Многовитковая рамочная антенна СВ — КВ — УКВ диапазонов.
Активно-пассивная нерезонансная магнитная антенна для широкополосного приёма.
Давайте-ка фразу «Лучшее — враг хорошего» оставим авторам изречения, будь то какой-нибудь там иноземный француз/итальяшка, злобный англосакс, или дикий Тунгус и сын степей калмык. А сами тем временем озадачимся модификацией отлично себя зарекомендовавшей рамочной антенны, подробно описанной на предыдущей странице.
Что позволяет считать описанную конструкцию «отлично себя зарекомендовавшей»? Многочисленные письма, приходящие мне на почту и сдобренные словами благодарности за возможность окунуться в волшебный мир радиоэфира. А также возможность в сложных условиях городских помех потрогать за вымя не только мегаваттного китайского АМ вещателя, но и эпизодичного радиолюбителя с позывным, и даже — свободного шарманщика-нелегала с паяльником в руках и собственной работы антенной в огороде.
На кой нам сдалось её модифицировать? Отвечу — стабильно усложняющейся помеховой обстановкой в городе в совокупности с естественной потребностью хоть как-то увеличить количество принимаемых корреспондентов!
Не знаю как у Вас, но у меня в последнее время в городской квартире с завидной регулярностью КВ диапазон начинает гудеть. Происходит это, как правило, в вечерние часы в полосе частот 3-15МГц с пиком шумовой плотности в районе 7МГц. В такие периоды времени любые типы антенн, кроме магнитных рамок, бессильны справиться со своими возложенными обязанностями. А вот фразу с предыдущей страницы о том, что экранирование рамки (с точки зрения шумовых характеристик) никаких преимуществ не даёт — я забираю обратно. В подобных условиях — очень даже даёт, причём помимо экранирования, возникает и потребность поворота плоскости рамки в такое положение, при котором шумы будут минимальны.
Так, с этим разобрались. А каковы пути дальнейшего улучшения приёмных свойств атенны?
Максимальная эффективность приёмной рамки диаметром около 30см находится в диапазоне частот: начиная с 10МГц и выше. Под эффективностью в данном случае я имею в виду такой параметр, как отношение сигнал/шум принимаемой станции. На более низкочастотных диапазонах для поддержания данного параметра требуется большее количество витков, причём тем большее, чем ниже частота принимаемого сигнала. Именно по такому принципу изменения количества витков на разных диапазонах строятся некоторые конструкции серийных магнитных КВ антенн, в том числе и описанные в статье (ссылка на страницу) «ПРИЁМНЫЕ МАГНИТНЫЕ КВ АНТЕННЫ СОВЕТСКОГО ВОЕНПРОМА». И хотя приведённые рамки являются резонансными, все эти же принципы полностью распространяются и на нерезонансные магнитные антенны.
Амплитуда сигнала, поступающего с нерезонансной магнитной антенны, вполне достаточна для приёма приличным радиоприёмником с чувствительностью около 1мкВ. В этом случае, учитывая условия сильной зашумлённости КВ эфира в городе, большого смысла в введении антенного усилителя для рамочной антенны нет — вполне достаточно трансформатора для согласования несимметричного входа приёмника с симметричной антенной.
Если приёмник не обладает необходимой чувствительностью, то сигнал может быть без зазрения совести усилен посредством незамысловатой резонансной схемы, приведённой на предыдущей странице (ссылка на страницу).
Сложные схемы усилителей с дифференциальными входами и высоким коэффициентом усиления к ожидаемому улучшению не приводят, мало того, в силу широкополосности легко могут перегрузить смеситель приёмника и «порадовать» радиолюбителя непредвиденными интермодуляционными помехами.
С другой стороны, при наличии неблагоприятных условий в квартире и полном отсутствии балкона в каменных хоромах, может оказаться полезным вынос магнитной рамки на воздух, метра на 1-2 за пределы помещения. Поскольку длина кабеля между антенной и приёмником в данном случае может составлять значительную величину, то степень согласования волновых сопротивлений посредством симметрирующего трансформатора окажется явно недостаточной. Поэтому — при значительной длине коаксиального кабеля необходимость встроенного усилителя обусловлена функцией согласования волновых сопротивлений компонентов для получения приемлемых значений КСВ.
Итак — тезисы выдвинуты, пора переходить к схеме электрической принципиальной.
Рис.1
Для расширения диапазона эффективно принимаемых частот вплоть до среднечастотного диапазона (500кГц) было принято решение увеличить количество витков рамочной антенны до 4-ёх.
Я использовал готовый четырёхжильный кабель ПВС 4*0,75, а в качестве экрана прикупил метр трубы медной отожжённой KME SANCO с внешним диаметром 12мм и толщиной стенок 1мм. Всё это хозяйство в минимальном объёме мне удалось приобрести в интернет магазине https://santshop.ru/, за что ему большое человеческое спасибо. После того как трубка будет свёрнута в кольцо, необходимо её разрезать пополам для того, чтобы организовать 1. 1,5 сантиметровый зазор в экране, в который и будет проникать магнитная составляющая радиосигнала.
Три сдвоенных переключателя S1-S3 коммутируют витки кабеля, соединяя их между собой либо параллельно, либо последовательно, что позволяет таким образом изменять их количество на входе симметрирующего трансформатора Tr1 от 1 до 4.
Посредством переключателя S4 осуществляется выбор режима работы антенны между активным либо пассивным режимами.
Активное звено части усилителя, спрятанное в корпусе антенны, построено несколько нетрадиционно.
Во-первых, оно представляет собой 2 эмиттерных повторителя, включённых параллельно.
Во-вторых, не подразумевает подводимого к нему источника питания и запитывается от нагрузки, находящейся на другом конце кабеля, а конкретно — в составе основной части усилительного устройства.
Что даёт нам такое построение?
А даёт нам это — нормированное выходное сопротивление звена, равное ≈ 26 Омам, что гарантирует параметр КСВ при работе на 50-ти омный коаксиальный кабель, не превышающий 2.
Параллельное включение повторителей на Т1 и Т2, каждый со своей цепью смещения, пришлось использовать вынужденно — в связи со сложностью нахождения радиочастотных p-n-p транзисторов необходимой мощности. Тупо соединять в параллель транзисторы в подобном построении — решение не самое хорошее, так оно чревато повышенными нелинейными, а также интермодуляционными искажениями.
Токи покоя транзисторов (по 10мА каждый) задаются резисторами смещения R1 и R2, номиналы которых необходимо подобрать на финальном этапе настройки схемы.
Как это всё выглядит?
Рис.2
Понятно, что в связи с увеличением количества витков в рамке, трансформатор, который мы мотали на предыдущей странице в соответствии с рекомендациями 1428 (ссылка на страницу) при работе на нижних диапазонах окажется не самым оптимальным.
Налицо — необходимость увеличения индуктивности первичных обмоток. С другой стороны, при работе на верхних диапазонах, когда ко входу трансформатора подключён всего один виток — такое увеличение индуктивности будет нежелательным. Поэтому компромиссным решением следует считать незначительное увеличение индуктивности обмоток (я счёл оптимальным — в 2-3 раза) при сохранении количества витков в обмотках во избежание пропорционального увеличения паразитных ёмкостей трансформатора.
Делается это просто — увеличением размера используемого ферритового сердечника (бинокля). Оценить эти размеры можно по фотографии, приведённой на Рис.2 справа.
Однако пришло время обнародовать схему ответной части усилителя. 
Рис.3
Простейший усилитель, приведённый на Рис.3, за счёт введения возможности регулировки усиления обеспечивает лучшие показатели, чем дифференциальные усилители, часто встраиваемые в корпус рамки, без возможности такой регулировки.
Как это работает? Резистор R1 является нагрузочным для эмиттерных повторителей, находящихся в корпусе рамки антенны. Далее следует усилительный каскад, выполненный по схеме с общей базой, на транзисторе Т1, в качестве нагрузки которого выступает резистор R8, зашунтированный дросселем L1.
Переменный резистор R4 выполняет функцию регулировки усиления входного сигнала в пределах 2. 10 раз по напряжению.
Входное сопротивление схемы Rвх определяется величиной параллельно соединённых R1 и суммы сопротивлений: R3, R4 и Rвх каскада с ОБ на транзисторе Т1, т.е. Rвх ≈ R1ll(R3+R4). Легко заметить, что при изменении значения потенциометра R4 в диапазоне 0. 200 Ом, величина входного сопротивления усилителя будет принимать значения от 26 до 107 Ом. А это, в свою очередь, практически во всём диапазоне регулировки уровня обеспечивает параметр КСВ, не превышающий 2 (за исключением незначительного превышения при самом низком уровне усиления).
Ну и наконец, эмиттерный повторитель на транзисторе Т2, работающий при значительном токе покоя, призван согласовать усилительный каскад с 50-омным входным сопротивлением радиоприёмника.
Настройка схемы сводится к подбору резисторов R1 и R2, находящихся внутри антенны (Рис.1).
Делается это следующим образом:
1. К выходу схемы (точка соединения R5 и R6) временно подпаиваем резистор номиналом 240 Ом, второй вывод которого подключаем к источнику питания 12В.
2. Эмиттер транзистора Т2 отключаем от R6. Подбираем значение резистора R1 для получения тока, отдаваемого источником питания — 13мА.
3. Возвращаем подключение эмиттера Т2 к R6. Подбираем значение R2 для получения тока, отдаваемого источником питания — 20мА.
При завершении настройки — токи через транзисторы должны уровняться и установиться на уровне ≈ 10мА через каждый.
4. Отпаиваем резистор номиналом 240 Ом и считаем настройку внутренней части усилителя выполненной.
Ответная часть усилителя должна заработать без всякой настройки, хотя проверить значения напряжений в указанных на схеме точках будет совсем не лишним.
Дроссель L1 следует изготовить самостоятельно на низкочастотном феррите с наружным диаметром 15-20мм. Это необходимо для минимизации завала АЧХ при работе на верхних диапазонах посредством уменьшения количества витков, а соответственно и собственной паразитной ёмкости моточного изделия.
А на следующей странице рассмотрим более серьёзную ответную часть усилителя, обладающую резонансными свойствами и позволяющую достигать максимального усиления без перегрузки входных цепей и смесителя радиоприёмника.
Источник
Радио-как хобби
Рамочная корзиночная антенна для средних волн.
Много раз попадалась на глаза эта корзиночная антенна, описанная В. Т. Поляковым в его книге « Приемники АМ сигналов».
Уже делал средневолновый регенератор, который работал с магнитной ферритовой антенной и показал очень неплохие результаты. Было интересно, будет ли работать вообще, и если будет, то с какой эффективностью, рамочная корзиночная антенна.
Поэтому, приступаем к изготовлению.
Эскиз каркаса такой рамочной корзиночной антенны, предложенной В. Т. Поляковым представлен на рисунке ниже:
Каркас имеет диаметр 125 мм и сделан из диэлектрика. Равномерно по окружности расположены 11 одинаковых прорезей для укладки провода.
Я изготовил каркас из стеклотекстолита толщиной 3 мм. Диаметр у меня получился 120 мм. Прорези имеют ширину 8 мм и длину 20 мм.
Каркас у меня получился вот такой:
У Полякова такая антенна была намотана литцендратом ЛЭШО 21х0,7. У меня, к сожалению, такого провода в достаточном количестве ( нужно около 10 м) не нашлось, поэтому для изготовления антенны использовал провод ПЭВ 0,5.
Слово «корзиночная» в названии антенны подразумевает, собственно, особый тип намотки, когда провод укладывают в прорези, при этом он попеременно проходит то с передней ( к зрителю), то с задней стороны каркаса.
В реальности этот тип намотки выглядит примерно так:
Сам процесс намотки не вызвал никаких трудностей.
Единственное, у меня получилось намотать всего 23 витка до заполнения каркаса. У Полякова же было намотано 37 витков.
Но, как оказалось, и этих 23 витков было более чем достаточно. Замер индуктивности изготовленной антенны показал значение 280 мкГн. Это даже избыточная индуктивность, так как индуктивность средневолновой катушки на ферритовом стержне от заводского приемника составляет примерно 210-220 мкГн.
Поэтому, я даже отмотал два витка. Индуктивность при этом уменьшилась до 260 мкГн. На этом и остановился.
Данные по индуктивности рамочной корзиночной антенны в зависимости от числа витков для провода диаметром 0,5 мм:
23 витка — 280 мкГн;
21 виток — 260 мкГн;
19 витков — 235 мкГн;
15 витков — 215 мкГн.
Вот так выглядит готовая рамочная корзиночная антенна:
Быстренько изготовил некое подобие штатива ( или стойки), чтобы эта антенна не лежала на столе во время работы.
Вся эта конструкция получилась такая:
Для испытания работоспособности антенны использовал средневолновый приемник прямого усиления.
Видео работы приемника с этой антенной:
Антенна в работе очень понравилась. Работает явно лучше ферритовой. Обеспечивает отличный по громкости прием.
Так что, в очередной раз убеждаемся, что все конструкции В. Т. Полякова заслуживают самых добрых слов.
Источник
Зеленогорская завалинка
Антенны для приёма АМ
Наиболее частый вариант это приём на встроенную магнитную антенну бытового приёмника. Но бывают и приёмники классом повыше к которым можно подключить и внешнюю антенну. К таким приёмным устройствам могут относиться и музыкальные центры, ресиверы с приёмниками УКВ и АМ вещания. К ним можно подключить внешнюю антенну — длинный провод или рамочную.
С другой стороны надо ещё подумать — зачем Вам эта антенна… Сейчас практически нет вещания на русском языке ни на СВ диапазоне и кардинально сокращено на КВ так, что эти поиски иголки в стоге сена уже становятся не интересны. Вот, раньше — другое дело, Радио России, Маяк и прочие были и было что послушать и антенна бы пригодилась…. Сейчас же, в плане приёма радиовещания, для чего??
Хотя, правда, остаются ещё иностранные станции и радиолюбители. Может быть эти антенны понадобятся для их приёма? В будущем начнут появляться любительские радиовещательные станции на СВ. Их мощность редко будет выше 100 — 200 Вт, а в отдельных случаях не более чем 0,5 кВт. Поэтому рамочная антенна это отличный вариант для приёма подобного радио. Диапазон любительского радиовещания находится в стандартной сетке радиовещания на Средних Волнах с верхнего края диапазона 1449-1602 кГц.
Пример рамочных антенн:
подробнее об антеннах на MW AM диапазон можно почитать здесь: http://www.cqf.su/technics.html
В среднем, рекомендация такая — не имеет смысла использовать на приём АМ Средних Волн провода короче 12 метров, так как они имеют очень низкий КПД и т.н. «усиление» антенны длиной 12м составляет -10 дБи, тоесть в 3 раза меньше поля в месте приёма.
Номинально можно использовать провод длиной около 30 м — 36 м у которого «усиление» будет не хуже чем -1,6 дБи и -0,6 дБи соответственно.
Особенно неплохи и эффективны рамочные антенны (на них принимается меньше электрических помех) особенно в городских условиях.
Одновитковые большие рамки могут себе позволить поставить между домами даже немногие радиолюбители. Хотя если есть садовый участок или загородный дом, то, если позволяет площадь участка, то можно организовать такую низко висящую рамку.
Многовитковые рамки (как на иллюстрациях) довольно дороги в изготовлении (основные затраты на медный провод), так как длина провода таких антенн получается 60 — 75м, если, уж, делать их на самом деле эффективными, а не просто чуть лучше встроенных на ферритах.
Здесь выложена одна конструкция подходящая для приёма MW AM станций от 1,5 МГц до 7 Мгц в спектр приёма которой входит (интересующая нас) верхняя часть радиовещательного АМ диапазона, радиолюбительский диапазон 160 м., а так-же радиовещательный и любительский диапазон КВ 80 и 40 м. Однако, для повышения КПД антенны на участке АМ радиовещательного диапазона длины полотна и периметра этой антенны уже недостаточно.
Конструкция приёмной рамочной антенны корзиночного типа для АМ вещания в диапазоне Средних Волн.
Неплохой заменой ферритовой магнитной антенны может оказаться рамочная. Она легче и дешевле, а в некоторых случаях у нее более удобная конструкция. Ее электрические параметры оказываются даже лучше, чем у ферритовой, к тому же она совершенно не подвержена перекрестной модуляции в сильных посторонних магнитных полях, следовательно, помехоустойчивость ее также выше, чем у ферритовой. По этим причинам и было решено поделиться практическим опытом изготовления рамочной антенны СВ диапазона.
Потребовав, чтобы действующая высота рамочной антенны была не меньше, чем у ферритовой, и учитывая, что сердечника нет и μ = 1, можно оценить ее необходимые размеры. При этом число витков определяем по формуле для расчета индуктивности круглой рамки диаметром D: L = kN 2 D, где k — коэффициент, зависящий от плотности намотки, его значение лежит в пределах (1-3)10 -6 . Для “корзиночной” обмотки, описанной ниже, k = 1,6*10 -6 .
Расчеты показали, а эксперимент подтвердил, что в СВ диапазоне при диаметре рамки D = 12 см и числе витков N = 37 рамочная антенна не уступает даже хорошей ферритовой, намотанной на стержне из феррита 400НН длиной 200 и диаметром 10 мм. Рамки большего диаметра по своим параметрам превосходят ферритовые антенны. Здесь уместно вспомнить, что на выделенных приемных радиоцентрах в начале 20-х гг. применялись рамки на деревянном каркасе в виде квадрата, поставленного на угол, причем сторона квадрата доходила до 20 м!
Но вернемся к нашей миниатюрной рамке. Чтобы не шунтировать контур, образованный рамкой и КПЕ, первый каскад УРЧ был собран по схеме истокового повторителя на полевом транзисторе VT1 (рис. 4.6). Нагрузкой каскада служит резистор R3, элементы R2C2 развязывают цепь питания. Резистор R1 предотвращает самовозбуждение каскада на верхнем краю диапазона из-за паразитных емкостей полевого транзистора затвор-исток и исток-земля, образующих «емкостную трехточку», создавая тем самым положительную обратную связь. Уменьшая сопротивление этого резистора, можно достичь благоприятного эффекта — увеличения добротности антенного контура на высокочастотном краю диапазона.
Какая же нам необходима добротность? В простых одноконтурных приемниках прямого усиления, работающих в диапазоне СВ, желательно, чтобы она составляла 120-300, возрастая с повышением частоты. Тогда полоса пропускания контура, равная f0/Q сохраняется равной примерно 4-5 кГц во всем диапазоне, обеспечивая разумный компромисс между воспроизведением верхних частот звукового спектра и селективностью приемника. В супергетеродинах, где селективность определяется трактом ПЧ и имеется большой запас усиления, добротность контура магнитной антенны бывает существенно ниже.
Добротность ферритовой магнитной антенны даже при намотке одножильным проводом может достигать 150-250, плавно уменьшаясь к высокочастотному краю диапазона из-за увеличения потерь в феррите и проводе. Намотка ферритовой антенны литцендратом позволяет довести добротность до 350-380, но на низкочастотном краю диапазона, где это не очень нужно. Добротность же на высокочастотном краю при этом составит 250-270.
Добротность рамочной антенны зависит от многих факторов и почти не поддается расчету. Для решения вопроса был проведен рад экспериментов по определению добротности. Первая рамка была намотана на пенопластовом кольце диаметром 14 и шириной 1,5 см. 24 витка провода ПЭЛ 0,23 располагались плотно, внавал. Для настройки контура использовалась секция стандартного сдвоенного блока КПЕ с воздушным диэлектриком от радиоприемников, емкостью 10-365 пФ. Добротность получилась низкой (кривая 1 на рис. 4.7), да к тому же уменьшалась к высокочастотному краю диапазона. Увеличение диаметра провода до 0,5 мм положения не исправило.
Низкая добротность объясняется увеличением сопротивления провода на высокой частоте из-за вытеснения тока к поверхности металла (скин-эффект). На верхних частотах СВ диапазона толщина скин-слоя в меди составляет всего лишь 0,08 мм. Только для более тонких проводов их сопротивление на высокой частоте можно считать равным сопротивлению на постоянном токе. Отсюда ясен смысл применения литцендрата — многожильного провода, свитого из нескольких (от 4 до 81) тонких изолированных проводников. При намотке той же рамки литцендратом ЛЭШО 21×0,07 добротность контура возросла вдвое, но неблагоприятная частотная зависимость сохранилась (кривая 2).
Следующий фактор, влияющий на добротность, — это эффект близости витков друг к другу, вызывающий потери на вихревые токи в соседних витках. Кроме того, при плотном расположении витков создаваемое ими магнитное поле как бы вытесняет ток из обмотки, приводя к увеличению ее сопротивления, особенно на высоких частотах. Явление аналогично скин-эффекту в сплошных проводниках. При плотной намотке возрастает и собственная междувитковая емкость катушки, также увеличивающая потери из-за протекания дополнительного реактивного тока в проводе.
Эксперимент подтвердил большое значение эффекта близости витков. Та же рамка, намотанная в навал самодельным литцендратом из шести проводников ПЭЛ 0,09, причем проводники не были скручены, оказалась вообще неработоспособной. Ее добротность была низкой, а собственная емкость велика настолько, что со стандартным КПЕ даже не перекрывался весь СВ диапазон. Произошло это, видимо, потому, что отдельные проводники разных витков тесно перемешались друг с другом.
Уменьшение «эффекта близости» достигается в однослойной цилиндрической обмотке, лучше с шагом в 1-2 диаметра провода. Многослойные высокочастотные катушки нельзя наматывать так, как наматывают низкочастотные, например сетевые трансформаторы. Хороша намотка «универсаль», еще лучше сотовая. Предпочтительнее провод с толстой изоляцией, ПЭЛШО, ПШД и т.д. Для рамочных антенн цилиндрическая форма намотки неудобна, предпочтительнее радиальная. Очень удобна «корзиночная» обмотка, автоматически обеспечивающая шаг между витками, равный диаметру провода. В этом случае катушку наматывают на плоском каркасе из диэлектрика с нечетным числом радиальных прорезей, в которые и укладывают провод, проходящий попеременно с одной или с другой стороны каркаса.
Был изготовлен каркас с прорезями из листа органического стекла толщиной 4 мм (рис. 4.8). Края прорезей следует скруглить острым ножом или надфилем, чтобы не повредить провод при намотке. Центральную часть каркаса целесообразно вырезать и удалить (вообще, чем меньше диэлектрика в каркасе, тем лучше). Обмотка содержала 37 витков провода ЛЭШО 21×0,07, выводы были закреплены в специально просверленных отверстиях каркаса. Можно припаять выводы к специально прикрепленным к каркасу лепесткам. Нижний выступ каркаса предназначен для крепления всей антенны. Добротность рамочной магнитной антенны с корзиночной обмоткой значительно возросла и, кроме того, стала увеличиваться с частотой, достигнув значения 280 на частоте 1600 кГц (кривая 3 на рис. 4.7). Это обеспечило полосу пропускания контура антенны не шире 6 кГц во всем С В диапазоне. Напряжение, наводимое полем центральных радиостанций на выводах контура магнитной антенны, составило от 15 до 300 мВ в условиях Москвы, на девятом этаже панельного дома.
Несколько слов о конструктивном оформлении приемника с рамочной антенной. Безусловно, нежелательно наматывать рамку на самом корпусе приемника, поскольку все детали оказываются в ее поле. Не говоря уж о вероятных наводках и паразитных связях, при этом трудно получить и высокую добротность из-за обилия «металла» внутри рамки. Если габариты позволяют, можно разместить рамку на задней стенке корпуса, придав ей овальную или даже прямоугольную форму.
Но лучше всего расположить магнитную антенну в «свободном пространстве», на расстоянии не менее одного ее диаметра от окружающих предметов. «Корзиночная» обмотка на каркасе из оргстекла или цветной пластмассы красива и послужит оригинальным элементом дизайна приемника. Рамку целесообразно расположить над приемником в вертикальной плоскости и сделать поворот ной, достаточно в пределах 90°, чтобы ориентировать ее по максимуму приема. Эскиз возможного варианта конструктивного оформления приемника с рамочной антенной показан на рис. 4.9. Если рамку предполагается поворачивать вокруг вертикальной оси просто рукой, то с общим проводом лучше соединить внешний виток рамки.
(из ж. «Радио», Поляков В. Т.)
Можно обратить внимание на вот такой ресурс где обстоятельно рассказывается об таких антеннах для приёма АМ. Сайт на иностранном языке, поэтому рекомендуется использовать браузер Google Chrome с возможностью перевода страниц.
Если всё-же имеются некоторые проблемы с браузером, то можно посетить
русско-язычную версию этого сайта (перевод готовый).
Добавить комментарий Отменить ответ
Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.
Источник
