Физика ЕН антенны и что такое "продольная волна".

        Прежде, чем говорить об ЕН антенне и физике ее работы (а антенна действительно работает так , как она должна работать), нужно представить себе ее устройство.

      Опубликовано огромное количество устройств, я даже вчера опубликовал чертежи антенны из кофейных банок, но если отбросить всю шелуху, остается следующее:

     -наиболее часто встречающаяся конструкция ЕН антенны - это симметричный или несимметричный вибратор, состоящий из элементов большого диаметра (симметричный - из двух, несимметричный - из одного), значительно меньшего , чем четверть рабочей длины волны, размера .

     К примеру, для 40 метрового любительского диапазона рекомендуется антенна, у которой длина элементов 2-2,5 метра. То есть, при длине волны 40 метров размер антенны будет метра 4-5. Полуволновой диполь на эту же волну был бы длиной 20 метров, ну, а антенна GP (четвертьволновой вертикальный вибратор) - 10 метров .

     Изюминкой ЕН антенны считается схема подключения элементов, которая представляет из себя обычно несколько катушек, иногда вариометров , и конденсаторов переменной емкости.

     По утверждению адептов этой антенны, именно в схеме подключения элементов дело - якобы она создает некий "сдвиг" чего то (я уже боюсь писать "фазы", вдруг обвинят в незнании принципа работы ее), и антенна начинает излучать нечто, чего не излучает обычная антенна.

     Если почитать Теда Харта, первого популяризатора этой антенны, то она имет штук 15 преимуществ перед обычными вибраторами, как то - не принимает ненужные сигналы, невосприимчива к промышленным помехам, позволяет небольшой мощностью проветси сверхдальние связи, и прочая , и прочая .

     Харта подхватили наши не очень грамотные радиолюбители, ситуацией воспользовались мошенники от науки - и слухи о чудо - антенне разнеслись по всему интернету, как о чем то новом, ранее никому неизвестном .

     Но - давайте по прядку. Любой радиолюбитель, который сам собирает свою аппаратуру, знает, что такое ламповый выходной каскад передатчика, согласующее устройство и П-контур выходного каскада.

     Дело в том, что выходное сопротивление лампового каскада очень высокое, несколько тысяч ом, в то время как антенны имеют обычно низкое входное сопротивление. Для согласования передатчика с антенной используется согласующее устройство - высокочастотный фильтр, отсеивающий лишние составляющие выходного сигнала (гармоники, опорные частоты, промежуточные частоты блока формирования ) и трансформирующий выходное сопротивление лампового каскада до величины входного сопротивления антенны. Наиболее простым устройством , применяемым для этой цели, является П-контур передатчика.

Схема П-контура :

Собственно П-контур здесь состоит из конденсаторов с1 и с2 и индуктивности L1. Регулировкой емкости С1 приводят входное сопротивление контура R1 к величине R0e - высокому выходному сопротивлению лампового каскада, регулировкой С2 устанавливают выходное сопротивление контура равным малому сопротивлению фидерной линии или антенны. Обычно в этом случае емкость конденсатора С2 в несколько раз больше, чем емкость С1.

То есть, в направлении от с1 к с2 П - контур обладает свойством понижать выходное сопротивление, но точно так же он обладает свойством в направлении от с2 к с1 повышать сопротивление.

Иногда в качестве согласующего устройства используется Г-контур, который отличается от П-образного контура отсутствием одного конденсатора С2.

Теперь смотрим следующие картинки:

Все эти картинки - из работы Т.Харта о ЕН антеннах. Более менее искушенный радиолюбитель сразу увидит, что это обычные согласующе - симметрирующие устройства, действующие "наоборот" относительно кабеля питания - они повышают выходное сопротивление в направлении кабель - антенна.

Действительно , если посмотреть на схему на рис.2. там мы видим два Г звена, параллельно подключенных к фидеру, выходы звеньев подключены к элементам антенны. При этом на один элемент сигнал снимается с индуктивности, другой - с емкости, что обеспечивает питание элементов в противофазе (либо со сдвигом по фазе).

На схеме рис.3 вообще мы видим П-контур с дополнительной индуктивностью, на рис. 4 - стандартная схема симметрирования антенны с помощью параллельного контура.

Чего общего в этих схемах ? Они все согласуют низкое сопротивление фидера в высокое сопротивление антенны, одновременно являясь симметрирующими устройствами - переходом от несимметричного коаксиала к симметричной двухпроводной линии. При повышении сопротивления повышается напряжение, прилагаемое к антенне.

Что у нас получается ? А то, что все эти устройства в ЕН антенне преследуют одну цель - как можно больше повысить подводимое к антенне напряжение - что Харт и не скрывает в своей работе, а также создать на половинках антенны сдвиг фазы подводимого напряжение , согласно описания, в 90 градусов.

Пока оставим Харта, вернемся к образованию электромагнитной волны.

При прохождении ВЧ колебаний по ЛЮБОЙ поверхности, не являющейся частью квазистационарной системы (то есть, противофазные токи в которой не уравновешивают друг друга) вокруг этой поверхности образуется электрическое поле, и соответственно, магнитное поле тока смещения. Силовые линии этих полей ничем не отличаются от полей антенн, то есть, электрическое поле направлено между двумя ее точками, обладающими максимальными противоположными потенциалами, а магнитное поле - вокруг линии идущего между ними тока. И точно так же здесь образуется электромагнитная волна.

Однако, если в полуволновом вибраторе возникают условия для максимальной величины тока и напряжения в пучностях, что приводит к максимально возможной излучаемой мощности, то в случае с элементами малого размера все обстоит намного хуже - ни ток, ни мощность при эти размерах не достигают необходимых величин, и излучение , хотя и имеется, очень мало.

Для того, чтобы искусственно создать условия для излучения, можно поступить двумя способами - либо искусственно "удлинить " элементы до нужной длины, либо - приложить к ним как можно большую разницу потенциалов.

Для "удлинения" элементов последовательно с ними включаются индуктивности, для повышения потенциалов как раз и используются согласующие устройства, которые настраиваются на передаваемую (принимаемую) частоту и за счет увеличения своего выходного сопротивления повышают напряжение на элементах антенны - что и применяется в ЕН антенне.

То есть, если у нас есть передатчик с выходным сопротивлением 50 ом , дающий на выходе напряжение 25 вольт, при подключении его к антенне с сопротивлением 50 ом мы получим (из формулы P=(U*U)/R =25*25/50 =12,5 ватта направленной в антенну мощности.

Но если мы вместо 50 омной антенны к этому же передатчику подключим антенну с сопротивлением, допустим 600 ом, то из этой же формулы получим всего 1 ватт в антенне! Антенна просто не может забрать всю мощность от передатчика и излучить ее!

Но если мы на эту же антенну подадим 85 вольт, то получим те же 12 ватт!

Именно поэтому наибольшая забота любого радиолюбителя - это согласование антенны с аппаратурой!

Что же происходит в случае с ЕН антенной ? Индуктивности и емкости служат для банальной трансформации низкого выходного сопротивления подводящего кабеля, а следовательно, и низкого напряжения ВЧ сигнала, в необходимое для высокоомной емкостной антенны с короткими элементами высокого напряжения на рабочей частоте , именно поэтому всегда и везде апологеты ЕН антенн предупреждают об опасности прикосновения к антенне при работе даже маломощного передатчика - можно получить сильный ожог от высокого напряжения на ней.

Дальнейшее же будет уже банально - никаких неизвестных полей, никаких HZ волн, образование волны происходит почти как у изотропного (обладающего малыми размерами относительно длины волны) излучателя - шаровая диаграмма направленности, более низкий КПД и так далее. Иногда такие антенны дают выигрыш в условиях сильных промышленных помех - вблизи высоковольтных линий. Причина в том, что такие помехи, как правило, имеют горизонтальную поляризацию, а ЕН антенны в большинстве своем - вертикальную, что приводит к сильному ослаблению помехи.

В принципе, если отбросить всю шелуху, которую пишут об этих антеннах , приписывая им какие то сказочные свойства, они имеют право существовать как отдельный класс специальных антенн - не для дальней связи, не для проведения каких то сверхдальних QSO, а как антенны для специальных условий - для подвижных станций, для приема в городских условиях вблизи источников промышленных помех, как антенны длинноволновых диапазонов автомобильных радиостанций и так далее.

Настройка таких антенн должна сводится к получению на рабочей частоте максимального напряжения ВЧ на клеммах антенны при минимуме КСВ в подводящем кабеле.

При этих условиях антенна ЕН может быть применена как одна из радиолюбительских антенн. Однако все приписываемые ей волшебные свойства - чистейшей воды миф.

Теперь о заявлениях, что работа ведется на каких то продольных радиоволнах -даже не попытаюсь доказывать, что продольных радиоволн не существует (они не могут иметь поляризацию, которую имеют все радиоволны): для того, чтобы вести связь на этих волнах, ОБА корреспондента должны иметь оборудование, позволяющее генерировать, передавать и принимать такие волны. Между тем, я не слыхал ни об одном эксперименте с ЕН антеннами (кроме кучи каких то заявлений и выпуске раций для подземной связи, утапливании раций и так далее , валом валивших в СМИ в 90е годы), где два корреспондента применяли бы для связи друг с другом именно ЕН антенны. Как правило, с одной стороны ЕН, с другой нормальная, зачастую направленная , антенна.

НО! Простые антенны НЕ ПРИНИМАЮТ продольные волны, и НЕ ИЗЛУЧАЮТ продольные волны.!

Что то добавлять нужно ?

    На этом заканчиваю этот цикл статей. Если есть идиоты, которые и дальше будут верить в свехсекретные антенны и продольную радиосвязь, их проблемы . Я рассказал все, что знал из теории и своей долголетней практики.