Из электротехники многим, наверное, известно, что количество передаваемой энергии от генератора тока к потребителю зависит от сопротивления проводящей линии. Чем больше ее сопротивление, тем больше потерь в передаточном звене. Но сам параметр сопротивления линии не может быть критерием выбора, так как он в сильной степени зависит от длины и поперечного сечения проводников. Для оценки возможностей проводников, а следовательно, и для их выбора существует весьма универсальная характеристика материала по качеству проводимости электрического тока — удельное сопротивление. Она определяет величину сопротивления образца материала с поперечным сечением 1 мм и длиной 1 м. Такой способ сравнения свойств различных материалов ставит их все в одинаковые условия, и теперь конкретное сопротивление каждого определяет только физико-химическое состояние в условиях измерения.
Не пугайтесь, вам не придется проводить подобных измерений. Они давно уже проведены, и результаты записаны в таблицы справочников по физике для повседневного использования. Вам остается только воспользоваться справочными сведениями и уже самостоятельно сделать выбор подходящего материала. Чтобы немного сэкономить вам время, значения удельных сопротивлений наиболее употребительных металлов приведены в табл.4 (материалы в таблице приведены в порядке абсолютного возрастания параметра).
Таблица 4
Материал ∙ Удельное сопротивление, Ом мм2/м (при температуре 2 °C)
Серебро ∙ 0,016
Медь электротехническая ∙ 0,0175
Золото ∙ 0.024
Хром ∙ 0,027
Алюминий ∙ 0,028
Латунь ∙ 0,03… 0,06
Цинк ∙ 0,059
Никель ∙ 0,07
Сталь ∙ 0.098
Платина ∙ 0,1
Олово ∙ 0,115
Бронза ∙ 0,115
Свинец ∙ 0.21
Уголь ∙ 0,33…1,85
Изготовленная вами конструкция, хотите вы этого или нет, будет находиться в агрессивной по отношению к материалу антенны среде. Здесь было бы полезно вспомнить из школьной программы химии процессы окисления и отношения металлов к кислотным и щелочным средам. Если вам это удалось, то вы вспомните, что не все металлы равностойки к агрессивным воздействиям, а они всегда присутствуют в воздушной среде. В условиях комнаты — в меньшей степени, за окном — в более сильной и с очень большими перепадами. Так, например, золото имеет очень высокую степень стойкости к внешним воздействиям, а медь, и особенно серебро, — слабую.
Но выбор металлов для проводников определяется не только двумя названными условиями. Он зависит и от температуры окружающей среды, механических нагрузок, в ряде случаев проявляются влияния прямого солнечного излучения, естественного и добавленного фона жестких излучений, иногда даже следует учитывать токсичность самого материала и его естественных природных соединений, не последнее место занимает и стоимость материала.
Принимая во внимание большое число критериев, можно сказать, что идеальных материалов для изготовления просто нет. Каждый из них для какого-то определенного условия достаточно хороший, но для ряда других оставляет желать лучшего. Компромиссное решение при конструировании антенны выбирается исходя из электропроводности, стоимости и стойкости к внешним воздействиям.
В соответствии с приводимой таблицей удельных сопротивлений для постройки антенны следует выбирать (в последовательности предпочтительности) медь, алюминий, латунь, цинк. Правда, медь и медносодержащие сплавы, в том числе и латунь, очень нестойки к коррозийному разрушению. В противоположность им алюминий хоть и легко окисляется, но окись алюминия достаточно стойка и хорошо защищает металл от разрушения. Следует учитывать, что существуют и специальные способы защиты металла от разрушения в виде тонкоплёночных покрытий лаками, красками и другими материалами.
В качестве материала для полотна антенны можно выбрать металлические прутки диаметром от 3 до 10 мм, трубки с внешним диаметром 8…20 мм. Внутренний диаметр труб не столь важен с электрической точки зрения, но имейте в виду, что тонкостенные трубки обладают и меньшей массой, а для многоэлементных конструкций антенн да еще с рефлекторной решеткой это порой даже решающий фактор. В отличие от внутреннего внешний диаметр оказывает влияние на свойства антенны. И это влияние отражается на полосе пропускания одноканальной антенны. При уменьшении отношения диаметра трубки активного вибратора к его длине полоса пропускания уменьшается. И поскольку самые длинные вибраторы бывают при конструировании антенн 1—5-го каналов, то об этом соотношении не следует забывать при выполнении одноканального варианта антенны.
При отсутствии трубок и прутков можно использовать плоские или профилированные пластины — уголки гнутые и прокат, швеллеры, тавр и др. По своим электрическим свойствам они полностью равнозначны трубкам и пруткам (стержням), но только обладают меньшей жесткостью и более высокой парусностью (влиянием на них ветровых нагрузок). С другой стороны, обработка и крепление таких материалов несколько проще и удобнее.
Особое и непременное требование ко всем перечисленным материалам — их поверхность должна быть ровной, гладкой, без выбоин, щербин, раковин. Если в этом плане вам не очень повезло с имеющимся материалом, не поленитесь крупнозернистую поверхность металла обработать шлифовальной бумагой (наждачной) с обязательным последующим удалением абразива и металлических опилок. Лучший вид обработки поверхности — шлифовка или покрытие материала тонким слоем высокопроводящего металла (серебрение, меднение, хромирование).
При конструировании некоторых видов антенн с успехом используют гибкие проводники — специальный антенный канатик и даже обычные монтажные провода.
Антенный канатик — это свитые по всей длине отдельные проводники. Он обладает высокой устойчивостью на разрыв, более легок по сравнению с прутком такого же внешнего диаметра. Каждый проводник канатика своей поверхностью отдельно участвует в проводимости тока, но при параллельном включении нескольких проводников суммарная проводимость канатика увеличивается. В практике конструирования антенн применяются канатики с внешним диаметром 2…5 мм.
Аналогичным свойством обладают и монтажные провода, но плюс ко всему они заключены в изоляционные трубки, что повышает устойчивость проводников к неблагоприятным климатическим воздействиям. Единственный недостаток монтажных проводников в том, что их не выпускают большого диаметра. Из наиболее распространенных типов монтажных проводников можно использовать МГВ (многопроволочный, гибкий, в виниловой изоляции), МГШВ (плюс еще шелковая изоляция), ПМП (однопроволочный, изолированный полиэтиленом) и др.
Элементы всех названных антенн, кроме зигзагообразных, размещают на несущей стреле. Для стрелы следует выбрать материал с высокой устойчивостью к механическим нагрузкам. Электропроводность материала в данном случае не играет никакой роли, за исключением тех случаев, когда несущая выполняет роль собирательной линии (ЛПА). Поэтому для изготовления стрелы можно применить и железные (стальные) трубы и профили. Можно применить и токонепроводящие материалы — чаще всего из них применяют деревянные брусья.
Поскольку для стрелы основное требование жесткость, то трубчатые материалы следует выбирать диаметром в 1,5…2 раза толще, чем элементы вибраторов антенного полотна. Механическая жесткость деревянного бруса может быть увеличена путем металлических накладок по сторонам, использованием стягивающих хомутов.
Для мачты, на которой будет установлена антенна, следует выбирать материал с очень высокой жесткостью и прочностью. В данном случае железные и стальные трубы будут просто незаменимы. Если условия работы антенны требуют обязательного применения неметаллических мачт (зигзагообразные антенны, ЛПА, антенны вертикальной поляризации), то на необходимой длине верхней части мачты металлическую трубу можно надстроить отрезком деревянной мачты.
В том случае когда нет толстой жесткой трубы для мачты, радиолюбители применяют и деревянные мачты круглого или прямоугольного сечения. К недостаткам таких мачт следует отнести их продольный прогиб при механических, в том числе и ветровых, нагрузках, неудобств установки, применения устройств грозозащиты.
Для повышения жесткости деревянной мачты применяют растяжки. Растяжки как способ повышения устойчивости конструкции в рабочем положении и противостояния порывам ветра требуются и для металлических мачт. Но если для металлических последующий ярус растяжек можно ставить через каждые 10 м, то для деревянных мачт требуется установка растяжек через каждые 5 м высоты, а в некоторых случаях и чаще, если жесткость мачты недостаточная.
В ряде случаев из-за неимения мачты или трудностей в ее установке радиолюбители используют естественные возвышения близлежащих объектов. Ну что же, способ не самый лучший, но, когда нет другого выхода, приходится воспользоваться и этим. В качестве таких суррогатных мачт используют отдельно стоящие деревья, конек крыш индивидуального строения, в городах иногда даже балкон (если окна квартиры выходят в сторону телецентра).
Напоминаем — использовать крышу коммунального дома для установки антенны даже на короткой мачте (2…3 м) можно только с разрешения жилищно-эксплуатационной конторы или выполняющей ее функции организации.
И еще одно предостережение. Ни в коем случае нельзя использовать для установки антенн мачты линий электроосвещения, высоковольтных линий, газопровода, радиотрансляционных линий и других коммунальных служб. Даже при установке своей собственной мачты следует держаться от устройств всех названных служб как можно подальше.
Итак, вы окончательно и бесповоротно остановили свой выбор на одной из рекомендованных конструкций, уже успели подготовить нужный материал для полотна антенны, мачты и готовы приступить к выполнению. Это самая ответственная часть исполнительской работы, ведь если в изготовлении полотна и согласовании будут допущены неточности, то ожидать хорошей работы антенны уже нельзя Поэтому мы и расскажем об особенностях изготовления каждой из конструкций. Обращаем внимание, порядок изложения «от простого — к сложному», без повторения общих правил. Поэтому, ес