Кольцо — самая эффективная и распространенная конструкция рамочной антенны, так как по сравнению с прочими геометрическими фигурами оно покрывает наибольшую площадь при равных периметрах. Восьмиугольник весьма близок к кольцу по эффективности, квадрату же или ромбу свойствен меньший КПД.

Обычно подстроечный конденсатор переменной емкости размещается в верхней части вертикально установленного кольца, которое заземляется в нижней противоположной точке для защиты от грозы.

Ради удобства настроек в некоторых версиях антенны конденсатор монтируют внизу кольца и часто — в корпусе вместе с согласующим устройством.

Дистанционное управление подстроечным переменным конденсатором осуществить нетрудно, и потому в стационарных кольцевых антеннах подстроечные конденсаторы размещают в верхней части кольца. С легкостью справляются и с гальванической связью.

Одно из решений представлено на рисунке выше в виде Т-согласования с последующим симметрирующим трансформатором.

Несимметричный вариант с гамма-согласованием имеет вид:

В обоих случаях длина отрезка L, в гамма согласовании, должна составлять около 0,1 от длины окружности кольца, а расстояние y — около λ/200.

Индуктивная связь и согласование также широко распространены благодаря простоте реализации.

Чаще всего применяется вариант такого типа:

Внутри большой петли размещают малую индуктивную петлю с соотношением диаметров 5:1. Благодаря симметричной связи через симметрирующий трансформатор на кольцевом сердечнике 1:1 можно подсоединять 50-омный коаксиальный кабель.

При несимметричной связи коаксиальный кабель подключается непосредственно как на рисунке выше (б).
Электрически целесообразный способ индуктивной связи представлен на рисунке (в). Здесь показан только связующий виток из коаксиального кабеля с разрывом
его экрана посреди витка. Экран части правой половины шлейфа припаивается к основанию большого кольца, и в этом месте антенну заземляют. Слегка деформируя шлейф из коаксиального кабеля, добиваются тонкой настройки антенны на минимальный КСВ. Считается, что диаметр d должен быть тем меньше, чем выше рабочая добротность антенны.

Опубліковано: 31 березня 2016

Часть первая. Я уже 5 лет работаю в эфире только на магнитную антенну. Причин этому было несколько: главная та, что нет места для того, чтобы натянуть хоть какую-нибудь “веревку”, а следующее – это то, что я понял - “правильная ”Магнитная рамка" далеко не хуже, а то и, во многих случаях, даже лучше любой проволочной антенны. Когда, еще в Харькове я экспериментировал с магнитной рамкой, у меня было недоверие к этой антенне, хотя еще там на "магнитку" я принимал лучше, чем на полноразмерную "дельту" на диапазоне 160 м. Я тогда сделал тоже много ошибок, о чём и сам не знал.

Тогда у меня была полноразмерная вертикальная "дельта" на 160 метров, растянутая между двумя 16-ти этажками. Я, в основном, работал на 160 м. Как-то занялся и сделал, на скорую руку, приемную магнитную антенну на этот диапазон. При испытании днем, в квартире на 8-м этаже в железобетонном доме, уверенно принимал станцию, находящуюся в 110 км от Харькова, в то время как на дельту я слышал только присутствие станции и ни одного слова принять не мог. Я был поражен, но вечером, когда все пришли с работы и включили телевизоры, я на магнитную рамку ничего вообще не слышал, сплошное жужжание. На этом мой первый опыт и был закончен.

И вот уже здесь, в Торонто, мне снова пришлось заняться магнитными антеннами, но теперь уже и передающими. Сначала у меня на балконе был диполь на 20 м. Европа на 20 м отвечала, но слабовато. Только те, у кого "Яги" или штырь. А когда поставил "Магнитку", то начали отвечать сразу и не только те, что с "Ягами". Пошли связи со станциями, у которых и диполи и "инвертеры" и "веревки". Потом я диполь переделал в дельту. Получился периметр 12.5 м, поставил удлиняющую катушку в 50 см от горячего конца дельты. Теперь дельта стала строиться тюнером от 80 м до 10м. По шумам дельта намного тише диполя, но с "магниткой" сравнивать трудно. Бывают случаи, когда "магнитка" берет больше шумов, а бывает и наоборот. Это зависит от источников шума. Есть связи с Европой и на дельту, но отвечают намного хуже. Магнитка все-таки выигрывает. Я где-то читал, что вертикально расположенная магнитка имеет угол излучения к горизонту ниже 30 градусов.

Моя первая антенна таких размеров: наружный диаметр её трубы - 27 мм (дюймовая медная труба), диаметр антенны по углам - 126 см, диаметр антенны по серединам противоположных сторон - 116 см (Замерялось по оси трубы). Уголки (135 градусов) - тоже медные. Все пропаяно. Вверху антенны есть разрез по середине стороны трубы, зазор около 2,5 см. Верху антенны в пластиковой коробке конденсатор переменной ёмкости - "бабочка" с двигателем постоянного тока и редуктором. Статорные пластины припаяны к медным полосам, которые, в свою очередь, припаяны к трубе по разные стороны зазора, ротор не задействован (токосъемов быть не должно). Емкость переменного конденсатора 7 - 19 пф. Зазор между пластинами - 4-5 мм. Этой емкости хватает, чтобы настраивать антенну на диапазонах 24 МГц и 21 МГц. На 18 МГц нужна дополнительная емкость 13 пФ, на 14 МГц - 30 пФ, на 10 МГц - 70 пФ, на 7 МГц - 160 пФ. Для этих емкостей по краям разреза трубы впаяны зажимы (видно на фото), которыми плотно прижимаются выводы дополнительных конденсаторов (чем плотнее, тем лучше). Такие меры предосторожности нужны при передаче. При 100 Вт, в режиме передачи, на обкладках конденсатора напряжение достигает 5000 вольт, а ток в антенне - до 100 А. Диаметр петли связи 1/5 диаметра антенны. Петля связи (петля Фарадея) изготовлена из кабеля, с антенной контакта нет. Питание антенны - 50-омным кабелем произвольной длины.

Но потом я поменял место жительства и, на новом QTH, эта антенна оказалась слишком большой. Балкон имеет металлическое ограждение, и, поэтому, внутри балкона был слабый прием. Нужно было выносить антенну за пределы балкона и я сделал следующую магнитную рамку.

Её рамка изготовлена из медной трубы диаметром 22 мм, диаметр антенны – 85 см. Работает от 14 до 28 МГц. По расчетам для таких антенн, эта рамка должна работать немного хуже предыдущей, потому что и труба тоньше, и диаметр рамки меньше, но практическое использование показало, что вторая антенна ничем не уступает большей рамке. И мое заключение - цельная труба все-таки лучше, чем спаянная из нескольких кусков. При огромных токах малейшее сопротивление на переходах медь–олово и наоборот, а также на зажимах дополнительных конденсаторов, дает большие потери. При приеме это неощутимо, а вот при передаче идет потеря мощности.

Я работаю в цифровых видах, в основном в JT65. На меньшую антенну на 28 МГц на 5 ваттах работал с Австралией (15000- 16000км), ЮАР (13300 км через мой дом). Потом я переделал первую рамку, в которой вместо конденсатора "бабочка" поставил вакуумный конденсатор.

И, к моему удивлению, антенна стала строиться на 28 МГц и у меня добавился диапазон 10 МГц. Хотя на этом диапазоне, по расчетам, эффективность составляет 51%, я на 20 ваттах в JT65 спокойно проводил связи с Европой. Переделка была сделана буквально 2-3 недели назад, поэтому полная картина ещё у меня не сложилась. Но ясно одно, - антенны работают. Управляю перестройкой конденсатора дистанционно, со своего рабочего места. Настройка быстрая, попадаю в резонанс с первого, максимум - со второго раза, т.е. больших неудобств при перестройке не испытываю. А при работе цифровыми видами перестраиваться по диапазону вообще не приходится.

Xочу сформулировать несколько важных критериев, которые надо учитывать при построении эффективной передающей магнитной антенны. Может, кому-то мой опыт поможет и человек не будет тратить много времени и средств, как я, тем более, что при неправильном подходе к построению магнитной рамки, может пропасть интерес к такого типа антеннам, - по себе знаю это. Но, правильно сделанная антенна, действительно работает хорошо. Подчеркиваю, что это только мои соображения, которые основываются на моем личном опыте в построении и использовании магнитных рамок. Если у кого будут какие-то замечания или дополнения или вопросы, прошу писать мне на Е-Mail.

1. Полотно антенны должно быть цельным.

2. Материал – медь или алюминий, но алюминий дает потери при передаче, около 10% больше при одинаковых размерах, чем медь (по данным различных программ для расчета магнитных антенн).

3. Форма антенны - лучше круглая.

4. Площадь полотна антенны должна быть как можно большей. Если это труба, то диаметр трубы должен быть как можно большим (как следствие, наружная площадь трубы будет большей), если же это - полоса, то ширина полосы должна быть как можно большей.

5. Полотно антенны (труба или полоса) должны подходить непосредственно к переменному конденсатору без каких-либо промежуточных вставок из проводов или полос, припаянных к полотну антенны и к конденсатору. Другими словами нужно избегать паек и "скруток" в полотне антенны, где только это только возможно. Если же необходимо что-то припаять, то лучше использовать сварку, для меди это - медную сварку, для алюминия – алюминиевую, чтобы избежать неоднородностей металла в полотне антенны.

6. Полотно антенны должно быть жестким, чтобы не было деформации, например от ветровых нагрузок.

7. Конденсатор должен быть с воздушным диэлектриком и с большим зазором между пластинами, еще лучше - вакуумный.

8. Конденсатор с электродвигателем у меня закрыты в пластмассовую коробку. Внизу коробки сделаны два небольших отверстия для слива конденсата.

9. Токосъемов на конденсаторе быть не должно, поэтому нужно использовать конденсатор типа "бабочка" у которого статорные пластины подключены к разным концам полотна антенны, а ротор ни к чему не подключен.

10. Петля связи имеет диаметр 1:5 от диаметра антенны, Надо учесть, что при уменьшении диаметра петли связи увеличивается добротность антенны, а значит и её эффективность, однако, сужается полоса пропускания антенны. В интернете находил информацию, что можно использовать петлю связи диаметром от 1:5 до 1:10 от диаметру рамки антенны. Я использую петлю Фарадея в качестве петли связи. Гамма согласование не использовал. Для петли связи я использую кабель с наружным диаметром 8–10 мм, у которого экран - это гофрированная медная трубка.

11. В непосредственной близости от антенны использую дроссель из кабеля - 6-7 витков этого же кабеля, намотанные на ферритовом кольце от отклоняющей системы телевизора.

12. Антенна “не любит“ вблизи себя металлических предметов, длинных проводов и т.п. - это может сказаться на КСВ и диаграмме направленности.

13. Высота магнитной антенны над землей для максимально достижимой эффективности ее работы должна быть не меньшей 0.1 длины волны самого низкочастотного диапазона этой антенны.

При соблюдении перечисленных выше требований к построению магнитной рамки, получится действительно хорошая антенна, пригодная, как для местных связей, так и для работы с DX.
По словам Leigh Turner VK5KLT: - “A properly designed, constructed, and sited small loop of nominal 1m diameter will equal and oftentimes outperform any antenna type except a tri-band beam on the 10m/15m/20m bands, and will at worst be within an S-point (6 dB) or so of an optimised mono-band 3 element beam that’s mounted at an appropriate height in wavelengths above ground.”
(Надлежащим образом расчитанная, сделанная и правильно размещенная магнитная антенна диаметром 1 м, будет эквивалентна и часто превосходить все типы антенн, исключая трех-диапазонный волновой канал на 10м/15м/20м диапазоны, и будет хуже (примерно на 6 db) оптимизированной однодиапазонной 3-х элементной антенны волновой канал, смонтированной на надлежащей высоте в длине волны над землей) Перевод мой.

Часть вторая.

Широкополосная приемная магнитная антенна

Во-первых, для антенны я использую центральную жилу кабеля, экран заземлён. Экран разорван вверху антенны на одинаковых расстояниях от усилителя. Зазор около 1 см.
Во-вторых, усилитель к антенне подключен через ШПТ (широкополосный трансформатор) на трансфлюкторе для уменьшения проникновения электрической составляющей.

(пересохраните схему на свой комп и она будет читаться лучше)
В-третьих, усилитель имеет два каскада, оба двухтактные (для подавления синфазной помехи) на малошумящих транзисторах J310. В первом каскаде в каждом плече стоят по два транзистора параллельно с общим затвором, шумы каскада уменьшаются в корень квадратный из количества параллельно соединённых транзисторов, т.е в 1,41 раза. Есть мысль поставить по 4 транзистора в плечо.
В-четвертых, питание должно быть как можно "чище", лучше всего - от батареи.

Вот, выкладываю схему антенны

Токи стоков всех транзисторов - 10-13 мА.
На диапазонах 18, 21, 24 и 28 МГц я дополнительно использую отключаемые два усилителя (16db, и 9db). Их можно включить по одному или оба сразу. И, что очень важно, на всех диапазонах, сразу после антенны, я использую дополнительные 3-контурные ДПФ (как в трансивере RA3AO). Дополнительные ДПФ нужны, так как антенна принимает и усиливает все станции от ДВ до ФМ диапазона. Все это попадает на вход приемника и может перегружать его, что выразится в увеличении шумов и ухудшении чувствительности, а не в её улучшении.

Сегодня провёл такой эксперимент. По периметру рамки антенны, с большим шагом навил толстый многожильный медный провод в изоляции. Общий диаметр провода около 5 мм. Вблизи усилителя установил двухсекционный конденсатор переменной ёмкости. Концы провода подключил к статорным секциям конденсатора. Получилась никуда не подключенная магнитная резонансная рамка. Диапазон такой конструкции получился таким: около минимума одной секции конденсатора - 20 м. Две секции в параллель - около максимума конденсатора - 80 м. Думаю, если добавить в параллель постоянный конденсатор, то и 160 м будет. Принимаемый сигнал вырос (по моим субъективным оценкам, - около 10 db минимально), помехоустойчивость антенны не ухудшилась, резонанс не острый, перекрывается весь диапазон 20 м, - перестраивать антенну нужно только при смене диапазона. Не трогая основной антенны, повысился коэффициент усиления, избирательность и, скорее всего, чувствительность.

Причем на всех остальных диапазонах антенна принимает так же как и без дополнительного перестраиваемого контура.

Долго думал, как поднять чувствительность антенны на верхних диапазонах и решил добавить еще одну резонансную рамку. Вот фото:

Диаметр дополнительной рамки получился маленьким. Резонанс довольно острый, строится от 20 МГц до 29 МГц. Ниже не пробовал, так как есть другая рамка, которая строится на нижних диапазонах. На большой резонансной рамке переменный конденсатор заменил на "галетник" с постоянными конденсаторами для удобства переключения диапазонов.

Доработал свою приемную антишумовую антенну – убрал дополнительные контура, перевернул антенну усилителем вверх, а снизу от разреза оплетки добавил два луча по 1,2 м многожильного провода. Длиннее провод у меня не получается добавить, ограничивают размеры балкона. По моему мнению, антенна стала работать намного лучше. Поднялась чувствительность на верхних диапазонах 21 - 28 МГц. Упали шумы. И еще одно замечание, - похоже, что ближние станции стало слышно потише, а уровень приёма дальних станций вырос. Но это субъективное мнение, т.к. антенна находится на балконе 5-го этажа 19-ти этажного дома. И, конечно же, есть влияние дома на диаграмму направленности.

Картинки по запросу UA6AGW:

Можно поэкспериментировать с длиной лучей, но у меня такой возможности нет. Возможно, можно будет поднять немного усиление в нужном диапазоне. Сейчас у меня максимум приема в районе 14 МГц."

Часть третья .

(Из письма) "Вчера на скорую руку сделал антенну на 10 м. Фото прилагаю.

Это переделанная антенна 20-ти метрового диапазона, которую я делал раньше. Длина лучей осталась прежней около 2,5 м, я уже точно не помню. а сама антенна получилась диаметром 34 - 35 см. Какой кусок кабеля остался, такой и использовал. В результате у меня получилось следующее. Оба конденсатора на максимуме емкости. В этом положении конденсаторов чуть-чуть не дотягивает до 28.076 Мгц. Т.е. резонанс
получается на 28140-28150 и выше по частоте. Лучи сначала хотел отрезать, но после этого не стал, т.к. частота уйдет еще выше. Петлю связи также поставил с 20-ти метровой антенны. В результате на 28076 КСВ получился 1,5 меньше никак не смог добиться. Но при этом решил попробовать работать в эфире. Работал на 8 ватт по показаниям
ваттметра SX-600. Я сравнивал прием этой новой антенны с моей широкополосной приемной антенной, разницы я практически не увидел. На мою антенну шум эфира чуточку поменьше, а сигналы станций практически одного уровня. Это все я смотрел на SDR. С утра начал работать в эфире на CQ. Я был удивлен, насколько активно мне отвечали на мои 8 ватт, и рапортами, которые мне давали. С утра проход был на Европу и это были все европейские станции. Рапорта, которые я получал в основном мне
давали, выше, чем я давал им. Теперь нужно поменять конденсаторы и укоротить лучи."

Но антенна был очень капризной в настройке, при малейшем ветерке лучи шевелились и это сказывалось на КСВ. Видно было как пляшет стрелка КСВ-метра в такт с колебаниями лучей антенны. И я стал дальше заниматься этой антенной с целью сделать ее параметры устойчивыми и сама антенна могла бы быть легко повторена. В итоге после длительных обсуждений антенны с Владимиром КМ6Z мы пришли к выводу что внутренный проводник с конденсатором там лишний (иногда может быть и вреден). Я закоротил внутренний проводник с оплеткой на обеих концах антенны и конденсатор С2 убрал. Антенна работала также. Потом по подсказке KM6Z я заменил петлю связи на гамма согласование. После тщательной настройки я увидел что сигнал с антенны вырос. Дальше, опять же по подсказке KM6Z я вместо гамма согласования применил Т-согласование или двойное гамма согласование и снижение выполнил двухпроводной 300 омной линией. Сигнал с антенны еще больше увеличился, дополнительные усилители не использую, т.к. они просто уже не нужны и я заметил что пропала помеха от соседнего компьютера, которая раньше постоянно присутствовала, хотя двухпроводная линия проходит рядом с этим мешающим компьютером. В итоге я перестроил свою метровую магнитную рамку, приделал лучи около 2-х метров, сделал Т-согласование. В результате получившуюся антенну я назвал – “МАГНИТНЫЙ ДИПОЛЬ”. Эта новая антенна имеет такие параметры – диаметр 1.05 метра, полотно антенны – медная труба даметром 18мм, конденсатор вакуумный 4-100 пф, лучи – 2.06м. Антенна работает в 4-х диапазонах 30м, 20м, 17м, 15м. Правла КСВ на 30 и 17 метрах подгоняю добавляя к лучам по 30 см провода. Работаю в цифровых видах JT9 и JT65 10-ю ватами отвечают все, слышат все (смотрю по PSK Reporter). Австралия(14000-16000 км), Новая Зеландия (около 13000 км) не проблема совсем. Есть связь с Таиландом через Северный Полюс (а это очень проблемные связи) на все тех же 10 ватах. Связи на 3000 – 5000 км даже при слабом прохождении провожу каждый день. Европа 5000 – 7000 практически каждый день. Даже поднадоели.

При упоминании магнитной антенны как-то сразу приходят с голову те, что на ферритовом стержне, и это отчасти правильно. Все это разновидности одного и того же типа устройств. Магнитной называется рамочная антенна, периметр которой много меньше длины волны. Всем известные зигзаг и биквадрат (почти одно и то же) также являются родственниками рассматриваемой технологии. И совсем к ним никакого отношения не имеют антенны на магнитном основании. Это просто способ крепления не более того. Магнитное основание для антенны надежно удерживает ее на крыше любого авто. Мы же говорим сегодня об особой конструкции. Вся прелесть магнитных антенн в том, что удается обеспечить сравнительно большое усиление на сравнительно длинных волнах. При этом размер магнитной антенны достаточно мал. Давайте обсудим наше заглавие и расскажем, как может быть сделана магнитная антенна своими руками.

Магнитные антенны

Из теории известно, что в колебательном контуре из катушки индуктивности и конденсатора излучения почти что не происходит. Оно все замкнуто, и волна может качаться на резонансной частоте сколь угодно долго, затухая, ввиду наличия активного сопротивления. Да, элементы контура, индуктивность и емкость, в общем-то имеют чисто реактивный (мнимый) импеданс. Причем размер зависит от частоты по довольно незамысловатому закону. Это нечто вроде произведения круговой частоты (2 П f) на значение индуктивности или емкости, соответственно. И вот при некотором значении противоположные по знаку мнимые компоненты становятся равны. В результате импеданс становится чисто активным, в идеале он равен нулю.

В действительности биения все же затухают, потому что каждый контур на практике характеризуется добротностью. Напомним, что импеданс состоит из чисто активной (действительной) части, как например, резисторы, и 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 они не оказались на противоположных концах индуктивности. Это называется вибратором (диполем) Герца, и представляет собой разновидность укороченного полуволнового и прочих видов вибраторов.

Если же взять и превратить катушку в единое кольцо, то мы получаем простейшую магнитную антенну. Это очень упрощенное толкование, но примерно так оно и есть. Причем сигнал снимается с противоположной от конденсатора стороны через усилитель на полевых транзисторах. Это обеспечивает высокую чувствительность устройства. Ну, а антенна на ферритовом стержне является разновидностью магнитной, только у нее колец множество вместо одного. Свое название этот род устройств получил за высокую чувствительность именно к магнитной составляющий волны. В частности, при работе на передачу генерируется как раз она, порождая отклик электрического поля.

Максимум направленности соответствует оси стержня. Причем оба направления равноправны. Ввиду малого периметра рамочной антенны относительно длины волны сопротивление ее достаточно низкое. Это может быть не просто 1 Ом, но даже и доли Ома. Приближенно значение можно оценить по формуле:

R = 197 (U / λ) 4 Ом.

Под U понимается периметр в метрах, в тех же единицах, что и длина волны λ. Наконец, R - сопротивление излучению, не нужно путать его с активным, которое показывает тестер. Этот параметр используется при расчете усилителя для согласования нагрузки. Следовательно, для ферритовых антенн, нужно это значение помножить еще на квадрат числа витков.

Свойства магнитных антенн

А теперь посмотрим, как сделать магнитную антенну самостоятельно. Для начала следует определить длину окружности и емкость подстроечного конденсатора. Вообще-то особенности магнитной антенны таковы, что она требует согласования в обязательном порядке, но об этом как-нибудь в другой раз. Дело в том, что отличительным признаком является невероятное число вариантов проведения этой операции, так что вырисовывается отдельная тема для разговора.

Длина периметра магнитной антенны колеблется в пределах от 0,123 до 0,246 λ. Если требуется перекрыть весь этот диапазон, то нужно правильно подобрать конденсатор. В свободном пространстве и магнитной антенны диаграмма направленности в виде тора, что и можно наблюдать, расположив виток параллельно земле. Поляризация при этом будет линейная горизонтальная. То есть это отличный вариант для приема телевещания. Недостаток в том, что угол возвышения лепестка зависит от высоты подвеса. Считается, что для расстояния до Земли λ он составит 14 градусов. И это непостоянство является отрицательным качеством. А вот для радио магнитные антенны применяются достаточно часто.

Усиление составляет 1,76 дБи, что на 0,39 меньше, чем у полуволнового вибратора. Но размер последнего для этой частоты составит десятки метров - ну, куда денешь такую громадину? Выводы делайте сами. Наша магнитная антенна не так уж и велика (периметр может составлять 2 метра для длины волны 20 метров, это меньше метра в поперечнике). Для сравнения на частоте 34 МГц, с которой хорошо знакомы дальнобойщики, благодаря рациям, длина волны составляет 8,8 метра. При этом каждый знает, что хороший полуволновый вибратор вместит не каждый Камаз. И, кстати, ранее мы приводили уже описание конструкции рамочной антенны, образуемой резиновой прокладкой заднего стекла легкового автомобиля ВАЗ. При всех ее малых габаритах работало устройство достаточно хорошо.

Кстати, такая конструкция считается более прагматичной, нежели типичные штыревые антенны для авто, где настройка ведется изменением индуктивности. Потерь получается меньше. Кроме того диаграмма направленности охватывает достаточно высокие углы места, почти до вертикали. В случае со штыревой антенной этой возможности не имеется.

Но как же правильно выбрать длину окружности? С ее увеличением растет усиление. То есть она должна удовлетворять условию, приведенному выше, и быть по возможности больше. При этом не стоит забывать, что иногда нужно перекрыть несколько частот. Кроме того с ростом периметра увеличивается полоса пропускания устройства. Нужно сказать, при ширине типичного канала в 10 кГц это не так важно. Кроме того будут автоматически отсекаться соседние несущие станций вещания. В этом смысле больше вовсе не обязательно значит лучше. Не забывайте однако, что ради усиления и затевался весь сыр-бор. Таким образом, антенна выбирается по периметру максимальной с обеспечением нужной избирательности.

Теперь главный вопрос: как определить емкость? Так, чтобы вместе с индуктивностью петли они образовали резонанс по известной формуле. Что касается определения параметров контура, то для него дана такая формула:

L = 2U (ln(U/d) - 1,07) нГн;

где U и d - длина витка и его диаметр. В чем здесь подвох? U = П d, следовательно, вместо их отношения можно было бы брать натуральный логарифм числа Пи. Ошибка ли это автора, сказать не беремся. Быть может, учитывается тот факт, что настроечный конденсатор отнимает часть длины, а также и усилитель… Емкость же находим по известной индуктивности из выражения для резонанса контура:

f = 1/ 2П √LC; откуда

С = 1/ 4П 2 L f 2 .

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.

О результатах:

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.

Материал взят из журнала CQ-QRP#27

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.