Магнитная петлевая антенна

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.

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.

Читайте также  Замена алюминиевой проводки на медную в квартире

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.

Записки программиста

Магнитная рамочная антенна на диапазоны 20/30/40 метров

Магнитная рамочная антенна или магнитная рамка (magnetic loop antenna) — это особая антенна, которая заметно отличается от классических диполей, вертикалов и волновых каналов. Несмотря на похожее название, антенна имеет мало общего с рамочной антенной. Главной отличительной чертой магнитной рамки является длина полотна в пределах от 1/8 λ до 1/4 λ. Антенна безусловно является компромиссной. Тем не менее, магнитные рамки довольно сносно работают как на прием, так и на передачу.

Конструкция

Принцип работы магнитной рамочной антенны с диаграммами направленности, вариантами согласования и всяким таким хорошо освещены в книгах об антеннах, коих написано немало. Есть даже книги, посвященные исключительно магнитным рамкам, см рекомендуемые ссылки в конце поста. Если вас интересует теория, а также происхождение названия антенны, начать можно со статьи в Википедии. Далее будут озвучены кое-какие особенности устройства магнитных рамок. Однако в целом эта статья об изготовлении и тестировании одной конкретной антенны, а не о теории работы всего класса антенн.

Сразу покажу, что у меня получилось:

Диаметр основной петли я выбрал 1.2 метра, как подходящий для выхода на 20 метров, и в то же время достаточно небольшой, чтобы с ним было комфортно работать. В качестве полотна использована оплетка коаксиального кабеля RG213. В полотне магнитной рамки текут большие токи, даже при работе с умеренной мощностью. Поэтому полотно делают из толстого коаксиального кабеля, медных труб, алюминиевого профиля или чего-то такого. Магнитная рамка наиболее эффективна, если полотно образует ровный круг, но антенны также делают в форме восьмиугольника, шестиугольника, ромба, квадрата или треугольника.

Полотно крепится к секциям от телескопической удочки, соединенным крест-накрест, при помощи изоленты. Сам же каркас стоит на штативе для фотоаппарата. Соединены они также при помощи изоленты. Штатив какой-то недорогой, буквально первый попавшийся мне в магазине. Точную модель уже не вспомню.

Антенна запитывается с помощью коаксиального кабеля RG58. Для подавления синфазного тока я использовал проверенный метод. Восемь витков кабеля были намотаны на ферритовом кольце FT240-31. Кольцо можно видеть в середине фотографии. Вопрос о синфазных токах и их подавлении ранее подробно рассматривался в статье Самодельный диполь: теория и практика.

Будучи расположенной вертикально, как на фото, антенна сильнее всего излучает влево и вправо (что полностью противоречит интуиции, во всяком случае, моей). По форме диаграмма направленности похожа на «восьмерку», как у диполя. Эту же антенну можно расположить горизонтально. Тогда она превратиться во всенаправленную — диаграмма направленности по форме будет примерно как у вертикала. Заметьте, что усиление магнитной рамки всегда измеряется в отрицательных dBi. На то она и компромиссная антенна.

В нижней части антенны расположен КПЕ:

Это КПЕ с заявленной емкостью от 22 до 360 пФ на напряжение до 1 кВ. Напомню, что в свое время мной было приобретено три таких КПЕ. Пара использовалась в самодельном тюнере, выполненным по Т-образной схеме и еще один, который я брал, как запасной, был применен в антенне Фукса. После того, как тюнер из первой статьи был переделан на LC-схему, у меня остался один лишний КПЕ. Он и был использован в магнитной рамке.

Антенна в сущности представляет собой резонансный LC-контур. Полотно антенны образует катушку индуктивности с воздушным сердечником из одного витка. Соответственно, при помощи КПЕ подбирается резонанс на интересующей частоте. Конденсатор обязательно нужен на высокое напряжение, 1 кВ минимум. Судя по информации в сети, этого типично хватает для работы с мощностью от 10 до 50 Вт, в зависимости от частоты и вида модуляции. Для работы с большей мощностью применяют вакуумные КПЕ.

Fun fact! Магнитные рамки также делают из двух и более витков. Минусы такого подхода — сужение полосы и без того узкополосной антенны, уменьшение излучаемой энергии, а также рост напряжения на КПЕ, что еще сильнее ограничивает подводимую к антенне мощность.

Конденсатор приклеен к куску оргстекла при помощи эпоксидки. В оргстекле просверлены отверстия, в которые продеты нейлоновые стяжки. С их помощью осуществлено крепление оргстекла к штативу, а также полотна антенны к оргстеклу.

В верхней части антенны расположена согласующая петля, также сделанная из RG213. Подключение питающего кабеля к согласующей петле выполнено так:

Я использовал недорогой переходник с BNC на две клеммы, купленный на eBay. Соответственно, к концам петли были припаяны наконечники M6. В остальном конструкция аналогична той, что использовалась для крепления КПЕ. На пятна зеленой краски на оргстекле не обращайте внимания. Просто оно использовалось в качестве подкладки, когда я что-то красил.

Согласующая петля имеет длину 20% от длины основной петли. Длина последней составляет 3.77 метра, соответственно длина согласующей петли — 0.75 метра. Она крепится к верхней части антенны на все той же изоленте. Никакого непосредственного соединения между двумя петлями нет. Меньшая петля нужна по той причине, что магнитная рамка имеет низкое входное сопротивление. Его нужно как-то согласовать с 50 Ом коаксиального кабеля. Согласующая петля вместе с основной петлей образуют трансформатор, которой именно это и делает.

Выходим в эфир

Настройка антенны на конкретную частоту осуществляется вращением КПЕ. Грубую настройку можно произвести либо по уровню эфирного шума, либо по индикатору напряженности поля. Для более точной настройки необходим антенный анализатор.

Оказалось, что антенна неплохо настраивается сразу на три радиолюбительских диапазона:

Антенна довольно узкополосная. Это общее свойство всех магнитных рамок. Если вы работаете только в цифре и/или телеграфе, для вас это вряд ли будет проблемой. Для работы на поиск в SSB антенну придется постоянно перестраивать.

Отмечу, что КСВ зависит от того, где и как вы поставили антенну. Для работы магнитной рамке не требуется система противовесов. Также она мало чувствительна к высоте от земли. Однако она, как и любая другая антенна, чувствительна к находящимся поблизости металлическим предметам.

Мне удавалось найти положение, при котором КСВ вгонялся ровно в единицу, а также положение, при котором КСВ не опускался ниже двух. Приведенные графики можно воспринимать, как усредненные. Это не лучшие графики, которые я получал, но и не самые плохие. Также эти графики соответствуют положению антенны, в котором проводились тестовые радиосвязи.

Fun fact! Антенна настраивается на любую частоту от 4.5 МГц до 15.4 МГц. В этот интервал, помимо прочего, попадает радиолюбительский диапазон 60 метров, частоты 5.3515-5.3665 МГц. К сожалению, он не разрешен в России для работы на передачу, однако принимать вы можете все, что пожелаете. Также антенна может быть использована для приема номерных радиостанций, да и вообще чего угодно, что попадает в названный интервал частот.

Антенна была установлена в частном загородном доме, возле окна на втором этаже. Направление было выбрано на запад и на восток. Но поскольку на одном уровне с антенной находятся соседские дома, имеющие металлические крыши, сигнал все равно отразится куда угодно. Радиосвязи проводились в FT8 и телеграфе. Экспериментальным образом я установил, что антенна уверенно держит до 40 Вт в любом из этих режимов на любом из диапазонов. При использовании большей мощности что-то где-то начинает перегреваться (вероятно, изолятор в кабеле) и КСВ уплывает, а при мощности 80 Вт КПЕ гарантированно пробивает.

Важно! При работе на магнитную рамку с мощностью 40 Вт рекомендуется находится от нее на расстоянии не менее пяти метров. При использовании мощности 10 Вт или меньше это расстояние может быть уменьшено до двух метров.

Радиосвязи были успешно проведены в каждом из диапазонов. На 40 метрах в FT8 по расстоянию победила Великобритания, 2752 км. При этом был получен рапорт -16 дБ. В телеграфе победил Краснодар, расстояние 1250 км, рапорт 569. На 30 метрах в FT8 по дальности победила Италия, 2250 км с рапортом -24 дБ, в телеграфе — Норвегия, 1170 км с рапортом 579. На 20 метрах в FT8 победил город Омск, 2240 км с рапортом -25 дБ, в телеграфе — Израиль, 2660 км, рапорт 599 (по всей видимости, символический). Само собой разумеется, были проведены и другие радиосвязи. При этом на каждом из диапазонов я работал недолго, буквально по паре часов.

Читайте также  Монтаж проводки по полу

При работе в FT8 сайт pskreporter.info типично показывает что-то вроде:

Здесь показан отчет после 15 минут работы на общий вызов в диапазоне 40 метров. Это наихудшая картина, поскольку антенна наименее эффективна в этом диапазоне. На 30 и 20 метрах картина аналогичная, только на 20 метрах мой сигнал еще иногда долетает до США и Канады.

Полученные результаты превзошли все мои ожидания. Учитывая размеры магнитной рамки, тот факт, что она использовалась из дома, а также ограниченную мощность, считаю, что антенна показала себя прекрасно. Я намерен продолжить экспериментировать с этим видом антенн.

Заключение

  • Magnetic Loop Antenna: Slightly Different Each Time, 4th Edition — интересная книжка, полностью посвященная магнитным рамкам. Многое из написанного выше, в том числе про безопасное расстояние до антенны и недостатки антенн из нескольких витков, я почерпнул из нее;
  • Small Transmitting Loop Antennas, автор Steve Yates, AA5TB. Хорошая статья о магнитных рамках, а также подборка ссылок на эксперименты многих радиолюбителей;
  • Есть несколько онлайн-калькуляторов магнитных рамок, например первый и второй. Я бы не стал слишком уж доверять подобным калькуляторам. Но чтобы прикинуть размеры и эффективность будущей антенны они сгодятся;
  • В свое время мне очень понравилась серия статей о магнитных рамках в блоге esorensen.com. К сожалению, сейчас этот сайт доступен только на web.archive.org;

Магнитную рамку можно безусловно рекомендовать как интересный эксперимент для повторения. Также ее по достоинству оценят радиолюбители, не имеющие возможности установить полноразмерную КВ антенну на улице или на крыше. Магнитная рамка может быть интересным вариантом для выхода в эфир, будучи в гостях, живя в отеле или работая в полевых условиях. Но в последнем случае придется приложить чуть больше усилий, чтобы антенна была разборной, герметичной, и устойчивой к ветру. Еще на магнитную рамку можно провести радиосвязи в направлениях, в которых обычно не работает ваша основная антенна. Наконец, для многих радиолюбителей магнитная рамка, вероятно, будет одним из немногих способов выйти на диапазоны 80 и 160 метров.

В общем, антенна интересная, и определенно имеет свои области применения.

Антенна на лоджии. Вариант №2 — конструкция Франка Доренберга.

Балконный вариант магнитной приёмо-передающей антенны КВ диапазонов
своими руками. Передаём и принимаем без выхода на крышу.

Эх, редким, практически канувшим в небытие, стало гордое звание «радиолюбитель». Ушло из наших полуазиатских территорий непобедившего социализма в далёкие империалистические страны. Куда подевались энтузиасты с паяльниками в руках, разбирающие схемы, обменивающиеся идеями, новыми конструкциями? Да всё туда же, родные, всё туда же.
Так, ну а что там за бугром-то? Да нормально всё там. стабильно. Ковыряются ребята, труды какие-то пишут, искрят, в дыму сидят, червей скрещивают. Да, места там маловато и не всем хватает (чай не наши сибирские просторы), поэтому антенны свои они стараются сделать небольшими, а я бы добавил — электрически укороченными.

С одним из таких балконных вариантов приёмо-передающей магнитной антенны, подробно описанной голландским любителем Франком Доренбергом, я и хочу Вас познакомить.

Во время летнего отпуска 2016 года я решил провести несколько экспериментов с магнитной антенной с использованием металлической спирали от детской игрушки Slinky.
Стандартный Slinky® — это игрушка, изготовленная из гибкой металлической пружины, содержащей 90 витков диаметром около 7 см.

Сжатая Slinky имеет небольшую длину, но ее можно растянуть в спираль длиной до 4,5 м без деформации.

Общая длина стальной проволоки, из которой сделан Slinky — около 20 м. Естественно, что электрическая длина антенны будет ниже, указанных 20 м. В нашем случае антенна представляет собой «спиральную антенну нормального режима» и имеет максимальное излучение в направлениях, перпендикулярных оси катушки.

Обмотка провода обладает индуктивностью, которая распределена по всей антенне. Т.е. антенна имеет встроенную непрерывную индуктивную нагрузку. Поскольку нагрузка образуется за счет спиральной формы антенного провода, она также называется «спиральной нагрузкой».
Как и любая катушка индуктивности, Slinky также имеет и распределённую паразитную ёмкость. Частота собственного резонанса стандартной катушки Slinky находится в диапазоне между 7 и 8 МГц, при растягивании её от 1,5 до 4,5 метров.

Примечание: стандартные катушки Slinky изготовлены из очень недорогой низкокачественной стали и не защищены от коррозии. К тому же стальная проволока имеет более высокие потери, чем медная, чего мы определённо не хотим. В честь 40-летнего юбилея была выпущена партия Slinky из латуни. Стоили они достаточно дорого. Я купил свой экземпляр в 2008 году.

1. Как было указано выше, стандартная Slinky катушка имеет 90 витков. После проведения ряда экспериментов в моей медной катушке осталось 86 витков.
2. Кольцо, на котором держится спираль, изготовлено из ПВХ трубки с наружным диаметром 16 мм и общей длиной 5м. Диаметр поучившейся петли 1,6 м — просто идеально подходит для одной катушки Slinky без чрезмерного растяжения её витков или слишком маленького расстояния между витками (чтобы избежать риска касания друг друга смежных витков).

Обмотка Slinky нигде не прикрепляется к петле из ПВХ! После подключения её концов к настроечному конденсатору, катушка остаётся на месте сама по себе. Из-за упругости катушки витки катушки распределены равномерно. А из-за малого веса трубы из ПВХ и катушки, поддерживается довольно круглая форма петли, без провисания в овал.

3. Для настройки антенны я использовал старый двухсекционный воздушный конденсатор переменной ёмкости 2x(36-240) пФ. Я включил две секции конденсатора последовательно. Эта конфигурация удваивает номинальное напряжение и, в то же время, в 2 раза сокращает диапазон перестройки ёмкости. Измеренное значение получилось: 24-125 пФ.
Данный диапазон изменения ёмкости (1: 5) является относительно небольшим, но позволяет перестраивать резонансную частоту в 2,2 раза, что обеспечивает полное покрытие 40-80 метровых диапазонов.

4. Для мачты антенны я использовал своё стандартное решение — 2,5-метровую секцию из труб из ПВХ с внешним диаметром 63 мм, закреплённую на тяжёлой чугунной подставке.

5. Для экспериментов по связи петли с коаксиальным кабелем я использовал 2 варианта:
— Монтажный одножильный провод с жёсткой изоляцией и разъем BNC (гамма согласование).
— Ферритовое кольцо (типы FT140-43 и T240-31) для трансформаторного согласования.

При настройке конденсатора на его максимальную ёмкость (125 пФ), резонансная частота находилась на уровне 3,47 МГц. Индуктивность катушки составила 30 мкГн, что гораздо больше, чем индуктивность у стандартной однооборотной петли (обычно несколько микрогенри).

При настройке конденсатора на минимальное значение ёмкости (24 пФ) резонансная частота повысилась до 8,88 МГц.

Частота собственного резонанса антенны (при отключении КПЕ) равнялась величине 12,5 МГц. Это максимальная резонансная частота, которая может быть достигнута с помощью этой антенны без уменьшения количества витков Slinky.

1. Гамма согласование петли с коаксиальным кабелем.
Чтобы получить приемлемый КСВ, равный 1,4 в районе 3585кГц и 1,8 на 7045кГц, я сделал ответвление от 3,5 витка катушки. Полоса пропускания с уровнем КСВ

ВТОРАЯ ЖИЗНЬ СТАРОГО РАДИО

Добро пожаловать на наш новый форум

  • Темы без ответов
  • Активные темы
  • Поиск

Магнитные рамочные антенны — миф или реальность?

  • Перейти на страницу:

Магнитные рамочные антенны — миф или реальность?

Сообщение Radiomann » Вт апр 03, 2012 11:01 am

Открыть эту тему меня заставила, в буквальном смысле слова, жизнь. Дело в том,
что я проживаю в многоквартирном доме, в центре города. Приём радиостанций на любые приёмники,
а перепробовал я их множество, на волнах ДВ, СВ, и КВ практически не возможен.
Иногда прослушивается в потоке помех одна две станции, но крайне слабо. На УКВ всё отлично.
Когда я уже по-тихому начал сатанеть, бесконечно реставрируя и восстанавливая приёмники
и не имея возможности их слушать, коллега sever, предложил использовать, как решение проблемы, рамочную антенну.
Прочитав в интернете, по его рекомендации массу материала по этим антеннам,
я просто заразился этой идеей. Судя по высказываниям различных опытных радиолюбителей,
это чудо — антенна. Впервые была применена американцами во время войны во Вьетнаме,
где зарекомендовала себя превосходно.
В СССР материалы, по ней, долго специально замалчивались, т.к. её массовое применение
могло свести практически на нет все услия множества «глушилок».


Очень интересный материал.

Сегодня уже пошла работа по сборке. Вот первые результаты.

Жду ваших отзывов и рецензий по этой теме,
уважаемые форумчане.

Кутник Фёдор Фридрихович.
Ищу заднюю крышку VEF-Spidola или Spidola. Можно корпус-донор.

Сообщение ТВС-а » Вт апр 03, 2012 12:24 pm

Сообщение Владимир RA4LBE » Вт апр 03, 2012 12:25 pm

Сообщение СвязьНик » Вт апр 03, 2012 12:58 pm

Сообщение ТВС-а » Вт апр 03, 2012 1:10 pm

Сообщение Radiomann » Вт апр 03, 2012 3:13 pm

Нет приёма практически нет. Иногда можно принять на СВ две — три станции, но из-за помех правктически не слышимые. Да весь сыр-бор, пока для КВ.

Но работы продолжаются.

Кутник Фёдор Фридрихович.
Ищу заднюю крышку VEF-Spidola или Spidola. Можно корпус-донор.

Сообщение Юрий » Вт апр 03, 2012 5:37 pm

Сообщение Gnat » Вт апр 03, 2012 7:07 pm

Какая ерунда! И здесь политику нужно воткнуть.Вам что платят за это. Рамочные антенны применялись всегда начиная с начала прошлого века и по сей день. Везде во всех учебниках и журналах они описаны.В книге настольной радиолюбителя, АНТЕННЫ, Ротхамель автор. Всё разжёвано до немогу. Радиолюбители на крышах монтировали рамочные антенны для КВ диапазонов. Все бегали ,занимаясь Охотой на лис (радиопеленгация) применяя в диапазоне 3,5мгц и 28мгц только рамочные антенны из за их направленных свойств. При применении ещё и штыревой антенны,характеристика направленности с ВОСЬМЁРКИ преобразовывалась в кардиоиду (одно направленную) В вашем случае нужно определить. Стены дома железо бетонные или кирпичные. Железо бетон арматурой экранирует сигнал. Потом нужно определить.Не ловит ли приёмник без антенны помехи на свои внутренние цепи. Если ловит,то только экранирование приёмника поможет увеличить соотношение сигнал-шум.

Сообщение sever » Вт апр 03, 2012 7:29 pm

Второе-демонстрация с ютуба,гласит о хреноватой чувствительности используемого приемника. автор прикалывается .

Сообщение Gnat » Вт апр 03, 2012 7:43 pm

Ну да все тупые здесь собрались. Половина присутствующих на форуме так или иначе были связаны по работе или через радио спорт с рамочными и магнитными антеннами. Делали их.Эксплуатировали по роду своей деятельности и глубоко в теме. На фото у вас простейшая рамочная антенна с кривой диаграммой,потому что не экранирована. Настоящая эффективная рамочная антенна имеет разрез вверху шириной 1 сантиметр. Низ кольца не имеет разреза.Просверлено внизу отверстие через которое внутрь кольца протянута центральная жила кабеля РК-1 РК-3 в изоляции. Кольцо внизу соеденяется с корпусом радиоприёмника. А два вывода кабеля РК-3 являются индуктивностью настраивается КПЁ. Один конец кабеля и корпус КПЁ соединяется тоже с корпусом приёмника. А с другого конца кабеля и обкладок изолированых КПЕ берём сигнал в антенное гнездо приёмника,через ёмкость 30пф (для КВ диапазона) Вот такая конструкция будет помехо защищённой нормальной антенной. Такая и применяется в авиации и на кораблях. Отлично работает на приём и ни как не работает на передачу.

Читайте также  Проводка в плинтусах в квартире

Вот правильная помехо защищённая антенна.

Нечувствительность рамочных антенн к помехам, как это отмечалось ранее [2], сильно преувеличена и обеспечивается, в основном, за счет их направленности.

Таким образом, высокодобротные малогабаритные рамочные антенны, уступая полноразмерному полуволновому вибратору по полосе пропускания на порядок и по эффективности работы на излучение в 10 — 20 раз, при работе на прием в некоторых случаях могут превосходить их (принимаемый сигнал также падает в 10-20 раз по мощности, но зато шумы уменьшаются значительно больше).

Малые размеры и пониженная чувствительнлсть к окружению делает рамочные антенны особенно удобными для комнатных и балконных применений.

1. Щелкунов с., Фриис Г. Антенны.- М. : Сов. радио, 1950.

Магнитные антенны из коаксиального кабеля

Антенны для радио помогают значительно улучшить качество звука, избежать помех, оригинальная радиоантенна может стать интересным элементом интерьера. В последнее время стали появляться и пользоваться спросом у радиолюбителей конструкции на магнитной основе. Антенной рамочной магнитной можно с успехом заменить наружные приспособления для приема радиосигналов диапазоном от 10 до 80 метров за счет использования рамок. Их можно сооружать в любом месте города, а также в автомобиле, как альтернативу привинчивающимся к корпусу. Такие антенны очень удобны и мобильны, однако, при довольно простой конструкции их использование имеет некоторые особенности.

Устройство рамочной магнитной антенны

Обычным антеннам, помимо того, что они крепятся достаточно прочно, необходимо иметь весьма приличную массу, которую к мобильным легким устройствам радиоприема подвести просто невозможно. В современных условиях найден выход –необходимая масса попросту имитируется. Делается это с помощью соосного кабеля коаксиала, который при протяженности в половину радиоволны, взятой с коэффициентом укорачивания, выполняет роль усилителя полного сопротивления.

Центральная проводящая жила (или несколько) такого кабеля выполняется из чистой или луженой меди, что обеспечивает повышенное сопротивление постоянному электротоку, а также придает кабелю гибкость. Диэлектрический слой выполнен из вспененного гранулированного полиэтилена. Эти материалы дают стабильность качественных характеристик провода и длительный срок службы. Экранирующий слой представляет собой оплетку из медных или луженых проводков. Для повышения экранирующих свойств делается второй слой оплетки поверх ламинированной фольги из алюминия.

Современные магнитные антенны являются улучшенными вариациями рамочных аналогов. Такие приспособления представляют собой катушки на ферритовых сердцевинах. В силу повышенной магнитопроницаемости этого материала, магнитное поле электромагнитных волн в катушечных контурах генерирует очень мощный поток, более сильный, чем при отсутствующем сердечнике.

Даже небольшие катушки способны создать такую же электро-движущую силу, как и простые антенны-рамки, но больших габаритов.

Размеры сердечников составляют от 0,1 до 0,3 метра в длину и от ½ до 1 кв. см. площадью поперечного разреза. Каждая катушка, как правило, насчитывает 2-3 десятка витков медной проволоки.

Магнитные рамки для антенны из коаксиального кабеля представляют собой петли из проводникового материала, присоединенные к конденсатору. Чаще всего встречаются петли круглой формы, поскольку так устройство работает гораздо эффективней. Площадь круга меньше площади других геометрических форм, поэтому охват радиосигналов будет выше.

Обратите внимание! В магазинах для радиолюбителей продаются антенные рамки именно круглой формы. Однако существуют и треугольные, и квадратные, и даже многоугольные рамки, их применение объясняется особенностями местоположения в доме, габаритами радиоприемника и др.

Для приема сигнала в выбранном диапазоне используются петли, разные по диаметру.

В рамках как круглой, так и квадратной формы применяется нескрученный проводник (такие антенны называются одновитковыми), они отлично функционируют на диапазонах высоких частот, но при этом их габариты довольно крупные. Эти недостатки исправляет набирающая популярность у радиолюбителей, предпочитающих низкие частоты, магнитная рамочная конструкция, являющаяся многовиточной.

Дополнительная информация. Чем больше витков, тем меньше габариты антенного устройства.

Особенности эксплуатации и расположения устройства

Рамочную магнитную антенну из коаксиального кабеля используют преимущественно в тех случаях, когда необходимо снизить уровень помех и шума от соседних радиостанций, работающих в диапазоне, близком к волнам приемного устройства, однако испускаемых в другом направлении. Рамочные антенны лучше всего справляются с приемом радиоволн, распространяемых вдоль ее плоскости, а вот сигналы, идущие параллельно, они не ловят совсем. Для того чтобы достигнуть самого лучшего, без помех звучания искомой радиостанции, нужно просто вращать рамку вокруг своей оси.

Такие механизмы можно располагать и на крыше здания. Однако при этом необходимо учитывать, что такие антенны должны быть выше других (поэтому при балконной установке коэффициент полезного действия снижается). При этом на функционирование магнитных рамочных антенных устройств не влияет соседство с прочими предметами и сооружениями (вентиляционными башнями, трубами и т.п.).

Идеального расположения добиться практически невозможно, однако, лучшим будет установить антенну так, чтобы ферритовый сердечник был направлен вдаль, в таком случае радиосигнал не будет подавляться антеннами с более крупными габаритами.

Для нормальной работы рамочной антенны с коаксиальным кабелем необходимо синхронизировать сам провод и рамки. Согласованности можно достигнуть, поместив индукционные небольшие петли в большие по диаметру. Чтобы конструкция работала симметрично, в нее может быть добавлено симметрирующее трансформаторное устройство. Если симметричность радиосвязи не требуется, кабель к антенне можно подсоединять напрямую.

Для антенны необходимо обеспечить заземление, оно производится в районе прикрепления шлейфа к точке, где находится основание большой петли.

Важно! Если шлейф слегка деформировать, антенну можно будет настроить более тонко.

Коаксиальный кабель при монтаже и дальнейшей эксплуатации укорачивать не рекомендуется, поэтому желательно до приобретения антенны определить, какой длины будет достаточно.

Установить магнитную рамочную антенну в автомобиле кажется делом нехитрым, однако проводить эту манипуляцию надо очень аккуратно. Перед тем, как поместить магнитную антенну на кузов, надо очистить будущее место установки и магнитную подушку антенны от засорений, иначе лакокрасочное покрытие автомобиля может быть повреждено.

Плюсы и минусы устройства

Магнитные антенны из коаксиального кабеля имеют множество преимуществ перед другими устройствами аналогичного назначения:

  • их относительно просто монтировать, и в дальнейшем они не требуют особого обслуживания во время эксплуатации;
  • можно устанавливать в небольших помещениях;
  • срок службы таких антенн довольно велик;
  • доступность и невысокая себестоимость комплектующих, ее можно собрать самостоятельно при начальных познаниях и опыте в радиотехнике;
  • могут нормально функционировать, находясь по соседству с другими радиоагрегатами, использование в качестве составляющей магнита обеспечивает отличный чистый прием в условиях городов;
  • стабильность работы не зависит от сезонных и погодных условий, не требуется особых усилий для достижения четкого приема радиосигнала;
  • автомобильные антенны на магнитной основе очень мобильны, т.е. установить их можно за несколько минут и на любом месте автомобиля (при этом не требуется сверления), что способно внести заметный штрих в экстерьер машины (к тому же, антенн можно поставить несколько: в разных местах, что лишний раз продемонстрирует «крутость» автовладельца);
  • поскольку коэффициент усиления радиосигнала резко снижается при длинах волн меньше 1/10 протяженности периметра, то принимающая магнитная антенна помогает защитить радиоприемник от перегрузки другими радиостанциями;
  • в диапазоне УКВ-ЧМ (частотной модуляции, т.е. при частотах 65,9-74 мегагерц) магнитные антенны демонстрируют наиболее качественный прием, по сравнению с аналогами или даже аппаратами наружного типа, при этом величина рамочного периметра составляет от 20 до 40 сантиметров.

Магнитные антенны с коаксиальным кабелем не лишены и некоторых недостатков:

  • если приходится менять рабочий диапазон радиоприемника, нужно всё время заниматься подстройкой конденсаторов переменной емкости для более четкого приема сигнала;
  • легче всего избавиться от помех и посторонних эфирных шумов, разворачивая конструкцию антенны вокруг собственной оси и одновременно меняя ее месторасположение, однако, для рамочных магнитных устройств такие манипуляции бывают затруднены из-за различной формы рамок и неудобного расположения деревянного шлейфа;
  • во время передачи сигнала металлические элементы конструкции сильно разогреваются, что чревато ожогами при неосторожном обращении;
  • после установки длину коаксиального кабеля менять нельзя, потому что прием может значительно ухудшиться, что объясняется сбоем параметров в колебательной системе радиоприемника;
  • на круглой или квадратной рамке существует входное электросопротивление в 120 ом, тогда как на фидере оно 50 ом, поэтому для согласования приходится формировать рамку в форму прямоугольника, где короткие стороны в два раза меньше длинных, тогда сопротивление на входе также составит 50 ом, однако, конструктивно это довольно сложно и неудобно;
  • чем больше реальной массы магнитной антенны заменяется коаксиальным проводом, тем ниже качество приема, поэтому антенны такого типа надо выбирать очень вдумчиво.

Сборка антенны своими руками

Магнитные рамочные антенны отличаются достаточно простой конструкцией, поэтому их возможно выполнить даже не слишком опытным радиолюбителям. Такую антенну можно собрать с использованием коаксиального кабеля любого типоразмера.

Для создания простейшего экземпляра магнитной антенны необходимы следующие составляющие элементы:

  • кабель-коаксиал (соосный) марки РГ213, примерно 12 метров;
  • кабель марки РГ58, около 4 метров;
  • планки из сухой древесины, 2 на 4 см в количестве 4 штук;
  • конденсатор емкости в 100 пикофарад, 1 штука, при этом межпластинное расстояние не должно превышать 3 мм;
  • коаксиальный разъем, одна штука.

Монтаж деталей рамочной магнитной антенны-самоделки является довольно несложной процедурой. Сначала сооружается крест из деревянных реек, на него в поперечном направлении прикрепляются дощечки с пропиленными канавками. На кресте монтируется петля для создания резонанса. Она должна состоять как минимум из 4 витков провода РГ213.

Кроме того, в планках крестовины, расположенных сверху, слева и справа сверлятся две дырки, где концы кабеля будут надежно закрепляться. Между ними необходимо пропилить три канавки. Габариты крестовой основы не столь важны, а вот боковая сторона коаксиала должна составлять ровно 67 сантиметров.

Рамка должна иметь сумму длин сторон, тождественную 1/10 волновой длины нижнего фм-диапазона или необходимой коротковолновой частоты. Однако, если радиосигнал достаточно мощный, то допустим периметр, равный 1/10 волновой длины верхнего фм-канала.

Если такую самодельную антенну планируется использовать в течение длительного периода (как на открытой местности, так и в помещении), лучше всего брать кабель, выполненный из технической меди с фольговой оплеткой (иногда подходит и отполированная до блеска трубка). В противном случае со временем хорошего радиоприема ожидать не приходится.

Для окрашивания лучше всего использовать краски, содержащие окислы металлов.

Что касается магнитной рамки, то для наиболее эффективного функционирования конструкции надо, чтобы потери в его полотне были адекватны сопротивлению всей системы.

Магнитные рамочные антенны с использованием коаксиального кабеля – современный улучшенный вариант обычных рамочных антенн, которые обеспечивают отличный прием радиосигнала главным образом в фм-диапазоне и имеют повышенную мобильность. Самостоятельно вполне рабочий экземпляр можно собрать, даже не проходя особой подготовки.

Видео