Триколор 

Магнитная кв антенна 110см чертежи. Опыты с магнитными рамочными антеннами. Материалы для изготовления

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

Данная публикация предназначена для начинающих
радиолюбителей и для тех, у кого нет доступа
на кровлю своего дома. Сушко С.А. (ex.UA9LBG )

Магнитные антенны (Magnetic Loop) типа-ML ввиду своих малых размеров становятся всё более популярными. Все они могут размещаться на балконах и подоконниках. Неоспоримо, что классическую популярность завоевали одновитковые магнитные антенны с вакуумным конденсатором и петлей связи, при помощи которых можно проводить радиосвязи даже с другими континентами.

Двух-рамочные антенны в виде восьмёрки сравнительно недавно начали появляться в среде радиолюбителей, хотя на заре появления Си-Би связи в России, такие антенны с определённым успехом практиковались в автомобильных радио-охранных системах диапазона 27МГц, см.рис.1.а. Автомобильная антенна состояла из двух одинаковых рамок (петель) L1;L2 и общего резонансного конденсатора С1, стоящего в пучности напряжения. С периметром антенны около 5 метров радиолюбитель Стерликов А.(RA9SUS ) провел связи с 36-ю странами мощность до 30 Вт. Питание антенны производилось непосредственно от коаксиального кабеля. А подобные антенны практиковались с конца 60-х, начала 70-х годов прошлого века. Эквивалентная схема такой антенны изображена на рис. 1.б.

Хотя одновитковые ML в настоящее время широко применяются в среде радиолюбителей, особенностью двух-витковой состоит в том, что её апертура в два раза больше по сравнению с классической. Конденсатором С1 можно изменять резонанс антенны с перекрытием по частоте в 2-3 раза, а общий периметр окружности двух петель ≤ 0,5λ. Это соизмеримо с полуволновой антенной, а её малая апертура излучения компенсируется повышенной добротностью. Согласование фидера с такой антенной лучше осуществлять посредством индуктивной или емкостной связи.

Теоретическое отступление: Двойную петлю можно рассматривать как смешанную колебательную систему LL и LC-системы. Здесь для нормальной работы оба плеча нагружены на среду излучения синхронно и синфазно. Если на левое плечо подается положительная полуволна, то и на правое плечо подается точно такая же. Зародившаяся в каждом плече ЭДС самоиндукции будет по правилу Ленца противоположна ЭДС индукции, но так как ЭДС индукции каждого плеча противоположны по направлению, то ЭДС самоиндукции будет всегда совпадать с направлением индукции противоположного плеча. Тогда индукция в катушке L1 будет суммироваться с самоиндукцией от катушки L2, а индукция катушки L2 - с самоиндукцией L1. Так же, как и в LC - контуре, суммарная мощность излучения может в несколько раз превосходить входную мощность. Подача энергии может осуществляться на любую из катушек индуктивности и любым способом.

Преобразуя антенну из прямоугольной формы в круглую(рис.1.а), мы получаем антенну, изображённую на рис.2.а. Справедливо считается, что круглая форма магнитной антенны эффективнее, чем прямоугольная.

Постепенно упростился конструктив рамки L1 и L2, их стали включать в виде восьмёрки, на рисунках 2.а. и 2.б. Так появилась двух-рамочная ML в виде восьмёрки. Назовём её условно ML-8.

У ML-8 в отличии от ML появилась своя особенность, - у неё может быть два резонанса, колебательный контур L1;С1 имеет свою резонансную частоту, а L2;С1 имеет свою. В задачи конструктора входит добиться единства резонансов и максимального КПД антенны, следовательно, изготовление петель L1 и L2 должны быть одинаковы. На практике инструментальная погрешность в несколько сантиметров изменяет ту, или другую индуктивность, частоты настройки резонансов расходятся, а антенна получает определённую дельту по частоте. Иногда конструктором это делается умышленно. Особенно это удобно делать у многовитковых петель. На практике ML-8 активно используют LZ1AQ ; K8NDS и др. однозначно утверждая, что такая антенна работает значительно лучше одно-рамочной, а изменение её положения в пространстве можно легко управлять пространственной селекцией, что подтверждает фото ниже по тексту антенны на 145МГц.

Предварительные расчёты показывают, что у ML-8 для диапазона 40 метров, диаметр каждой петли при максимальном КПД составит чуть меньше 3-х метров. Понятно, что такую антенну можно устанавливать только на улице. А мы мечтаем об эффективной ML-8 антенне для балкона или даже для подоконника. Конечно, можно уменьшить диаметр каждой петли до 1 метра и настроить резонанс антенны конденсатором С1 на необходимую частоту, но КПД такой антенны упадёт более чем в 5 раз. Можно пойти другим путём, сохранить расчётную индуктивность петли, используя в ней не один, а два витка, оставив резонансный конденсатор с тем же номиналом. Несомненно, что апертура антенны уменьшится, но количество витков «N» частично возместит эту потерю, согласно представленной ниже формулы:

Из приведённой формулы видно, что количество витков N является одним из множителей числителя и стоит в одном ряду, как с площадью витка-S, так и, с его добротностью-Q.

К примеру, радиолюбитель OK2ER (см. Рис.3) посчитал возможным использовать 4-х витковой ML диаметром всего 0,8м в диапазоне 160-40м.

Автор антенны сообщает, что на 160 метров антенна работает номинально и больше используется им для радионаблюдения. В диапазоне 40м. достаточно воспользоваться перемычкой, уменьшающей рабочее количество витков вдвое. Обратим внимание на используемые материалы, - медная труба петли взята от водяного отопления, клипсы, соединяющие их в общий монолит, используются для монтажа водопроводных пластиковых труб, а герметичный пластиковый ящик приобретён в магазине электрики. Согласование антенны с фидером емкостное, и наверняка по одной из представленных схем, см. Рис.4.

Кроме выше сказанного, нам нужно понимать, что отрицательно влияет на добротность-Q антенны в целом:

Из приведённой формулы, мы видим, что активное сопротивление индуктивности Rк и емкость колебательной системы Ск должны быть минимальными. Именно по этому, все ML делают из медной трубы, как можно большего диаметра, но есть случи, когда полотно петли делают из алюминия, а добротность такой антенны и её КПД падает от 1,1 до 1,4 раза.

Что касаемо емкости колебательной системы, то тут всё сложнее. При неизменном размере петли L, к примеру на резонансной частоте 14МГц, емкость С составит всего 28пФ, а КПД=79%. На частоте 7МГц, КПД=25%. Тогда как на частоте 3,5МГц при ёмкости в 610 пФ, её КПД=3%. По этому ML используют чаще всего на два диапазона, а третий (самый низкий) считается просто обзорным. Следовательно, при расчётах мы будем «плясать от печки», т.е. от выбранного радиолюбителем наивысшего диапазона с минимальной ёмкостью С1.

Диаграмма направленности ML-8 остаётся точно такой, как и у варианта ML. У обоих вариантов антенн полностью сохраняется восмёрочная диаграмма направленности и соответствующая поляризация. На фото, при помощи газоразрядной лампы наглядно показаны уровни излучения антенны с разных сторон.

Проектируем антенну на диапазон 20м .

Теперь мы вооружены начальными знаниями о проектировании ML-8 и попробуем рассчитать вручную свою антенну.

Длина волны для частоты 14,5 МГц составляет (300/14,5) - 20, 68м.

Длина окружности каждой четверть-волновой петли L1; L2 составит 5,17м. Примем -5м.

Диаметр рамки составит: 5/3.14 - 1,6м.

Вывод: Одиночная петля ML может и впишется в интерьер балкона, но ML-8 вряд ли…

Свернём каждую петлю вдвое, но её диаметр, при сохранении заданной индуктивности (4мкГн) будет несколько отличаться в меньшую сторону. Прибегнем к достаточно популярному калькулятору радиолюбителя и определим геометрические размеры двух-витковой петли с такой же индуктивностью.

В соответствии с расчётами параметры каждой петли будут следующими: При диаметре полотна (медной трубы) в 22мм, диаметр двойной петли составит 0,7м, расстояние между витками -0,21м, индуктивность петли составит 4,01мкГн. Необходимые расчётные параметры петли на другие частоты сведены в таблицу 1.

Таблица 1.

Частота настройки (МГц)

Емкость конденсатора С1 (пФ)

Полоса пропускания (кГц)

Примечание: антенна ML-8 имеет не только расширенную полосу пропускания, но и повышенное усиление.

В высоту такая антенна составит всего 1,50-1,60м. Что вполне приемлемо для антенны типа - ML-8 балконного варианта и даже антенны вывешенной за пределы окна жилого многоэтажного дома. А её монтажная схема будет выглядеть как на рис. 6.а.

Питание антенны может быть с емкостной или с индуктивной связью. Варианты емкостной связи изображены на рис.4 и могут быть выбраны по желанию радиолюбителя.

Наиболее бюджетный вариант, это индуктивная связь. Не стоит повторяться в схематичном изображении петли связи, она совершенно идентична как у антенн типа- ML за исключением подсчёта её периметра.

Расчёт диаметра(d) петли связи ML-8 производится из расчётного диаметра двух петель.

Длина окружности двух петель составляет после пересчёта 4,4*2 = 8,8 метров .

Рассчитаем мнимый диаметр двух петель D = 8,8м /3,14 = 2,8 метра.

Рассчитаем диаметр петли связи-d= D/5. = 2,8/5 = 0,56 метра.

Поскольку в данной конструкции мы используем двух-витковую систему, то и петля связи должна иметь тоже две петли. Скручиваем её вдвое и получаем двух-витковую петлю связи диаметром около 28см. Подбор связи с антенной осуществляется в момент уточнения КСВ в приоритетном диапазоне частот. Петля связи может иметь гальваническую связь с точкой нулевого напряжения (рис.6.а.) и располагаться ближе к ней.

Элементы настройки и индикации антенны

1. Для настройки в резонанс магнитной антенны, лучше всего использовать вакуумные конденсаторы с большим пробивным напряжением и высокой добротностью. Более того, используя редуктор и электропривод, его настройку можно осуществлять дистанционно.

Мы проектируем бюджетную балконную антенну, к которой можно подойти в любой момент, изменить её положение в пространстве, перестроить или переключить на другую частоту. Если в точки «а» и «б»(см.Рис.6.а.) вместо дефицитного и дорогого переменного конденсатора с большими зазорами подключить ёмкость изготовленную из отрезков кабеля RG-213 с погонной ёмкостью 100пФ/м, то можно моментально изменять частоту настройки, а подстроечным конденсатором С1 уточнять резонанс настройки. Кабель-конденсатор можно скрутить в рулон и герметизировать любым из способов. Такой комплект емкостей можно иметь на каждый диапазон отдельно, а включать в схему посредством обычной электрической розеткой в паре с электрической вилкой. Примерные ёмкости С1 по диапазонам указаны в таблице1.

2. Индикацию настройки антенны в резонанс лучше производить прямо на самой антенне (так нагляднее). Для этого достаточно не далеко от катушки связи на полотне 1 (точка нулевого напряжения) намотать плотно 25-30 витков провода МГТФ, а индикатор настройки со всеми его элементами герметизировать от осадков. Простейшая схема изображена на рис.7.

Электрический излучатель , это ещё один дополнительный элемент излучения. Если магнитная антенна излучает электромагнитную волну с приоритетом магнитного поля, то электрический излучатель будет выполнять функцию дополнительного излучателя электрического поля-Е. По сути он должен заменить начальную ёмкость C1, а ток стока, который ранее бесполезно проходил между закрытыми обкладками С1, теперь работает на дополнительное излучение. Теперь доля подводимой мощности дополнительно будет излучаться электрическими излучателями, рис. 6.б. Полоса пропускания увеличится до пределов полосы радиолюбительского диапазона как в ЕН-антеннах. Емкость таких излучателей невысока (12-16пФ, не более 20-ти), а потому их эффективность на низкочастотных диапазонах будет невелика. Ознакомиться с работой ЕН-антенн можно по ссылкам:

Антенна типа ML-8 радио-наблюдателя значительно упрощает конструкцию в целом. В качестве материала петель L1;L2 можно применять более дешёвые материалы, например трубу ПВХ с алюминиевым слоем внутри для прокладки водопровода диаметром 10-12мм. Вместо высоковольтных конденсаторов можно применять обычные, с малым ТКЕ, а для плавной настройки на частоту использовать сдвоенные варикапы с управлением с места радионаблюдения.

Заключение

Все мини-антенны, какими бы они небыли, по отношению к простым натяжным и классическим антеннам требуют больших трудо-затрат и слесарных навыков. Но отсутствие возможности устанавливать наружные антенны радиолюбители вынуждены пользоваться как ЕН, так ML-антеннами. Конструктив двух-витковых Magnetic Loop удобен тем, что все элементы настройки, согласования и индикации можно разместить в одном герметичном корпусе. Саму антенну от привередливых соседей всегда можно спрятать одним из доступных способов, отличный пример на фото ниже.

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 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.

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.