Автор: Игорь Григоров / RK3ZK

В этой статье будет рассказано об эффекте экранировки антенн облаками. С эффектом экранировки тучами антенны радиостанции в горах мне приходилось сталкиваться и ранее, в моих предыдущих горных походах. Однако этот эффект очень явно проявился на Ай- Петринском плато и внес существенные корректировки в работу нашей радиоэкспедиции. Еще, что тоже существенно, этот эффект наблюдали члены всей радиоэкспедиции, которые могут подтвердить истинность моих наблюдений.

Конечно, не все радиолюбители сталкивались с этим эффектом, а многие, может быть, никогда с ним не встретятся... Однако, о нем необходимо знать тем, кто отправляется в высокогорную радиоэкспедицию. Воздействие этого эффекта, может вывести из строя вашу аппаратуру, сделать бесполезным использование направленных антенн, нарушить договоренные трафики радиосвязи. Из-за Ай- Петринского эффекта нам, например, пришлось отказаться от установки направленных антенн.

Итак, это случилось в мае 2001 года, во время радиоэкспедиции UR-QRP-C на плато Ай-Петри. Мы использовали специальный позывной сигнал EM5QRP. Для работы на коротких волнах мы установили две антенны. Одна антенна была обычным длинным проводом длиной 55 метров. Вторая антенна была вертикальной антенной марки GPA-30 фирмы Fritzel. Более подробную информацию о наших антеннах, о способах их установки и о размещении экспедиции в приюте можно найти в [1].

Хотя основная часть плато лежит всего лишь на 1200 метров выше над уровнем моря, на плато часто лежат облака. Они постоянно опускаются на Ай-Петринское плато с неба. Потом при помощи ветра медленно перемещаются по плато в различных направлениях. Бывает, что в течение 5 минут может светить солнце, потом на плато садится облако, идет дождь, это облако проносит ветром, и затем снова светит солнце.

Облако не выбирает, в какую сторону ему путешествовать по плато. Часто мы стояли около приюта и наблюдали, как облака важно проходят мимо нас по плато, в стороне от нас спускаются на плато, или переваливаются через плато в сторону Ялты. Если облако перемещается по плато в стороне от антенн, то на работу радиоэкспедиции это не оказывает влияния. Но, если облако садится прямо на антенны, то работа радиостанции на передачу становится невозможной. В нашей радиоэкспедиции мы это называли "Ай-Петринский эффект" в работе антенн.

Сначала я думал, что причина периодического ухудшения приема и передачи на радиостанции нашей радиоэкспедиции была в плохих контактах в антенных клеммах согласующего устройства. Провода антенны и заземления неоднократно тщательно зачищались и клеммы туго закручивались. Даже как бы наблюдался мнимый эффект от этих действий. Открутил контакты, почистил провода, туго закрутил контакты, и работа радиостанции как будто бы снова возобновилась. Но сколько раз контакты не защищались, прием и передача на нашей радиостанции периодически пропадала и появлялась снова. Очевидно все же что истинная причина периодического ухудшения работы радиостанции была не в этом, не в плохих контактах…

Однако вскоре нами была открыта тайна этого явления. В тот момент, когда на наши антенны садилось облако, я находился около приюта, где была расположена наша радиостанция. Сразу я услышал, как ребята говорят, что прохождение ушло. Впоследствии мы неоднократно проверяли воздействие облаков на антенны. Садится на антенны облако, все, нет связей. Прогнал ветер облако, сразу пошли радиосвязи. Что же происходит, когда облако закрывает антенну? Почему облако так сильно влияет на работу антенны? Здесь присутствуют несколько причин, которые мы рассмотрим ниже.

Диэлектрическая проницаемость облака отличается от диэлектрической проницаемости воздуха, которая равна 1. В результате этого, когда облако садится на антенну, антенна оказывается помещенной в диэлектрик. Вследствие этого, ее электрическая длина изменяется, что приводит к изменению резонансной частоты антенны. Также изменяется входное сопротивление антенны. Это происходит за весьма короткое время, буквально за две-три минуты. При этом ток антенны на высокочастотном амперметре согласующего устройства за это время меняется в несколько раз! Конечно, невозможно обеспечить подстройку согласующего устройства вслед за изменениями параметров антенны…

Но изменение резонансной частоты (и следовательно входного сопротивления) антенны в облаке оказалась только одной из сторон этого неприятного явления. Другой, более вредной стороной "Ай- Петринского эффекта" оказалась экранировка облаком антенны. Облако состоит из миллиардов крошечных капелек, каждая из которых к тому же может нести небольшой отрицательный относительно поверхности земли заряд. Следовательно, влажное облако не является изолятором как воздух. Это какая то масса вещества, которое обладает некоторой проводимостью, да еще и имеет отрицательный относительно земли заряд. И вот эта масса вещества накрывает наши антенны… Накрывание облаком антенн наверное можно сравнить с накрыванием антенн металлическим листом. Еще несколько минут назад мог быть великолепный прием, а через пару минут, когда густое облако накрывало наши антенны, прием на всех диапазонах мог полностью прекратиться. Этот эффект наблюдался преимущественно в дневное время, когда белые облака накрывали антенну.

Нами было замечено, что когда черное облако накрывало наши антенны, то прием хотя и слабый все же присутствовал. Это для меня остается загадкой. Черное облако обычно более густое, чем белое. Когда находишься в черном облаке, такое впечатление что находишься в мелком душе. Со всех сторон окружен микроскопическими капельками воды, которые садятся на одежду, волосы, залезают в легкие… А влияет черное облако на радиоприем гораздо меньше белого облака.

В ночное время полного прекращения приема за счет облаков не наблюдалось. Обычно только проявлялся эффект расстройки антенн из за того что облако садилось на антенны или проходило через них. Ток антенны на амперметре согласующего устройства при этом плавал. Прием становился неудовлетворительным. Приходилось временно прекращать работу на радиостанции и пережидать, когда ветер сдует облака с наших антенн.

Сталкивались с эффектом влияния облака на работу радиостанции и другие радиолюбители, которые работали в горных условиях. Вот что пишет Андрей Блинушов/ UA3SGV о работе из горного похода по Хибинам в 2002 году [2].

“11 августа группа уходила в трехдневное кольцо, и я приплясывал от нетерпения - скорее к трансиверу! Через час с Часночорра в цирк спустилось густое облако, несущее мелкую дождевую взвесь. И все, за целый день - только 14 связей. Вспомнил в тот момент описание радиоэкспедиции на крымскую гору Ай- Петри Игоря Григорова [1]. Когда читал- удивлялся, садилось у них на гору такое облако - связь практически прекращалась. Я с таким явлением встретился впервые…”

"Ай-Петринский эффект" заставил нас отказаться от установки направленных проволочных антенн, которые я взял с собой. Действительно, большую часть времени Ай - Петринское плато покрыто облаками. Покрыты облаками и наши антенны… Какой смысл устанавливать направленные сложные антенны, которые большую часть времени будут неработоспособны. В облаке элементы направленных проволочных антенн типа YAGI будут иметь совсем не те резонансные частоты, которые необходимы для их нормальной работы. Следовательно, говорить о какой- либо диаграмме направленности этих антенн было бы бессмысленно. Не помогли бы нам антенны с фазированным питанием. Из-за того, что тучи имеют непостоянную диэлектрическую проницаемость по своему объему, и из за того, что эти тучи постоянно перемещаются через наши антенны, электрическое расстояние между элементами антенны тоже будет постоянно изменяться. Следовательно, диаграмма направленности такой фазированной антенны будет изменяться по неизвестному закону.

Вот почему для работы в нашей радиоэкспедиции на Ай – Петри мы могли использовать только простые одноэлементные антенны.

Электротехническое заземление антенн

Был еще один очень неприятный эффект при посадке облаков на антенну. Он проявлялся в виде сильных электрических помех. При белых облаках, которые экранировали наши антенны, в приемнике часто наблюдался сплошной треск, переходящий в хриплый свист, или сильный белый шум. В радиостанции Р-143, которую мы использовали для работы из экспедиции, антенна не была электрически соединена с корпусом передатчика. В результате этого работа этой радиостанции в условиях белого облака из-за сильных электростатических помех была практически невозможна. Прикосновение рукой к антенне вызывало сильный электрический удар. Неоновая лампочка, поднесенная к антенне, светилась. Если при этом антенну при помощи плоскогубцев (аккуратно и осторожно!) с изолированными ручками отключить от радиостанции и приблизить к ее корпусу, между антенной и корпусом радиостанции проскакивали искры. При накоплении антенной большого статического потенциала было бы возможно повреждение этой радиостанции.

Это показывает, насколько важно иметь электрическое заземление антенны на корпус передатчика или согласующего устройства. Во всех моих самодельных трансиверах и в моих согласующих устройствах антенна была электрически заземлена на землю. Обычно я для этого использую резистор сопротивлением 100 килоом и мощностью 2 ватта. Этот резистор включен между антенной и корпусом устройства. Необходимо особо остановиться на необходимости наличия электротехнического заземления. Корпус передающей аппаратуры должен иметь хорошее электротехническое заземление. В нашем случае было нетрудно осуществить такое заземление. Приют имел металлическую обшивку, крыша приюта была металлической, около приюта находилась большая металлическая цистерна. Все эти вещи были соединены между собой толстыми металлическими уголками. Нам оставалось только подключиться к любому близкому к нам металлу и отличное электротехническое заземление было гарантировано. Мы подключились к металлической крыше. Это для нас оказалось наиболее простым.

Нами был отмечен еще очень интересный момент при накрывании облаком наших антенн. В моем согласующем устройстве, которое мы использовали в нашей радиоэкспедиции на Ай- Петри, был установлен индикатор тока антенны. Иногда, когда густое белое облако быстро проходило через наши антенны, ток, протекающий из облака на антенну и далее на землю, который показывал амперметр согласующего устройства, достигал ста миллиампер! Понятно, что в этих условиях говорить о каком-либо приеме было полностью бессмысленно. В наушниках стоял сплошной треск и рев.

Вот бы этот бесполезный ток, между облаком и землей пустить на полезные нужды. Например, на подзарядку аккумуляторов. Как бы ни фантастически эта идея не звучала, но такой большой ток между антенной и землей вполне способен делать не только помехи приему, но также и добрые дела, например, заряжать аккумуляторы.

Ай – Петринский эффект зимой

В декабре 2001 года UR-QRP-C тоже организовал экспедицию на Ай - Петри. Эта экспедиция была организована в честь столетия проведения Первой Трансокеанской радиосвязи Г. Маркони. Мы использовали специальный позывной сигнал EN100GM. Для работы в эфире из экспедиции на коротких волнах мы использовали две антенны. Одна из них была антенна типа длинный провод.

Эта антенна по своей конструкции была практически такая же, как мы использовали весной 2001 года. Ее длина была 55 метров, верхний конец этой антенны был закреплен на ту же мачту спасателей. Вторая антенна, используемая нами, была CB- диполь. Каждое плечо этого диполя было длиной 2,7 метра, диполь был запитан через толстый коаксиальный кабель волновым сопротивлением 75 Ом. Длина коаксиального кабеля от антенны до согласующего устройства была равна 8 метров. Эта антенны удовлетворительно работала на высокочастотных диапазонах 10-20 метров. Каждая из этих антенн подключалась к нашей передающей аппаратуре (трансивер типа К-116 и радиостанция Р-143) через свое отдельное согласующее устройство. Схемы этих согласующих устройств приведены в литературе [3], стр.193 - 195. В каждом из этих согласующих устройств антенна была электрически соединена с землей.

И снова мы столкнулись эффектом влияния внешних метеорологических условий на работу антенн! На этот раз этот эффект оказывал снег. Почти постоянно во время нашего пребывания на Ай - Петри шел снег. Это было очень красивое зрелище, когда большие белые снежинки медленно падали на землю. Большие снежные облака бродили по Ай- Петринскому плато. После прохождения облака мы оставались обсыпанные белым снегом.

Но, каждая такая снежинка несла на себе небольшой отрицательный заряд. Прикосновение такой заряженной снежинки к антенне сопровождалось очень слабым щелчком в наушниках трансивера. А когда во время густого снегопада одновременно 10, 20, или 100 снежинок соприкасались с антенной, щелчок был во много раз сильней. Вернее, стоял постоянный то ослабевающий, то усиливающийся треск.

Во время же сильной метели, когда снежный поток обволакивал нашу антенну, из - за тресков, стоящих в наушниках, было просто невозможно работать в эфире. Когда метель была очень сильной, появлялся атмосферный ток между антенной и землей. Этот ток очень уверенно регистрировал наш амперметр, расположенный на согласующем устройстве. Но ток этот не был столь значителен, как весной, когда белые облака проходили через наши антенны. Снег вызывал ток на высокочастотном амперметре согласующего устройства величиной не более 10 миллиампер.

Однако во время снегопадов мы не наблюдали полного прекращения приема, как это было весной, когда белое облако садилось на наши антенны. Но конечно, что при сильном треске в наушниках, работать в эфире тяжело. И все же, к трескам в наушниках через пару дней мы с трудом, но адаптировались. Следовательно, сухой снег уже не очень сильно мешал нашей работе в эфире. Наиболее сильно мешал нашей работе чуть влажный снег. Влажный снег редко нес на себе отрицательный заряд, и при соприкосновении с антенной таких снежинок в наушниках трансивера не было щелчков. В то время когда шел влажный снег в эфире стояла тишина. Впрочем, это была обманчивая для нас тишина. Влажный снег налипал на наши антенны, постепенно делая их все более и более толстыми. В конце концов, наши антенны по своему виду напоминали толстых белых экзотических змей, которые неизвестно как заползли на Ай - Петринское плато…

Следовательно, через некоторое время снегопада антенны оказывались одетыми в толстый снежный рукав. Или, что, то же самое, в толстый диэлектрический рукав. Диэлектрическая проницаемость снега, а тем более чуть влажного снега, существенно выше 1. Конечно, этот снежный рукав на антенне менял электрическую длину антенны, которая зависела от толщины этого снежного покрытия. Менял снег входное сопротивление антенн. Поэтому во время такого снегопада, по мере налипания снега на провода антенн, настройка антенн все время менялась. Практически постоянно приходилось подстраивать согласующие устройства каждой из антенн.

Антенны до отряхивание снега

Отряхивание антенн

После очень сильного налипания снега на антенну согласующее устройство уже не помогало. Антенный ток плавал во время передачи. Работать на такую сильно облепленную снегом антенну на малой мощности было просто невозможно. Поэтому приходилось брать в руки длинную палку, тепло одеваться и идти отряхивать антенны от снега. После этого они, снова до дальнейшего налипания на них снега, работали какое то время. Как правило, отряхивать снег с антенн приходилось несколько раз в день. Во время обильных снегопадов приходилось их отряхивать почти через каждый час.

Снега на Ай - Петринском плато было очень много. Для отряхивания антенн приходилось плыть сквозь снег. Стоя где по пояс в снегу, а где и по грудь, мы били этой длинной палкой по нашим антеннам. При не очень удачном ударе снег с антенны попадал за шиворот, за очки, лез в нос, уши и в рот. Что печально, уже через полчаса протоптанные нами следы возле антенн засыпал снег. При следующем отряхивании антенн от снега, снова приходилось идти по пояс в снегу и снова протаптывать новую дорожку…

После отряхивания антенн мы возвращались облепленные снегом, как большие живые снеговики, и быстрее бежали греться возле камина. Снег был в карманах куртки, в обуви, в рукавах. Конечно, отряхивать снег с антенн мы могли только в светлое время суток. Ночью, видимость в свете фонаря во время снегопада составляла несколько метров. Идти, по пояс и по грудь в снегу в любую из сторон от приюта, в это время было небезопасно. Поэтому, ночью мы обычно не работали в эфире. Напомню, что весной практически каждую ночь наша радиостанция звучала в эфире. Зимой снег нам не позволил делать это.

Утром, наши антенны от налипшего на них за ночь снега склонялись почти до самой земли, или вернее, до снега, лежащего на ней. Толщина снега, налипшего на антенны и на коаксиальный кабель диполя, достигала иногда 20 сантиметров в диаметре. Каждое утро я с ужасом думал, что наши антенны не выдержат снега и оборвутся. Восстановить антенны в условиях постоянного снегопада было бы очень сложно.

Металлическая мачта, на которую я повесил антенну типа длинный провод, уже на второй день нашей экспедиции покрылась ледяной коркой, и залезть на нее уже было невозможно. Крыша обледенела и покрылась толстым слоем снега. Залезть на эту крышу тоже уже было невозможно. Следовательно, невозможно было бы восстановить диполь на крыше. Когда мы завершили экспедицию и покидали Ай-Петринский приют мы оставили наши антенны висящими на своих местах…

Утром настроить облепленную снегом антенну было очень трудно, если сказать, что невозможно. Ток антенны плавал, прием совместно с этой антенной тоже был неудовлетворителен. Только после отряхивания антенны от снега она начинала работать… И станция EN100GM снова звучала в эфире.

Литература

1. И. Григоров Экспедиция в горный Крым. Май 2001 www.mountain.ru/radio/
2. А. Блинушов. Экспедиция в горы Заполярья. Хибины – 2002. www.mountain.ru/radio/
3. И. Григоров. Антенны. Настройка и согласование. – М.: ИП РадиоСофт, 2002- 272 с. ISBN 5- 93037 – 087 - 7