Антенны. Том 1

Карл Ротхаммель

Антенны

Том 1

ROTHAMMELS

ANTENNENBUCH

vollkommen neu bearbeitet und erweitert von
Dipl.Ing. Alois Krischke

11., aktualisierte und erweiterte Auflage

FranckhKosmos
VerlagsGmbH&Co., Stuttgart

КАРЛ РОТХАММЕЛЬ

АНТЕННЫ

ТОМ 1

Москва
2022

12-е издание, электронное

ББК 32.973-04
Р58

Р58
Ротхаммель, Карл.

Антенны. Том 1/ К. Ротхаммель, А. Кришке ; пер. с нем. — 12-е изд., эл. — 
1 файл pdf : 434 с. — ДМК Пресс, 2022. — Систем. требования: Adobe Reader XI 
либо Adobe Digital Editions 4.5 ; экран 10". — Текст : электронный.

ISBN 978-5-89818-241-0

Настоящее издание является переводом книги известного немецкого радиолюбителя 
К. Ротхаммеля (12-е издание). Содержание книги по сравнению с предыдущим выпуском 
расширено и дополнено за счет новейших технических разработок; при этом сохранено 
прежнее разделение по трем главным направлениям: основные понятия, типы антенн и их 
конструкции.
Во всех главах обновлены списки литературы, а в сведения о патентах включен год 
подачи заявки (дата приоритета).
Книга предназначена для радиолюбителей, желающих расширить свои знания в области 
построения и практического использования антенных устройств.

ББК 32.973-04

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.

ISBN 978-5-89818-241-0
©  Franckh-Kosmos Verlags-GmbH&Co., Stuttgart
© ДМК Пресс

Предисловие ................................................................................................................................................. 11

1. Электромагнитные волны .................................................................................................................. 13
1.1. Электромагнитное поле............................................................................................................... 14
1.1.1. Электрическое поле ............................................................................................................ 14
1.1.2. Магнитное поле ................................................................................................................... 15
1.1.3. Зависимость между электрическим и магнитным полями ....................................... 15
1.1.4. Переменное электромагнитное поле .............................................................................. 15
1.1.5. Плоские волны ...................................................................................................................... 16
1.1.6. Напряженность электрического поля ............................................................................ 16
1.1.7. Поляризация электромагнитных волн ........................................................................... 17
1.1.8. Классификация радиоволн ................................................................................................ 18

2. Распространение электромагнитных волн ................................................................................. 19
2.1. Атмосфера Земли .......................................................................................................................... 19
2.1.1. Тропосфера ........................................................................................................................... 19
2.1.2. Стратосфера ...................................................................................................................... 20
2.1.3. Ионосфера ............................................................................................................................ 20
2.2. Поверхностная и пространственная волны .......................................................................... 21
2.2.1. Распространение поверхностной волны ........................................................................ 21
2.2.2. Распространение пространственной волны ................................................................. 21
2.3. Распространение коротких волн .............................................................................................. 25
2.3.1. Солнечная активность ...................................................................................................... 25
2.3.2. Солнечная активность и ионосфера .............................................................................. 28
2.3.3. Распространение волн любительских КВ диапазонов ................................................ 32
2.4. Распространение метровых волн ............................................................................................. 34
2.4.1. Квазиоптическое распространение волн ....................................................................... 34
2.4.2. Сверхдальняя связь ............................................................................................................. 35
2.5. Распространение сверхдлинных радиоволн ........................................................................ 39
2.6. Отражение, рефракция и дифракция ..................................................................................... 39
2.7. Замирание (фединг) ..................................................................................................................... 40
2.8. Разнесение ........................................................................................................................................ 40

3. Принцип действия и характеристики антенн ............................................................................ 43
3.1. Полуволновый вибратор ............................................................................................................. 43
3.1.1. Распределение тока и напряжения в полуволновом вибраторе ............................... 43
3.1.2. Импеданс антенны ............................................................................................................. 45
3.1.3. Сопротивление излучения ................................................................................................. 46
3.1.4. Полуволновый вибратор как колебательный контур ................................................. 46
3.1.5. Коэффициент укорочения ................................................................................................ 47
3.1.6. Эффективные длина и высота полуволнового вибратора ......................................... 49
3.2. Направленность и усиление антенны..................................................................................... 50
3.2.1. Диаграмма направленности ............................................................................................. 50
3.2.2. Закономерности излучения полуволнового вибратора ............................................... 52
3.2.3. Усиление и коэффициент направленности .................................................................... 57
3.3. Шумы антенн .................................................................................................................................. 62
3.4. Петлевой вибратор ........................................................................................................................ 64
3.5. Волновый вибратор....................................................................................................................... 66

Содержание

Содержание

4. Типы антенн ............................................................................................................................................ 69
4.1. Введение............................................................................................................................................ 69
4.2. Классификация антенн ................................................................................................................ 69
4.3. Элементы излучателей ................................................................................................................ 70
4.3.1. Простейшие излучатели ................................................................................................... 70
4.3.2. Линейные антенны ............................................................................................................. 70
4.3.3. Фигурные антенны ............................................................................................................. 70
4.3.4. Рамочные антенны ............................................................................................................. 71
4.3.5. Щелевые антенны ............................................................................................................... 71
4.3.6. Активные антенны ............................................................................................................ 71
4.4. Групповые излучатели ................................................................................................................. 71
4.4.1. Линейные группы ................................................................................................................. 72
4.4.2. Плоскостные группы .......................................................................................................... 72
4.4.3. Пространственные группы .............................................................................................. 72
4.4.4. Группы с сетевым питанием ............................................................................................ 72
4.5. Строение излучателей ................................................................................................................. 72
4.5.1. Плоские структуры ........................................................................................................... 73
4.5.2. Пространственные структуры ...................................................................................... 73
4.6. Апертурные излучатели .............................................................................................................. 73
4.6.1. Рефлекторные антенны .................................................................................................... 73
4.6.2. Рупорные антенны ............................................................................................................. 73
4.6.3. Линзовые антенны .............................................................................................................. 73
4.6.4. Диэлектрические антенны ............................................................................................... 74
4.6.5. Антенны на рассеянных волнах ....................................................................................... 74

5. Питание антенн ...................................................................................................................................... 76
5.1. Фидеры .............................................................................................................................................. 76
5.1.1. Волновое сопротивление проводника .............................................................................. 76
5.1.2. Двухпроводная линия ........................................................................................................ 80
5.1.3. Коаксиальный кабель ......................................................................................................... 81
5.1.4. Затухание в высокочастотных линиях ......................................................................... 82
5.1.5. Рекомендации по применению высокочастотных линий ........................................... 84
5.1.6. Характеристики высокочастотных линий .................................................................. 85
5.1.7. Однопроводный фидер ....................................................................................................... 86
5.2. Физические свойства высокочастотных линий.................................................................. 88
5.2.1. Распределение напряжения в двухпроводной линии .................................................... 88
5.2.2. Добавочные потери в линии вследствие стоячих волн ............................................... 90
5.2.3. Двухпроводная линия в качестве согласующего элемента ........................................ 93
5.3. Способы питания антенн ............................................................................................................ 96
5.3.1. Согласованный фидер ......................................................................................................... 96
5.3.2. Настроенный фидер ........................................................................................................... 97

6. Согласующие и трансформирующие элементы ..................................................................... 101
6.1. Дельтасогласование ................................................................................................................... 101
6.2. Согласующий Ттрансформатор ............................................................................................ 102
6.3. Гаммасогласование .................................................................................................................... 103
6.4. Омегасогласование .................................................................................................................... 104
6.5. Четвертьволновый трансформатор ....................................................................................... 105
6.6. Согласующий шлейф ................................................................................................................. 107
6.7. Согласование с помощью дискретных радиокомпонентов........................................... 112
6.7.1. Гобразный элемент ......................................................................................................... 112
6.7.2. Мост Бушеро в качестве согласующего элемента .................................................... 114
6.7.3. Тобразный элемент ......................................................................................................... 115
6.7.4. Побразный элемент ........................................................................................................ 115
6.7.5. Резонансное преобразование ........................................................................................... 115
6.8. Широкополосный трансформатор ........................................................................................ 116

7. Симметрирующие и запирающие цепи ...................................................................................... 118
7.1. Введение.......................................................................................................................................... 118
7.2. Основные принципы .................................................................................................................. 119

Содержание

7.3. Симметрирующие цепи ............................................................................................................. 120
7.3.1. Трансформаторы .............................................................................................................. 120
7.3.2. Петлевые шлейфы ............................................................................................................ 123
7.3.3. Симметрирующие шлейфы ............................................................................................. 125
7.3.4. Симметрирующие мосты ............................................................................................... 129
7.3.5. Симметрирующие объемные контуры ......................................................................... 130
7.4. Блокирующие цепи ..................................................................................................................... 132
7.4.1. Резонансные фильтры ..................................................................................................... 132
7.4.2. Широкополосные затворы .............................................................................................. 134
7.4.3. Поглотители ...................................................................................................................... 136
7.5. Специальные способы................................................................................................................ 138
7.5.1. Симметрирование подбором сопротивлений .............................................................. 138
7.5.2. Схема X/2 ........................................................................................................................... 139
7.5.3. Симметрирование по электрическому полю .............................................................. 139
7.5.4. Симметрирование с помощью резонатора ................................................................. 139
7.5.5. Симметрирование с помощью объемного контура .................................................... 139
7.5.6. Клинообразные симметрирующие трансформаторы .............................................. 140
7.5.7. Трансформатор на ответвителях ................................................................................ 140
7.5.8. Полуволновый барьер ....................................................................................................... 140
7.5.9. Симметрирующий трансформатор на базе петлевого вибратора ...................... 141
7.5.10. Гаммасогласование ........................................................................................................ 141
7.5.11. Омегасогласование ........................................................................................................ 141
7.5.12. Lсогласование ................................................................................................................. 141
7.5.13. Емкостный трансформатор ........................................................................................ 142

8. Связь фидера с оконечным каскадом передатчика .............................................................. 145
8.1. Подключение согласованных фидеров ................................................................................ 146
8.1.1. Подключение коаксиальных кабелей ............................................................................. 146
8.1.2. Подключение симметричного согласованного фидера .............................................. 149
8.2. Подключение согласованных фидеров ................................................................................ 151
8.3. Согласование передатчика с фидером ................................................................................. 155
8.3.1. Базовый СЛП ...................................................................................................................... 155
8.3.2. Тобразный СЛП ................................................................................................................ 155
8.3.3. СЛП на последовательнопараллельных емкостях ................................................... 155
8.4. Промышленное согласование антенн ................................................................................... 156
8.5. Применение согласующих устройств ................................................................................... 157

9. Практика высокочастотных антенн ............................................................................................ 159
9.1. Обзор ................................................................................................................................................ 159
9.1.1. Полуволновый излучатель ............................................................................................... 159
9.1.2. Длиннопроводные антенны ............................................................................................. 160
9.1.3. Поперечные (рамочные) излучатели ............................................................................ 160
9.1.4. Вращающийся направленный излучатель ................................................................... 161
9.1.5. Вертикальные антенны .................................................................................................. 161
9.2. Лучшая антенна дальней связи............................................................................................... 163
9.3. Доказательность оценок усиления ........................................................................................ 164
9.4. Затраты на направленные антенны ....................................................................................... 165

10. Полуволновые излучатели ........................................................................................................... 167
10.1. Однодиапазонные вибраторы ............................................................................................... 167
10.1.1. Yобразная антенна ....................................................................................................... 167
10.1.2. Вибратор с коаксиальным фидером ........................................................................... 167
10.1.3. Суррогатный вибратор ................................................................................................ 168
10.1.4. Петлевой вибратор ....................................................................................................... 168
10.2. Многодиапазонные вибраторы............................................................................................. 169
10.2.1. Антенны типа «Цеппелин» .......................................................................................... 169
10.2.2. Антенна Виндома ........................................................................................................... 172
10.2.3. Согласованный трехдиапазонный вибратор ........................................................... 178
10.2.4. Согласованный четырехдиапазонный вибратор ..................................................... 178
10.2.5. Многодиапазонный вибратор ...................................................................................... 179

Содержание

10.2.6. Многодиапазонная антенна G5RV ............................................................................. 181
10.2.7. Вибраторы с запирающим контуром ........................................................................ 184
10.3. Компактные антенны ............................................................................................................... 189
10.3.1. Вложенные многодиапазонные вибраторы ............................................................... 189
10.3.2. Укороченные вибраторы ............................................................................................... 190
10.3.3. Проволочная пирамида .................................................................................................. 191
10.4. Угловые вибраторы ................................................................................................................... 192
10.4.1. Волновый угловой вибратор с круговой диаграммой направленности ................ 193
10.5. Наклонные антенны ................................................................................................................. 194
10.6. Широкополосные вибраторы................................................................................................ 194
10.6.1. Волновые вибраторы ...................................................................................................... 194
10.6.2. Антенна T2FD ................................................................................................................. 195
10.6.3. Замкнутый широкополосный вибратор ................................................................... 197
10.7. Антенны особой формы .......................................................................................................... 198
10.7.1. Оптимизированный вибратор .................................................................................... 198
10.7.2. Удлиненный вибратор .................................................................................................... 198
10.8. Настройка вибратора ............................................................................................................... 199

11. Длиннопроводные антенны .......................................................................................................... 202
11.1. Гобразные антенны.................................................................................................................. 204
11.2. Антенна Фукса ........................................................................................................................... 206
11.3. Многодиапазонная антенна DL7AB ................................................................................... 207
11.4. Vобразная антенна................................................................................................................... 208
11.4.1. Звезда из Vобразных антенн ...................................................................................... 210
11.4.2. Составные Vобразные антенны ................................................................................ 211
11.4.3. Тупоугольная Vобразная антенна ............................................................................. 211
11.5. Открытая ромбическая антенна ........................................................................................... 212
11.6. Удлиненный двойной «Цеппелин» ..................................................................................... 212
11.7. Длиннопроводная шестидиапазонная антенна K4EF .................................................. 214

12. Апериодические длиннопроводные антенны ........................................................................ 217
12.1. Замкнутая длиннопроводная антенна ............................................................................... 217
12.2. Однопроводная антенна бегущей волны .......................................................................... 218
12.3. Замкнутые Vобразные антенны ......................................................................................... 220
12.4. Замкнутые ромбические антенны ....................................................................................... 221
12.4.1. Питание ромбической антенны .................................................................................. 222
12.4.2. Нагрузочное сопротивление ......................................................................................... 222
12.4.3. Устройство ромбической антенны ............................................................................. 223
12.4.4. Многодиапазонный режим ............................................................................................ 224
12.4.5. Специальные типы
ромбических антенн ...................................................................................................... 224

13. Излучатели с поперечным излучением ................................................................................... 227
13.1. Вибраторные ряды .................................................................................................................... 227
13.2. Вибраторный столбец .............................................................................................................. 229
13.3. Вибраторные группы................................................................................................................ 230
13.4. Практические варианты проволочных направленных антенн .................................. 231
13.4.1. Двухэлементный коллинеарный вибратор ............................................................... 231
13.4.2. Антенна Франклина ...................................................................................................... 232
13.4.3. Синфазная горизонтальная антенна ........................................................................ 233
13.4.4. Квадратная рамочная антенна DJ4VM .................................................................... 235
13.4.5. Двусторонний излучатель ............................................................................................ 236
13.4.6. Многоэтажный волновый вибратор .......................................................................... 238
13.4.7. Шестиэлементная антенна ....................................................................................... 238
13.4.8. Антенна Брюса ............................................................................................................... 239
13.4.9. Антенна Стербы ............................................................................................................ 239

14. Продольные излучатели ................................................................................................................ 242
14.1. Направленная антенна W8JK ............................................................................................... 243
14.2. Однонаправленные продольные излучатели .................................................................. 246

Содержание

14.2.1. Остронаправленная антенна ZL ................................................................................ 246
14.2.2. Антенна HB9CV .............................................................................................................. 248
14.2.3. Переключаемый двухэлементный направленный излучатель .............................. 251

15. Направленные антенны с волновыми петлевыми вибраторами .................................... 253
15.1. Квадратная рамка как элемент антенны............................................................................ 253
15.2. Горизонтальный прямоугольник ......................................................................................... 255
15.3. Дельтообразная рамка.............................................................................................................. 256
15.4. Волновые рамки с рефлекторами ........................................................................................ 258
15.4.1. Квадратный куб .............................................................................................................. 258
15.4.2. Кольцевая остронаправленная антенна ................................................................... 262
15.4.3. Антенна «птичья клетка» ........................................................................................... 263
15.4.4. Волновые рамочные антенны с активным рефлектором ...................................... 265
15.4.5. Направленные антенны с дельтообразными рамками .......................................... 269
15.5. Сравнение волновых петлевых излучателей ................................................................... 272

16. Направленные поворотные излучатели с пассивными элементами ............................ 274
16.1. О расходах на создание направленных поворотных антенн ...................................... 276
16.2. Горизонтальный двухэлементный поворотный направленный излучатель ........ 278
16.3. Горизонтальная трехэлементная директорная антенна ............................................... 279
16.4. Питание направленных вращающихся антенн ............................................................... 280
16.5. Несущая траверса антенны .................................................................................................... 281
16.6. Монтаж направленной антенны на несущей опоре....................................................... 281
16.7. Особые типы однодиапазонных направленных вращающихся антенн ................. 282
16.7.1. Хобразная направленная антенна ............................................................................ 282
16.7.2. Антенна G3LDO ............................................................................................................. 283

17.Направленные антенны с укороченными элементами ........................................................ 286
17.1. Миниатюрная направленная антенна VK2AOU ............................................................ 287
17.2. Миниатюрная направленная антенна W8YIN ................................................................ 289
17.3. Укороченный излучатель 10метрового диапазона на удилищах ............................ 290
17.4. Укороченная рамочная антенна ........................................................................................... 290

18. Многодиапазонные направленные излучатели .................................................................... 293
18.1. Трехдиапазонная направленная поворотная антенна G4ZU ..................................... 293
18.1.1. Образец для копирования остронаправленной трехдиапазонной
антенны G4ZU ................................................................................................................ 297
18.1.2. Модификация антенны G4ZU ..................................................................................... 300
18.2. Трехдиапазонная остронаправленная антенна VK2AOU ........................................... 301
18.3. Трехдиапазонная остронаправленная антенна DL1FK ............................................... 304
18.4. Трехдиапазонная остронаправленная антенна W3DZZ .............................................. 307
18.5. Трехдиапазонная рамочная антенна VK2AOU ............................................................... 309
18.6. Многодиапазонная рамочная антенна DJ4VM............................................................... 313
18.7. Многодиапазонные антенны DeltaLoop с простыми рамками ................................ 317
18.7.1. Укороченная двухдиапазонная антенна DeltaLoop ............................................... 317
18.7.2. Трехдиапазонная антенна DeltaLoop ....................................................................... 317
18.7.3. Многодиапазонная антенна DeltaLoop HB9ADQ .................................................. 318
18.8. Вложенные многодиапазонные директорные антенны ............................................... 320
18.8.1. Двухдиапазонная директорная антенна KH6OR на 20 и 15 м ............................ 320
18.8.2. Двухдиапазонная директорная антенна с вложенными элементами
W8FYR на 20 и 15 м .......................................................................................................... 321
18.8.3. Двухдиапазонная директорная антенна с вложенными элементами
W4KFC на 15 и 10 м .......................................................................................................... 321
18.8.4. Конструкция остронаправленной антенны VK2ABQ ........................................... 321
18.9. Вложенные трехдиапазонные двойные рамочные антенны....................................... 324
18.9.1. Трехдиапазонная рамочная антенна W4NNQ ......................................................... 324
18.9.2. Трехдиапазонная рамочная антенна CQPA ............................................................ 327
18.9.3. Вантовая трехдиапазонная рамочная антенна ..................................................... 329
18.9.4. Многодиапазонные рамочные антенны с директорами ........................................ 332
18.9.5. Трехдиапазонная антенна типа «птичья клетка» ................................................ 336

Содержание

18.10. Прочие многодиапазонные антенны DeltaLoop ......................................................... 337
18.10.1. Вложенные многодиапазонные дельтообразные антенны .................................. 337
18.10.2. Комбинированная многодиапазонная антенна DeltaLoop ................................. 338
18.11. Рамка с низким цоколем....................................................................................................... 340
18.12. Логопериодические антенны .............................................................................................. 341
18.12.1. Введение .......................................................................................................................... 341
18.12.2. Логопериодические вибраторные антенны ........................................................... 341
18.12.3. Логопериодические директорные антенны ............................................................ 347
18.12.4. Логопериодические антенны с уголковыми вибраторами ................................... 348

19. Коротковолновые антенны вертикальной поляризации .................................................. 351
19.1. Высокочастотное заземление ................................................................................................ 351
19.1.1. Сеть заземления ............................................................................................................. 352
19.1.2. Противовес ....................................................................................................................... 354
19.2. Параметры вертикальных антенн ........................................................................................ 354
19.3. Свойства излучения вертикальных антенн...................................................................... 356
19.4. Конструкции вертикальных антенн с круговым излучением ................................... 359
19.4.1. Антенна Groundplane .................................................................................................... 359
19.4.2. Вертикальные полуволновые излучатели и вибраторные ряды .......................... 372
19.4.3. Ти Гобразные антенны вертикальной поляризации ........................................... 376
19.4.4. Коаксиальные вертикальные антенны ...................................................................... 378
19.4.5. Двухдиапазонная Тобразная антенна ...................................................................... 379
19.5. Вертикально поляризованные антенны
для работы в многодиапазонном режиме ......................................................................... 380
19.5.1. Многодиапазонные антенны Groundplane
с переключаемыми удлиняющими  катушками ........................................................ 380
19.5.2. Переключаемые многодиапазонные вертикальные антенны ............................... 383
19.5.3. Многодиапазонные вертикальные антенны без переключений ........................... 386
19.5.4. Вертикальные многодиапазонные антенны с многодиапазонными контурами .... 388
19.5.5. Двухдиапазонная вертикальная антенна W1JF для 30 и 12 м ............................. 392
19.6. Вертикально поляризованные кольцевые антенны ...................................................... 393
19.6.1. Антенна DDRR ............................................................................................................... 393
19.6.2. Полуволновая кольцевая антенна ............................................................................... 396
19.7. Вертикально поляризованные широкополосные антенны......................................... 396
19.7.1. Вертикальная многодиапазонная антенна T2FD ................................................... 397
19.7.2. Дискоконусная антенна ............................................................................................... 397
19.7.3. Двухконусные широкополосные антенны .................................................................. 402
19.8. Антенны DeltaLoop вертикальной поляризации ......................................................... 403
19.8.1. Антенна DeltaLoop с концевой емкостью (антенна TLDL) ................................ 404
19.8.2. Половинчатая антенна DeltaLoop ............................................................................ 405
19.9. Направленные антенны вертикальной поляризации ................................................... 406
19.9.1. Двухэлементная вертикальная антенна со сменными элементами .................. 407
19.9.2. Остронаправленная антенна с быстрой сменой ориентации ............................. 408
19.9.3. Двухэлементная антенна DeltaLoop на 3,5 МГц ................................................... 409
19.10. Специальные типы антенн................................................................................................... 412
19.10.1. Коротковолновые спиральные антенны .................................................................. 412