Записки программиста

Такие антенны, как вертикалы и диполи, способны копить статический заряд. Любой радиолюбитель рано или поздно сталкивается с этим феноменом. В частности, взявшись за UHF-разъем коаксиального кабеля, идущего к вертикалу или диполю, иногда можно почувствовать покалывание или даже жжение в пальцах. Статика не представляет угрозы здоровью человека, однако является нередкой причиной выхода из строя трансиверов.

Важно! Данная заметка посвящена только защите от статики. В частности, не рассматривается грозозащита антенны и любые другие вопросы. Отмечу также, что я не претендую на звание выдающегося электрика, поэтому буду благодарен за любые поправки и дополнения.

Вертикалы и диполи можно рассматривать, как два проводника, не соединенных между собой. То есть, в сущности, огромный конденсатор. При определенных условиях, например, в сухую ветреную погоду, в результате трения молекул воздуха об антенну, часть электронов «перепрыгивает» с этих молекул на полотно антенны. Как результат, в нашем конденсаторе копится статический заряд, который может составлять десятки киловольт. Это напряжение не опасно для человека, потому что для человека опасен большой ток, а он не может возникнуть из-за статического заряда. Каждый раз, когда вас бьет током металлическая дверная ручка или свитер другого человека, там те же десятки киловольт. А вот на антенном разъеме трансивера такая разность потенциалов ни к чему хорошему не приводит.

Антенны, представляющие собой КЗ по постоянному току (рамочные антенны, петлевые диполи, J-антенна) менее склонны к накоплению статики. Но в них также возможно возникновение статического заряда, между антенной и землей. Для решения этой проблемы необходимо заземлить либо саму антенну (если тип антенны это позволяет), либо внешнюю сторону оплетки коаксиального кабеля. Это позволит статическому заряду стекать в землю. На тему того, как правильно сделать заземление, пишут целые книги, см к примеру Grounding and Bonding for the Radio Amateur. Поэтому данная тема, увы, выходит за рамки поста.

Вернемся к вертикалам и диполям. Бороться со статикой в данных антеннах можно разными способами. Некоторые радиолюбители рекомендуют устанавливать между плечами диполя резистор на высокую мощность, номиналом порядка 100 кОм. На работу антенны такой резистор практически не влияет, но теперь между плечами диполя может течь ток. Прием работает, но имеет недостаток — статика может копиться быстрее, чем она успевает стекать через резистор. Другой прием заключается в использовании трансформатора 1:1. Тогда антенна будет представлять собой КЗ по постоянке, как рамочная антенна. Но такой подход, насколько мне известно, не использует никто. Дело в том, что в трансформаторе всегда есть потери, порой значительные. Если трансформатор выполнен на ферритовом кольце, это увеличивает его стоимость и ограничивает допустимую мощность, так как трансформатор может перегреваться. Наконец, используют и закороченную четвертьволновую линию. Минусы этого подхода — зависимость от частоты и существенная длина линии на КВ.

Достаточно универсальный подход заключается в использовании дросселя с большой индуктивностью. В английском языке его называют static bleeder. Правильно подобранный дроссель имеет высокий импеданс на радиолюбительских частотах, благодаря чему практически не влияет на работу антенны. В то же время, он представляет собой КЗ по постоянному току, что не позволяет копиться статике. Впервые об этом приеме я узнал благодаря видео Защита трансивера от статики, которое снял Андрей Шалин, R4IN. Андрей рекомендует мотать дроссель на ферритовом сердечнике эмалированной проволокой 0.9 мм, при этом нужно получить индуктивность не менее 200 мкГн. Утверждается, что такой дроссель пригоден при работе с мощностью до киловатта. Ну что же, давайте попробуем и посмотрим, что из этого выйдет.

Был использован ферритовый сердечник М400НН, 8х100 мм. Я намотал 90 витков, измеренная индуктивность при этом составила 313.7 мкГн. Должно хватить. Дроссель был помещен в пластиковую коробку (такую же, что использовалась в антенне Фукса) с двумя UFH-разъемами, соединенными кабелем RG213:

КСВ в интервале 1-30 МГц в порядке:

Здесь использовался маломощный эквивалент нагрузки, имеющий КСВ не более 1.1 на частотах до 650 МГц. Видно, что с ростом частоты КСВ растет. В частности, на 144 МГц имеем КСВ 1.75. На УКВ дроссель вряд ли применим. Это не страшно, так как на УКВ можно воспользоваться закороченной четвертьволновой линией.

С помощью анализатора спектра оценим потери на частотах до 30 МГц:

Как можно видеть, потери не нулевые, но они пренебрежимо малы. Виден небольшой провал. Но он не попал ни на один из радиолюбительских диапазонов, и потому не особо меня беспокоит. А вот что действительно меня беспокоило — не будет ли в такой конструкции возникать синфазный ток. И действительно, он возникает. Если дотронуться рукой до кабеля, идущего на вход анализатора спектра, график сильно меняется. Семь витков кабеля на ферритовом кольце FT140-43 решают эту проблему.

На первый взгляд, дроссель можно установить как в точке запитки антенны, так и у трансивера. Но правильно это делать у трансивера, и на то есть две причины. Во-первых, идущий к антенне коаксиальный кабель — это тоже большой конденсатор, и в нем тоже может возникать заряд, например, в грозу. Так вот, мы не хотим, чтобы у заряда было несколько вариантов, куда стекать (либо в антенну, либо в трансивер). Во-вторых, вы наверняка экспериментируете с антеннами. Делать в каждой новой антенне свой дроссель попросту дорого и не нужно.

Дроссель был проверен при работе в телеграфе в диапазонах 20 и 40 метров с мощностью 100 Вт. Не похоже, чтобы он как-то влиял на линию. Нигде ничего не греется и не искрит. Выглядит так, как если бы все работало.

Хоть с точки зрения теории все и звучит складно, насколько реально дроссель защищает или не защищает трансивер от статики, покажет лишь время. Отмечу, что защита эта не обязательно является 100%-ой. Так или иначе, с защитным дросселем как-то спокойнее, да и хуже он не делает. Напомню однако, что мы обошли стороной вопрос о заземлении. Он заслуживает отдельного поста.

Дополнение: Вопрос о заземлении рассматривается в статье Заземление любительской радиостанции. Мне доводилось наблюдать, как иногда заземление может портить КСВ антенны. Причина заключается в синфазном токе. Решается намоткой провода заземления все теми же семью витками на кольце FT140-43. Это отрезает путь ВЧ сигналу и устраняет проблему.

Метки: Антенны, Любительское радио.