ほうきアンテナ（アンテナの感度を良くする）

アンテナ系での静電気由来ノイズ（その１）　　　　　　　　　　　最新改定　2017.Apl.21　JH3FJA

　「アンテナ系での受信ノイズ」に関し静電気が何かしらの悪戯をすることは多くの方が経験しています。遠方のいわゆる空電ノイズとは違う自分のアンテナ系で生じる受信ノイズ現象を少し堀り下げてみたものです。　適当な邦訳用語がないようなので静電気由来ノイズとしていますが「プリシピテーション・スタティック・ノイズ（precipitation static noise）」と呼ばれているものです。

http://www.jh3fja.com/ant/static_elec/static_elec.htm

ロシアでよく知られているほうきアンテナには、いくつかの不思議な性質があります。プロパティは何ですか-パズルはウラジミールPolaykovを解決しようとします。 1.ほうきアンテナ（BA）の歴史ほうきアンテナは昔からソ連でよく知られています。私は1935年からのロシアのアマチュア雑誌[1]にアンテナの説明を載せています。「アンテナはたくさんの長さのワイヤーでできています。長さ23センチの使用済みワイヤーがあります。束の狭い方の端を磁器の絶縁体に挿入します。束の中のワイヤーは中心から15度の角度を持っていました。 15メートルの長さの銅線が束から受信機に向かっています。」雑誌の状態が悪いのでスキャンできません。しかし、元の図に近づけることができると思いました。図1にほうきアンテナの設計を示します。アンテナは設置にマストが1つしか必要ないため、当時は便利でした。アンテナが煙突に設置されることもあったので、マストは必要ありませんでした。私たちの時代まで、アンテナは無線受信に使用されていました（参考文献[2、3]）。

図1 ほうきアンテナの設計（（ I.G.による注記：私は、BAが説明されているモスクワで1922年に出版された本を持っていました。しかし、この本では、アンテナには1916年までさかのぼるリファレンスがありました。カナダの古い本を持って行けないのは残念です。ロシア国外に本を持ち出すには、50年以上経過した本の許可が必要です。そのような許可を得るのは簡単ではないので、私はロシアにたくさんの古い本を住んでいました... 図01は、1938年に出版された本のほうきアンテナを示しています（A. P. Gorshkovによる本の元のスキャン「アマチュア無線ハンドブック：質疑応答」、1938年にモスクワで発行） BAの競合製品である水平アンテナも参照してください（図02、[01]からの元のスキャン。水平アンテナは30年代に最も人気がありました。）雑誌には、米国の会社「CentralEquipmentLtd」がほうきアンテナを製造したと書かれていました。ほうきからレシーバーにつながるワイヤーは、特殊な絶縁体で壁から完全に絶縁されていました。部屋の中では、ワイヤーは特別なエボナイトチューブを通ります。アンテナ線を最も近い物体から非常に注意深く隔離することに注意してください。アンテナには特別な接地キットが含まれていました。

図2最適な容量性負荷に変換されたほうきしたがって、理論的には、容量性負荷のある別のアンテナの前にほうきアンテナの利点はありません。しかし、19世紀から静電機械の一部の放電に小さな金属の「ほうき」が使用されました。最近、金属製の「ほうき」は、アンテナマスト（地上または船に設置されているもの）の端、ジェット翼の端で、ジェットから空気に静電気を漏らすために広く使用されています。「ほうき」放電器はほうきアンテナのように見えます... では、アンテナからほうきを放電できるのは何ですか？

2.大気電気

大気電気について私たちは何を知っていますか？地面の近くには電位の勾配があります。つまり、静電界の強さは130ボルト/メートル近くです。人間の頭の高さでは、静電界の強さは200ボルト/メートル近くになります。ただし、空気は非常に優れた絶縁体であり、私たちの体を流れる電流は小さすぎるため、可能性については触れません。上に行くほど、より多くの可能性があります。フォロー効果によるものです。地球大気の上層は、太陽光線によってイオン化されます（いわゆる電離層）。電離層層はある程度の導電性を持ち、地面と比較して（何らかのプロセスのために）正に帯電しています。したがって、人類は巨大なコンデンサの2つのプレートの間に住んでいます。1つのプレートは地面で、もう1つのプレートは電離層です。

しかし、それは地面に流れる小さなイオン電流です。それは非常に小さな電流です。高感度デバイスで測定される電流密度は、1平方メートルあたり数ピコアンペアです。科学者たちはこの現象を明確に説明していません。仮説の1つは、雷と雷雨のために電流が存在することを示しています[4]。実際、雷雨の前に電流が劇的に増加し、時には効果を視覚的に記録することができました。それはコロナ放電です-高い金属のマストの端で明るく輝いています、時々コロナ電荷は教会の上部にある木、木または金属の十字架から出ています。コロナ放電は、山や海（空気が特に澄んでいる場所）で特に明るくなります。このようなコロナ放電は非常に古くからよく知られており、セントエルモの火と呼ばれていました。

大気電気は17世紀から研究されてきました[5]。多くの偉大な科学者（米国では避雷針の発明者であるベンジャミン・フランクリン[03]、イタリアではジョヴァンニ・ベッカリア[04]、ロシアではミハイル・ロモノソフとゲオルグ・リーマン[05]）。フランクリンは、空の凧の助けを借りて持ち上げられた金属線の助けを借りて効果を研究しました。

図03 （参考文献1によってI.G.によって描かれた）は、土壌に設置された接地を示しています。それは、「silitit」という名前で穴が埋められた銅管でした（そのような接地でのロシアのハムは、代わりに「silitit」の木炭を使用しました）。銅線の束がチューブを下って行きました。したがって、接地は、ワイヤーの束によって地面に反転されたほうきアンテナのように見えます。会社の宣伝で次のように書かれました：「....設置が簡単であるという利点に加えて、アンテナは受信において利点があります」。最後のフレーズは私を困惑させました、利点は何ですか？いつものように、BAアンテナは容量性負荷のあるワイヤーアンテナと見なされます。ヘルツとポポフ[02]は金属板のような容量性負荷を使用し、マルコーニ[02]はアンテナ端の複数のワイヤーのような容量性負荷を使用し、テスラ[02]はワイヤーのトロイドのような容量性負荷を使用しました。ただし、ほうきのような容量性負荷は最適な実装ではないため、誰も使用しませんでした。複数のラジアルワイヤーを備えた円（ほうきアンテナのような寸法）は、ほうきアンテナと同じ容量になります。図2は、最適な容量性負荷に変換されたほうきを示しています。 BAの説明の中で、長さが50〜100センチメートルのワイヤーを厳密に数（19、37、または61本）使用し、中心線とワイヤーの間の角度を45〜90度にすることをお勧めします。もちろん、それはナンセンスです。理論的には、アンテナには7本のワイヤーで十分です。 19- 37- 61ワイヤーで作られたBAは、7で作られたアンテナと比較してわずかに容量が大きくなりますワイヤー....

ロモノソフとリーマンは、高く上げられた金属棒の助けを借りて大気電気を研究しました、リーマンは実験中に照明によって殺されました。ジョバンニベッカリアのような金属製の道路は、最初に地球に接続され、次に検電器に接続され、次にデバイスの反応を観察しました。それで、彼は地面と比較して道路の可能性を測定することができました。ベッカリアは、金属製の道路と検電器を「天気の良いメーター」と呼んだ。私はベッカリアの実験を繰り返してみました。新しく設置した30メートルの長さのアンテナに検電器を接続しました。検電器の電位が1,500ボルトに上昇している間に、アンテナに何かがカチッと音を立てて（絶縁体が火花を散らしたと思います）、検電器が放電しました。それは定期的に起こりました。しかし、数週間の間、私は検電器で静電気を捕らえることができませんでした。アンテナ絶縁体がモスクワの空気から汚れをキャッチし、それ自体の両端に高い静電圧を維持できなかったことは明らかです。 3.空気からの流れ古いラジオのアンテナ端子に接続されているほうきアンテナは、ほとんどすべての古いラジオに結合インダクタがあり、一方の端がアンテナに接続され、もう一方の端がアースに接続されているため、通常どおりアース電位があります。 BAは、+ 2,000ボルト付近の地面と比較して、空気がポテンシャルを持っている地面から10〜15メートル近くに配置されます。したがって、ほうきのワイヤーから小さなイオン電流が流れます。ほうきのワイヤーが多いほど、アンテナワイヤーに流れる電流が多くなります。アンテナのスペース占有ワイヤが多いほど、アンテナに流れる電流が多くなります。ほうきのワイヤーの端が鋭利であるほど、アンテナに流れる電流は大きくなります。したがって、アンテナの電流は以下に直接依存します。 1.ほうきのワイヤーの数; 2.中心線とワイヤーの間の角度。 3.ワイヤーの端の削り。

ほうきアンテナのすべての説明の多くは、アンテナの効率が要因、アンテナの大気電流を増加させる要因に依存することを指摘しました。しかし、電流の増加は受信にどのように影響する可能性がありますか？私は次の仮説を提案するかもしれません。ほうきのワイヤーから流れるイオン電流は、短い導電経路のように見えます。着信無線信号は、導電経路を変調する可能性があります。したがって、アンテナ線に入る大気電流は、近くの無線信号によって変調される可能性があります。アンテナ回路は、必要な着信無線信号に合わせて調整されているため、必要な無線信号のみが電流の最大強度を持ちます。別の提案。ほうきのワイヤーから流れるイオン電流は、アンテナの上にイオンの柱を作る可能性があります。カラムはほうきに接続された追加のアンテナのように機能する可能性があるため、イオンのカラムによってほうきアンテナが物理的に長くなっているように見えます。私は1冊の古い本の興味深いメモを読みました。家でオーブンに火をつけ始めた冬の風のない夜に、DXステーションの受信が良くなりました。読んだらナンセンスなのに。オーブンはどのようにラジオ受信を改善することができますか？しかし今のところ、それはナンセンスではないことを理解しました。煙突からの煙は、無風の天候で空をまっすぐに進みます。ただし、スモークカラムはイオン化が容易な空気の流れであるため、カラムの導電率はわずかです。もちろん、そのような煙アンテナは、既存のアンテナの性能を改善するか、または再放射するか、既存のアンテナにその高さを追加することによって改善する可能性があります。ところで、I.G。から：ロシアのオーブンは（いくつかの制限はありますが）イオン発生器のように扱われるかもしれません...

I.G.による注記：最初は不思議でした。アンテナ線に流れる大気圧がアンテナ性能を向上させるのはなぜですか？私にとってもう1つのパズル：ロシアでは、ほうきアンテナには別の名前があります–低ノイズアンテナ。多くのロシアのアマチュアハンドブックは、アンテナを低ノイズのように説明しています。たとえば、[06]は、受信用の低ノイズアンテナのようなアンテナについて説明しました。私は70年代にアンテナを使用していましたが、それは非常に低ノイズのアンテナであり、良好な受信が得られたと言えます。しかし、記事の次の章は私のためにパズルをクリアします。

4.サイレントおよびコロナ放電のパラメータほうきアンテナのボルト/電流パラメータを調べてみましょう。つまり、空気とアンテナの端の間の電位から放電電流がどのように依存するかを調べます。ほうきアンテナの空気とワイヤーの間の電位を上げると、アンテナを流れる電流も増えます。空気中には常にある程度の「遊離」イオンが存在するため、これはいわゆるサイレント放電と呼ばれます。図3は、アンテナ電流とアンテナワイヤと空気の間の電位を示しています。

[06]の低ノイズほうきアンテナ空気とほうきのワイヤーの間の電位がさらに増加すると、ワイヤーの近くの遊離イオンが劇的に増加し、イオンはほうきのワイヤーの近くの空気をさらにイオン化することができ、アンテナワイヤーの電流が大幅に増加します。

注I.G .: コロナ放電の出現に関するプロセスは、いくつかの簡略化を加えて上記で説明されています。 GOOGLEの「コロナ放電」とそれに関連するフレーズを印刷すると、ロット方程式を含む数百ページが見つかります...しかし、コロナ放電の本当の楽しみに任せます。素晴らしいように見えるかもしれませんが、条件によっては、ほうきアンテナを「負性抵抗」を持つフィールドに変えることが非常に可能です。地面からの適切な高さまたは大気の適切な条件により、アンテナが「負性抵抗」のフィールドに変わる可能性があります。の中に

図3 ポイントIoptです。アンテナをいわゆる「負性抵抗」のフィールドに維持するには、アンテナワイヤへの電流を安定させる必要があります。「電流源」を介してアンテナに給電することが可能です。しかし、大気は理想的な「電流源」です。したがって、「負性抵抗」アンテナの分野に目を向けると、かなり長い間その状態にとどまる可能性があります。

5.アンテナアンプ電位が低下するが電流が上昇する曲線の部分は、曲線の非常に興味深い部分です。曲線の一部には、いわゆる「負性抵抗」があります。このような「負性抵抗」の曲線を持つ電子デバイスは、増幅を行う可能性があります（もちろん、ある条件で）。デバイスは、トンネルダイオード、ネオンバルブ、サイラトロン、サイリスタです。トンネルダイオードは、VHF-UHF帯での増幅と生成に使用されます。ネオン電球、サイラトロン、サイリスタは、最大数百kHzの生成に使用されます。

図4に、アンテナ増幅器の簡略図を示します。アンテナ回路に入ると、ほうきアンテナがオンになります。共振時のアンテナ回路の電流はQ倍に増加します。ここで、Qは回路のQファクターです。ほうきアンテナの謎 Qファクターは、回路のリアクタンスを損失抵抗で割ったものとして求めることができます。 BAの抵抗が負の場合、抵抗は損失の抵抗を補償します。アンテナ。回路のQファクターが増加し、アンテナ回路の両端のRF電圧が上昇します。そのため、アンテナに給電することで受信信号が増加しています。大気電気。確かに、ほうきの仕事については興味深い質問がたくさんありますアンテナ。アンテナはどのような増幅を提供する可能性がありますか？アンテナが与える電力はどれくらいですか？

ほうきアンテナの低周波数範囲と高周波数範囲はどれくらいですか？正直なところ、私は質問に対する答えを知りません。ほうきアンテナにはさらに研究が必要でした。そのような研究者を作った人たちからの追加情報に感謝します。ほうきアンテナの低周波数範囲と高周波数範囲はどれくらいですか？正直なところ、私は質問に対する答えを知りません。ほうきアンテナにはさらに研究が必要でした。そのような研究者を作った人たちからの追加情報に感謝します。

References:

1. New Type of Reception Antenna. Radiofront, # 15, August 1935, page 50.

2. http://oldradio.onego.ru/ARTICLES/metelka.jpg

3. V. A. Nikitin Никитин. “100 and one antenna design”.

Moscow, publishing house “Symbol-R”, 1996.

4. http: // www.cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/080/ 253.htm

5. http: // www.ionization.ru/issue/iss63.htm

6. V. Polyakov.: Physics of aeroionization. Radio, 2002,

# 3, pp.: 36-38.

01. V. V. Vnyutin.: Detector Receivers.: Moscow, 1950

02.http://www.antentop.org/marconi.htm

http://www.antentop.org/fessenden.htm