сомнения. Принцип работы был не понятен. Отзывы по поводу этой конструкции были самые противоречивые. «Чудо» произошло. Антенна успешно заработала. Вариант питания полуволнового вибратора с конца для меня, как для любителя путешествовать был очень привлекателен, и я продолжил эксперименты. Пробовал различные конструкции, подбирал индуктивность с целью перекрыть максимальное количество диапазонов. Получал различные, подчас неожиданные, результаты. Понимание пришло несколько позже и в итоге все полученные результаты сложились-таки в единую картину, которую я и хочу представить.
Для начала рассмотрим классический вариант антенны Фукса с длинной вибратора равной половине длины волны и колебательным контуром. Именно такую я и сделал. Длина полотна 42м. В качестве контура я использовал КПЕ от старого лампового приемника, в котором роторные пластины электрически соединены с корпусом, а статорные изолированы. Полотно антенны я подсоединил к статорной пластине и именно в таком варианте все успешно заработало. Никаких противовесов не потребовалось. Случайно прикоснувшись в процессе настройки к корпусу КПЕ, я ощутил заметное жжение. Поднесенная неонка ярко сияла. Даже при 5 ваттах ВЧ напряжение на корпусе КПЕ достигает сотен вольт. Должен сказать, что именно это обстоятельство заставило меня перейти к классическому варианту с индуктивной связью. При непосредственной связи и плохом заземлении (а где в поле взять хорошее?) или его полном отсутствии, ВЧ напряжение оказывалось на корпусе трансивера со всеми неприятными последствиями. ВЧ напряжение на корпусе КПЕ тоже не очень нравилось и, не долго думая, я переключил полотно антенны на корпус КПЕ, чтобы ВЧ напряжение осталось на изолированной секции, которая находится внутри корпуса. Результат оказался плачевным, антенна не работала. Индикатор трансивера показывал полное рассогласование при любом положении ротора КПЕ. Была глубокая ночь, думать было лень. Вернул все как было, решив, в целях безопасности, поместить СУ в пластиковый корпус.
Дальнейшие эксперименты пошли по пути подбора индуктивности с целью максимального перекрытия любительских диапазонов без какой либо коммутации. Уменьшив индуктивность добился настройки на восьмидесятке при почти полностью введенных пластинах КПЕ. На сороковке при этом пластины были введены почти на четверть, на двадцатке совсем чуть-чуть. На всех трех диапазонах удалось добиться полного согласования, но обнаружилось, что антенна обладает ярко выраженными резонансными свойствами. При перестройке по диапазону её нужно подстраивать для полного согласования. Особенно это было заметно на восьмидесятке. Получался своеобразный преселектор. Однажды, сидя за трансивером на веранде, услышал сзади голос соседа: «Хорош пищать, включил бы новости что-ли». Без проблем. Поворот верньера и мы слушаем одну из вещательных радиостанций диапазона 31м. Интересно было через минуту. Я понимаю, что антенна не настроена, а потому громкость мощной вещалки не велика, сигнал проходит с шумами и S метр показывает едва 5 баллов. Поворачиваю ротор КПЕ. Громкость растет, шумы пропадают, ЖК шкала S метра заполняется сегментами и цифра 5 меняется на +. Это радует, но ведь длина полотна явно не соответствует частоте в 9,6 МГц. После ухода соседа попробовал настроить антенну в тридцатиметровом диапазоне, и у меня получилось. Для 17 метров пластины ротора пришлось вывести полностью, но тоже получилось. Все это заставило задуматься над происходящим. Взял лист бумаги и нарисовал контур. А что такое вибратор длинной в пол волны? Да это тоже контур, только с распределенными параметрами. Два этих контура у нас соединены в общей точке. А теперь вспомним, что сам корпус КПЕ в силу своих размеров тоже обладает некоторой емкостью и может работать как обкладка конденсатора. А где же вторая? Рискну предположить, что это полотно антенны. Так и нарисуем. Пусть условно, поскольку вторая обкладка С св на самом деле присоединена к распределенной емкости вибратора, а не к его дальнему концу.

Что получилось? Правильно, связанные колебательные контура. Именно так и ведет себя антенна Фукса. Отсюда и селективность, и настройка казалось бы вне диапазона. Ведь перестраивая один из связанных контуров, мы тем самым вносим реактивное сопротивление и во второй, перестраивая и его. Главное, чтобы связь между нашими контурами была достаточной. Помните, когда я подключал вибратор к корпусу КПЕ. Емкость связи оказалась совсем крошечной и не достаточной для передачи энергии из контура в вибратор. Попробовал еще раз. Да, не работает. А теперь подключим к статорной секции КПЕ провод сантиметров 30. Работает. Вот и разгадка.
А теперь вспомним антенну «Цеппелин», J антенну, RX3AKT и подобные. Все эти конструкции питаются настроенной линией. А что такое настроенная линия? Правильно, это тоже колебательный контур. Ба! Да они родственники! 
Несколько рекомендаций тем, кто решит повторить антенну Фукса.
1. Помните, что часть колебательного контура не подключенная к вибратору должна обладать достаточной конструктивной емкостью.
2. Не располагайте контур в металлическом корпусе.
3. Помните, что на горячем конце контура ВЧ напряжение даже при QRP достигает сотен вольт. Принимайте необходимые меры предосторожности. При сколь-нибудь значительных мощностях лучше всего располагать контур подальше от оператора и других людей и предусмотреть возможность дистанционной настройки.
Всем успехов на диапазонах! 73 и 72!

Комментарии

... о которых даже отдельную тему на CQHAM открыли.
Конечная добротность имеет значение при этом,
но причина разных настроек совсем в другом месте

Из моего письма UA6LGO.
"Кстати, обсуждаемая на CQHAM причина лежит лишь в малой части в СУ Фукса.
Оно узкополосно и поэтому неизбежно должна проявляться главная причина,
- при передаче согласование под КСВ 1 небезгрешного КСВ метра,
а при приеме согласование под максимум сигнала (или соотношения С/Ш,
или ... и т. д.) на ДРУГОМ ПОРТУ, ВХОДНЫХ ЦЕПЯХ ПРИЕМНИКА.
А они тоже мягко говоря небезгрешны и часто совсем не 50 +0,0.
Кто работал с приемом через П-контур, это прекрасно знает и 20 лет
назад обсуждение не ушло бы в дебри "оттуда-туда" не "туда оттуда"
Владимир."
Но он и после него не только не сместил акцент на ДРУГОЙ ПОРТ,
но и продожил искать причину в невзаимности "прием-передача"
согласующего устройства "коаксиал-антенна Фукса".