ГлавнаяОптимизацияОптимизация рамочных антенн по входному сопротивлению

Техника радиоприёма. Оптимизация рамочных антенн по входному сопротивлению


4 антишумовые антенны - стр.4

4. Антишумовые антенны.

В радиолюбительской практике рамочные антенны, в основном, используются как приемные антишумовые антенны. Чувствительность современных приемных устройств обычно значительно выше уровня электромагнитного шума в месте приема. Используя рамочную антенну типа магнитной рамки можно не только значительно ослабить электрическую составляющую помех, которая обычно преобладает в шумовом спектре, но и провести селекцию сигнала по направлению. В этом случае мы имеем ослабление помех и выделение полезного сигнала. Особенно полезно использование рамок на НЧ диапазонах, где реализуемая чувствительность приемника, в основном, определяется наличием помех на этих диапазонах.

Обычно для приема используются настроенные рамки (рис.7).

В усилителях используют малошумящие полевые транзисторы. Такая рамка в зависимости от ее размеров может работать в диапазоне от 30 до 1,8 МГц.

При конструировании приемных рамочных антенн, работающих только в диапазоне 1,8-3,5 МГц часто отдают предпочтение ферритовым антеннам (рис.9). В этом случае применяют простые меры для симметрирования антенны – это симметрирующие трансформаторы и выполненная специальным образом намотка ферритовой антенны.

Следует еще раз напомнить, что рамочные антенны имеют значительное ослабление полезного сигнала по сравнению с другими, поэтому их можно использовать только с высокочувствительными приемниками.

5. Действующая высота рамочной антенны.

Действующая высота (длина) антенны показывает, какой по высоте (длине) должен быть провод, обеспечивающий на своих концах такое же напряжение, которое обеспечивает данная антенна (рис.10).

Это определение дано мною несколько упрощенно, но в то же время оно правильно отражает понятие действующей высоты, которое необходимо знать радиолюбителю.

Для рамочной антенны действующая высота рассчитывается по формуле:

hd = 2p nS/l ,

где n - число витков провода, образующих рамку, а S - площадь рамки. Действующая высота рамки с ферритовым сердечником равна

hd = m с × 2p nS/l ,

где m с - проницаемость сердечника.

В таблице на (рис.11) показана действующая высота одновитковой рамки Æ 20 см на диапазонах 160, 80, 40, 20, 10 м. Из таблицы видно, что одновитковая рамочная антенна имеет действующую высоту меньше, чем ее радиус. Но не надо расстраиваться – за счет того, что антенна настраивается в резонанс (рис.7,8), ее эффективность возрастает.

 

6. Входное сопротивление рамочной антенны.

Входное сопротивление антенны определяется в общем случае отношением напряжения к току на ее входных клеммах и характеризует антенну как нагрузку для генератора (рис.12).

Большинство используемых радиолюбителями антенн имеет входное сопротивление в пределах 36-100 Ом. Это удобно по следующим причинам :

Как только сопротивление антенны резко отличается от 50-100 Ом, приходится применять согласующие устройства. В случае, если сопротивление значительно выше, скажем, 300-600 Ом, используют трансформаторы и открытые линии. Но в случае, если сопротивление значительно ниже – 1-5 Ом – возникают серьезные проблемы. Использование трансформаторов затруднительно, согласующие устройства на L и C имеют при таких значениях трансформации низкий КПД ввиду рассеивания энергии на них самих. Даже если мы согласуем, к примеру, 100 Вт на 1-Омную нагрузку, в этом случае в ней должен протекать ток в 100 А (!), причем, ВЧ-ток. Понятно, что антенна должна быть изготовлена из очень качественного материала. Использовать такую низкоомную антенну на передачу сложно.

Во-первых, происходят потери на согласующем устройстве, во-вторых, потери в самой антенне. Вот почему использование магнитной рамки на передачу часто имеет лишь теоретический характер. Но приведем формулу для расчета входного сопротивления магнитной рамки (3):

R = 800 ´ ( hd / l 2 ).

К примеру, расчетное входное сопротивление рамки диаметром 30 см, имеющей 10 витков при работе на длине волны 50 м будет равно 0,25 Ом. Естественно, что согласовать антенну, имеющую такое низкое входное сопротивление, чрезвычайно трудно. В случае, если рамка настроена (рис.7), ее входное сопротивление со стороны конденсатора будет велико (килоомы), и, опять же, ее согласовать будет еще труднее.

Радиолюбители обычно используют согласование с помощью магнитной петли связи, как использует DF9IV. Но и такое согласование имеет весьма низкий КПД.

 

7. “Земля” в работе рамочной антенны.

Рамочная антенна, как уже отмечалось, реагирует только на магнитную составляющую радиоволны. Земля для данного типа антенн не нужна. В общем случае, как приемная, так и передающая антенны часто расположены на незначительном (1-2 м) удалении от земли, и она практически не мешает их работе. Магнитная составляющая проникает глубже электрической, что позволяет использовать магнитные рамки там, где обычные антенны уже не работают – в бетонных зданиях, в землянках.

 

8. Связь коаксиального кабеля с передающими магнитными рамочными антеннами.

При работе таких антенн на передачу используют два вида связи – через петлю и через гамма-согласование (рис.13). Нужно обратить внимание, что как петля связи, так и гамма-согласование находятся точно напротив подстроечного конденсатора. Это необходимо для сохранения симметрии самой рамки.

Обычно диаметр петли связи равен 1/5 диаметра основной рамки. С помощью петли связи можно получить удовлетворительное согласование во всем диапазоне частот работы магнитной рамки. Провод для петли связи необходимо использовать по возможности не тоньше того, из которого сделана магнитная рамка. Второй вид согласования – гамма-согласование. Диаметр провода, используемый в гамма-согласовании примерно в 2-5 раз тоньше основной рамки. Расположен он на высоте около 0,05-0,15 диаметра основной рамки. Длина L гамма-согласования не более 0,2 длины рамки и часто составляет даже 0,1 длины рамки. Гамма-согласование требует более тщательной настройки при работе на разных диапазонах, но имеет КПД выше, чем согласование с помощью петли связи. При использовании рамки в двух-трех диапазонах можно найти оптимальное гамма-согласование для них. Можно использовать замыкающие перемычки, если доступ к раме легок. В любом случае, при использовании магнитных рамок рекомендуется использовать тюнер (7).

При использовании рамок только в качестве приемных проблемы с согласованием обычно не бывает. Для этого используют транзисторный усилитель, расположенный непосредственно около рамки (рис.7), от которого по коаксиальному кабелю отфильтрованный и усиленный ВЧ-сигнал поступает на вход приемника.

 

9. Размеры и исполнение магнитных рамочных антенн.

Для передающей рамочной антенны обычно характерны размеры, приведенные в таблице (рис.14).

При этих размерах рамка будет эффективно работать на высшем диапазоне и в трех соседних, например, 28-21-14 или 7-3, 5-1, 9. Максимальная ее эффективность будет на высшем диапазоне, на нижнем – эффективность будет снижаться. Эта таблица приведена для магнитной рамки без экрана. В случае использования рамки с электростатическим экраном следует учитывать емкость внутреннего провода на экран, что уменьшает резонансную частоту рамки. Вообще для эффективной работы рамки ее периметр должен быть не менее 0,08 длины волны, на которой эта рамка работает.

С помощью конденсатора рамку можно настроить и на еще более низкие диапазоны, но ее эффективность как передающей будет уже весьма низкой.

Однако, давайте разберемся, от чего зависят оптимальные свойства магнитных рамок. Как было показано выше, в параграфе 5, входное сопротивление магнитных рамок весьма мало. Это приводит к существенным сложностям при согласовании антенных систем, в которые магнитная рамка включена непосредственно как антенна (рис.7).

Как и всякий провод, рамочная антенна имеет свою величину индуктивности. Эту величину можно рассчитать теоретически и измерить с помощью соответствующих приборов. Включив на разомкнутых концах рамки конденсатор, получим обычный колебательный контур, который с помощью этого конденсатора можно настроить в широком диапазоне частот. На (рис.13) понятна связь кабеля через петлю связи – аналог индуктивной связи с контуром и через гамма-согласование – аналог трансформаторной связи с контуром. Понятно, что при трансформаторной связи можно согласовать рамку более тщательно.

В этом колебательном контуре, образованном рамкой и конденсатором, электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора, а магнитное – вокруг рамки. Именно магнитное поле и является в дальнейшем причиной электромагнитной волны, которую излучает антенная система. Если мы будем решать задачу для нахождения оптимальных размеров рамки и емкости конденсатора, то результатом решения и будут приведенные выше цифры - длина рамки около 0,08 длины волны и емкость конденсатора около 30-50 пФ для диапазона 30 - 2 МГц.

Если мы возьмем рамку меньшей длины, то она уже не будет излучать столь сильно, из-за малой добротности рамки Q, которая, как известно, определяется как:

Q = (L / C) / Rn,

где L - индуктивность рамки, C - емкость на конце рамки, Rn - сопротивление потерь в рамке.

Понятно, что минимальное сопротивление потерь и максимальное отношение L / C будет у одновитковой рамки. Есть еще одна чисто физическая причина эффективной работы одновитковой рамки. Для максимального излучения необходимо охватить магнитным полем как можно больший объем пространства, что выполняется только у одновитковой магнитной рамки.

Если мы используем рамку большей длины, чем 0,08 рабочей длины волны, то она уже может не настроиться в резонанс и, вследствие этого, ее согласование станет проблематичным. Если же применим еще и рамку с электростатическим экранированием, то, учитывая емкость экрана на рамку и протекающие емкостные токи между рамкой и экраном, можно ожидать снижения ее эффективности по сравнению с неэкранированной рамкой при работе ее на передачу.

Итак, для работы на передачу лучше всего использовать одновитковую рамку. При настройке рамки в резонанс по ней могут протекать ВЧ-токи в сотни ампер, в зависимости от мощности вашего передатчика и степени согласования его с рамкой. Поэтому для передающей магнитной рамочной антенны важно, чтобы она была выполнена по возможности из медной трубы как можно большего диаметра. Желательно, чтобы ее поверхность была отполирована до зеркального блеска. Конденсатор переменной емкости обязательно должен быть высококачественным и, по возможности, не имеющим трущихся контактов. В крайнем случае, можно использовать обычный спаренный конденсатор, у которого будут подключены к рамке только статорные (неподвижные) пластины (рис.15). Естественно, в этом случае необходимо использовать ручку из хорошего диэлектрика для настройки рамки. Конденсатор должен быть высокодобротным, это является важным условием эффективной работы рамки на передачу. Поэтому он должен быть или воздушным или вакуумным – с твердым диэлектриком использовать нежелательно.

Следует заметить, что иногда встречаются сообщения об использовании радиолюбителями ненастраиваемых магнитных рамочных антенн для работы на передачу (рис.16). Даже теоретически задача эффективного согласования такой рамки с передатчиком очень сложна и выходит за пределы чистого радиолюбительства, поэтому этот тип антенн здесь не рассмотрен. Не рекомендуется их использовать без надлежащей теоретической и практической подготовки, так как результат будет весьма неутешителен.

.

При использовании магнитных рамок в качестве приемных антенн проблема КПД так остро не стоит. Это означает, что можно использовать конденсатор с твердым диэлектриком или воздушный с трущимися контактами. Рамка может быть многовитковой, вследствие чего размеры ее могут быть уменьшены. Провод, используемый для рамки, может быть тонким, часто применяют коаксиальный кабель для выполнения магнитных приемных рамок. В этом случае внутренняя жила и есть сама рамка, а экран кабеля выполняет роль экрана рамочной антенны. Передвижением катушки по стержню можно плавно изменять индуктивность контура, что и делается для сопряжения входного контура на ферритовом стержне с гетеродинным контуром во многих промышленных малогабаритных транзисторных приемниках.

Из рис.17 видно, что наибольшую индуктивность будет иметь система, где катушка равномерно распределена по ферритовому стержню. Исходя из этого, для работы на КВ (примерно до 7-10 МГц) можно попытаться использовать ферритовый стержень даже проницаемостью 600-400. Это может выручить тех, кто не имеет возможности достать ферриты с проницаемостью 100. Провод для ферритовых антенн лучше использовать многожильный, с большим количеством жил. Общий диаметр этого провода для СВ и ДВ может быть до 0,5 мм, для КВ - до 1 мм.

При использовании магнитных ферритовых антенн (рис.17а,17б) катушку связи можно располагать на одном из ее концов, при использовании же антенны (рис.17в) катушку связи можно располагать сверху основной катушки в любом ее месте. В любом случае предпочтительно использовать усилители с симметричным входом.

 

10. Коэффициент полезного действия магнитных рамочных антенн.

Как известно, КПД передающей антенны равен:

КПД = Ра / Ртх,

где Ра - полная мощность, излучаемая антенной, а Ртх - полная мощность, подводимая к антенне от передатчика.

Очевидно, что КПД антенны никогда не будет выше 100 % и Ра < Ртх. Также очевидно, и что Ртх = Ра + Рп, где Ра – полная мощность, излуча-емая антенной, Рп – мощность потерь.

И в этом случае

КПД = Ра / (Ра + Рп)

На самом деле определение излучаемой антенной мощности является очень сложной задачей, требующей применения мощного математического аппарата и точных приборов. Поэтому, чтобы упростить задачу, будем считать, что вся мощность, которая подводится к оптимально, согласованной, антенне, излучается, то есть преобразование подводимого высокочастотного напряжения в электромагнитную волну антенной равно 100 %.

Потери энергии в этом случае могут быть только в кабеле при неидеальном согласовании антенны с кабелем. КПД в этом случае будет равен

КПД = Ра / (Ра + Рпк),

где Рпк - мощность потерь в кабеле. При хорошо согласованной с кабелем антенне КПД может составлять величину до 98%. Именно такие цифры были приведены для антенны DK5CZ в (9). Нужно понимать, что это значение дается фирмой-производителем в рекламных целях и далеко от реального положения дел. Проведя несложные преобразования, КПД можно определить и как:

КПД= Rа / (Rа + Rп),

где Ra – сопротивление излучения антенны, а Rп – сопротивление потерь.

В случае использования магнитных рамок, сопротивление потерь может быть относительно большой величиной. Сопротивление излучения магнитной настроенной рамки примерно равно характеристическому сопротивлению контура Rп = Ö ` L / C

Практически можно определить индуктивность и добротность рамки из соотношений:

Q = w L / Rп и Q = Rи / Rп и определить сопротивление потерь рамки и ее общую емкость. Эти величины очень важны для расчета КПД антенной системы.

Возьмем очень хороший случай, когда используется высококачественный конденсатор и высококачественная медная трубка. В этом случае сопротивление потерь этих элементов будет мало в сравнении с сопротивлением излучения рамки. Очевидно, что КПД в этом случае

КПД = Rи ´ К / (Rи + Rк + Rр)

где Rи - расчетное идеальное сопротивление излучения рамки,

Rк - сопротивление потерь в конденсаторе,

Rр - сопротивление потерь в рамке,

K - КПД согласующего устройства.

Расчетное значение КПД для этого случая равно около 45 % и не превышает КПД согласующего устройства. Однако, и это значение КПД не так уж плохо. Не следует забывать, что он выше, чем у штыря с 3 противовесами, к тому же рамочная антенна обладает направленностью, что позволяет радиолюбителю более полно использовать ее возможности.

КПД приемной антенны равен отношению мощности отдаваемой антенной в нагрузку к мощности, которую она отдавала бы в нагрузку, если бы не имела потерь. Потери же в приемной антенне велики, т.к. обычно используется тонкий провод, конденсатор с трущимися контактами, часто с твердым диэлектриком и к согласованию с нагрузкой не относятся так серьезно, как в передающих антеннах.

Можно предположить, что КПД в этом случае будет в пределах долей процента. Но за счет усиления приемника и направленных свойств эти антенны обеспечивают удовлетворительный прием.

 

11. Расположение магнитной антенны в пространстве относительно других предметов.

Как уже отмечалось выше, магнитные антенны реагируют на магнитную составляющую электромагнитной волны. Это позволяет размещать магнитные антенны даже внутри железобетонных зданий. Но конечно, лучшим вариантом их размещения будет свободное пространство. Оно позволит избежать промышленных помех и позволит полностью реализовать направленные свойства магнитных антенн.

Что касается передающих антенн, то при их размещении есть свои особенности. За счет излучения сильного магнитного поля, такие антенны дают наводку на магнитные головки магнитофонов и проигрывателей, на катушки индуктивности различных устройств. Это может создать сильные помехи для телевидения и радиоприема, причем помеха не исчезает при отсоединении антенны от этих устройств, но за счет изменения направления излучения магнитной антенны и, может быть, за счет изменения пространственного расположения самих устройств, подвергающихся наводкам, может быть существенно уменьшена.

При размещении антенны на балконе, рядом с проводящими предметами, диаграмма направленности антенны исказится, но с этими искажениями можно вполне смириться.

На крыше требуется весьма мало места для размещения магнитной передающей антенны. Рядом с ней могут быть любые предметы и любые антенны – они окажут мало влияния на ее работу, и в то же время будут мало подвержены влиянию со стороны магнитной антенны. Это одно из самых главных преимуществ магнитных антенн над всеми остальными.

Но есть случай, когда характеристики антенны могут серьезно исказиться – если магнитная антенна находится внутри дельты или другой петлевой антенны (рис.18). Характеристики же самой наружной антенны при этом не изменяются. Для компенсации влияния наружной антенны на внутреннюю, к концу коаксиального кабеля, идущего от этой внешней антенны, погружают переменный конденсатор емкостью до 400 пФ, переменную индуктивность 10-200 мкГн или переменное сопротивление 200-300 Ом (рис.18).

Возможна комбинация нагрузки из этих элементов. Обычно при этом удается добиться того, что наружная антенна не влияет на внутреннюю.

12. Воздействие атмосферного электричества и осадков на магнитную антенну.

Вследствие того, что рамка и питающий коаксиал заземлены, магнитная антенна не подвержена помехам со стороны статического электричества. Это позволяет использовать её в предгрозовой период . Так как магнитная антенна обычно расположена ниже других антенн, то попадание молнии в неё очень и очень маловероятно.

Вследствие избирательности по направлению и резонансных свойств магнитная антенна подвержена грозовым помехам гораздо меньше, чем любая другая антенна. Это позволяет вести работу на нее даже во время грозы, когда на другие антенны прием из-за QRM практически уже не возможен. В целом же магнитная антенна является самой безопасной из всех антенн при работе во время грозы.

Необходимо тщательно защищать излучающую поверхность рамки от воздействий осадков, которые могут “съесть” тонкий зеркальный поверхностный слой. Это можно сделать с помощью радиокраски. Необходимо принять меры по защите переменного конденсатора и по защите согласующего устройства. На конденсаторе будет высокое напряжение, а через согласующее устройство будут протекать значительные токи, поэтому недопустимо попадание влаги на них. Коронные и поверхностные разряды могут испортить конденсатор и согласующее устройство.

Вследствие своих малых размеров магнитная антенна может быть размещена даже под навесом или полностью в диэлектрическом экране для защиты ее от воздействия осадков.

 

13. Магнитные антенны с кардиоидной диаграммой направленности.

Если соответствующим образом сложить диаграмму направленности магнитной антенны, которая имеет вид восьмерки (рис.19) и диаграмму направленности штыревой антенны, которая имеет вид круга, то получим кардиоидную диаграмму направленности (рис.19). Кардиоидной она называется потому, что фигура, образованная ей носит название “кардиоида”.

Чтобы получить такую диаграмму направленности, необходимо сложить соответствующим образом по фазе и амплитуде сигналы от рамки и штыря. Так как рамочная антенна реагирует на магнитную составляющую ЭМВ, а штырь на электрическую, то сдвиг фаз ЭДС, производимых этими антеннами, будет 90 градусов. Это объясняется тем, что сдвиг фаз между магнитным и электрическим векторами ЭМВ составляет 90 градусов. Для кардиоидной диаграммы направленности необходимо, чтобы фазы ЭДС от двух антенн совпадали. Для этого обычно включают в цепь штыря высокоомный резистор или индуктивность, или то и другое (рис.20)

Если осуществить переключение штыря, то мы сможем изменить направление кардиоиды (рис.21). В некоторых случаях удобно переключать не штырь, а менять фазу ЭДС от магнитной антенны (рис.22). Такие кардиоидные антенны широко используются “лисоловами” для приема. Использование таких антенн на передачу хотя и сложно, но теоретически возможно. Для этого необходимо иметь согласованную рамку и согласованный штырь (рис.23). Штырь может быть выше диаметра рамки в 3-4 раза. При использовании устройств, согласующих малые сопротивления штыря и рамки с передатчиком, магнитные рамки получим сдвиг фаз ЭДС от штыря и рамки, который будет нам неизвестен. Вот почему фазосдвигающее устройство должно обеспечить регулировку фазы от 0 до 90 градусов.

Конечно, при создании такого устройства возникают проблемы по обеспечению как его широкополосности, так и, по возможности, его оперативной подстройки, т.к. сдвиг фаз рамки и штыря, который обеспечит их согласующие устройства, может меняться не только при смене диапазонов, но и внутри одного диапазона.

Есть еще один интересный способ получения кардиоидной диаграммы направленности. Выше было показано, за счет чего получается диаграмма направленности в виде восьмерки. Если же мы в неэкранированной рамочной антенне заэкранируем одну из ее полови-нок, то тем самым существенно ухудшим прием, идущий со стороны этой экранированной половинки (рис.24) и нарушим симметрию рамки. Такую приемную антенну можно выполнить из коаксиального кабеля со снятым экраном. При использовании ее на УКВ для повышения эффективности работы ее периметр может быть равен четверти длины волны. При использовании такой антенны в качестве передающей, необходимо ее тщательное согласование с передатчиком.

 

textarchive.ru

РАМОЧНАЯ АНТЕННА

Рамочная антенна — это направленная антенна, которая представляет собой один виток или несколько витков провода. Витки образуют рамку определенной формы, это может быть прямоугольная, круглая или квадратная рамка. В плоскости рамки находится максимальная интенсивность как приема, так и излучения волн. Рамочная антенна также носит название миниатюрного магнитного диполя. Применяются рамочные антенны в радиопеленгаторах, где они выполняют функцию приемной антенны. Кроме этого, приемные антенны используются в радиовещательных приемниках, которые работают в коротких, средних и длинных волновых диапазонах.

Рамочную антенну изобрел К. Браун в 1916 г. Ли де Форест, установив одни из первых радиостанций на пяти базах военно-морского флота США, стал заниматься разработкой нескольких видов антенн, среди них и рамочной антенной.

Входное сопротивление в рамочной антенне имеет индуктивный характер за счет того, что длина рабочей волны превосходит периметр ее рамки. Благодаря этому, присоединив конденсатор переменной емкости к рамочной антенне, можно получить колебательный контур. Контур настраивается на необходимую рабочую волну. Фаза и амплитуда колебаний тока являются постоянными по всему периметру, если только размеры рамки достаточно малы. Направление тока противоположно в элементах, противолежащих друг другу в передающей рамочной антенне. Поэтому электромагнитные волны, которые излучают противолежащие элементы, сдвигаются по своей фазе на 180°. В перпендикулярном плоскости рамки направлении получается полная компенсация излучения, в отличие от других направлений, где компенсация оказывается неполной.

Рамочные, или, по-другому, петлевые антенны используются для приема телевизионных программ. Наиболее часто применяются лампы с двумя или гремя элементами, которые носят название двойного или тройного квадрата. Конструкции подобных ламп довольно просты, усиление высокое, а полоса пропускания узкая.

Узкополосные антенны, в отличие от широкополосных антенн, обеспечивают избирательность частоты. За счет этого сигналы от других телевизионных передатчиков не проникают на вход телевизионного приемника, который работает на близких с ними частотных каналах.

Для работы в дециметровом диапазоне в двухэлементных лампах рамки изготовляются из медного или латунного прутика. Диаметр прутика не должен превышать 3—6 мм. Середины двух элементов рамок соединяет верхняя металлическая стрела. Нижняя стрела крепится к текстолитовой пластине, она является изолированной от вибраторной рамки. К той же пластине прикрепляются концы вибраторной рамки с помощью винтиков и гаек.

По сравнению с рамочной антенной с двумя элементами, которая носит название волнового канала, антенна двойной квадрат усиливается на 1,5 дБ, т. е. в несколько раз больше.

В рамочной антенне тройной квадрат находятся три рамки. Рамка директора и рамка рефлектора замкнутые, а рамка вибратора в некоторых точках разомкнута. Расположены рамки симметрично друг другу, поэтому центры их крепятся к обеим стрелам в серединах сторон. Центры рамок располагаются на одной горизонтальной прямой, которая направлена на телецентр. Лучшие результаты работы рамочной антенны достигаются тогда, когда верхняя стрела изготовлена из того же материала, что и рамки, а нижняя стрела выполнена из какого-нибудь изоляционного материала.

Простая конструкция рамочной антенны с тремя элементами состоит из куска толстого провода, работает в дециметровом диапазоне.

Расстояние между несколькими элементами рамочной антенны определяет ее усиление и входное сопротивление.

Рамочные антенны с двумя и тремя элементами тщательно направляются и ориентируются из-за того, что главный лепесток диаграммы направленности довольно узок. Настраивают рамочные антенны с помощью шлейфа, который подключен к рефлектору. Для настройки измеряется длина шлейфа, которая в идеале должна быть на 4% больше, чем длина вибратора антенны.

Если переходить от лампы двойного квадрата, в состав которой входят рефлектор и вибратор, к антенне с гремя элементами, то этот переход приведет к выигрышному усилению на 1,7 дБ.

Э. Тафро сконструировал несколько антенн, основывающихся на проволочной рамке прямоугольной формы. Соотношение сторон в рамочной антенне равнялось 1:3. Подобные рамочные антенны обладают преимуществом в небольшой подвесной высоте, которая выполняется при вертикальном расположении короткой стороны. Для большего эффекта антенну дополняют активной рамкой или рамочными директорами.

Четырехэлементная рамочная антенна с указанным соотношением сторон была построена и поставлена на определенной высоте — 40 м. В ходе экспериментальных работ антенну сравнили с трехэлементной полноразмерной антенной. В 90 случаях из 100 антенна с четырьмя элементами показывала лучшие результаты, чем полноразмерная антенна.

enciklopediya-tehniki.ru

Рамочная антенна | ATE-M.BY

Рамочная антенна представляет собой направленную антенну в виде одного или нескольких плоских витков провода, которые образуют рамку. По форме эти рамки бывают круглыми, квадратными и прямоугольными.

В подавляющем большинстве случаев периметр рамки антенны значительно меньше в сравнении с длиной рабочей волны, чем объясняется индуктивный характер входного сопротивления рамочной антенны. Другими словами, это катушка индуктивности со свойством направленного приема.

Подсоединив конденсатор переменной емкости к рамочной антенне, возможно получение колебательного контура, настраиваемого на рабочую волну.

Если размер рамки невелик, то амплитуда и фаза колебаний протекающего в ней тока по всему периметру рамки практически постоянны.

Направленное действие рамочной антенны

Наилучший прием рамочная антенна обеспечивает в отношении волн, направленных вдоль ее плоскости. При этом она совсем не принимает перпендикулярные ее плоскости волны. Путем поворота рамочной антенны можно добиться наилучшей слышимости необходимой станции и избавиться при этом от помех, исходящих от некоторых других станций.

В данном случае в обеих половинах каждого витка антенны отмечаются две одинаковые, направленные навстречу ЭДС (E1 и E2). Общая ЭДС во всей рамке для данного случая будет равна 0 (нулю):

E1 = E2

Eобщ = E1 – E2 = 0

В таком случае не будет совпадения значений ЭДС для обеих половинок (E1 и E2). Связано это с тем, что волна до одной из них доходит раньше. Как результат, в рамочной антенне отмечается разностная ЭДС:

E1 ≠ E2

Eобщ = E1 – E2 ≠ 0

Эта разностная ЭДС увеличивается с увеличением размера рамки и числа ее витков, а также с укорочением волны.

Усиление приема

Для направленного действия рамочной антенны характерен резкий минимум приема, при этом максимум получается весьма расплывчатым. Так как обычно рамка по высоте составляет десятые доли метра, то величина ЭДС в ней получается малой.

Для усиления приема производят включение рамки в состав входного (первого) контура приемника, а сам этот приемник настраивается на частоту принимаемых сигналов. Резонанс дает значительное (в десятки раз) усиление напряжения.

Распространение рамочных антенн

Наиболее часто рамочные антенны применяются как приемные антенны радиопеленгаторов и радиоприемников, которые работают в длинно, средне- и коротковолновых диапазонах.

ate-m.by

Russian HamRadio - Рамочные антенны

Существует несколько вариантов рамочных антенн, отличающихся друг от друга геометрической формой активного элемента, который может быть выполнен в виде круга или многоугольника, например, четырех или треугольника. В любом случае периметр рамки должен быть равен примерно длине волны. Наиболее удачной формой является квадрат, так как он представляет собой синфазную решетку из двух полуволновых укороченных вибраторов.

 Рис.1.

На рис.1а показан полуволновой вибратор, а на рис.1б — полуволновой укороченный вибратор, вертикальные стороны которого не излучают, а значит, и усиление укороченного вибратора будет меньше.

Но квадрат можно рассматривать как синфазную решетку из двух укороченных полуволновых вибраторов, поэтому общее усиление рамочной антенны в виде квадрата будет больше, чем у одиночного полуволнового вибратора. Для настройки в резонанс общий периметр излучающей рамки должен быть на 1,5% больше l (т.е. равна 1,015l ).

Рис.2.

Направленные свойства антенны, кроме диаграммы направленности, выражаются количественной мерой — коэффициентом направленного действия (КНД) G. Этот важный параметр показывает, во сколько раз должна быть увеличена мощность, излучаемая антенной в главном направлении, если ее заменить ненаправленной антенной, излучающей одинаково во всех направлениях. Обычно КНД выражают в децибелах.

Так, например, полуволновой вибратор имеет КНД по мощности G = 1,64 (что составляет 2,15 дБ). На практике чаще пользуются КНД, отнесенным к полуволновому вибратору. Легко видеть, что разница составляет 2,15 дБ. Так, например, если КНД антенны, отнесенной к идеальному излучателю, равен 10 дБ, то КНД, отнесенный к полуволновому вибратору, составит

10 - 2,15 = 7,85 (дБ).

Иногда используют другой параметр, подобный КНД. Его называют "усилением" антенны. Он равен произведению КНД на КПД антенны. КПД учитывает все потери в антенне. Одиночный полуволновой вибратор имеет G=2,15 дБ, вибратор в виде квадрата — 3,1 дБ.

 Рис.3.

Мнение о том, что рамочные антенны менее подвержены индустриальным низкочастотным помехам, необоснованно. Разрезной полуволновой вибратор, имеющий симметрирующее устройство в виде короткозамкнутого четвертьволнового шлейфа, в такой же степени защищен от низкочастотных индустриальных помех, как и рамочный излучатель.

Рассмотрим влияние конфигурации рамки (рис.2) на параметры антенны. Изменение конфигурации рамки при одной и той же длине проводника приводит к ухудшению КНД, изменению входного сопротивления и поляризации излучающего элемента.

 Рис.4.

Превращая квадрат в петлевой вибратор (рис.2а), мы уходим от синфазной укороченной решетки. Это приводит к падению усиления и росту сопротивления. Вытягивая квадрат в высоту, приходим к неизлучающей двухпроводной линии (рис.2с).

В "дельте" (или треугольнике) в трех острых углах токи текут встречно, образуя неизлучающие участки, т.е. уменьшается апертура, и, соответственно, падает усиление. При низком размещении антенны над землей, наибольшее влияние земля оказывает на треугольник, запитанный в середину нижней стороны.

Рис.5.

Теория и практика показывают, что вибратор с горизонтальной поляризацией, расположенный близко от проводящей поверхности, образует со своим зеркальным отображением плохо излучающую систему (условно можно считать, что процессы в такой системе похожи на процессы в двухпроводной линии).

На рис.3 показано изменение входного сопротивления антенны типа "треугольник" при разной высоте подвеса над землей.

На НЧ-диапазонах наиболее удачным вариантом конфигурации и размещения рамки относительно земли является "квадрат", установленный на одном из углов и запитанный сверху (рис.4). По высокой частоте нижний угол является точкой нулевого потенциала, и его смело можно (и нужно) заземлить.

Для улучшения формы диаграммы направленности и усиления, оптимальная высота подвеса должна составлять 0,5l от геометрического центра фигуры (рис.4а), но т.к. квадрат является синфазной решеткой, можно поставить нижний угол прямо на землю, немного потеряв при этом в усилении (рис.4б).

Рис.6.

Еще один положительный фактор заключается в том, что на квадрат, установленный на одном из углов и запитанный сверху, мачта практически не оказывает никакого влияния.

Квадрат запитывается в верхней точке при помощи короткозамкнутого четвертьволнового шлейфа, который несет в себе сразу две функции, являясь трансформатором сопротивлений и симметрирующим устройством.

Шлейф представляет собой двухпроводную линию длиной 0,25l , закороченную с нижнего конца.

Он может быть выполнен из антенного канатика (рис.5), являясь продолжением полотна рамки, или из биметалла. Расстояние между проводниками шлейфа — 50...150 мм (не критично).

При помощи ВЧ-моста или КСВ-метра в верхней части шлейфа находится точка подключения кабеля питания. На НЧ-диапазонах в одиночных квадратах стороны рамки могут выполнять роль части оттяжек, поддерживающих мачту.

Если позволяет место, оттяжки можно удлинить до 0,5l и использовать как дополнительные антенны для создания синфазной решетки с большим коэффициентом усиления (рис.6).

Рис.7.

Для этого параллельно нижним полотнам квадрата установлены дополнительные проводники, образующие двухпроводные линии.

В точках 2 и 4 эти проводники крепятся к изоляторам и переходят в полуволновые вибраторы-оттяжки (отрезки 1-2 и 4-5). Двухпроводные линии в точке 6 закорочены и заземлены на мачту.

Рис.8.

В результате мы получили два короткозамкнутых четвертьволновых шлейфа, которые являются фазосдвигающими цепями, запитывающими два дополнительных вибратора. В точках 7 и 8 требуется установить короткозамыкатели для регулировки длины шлейфов.

Схема эквивалентна запитке обычной коллинеарной антенны (рис.7).

На базе такой антенны возможно изготовление двухэлементной антенны с активным питанием элементов, в которой можно изменять или переключать диаграмму направленности. Антенны располагаются параллельно друг другу на расстоянии 0,15 ± 0,25l .

Схема питания двухэлементной антенны с переключением диаграммы направленности показана на рис.8.

Длина линии задержки зависит от расстояния между антеннами.

Если расстояние между антеннами составляет 0,25l , то длина линии задержки равна 90l . Длина кабеля линии задержки равна 0,25l - k (где k — коэффициент укорочения кабеля).

Отрезки кабеля, соединяющие обе антенны, могут быть любой длины, главное, чтобы они были равны между собой. Кабель, соединяющий антенны, и кабель линии задержки имеют волновое сопротивление 75 Ом.

Рис.9.

При соединении двух антенн сопротивление в точке подключения реле составит 37,5 Ом, поэтому после реле необходимо установить четвертьволновый отрезок кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом, тем самым

, трансформируя 37,5 Ом в 75 Ом. 75-омный кабель, который проложен к передатчику, может иметь произвольную длину.

Поворотные антенны типа двойной квадрат также целесообразно располагать как квадрат, установленный на одном из углов и запитанный сверху (рис.9).

Такая конструкция более ветроустойчива, в точку питания не затекает вода, настроечные шлейфы находятся в нижней части рамок, что создает дополнительные удобства при их настройке. Четвертьволновое симметрирующее устройство, выполненное из РК-кабеля, крепится к верхней вертикальной стойке.

Рис.10.

Рассмотрим конструкцию узла крепления симметрирующего устройства и полотна рамки (рис.10).

1. Кабель РК.

2. Несущая вертикальная стойка.

3. Антенный канатик или провод (полотно рамки).

4. Диэлектрическая крышка.

5. Изолятор (пластина из стеклотекстолита).

6. Медные или латунные пластинки для распайки РК — кабеля и полотна.

Крышка по одному из размеров больше изолятора (для создания вентиляционных щелей).

Симметрирующий мостик крепится к вертикальной стойке в нескольких местах изоляторами, показанными на рис.11.

Рис.11.

Окончательную настройку антенны необходимо производить на высоте ее постоянной эксплуатации или не ниже 0,5l , от земли. Для такой настройки необходимо изготовить несложные приспособления, позволяющие изменять периметр рамок дистанционно.

На рис.12 показан один из вариантов изготовления узла, позволяющего дистанционно изменять длину настроечного шлейфа каждой из рамок. Этот узел состоит из стеклотекстолитовой пластины (2), которая крепится к нижней трубе (1).

Рис.12.

На этой пластине крепится латунная или медная пластина (3) с роликом (4) и прижимным механизмом, (рычаг и пружина) который фиксирует ролик и не позволяет ему произвольно проворачиваться, обеспечивая дополнительный контакт шлейфа с полотном ролика.

Шлейф (5) выполнен из медного канатика. Длина шлейфа регулируется при помощи капроновых шнурков (6). Ролик (7) и корпус (8) изготовлены из пластмассы.

При настройке элементов, антенну временно фиксируют двумя дополнительными оттяжками, чтобы конструкция не раскачивалась во время настройки.

Вначале производят настройку активного элемента в резонанс, контролируя этот процесс ВЧ-мостом или при помощи КСВ-метра. Затем настраивают рефлектор по максимальному подавлению заднего лепестка диаграммы направленности антенны.

Настройка осуществляется с помощью измерительного зонда, расположенного на расстоянии не менее 2l от антенны. После настройки рефлектора необходимо еще раз подстроить активный элемент. Эти операции повторяются несколько раз.

После окончательной настройки, антенна опускается вниз, и измеряется длина настроенных шлейфов на каждой из рамок.

После этого с узла снимается ролик (4) прижим, пружина и пластмассовый блок. Гибкий шлейф меняют на жесткий, выполненный из биметалла, фиксируя его на пластине (2).

Рис.13.

Симметрирующий короткозамкнутый шлейф (рис.13) изготавливается из того же кабеля, которым запитывается антенна. Его длина — 0,25...0,96l

, в нижней части шлейфа оплетки спаяны перемычкой.

По длине шлейфа установлены несколько изоляторов, выполненных из фторопласта или любой другой пластмассы (рис.11).

К точкам А подпаивается полотно рамки активного элемента (рис.10). В правом четвертьволновом отрезке шлейфа центральная жила кабеля не используется. Расстояние между проводниками шлейфа не критично, выбирается чисто из конструктивных соображений от 50 до 150 мм.

Короткозамкнутый четвертьволновый шлейф, являясь симметрирующим устройством, дополнительно несет несколько функций — улучшает КСВ по краям диапазона и является дополнительным фильтром верхних частот (ФВЧ), снижая уровень низкочастотных индустриальных помех.

Рис.14.

К наиболее неудачным конструкциям рамочных антенн следует отнести антенны типа G4ZU или им подобные, где рамки расположены не параллельно друг другу.

Степень подавления заднего лепестка в диаграмме направленности такого типа антенн напрямую связана с углом прихода радиоволн.

На трассах разной протяженности, с изменением угла прихода, подавление заднего лепестка может колебаться от нуля до максимум 12 дБ, коэффициент усиления таких антенн всегда ниже, чем у классических антенн, имеющих такое же количество элементов. Это связано с наличием больших боковых лепестков.

На рис.14 приведена диаграмма направленности антенны типа G4ZU, полученная в результате измерений на профессиональном стендовом оборудовании.

Пунктирной линией отображена диаграмма направленности антенны без симметрирующего устройства.

В. Приходько (EW8AU)

Материал подготовил А. Кищин (UA9XJK).

qrx.narod.ru

Рамочные антенны | Техника и Программы

В предыдущих разделах было рассказано об однопроводных, одноэтажных антеннах Диаграмма излучения в горизонтальной плоскости полуволнового вибратора изображена на рис, 314в штриховой линией Заслуживает внимания вариант, когда на два полуволновых вибратора, расположенных один над другим на расстоянии λ/4, подано питание синфазно В результате получим диаграмму направленности, более вытянутую в горизонтальной плоскости (рис 314в), чем у одиночного вибратора Таким образом, усиление двух синфазных антенн оказывается больше Диаграмма их направленности в вертикальной плоскости имеет меньший угол излучения (заштрихованные лепестки на рис 314г), чем при одном вибраторе, угол излучения которого 30° Преобразуем эти две антенны в квадрат, соединив концы полуволновых вибраторов, как на рис 3146 Параметры этой новой антенны повторяют двухэтажную синфазную антенну Для нее характерно высокое усиление при малом угле излучения к горизонту, что обеспечит DX связи На рис 314д приведена модификация рамочной антенны Она отличается только геометрическими формами и расположением в пространстве Входное сопротивление рамочных антенн составляет 110-120 Ом Отдельно следует сказать об антенне, изображенной на рис 314е Она обладает всеми параметрами, о которых было сказано выше, но отличается тем, что располагается не вертикально, а под углом 45° к поверхности Такой вариант расположения может быть рекомендован для 160-, 80- и 40-метрового диапазонов За счет наклона один из лепестков диаграммы больше прижимается к горизонту, и в том направлении, куда наклонена антенна, можно проводить DX связи При расчете периметр рамочных антенн 1= 1,02 λ

Рис 314 Устройство и диаграммы направленности рамочных антеннПример: Рассчитать периметр рамочной антенны для F = 3,65 МГц

λ = 300/3,65 = 82,19 м

1 = 82,19 х 1,02 = 83,83 м

В радиолюбительской литературе встречаются упоминания о рамочной антенне английского радиолюбителя (G3AQS) для 80-метро- вого диапазона (на частоту 3,8 МГц)

На рис 315 приведена такая антенна, пересчитанная на частоту 3,65 МГц Симметрирующий широкополосный трансформатор имеет следующие данные

На 60-миллиметровый каркас из высокочастотного материала намотана катушка виток к витку в два провода диаметром 1,8 мм с фторопластовой изоляцией Количество витков – 7 В симметрирующем трансформаторе выводы 1 и 3 – начало обмотки, 2 и 4- концы

Источник: Виноградов Ю А и др, Практическая радиоэлектроника-М: ДМК Пресс – 288 с: ил (В помощь радиолюбителю)

nauchebe.net

Рамочная средневолновая антенна | Техника радиоприёма

Неплохой заменой ферритовой магнитной антенны может оказаться рамочная. Она легче и дешевле, а в некоторых случаях у нее более удобная конструкция. Ее электрические параметры оказываются даже лучше, чем у ферритовой, к тому же она совершенно не подвержена перекрестной модуляции в сильных посторонних магнитных полях, следовательно, помехоустойчивость ее также выше, чем у ферритовой. По этим причинам и было решено поделиться практическим опытом изготовления рамочной антенны СВ диапазона.

Потребовав, чтобы действующая высота рамочной антенны была не меньше, чем у ферритовой, и учитывая, что сердечника нет и μ = 1, можно оценить ее необходимые размеры. При этом число витков определяем по формуле для расчета индуктивности круглой рамки диаметром D: L = kN2D, где k - коэффициент, зависящий от плотности намотки, его значение лежит в пределах (1-3)10-6. Для “корзиночной” обмотки, описанной ниже, k = 1,6*10-6.

Расчеты показали, а эксперимент подтвердил, что в СВ диапазоне при диаметре рамки D = 12 см и числе витков N = 37 рамочная антенна не уступает даже хорошей ферритовой, намотанной на стержне из феррита 400НН длиной 200 и диаметром 10 мм. Рамки большего диаметра по своим параметрам превосходят ферритовые антенны. Здесь уместно вспомнить, что на выделенных приемных радиоцентрах в начале 20-х гг. применялись рамки на деревянном каркасе в виде квадрата, поставленного на угол, причем сторона квадрата доходила до 20 м!

Но вернемся к нашей миниатюрной рамке. Чтобы не шунтировать контур, образованный рамкой и КПЕ, первый каскад УРЧ был собран по схеме истокового повторителя на полевом транзисторе VT1 (рис. 4.6). Нагрузкой каскада служит резистор R3, элементы R2C2 развязывают цепь питания. Резистор R1 предотвращает самовозбуждение каскада на верхнем краю диапазона из-за паразитных емкостей полевого транзистора затвор-исток и исток-земля, образующих «емкостную трехточку», создавая тем самым положительную обратную связь. Уменьшая сопротивление этого резистора, можно достичь благоприятного эффекта - увеличения добротности антенного контура на высокочастотном краю диапазона.

Какая же нам необходима добротность? В простых одноконтурных приемниках прямого усиления, работающих в диапазоне СВ, желательно, чтобы она составляла 120-300, возрастая с повышением частоты. Тогда полоса пропускания контура, равная f0/Q сохраняется равной примерно 4-5 кГц во всем диапазоне, обеспечивая разумный компромисс между воспроизведением верхних частот звукового спектра и селективностью приемника. В супергетеродинах, где селективность определяется трактом ПЧ и имеется большой запас усиления, добротность контура магнитной антенны бывает существенно ниже.

Добротность ферритовой магнитной антенны даже при намотке одножильным проводом может достигать 150-250, плавно уменьшаясь к высокочастотному краю диапазона из-за увеличения потерь в феррите и проводе. Намотка ферритовой антенны литцендратом позволяет довести добротность до 350-380, но на низкочастотном краю диапазона, где это не очень нужно. Добротность же на высокочастотном краю при этом составит 250-270.

Добротность рамочной антенны зависит от многих факторов и почти не поддается расчету. Для решения вопроса был проведен рад экспериментов по определению добротности. Первая рамка была намотана на пенопластовом кольце диаметром 14 и шириной 1,5 см. 24 витка провода ПЭЛ 0,23 располагались плотно, внавал. Для настройки контура использовалась секция стандартного сдвоенного блока КПЕ с воздушным диэлектриком от радиоприемников, емкостью 10-365 пФ. Добротность получилась низкой (кривая 1 на рис. 4.7), да к тому же уменьшалась к высокочастотному краю диапазона. Увеличение диаметра провода до 0,5 мм положения не исправило.

Низкая добротность объясняется увеличением сопротивления провода на высокой частоте из-за вытеснения тока к поверхности металла (скин-эффект). На верхних частотах СВ диапазона толщина скин-слоя в меди составляет всего лишь 0,08 мм. Только для более тонких проводов их сопротивление на высокой частоте можно считать равным сопротивлению на постоянном токе. Отсюда ясен смысл применения литцендрата - многожильного провода, свитого из нескольких (от 4 до 81) тонких изолированных проводников. При намотке той же рамки литцендратом ЛЭШО 21×0,07 добротность контура возросла вдвое, но неблагоприятная частотная зависимость сохранилась (кривая 2).

Следующий фактор, влияющий на добротность, - это эффект близости витков друг к другу, вызывающий потери на вихревые токи в соседних витках. Кроме того, при плотном расположении витков создаваемое ими магнитное поле как бы вытесняет ток из обмотки, приводя к увеличению ее сопротивления, особенно на высоких частотах. Явление аналогично скин-эффекту в сплошных проводниках. При плотной намотке возрастает и собственная междувитковая емкость катушки, также увеличивающая потери из-за протекания дополнительного реактивного тока в проводе.

Эксперимент подтвердил большое значение эффекта близости витков. Та же рамка, намотанная в навал самодельным литцендратом из шести проводников ПЭЛ 0,09, причем проводники не были скручены, оказалась вообще неработоспособной. Ее добротность была низкой, а собственная емкость велика настолько, что со стандартным КПЕ даже не перекрывался весь СВ диапазон. Произошло это, видимо, потому, что отдельные проводники разных витков тесно перемешались друг с другом.

Уменьшение «эффекта близости» достигается в однослойной цилиндрической обмотке, лучше с шагом в 1-2 диаметра провода. Многослойные высокочастотные катушки нельзя наматывать так, как наматывают низкочастотные, например сетевые трансформаторы. Хороша намотка «универсаль», еще лучше сотовая. Предпочтительнее провод с толстой изоляцией, ПЭЛШО, ПШД и т.д. Для рамочных антенн цилиндрическая форма намотки неудобна, предпочтительнее радиальная. Очень удобна «корзиночная» обмотка, автоматически обеспечивающая шаг между витками, равный диаметру провода. В этом случае катушку наматывают на плоском каркасе из диэлектрика с нечетным числом радиальных прорезей, в которые и укладывают провод, проходящий попеременно с одной или с другой стороны каркаса.

Был изготовлен каркас с прорезями из листа органического стекла толщиной 4 мм (рис. 4.8). Края прорезей следует скруглить острым ножом или надфилем, чтобы не повредить провод при намотке. Центральную часть каркаса целесообразно вырезать и удалить (вообще, чем меньше диэлектрика в каркасе, тем лучше). Обмотка содержала 37 витков провода ЛЭШО 21×0,07, выводы были закреплены в специально просверленных отверстиях каркаса. Можно припаять выводы к специально прикрепленным к каркасу лепесткам. Нижний выступ каркаса предназначен для крепления всей антенны. Добротность рамочной магнитной антенны с корзиночной обмоткой значительно возросла и, кроме того, стала увеличиваться с частотой, достигнув значения 280 на частоте 1600 кГц (кривая 3 на рис. 4.7). Это обеспечило полосу пропускания контура антенны не шире 6 кГц во всем С В диапазоне. Напряжение, наводимое полем центральных радиостанций на выводах контура магнитной антенны, составило от 15 до 300 мВ в условиях Москвы, на девятом этаже панельного дома.

Несколько слов о конструктивном оформлении приемника с рамочной антенной. Безусловно, нежелательно наматывать рамку на самом корпусе приемника, поскольку все детали оказываются в ее поле. Не говоря уж о вероятных наводках и паразитных связях, при этом трудно получить и высокую добротность из-за обилия «металла» внутри рамки. Если габариты позволяют, можно разместить рамку на задней стенке корпуса, придав ей овальную или даже прямоугольную форму.

Но лучше всего расположить магнитную антенну в «свободном пространстве», на расстоянии не менее одного ее диаметра от окружающих предметов. «Корзиночная» обмотка на каркасе из оргстекла или цветной пластмассы красива и послужит оригинальным элементом дизайна приемника. Рамку целесообразно расположить над приемником в вертикальной плоскости и сделать поворот ной, достаточно в пределах 90°, чтобы ориентировать ее по максимуму приема. Эскиз возможного варианта конструктивного оформления приемника с рамочной антенной показан на рис. 4.9. Если рамку предполагается поворачивать вокруг вертикальной оси просто рукой, то с общим проводом лучше соединить внешний виток рамки.

Читать дальше - Экономичные приемники

amfan.ru

Рамочная антенна

Подробности Категория: Радиосвязь

   В настоящее время наилучшим! типом антенны для уверенного дальнего приема телевидения считается рамочная антенна, которая сочетает большой коэффициент усиления при сравнительно узкой полосе пропускания с простотой конструкции и отсутствием необходимости настройки. Применение узкополосных антенн по сравнению с широкополосными обладает дополнительным преимуществом, которое состоит в частотной избирательности узкополосных антенн. Благодаря этому на вход телевизионного приемника не могут проникнуть помехи от других телевизионных передатчиков, работающих на соседних по частоте каналах, если по каким-либо причинам возникли благоприятные условия распространения их сигналов в данном направлении. Особенно важна частотная избирательность антенны в условиях дальнего приема передач дело в том, что нередки случаи, когда необходимо обеспечить прием слабого сигнала удаленного передатчика, но поблизости работает мощный передатчик другой программы на соседнем канале. В таких условиях частотной избирательности телевизионного приемника может не хватить. Кроме того, как известно, интенсивная помеха, поступая на первый же нелинейный элемент схемы приемника (электронную лампу или транзистор), приводит к перекрестной модуляции сигнала этой помехой. В дальнейшем избавиться от этой помехи в приемнике уже невозможно. Ослабление такой помехи за счет избирательности антенны имеет очень важное значение.    Наибольшее распространение получили двухэлементные рамочные антенны (другое их название - Двойной квадрат) и трехэлементные рамочные антенны (Тройной квадрат) Впервые предложил использовать эти антенны для дальнего приема телевидения советский энтузиаст дальнего приема С. К. Сотников. Первая его статья с описанием двухэлементных рамочных антенн была помещена в журнале Радио, 1959, №4, с. 31-32. Многочисленные эксперименты радиолюбителей подтвердили их эффективность.   По данным С. К. Сотникова, коэффициент усиления двухэлементной рамочной антенны, составляет 8...9 дБ, а входное сопротивление находится в пределах 70... 80 Ом. В. П. Шейко в книге Антенны любительских радиостанций (ДОСААФ, 1962) приводит другие размеры двухэлементных рамочных антенн, которые можно вычислить по формулам:В=0,26 hР=0,31 hА=0,18 hгде h - длина волны несущей частоты канала изображения. Для этих размеров указывается коэффициент усиления 9...11 дБ и входное сопротивление 100...110 Ом.Исходя из приведенных значений, коэффициента усиления, можно сделать вывод о том, что по усилению двухэлементная рамочная антенна эквивалентна пятиэлементной антенне Волновой канал, но имеет меньшие габариты и лишена ее недостатков. Это объясняется тем, что активной приемной частью каждой рамки являются ее верхняя и нижняя горизонтальные части. Получается, что двухэлементная рамочная антенна содержит четыре элемента и эквивалентна двухэтажной синфазной решетке, собранной из двухэлементных антенн. Влияние дополнительных двух элементов второго этажа оказывается сильнее, чем добавление двух директоров к двухэлементной антенне Волновой канал, за счет сужения диаграммы направленности в вертикальной плоскости, а это очень важно в условиях дальнего приема, когда сигнал приходит с линии горизонта под малым углом места. Наличие всего двух взаимодействующих элементов в каждом этаже обеспечивает стабильность параметров антенны и их независимость от естественных разбросов.Благодаря этому отпадает необходимость индивидуальной настройки каждой антенны и обеспечивается хорошее согласование ее с фидером.В трехэлементной рамочной антенне добавлена рамка директора, обеспечивающая дальнейшее увеличение коэффициента усиления, который, по данным В. П. Шейко, достигает 14:15 дБ, что значительно превышает коэффициенты усиления многоэлементных антенн типа Волновой канал.    Для сравнения напомним, что коэффициент усиления семиэлементной антенны Волновой канал равен 10 дБ, одиннадцати элементной - 12 дБ, шестнадцати элементной -13,5дБ. Эти значения соответствуют точно настроенным антеннам. При изготовлении же антенн Волновой канал в любительских условиях без их тщательной настройки указанные коэффициенты усиления в лучшем случае следует уменьшить на 3 дБ. Если учесть, что трехэлементная рамочная антенна не нуждается в настройке, ее преимущества очевидны.В. П. Шейко рекомендует следующие формулы для расчета размеров трехэлементной рамочной антенны:Д=0,22 hВ=0,26 hР=0,32 hА=0,11 hБ=0,16 hВходное сопротивление антенна при указанных размерах составляет 70 Ом.   Большой коэффициент усиления рамочных антенн указывает на достаточно малую ширину лепестка диаграммы направленности. Поэтому такие антенны необходимо ориентировать по направлению на передатчик более тщательно. Для этого можно рекомендовать такой способ. Регулятором контрастности телевизора устанавливается минимальная контрастность, при которой еще сохраняется синхронизация. Затем подстраиваются соответствующими регуляторами значения частот строчной и кадровой разверток и вновь уменьшается контрастность до срыва синхронизации. После этого ориентируется антенна до восстановления синхронизации. Можно вновь уменьшить контрастность до срыва синхронизации и под-ориентировать антенну. На равнинной местности, как правило, достаточно ориентировать антенну только по азимуту, когда ее ось остается горизонтальной. В условиях горной местности часто приходится также ориентировать антенну и по углу места, наклоняя ее ось, когда сигнал приходит не с линии горизонта, а с вершины какой-либо горы, являющейся его пере излучателем.   Двухэлементная рамочная антенна может использоваться в зоне прямой видимости, а трехэлементная рамочная антенна - в зоне полутени, прилегающей к зоне прямой видимости, в тех случаях, когда двухэлементная антенна позволяет получить изображение, но его контрастность является недостаточной, либо на экране цветного телевизора получается лишь черно-белое изображение, а получить цветное изображение не удается из-за недостаточного уровня сигнала. В этих случаях трехэлементная антенна позволит достичь увеличения уровня сигнала на входе телевизора.

Добавить комментарий

radiofanatic.ru

Prostoy-Site | Все права защищены © 2018 | Карта сайта