|
« вернуться в раздел «Радиотехника — теория»
Уменьшенные магнитные рамочные антенны сравнительно редко используются радиолюбителями Ham-radio. Однако при своих недостатках, таких как, малое КПД, и узкая полоса пропускания, они имеют ряд своих достоинств. Это возможность пространственной и частотной селекции радиосигнала, т.е. ориентирование антенны по максимуму полезного сигнала или по минимуму сигнала помехи. Выделение полезного сигнала методом отстройки по частоте, а также ее малые геометрические размеры относительно длины волны. По этому наибольшее распространение рамочные антенны получили в качестве приёмных антенн радиопеленгаторов и радиовещательных приёмников, работающих в диапазонах длинных, средних и коротких волн.
Такие антенны используются чаще всего в походных условиях, и могут перестраиваться по диапазону с трехкратным изменением по частоте. КПД антенны зависит от ее геометрических размеров относительно длины волны, см. рис. 1.
Такую антенну применяют и в качестве передающей. При малых размерах рамки амплитуда и фаза колебаний тока, протекающего в рамке, практически постоянны по всему периметру. Максимум интенсивности излучения соответствует плоскости рамки. В перпендикулярной плоскости рамки, диаграмма направленности имеет острый минимум, а общая диаграмма рамочной антенны имеет форму «восьмёрки».
Напряжённость электрического поля Е электромагнитной волны (В/м) на расстоянии d (??3) от передающей рамочной антенны, вычисляется по формуле:
где:
I — ток в рамке (А); n — число витков; d — расстояние (км);
S — площадь рамки (м.кв); ? — рабочая длина волны (м);
Cos ? — угол между плоскостью рамки и направлением на рассматриваемую точку.
ЭДС E, индуктируемая в приёмной рамочной антенне, вычисляется по формуле:
где:
n — число витков;
S — площадь рамки;
E — напряжённости электрического поля в наблюдаемой точке;
Cos ? — угол между плоскостью рамки и направлением прихода волны.
Восьмерочная диаграмма направленности рамки позволяет использовать ее минимумы диаграммы с целью отстройки её в пространстве от близко расположенных помех или нежелательного излучения в определенном направлении в ближних зонах до 100 км.
Устройство антенны классическое, и изображено на рис. 2, она состоит из открытого колебательного контура в виде развернутой индуктивности, настраиваемой конденсатором С в резонанс. По сведениям DK5CZ полоса пропускания с увеличением частоты настройки увеличивается также в три раза и по уровню 0,707 имеет полосу пропускания от 3 до 30 кГц. При изготовлении антенны, требуется соблюдение соотношений диаметров излучающего кольца и витка связи D/d как 5/1, он изготавливается из коаксиального кабеля, находится в непосредственной близости от излучающего кольца в противоположной стороне от конденсатора, и выглядит как на рис. 3.
Поскольку в излучающей рамке протекает большой ток, достигающий десятки ампер, рамка в диапазонах частот 1,8-30 МГц изготавливается из медной трубки диаметром порядка 40-20 мм, а конденсатор настройки в резонанс не должен иметь трущихся контактов. Его пробивное напряжение должно составлять 10 кВ при подводимой мощности до 100 Вт. Диаметр излучающего элемента зависит от диапазона используемых частот и рассчитывается от длины волны высокочастотной части диапазона λв, где периметр рамки Р = 0,25λв.
Расширяем полосу пропускания рамки и увеличиваем КПД
Единственная возникающая проблема всех укороченных рамочных антенн, это узкополосность. В диапазоне 180-160 м при добротности антенны 200…250, полоса пропускания по уровню 0,707 составит около 6 кГц, что является большим недостатком при перестройке частоты радиостанции. Перестройку антенны в пределах диапазона можно осуществить и дискретно, при помощи реле и набора конденсаторов постоянной емкости.
Расширить полосу пропускания рамочной антенны и повысить эффективность ее работы, можно применив несколько аналогичных антенн, которые расположены таким образом друг относительно друга, чтобы между ними существовала магнитная связь. А это значит, что рамки должны быть параллельны друг другу. При этом достаточно запитать только одну антенну, а остальные будут расширять полосу пропускания всей системы, и увеличивать уровень сигнала примерно на 3 дБ. На рис. 4а показана АЧХ одиночной рамочной антенны, на рис. 4б — АЧХ двух (или нескольких) таких антенн.
Рамки должны иметь одинаковые геометрические и электрические параметры и устанавливаются параллельно друг другу на расстоянии не более диаметра рамки. Расстояние определяется необходимой полосой пропускания без ущерба в добавочном усилении. Петля связи устанавливается на любую из рамок, так, что вторая работает самостоятельно. Рамочная антенна работает еще лучше, если их установлено три, т.е. одна в средине, а две дополнительные размещаются на расстоянии половины диаметра рамки с обоих сторон в одной плоскости.
Если радиолюбитель испытывает затруднения во вращении такой конструкции, то можно использовать принцип гониометра и разместить рамки перпендикулярно. Тогда необходимо вращать только петлю связи. Получится почти пеленгатор.
73! UA9LBG & Радио-Вектор-Тюмень
|
