Многоэлементные магнитные антенны: Магнитная антенна: устройство, принцип работы, назначение – Балконные Magnetic Loop — схемы, описания

Балконные Magnetic Loop — схемы, описания

Данная публикация предназначена для начинающих
 радиолюбителей и для тех, у кого нет доступа
на кровлю своего дома. Сушко С.А. (ex.UA9LBG)

 

Магнитные антенны (Magnetic Loop) типа-ML  ввиду своих малых размеров становятся всё более популярными.   Все они могут размещаться на балконах и подоконниках. Неоспоримо, что классическую популярность завоевали одновитковые магнитные антенны с вакуумным конденсатором и петлей связи, при помощи которых можно проводить радиосвязи даже с другими континентами.

Двух-рамочные антенны в виде восьмёрки сравнительно недавно начали появляться в среде  радиолюбителей, хотя на заре появления Си-Би связи в России, такие антенны с определённым успехом  практиковались в автомобильных радио-охранных системах диапазона 27МГц, см.рис.1.а. Автомобильная антенна состояла из двух одинаковых рамок (петель) L1;L2 и общего резонансного конденсатора С1, стоящего в пучности напряжения. С периметром антенны около 5 метров радиолюбитель Стерликов А.(RA9SUS) провел связи с 36-ю странами мощность до 30 Вт. Питание антенны производилось непосредственно от коаксиального кабеля. А подобные антенны практиковались с конца 60-х, начала 70-х годов прошлого века. Эквивалентная схема такой антенны изображена на рис. 1.б.

Хотя одновитковые ML в настоящее время широко применяются  в среде радиолюбителей, особенностью двух-витковой состоит в том, что её апертура в два раза больше по сравнению с классической. Конденсатором С1 можно изменять резонанс  антенны с перекрытием по частоте в 2-3 раза, а общий периметр окружности двух петель ≤ 0,5λ.  Это соизмеримо с полуволновой антенной, а её малая апертура излучения компенсируется повышенной добротностью.    Согласование фидера с такой антенной лучше осуществлять посредством индуктивной или емкостной связи.

Теоретическое отступление:  Двойную петлю можно рассматривать как смешанную колебательную систему LL и LC-системы. Здесь для нормальной работы оба плеча нагружены на среду излучения синхронно и синфазно. Если на левое плечо подается положительная полуволна, то и на правое плечо подается точно такая же. Зародившаяся в каждом плече ЭДС самоиндукции будет по правилу Ленца противоположна ЭДС индукции, но так как ЭДС индукции каждого плеча противоположны по направлению, то ЭДС самоиндукции будет всегда совпадать с направлением индукции противоположного плеча. Тогда индукция в катушке L1 будет суммироваться с самоиндукцией от катушки L2, а индукция катушки L2 — с самоиндукцией L1. Так же, как и в LC — контуре, суммарная  мощность излучения может в несколько раз превосходить входную мощность. Подача энергии может осуществляться на любую из катушек индуктивности и любым способом.

Преобразуя антенну из прямоугольной формы в круглую(рис.1.а), мы получаем антенну, изображённую на рис.2.а. Справедливо считается, что круглая форма магнитной антенны эффективнее, чем прямоугольная.    

Постепенно упростился  конструктив рамки L1 и  L2, их стали включать в виде восьмёрки, на рисунках 2.а. и 2.б. Так появилась двух-рамочная ML в виде восьмёрки. Назовём её условно ML-8.

    У ML-8 в отличии от ML  появилась своя особенность, — у неё может быть два резонанса, колебательный контур L1;С1 имеет свою резонансную частоту, а L2;С1 имеет свою. В задачи конструктора входит добиться единства резонансов и максимального КПД антенны, следовательно, изготовление петель L1 и  L2  должны быть одинаковы. На практике инструментальная погрешность в несколько сантиметров изменяет ту, или другую индуктивность, частоты настройки резонансов расходятся, а антенна получает определённую дельту по частоте. Иногда конструктором это делается умышленно. Особенно это удобно делать у многовитковых петель. На практике ML-8  активно используют LZ1AQ ; K8NDS и др. однозначно утверждая, что такая антенна работает значительно лучше одно-рамочной, а изменение её положения в пространстве можно легко управлять пространственной селекцией, что подтверждает фото ниже по тексту антенны на 145МГц.

Предварительные расчёты показывают, что у  ML-8 для диапазона 40 метров, диаметр каждой петли при максимальном КПД составит чуть меньше 3-х метров. Понятно, что такую антенну можно устанавливать только на улице.     А мы мечтаем об эффективной ML-8 антенне для балкона или даже для подоконника.  Конечно, можно уменьшить диаметр каждой петли до 1 метра и настроить резонанс антенны конденсатором С1 на необходимую частоту, но КПД такой антенны упадёт более чем в 5 раз. Можно пойти другим путём, сохранить расчётную индуктивность петли, используя в ней не один, а два витка, оставив резонансный конденсатор с тем же номиналом. Несомненно, что апертура антенны уменьшится, но количество витков «N» частично возместит эту потерю, согласно представленной ниже формулы:

Из приведённой формулы видно, что количество витков N является одним из множителей числителя и стоит в одном ряду, как с площадью витка-S, так и, с его добротностью-Q.

К примеру, радиолюбитель OK2ER (см. Рис.3) посчитал возможным использовать 4-х витковой ML  диаметром всего 0,8м в диапазоне 160-40м.

Автор антенны сообщает, что на 160 метров антенна работает номинально и больше используется им для радионаблюдения. В диапазоне 40м. достаточно воспользоваться перемычкой, уменьшающей рабочее количество витков вдвое. Обратим внимание на используемые материалы, — медная труба петли взята от водяного отопления, клипсы, соединяющие их в общий монолит, используются для монтажа водопроводных пластиковых труб, а герметичный пластиковый ящик приобретён в магазине электрики. Согласование антенны с фидером емкостное, и наверняка по одной из представленных схем, см. Рис.4.

Кроме выше сказанного, нам нужно понимать, что отрицательно влияет на добротность-Q антенны в целом:

Из приведённой формулы, мы видим, что активное сопротивление индуктивности  Rк и емкость колебательной системы Ск  должны быть минимальными. Именно по этому, все ML делают из медной трубы, как можно большего диаметра, но есть случи, когда полотно петли делают из алюминия, а добротность такой антенны и её КПД падает от 1,1 до 1,4 раза.

Что касаемо емкости колебательной системы, то тут всё сложнее. При неизменном размере петли L, к примеру на резонансной частоте 14МГц, емкость С составит всего 28пФ, а КПД=79%. На частоте 7МГц, КПД=25%. Тогда как на частоте 3,5МГц при ёмкости в 610 пФ, её КПД=3%. По этому ML используют чаще всего на два диапазона, а третий (самый низкий) считается просто обзорным. Следовательно, при  расчётах мы будем «плясать от печки», т.е. от выбранного радиолюбителем наивысшего диапазона с минимальной ёмкостью С1.

 

Диаграмма направленности ML-8 остаётся точно такой, как и у  варианта ML. У обоих вариантов антенн полностью сохраняется восмёрочная диаграмма направленности и соответствующая поляризация. На фото, при помощи газоразрядной лампы наглядно показаны уровни излучения антенны с разных сторон.

 

Проектируем антенну на диапазон 20м.

Теперь мы вооружены начальными знаниями о проектировании ML-8 и попробуем рассчитать вручную свою антенну.

Длина волны для частоты 14,5 МГц  составляет  (300/14,5)                                                         — 20, 68м.

Длина окружности каждой четверть-волновой петли  L1; L2 составит 5,17м. Примем        -5м.

Диаметр рамки составит: 5/3.14                                                                                                          — 1,6м.

Вывод: Одиночная петля ML может и впишется в интерьер балкона, но ML-8 вряд ли… 

Свернём  каждую петлю  вдвое, но её  диаметр, при сохранении заданной индуктивности (4мкГн) будет несколько отличаться в меньшую сторону.  Прибегнем к достаточно популярному калькулятору радиолюбителя и определим геометрические размеры  двух-витковой петли с такой же индуктивностью.

В соответствии с расчётами параметры каждой петли будут следующими: При диаметре полотна (медной трубы) в 22мм, диаметр двойной петли составит 0,7м, расстояние между витками -0,21м, индуктивность петли составит 4,01мкГн. Необходимые расчётные  параметры петли на другие частоты сведены в таблицу 1.

Таблица 1.

Частота настройки (МГц)

Емкость конденсатора С1 (пФ)

Полоса пропускания (кГц)

КПД  ML (%)

14,5

17

54

89,6

10,1

48

16

70

7,1

111

6,7

41

3,5

495

2,9

5,6

Примечание: антенна ML-8 имеет не только расширенную полосу пропускания, но и повышенное усиление.

В высоту такая антенна составит всего 1,50-1,60м. Что вполне приемлемо для антенны типа — ML-8  балконного варианта и даже антенны вывешенной за пределы окна  жилого многоэтажного дома. А  её монтажная схема будет выглядеть как на рис. 6.а.

Питание антенны может быть с емкостной или с индуктивной связью. Варианты емкостной связи изображены на рис.4 и могут быть выбраны по желанию радиолюбителя.

Наиболее бюджетный вариант, это индуктивная связь. Не стоит повторяться в схематичном изображении петли связи, она совершенно идентична как у антенн типа- ML за исключением подсчёта её периметра.

Расчёт диаметра(d) петли связи  ML-8 производится из  расчётного диаметра двух петель.

Длина окружности двух петель составляет после пересчёта  4,4*2                      = 8,8 метров.  

Рассчитаем  мнимый диаметр двух петель D = 8,8м /3,14   = 2,8 метра.

Рассчитаем диаметр петли связи-d= D/5.  = 2,8/5             =  0,56 метра.

 

Поскольку в данной конструкции мы используем двух-витковую систему, то и петля связи должна иметь тоже две петли. Скручиваем её вдвое и получаем двух-витковую петлю связи диаметром около 28см. Подбор связи с антенной осуществляется в момент уточнения  КСВ в приоритетном диапазоне частот. Петля связи может иметь гальваническую связь с точкой нулевого напряжения (рис.6.а.) и располагаться ближе к ней.

Элементы настройки и индикации антенны

1.      Для настройки в резонанс магнитной антенны, лучше всего использовать вакуумные конденсаторы с большим пробивным напряжением и высокой добротностью. Более того, используя редуктор и электропривод, его настройку можно осуществлять дистанционно.

       Мы проектируем бюджетную  балконную антенну, к которой можно подойти в любой момент, изменить её положение в пространстве, перестроить или переключить на другую частоту. Если в точки «а» и «б»(см.Рис.6.а.) вместо дефицитного и дорогого переменного конденсатора с большими зазорами подключить ёмкость изготовленную из отрезков кабеля RG-213 с погонной ёмкостью 100пФ/м, то можно моментально изменять частоту настройки, а подстроечным конденсатором С1 уточнять резонанс настройки. Кабель-конденсатор можно скрутить в рулон и герметизировать любым из способов. Такой комплект емкостей можно иметь на каждый диапазон отдельно, а включать в схему посредством обычной  электрической розеткой в паре с электрической вилкой. Примерные ёмкости С1 по диапазонам указаны в таблице1.

2. Индикацию настройки антенны в резонанс лучше производить прямо на самой антенне (так нагляднее). Для этого достаточно не далеко от катушки связи на полотне 1 (точка нулевого напряжения) намотать плотно 25-30 витков провода МГТФ, а индикатор настройки со всеми его элементами герметизировать от осадков. Простейшая схема изображена на рис.7.

Электрический излучатель, это ещё один дополнительный элемент излучения. Если магнитная антенна излучает электромагнитную волну с приоритетом магнитного поля, то электрический излучатель будет выполнять функцию дополнительного излучателя электрического поля-Е. По сути он должен заменить начальную ёмкость C1, а ток стока, который ранее бесполезно проходил между закрытыми обкладками С1, теперь работает на дополнительное излучение. Теперь доля подводимой мощности дополнительно будет излучаться электрическими излучателями, рис. 6.б. Полоса пропускания увеличится до пределов полосы радиолюбительского диапазона как в ЕН-антеннах. Емкость таких излучателей невысока (12-16пФ, не более 20-ти), а потому их эффективность на  низкочастотных диапазонах будет невелика. Ознакомиться с работой ЕН-антенн можно по ссылкам:

http://www.ehant.narod.ru

http://www.qrz.ru/schemes/contribute/antenns/eh3/

Антенна типа ML-8   радио-наблюдателя значительно упрощает конструкцию в целом. В качестве материала петель L1;L2 можно применять более дешёвые материалы, например трубу ПВХ с алюминиевым слоем внутри для прокладки водопровода диаметром 10-12мм. Вместо высоковольтных конденсаторов можно применять обычные, с малым ТКЕ, а для плавной настройки на частоту использовать сдвоенные варикапы с управлением с места радионаблюдения.

Заключение

Все мини-антенны, какими бы они небыли, по отношению к простым натяжным и классическим антеннам требуют больших трудо-затрат и слесарных навыков. Но отсутствие возможности устанавливать наружные антенны радиолюбители вынуждены пользоваться как ЕН, так ML-антеннами.  Конструктив двух-витковых Magnetic Loop удобен тем, что все элементы настройки, согласования и индикации можно разместить в одном герметичном корпусе. Саму антенну от привередливых соседей всегда можно спрятать одним из доступных способов, отличный пример на фото ниже.

73! Сушко С.А.

(ex.UA9LBG)                                                                  


Комментарии

Отзывы читателей — Скажите свое мнение!

Оставьте свое мнение


Отзывы читателей — Скажите свое мнение!

Обзор мини-антенн последнего поколения

Почему мы пришли к этому?

     Современные устои жизни в городе привели к тому, что радиолюбителям выход на кровлю для размещения своих антенн чаще всего заказан.  И хотя кровля является частью недвижимости самого радиолюбителя, получается так, что отношение с соседями важнее увлечения. Словом жизнь в квартире, порой делают установку полноразмерной антенны совершенно невозможной. Тут уже не стоит мечтать о трёхэлементной Яги на 40 метров.  А пока, суть да дело, приходиться ограничиться небольшими, невидимыми или малозаметными антеннами. Чему и посвящена эта статья. Более того, не секрет, что в последнее время индустриальные помехи от бытовых электроприборов буквально вытесняют городских радиолюбителей из диапазона 160 и 80 м.  Конструкция антенны с магнитной рамкой малых размеров, позволит не только снизить эфирные помехи, но и отстраиваться от них методом пространственной селекции.

   Среда радиолюбителей многогранна и изобретательна. Очень много классических антенн модифицировано пройдя их пытливые умы и руки. Не обошли стороной радиолюбители и магнитные антенны с периметром рамки около 0,1 λ. Переболели радиолюбители и ЕН-антенной. Закончились неуважительные выпады в адрес Т. Харта, гражданина  США, и нашего соотечественника В. Кононова. Радиолюбители до сих пор обсуждают и экспериментируют как с магнитными антеннами, так и с емкостными антеннами. Казалось бы, что об этих антеннах уже давно всё известно, но жизнь вносит свои коррективы, а сложности проникновения на кровлю всё чаще заставляют радиолюбителя задумываться о мини-антеннах. Европа уже давно сидит на строгом лимите «кровельного голода», а потому там более популярны магнитные антенны, всевозможные «Изотроны» и Бипланы», а так же всевозможные их модификации. Все они размещены на балконах и подоконниках. Прозорливые умы российских радиолюбителей тоже не остались в стороне, они коснулись этой темы сравнительно недавно, но уже имеют достаточно широкий спектр их комбинаций и усовершенствования, которым можно откровенно  позавидовать.

 Неоспоримо, что классическую популярность завоевали одновитковые магнитные антенны с вакуумным конденсатором и петлей связи. Пожалуй одним из первых после Т. Харта, германский коротковолновик DP9IV с антенной установленной на окне такой рамкой, при мощности передатчика всего 5 Вт, в диапазоне 14 МГц провел QSO с многими странами Европы, а при мощности 50 Вт — и с другими континентами.

 

Именно эта антенна стала отправной точкой для проведения экспериментов российских радиолюбителей, см. Рис.1.

     Сразу в начале этой статьи хочется определиться с типажами антенн. Несомненно, это внесёт ясность в принципе работ антенн разных типов. Лично я справедливо считаю, что все антенны нужно классифицировать по их полю излучения (приёма), а именно, магнитные рамки нужно называть антеннами Н-типа или Н-антеннами. Антенны с емкостными излучателями по типу Т. Хорта нужно называть антеннами Е-типа, или Е-антеннами. А диполь Герца и его производные совершенно справедливо называть ЕН-антенной.

 

Обзор российских новинок.

Известный коротковолновик  и конструктор антенн UA6AGW, Александр Грачёв предложил для дачного варианта рамочную антенну с лучами, см. Рис.2. Где рамка является излучателем магнитной составляющей, а лучи выполняют роль излучателя электрической составляющей радиоволны. Это решение позволило увеличить эффективность магнитной антенны, но самое главное, позволило уменьшить высоту подвеса антенны за счёт формирования ЭМВ в ближней зоне. Последний фактор, несомненно, имеет большой выигрыш при дефиците мачтовых сооружений и назойливо любопытных соседей по даче.

 

Вместе с тем, Александр Васильевич отлично раскрыл в одной из своих публикаций теорию работы своей антенны.  И после теоретических выкладок, кратко и лаконично сделал следующие выводы:

1. Рамка, находясь в зоне максимального тока проводимости, формирует магнитную составляющую электромагнитной волны.

2. Лучи, находясь в зоне максимального напряжения и тока смещения, формируют электрическую составляющую электромагнитной волны.

Прошу прощения у Александра Васильевича, за то, что вставил жирным шрифтом некоторые уточнения!  Опираясь на лучи представленной им антенны, как на электрический излучатель  он пишет, — …Такая, логически спроектированная нами антенна, уже разработана американским радиолюбителем Тедом Хартом (W5QJR), и названа им как «EH-антенна»….

    И действительно, этот тип емкостных антенн, имея очень маленькие размеры относительно длины волны, оказались весьма работоспособными для антенн-лилипуток. Исследования их свойств и разработка новых конструкций антенн у нас в России успешно ведется  Владимиром Кононовым (UA1ACO http://www.ehant.narod.ru ). UA9LBG только осмелился рассказать принцип работы емкостного излучателя с позиции классической теории. (http://news.cqham.ru/articles/detail.phtml?id=1067, http://www.qrz.ru/schemes/contribute/antenns/eh3/ ).

     Перемещая в пространстве лучи  относительно магнитной антенны, Грачёв заметил, что можно менять усиление антенны и диаграмму направленности и это неоспоримый факт, который неоспоримо подтверждает, что магнитное поле-Н перпендикулярно электрическому полю-Е радиоволны.  Вместе с тем, если всё же обратить свой взор на антенну Т. Харта, мы придём к выводу, что она не совершенна ввиду отсутствия элемента магнитного излучения типа-Н. Уточняю, что большая часть ЕН-энергии излучения здесь приходится только на емкостные излучатели. То же можно сказать и о магнитных рамках, которые не имеют элемента излучения Е-поля. В связи свыше сказанным, мы видим, что  антенна  Грачёва (UA6AGW) объединяет в себе оба эти свойства. У конструкции Грачёва общая площадь излучателей увеличена вдвое, а КПД его возрастает за счет потерь на излучение, а не на нагрев среды, как это происходит в точечных излучателях типа-Е и типа-Н.  Конечно, с тем же эффектом можно поднять эффективность антенны, если две однотипные конструкции будут работать в спарке и мы здесь имеем дело с увеличением апертуры антенны. По этому, можно с уверенностью сказать, что КПД антенны  по типу Грачёва возрастает если, она излучает:

а) сразу двумя типами Е; Н-излучателей;

б) волна уже сформирована.

Что позволило:

а) повысить КПД антенны в целом;

б) снизить влияние земли и окружающих предметов, оказывающих на антенну.

Последнее свойство, позволило автору данной антенны (UA6AGW)  разместить её на относительно низкой высоте.

 

 

На рисунке 3, наглядно показаны два классических излучателя разных полей, поля-Н и поля-Е.

 

Кроме того Александр Грачёв добился приемлемой полосы пропускания в пределах любительского диапазона магнитной антенны используя внутреннюю жилу кабеля в качестве второго колебательного контура. Ведь, как известно, расширение полосы пропускания всегда обусловлено двумя связанными контурами.

Дальше пошёл Грифко Яков Моисеевич, в своей антенне «Каракатица», где «вторичный» колебательный контур, настроенный в резонанс первым, он вывел наружу. Этим решением он повысил эффективность двух-рамочной антенны ещё больше и вместе с тем, расширил полосу пропускания согласно той же теории связанных контуров, см. Рис.4.  Используя так называемые «усы» в этой антенне, он дал возможность излучать  поля-Е и Н в фазе, уже в ближней зоне.

 

 

 

   Желание создать экспериментальную компактную комнатную антенну, которую так же смело можно называть ЕН-антенной, при плотном сотрудничестве с Александром Грачёвым (UA6AGW),Сергей Тетюхин (R3PIN)сконструировал следующий шедевр, см. Рис.5.

Именно такой, невысоко бюджетный конструктив комнатного варианта ЕН-антенны может порадовать радиолюбителя-новосёла или дачника. Схема антенны включает в себя, как магнитный излучатель L1;L2, так и емкостной в виде телескопических «усов».

 

 

Этот конструктив ЕН-антенны радует своей эстетичностью и законченностью. Почему-то есть предчувствие, что её будут выпускать где-то в Китае, и продавать в Европе, обходя все правила приличия.

   Особого внимания в этой конструкции(R3PIN)заслуживает резонансная система согласования фидера с антенной, которая ещё раз увеличивает добротность всей антенной системы и позволяет несколько поднять усиление антенны в целом. В качестве первичного контура совместно с «усами» как в конструкции Якова Моисеевича, здесь выступает оплётка кабеля полотна антенны. Длиной этих «усов» и положением их в пространстве, легко добиться резонанса и наиболее эффективной работы антенны в целом по индикатору тока в рамке. А обеспечение антенны индикаторным прибором позволяет считать этот вариант антенны вполне законченным конструктивом.

 

Подведение итогов.

    Стоит отметить, что ни один из этих радиолюбителей не сделал попытки увеличить ток  смещения не за счёт длинны емкостных излучателей, а за счёт увеличения их площади, как это сделал Тед Хард. То есть поделить мощности потерь на излучение, между Н-излучателем (магнитная рамка) и Е-излучателем (емкостной излучатель). Т.е. разгрузить среду вокруг антенны и не греть бесполезно резонансные конденсаторы. О токе смещения, как о равном в данной ситуации, незаслуженно забывают, либо просто умалчивают, а «усы» используют как простой настроечный элемент.

    И кто знает, как может повлиять на эффективность антенны, если сравнять ток проводимости в рамке с током смещения в емкостных излучателях? Это как раз тот вопрос, который ещё не исследован и потребует от конструкторов мини-антенн новых изысканий!!! Так и хочется сказать, — друзья! — Вы сделали очень робкий шаг в создании такого шедевра, как ЕН-антенна, но не заявили об этом вслух всему миру!

(Берите пример с Т. Харта).

    Где-то на страницах сайта «мир ЕН-антенн» я когда-то писал, что, — не удивлюсь, если в скором будущем ЕН-антенна Т.Харта обретёт магнитный излучатель. Сейчас я утверждаю, что это произошло и в скором будущем радиолюбители выявят в этой антенне оптимальное соотношения XL  к  XC, как к излучающим элементам.

    Используя излучатель Теда Харта, нет, сознаемся честно, — элемент антенны Николы Тесла, мы  увеличиваем ток смещения поля-Е. А доля тока, протекающего ранее бесполезно между обкладками закрытого конденсатора, теперь работает на излучение, что не в малой степени позитивно отражается на КПД антенны в целом.  Это частично получилось у Сергея Тетюхина (R3PIN). Совсем не обязательно тянуть длинный луч, здесь достаточно увеличивать площадь Е-излучателя и менять его положение в пространстве.

    Использование же лучей в антенне Грачёва с размерами почти в λ/2 как-то «давит жаба», особенно когда понимаешь, что для укороченной антенны легче сделать удлинительные катушки, чем громоздить большие рамки и паять переменные конденсаторы.

 

Проектируем комнатную ЕН-антенну для неутомимых

Обидевшись на лучи Грачёва, которые не влезут в квартиру, легко понять, что, заменив их на плоские и короткие излучатели, можно добиться почти такого же результата. Почему почти? Да потому, что апертура его антенны достаточна для сравнения её с полноразмерным диполем. И как бы мы не пыжились, все мини-антенны тратят часть своей энергии не только на излучение, но и на нагрев среды и элементов антенны. Тем не менее, задавшись целью усовершенствовать мини-антенну, можно пойти тремя путями:

— Первый из них, это оснастить емкостным излучателем резонансную (закрытую) ёмкость классической одновитковой магнитной антенны.  Частично заставить работать на излучение резонансный конденсатор. Но этот вариант повторять уже не интересно, его осуществили UA6AGW, R3PIN и другие.

— Второй вариант, это оснастить антенну Т. Харта открытым многовитковым (7МГц и ниже) магнитным излучателем.

   При реконструкции любой емкостной мини-антенны, прежде всего, стоит обратить внимание на то, что индуктивность резонансного контура в таких антеннах как «Изотрон», «Биплан», или как в антенне Т. Харта, максимальны. А ёмкости излучателей в таких антеннах минимальны, что неоспоримо повышает добротность контура антенны.

 — Третий вариант, это сделать компромисс между первым и вторым вариантами. Сделать двух-витковую рамку с резонансными конденсаторами закрытого типа и одновременно с Хардовскими Е-излучателями.

В одновитковых магнитных антеннах добротности контура добиваются за счёт уменьшения активного сопротивления излучающей индуктивности, но резонансная ёмкость имеет относительно большие номиналы. И действительно, в магнитной рамке с периметром 0,1 λ протекают очень большие токи, которые требуют максимального уменьшения активного сопротивления магнитной рамки.

В результате этих соображений напрашивается вывод, что в мини-антеннах с Е и Н излучателями в низкочастотных диапазонах (1,5 — 10МГц), мы сможем реализовать эту идею, либо с ущербным многовитковым индуктивным излучателем, либо с одновитковой рамкой и с ущербным емкостным излучателем, где доля тока смещения больше приходится на закрытые ёмкости, а не на открытые «Лучи». И как упоминалось выше, можно прийти  и к компромиссному третьему варианту.

   Перед нами встала задача, реализовать и проверить работу многовитковой рамки совместно с емкостным излучателем, тем более, что  у радиолюбителей-новосёлов  многовитковые рамки часто участвуют в режиме передачи, и даже пользуются некоторой скромной популярностью.

1.Для удобства произведём расчёт при помощи электронного калькулятора ЕН-антенн Т. Харта  http://www.ehant.qrz.ru/ehantenna_r.xls  и возьмём в разработку частоту 3,5 МГц, как наиболее трудную. Диаметр провода примем 1мм. Результаты расчётов занесём в верхнюю строку таблицы серого цвета.

2.Далее. Используя ту же программу, рассчитаем параметры открытой катушки индуктивности 98,4мкГн с приемлемым  диаметром  1,2  м для размещения на балконе или в квартире.

Примечание: Расчёты индуктивности автоматически корректируются программой с учётом межвитковой и монтажной ёмкостей.  По этому, значения индуктивности здесь кажутся вдвое меньше. Кроме того индуктивность катушек большого диметра в значительной степени зависит от её геометрической формы, квадратная она или круглая.

 

После несложных расчётов, мы проводим анализ, что с увеличением диаметра магнитной рамки, уменьшается количество витков, но длина провода незначительно увеличивается. Хочется отметить, что эта длина слегка превышает 0,25 λ. При уменьшении расстояния между витками до 20-10мм, число витков уменьшается вместе с длиной провода. Плохо это или хорошо, могут подсказать достаточно сложные расчёты противофазного направления токов в близко расположенных витках рамки и практические изыскания. С полной уверенностью можно сказать, что одновитковая рамка всегда работает лучше, чем многовитковая. Но в нашем случае многовитковый вариант с некоторым ущербом для КПД антенны позволяет использовать  тонкий провод (1-2мм), так как сопротивление излучения такой антенны имеет достаточно большое значение. И это не маловажный факт для строительства малобюджетной комнатной антенны в смысле расхода дорогостоящей меди.

Вывод: Решение, использовать в низкочастотных КВ диапазонах магнитный излучатель в многовитковом варианте с использованием емкостных излучателей, вполне приемлемо. Ещё раз хочется подсказать приверженцам классических антенн Г. Герца, что это не панацея, а всего лишь эксперименты с мини-антеннами ЕН-излучения. Здесь апертура антенны очень мала, а потому часть энергии передатчика уходит на нагрев среды и элементов антенны, а введением в конструктив мини-антенн новых элементов излучения, позволяет «выцарапывать» из них как можно больше потерь на излучение. Ни о каком сравнении с 3-х элементной Яги или полноразмерным вертикалом со 100 противовесами, которые вряд ли занимают достойное место на кровле вашего дома, речи не ведётся.

 

Магнитный излучатель.

Любой элемент антенны имеет свою добротность, и чем она выше, тем больше КПД антенны в целом. Мы понимаем, что мы имеем дело с током проводимости с учётом скин-эффекта, а потому учитываем активное сопротивление  провода катушки индуктивности. Диаметр медного провода 1мм  при его длине в 25-27 метров составит около 0,57 Ом,  провод диаметром 2мм составит уже 0,15 Ом, диаметром 3мм, — соответственно 0,07 Ом. Добротность катушки индуктивности  2-х мм провода по отношению к проводу 1мм увеличится почти в 3,8 раза, а провода диаметром 3 мм, в 8 раз! Так, что приведённые цифры  помогут радиолюбителю в принятии оптимального решения при проектировании своей домашней мини-антенны (смотрим в свой кошелёк).

Здесь следует так же учесть и тот фактор, что индуктивность катушки в форме квадрата, меньше катушки индуктивности круглой формы в 1,5 и более раз, а проводнику из мягкой меди диаметром даже 3 мм трудно будет удерживать форму круга диаметром 1 метр и более. По этому, не плохим  техническим решением  будет изготовление катушки индуктивности квадратной формы. Использование биметаллического провода диаметром 4мм с медным покрытием будет наилучшим вариантом в такой антенне. Такой провод отлично держит форму круга. Скин-эффект на низкочастотном участке КВ диапазона вполне позволяет использовать такой выгодный материал. Для такой катушки достаточно 8 точек опоры и фиксации расстояния между двумя витками  катушки индуктивности.

 

Излучатель электрического поля.

По сути это открытый конденсатор с воздушным диэлектриком и током смещения, а потому может быть рассчитан как обычный конденсатор с воздушным диэлектриком по простой формуле:

С= ЕS/d =(пФ),                где:

S – площадь поверхности одной пластины(см).

d – расстояние между пластинами (см).

E -диэлектрическая проницаемость  воздуха численно равна 1.

Для справки: Пробивное напряжение сухого воздуха имеет электрическую прочность около 30 кВ/см.

   Теперь нам легко реализовать емкость колебательного контура в пределах 9-18пФ. А сделать его регулируемым необходимо, т.к.  могут возникнуть неточности в расчётах, а так же неточности монтажа. Первоначально необходимо рассчитывать емкость так, что бы диаметр емкостных излучателей будет равняться расстоянию между пластин. Открытая ёмкость может иметь форму дисков, конусов, квадратов и просто веером расположенных жёстких медных проводников как в широкополосных УКВ антеннах.

Что касаемо паразитных емкостей от монтажа конструкции радиолюбителя, то они должны быть минимальными, а изоляционные свойства применяемых материалов не должны вызывать вопросов.

 

Конструктив ЕН-антенны:

В принципе, электрическая схема колебательного контура антенны может остаться той же, что и у антенны Теда Харта, — с непосредственной связью. Но можно сделать и катушку связи. Если антенна будет располагаться на открытом воздухе, то следует предпринять меры изоляции от влаги всех соединений и промежутка между пластинами емкостного излучателя, а рамка магнитного излучателя должна иметь гальваническую связь с оплёткой кабеля. Которая в свою очередь должна заземляться воизбежании статических разрядов. В комнатном варианте это не обязательно.

Вырисовывается следующая конструкция, см. Рис.6.

 

 

    Если уж мы заикались об увеличении площади излучающих элементов, не стоит забывать о пользе вторичного контура, который поможет не только расширить полосу пропускания, но и увеличит эффективность всей антенны в целом. Совсем не обязательно заботиться о питании вторичного контура антенны, главное, чтобы они были пространственно параллельны. Расстояние между ними необходимо выбрать компромиссным, выбирая между эффективностью и полосой пропускания. Здесь  существуют такие понятия как минимальная, максимальная и критическая связь.

Настройка: Настройка так называемой ЕН-антенны, названной которой вполне справедливо, т.к. в ней присутствуют сосредоточенные элементы излучения магнитного и электрического полей, начинается с настройки резонанса. Если резонанс оказался недалеко от заданного, нужно попробовать добиться его изменением расстояния между емкостными излучателями, помня, что расстояние между ними должно быть примерно равно их диаметру. Изменение количества витков и  изменением расстояния между ними, очень сильно влияет на резонанс антенны. Согласование с фидером осуществляется подбором отвода от катушки индуктивности.  Уточнение резонанса можно производить небольшим изменением расстояния между емкостными излучателями. Не плохо, если в конструкцию домашней антенны ввести индикатор тока, как это сделано в конструкции ЕН-антенны Сергея Тетюхина (R3PIN).

     В данной статье умышленно не приводятся размеры антенны на тот или другой диапазон частот, оставляя радиолюбителю удовлетворение сознанием новаторства и самовыражения.

 

Симметрия рамки и устранение антенного эффекта в фидере: Не стоит увлекаться ферритовыми заглушками на фидере питания антенны в непосредственной близости от неё. Это касается любых мини-антенн. Лучше, если ферритовые заглушки устанавливать не ближе 1,5-2 метра от излучателя. Феррит, это чёрная дыра для излучаемой радиоволны любого точечного излучателя, где сосредоточено огромное ЕН-поле. Близкое расположение феррита, уменьшает  эффективность мини-антенны в µ/100 раз, а все попытки сделать антенну как можно эффективнее становятся напрасными. Самым разумным решением будет использование кольцевой заглушки сделанной из самого фидера питания, это 10-15 витков фидера питания антенны диаметром 20-25см на расстоянии в 0,5 -1,5 метра от магнитного излучателя. Повторить её буквально через пару метров. (Сметная стоимость феррит/ фидер примерно одинаковы).

Предложенный конструктив домашней мини-антенны может быть другим, а потому может быть выполнен  радиолюбителем по своему усмотрению с обязательной публикацией в Интернете, как говорится Бог в помощь друзья, паяльник в руки…!!! При проектировании своей антенны главное помнить, что плоскость рамки должна соответствовать плоскости излучателей Е-поля.

 

Безопасность.

Напоминаю, что при большой подводимой мощности к мини-антенне и нахождении её рядом с радиооператором, мощная электромагнитная волна отрицательно влияет на его мозг…, простите, на его детородные органы и на собственных детей. По этому, больше 10 Вт в QRP экспериментах лучше не использовать.  

 

Подводя итоги по представленным выше конструкциям, невольно напрашивается вывод, что российские радиолюбители в области освоения мини-антенн экспериментального класса, продвинулись значительно. А достигнутые результаты позволяют развиваться ещё дальше. Гонимые ЕН-антенны оказали неоценимую услугу в деле продвижения новаторских разработок даже для тех радиолюбителей, которые яростно отрицали возможность существования емкостных излучателей. (Здесь в своё время сработал Российский менталитет неприязни статьи Т. Харта больше рекламного характера, чем технического). Но ведь это классическая теория радиоволн и элементов излучения. Об этом надо всегда помнить и не отрицать то, чего не успел в своё время выучить и понять в ВУЗе!

 

73! Сушко Сергей.

(еx.UA9LBG)


Комментарии

Отзывы читателей — Скажите свое мнение!

Оставьте свое мнение


Отзывы читателей — Скажите свое мнение!

Ящик пандоры – Магнитная антенна

Обычная магнитная антенна радиоприёмника может служить макетом опыта по пониманию модели симметрии пространства. С точки зрения обычной радиотехники магнитная антенна, т.е. стержень из ферросплава и катушка на ней заменяют нам антенну диполь, у которой каждое плечо кусок провода по 250 м. Заменяет магнитная антенна диполь, это факт, но как заменяет, никто с точки зрения физики не анализировал. Считается, что если резонансные частоты антенны магнитной и двух плечевого  диполя совпадают, то антенны равноценны. Но, как практически это происходит, как 15 см заменяют половину км, это  пока неясно, и я предлагаю свою версию читателю. 
  Электромагнитные волны, достигая феррита и катушек антенны, возбуждают в ней резонансные токи. Эти колебания усиливаются в магнитной антенне с каждым периодом действия электромагнитного поля до величины, какую позволит добротность антенны. Колебания электромагнитного поля  магнитной антенны имеют физические размеры — длину волны и размах колебаний. Т.е. рабочее пространство магнитной антенны простирается далеко за её пределы, на длину резонансной волны. Пространство сигнала передатчика с полукилометровой длинной волны совмещается с рабочим пространством  магнитной антенны. Кстати, благодаря этому существует феномен ртутного диполя. Т.е. считается, что не важно, то, из какого материала сделана антенна. Тогда не важно,  какую добротность имеют катушки и конденсаторы магнитной антенны, а ведь это важно. Все понимают, что в добротных деталях потери меньше. Меньше потери, тогда есть острый пик резонанса, т.е. напряжения в контуре выше, выше  вертикаль рабочего пространства антенны. В ртутной рамке добротность резонансного контура весьма велика на широкой полосе частот, таким образом, она своим рабочим пространством перекрывает пространства других приёмников, затрудняя приём. В интернете на эту тему белые пятна и торсионные поля.  
Приёмная антенна пассивна до момента резонанса в её контуре, во время резонанса она имеет своё рабочее поле, которое мы зафиксировать не можем, т. к. оно слито с полем сигнала передатчика.  Мы снимаем с антенны полезный сигнал и считаем,  что волна в половину версты чудно упаковалась в вершке антенны.
  Для ясности представим обычный камертон в пустой комнате. Подадим в комнату звуковой сигнал с частотой камертона, спустя время, за которое камертон воспринимает около  ста колебаний воздуха, он начнёт петь. Энергия, заключённая в теле поющего камертона в сто раз превосходит энергию сходного объёма пространства в этой комнате, камертон работает как генератор, и если внешний сигнал замолкнет, то мы всё равно слышим камертон. Камертон может быть 10 см длинной, а длина звуковой волны метр. Метровые волны от 10 см. активного камертона постоянно находятся в объёме комнаты и во время работы источника звука и во время его отключения. Если бы это было не так, мы бы не слышали поющий камертон. Рабочее пространство от 15 см камертона простирается на метр и далее. Эта звуковая волна постоянно взаимодействует с волной источника звука во всём пространстве комнаты вокруг камертона. Тот же процесс имеет место и вокруг магнитной антенны в момент её резонанса на радиочастоте.  Электромагнитные волны от резонанса магнитной антенны распространяются в пространстве. Они усиливаются, когда внешнее пространство  активно и ослабляются когда пространство пассивно.
Колебательный контур антенны может быть обнаружен во время приёма сигнала, по разности тембровой окраски реакции контура и активного сигнала. 
Магнитная антенна, согласно классической теории, взаимодействует с магнитной составляющей сигнала. На плече обычного четвертьволнового вибратора укладывается четверть длинны электромагнитной волны. На 15 сантиметровой магнитной антенны физически не может уложиться четверть длинны магнитной составляющей 500 м радиосигнала, физика взаимодействия там другая.
 Проницаемость феррита, допустим — сто, показывает во сколько раз напряжённость магнитного поля принимаемой волны меньше напряжённости поля внутри его объёма. При радиоприёме ферритом  его магнитное поле интенсивнее внешнего пусть во сто раз. На малом расстоянии от магнитной антенны её магнитное поле также сильнее внешнего, но с расстоянием интенсивность магнитного поля приёмной антенны сильно уменьшается, а  внешнее поле однородно на всю длину волны. Т. е. выигрыш в размерах приёмных антенн мы имеем из-за разной симметрии полей антенны и передатчика. Применение феррита позволяет компенсировать малое значение напряжения радиосигнала в небольшой антенне усилением тока в обмотке и магнитного поля в феррите. Однако это локальное усиление полезного сигнала возможно при постоянной подпитке внешним магнитным полем поля приёмной антенны по всему пространству возле магнитной антенны на длину волны радиосигнала. Вблизи антенны внешнее поле слабее внутреннего, на удалении сильнее, и там идёт передача энергии от передатчика к антенне.
Магнитной антенной является, в частности, земной шар. Вращение  заряженной ионосферы и проводящей атмосферы земли создаёт магнитное поле, которое усиливается телом земли, т.к. земля содержит магнитные материалы. В электрической машине земля – атмосфера, земля неподвижна за счёт того, что основные линии магнитного поля проходят по оси её вращения и рядом, т.к. вращающаяся ось не перемешается радиально, а заряды на сфере перемещаются вместе со сферой. Месторождения магнитных руд и космические факторы лишь вызывают изменения магнитного поля земли и смещение магнитных полюсов.

23092007295_927

Магнитная антенна с умножителем добротности и дистанционным управлением

Антенны

Главная  Радиолюбителю  Антенны



Зта антенна предназначена для приёма радиостанций в диапазоне 6…10 МГц на базовый радиоприёмник прямого усиления или на любой супергетеродин. Устройство состоит из антенного блока с умножителем добротности и антенным усилителем, а также базового радиоприёмника, содержащего блок управления антенным блоком и приёмник прямого усиления. Схема блока управления показана на рис. 1. Питают блок от сетевого стабилизированного источника питания или аккумуляторной батареи напряжением 12 В. Блок формирует стабилизированное напряжение 9 В для питания антенного усилителя в антенном блоке, напряжение перестройки по частоте и управляющее напряжение для элемента с отрицательным динамическим сопротивлением — аналога лямбда-диода.

Рис. 1. Схема блока управления

С помощью резистора R1 осуществляют перестройку антенны по частоте. Переключателем SA1 выбирают поддиапазоны. В верхнем положении переключателя на антенный блок поступает напряжение перестройки 0…12 В, в нижнем положении — 9…21 В.

Схема приёмника прямого усиления показана на рис. 2. Его основное назначение — контроль работы умножителя добротности с магнитной антенной. Метод контроля — приём радиовещательных станций, систему АРУ он не содержит. Широкополосный ВЧ-усилитель собран на транзисторах VT1-VT3 по схеме, приведённой в [1]. Для повышения чувствительности АМ-детектора на диоде VD1 на него с резистивного делителя R9R10 подано постоянное напряжение около 0,5 В. На входе ВЧ-усилителя установлен Г-образный аттенюатор R1R2, предназначенный для согласования коаксиального кабеля, соединяющего антенный блок с базовым радиоприёмником или антенным входом дополнительного радиоприёмника. Если у дополнительного приёмника нет антенного входа, его подключение происходит за счёт надевания цилиндра ёмкостной связи на не раздвинутую телескопическую антенну. Этот цилиндр представляет диэлектрическую трубку длиной несколько сантиметров подходящего диаметра, которая обернута сверху алюминиевой фольгой. Трубку обматывают фольгой, затем делают несколько витков зачищенного многожильного монтажного провода длиной около 500 мм и обматывают изоляционной лентой. При работе антенного блока только на дополнительный радиоприёмник возможно отключение входа усилителя ВЧ и его питания перемычками S1 и S2.

Рис. 2. Схема приёмника прямого усиления

Схема антенного блока показана на рис. 3. Приём сигналов осуществляется с помощью магнитной рамочной антенны WA1, которая совместно с варикапами VD4-VD7 образует частотоизбирательный LC-контур, перестраиваемый по частоте напряжением, поступающим от блока управления. Диоды VD2 и VD3 защищают антенный усилитель на транзисторах VT1-VT3. Он собран по схеме, приведённой в [2].

Рис. 3. Схема антенного блока

В антенном блоке умножитель добротности собран на аналоге лямбда-диода VD1, изменяя его напряжение питания, можно регулировать отрицательное динамическое сопротивление, которое аналог вносит в LC-контур, образованный антенной. С изменением отрицательного динамического сопротивления изменяется добротность контура вплоть до возникновения генерации на частоте его настройки. С повышением добротности контура увеличивается его избирательность. Аналог лямбда-диода (рис. 4) собран на двух полевых транзисторах с управляющими p-n переходами и разным типом проводимости. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) аналога показана на рис. 5. На участке г сопротивление аналога велико и практически не влияет на параметры антенны. На участке в аналог лямбда-диода вносит отрицательное динамическое сопротивление в контур антенны, и её добротность увеличивается. При переходе на участок б возникает генерация. Этот режим используется для калибровки шкалы базового радиоприёмника. Участок а не используется.

Рис. 4. Аналог лямбда-диода

Рис. 5. Вольт-амперная характеристика аналога

Усилитель ЗЧ можно применить любой с питанием от напряжения 12 В. В авторском варианте он изготовлен по схеме, приведённой на с. 19 в [3]. Описание процедуры налаживания усилителя ЗЧ приведено там же.

Питание усилителя ЗЧ от цепи 12 В осуществляется через резистор 150 Ом мощностью 0,5 Вт. Это обеспечивает развязку каскадов ВЧ от каскадов НЧ. Ёмкость оксидного конденсатора С17 (см. схему в [3]) в цепи питания усилителя ЗЧ увеличена до 470 мкФ.

Базовый радиоприёмник собран на металлическом секционированном шасси шириной 180, длиной 270 и _ высотой 35 мм (рис. 6). Каждый узел (блок управления, базовый приёмник и усилитель ЗЧ) собран на отдельной односторонней печатной плате, изготовленной с помощью резака из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5…2 мм. Ненужные участки фольги удаляют. Чертёж платы блока управления показан на рис. 7 (вариант без батареи GB1 и переключателя SA1). Чертёж печатной платы приёмника показан на рис. 8, а антенного блока — на рис. 9. В требуемых местах плат просверлены отверстия диаметром 2…3 мм для крепления их с помощью винтов к шасси.

Рис. 6. Базовый радиоприёмник

Рис. 7. Чертёж платы блока управления

Рис. 8. Чертёж печатной платы приёмника

Рис. 9. Чертёж печатной платы антенного блока

В устройстве применены постоянные резисторы МЛТ, С2-23, переменный резистор R1 в блоке управления — СП-1, остальные могут быть любых типов. Оксидные конденсаторы — К50-35 или импортные, остальные — плёночные или керамические.

В ВЧ-усилителе приёмника можно применить маломощные ВЧ-транзисторы структуры n-p-n, например, серий КТ368, 2N5551, при этом может потребоваться подбор резистора R3 для получения постоянных напряжений, показанных на рис. 2. Диод VD1 — любой маломощный высокочастотный кремниевый. Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце проницаемостью 600НН диаметром 10 мм проводом ПЭЛ 0,3. Первичная обмотка содержит 45 витков, вторичная — 15 витков.

В антенном блоке транзисторы 2N5401C можно заменить транзисторами 2N2894. Замена транзистора КП307Б — любой n-канальный высокочастотный с управляющим p-n переходом и начальным током стока не менее 4 мА. Катушка L1 намотана на таком же ферритовом кольце тем же проводом и содержит 25 витков, с отводом от четвёртого.

Полевые транзисторы аналога лямбда-диода смонтированы на односторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1…1,5 мм. Её чертёж показан на рис. 10. Можно обойтись и без печатной платы, изготовив плату из текстолита и распаяв выводы транзисторов в соответствии со схемой, используя отрезки лужёного провода.

Рис. 10. Печатная плата для аналога лямбда-диода

Передняя стенка базового радиоприёмника сделана «на скорую руку» из ДВП-панели. На ней размещены динамическая головка и все органы управления (рис. 11). Резистор перестройки по частоте снабжён круговой шкалой с верньером. Плата антенного усилителя установлена в пластмассовой коробке подходящих размеров (рис. 12). Если он будет размещён внутри помещения, с антенной его соединяют отрезком коаксиального кабеля длиной около 50 см. В этом случае верхняя граница диапазона рабочих частот — 10 МГц.

Рис. 11. Передняя стенка базового радиоприёмника

Рис. 12. Плата антенного усилителя установлена в пластмассовой коробке

При непосредственном подключении антенного усилителя к антенне верхняя граница перестройки будет около 12 МГц. Но в этом случае плату усилителя надо защитить от влаги.

Кабель связи базового радиоприёмника с антенным блоком длиной около 15 м. Он состоит из коаксиального кабеля RG-58 и четырёх многожильных изолированных проводов с внутренним диаметром 0,5 мм. Кабель и провода складывают вместе и скрепляют между собой с помощью изоляционной ПВХ-ленты.

Градуировку шкалы проводят следующим образом. Подключают к устройству дополнительный радиоприёмник с цифровой шкалой и настраивают его на желаемую частоту. Переводят антенный блок в режим генерации и перестраивают его, пока сигнал не попадёт в дополнительный приёмник, и делают соответствующую отметку на шкале.

Сама антенна (рис. 13) изготовлена из алюминиевого обруча диаметром 700 мм, который закреплён на текстолитовой пластине. Сначала в неразрезанном обруче сверлятся отверстия для крепежа. Обруч накладывают на пластину и сверлят в ней «по месту» отверстия для его крепежа. Затем сверлят отверстия для крепления пластины на мачте или оконном проёме, а также отверстия для крепления коаксиального кабеля. В последнюю очередь в обруче в соответствующем месте выпиливают участок длиной 50 мм и устанавливают его на пластину. Места контактов обруча и коаксиального кабеля надо защитить от попадания влаги.

Рис. 13. Внешний вид антенны

Литература

1. Рубцов В. Двухдиапазонный приёмник «Mini-Test-2 band». — Радио, 2007, № 5, с. 64-66.

2. Гуськов В. Каскодный усилитель. — Радио, 2003, № 11, с. 34.

3. Маслаев В., Сергеев Б. Схемотехника «карманных» радиоприёмников. — В помощь радиолюбителю, 1990, вып. 106, с. 3-38.

Автор: С. Долганов, г. Барабинск Новосибирской обл.

Дата публикации: 07.04.2018

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:


Магнитные антенны.

Антенна — устройство для излучения и/или приёма электромагнитных волн путём прямого преобразования электрического тока в излучение (при передаче) или излучения в электрический ток (при приёме).

Магнитная антенна (magnetic loop) — это антенна, у которой излучение и прием электромагнитных волн осуществляется за счет магнитной составляющей, электрическая составляющая ничтожно мала и ею обычно пренебрегают.

(На форуме ОДЛР.ru в ноябре 2010 года шло обсуждение одной антенны — метёлка, для лампового приемника, с использованием балконного варианта. Я вставил свой пятачок, и получилась статья.)

И так попробую написать в стиле байка-быль.

Дело было в 1987 году. Я учился в ВИА (военно-инженерная академия им. В.В. Куйбышева), которая существовала почти 200 лет, а сейчас ее тю-тю, расформировали, сократили, ликвидировали. Хотя в позапрошлом веке инженерные подразделения состояли из инженерных батальонов и телеграфных рот, позднее и воздухоплавательные отряды также входили в состав инженерных подразделений. (Почитать историю инженерных войск можно здесь: http://army.armor.kiev.ua/engenear/ing_history.shtml

Но у нас разговор об антеннах. Жил я тогда в военном городке Калининец, в простонародье «почтовое отделение Алабино». Каждый день по утрам, я на автобусе добирался до Голицино, на электричке доезжал до платформы Фили, далее на метро доезжал до Площади Ногина (сейчас Китай-Город). потом пешком до Покровского бульвара, в стены родной альма-матер. Вечером тот же маршрут, но наоборот. И только по пятницам было исключение из правил, была остановка в районе Фили.

Недалеко от платформы жил мой друг RA3AHQ, в миру он Болгаринов Александр (сейчас проживает в Марьино). Я брал пару «огнетушителей» и заходил в гости. У Александра был импортный трансивер фирмы Кенвуд «TS-450», по тем временам это было очень круто. Такие исключения из правил бывали практически каждую неделю, и только по пятницам. Вот однажды сидим мы, потягивая красенькое и крутим ручку верньера, слушаем разговоры радиолюбителей. Мое внимание привлекло необычное сооружение на подоконнике, я спрашиваю, вас из дас, а Саша и говорит, мол антенна это, называется магнетик луп (Magnetic loop) и показывает статью в журнале Радио № 7 за 1989 год, стр. 90, в разделе за рубежом. Одним словом, это та статья, что и привел Сергей Кашехлебов в обсуждении на форуме. Я приехал домой, у соседки выклянчил халохуп, и уже через два часа, я провел первую радиосвязь на 40 м с Питером, моя антена была смонтирована на дощечке, КПЕ прикручен винтиками к халохупу (дюраль не паяется). Это был мой первый опыт, после были и другие опыты, но об этом далее.

В 2000 году меня взяли на работу в одну фирму, которая занималась профессионально системами радиосвязи. Был один проект в Заполярье, выехали на испытания. Взяли с собой несколько типов антенн, это и традиционные треугольники, выполненные из антенного канатика, и спирально-штыревые, в основании у которых были автоматические антенные тюнеры (Icom AT-130) и одна конструкция ML (Magnetic loop), выполненная из коаксиального кабеля, оплетка ввиде гофра толщиной 30 мм. Диаметр излучателя был 4 м, закреплена антенна была на обыкновенной деревянной жерди с крестовиной, и приставлена к железному вагончику. Через определенное время выходим на связь, тестируем прохождение, составляем суточный график прохождения. И вдруг все пропало, в эфире только «белый шум», и ничего больше. Мне с базы по телефону говорят, что магнитная буря, и перерыв на неопределенное время. Я от скуки начал щелкать, переключать антенны на любительских диапазонах. Какое же было мое удивление, когда я услышал на 40 м работающих радиолюбителей. Я за микрофон и айда. У всех корреспондентов просил послушать еще две антенны, переключал на «дельту» и спирально-штыревую, а затем ML, на те антенны я не слышал ничего и меня тоже не слышали.

Позднее я уговорил коммерческого директора закупить в Германии пару антенн, хотел разных типоразмеров, но купили однотипные. В то время там было налажено производство и этим занимался Кристиан DK5CZ (царство ему небесное, замолчал ключ). Но люди и сейчас продолжают его дело. Так вернемся сюда. Немецкая конструкция была не практичная, диаметр излучателя 1,7 м, цельная, неудобная при транспортировке. В общем была изготовлена своя антенна, излучатель состоял из трех сегментов, материал АД-30 (я кусочек немецкой отвез на химический анализ), КПЕ был выполнен в виде бабочки и имел емкость от 170 до 200 пик, это позволяло перекрывать на передачу 3 любительскиз диапазона (160 м, 80 м и 40 м), при диаметре излучателя 4 м. Но это не главное, главное как работала эта антенна.

Все кто бывал у нас на коллективке наверное обращал внимание, что в непосредственной близости от радиостанции (300-500 м) полукольцом проходит три ЛЭП, одна из них 500 КВ. Так вот трескотня у нас по S-метру всегда 8-9 баллов. И вот когда я на крыше положил горизотально (на колышках высотой 1 м) ML, используя ее как приемную антенну, то…. Шумов НОЛЬ, и только полезный сигнал. Стали слышны станции, которые шли с уровнем 2-3 балла, и которые я никогда бы не услышал. Это было на 20 м диапазоне.

Второе. Наши гости подходя к школе видели на соседнем доме любительские антенны, это радиолюбитель, Александр, он любит участвовать в соревнованиях на КВ в однодиапазонном зачете, на 17-ти этажке 2 элемента Cushcraft 40_2CD, т.е. сидит себе на 40 м и всё, а у нас полный затык. На 40 м S-метр упирается в противоположную стенку, и на других бендах повыше не лучше. Так продолжалось несколко лет. И что вы думаете. Когда поставили ML по приему, так он работает в начале SSB участка, 7,045 Мгц, а мы в конце, 7,087 Мгц, мы его не ощущаем, как будто его нет.

Были еще испытания на реке Северная Двина. На теплоходе была смонтирована антенна ML (с диаметром излучателя 1,7 м — та самая — немецкая). Это было в конце мая, мы шли в низ по течению в районе г. Котлас, где-то в 3.00 на 40 м слышу работает на Латинскую Америку ER4DX, Василий. У него антенна в несколько элементов и «добрый» помощник. Я напросился в группу, и по S-метру принимал сигналы латино-американских станций на 7 баллов, и рапорт от них получал 7 баллов.

Да, кстати вот ссылка на сайт: сайт DK5CZ там все есть. И еще есть программка MagLoop4, позволяющая расчитывать магнитные рамки, которые могут выполняться ввиде круга, треугольника, квадрата, да вот ссылка, тестируйте сами: Программа для моделирования Magloop4 Если возникнут вопросы по пользованию программой, могу провести так сказать мастер-класс, или открытый урок. P.S. В качестве приемний антенны использовалась конструкция выполненная из медной трубки 10 мм (водопроводная) и конденсатор был переменный от лампового радиоприемника (настроенный один раз на средину диапазона). А в конце статьи выложу скан инструкции по ML.

Ответ одного из пользователей ОДЛР. Воодушевленный беспрецедентным академическим материалом Павла, вспомнил о спортивном снаряде (гимнастическом металлическом обруче), изготовленным знамениой ракетно-космической фирмой им.Хруничева и без надобности покоящимся за диваном… Решил поэкспериментировать на скорую руку… В течение часа ремесленных работ изготовил из нее антенну, изображенную на прилагаемых фото… Шунтирующий конденсатор (0,01 мкф) подобрал по максимуму и чистоте слабого полезного сигнала… Результат замечательный! Прием отличный! А если вынести конструкцию за пределы балкона, то лучшего и не нужно! Концепция верная! Очень доволен. Спасибо Павел! Тема стремительно продвинулась уже к обмену конкретными практическими результатами….

 

Мой ответ. Александр. Все это хорошо, что вы сделали, но мне кажется это будет иметь такой же эффект, если вы поставите емкость в обыкновенный треугольник или квадрат, выполненные из обычной проволоки. Похоже конденсатор играет роль шунта или фильтр-пробки (мне так кажется). В ссылке на сайт DK5CZ приводится схематическая конструкция антенны MLoop. Она состоит из излучателя и петли возбуждения, их размеры соответственно равны 5:1, вот смотрите на рисунок. Петля выполнена из коаксиального кабеля, и она электрически не связана с излучателем (в моих конструкциях), и свой первый халохуп я делал именно так же. Но при других экспериментах вместо петли делалось гамма-согласование. В других случаях роль конденсатора выполнял воздушный зазор в месте распила излучателя, тогда периметр излучателя был равен половине длины волны, кстати это подтверждает и программа.

P.S. Мой знакомый экспериментировал с этими антеннами на диапазоне 145 Мгц, сделал двойную антенну, т.е. два излучателя, расположенные на одной траверсе (Если смотреть сверху, то конструкция похожа на два колеса на одной оси). Хашником контролировали. Результат о-о-очень интересный, я имею ввиду и диаграмму направленности. И в сравнении с многоэлементной антенной, эта конструкция не проиграла. Возвращаясь к конструкции самой антенны, это мое личное мнение, что именно система запитки антенны, будь то петля или другой вид и дает тот эффект, что в сигнале электрическая составляючая ничтожно мала и ею пренебрегают, т.е. присутствует в основном магнитная составляющая. Отсюда и название антенны — Магнитная рамка. Обратите внимание, что петля возбуждения выполнена специфически с разрезами.

Ответы пользователей. Павел, бывал у тебя не единожды, но вот антенным хозяйством не интересовался, а зря… Просвети народ, фото в студию, пожалуйста.

Поскольку в те времена не было цифрового фотоаппарата, то я пользовался «мыльницей». Кстати я забыл. Был еще один опыт использования . Я защищал диплом в ВИА как раз с применением антенн такого типа, диплом имел гриф «секретно», но думаю, что за давностью лет можно и сказать об этом, тем более есть одно фото, это фрагмент пояснительной записки при защите. Это было в мае 1990 года.

 

Затем подготовка к полевым соревнованиям «Радиоэкспедиция Победа». Апрель 2000 года, крыша школы (которая впоследствии стала испытательным полигоном). А это выезд под Волоколамск, к памятнику воинам-саперам (8-9 мая 2000 года) работали позывным RP3AIW. Это как раз антенна из кабеля «на кресте».

 

 

 

 

 

В сентябре 2000 года я уже был в Заполярье. На первом фото монтаж спирально-штыревой антенны с тюнером (9 м высотой, самодельная) и опечатка на надписи фотографии, не 2001, а 2000. В дали видна осветительная мачта, между двумя такими была смонтирована дельта (треугольник) с периметром 90 м. На втором фото — магнитная рамка, располагается горизонтально на расстоянии 80 см от железной крыши вагончика нефтяников.

 

 

 

 

Февраль 2001 года, опять испытания. Крыша школы. Антенна диаметром излучателя 4 м. Первая антенна, заказанная на производстве. В эфире я проводил эксперименты, как по расстоянию, так и в сравнении с другими типами антенн, поэтому был «популярен» в эфире и многие радиолюбители с удовольствием приезжали посмотреть и принять участие в этом процессе. Кстати на основном сайте, в гостевой книге есть отзыв одного из радиолюбителей.

 

 

 

 

Июнь 2001 года, испытания приемной антенны, я о ней писал, выполнена из медной трубки и перевернута (кондер внизу, вакуумный).

 

 

Июль 2001 года, на одном из объектов (на надписи фото тоже опечатка, не 2000, а 2001 год).

 

 

 

Август 2001 года. Получена антенна АМА-5, от DK5CZ. Рядом выполненная в России диаметром 1,7 м (видны болты на излучателе, в местах соединения сегментов) и «горизонтально» расположена диаметром 4 м (улучшенная, точнее усовершенствованная модель).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Июнь 2002 года. Плещеево озеро, слет радиолюбителей центральной части России. Привезли антенну диаметром излучателя 4 м, утановили возле палатки и сравнивали со всеми имеющимися у членов слета (а были и диполя и J-антенны, и треугольники).

 

 

 

Июль 2002 года. Река Северная Двина. Первоначально привезли антенну диаметром излучателя 4 м, но позднее заменили на антенну диаметром излучателя 1,7 м. Причина, не проходили по высоте под мостами.

В сентябре испытания с антенной диаметром излучателя 1,7 м на буксире «Лимендский комсомолец» (Лименда — это речка, впадающая в Северную Двину) в районе города Котлас.

 

 

 

 

Конденсаторы переменной емкости. Первое фото — это с антенны АМА-5, остальные нашего производства.

 

 

 

 

 

Были изготовлены автоматические тюнеры — точнее написана программа для однокристального процессора, команды которого управляют электромотором — поворотом конденсатора.

 

 

Появилась книжка инженера С.И. Шапошникова «Радиоприем и радиоприемники» из серии Библиотека радиолюбителя, издание Нижегородской радиолаборатории им. В.И. Ленина, 1924 год.

В данной книге есть раздел об антеннах, я его перепечатываю и выложу скан рисунка.

раздел «Прием без антенн»

Прием на рамки. Если на деревянную рамку, изображенную на рис. 27а, намотать некоторое количество витков изолированной проволоки, к концам которой присоединить переменный конденсатор С, то получится замкнутый колебательный контур, могущий колебаться волной, длина которой зависит от емкости С и самоиндукции L рамки. Такой контур, располагаеый в вертикальной плоскости и называемый приемной рамкой, обладает следующими свойствами:

  1. Магнитные линии электромагнитной волны, пересекая вертикальные части витков, индуктируют в рамке вынужденные колебания, на которые можно настроить собственную волну рамки конденсатором С. Если к конденсатору С присоединить детекторную цепь, то на такую рамку можно принимать работу передатчиков.
  2. Рамка обладает направляющим действием, т.е. будучи установлена, как показано на рис. 27, и настроена на приходящую волну, она лучше всего принимает сигналы в направлениях, указанных стрелками 1 и 2, т.е. волну, приходящую в плоскость рамки, и совсем не принимает волн, приходящих в направлениях 3 и 4, т.е. волн, приходящих перпендикулярно плоскости рамки. Таким образом, установив рамку в некотором направлении, при котором получается наиболее громкий звук, мы можем определить в каком направлении от нее находится передающая станция.

Рамки обладают своими достоинствами и недостатками. К первым относится их легкое устройство, малый размер, позволяющий устанавливать их дома, направляющее их действие и т.п. Главный недостаток их тот, что они воспринимают слишком мало энергии, так что детектор ими может принимать лишь на небольшие расстояния. Однако при работе с хорошим усилителем мощные передатчики принимаются посредством рамок на тысячи верст.

Приведем некоторые размеры рамок, считающиеся наивыгоднейшими. Рамка квадратная, со стороной = 70 см. Для волны 300 м кладется 4 витка; 600 м — 7 витков; 800 м — 10 витков; 1200 м — 14 витков; 1600 м — 20 витков; 2500 м — 40 витков, и т.д. Виток от витка укладываются на расстоянии одного сантиметра. Емкость конденсатора С должна быть около 1000 пф.

Рамки могут быть разнообразной величины и формы. Наиболее практичной считается рамка в виде ромба, поставленная на угол, рис. 27в.

(Ссылки на инфо из интернета)

Приёмные магнитные рамочные КВ антенны советского военпрома

Бескомпромиссные и несгибаемые ферритовые рамочные антенны
коротковолнового диапазона.

Что можно сказать про электронные изделия отечественной военной промышленности?
Большие, дубовые, надёжные, с приличными характеристиками, изрядным количеством серебра, золота и палладия, рассредоточенных в неказистом, но прочном и твёрдом теле.
Яркими представителями подобного вида продукции являются изделия, приведённые в этой статье.

Всем противникам укороченных рамочных антенн посвящается!

1. Приемная магнитная антенна коротковолнового диапазона «15Э1037» (Битта).

Изделие представляет собой направленную резонансную магнитную антенну коротковолнового диапазона, предназначенную для приема электромагнитных волн вертикальной поляризации. Изделие предназначено для совместной работы с коротковолновыми РПУ Р-250М2, Р-155 и Р-154-2М в диапазоне 1,5 — 30 МГц.

Устройство состоит из антенного блока ЦЛ2.091.007-1 и блока управления.

Рабочий диапазон разбит на 4 поддиапа- зона:
1,5 — 3,3 МГц;
3,3 — 6,8 МГц;
6,8 — 13 МГц;
13 — 30 МГц.

Диаграмма направленности антенны в горизонтальной плоскости имеет форму «восьмерки».

Эффективность изделия — не хуже четвертьволнового вибратора.


Габариты и масса:
антенного блока 625х600х570 мм, 35 кг;
блока управления 453х350х280 мм, 22 кг.

Основной частью изделия является ферритовая рамочная антенна. Магнитная составляющая электромагнитного поля индуцирует в рамке ЭДС, величина которой пропорциональна числу витков, площади витка и магнитной проницаемости сердечника.

Ферритовая рамочная антенна совместно с конденсатором переменной ёмкости образует колебательный контур (антенный контур), который настраивается на принимаемую частоту (частота настройки приёмника). При этом напряжение этой частоты возрастает на контуре в Q раз (Q — доброгность контура), а его сопротивление на этой частоте становится чисто активным и весьма высоким (порядка нескольких десятков кОм). Для максимальной передачи принятой мощности из антенного контура на вход радиоприемного устройства необходимо согласование высокого резонансного сопротивления контура с низким волновым сопротивлением фидера (75 Ом).
Для согласования столь различных сопротивлений во всем диапазоне рабочих частот антенны (1,5-30 МГц) в изделии «15Э1037» применен лампово-полупроводниковый согласуюший тракт ( активное согласование).
Для автоматической настройки в резонанс на любую частоту рабочего диапазона в изделии имеется система автоматической настройки. В режиме настройки вместо антенного контура ко входу РПУ подключается генератор, частота которого равна резонансной частоте антенног контура (метод «сопряженного генератора»). Точность сопряжения генератора обеспечивается использованием в нём того же конденсатора переменной ёмкости, что и для антенного контура. При вращении злектроприводом ротора КПЕ происходит изменение частоты генератора.
При равенстве частоты сигнала генератора частоте настройки приёмника на выходе ПЧ приёмника возникает импульс, который по высокочастотному кабелю подаётся на блок управления.

Так как сигнал генератора содержит кроме основной частоты более высокие составляющие (вторую и третью гармоники), на выходе ПЧ приёмника возможно возникновение импульса от второй гармоники и ложная настройка изделия. Для исключения подобных случаев, изменение частоты генератора начинается от максимальной частоты к минимальной. Поэтому вначале настройки происходит «откатка» ротора КПЕ к положению минимальной ёмкости.
Be время «откатки» сигнал с выхода ПЧ приёмника на схему формирования команд не поступает. После «откатки» начинается режим «поиска». Ротор КПЕ на быстрой скорости в течение 2 с проходит от Сmin до Cmax. При попадании сигнала генератора в полосу приёмника срабатывает система автоматики. Так как по инерции ротор конденсатора проходит положение, при котором частота генератора равна частоте настройки приёмника, система автоматики возвращает ротор конденсатора на медленной скорости. При вторичном попадании сигнала генератора в полосу приёмника система автоматики выключает двигатель. Команда на настройку подается нажатием кнопки, расположенной на передней панели блока управления.

Основной частью антенного контура является ферритовая рамочная антенна, которая состоит из пяти витков, выполненных из посеребренной медной трубки диаметром 6 мм. Внутри витков по периметру размещены ферритовые стержни из материала 30ВЧ2 диаметром 10 мм и длиной 200 мм. Для получения нижней границы рабочего диапазона (1,5 MГц) в рамочной антенне применяются две катушки индуктивности, намотанные проводом ПЭВ на текстолитовые стержни. Индуктивность каждой катушки 22 мкГн. Концы витков закрепляются на блоке реле, предназначенном для переключения поддиапазонов.
Блок реле, катушки индуктивности и рамочная антенна размещены между двумя электроизоляционными щеками из органического стекла.
Для уменьшения воздействия мощных электростатических полей и электрических помех, возникающих вблизи антенного блока, применен электростатический экран.

Так как диапазон частот, принимаемых изделием, довольно большой (1,5-30 МГц, коэффициент перекрытия 20), весь диапазон разбит на 4 поддиапазона. Переход с одного диапазона на другой осуществляется коммутацией пяти витков и двух катушек индуктивности при помощи блока реле.
На первом поддиапазоне все пять витков и обе катушки индуктивности соединены последовательно.
На втором поддиапазоне пять витков соединены последовательно, а катушки индуктивности находятся в режиме короткого замыкания.
На третьем поддиапазоне два витка соединены последовательно, а остальные три находятся в режиме холостого хода. Катушки индуктивности закорочены.
На четвёртом поддиапазоне все пять витков соединены параллельно, а катушки индуктивности закорочены.

Команды на переключение поддиапазонов поступают на блок реле, расположенный в антенном блоке, со схемы выработки команд переключения диапазонов, расположенной в блоке управления.

2. Приемная магнитная антенна коротковолнового диапазона «15Э1213» (Фартук).

Данная антенна по своей сути повторяет предыдущую конструкцию, но, в отличие от неё, является всенаправленной.

Изделие представляет собой всенаправленную резонансную магнитную антенну коротковолнового диапазона, предназначенную для приема электромагнитных волн вертикальной поляризации, и устанавливается на объектах заказчика. Изделие предназначено для совместной работы с автоматизированными коротковолновыми РПУ магистральной связи (например, Р-160П). Изделие обеспечивает всенаправленный прием радиосигналов, для чего в блоке антенном установлены две взаимноперпендикулярные рамочные антенны с широкополосным квадратурным фазовращателем в тракте согласования. Суммирование радиосигналов происходит на общей нагрузке оконечного усилителя.

Рабочий диапазон изделия 1,5 — 29,99999 МГц.
Диаграмма направленности в горизонтальной плоскости имеет форму «круга».
Чувствительность изделия по полю не более 12 мкВ/м в полосе 0,3 кГц при соотношении сигнал/шум 20 дБ.

Габариты и масса изделия:
антенного блока 710х620х276 мм, 40 кг;
блока автоматической настройки 550х250х200 мм, 20 кг.

Антенный контур состоит:
рамок диапазона 1,5-6 МГц (5 витков) и диапазона 6-30МГц (2 витка) прямоугольного сечения, выполненных из медной трубки диаметром 6 мм;
двух трансформаторов, осуществляющих симметрирование рамок;
дискретного конденсатора переменной ёмкости.

Выбор двух рамок обусловлен требованием к перекрытию рабочего диапазона антенны с минимально возможными переключениями во вторичных цепях и с наилучшим согласованием индуктивных и ёмкостных сопротивлений нагрузок первичной и вторичной обмоток симметрирующих трансформаторов.

Восьмиразрядный ДКПЕ с дискретом 2 пФ, управляемый с помощью высокочастотных реле, включён параллельно индуктивности рамок через симметрирующие трансформаторы.

 

Магнитные антенны: мифы и реальность

Добрый день! В данной статье я хочу разобрать варианты установок магнитных антенн на примере ML145. В качестве металлической поверхности будет использоваться небольшой металлический стол размерами приблизительно 1 квадратный метр. Этим будет обеспечено то минимально необходимое, что рекомендуется большинством производителей антенн для её работы. Антенна будет ML145 с немного коротким хлыстом и регулировать антенну я не буду, то есть замеры будут проводиться при одной длине штыря. Настроена антенна в районе 27.5 МГц, но для исследования это не имеет особого значения. При анализе мифов буду пользоваться антенным анализатором АА-330. Все выводы буду строить исходя из реальных графиков КСВ. Антенна у меня хоть и не новая, но полностью перебрана и проверена. Итак, поехали.
Для сначала немного теории о том, как работает любая магнитная антенна. Если совсем коротенько, то любая антенна не может работать без второй половинки — заземления. И чем лучше эта сеть заземления (тут не надо путать с электрическим заземлением, у нас радиоэлектрическое), тем лучше работает наша антенна. Это потому, что магнитное поле возникает между вибратором и заземлением. Поэтому, чем длиннее излучатель и больше сеть заземления, тем и излучение больше. Дальше. У нас магнитная антенна и, следовательно, связь с этой самой землей емкостная. Как известно, любой конденсатор пропускает переменный ток и, поэтому, можно считать, что по переменному току (радиочастоты) мы имеем контакт с землей (кузов машины, иная металлическая поверхность). Зная размеры нашего конденсатора можно легко измерить его емкость. Вот, можно посчитать самостоятельно:
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D0%B4%D0%B5%D0%BD%D1%81%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80
Получается примерно 150 пФ. Зная емкость, можно посчитать сопротивление конденсатора на частоте 27 МГц. Реактивное сопротивление ёмкости XC=1/(2пfC). Исходя из этого мы получаем порядка 30 Ом. Теперь разрушится один из самых главных мифов настройщиков. При работе антенны у нее складываются R излучения и R всех потерь. Теперь, если у нас антенна имеет 50 Ом и потери 30 Ом, то КСВ будет (50+30)/50=1.6. Если КСВ у Вас близко к 1.0, то, наверное, Ваша антенна имеет далеко не 50 Ом и поэтому КСВ близко к единице. (20+30)/50=1.0. Но КПД Вашей системы в первом случае будет 50/(50+30)=62%, а во втором — 20/(20+30)=40%, то есть в первом случае антенна будет излучать в 1.5 раза больше. Вот тебе и КСВ 1.0 и 1.6. Почему так, а не иначе? Всё просто. Величина R потерь неизменна и меньше стать не может, а вот вырасти — запросто. Поэтому КСВ 1.0 говорит о том, что что-то не так в Вашей антенне. А вот КСВ 1.5 — это то, что и должно быть на самом деле.
Перейдём, наконец, к самому эксперименту.
Всеми производителями рекомендуется устанавливать антенну в геометрический центр крыши автомобиля. Это и проделаем.


Вот и график КСВ:

Небольшие пояснения. Красный график — это КСВ (делить вертикальную шкалу на 10). Зеленый график — это активное сопротивление антенны, синий график — это потери. Напомню, что мы как раз посчитали наши потери на магните около 30 Ом и, судя по графику, это именно так. Возьмем за настройку антенны наш минимум — 27.000 Мгц, как основную для работы на этой частоте, и сравним с тем, что получим при основных ошибках установки антенны. И попробуем разобраться, что и почему именно так.
1) Очень часто антенна в центре крыши совсем не хочет настраиваться в минимум КСВ, но прекрасно настраивается на краю крыши. Объясняется это очень просто. Для антенны всегда лучше один более длинный противовес, нежели несколько коротких. Многие воскликнут: «А как же диаграмма направленности? Будет перекос!» Перекос будет, но на слух его уловить будет очень сложно. Напомню, что один кубик на S-метре — это 6 ДБ по мощности. А 6 ДБ — это 4-х кратная разница. В реальном эфире трудно уловить разницу между 7 и 8 кубиками. А 6 ДБ получить таким перекосом я считаю нереальным. Ну, если не так, то растреляйте. Смоделированный в MMAN’е вертикал с одним противовесом имел перекос диаграммы 3-4 ДБ. Вот и график КСВ:

Минимум КСВ стал на 26.600 Мгц. Резонансная частота антенны понижается при улучшении «земли». Очень часто бывает так, что при установке антенны в центр крыши не хватает длины штыря для настройки в районе 26.500 Мгц. А как только поставишь скраю, на угол, то всё становиться нормально. Бывали случаи, что штырь приходилось резать на 20 см. В такой ситуации лучше не укорачивать полотно антенны, а убрать виток/полвитка из удлинняющей катушки в основании антенны и, тем самым, сохранить КПД антенны.
2) Одной из частых ошибок при установке антенны является кусок толстой, как правило, джинсовой ткани под магнит. Некоторые даже предлагают свою модернизацию по замене резиновой галоши на джинсу… При такой установке минимум КСВ смещается в более высокочастотную область. В моем случае КСВ сместилось на 200Кгц. Но на этом все бяки такого использования не заканчиваются. Вот график КСВ с тряпочкой и в центре:

НО!!! Страна у нас достаточно дождливая и поэтому тряпочка намокнет:

КСВ не изменилось. Всё, вроде бы, хорошо. Но постепенно Ваша тряпочка будет впитывать различные соли, что особенно актуально в зимний период времени. И, как следствие, через непродолжительное время коррозия сделает свое гиблое дело. Тем более что материалы, используемые в антеннах, зачастую несовместимы и при появлении влаги просто начинают разрушаться. Постепенно вода будет попадать под магнит (вода всегда найдет дырочку) и прямиком в кабель. Ну, а тот, в свою очередь, превратится в эквивалент нагрузки, а не в антенну!!!
3) Со временем резиновая галоша под магнитом выходит из строя и её просто выбрасывают. Галоша входит в состав обкладок конденсатора и, в отсутствии галоши, наш конденсатор изменяет емкость. Резонанс становиться очень острым и тут уже сложно угадать, так как вместо галоши будет краска или подстилающая поверхность вашей машины а свойства их неизвестны.

4) Самое плохое, что может произойти с вашей антенной — это отсутствие фольги или электрического контакта с оплеткой кабеля. Проверяется просто. Я беру и включаю мультиметр на прозвонку диодов и касаюсь одним щупом юбочки антенного разьема, а другим — к фольге, немного прижав к оной. В идеале должно показать падение 0 вольт. Считаю падение до 0.1 вольта приемлемым. Если показания иные, то разбираем, чистим магнит, проходим мелкой шкуркой.
Вот график без фольги и с тряпочкой.

Думаю и так понятно. И это даже при условии, что в середине пятачок играет роль. В реальной жизни у него контакта тоже нет и картина будет еще плачевней.


5) А теперь посмотрим, что произойдет, если к условиям выше добавить водичку. Минимум КСВ сместился на 600 Кгц:

Немного другой вариант, когда фольга еще работает, но галоша вышла из строя и вы подложили тряпочку:

Это были варианты установки антенны в центр. Теперь ознакомимся с результатами установки на угол.

Без галоши:

КСВ немного понизилось по частоте. Тут изменилась емкость нашего конденсатора за счет того что уменьшилось расстояние между обкладками и тем самым увеличилась емкость. Но тут возможен обратный эффект, в зависимости от свойств покрытия железки.
Теперь подложим тряпочку:

И КСВ ушло на 500Кгц вверх.
Пошел дождик и тряпочка намокла:

Комментарии излишни.
На некотором ресурсе о гражданском диапазоне говорилось, что фольга на магните особо не нужна. Достаточно связи кабеля антенны с кузовом. Вот график антенны на углу с кабелем, идущим в сторону от железки и второй график, где кабель свернут и лежит на железке.


Как видно на втором графике, КСВ сместилось на 100 КГц, тогда как удаление фольги сместило КСВ на 500 КГц. Поэтому на работу антенны в лучшую сторону это совсем не отражается. Этому есть вполне «научное» объяснение. Всё магнитное поле в коаксиальном кабеле находится внутри кабеля. А источник нагрузки находится на конце кабеля. Если бы было по-другому, то наш кабель бы излучал, а не антенна. И это была бы уже не антенна. Это как сделать противовесы на рации, а не на магните.
Теперь тряпка, без фольги и после дождя…

Подведем теперь небольшие итоги.
На многочисленных графиках мы увидели, как может отличаться настройка антенны при типичных ошибках установки антенны и как влияет место установки. Это лишний раз доказывает, что антенно-фидерное хозяйство необходимо содержать в порядке. Обязательно нужна проверка КСВ раз в сезон. В ходе работы получилось поставить под сомнение некоторые мифы. А факты таковы:
1) Установка антенны в центр крыши необязательна. Очень часто антенна работает даже лучше на краю крыши.
2) Любые инородные предметы под магнитом ухудшают работу антенны. А такие, как толстые ткани, еще и провоцируют коррозию магнитного основания и поверхности установки. Если необходима защита лакокрасочного покрытия крыши автомобиля, выберите меньшее из зол и наклейте на место установки антенны тонкую защитную плёнку.
3) Для хорошей работы нужна фольга, наклеенная на подошву магнитного основания, и обязательно имеющая надежный электрический контакт с оплеткой кабеля.
4) Прокладка кабеля по железу никак не влияет на настройку антенны. Влияют открытые двери, люки и прочие металлические предметы, которые находятся вблизи антенны.
5) Прокладка тряпочки изменяет в широком диапазоне настройку вашей антенны в зависимости от погодных условий… Что сказывается на качестве вашей связи и может вызвать поломку радиостанции.
6) Также отдельной строкой хочу отметить, что на величину КСВ очень сильно влияет состояние поверхности, на которой стоит антенна. Различного рода грязь очень сильно уводит настройку антенны. Поэтому, если вы постоянно убираете антенну, перед установкой очищайте, протирайте поверхность установки даже если Вам кажется, что она чистая. Пыль очень коварна.
Всем спасибо! Ваш SanSanich. 55! 73!

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *