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

Предисловие

опущены, а устоявшиеся представления
и данные приведены в соответствие с новой
информацией. При этом сохранено прежнее разделение по трем главным направлениям: основные понятия, типы антенн
и их конструкции.
В книге появились новые главы, посвященные микроволновым антеннам (36), антенным усилителям (37), опасностям микроволнового излучения (38), а также указатель литературы (40).
Заново переписаны главы о типах антенн
(4), симметрирующих и запирающих звеньях (7), аппаратуре и методах измерений параметров антенн (31).
Дополнением к различным главам послужили сведения о распространении очень
низких частот, замираниях, разнесении, резонансных трансформаторах, вибраторах
с запирающим контуром, укороченных вибраторах, сети заземления, противовесах,
оптимизированном вибраторе, растянутом
вибраторе, двухдиапазонной Тобразной
антенне, антеннах типа Хквадрат и двухполосном квадрате, антеннах персональной
радиосвязи, пеленгаторных антеннах двухметрового диапазона, расходных материалах, коррозии, передающих УКВ и телевизионных антеннах, а также о принципах
распространения радиоволн. Кроме того,
приведены указания по проектированию
магнитных и активных антенн.
Во всех главах обновлены списки литературы, а в сведения о патентах включен год
подачи заявки (дата приоритета).
Мы с благодарностью примем советы
и предложения, направленные на совершенствование книги.

Издательство Алоиз Кришке,
DJOTR/OE 8 AK

Радиолюбители уже много лет неизменно
обращаются к справочному пособию Ротхаммеля, ставшему стандартом технической литературы.
Книга выдержала 11 изданий в ГДР
и 9 лицензированных изданий в ФРГ. Такой спрос и частые ссылки на книгу свидетельствуют о том, что принятый в ней способ изложения материала – ориентация на
практическое применение – находит признание не только среди радиолюбителей.
Карл Ротхаммель улучшал каждое издание своей книги, со знанием дела перерабатывал и расширял ее, не позволял ей устареть, включая в нее все новые иллюстрации, таблицы и ссылки на оригинальные
работы. Объем справочника вырос с 1959 г.
почти втрое.
Книга Ротхаммеля об антеннах – это целый этап в истории техники. Сжатые упрощенные теоретические сведения в сочетании с подробным описанием практических
решений позволяют успешно строить описанные в книге антенны даже тем, кто слабо разбирается в технике. Однако и профессионалы найдут здесь немало интересного
для собственных разработок.
При бешеном темпе развития современной техники теряет смысл кустарное изготовление аппаратуры. Напротив, самостоятельное построение антенн попрежнему
привлекает радиолюбителей, побуждая их
к творчеству. Некоторые типы антенн (например, рамочные с их многочисленными
вариантами), возникнув как местное достижение, приобрели международную известность благодаря описанию в любительской
литературе.
Согласно воле автора содержание настоящего лицензионного издания вновь расширено и дополнено за счет новейших технических разработок. Устаревшие сведения

Карл Ротхаммель (1914–1987). Во время
войны служил радистом в авиации, затем был
владельцем гостиницы и фермы в Баварии.
В течение 10 лет руководил радиовещанием
и телевидением в почтовом ведомстве ГДР,
потом 25 лет работал в отделе информации
и документации радиозавода «ШтернРадио». Радиолюбитель с 1932 г. (DE 3040/L);
с 1954 г. его позывным стал DM2ABK,
а с 1980 – Y21BK. Долгое время Ротхаммель
возглавлял клубную радиостанцию в Зоннеберге (Тюрингия), входил в состав квалификационной комиссии округа Зуль. За достижения в области радио был удостоен золотого нагрудного знака. В радиолюбительстве
отдавал предпочтение работе на УКВ. В течение длительного периода являлся референтом по УКВ, писал обзоры на эту тему для
журнала Funkamateur. Автор книг «Ультракороткие волны» и «Практика телевизионных антенн» (части 1 и 2). Соавтор книг
«Практика радиолюбительства» и «Электроникум», а также «Карманного справочника коротковолновикалюбителя», «Справочника радиолюбителя», «Электронного ежегодника».
Алоиз Кришке (1936), инженер по образованию, изучал технику связи в Венском

техническом институте и уже тогда специализировался по антеннам. С 1968 г. работал в мюнхенской компании Rohde &
Schwarz, затем – в Техническом центре.
Много лет занимается разработкой антенн,
а также сбытом систем и продуктов, системным проектированием и реализацией
проектов в области радиообнаружения
и радиолокации, будучи ответственным по
вопросам электромагнитной совместимости. Радиолюбитель с 1956 г. (OE8AK,
а с 1968 г. – DJOTR). Наряду с обширной
библиотекой и впечатляющим собранием
документации по профессиональным антеннам ему принадлежит замечательная частная коллекция патентов, начиная от первых антенных патентов Маркони (Англия,
1896 г.), Брауна (Германия, 1898 г.) и Фессендена (США, 1899 г.) и вплоть до современных заявок. Призер многолетних соревнований по «Охоте на лис». В течение пяти
лет состоит членом региональной организации по радиопомехам немецкого радиоклуба (DARC). Имеет различные публикации
по антеннам, антенным новинкам и патентам. Соавтор справочника «AntennenLexicon», выпущенного в 1988 г.

Коротко об авторах

Энергия, излучаемая передающей антенной, распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн.
Образование волн проще всего наблюдать на спокойной водной поверхности,
когда брошенный предмет порождает ее
колебания, но продвижение волн не вызывает течения воды. Это легко заметить по
поведению поплавков в безветренную погоду: они поднимаются и опускаются в ритме
волн, находясь на одном и том же месте.
Серия волн распространяется в форме колец, тогда как поверхность воды остается
неподвижной.
Серия волн описывается следующими
параметрами:

• длина волны λ – минимальное расстояние между двумя точками, принадлежащими одинаковым участкам волны, например между ближайшими гребнями
или ближайшими впадинами волн;
• частота f – число волновых движений за
секунду;
• скорость распространения с – скорость,
с которой гребень волн удаляется от источника энергии.

Соотношение этих параметров выражается формулой

f
c
=
λ
(1.1)

Для электромагнитных волн c = 3 × 108 м/с
(скорость света).
Эти соотношения по аналогии с колеблющейся водной поверхностью можно применить к распространению электромагнитных
волн. Они также характеризуются длиной
волны, измеряемой в метрах в диапазонах
длинных, средних, коротких и метровых волн.
Длина волны – это расстояние между
двумя волновыми фронтами одинаковой
фазы. Обычно переменный ток синусоидальной формы представляют в виде графика, приведенного на рис. 1.1.
Если по горизонтали откладывать время, а по вертикали – напряжение, которое

1. Электромагнитные волны

Рис. 1.1. График электромагнитной волны

измерено в какойлибо точке провода, то
окажется, что это напряжение с течением
времени будет изменяться по синусоидальному закону, как показано на рис. 1.1.
Аналогичный график служит «мгновенным снимком» незатухающей электромагнитной волны: его можно получить, если
одновременно измерить напряжение в каждой точке провода. Мгновенное значение
напряжения изменяется по величине и
знаку со временем (с расстоянием). Очевидно, что длину волны допустимо измерять на нулевом или любом ином уровне
между произвольными соседними точками одинаковой фазы (отрезки A–B и C–D
равны).
Принято выражать фазу в угловой мере,
полагая, что полный колебательный процесс
(одна длина волны) соответствует 360°. Благодаря этому легко сравнивать фазы и характеризовать фазовые сдвиги.
Частота колебательного процесса измеряется в герцах (Гц):

1 Гц = одному колебанию за 1 с,
1 кГц (1 килогерц) = 103 Гц,
1 МГц (1 мегагерц) = 106 Гц,
1 ГГц (1 гигагерц) = 109 Гц.

В безвоздушном пространстве скорость
распространения электромагнитных волн
составляет 300 000 000 м/с (скорость света). Под безвоздушным пространством понимают абсолютную пустоту, некое идеальное, несуществующее состояние. Однако
даже космическое пространство не является абсолютно пустым, поэтому реальная

1. Электромагнитные волны

скорость электромагнитных волн оказывается меньше 300 000 000 м/с. Уменьшение
скорости зависит от среды распространения волн. В случае атмосферного воздуха
это уменьшение мало и обычно им пренебрегают.
В радиотехнических расчетах используют значение с = 300 000 000 м/с, что при
подстановке в формулу (1.1) дает

8

f
10
3×
=
λ

или

5

f
10
3×
=
λ

и, соответственно,

=
.

Из формулы следует также, что

=
×
=
.

В приложении приведены таблицы для пересчета частоты в длину волны и наоборот.

1.1.
Электромагнитное поле

Электрический ток, меняющийся во времени, порождает электромагнитное поле
вокруг проводника, в котором он протекает. Это поле имеет электрическую и магнитную составляющие. Чтобы наглядно
представить формирование электромагнитного поля, до сих пор пользуются приемом Майкла Фарадея, предложившего
изображать силовое поле с помощью силовых линий.
Силовое поле характеризуется величиной и направлением сил, меняющихся
в пространстве. Направление силовых линий передает направление действующей
силы, а расстояние между ними, или густота линий, отображает ее величину.
Силовое поле, в котором величина и направление силы всюду одинаковы, называют однородным. Если же направление и величина силы меняются (силовые линии
распределены неравномерно), то говорят
о неоднородном поле.

1.1.1.
Электрическое поле

Если два разноименно заряженных предмета, например шары или пластины, поместить на некотором расстоянии один от другого, то между ними образуется электрическое поле. Когда заряд и, следовательно,
поле неизменны, поле называют электростатическим.
На рис. 1.2 представлен конденсатор
с разноименно заряженными пластинами.
Направление и сила электрического поля
отображаются силовыми линиями.

Здесь показано сечение пластин конденсатора. Сила электрического поля прямо
пропорциональна разности потенциалов
между пластинами (напряжению) и обратно пропорциональна расстоянию между
ними. Напряжение однородного электрического поля, отнесенное к единице длины,
называют напряженностью электрического
поля. Следовательно, напряженность электрического поля E равна разности потенциалов на отрезке линии поля единичной
длины и выражается в вольтах на метр.

Пример
Две пластины отстоят одна от другой на
0,2 м, и к ним приложено напряжение 10 В.
Тогда напряженность электрического поля
составляет

50
2,0
10 =
.

Рис. 1.2. Электрическое поле конденсатора

Если к пластинам конденсатора приложить переменное напряжение, то вместе с
ним будут меняться направление и сила
электрического поля. При этом переменный ток в проводах между пластинами и
генератором может служить мерой переменных зарядов, текущих к пластинам.

1.1.2.
Магнитное поле

Магнитное поле возникает вокруг проводника с током. Если ток постоянен, то сила
и направление магнитного поля остаются
неизменными. Такое поле называют магнитостатическим. Вокруг прямолинейного отрезка проводника магнитные силовые линии образуют концентрические окружности
(рис. 1.3) и в любом случае являются замкнутыми.
Сила и направление магнитного поля
вокруг проводника с переменным током
меняются вместе с током. Напряженностью
магнитного поля H называют величину
магнитной составляющей переменного электромагнитного поля, зависящую от координат. Напряженность магнитного поля измеряется в амперах на метр. При синусоидальном характере изменения поля его
характеризуют эффективным значением
напряженности.

1.1.3.
Зависимость между
электрическим и магнитным
полями

Напряжение порождает электрическое поле,
тогда как электрический ток вызывает магнитное поле. Но ток способен протекать
лишь при наличии разности потенциалов, то
есть напряжения. Изменение магнитного
поля обязательно влияет на электрическое
поле. Любое изменение тока наводит электромагнитное поле.
Две составляющие электромагнитного
поля всегда взаимно перпендикулярны.

1.1.4.
Переменное
электромагнитное поле

Излучение электромагнитных волн объясняется свойствами электромагнитного поля,
порождаемого переменным током в проводнике антенны. Любое поле несет энергию, поступающую от генератора питания. Через некоторое время (поскольку
электрическая энергия распространяется
не мгновенно, а со скоростью света) после

включения генератора проводник отдает
энергию окружающей среде, инициируя
появление поля. При выключении генератора исчезнет и поле, так как энергия
переменного электромагнитного поля расходуется на возбуждение в проводнике переменного тока. Данный процесс также требует времени, поэтому самые удаленные
области поля вернутся в проводник последними.
Исчезающее магнитное поле вызовет напряжение в проводнике, которое вновь породит электрическое поле. Такое напряжение, возникающее при прерывании тока
в замкнутой цепи, действует, к примеру,
в системе зажигания двигателя внутреннего сгорания.
Прохождение постоянного тока не нарушает состояния покоя электрического
и магнитного полей. Описанные изменения
происходят лишь при включении (поле образуется) и выключении (поле исчезает)
источника тока. Во время протекания переменного тока в проводнике процесс включениявыключения повторяется непрерывно в зависимости от частоты.
Нарастание переменного тока порождает
(с некоторой задержкой) усиление электромагнитного поля. Когда ток убывает,
энергия поля (также с задержкой) уменьшается. Но вследствие задержки не вся
энергия успевает исчезнуть, что оказывает
воздействие на проводник антенны, наводя
в нем ток электромагнитной индукции.
Этот новый ток вызывает появление нового поля, которое препятствует исчезновению прежнего. «Отвергнутые» линии электрического поля образуют замкнутые контуры, обвитые линиями магнитного поля.

Рис. 1.3. Магнитное поле проводника с током

1.1.  Электромагнитное поле

1. Электромагнитные волны

Поскольку данный процесс постоянно
повторяется с периодичностью переменного тока, распространение электромагнитной волны происходит с частотой (то есть
на длине волны), в точности соответствующей возбуждающему переменному току.
Волна удаляется от проводника в окружающее пространство со скоростью света.
Этот механизм действует, если генератор
в строго определенные моменты времени
вырабатывает ток противоположного направления, чтобы не допустить исчезновения убывающего поля и вытолкнуть его обратно в окружающую среду.
Электромагнитные волны распространяются в свободном пространстве в направлении, перпендикулярном векторам напряженности электрического и магнитного полей, как это показано на рис. 1.4
( E  и H  обозначают напряженности электрического и магнитного полей соответственно). Их векторное произведение называют
вектором УмоваПойнтинга S . Этот вектор
описывает перенос энергии в направлении
распространения волн, перпендикулярен
E  и H  и определяет количество энергии,
переносимой за одну секунду в указанную
сторону сквозь площадку размером 1 м2,
нормальную к направлению распространения радиоволн.

1.1.5.
Плоские волны

Электромагнитные волны от точечного источника распространяются с одинаковой
скоростью во всех направлениях. Процесс
можно представить себе как непрерывное
образование расширяющихся сферических оболочек, центр которых совпадает

с точечным источником энергии. Если бы
оболочки удалось увидеть, то вблизи источника, когда их радиус мал, они бы выглядели как сферы. Однако вдалеке от источника (радиус велик) оболочка уже не
кажется искривленной и воспринимается
как плоскость – точно так же, как поверхность Земли. Поэтому электромагнитные
волны на достаточном удалении от источника считаются плоскими. Мгновенная
картина плоской волны с линиями электрического и магнитного полей представлена на рис. 1.5. Здесь стрелки указывают
мгновенное направление поля волны, идущей из рисунка к наблюдателю в виде плоскости. В таких случаях говорят о плоском
волновом фронте. Направление линий
электрического и магнитного полей изменяется на 180° каждые полпериода колебаний (направление стрелок становится обратным), но волновой фронт распространяется в прежнем направлении, оставаясь
перпендикулярным к нему.

1.1.6.
Напряженность
электрического поля

В случае плоских волн напряженность
электромагнитного поля соответствует напряженности электрического поля E. Она
выражается напряжением, действующим
вдоль отрезка линии поля определенной
длины в плоскости волнового фронта. Напряженность электрического поля измеряется в вольтах на метр (В/м) и в свободном
пространстве линейно убывает с расстоянием. Поскольку по мере удаления от постоянного источника одна и та же энергия
должна распределяться по все большей

Рис. 1.4. Направление векторов напряженности
и распространения волн в свободном
пространстве

Рис. 1.5. Плоский волновой фронт
с вертикальной поляризацией