Магнитная антенна своими руками
При упоминании магнитной антенны сразу наполняют память конструкции на ферритовом стержне, отчасти правильно. Разновидности одного типа устройств. Магнитной называется рамочная антенна, периметр которой много меньше длины волны. Всем известные зигзаги, биквадрат (слова-синонимы) являются родственниками рассматриваемой технологии. Никакого отношения не имеют антенны на магнитном основании. Просто способ крепления. Магнитное основание для антенны надежно удерживает прибор на крыше авто. Поговорим сегодня об особой конструкции. Прелесть магнитных антенн: удается обеспечить сравнительно большое усиление на сравнительно длинных волнах. Размер магнитной антенны мал. Давайте обсудим заглавие, расскажем, как может быть сделана магнитная антенна своими руками.
Магнитная петлевая антенна
Магнитные антенны
Теория гласит: в колебательном контуре из катушки индуктивности, конденсатора излучения не происходит. Замкнуто, волна качается на резонансной частоте сколь угодно, затухая, ввиду наличия активного сопротивления. Элементы контура, индуктивность, емкость, имеют чисто реактивный (мнимый) импеданс. Причем размер зависит от частоты по незамысловатому закону. Нечто вроде произведения круговой частоты (2 П f) на значение индуктивности или емкости, соответственно. При некотором значении противоположные по знаку мнимые компоненты становятся равны. В результате импеданс становится чисто активным, в идеале равен нулю.
В действительности биения затухают, каждый контур на практике характеризуется добротностью. Напомним, что импеданс состоит из чисто активной (действительной) части (резисторы), мнимой. К последним относятся емкости, сопротивление которых мнимое отрицательное и индуктивности с положительным мнимым сопротивлением. Теперь представим, что в контуре обкладки конденсатора начали разводить до тех пор, пока не оказались на противоположных концах индуктивности. Называется вибратором (диполем) Герца, представляет собой разновидность укороченного полуволнового, прочих видов вибраторов.
Если превратить катушку в единое кольцо, получаем простейшую магнитную антенну. Упрощенное толкование, примерно верное. Сигнал снимается с противоположной конденсатора стороны через усилитель на полевых транзисторах. Предоставит высокую чувствительность устройства. Ну, а антенна на ферритовом стержне считают разновидностью магнитной, только колец заместо одного сонм. Название этот род устройств получил за высокую чувствительность к магнитной составляющий волны. При работе на передачу генерируется, порождая отклик электрического поля.
Максимум направленности соответствует оси стержня. Оба направления равноправны. Ввиду малого периметра рамочной антенны относительно длины волны сопротивление достаточно низкое. Не просто 1 Ом, доли Ома. Приближенно значение оценим формулой:
R = 197 (U / λ) 4 Ом.
Под U понимается периметр в метрах, аналогично – длина волны λ. Наконец, R – сопротивление излучению, не путайте с активным, показываемым тестером. Параметр используется при расчете усилителя для согласования нагрузки. Следовательно, для ферритовых антенн, нужно значение помножить на квадрат числа витков.
Свойства магнитных антенн
Посмотрим, как сделать магнитную антенну самостоятельно. Вначале определите длину окружности и емкость подстроечного конденсатора. Особенности магнитной антенны таковы: конструкция требует согласования в обязательном порядке. Отличительным признаком является невероятное число вариантов проведения этой операции, вырисовывается отдельная тема разговора.
Длина периметра магнитной антенны колеблется в пределах 0,123 – 0,246 λ. Если требуется перекрыть диапазон, то нужно правильно подобрать конденсатор. В свободном пространстве, магнитной антенны диаграмма направленности в виде тора, наблюдаем, расположив виток параллельно земле. Поляризация будет линейная горизонтальная. Это годный вариант для приема телевещания. Недостаток: угол возвышения лепестка зависит от высоты подвеса. Считается, что для расстояния до Земли λ цифра составит 14 градусов. Непостоянство считаем отрицательным качеством. Для радио магнитные антенны применяются часто.
Усиление составляет 1,76 дБи, на 0,39 меньше полуволнового вибратора. Размер последнего для частоты составит десятки метров – куда денешь громадину. Выводы делайте сами. Магнитная антенна невелика (периметр составляет 2 метра для длины волны 20 метров, меньше метра поперечником). Для сравнения на частоте 34 МГц, с которой хорошо знакомы дальнобойщики, благодаря рациям, длина волны составляет 8,8 метра. Известно: хороший полуволновый вибратор вместит редкий Камаз. Кстати, ранее приводили описание конструкции рамочной антенны, образуемой резиновой прокладкой заднего стекла легкового автомобиля ВАЗ. При малых габаритах работало устройство достаточно хорошо.
Кстати, конструкция считается прагматичнее, нежели типичные штыревые антенны авто, где настройка ведется изменением индуктивности. Потерь получается меньше. Диаграмма направленности охватывает высокие углы места, касаясь вертикали. В случае со штыревой антенной возможности нет.
Как правильно выбрать длину окружности. С увеличением растет усиление. Должна удовлетворить условию, приведенному выше, быть по возможности больше. Иногда нужно перекрыть диапазон частот. Рост периметра увеличивает полосу пропускания устройства. При ширине типичного канала 10 кГц теряет смысл. Будут автоматически отсекаться соседние несущие станций вещания. Необязательно больше значит лучше. Ради усиления затевался сыр-бор. Антенна выбирается периметром максимальная, предоставляя требуемую избирательность.
Теперь главный вопрос: определить емкость. Чтобы параллельно индуктивности петли образовали резонанс по известной школьной формуле. Определение параметров контура согласно выражению:
L = 2U (ln(U/d) – 1,07) нГн;
U и d – длина витка, диаметр. Подвох. U = П d, следовательно, вместо отношения можно брать натуральный логарифм числа Пи. Ошибка ли автора, сказать не беремся. Быть может, учитывается факт, что настроечный конденсатор отнимает часть длины, усилитель… Емкость находим по индуктивности из выражения резонанса контура:
f = 1/ 2П √LC; откуда
С = 1/ 4П 2 L f 2 .
Однако в литературе рекомендуют пользоваться приближенной формулой для расчета:
С = 25330 / f 2 L,
где f — частота резонанса в МГц, а L – индуктивность в мкГн.
Что касается способа снятия сигнала, то это делаем со стороны подстроечного конденсатора по обоим бокам, либо с противоположной стороны круговой петли. В последнем случае рекомендуется ввести управление конденсатором при помощи серводвигателя на расстоянии, полагаем, большинству читателей это покажется сильно надуманным, на свете не так много радиолюбителей, уверенных в нужности изготовленной собственноручно магнитной антенны.
Какие бывают магнитные антенны
Не всегда магнитные антенны круглые (идеальная форма). Встречаются восьмиугольные, квадратные. Читатели догадались: биквадрат WiFi относится к последней категории, причем рамка сдвоенная. Бывает, больше контуров, увеличивает усиление в одной плоскости диаграммы направленности. Учитывая факт, что КПД антенны вычисляется формулой:
Видим необходимость снижения сопротивления потерь Rп до минимума. В противном случае результативность устройства резко падает. На практике мало значит, сделать антенны из золота, серебра, чтобы ловить НТВ, нереально. В названном аспекте пойдут алюминий, медь, предпочтительна последняя. Для магнитных антенн подходит конденсатор с воздушным зазором, большими пластинами. Старайтесь качественно выполнить пайку выводов.
Пример. Длина периметра составляет одну десятую λ, следовательно, сопротивление излучения составит 0,02. Теперь читатели видят, как сильно придётся постараться, чтобы довести КПД до 50%. Сопротивление потерь в этом случае не превышает 0,02 Ом. Чтобы достичь такого результата, берите толстую медную жилу. С увеличением сечения проводника падает удельное сопротивление.
У контура высокая добротность (низкие потери), получается, напряжение резонанса много выше, нежели при отклонении частоты. Следовательно, полоса пропускания магнитной антенны не отличается большой шириной, потребуется устройство подстраивать. Делается при помощи конденсатора. Надеемся, что ответили на вопрос, как сделать магнитную антенну. Отыграйте подачу: удивите домашних уверенным приемом сигнала в любую погоду.
Опыты с магнитными рамочными антеннами
Опыты с магнитными рамочными антеннами
Александр Грачёв UA6AGW
В прошлом году мне в руки попал 6-ти метровый отрезок коаксиального кабеля. Еготочное название: «Кабель коаксиальный 1″гибкий LCFS 114-50 JA, RFS (15239211)». Он имеет очень небольшой вес, вместо внешней оплётки сплошную гофрированную трубу из безкислородной меди диаметром около 25 мм, центральный проводник – медная трубка
диаметром около 9 мм (см. фото). Это и подвигло меня взяться за постройку рамочной антенны. Об этом я и хочу рассказать.
Первая антенна была построена по схеме DF9IV. При диаметре около 2 м и такой же длине петли питания, выполненной из коаксиального кабеля, она очень хорошо работала на прием, но откровенно плохо на передачу, КСВ достигал 5-6.
Рабочая полоса по приему (на уровне –6 дБ) порядка 10 кГц. При этом она отлично подавляла электрические помехи, при определенной ориентации в пространстве подавление мешающей станции легко получалось более 20 дБ.
После некоторых размышлений я пришел к выводу, что причиной высокого КСВ является использование возбуждающим элементом внутреннего проводника с его относительно небольшим диаметром. Было принято решение внутренний проводник не использовать вовсе, оставив его в виде не замкнутого витка.
Настроечный конденсатор был припаян к внешнему экрану. Приемные характеристики изменились незначительно, менее выраженным стал минимум в диаграмме, стало заметно влияние окружающих предметов. Но на передачу мало что изменилось. Далее после прочтения очередной раз статьи Григорова, было решено снять внешнюю оплетку с кабеля рамки, а медь покрыть в два слоя лаком «ХВ» (более подходящего не нашлось, впрочем, он неплохо защищает медь от
окисления). И тут, наконец, появились первые положительные результаты. КСВ снизился до 1,5, было проведено около 20 местных связей. Антенна находилась на высоте 1,5 м и могла вращаться в вертикальной плоскости.
Для сравнения использовался диполь общей длиной 42,5 м, выполненный из полевого провода с симметричной линией питания из телефонной «лапши» длиной около 20 м (этакая антенна «нищего радиолюбителя»), расположенный на крыше 5-ти этажного дома на высоте около 3-х метров. Он работал на 40 и 80 метрах, запитанный через симметричное согласующее устройство – КСВ на обоих диапазонах = 1,0. К сожалению, антенны находились в разных QTH и не было
возможности провести прямое сравнение. Но опыт эксплуатации диполя в течение года позволял судить об эффективности рамки в первом приближении.
Теперь собственно о результатах: 1) КСВ около 1,5. 2) Все корреспонденты отмечали снижение (от 1 до 2-х балов) уровня моего сигнала, по сравнению с тем, с которым они меня обычно слышат на диполь.
Начавшиеся к этому времени дожди (как говорится: «через день-каждый день»), сделали невозможными дальнейшие антенные эксперименты. Главной причиной невозможности дальнейших испытаний стали постоянные пробои настроечного
конденсатора из-за возросшей влажности воздуха.
Я испробовал, пожалуй, все доступные мне варианты, применял подключение только статорных пластин, соединяя два КПЕ последовательно, применял конденсаторы из коаксиального кабеля, высоковольтные конденсаторы
– все это заканчивалось одним – пробоем. Не попробовал я только вакуумные конденсаторы, остановила их непомерно высокая стоимость.
И вот здесь пришла идея использовать ёмкость по отношению к внешнему экрану незадействованного внутреннего проводника. Попытка рассчитать необходимую длину кабеля по известной погонной ёмкости кабеля, не привела к достоверным результатам, поэтому был использован метод постепенного приближения.
Очень жаль было резать такой замечательный кабель, но «охота – пуще неволи». Схема соединений на рисунке. Для питания использовалась петля из коаксиального кабеля длиной 2 м, по схеме DF9IV, сам питающий 50-омный кабель был длиной 15 м. Можно было предполагать, что общая ёмкость получится в соответствии с формулой последовательно включенных конденсаторов,но настроечный конденсатор является как бы продолжением собственной ёмкости кабеля.
Для настройки использован конденсатор типа «бабочка» от УКВ аппаратуры.
Пробои полностью прекратились, антенна сохранила все основные параметры классической магнитной рамочной антенны, но стала однодиапазонной.
Основные результаты следующие: 1) КСВ порядка 1,5 (зависит от длины и формы питающей петли). 2) Магнитная антенна заметно проигрывает диполю (описан выше) при сопоставимой высоте подвеса. Опыты проводились в диапазоне 80 м.
Заняться дальнейшими опытами с магнитными антеннами меня подтолкнули статья К. Ротхаммеля во втором томе его книги, посвященная магнитным рамкам, и статья Владимира Тимофеевича Полякова о рамочно-лучевой или настоящей ЕН антенне, а для понимания процессов, происходящих в антеннах и вокруг них, оказалась очень полезной статья о ближнем поле антенн.
После прочтения статьи о рамочно-лучевой антенне у меня родилось несколько многообещающих проектов, но в настоящее время испытан только один, о нём и пойдёт речь. Схема антенны изображена на рисунке, внешний вид – на фото:
Все ниже перечисленные опыты проводились в диапазоне 40м. В первых опытах антенна была на высоте 1,5 м от земли. Испробованы различные способы подключения «дипольной» (ёмкостной) части антенны к рамке, но изображенный на рисунке мне показался оптимальным. Здесь предпринята попытка магнитную рамку, излучающую преимущественно магнитную составляющую, дооснастить элементами, излучающими в основном электрическую составляющую.
Можно на эту же антенну посмотреть иначе: катушка, включенная в середину диполя, как бы удлиняет его до необходимых размеров, и вместе с тем лучи, включенные параллельно настроечному конденсатору, обладают собственной емкостью (при указанных размерах порядка 30 — 40 пФ) и входят в общую ёмкость настроечного конденсатора.
Контур, образованный внутренним проводником и конденсатором, кроме того, что повышает уровень сигнала на приеме приблизительно вдвое, по видимому, сдвигает фазу тока собственно рамки, и обеспечивает необходимое фазовое согласование (попытка отключить его приводит к увеличению КСВ до 10 и более). Возможно, мои теоретические рассуждения не совсем верны, но как показали дальнейшие опыты, антенна в данной конфигурации работает.
Ещё при самых первых опытах был замечен интересный эффект – если при неподвижной дипольной части повернуть
рамку на 90 градусов – уровень сигнала по приему падает приблизительно на 10 — 15дБ, а на 180 градусов – прием падает едва ли не до нуля. Хотя логично было бы предположить, что при повороте на 90 градусов диаграммы направленности «дипольной» части и рамки совпадут, но видимо не всё так просто.
Был изготовлен промежуточный вариант антенны, способной поворачиваться вокруг своей оси, с целью выяснить диаграмму направленности, она оказалась такой же, как и у классической рамки. Питание антенны осуществлялось той же петлей связи, что и в первых опытах. В настоящее время антенна поднята на высоту 3-х метров, лучи идут параллельно земле.
1) КСВ = 1.0 на частоте 7050 кГц, 1.5 на 7000кГц, 1,1 на 7100кГц.
2) Антенна не требует перестройки по диапазону. С помощью конденсаторов П-контура трансивера возможна некоторая подстройка антенны в случае необходимости.
3) Антенна весьма компактна.
На расстоянии до 1000 км рамка и диполь имеют приблизительно одинаковую эффективность, а на расстоянии более 1000 км рамка работает заметно лучше волнового диполя при одинаковой высоте подвеса, при этом рамка вчетверо
меньше диполя. Диаграмма направленности близка к круговой, минимумы мало заметны. Проведено около ста связей с 1;2;3;4;5;6;7;9 районами бывшего СССР.
Отмечен интересный эффект – оценка силы сигнала в большинстве случаев оставалась приблизительно одинаковой и при расстоянии до корреспондента 300 км и 3000км, на диполе такого не наблюдалось. Интересна реакция операторов,
когда я сообщал, на чем работаю – изумление, что на этом можно работать! Все опыты проведены на самодельном SDR трансивере с выходной мощность 100 Вт.
Магнитная антенна
Решил ,что будет интересно почитать и посмотреть.
У многих радиолюбителей остро встает вопрос об установки антенны. Многие не имеют доступа на крышу, или даже нет возможности выкинуть кусок провода из окна, например, на дерево.Что делать если вас не покидает идея выхода в эфир?
Есть вариант, это антенна «магнитная рамка».
Собственно, о ней и хочу рассказать. Все,что пишу,- только личный опыт, и если кто-то со мной не согласен, просьба не пинать, а дополнить мою статью.
Зимой, когда на улице холодно, а руки так и чешутся, что-то делать,тщательно изучил литературу на эти темы – здесь, здесь, здесь, здесь, здесь, здесь, здесь и здесь.
Изучив материал, решил попробовать построить.Видео работы в эфире на магнитную рамку не снимал, но посмотреть можно, как на подобную антенну работают, тут. Свои же впечатления опишу ниже.
Итак, все началось с конструкции «тяп-ляп» (на скорую руку).Взял алюминиевый провод диаметром 4мм, сделал что-то типа круга диаметром 60см, поставил в разрез переменную емкость, сделал из коаксиального кабеля петлю связи и подключил к трансиверу.Изменяя емкость переменного конденсатора, убедился, что антенна имеет резонанс и даже принимает что-то кроме шумов. Все это «чудо» было хаотично подвешено на окне. «Ух ты!», – обрадовался я и решил все переделать, так сказать, как надо!
Долго не раздумывал, взял кусок кабеля от сотовой компании с оплеткой диаметром 17мм,очистил от оболочки, так как оболочка вносит значительные затухания, согнул круг диаметром 40см и подключил переменную емкость (емкость должна быть без трущихся контактов типа бабочка а еще лучше – переменная емкость в стеклянной вакуумной оболочке). Решил запитать антенну петлей связи из кабеля питания (в дальнейшем перепробовал еще несколько методов питания – все работало как и прежде).
Для более точной настройки резонанса поставил верньер, как на фото выше.
Данная антенна была опробована, как на прием, так и на передачу! В виду того, что зазор конденсатора был 0.5мм, мощность передатчика не превышала 10 ватт.
Емкость позволяла перестраивать антенну в пределах от 10МГц до 52МГц. Полоса пропускания по КСВ=1.5 составляла 7-10 кГц.
Антенна находилась на окне 4 этажа и смотрела на юго-запад.На диапазоне 30м антенна работала но (это не серьезно), а, вот, начиная с диапазона 20м, связи на 10 ватт удавались в SSB с Украиной и ближним зарубежьем (дальше не пробовал). Проводил связи в CW с Европой на диапазоне 17м и 15м вполне уверенно. В момент моих испытаний не было прохождеиня на диапазоне 10м, поэтому попробовал работу антенны на си-би диаппазоне. Вывод – местные связи проводить вполне можно.
Убедившись, что я на верном пути, изготовил рамку бОльшего диаметра – 1 метр, а также взял вакуумный конденсатор, поэтому конструкция получилась на бОльшую мощность. Материал полотна оставил прежним.
Полотно антенны разместил на пластиковых ПВХ-трубах на клипсах (продаются в любом магазине сантехники). Трубки стыковал без каких-либо специальных инструментов: равномерно нагревал над газом и вставлял в крестовину.
Петля связи выполнена из кабеля RG-8X.
вот так получилось в целом:
Пробные замеры показали, что самая нижняя резонансная частота – 5 МГц (обусловлено емкостью конденсатора), а самой верхней резонансной частотой – 30 МГц (обусловлено собственной емкостью рамки). Антенна была установлена на окне 4 этажа.
Сравнения проводились с установленным на крыше вертикалом (штырь HY-GAIN AV-640, антенна установлена на высоте 8м от крыши).
Было замечено, что магнитная рамка имеет ярко выраженную направленность. Магнитная рамка то выигрывала, то проигрывала на прием у штыря на крыше. Причем, показатели почти на все диапазонах от 40м до 10м были похожие. На передачу ни один из корреспондентов не сообщил о выигрыше рамки: либо она проигрывала, либо мне отвечали одинаково, как на штырь, так и на рамку (переключения производились мгновенные – коммутатором). У рамки сказывалась острая диаграмма направленности: если корреспондент гремел на вертикал, а рамка была к нему боком, то и слышно было намного слабее.
Далее эксперимент проводил чисто на 5 ватт.Связи с Украиной на диапазоне 40м удавались в 90% случаев. На 20м Украина отвечала всегда (это в SSB),aCW связи с Европой тоже не редкость.
На мой взгляд, самым удачным оказался диаппазон 17м – отвечали не только корреспонденты из Европпы, но и Япония (но не всегда), хотя я слышал их хорошо.На диапазоне 15м работал мало, но отвечали (но не так охотно, как на 20м и 17м). Пробовал работать на диапазоне 12м, но попадал, когда прохождения не было, а станций было мало (но несколько европейцев ответили).На диапазоне 10м антенна тоже настраивается, но работать там не получилось, т.к. не было прохождения. Как написал выше, антенна опробована на 27МГц с местными корреспондентами.
Полосу пропускания точно не замерял, но в среднем по диапазонам ширина составила 5-12 киГц по уровню КСВ=1,5. Меня это не напрягало. КСВ на резонансной частоте был 1 или 1,1 (замеры проводил прибором MFJ -259B).
В продолжения этой темы есть еще антенна на которую стоит обратить внимание на это, это и это.
Думаю,что эта тема воодушевит тех, кто не имеет доступа на крышу.
Многовитковая рамочная антенна СВ – КВ – УКВ диапазонов.
Активно-пассивная нерезонансная магнитная антенна для широкополосного приёма.
Давайте-ка фразу “Лучшее – враг хорошего” оставим авторам изречения, будь то какой-нибудь там иноземный француз/итальяшка, злобный англосакс, или дикий Тунгус и сын степей калмык. А сами тем временем озадачимся модификацией отлично себя зарекомендовавшей рамочной антенны, подробно описанной на предыдущей странице.
Что позволяет считать описанную конструкцию “отлично себя зарекомендовавшей”? Многочисленные письма, приходящие мне на почту и сдобренные словами благодарности за возможность окунуться в волшебный мир радиоэфира. А также возможность в сложных условиях городских помех потрогать за вымя не только мегаваттного китайского АМ вещателя, но и эпизодичного радиолюбителя с позывным, и даже – свободного шарманщика-нелегала с паяльником в руках и собственной работы антенной в огороде.
На кой нам сдалось её модифицировать? Отвечу – стабильно усложняющейся помеховой обстановкой в городе в совокупности с естественной потребностью хоть как-то увеличить количество принимаемых корреспондентов!
Не знаю как у Вас, но у меня в последнее время в городской квартире с завидной регулярностью КВ диапазон начинает гудеть. Происходит это, как правило, в вечерние часы в полосе частот 3-15МГц с пиком шумовой плотности в районе 7МГц. В такие периоды времени любые типы антенн, кроме магнитных рамок, бессильны справиться со своими возложенными обязанностями. А вот фразу с предыдущей страницы о том, что экранирование рамки (с точки зрения шумовых характеристик) никаких преимуществ не даёт – я забираю обратно. В подобных условиях – очень даже даёт, причём помимо экранирования, возникает и потребность поворота плоскости рамки в такое положение, при котором шумы будут минимальны.
Так, с этим разобрались. А каковы пути дальнейшего улучшения приёмных свойств атенны?
Максимальная эффективность приёмной рамки диаметром около 30см находится в диапазоне частот: начиная с 10МГц и выше. Под эффективностью в данном случае я имею в виду такой параметр, как отношение сигнал/шум принимаемой станции. На более низкочастотных диапазонах для поддержания данного параметра требуется большее количество витков, причём тем большее, чем ниже частота принимаемого сигнала. Именно по такому принципу изменения количества витков на разных диапазонах строятся некоторые конструкции серийных магнитных КВ антенн, в том числе и описанные в статье (ссылка на страницу) “ПРИЁМНЫЕ МАГНИТНЫЕ КВ АНТЕННЫ СОВЕТСКОГО ВОЕНПРОМА”. И хотя приведённые рамки являются резонансными, все эти же принципы полностью распространяются и на нерезонансные магнитные антенны.
Амплитуда сигнала, поступающего с нерезонансной магнитной антенны, вполне достаточна для приёма приличным радиоприёмником с чувствительностью около 1мкВ. В этом случае, учитывая условия сильной зашумлённости КВ эфира в городе, большого смысла в введении антенного усилителя для рамочной антенны нет – вполне достаточно трансформатора для согласования несимметричного входа приёмника с симметричной антенной.
Если приёмник не обладает необходимой чувствительностью, то сигнал может быть без зазрения совести усилен посредством незамысловатой резонансной схемы, приведённой на предыдущей странице (ссылка на страницу).
Сложные схемы усилителей с дифференциальными входами и высоким коэффициентом усиления к ожидаемому улучшению не приводят, мало того, в силу широкополосности легко могут перегрузить смеситель приёмника и “порадовать” радиолюбителя непредвиденными интермодуляционными помехами.
С другой стороны, при наличии неблагоприятных условий в квартире и полном отсутствии балкона в каменных хоромах, может оказаться полезным вынос магнитной рамки на воздух, метра на 1-2 за пределы помещения. Поскольку длина кабеля между антенной и приёмником в данном случае может составлять значительную величину, то степень согласования волновых сопротивлений посредством симметрирующего трансформатора окажется явно недостаточной. Поэтому – при значительной длине коаксиального кабеля необходимость встроенного усилителя обусловлена функцией согласования волновых сопротивлений компонентов для получения приемлемых значений КСВ.
Итак – тезисы выдвинуты, пора переходить к схеме электрической принципиальной.
Рис.1
Для расширения диапазона эффективно принимаемых частот вплоть до среднечастотного диапазона (500кГц) было принято решение увеличить количество витков рамочной антенны до 4-ёх.
Я использовал готовый четырёхжильный кабель ПВС 4*0,75, а в качестве экрана прикупил метр трубы медной отожжённой KME SANCO с внешним диаметром 12мм и толщиной стенок 1мм. Всё это хозяйство в минимальном объёме мне удалось приобрести в интернет магазине https://santshop.ru/, за что ему большое человеческое спасибо. После того как трубка будет свёрнута в кольцо, необходимо её разрезать пополам для того, чтобы организовать 1. 1,5 сантиметровый зазор в экране, в который и будет проникать магнитная составляющая радиосигнала.
Три сдвоенных переключателя S1-S3 коммутируют витки кабеля, соединяя их между собой либо параллельно, либо последовательно, что позволяет таким образом изменять их количество на входе симметрирующего трансформатора Tr1 от 1 до 4.
Посредством переключателя S4 осуществляется выбор режима работы антенны между активным либо пассивным режимами.
Активное звено части усилителя, спрятанное в корпусе антенны, построено несколько нетрадиционно.
Во-первых, оно представляет собой 2 эмиттерных повторителя, включённых параллельно.
Во-вторых, не подразумевает подводимого к нему источника питания и запитывается от нагрузки, находящейся на другом конце кабеля, а конкретно – в составе основной части усилительного устройства.
Что даёт нам такое построение?
А даёт нам это – нормированное выходное сопротивление звена, равное ≈ 26 Омам, что гарантирует параметр КСВ при работе на 50-ти омный коаксиальный кабель, не превышающий 2.
Параллельное включение повторителей на Т1 и Т2, каждый со своей цепью смещения, пришлось использовать вынужденно – в связи со сложностью нахождения радиочастотных p-n-p транзисторов необходимой мощности. Тупо соединять в параллель транзисторы в подобном построении – решение не самое хорошее, так оно чревато повышенными нелинейными, а также интермодуляционными искажениями.
Токи покоя транзисторов (по 10мА каждый) задаются резисторами смещения R1 и R2, номиналы которых необходимо подобрать на финальном этапе настройки схемы.
Как это всё выглядит?
Рис.2
Понятно, что в связи с увеличением количества витков в рамке, трансформатор, который мы мотали на предыдущей странице в соответствии с рекомендациями 1428 (ссылка на страницу) при работе на нижних диапазонах окажется не самым оптимальным.
Налицо – необходимость увеличения индуктивности первичных обмоток. С другой стороны, при работе на верхних диапазонах, когда ко входу трансформатора подключён всего один виток – такое увеличение индуктивности будет нежелательным. Поэтому компромиссным решением следует считать незначительное увеличение индуктивности обмоток (я счёл оптимальным – в 2-3 раза) при сохранении количества витков в обмотках во избежание пропорционального увеличения паразитных ёмкостей трансформатора.
Делается это просто – увеличением размера используемого ферритового сердечника (бинокля). Оценить эти размеры можно по фотографии, приведённой на Рис.2 справа.
Однако пришло время обнародовать схему ответной части усилителя. 
Рис.3
Простейший усилитель, приведённый на Рис.3, за счёт введения возможности регулировки усиления обеспечивает лучшие показатели, чем дифференциальные усилители, часто встраиваемые в корпус рамки, без возможности такой регулировки.
Как это работает? Резистор R1 является нагрузочным для эмиттерных повторителей, находящихся в корпусе рамки антенны. Далее следует усилительный каскад, выполненный по схеме с общей базой, на транзисторе Т1, в качестве нагрузки которого выступает резистор R8, зашунтированный дросселем L1.
Переменный резистор R4 выполняет функцию регулировки усиления входного сигнала в пределах 2. 10 раз по напряжению.
Входное сопротивление схемы Rвх определяется величиной параллельно соединённых R1 и суммы сопротивлений: R3, R4 и Rвх каскада с ОБ на транзисторе Т1, т.е. Rвх ≈ R1ll(R3+R4). Легко заметить, что при изменении значения потенциометра R4 в диапазоне 0. 200 Ом, величина входного сопротивления усилителя будет принимать значения от 26 до 107 Ом. А это, в свою очередь, практически во всём диапазоне регулировки уровня обеспечивает параметр КСВ, не превышающий 2 (за исключением незначительного превышения при самом низком уровне усиления).
Ну и наконец, эмиттерный повторитель на транзисторе Т2, работающий при значительном токе покоя, призван согласовать усилительный каскад с 50-омным входным сопротивлением радиоприёмника.
Настройка схемы сводится к подбору резисторов R1 и R2, находящихся внутри антенны (Рис.1).
Делается это следующим образом:
1. К выходу схемы (точка соединения R5 и R6) временно подпаиваем резистор номиналом 240 Ом, второй вывод которого подключаем к источнику питания 12В.
2. Эмиттер транзистора Т2 отключаем от R6. Подбираем значение резистора R1 для получения тока, отдаваемого источником питания – 13мА.
3. Возвращаем подключение эмиттера Т2 к R6. Подбираем значение R2 для получения тока, отдаваемого источником питания – 20мА.
При завершении настройки – токи через транзисторы должны уровняться и установиться на уровне ≈ 10мА через каждый.
4. Отпаиваем резистор номиналом 240 Ом и считаем настройку внутренней части усилителя выполненной.
Ответная часть усилителя должна заработать без всякой настройки, хотя проверить значения напряжений в указанных на схеме точках будет совсем не лишним.
Дроссель L1 следует изготовить самостоятельно на низкочастотном феррите с наружным диаметром 15-20мм. Это необходимо для минимизации завала АЧХ при работе на верхних диапазонах посредством уменьшения количества витков, а соответственно и собственной паразитной ёмкости моточного изделия.
А на следующей странице рассмотрим более серьёзную ответную часть усилителя, обладающую резонансными свойствами и позволяющую достигать максимального усиления без перегрузки входных цепей и смесителя радиоприёмника.
Магнитные антенны из коаксиального кабеля
Магнитная рамочная домашняя антенна – отличная альтернатива классическим наружным. Такие конструкции позволяют передавать сигналы до 80 м. Для их изготовления чаще всего применяют коаксиальный кабель.
Классический вариант магнитной рамочной антенны
Рамочная магнитная установка – подтип малогабаритных любительских антенн, которые могут быть установлены в любой точке населенного пункта. При одинаковых условиях рамки показывают более стабильный результат, чем аналоги.
В домашней практике используют наиболее удачные модели популярных производителей. Большинство схем приведено в любительской литературе радиотехников.
Магнитная рамочная антенна из коаксиального кабеля в помещении
Сборка антенны своими руками
Материалы для изготовления
Основным элементом является коаксиальный кабель нескольких типов, длиной 12 м и 4 м. Для сооружения рабочей модели также нужны деревянные планки, конденсатор 100 пФ и коаксиальный разъем.
Сборка
Магнитная рамочная антенна сооружается без специальной подготовки и знания технической литературы. Придерживаясь порядка сборки, можно с первого раза получить рабочее устройство:
- деревянные планки соединить крестом;
- в дощечках пропилить канавки, глубиной соответствующие радиусу проводника;
- на планках у основания креста просверлить отверстия для закрепления кабеля. Между ними вырезать три канавки.
Точная выдержка размеров позволяет соорудить конструкцию с высоким приемом радиочастот.
Форма магнитных рамок
Магнитная антенна из коаксиального кабеля – петля из проводника, которая подключается к конденсатору. Петля, как правило, имеет вид круга. Это обусловлено тем, что такая форма повышает эффективность конструкции. Площадь этой фигуры наибольшая по сравнению с площадью других геометрических тел, следовательно, и охват сигнала будет увеличен. Производители товаров для радиолюбителей выпускают именно круглые рамки.
Установка конструкции на балконе
Чтобы приборы работали на конкретном диапазоне волн, сооружают петли различных диаметров.
Существуют также модели в виде треугольников, квадратов и многоугольников. Применение таких конструкций обусловлено в каждом конкретном случае разными факторами: расположение устройства в комнате, компактность и др.
Круглые и квадратные рамки считаются одновитковыми, т.к. проводник не скручен. На сегодняшний день специальные программы типа KI6GD позволяют рассчитывать характеристики только одновитковых антенн. Этот вид неплохо зарекомендовал себя для работы на высокочастотных диапазонах. Главным недостатком их является крупногабаритность. Многие специалисты стремятся к работе на низких частотах, поэтому магнитная рамочная установка так популярна.
Проведенные сравнительные расчеты нескольких схем с одним, двумя и более витками, при аналогичных условиях эксплуатации показали сомнительную эффективность многовиточных конструкций. Увеличение витков максимально целесообразно исключительно для уменьшения габаритов всего устройства. К тому же для реализации данной схемы необходимо повышение расхода кабеля, следовательно, неоправданно увеличивается стоимость самоделки.
Полотно магнитной рамки
Для максимальной эффективности работы установки необходимо добиться одного условия: сопротивление потерь в полотне рамки должно быть сопоставимо с величиной сопротивления излучения всей конструкции. Для медных тонких трубок это условие легко выполняется. Для коаксиальных кабелей большого диаметра такого эффекта добиться сложнее из-за высокого сопротивления материла. На практике применяются оба типа конструкций, т.к. другие типы работают намного хуже.
Приемные рамки
Если устройство выполняет исключительно функцию приемника, то для ее работы можно использовать обычные конденсаторы с твердыми диэлектриками. Приемные рамки для уменьшения габаритов выполняют многовиточными (из тонкой проволоки).
Для передающих приборов такие конструкции не подходят, т.к. действие передатчика будет работать на нагрев установки.
Оплетка коаксиального кабеля
Оплетка магнитной рамки дает больший КПД, чем медные трубки и утолщение диаметра проводника. Для домашних экспериментов не подойдут модели в черной пластиковой оболочке, т.к. она содержит большое количество сажи. Во время работы металлические части при сильном нагреве оболочки выделяют вредные для человека химические соединения. К тому же эта особенность снижает сигнал передачи.
Коаксиальный кабель SAT-50M производства Италии
Этот тип коаксиального кабеля подходит исключительно для антенн большого размера, т.к. их сопротивление излучения проводника полностью компенсирует входное сопротивление.
Воздействие внешних факторов
Благодаря физическим свойствам коаксиальных кабелей, антенны не подвержены воздействию температуры и осадков. Негативным последствиям поддается лишь оболочка, создаваемая внешними факторами – дождем, снегом, льдом, т.к. вода имеет большие по сравнению с кабелем потери на высоких частотах. Как показывает практика, использовать такие конструкции на балконах можно в течение нескольких десятков лет. Даже при сильных морозах не наблюдается значительного ухудшения приема.
Для повышения приема магнитные приборы из коаксиального кабеля лучше размещать в помещениях или местах уменьшенного воздействия осадков: под козырьками крыш, на защищенных частях открытых балконов. Иначе устройство будет работать в первую очередь на нагрев окружающей среды, и только потом на прием и передачу сигналов.
Главным условием стабильной работы является защита конденсатора от внешних воздействий – механических, погодных и т.д. При длительном воздействии внешних факторов из-за высокочастотного напряжения возможно образование дуги, что при перегреве быстро приводит к отпайке от схемы или выходу из строя данной детали.
Рамки для высокочастотных диапазонов выполняют горизонтальными. Для низкочастотных, при высоте более 30 м, целесообразно сооружение вертикальных конструкций. Для них высота установки не влияет на качество приема.
Расположение устройства
Если данный механизм будет расположен на крыше, то необходимо предусмотреть одно условие – эта антенна должна быть выше всех остальных. На практике добиться идеального размещения зачастую невозможно. Магнитная рамочная установка достаточно неприхотлива к близкому расположению сторонних предметов и сооружений – башен вентиляции и т.д.
Правильным будет расположение на крыше сердечником вдаль так, чтобы не было поглощения сигнала большими моделями. Ввиду этого при установке на балконе снижается ее КПД. Такое расположение оправдано в тех случаях, когда обычные приемники работают некорректно.
Синхронизация рамки и кабеля
Согласование деталей достигается размещением индуктивной петли малых размеров в большую. Для симметричной связи в прибор включают специальный симметрирующий трансформатор. Для несимметричной – подключение кабеля напрямую. Заземление антенны производят в месте крепления шлейфа к основанию большого круга. Деформация шлейфа помогает добиться более точной настройки прибора.
Модификация устройства из коаксиального кабеля
Плюсы и минусы устройства
Преимущества
- низкая себестоимость;
- простота монтажа и обслуживания;
- доступность исходных материалов;
- установка в небольших комнатах;
- долговечность устройства;
- эффективная работа вблизи других радиоприборов;
- отсутствие особых требований для достижения качественного приема (такие устройства работают стабильно и летом и зимой).
Недостатки
Главным недостатком является постоянная подстройка конденсаторов во время смены рабочего диапазона. Уровень помех уменьшается поворотом конструкции, что во время работы бывает крайне затруднительно из-за геометрических форм и расположения деревянных дощечек. Из-за излучений на близком расстоянии происходит передача информации с магнитных лент (во время включения магнитофона) на устройства с катушками индуктивности (телевизоры, радио и т.п.) даже при выключенных антеннах. Уровень наводок можно уменьшить за счет изменения расположения прибора.
Во время работы нельзя прикасаться к металлическим частям, из-за сильного нагрева можно получить ожоги.
Делаем сами. Видео
Как сделать широкополосную активную антенну своими руками, можно узнать из этого видео.
Магнитная рамочная антенна является наиболее целесообразным бюджетным решением для домашнего использования. Главные преимущества – работа на разных частотах, простота сборки и компактность. Хорошо выполненный прибор может получать и передавать отличный сигнал на достаточно большое расстояние.
Магнитная петлевая антенна I1ARZ для работы на диапазонах 40, 80 и 160 метров
Хорошие результаты, полученные с антенной «Magnetic Loop», побудили I1ARZ попытаться построить антенну на НЧ-диапазоны. Вначале он намеревался построить петлевую антенну круглой формы (рис.1) с периметром около 10,5 м, что составляет четверть длины волны на диапазоне 7 МГц. Для этой цели была изготовлена петля из медной трубки диаметром 40 мм с тонкими стенками Однако в ходе работ выяснилось, что сгибание и разгибание трубок таких размеров — достаточно трудное дело, и форма антенны была изменена с круглой на квадратную. Некоторое снижение эффективности при этом компенсируется значительным упрощением изготовления.
Для диапазона 1,8…7,2 МГц можно использовать медную трубку диаметром 25…40 мм. Можно также использовать дюралевые трубки, однако не у всех есть возможность сварки в аргоне. После сборки вся антенная рамка покрывается несколькими слоями защитного лака.
Для правильной работы антенны очень важен настроечный конденсатор. Он должен быть хорошего качества, с большим промежутком между пластинами Использован вакуумный конденсатор емкостью 7…1000 пФ с допустимым напряжением 7 кВ Он выдерживает мощность в антенне более 100 Вт, что вполне достаточно. В том случае, когда используется диапазон 160 м, емкость должна достигать 1600 пФ.
Петля квадратной формы собирается из четырех медных трубок длиной 2,5 м и диаметром 40 мм Трубки соединяются вместе с помощью четырех водопроводных колен из меди. Трубки привариваются к коленам. Противоположные стороны рамки должны быть параллельны друг другу. В верхней трубке посередине вырезается кусок длиной в 100 мм, в вырез вставляется тефлоновый шпиндель и закрепляется с обеих сторон хомутиками и винтами. Диагональ петли составляет 3,4 м, полная длина — 10,67 м (вместе с медными пластинками шириной 50 мм, к которым прикреплены концы трубки, обеспечивающими подключение настроечного конденсатора). Для обеспечения надежного контакта пластинки после их прикрепления необходимо приварить к концам трубки.
На рис.2 приведена конструкция рамки вместе с основанием и несущей мачтой. Мачта должна быть диэлектрической, например из стеклволокон- ного удилища. Можно использовать также пластмассовую трубку. В нижней части рамка фиксируется на несущей мачте стальными хомутиками (рис.3).
Для упрочнения нижнего горизонтального куска рамки на него натягивается на длине примерно 300 мм нагретая медная трубка несколько большего диаметра. Мотор, вращающий конденсатор, укрепляется на стальной трубе на высоте над крышей около 2 м. Для придания жесткости всей конструкции ниже мотора устанавливается не менее трех растяжек.
Проще всего согласовать антенную рамку и линию питания с помощью витка коаксиального кабеля типа RG8 или RG213 Диаметр витка определяется опытным путем (примерно около 0,5 м). Подключение внутренней жилы и оболочки кабеля осуществляется в соответствии с рис.4
После того как согласующий виток настроен на наименьший КСВ, для защиты от осадков поверх места подключения натягивается гофрированная пластмассовая трубка. На конце согласующего витка нужно установить коаксиальный разъем. В месте нижнего крепления согласующего витка под крепежный дюралюминиевый хомут продевается кусок медной ленты, которая после загибания припаивается к экранирующей оболочке кабеля. Она нужна для хорошего электрического контакта с заземленной дюралевой трубкой (рис.5). В верхней части согласующий виток крепится к диэлектрической мачте резиновыми хомутиками.
Если антенна располагается на крыше, для дистанционного управления настроечного конденсатора необходим блок привода мотора постоянного тока. Для этой цели годится какой-либо магнитофонный мотор небольших размеров с небольшим редуктором. Мотор связывается с осью конденсатора изолирующим сцеплением или пластмассовой шестерней Ось конденсатора необходимо также механически присоединить к потенциометру 22 кОм группы А С помощью этого потенциометра внизу определяется положение настроечного конденсатора. Полная схема блока управления показана на рис.6.
Естественно, потенциометр необходимо расположить с той же стороны, что и мотор, соединив их двумя пластмассовыми шестернями или фрикционной передачей. Весь блок настройки размещается в герметично закрывающемся пластмассовом корпусе (или трубке). Кабель к мотору и провода от потенциометра прокладываются вдоль стекло- волоконной несущей мачты. В случае, если антенна размещается недалеко от радиостанции (например на балконе), настройку можно осуществлять непосредственно с помощью длинного валика на изолированной ручке.
Размещение настроечного конденсатора
Как уже упоминалось, неподвижная и подвижная части настроечного конденсатора присоединяются к верхней, разрезанной части рамки с помощью двух медных пластин толщиной около 0,5 мм, шириной 50 мм и длиной 300 мм каждая. Настроечный конденсатор размещается в пластмассовой трубке, которая крепится к вертикальной стекловолоконной несущей мачте (рис.7). Верхняя часть рамки соединяется тефлоновым шпинделем и крепится к несущему стекловолоконному столбу с помощью U-образных болтов.
Настройка
Настройте TRX на эквивалент нагрузки, переключите выход TRX на антенну. Антенный тюнер в этом опыте не используйте. При пониженной выходной мощности начинайте вращать конденсатор до получения минимума КСВ Если достичь низкого КСВ таким способом не удается, попытайтесь несколько деформировать согласующий виток. Если КСВ не улучшается, виток необходимо или удлинить, или укоротить. Проявив немного терпения, можно в диапазонах 1,8…7 МГц достичь КСВ 1… 1,5 Достигнуты следующие значения КСВ 1,5 на 40 м, 1,2 на 80 м и 1,1 на 160 м.
Результаты
Настройка антенны очень «острая». В диапазоне 160 м полоса пропускания антенны составляет единицы килогерц. Диаграмма направленности (ДН) — почти круговая. На рис.8 приведены ДН в горизонтальной плоскости для различных вертикальных углов излучения.
Наилучшие результаты антенна дает в диапазоне 40 м. При мощности 50 Вт автор установил немало связей с восточным побережьем США с рапортом 59. На расстояниях до 500 км днем рапорты были 59+20…25 дБ. Антенна также очень хороша на прием, поскольку достаточно «острая» настройка уменьшает шумы и сигналы работающих рядом сильных станций Антенна работает удивительно хорошо и в диапазоне 160 м. С первых попыток была установлена связь на расстоянии свыше 500 км с рапортом 59+20 дБ. С принципиальной точки зрения, в этом диапазоне эффективность антенны гораздо ниже, чем в диапазоне 40 м (см.таблицу).
Заключительные замечания
- Антенну необходимо размещать по возможности дальше от ботьших металлических предметов, таких как ограды, металлические столбы, водосточные трубы и т.д.
- Антенну не рекомендуется размещать внутри помещений, поскольку рамка антенны при передаче излучает сильное магнитное поле, которое вредно для здоровья.
- При работе с мощностями выше 100 Вт рамка нагревается под действием большого тока.
- На самом верхнем диапазоне поляризация антенны горизонтальная.
В таблице выше приведены основные электрические параметры антенны в указанных диапазонах. Аналогичную антенну можно построить и на более высокочастотные диапазоны, соответственно уменьшая размеры рамки и емкость настроечного конденсатора.
