Статья 2. Магнитные антенны (magnetic loop):

Антенна - устройство для излучения и/или приёма электромагнитных волн путём прямого преобразования электрического тока в излучение (при передаче) или излучения в электрический ток (при приёме).

Магнитная антенна (magnetic loop) - это антенна, у которой излучение и прием электромагнитных волн осуществляется за счет магнитной составляющей, электрическая составляющая ничтожно мала и ею обычно пренебрегают.

(На форуме ОДЛР.ru в ноябре 2010 года шло обсуждение одной антенны - метёлка, для лампового приемника, с использованием балконного варианта. Я вставил свой пятачок, и получилась статья.)

И так попробую написать в стиле байка-быль.

Но у нас разговор об антеннах. Жил я тогда в военном городке Калининец, в простонародье "почтовое отделение Алабино". Каждый день по утрам, я на автобусе добирался до Голицино, на электричке доезжал до платформы Фили, далее на метро доезжал до Площади Ногина (сейчас Китай-Город). потом пешком до Покровского бульвара, в стены родной альма-матер. Вечером тот же маршрут, но наоборот. И только по пятницам было исключение из правил, была остановка в районе Фили.

Недалеко от платформы жил мой друг RA3AHQ , в миру он Болгаринов Александр (сейчас проживает в Марьино). Я брал пару "огнетушителей" и заходил в гости. У Александра был импортный трансивер фирмы Кенвуд "TS-450", по тем временам это было очень круто. Такие исключения из правил бывали практически каждую неделю, и только по пятницам. Вот однажды сидим мы, потягивая красенькое и крутим ручку верньера, слушаем разговоры радиолюбителей. Мое внимание привлекло необычное сооружение на подоконнике, я спрашиваю, вас из дас, а Саша и говорит, мол антенна это, называется магнетик луп (Magnetic loop) и показывает статью в журнале Радио № 7 за 1989 год, стр. 90, в разделе за рубежом. Одним словом, это та статья, что и привел Сергей Кашехлебов в обсуждении на форуме. Я приехал домой, у соседки выклянчил халохуп, и уже через два часа, я провел первую радиосвязь на 40 м с Питером, моя антена была смонтирована на дощечке, КПЕ прикручен винтиками к халохупу (дюраль не паяется). Это был мой первый опыт, после были и другие опыты, но об этом далее.

В 2000 году меня взяли на работу в одну фирму, которая занималась профессионально системами радиосвязи. Был один проект в Заполярье, выехали на испытания. Взяли с собой несколько типов антенн, это и традиционные треугольники, выполненные из антенного канатика, и спирально-штыревые, в основании у которых были автоматические антенные тюнеры (Icom AT-130) и одна конструкция ML (Magnetic loop), выполненная из коаксиального кабеля, оплетка ввиде гофра толщиной 30 мм. Диаметр излучателя был 4 м, закреплена антенна была на обыкновенной деревянной жерди с крестовиной, и приставлена к железному вагончику. Через определенное время выходим на связь, тестируем прохождение, составляем суточный график прохождения. И вдруг все пропало, в эфире только "белый шум", и ничего больше. Мне с базы по телефону говорят, что магнитная буря, и перерыв на неопределенное время. Я от скуки начал щелкать, переключать антенны на любительских диапазонах. Какое же было мое удивление, когда я услышал на 40 м работающих радиолюбителей. Я за микрофон и айда. У всех корреспондентов просил послушать еще две антенны, переключал на "дельту" и спирально-штыревую, а затем ML, на те антенны я не слышал ничего и меня тоже не слышали.

Позднее я уговорил коммерческого директора закупить в Германии пару антенн, хотел разных типоразмеров, но купили однотипные. В то время там было налажено производство и этим занимался Кристиан DK5CZ (царство ему небесное, замолчал ключ). Но люди и сейчас продолжают его дело. Так вернемся сюда. Немецкая конструкция была не практичная, диаметр излучателя 1,7 м, цельная, неудобная при транспортировке. В общем была изготовлена своя антенна, излучатель состоял из трех сегментов, материал АД-30 (я кусочек немецкой отвез на химический анализ), КПЕ был выполнен в виде бабочки и имел емкость от 170 до 200 пик, это позволяло перекрывать на передачу 3 любительскиз диапазона (160 м, 80 м и 40 м), при диаметре излучателя 4 м. Но это не главное, главное как работала эта антенна.

Все кто бывал у нас на коллективке наверное обращал внимание, что в непосредственной близости от радиостанции (300-500 м) полукольцом проходит три ЛЭП, одна из них 500 КВ. Так вот трескотня у нас по S-метру всегда 8-9 баллов. И вот когда я на крыше положил горизотально (на колышках высотой 1 м) ML, используя ее как приемную антенну, то.... Шумов НОЛЬ, и только полезный сигнал. Стали слышны станции, которые шли с уровнем 2-3 балла, и которые я никогда бы не услышал. Это было на 20 м диапазоне.

Второе. Наши гости подходя к школе видели на соседнем доме любительские антенны, это радиолюбитель, Александр, он любит участвовать в соревнованиях на КВ в однодиапазонном зачете, на 17-ти этажке 2 элемента Cushcraft 40_2CD, т.е. сидит себе на 40 м и всё, а у нас полный затык. На 40 м S-метр упирается в противоположную стенку, и на других бендах повыше не лучше. Так продолжалось несколко лет. И что вы думаете. Когда поставили ML по приему, так он работает в начале SSB участка, 7,045 Мгц, а мы в конце, 7,087 Мгц, мы его не ощущаем, как будто его нет.

Были еще испытания на реке Северная Двина. На теплоходе была смонтирована антенна ML (с диаметром излучателя 1,7 м - та самая - немецкая). Это было в конце мая, мы шли в низ по течению в районе г. Котлас, где-то в 3.00 на 40 м слышу работает на Латинскую Америку ER4DX, Василий. У него антенна в несколько элементов и "добрый" помощник. Я напросился в группу, и по S-метру принимал сигналы латино-американских станций на 7 баллов, и рапорт от них получал 7 баллов.

Да, кстати вот ссылка на сайт: сайт DK5CZ там все есть. И еще есть программка MagLoop4, позволяющая расчитывать магнитные рамки, которые могут выполняться ввиде круга, треугольника, квадрата, да вот ссылка, тестируйте сами: Программа для моделирования Magloop4 Если возникнут вопросы по пользованию программой, могу провести так сказать мастер-класс, или открытый урок. P.S. В качестве приемний антенны использовалась конструкция выполненная из медной трубки 10 мм (водопроводная) и конденсатор был переменный от лампового радиоприемника (настроенный один раз на средину диапазона). А в конце статьи выложу скан инструкции по ML.

Ответ одного из пользователей ОДЛР. Воодушевленный беспрецедентным академическим материалом Павла, вспомнил о спортивном снаряде (гимнастическом металлическом обруче), изготовленным знамениой ракетно-космической фирмой им.Хруничева и без надобности покоящимся за диваном... Решил поэкспериментировать на скорую руку... В течение часа ремесленных работ изготовил из нее антенну, изображенную на прилагаемых фото... Шунтирующий конденсатор (0,01 мкф) подобрал по максимуму и чистоте слабого полезного сигнала... Результат замечательный! Прием отличный! А если вынести конструкцию за пределы балкона, то лучшего и не нужно! Концепция верная! Очень доволен. Спасибо Павел! Тема стремительно продвинулась уже к обмену конкретными практическими результатами... .

Мой ответ. Александр. Все это хорошо, что вы сделали, но мне кажется это будет иметь такой же эффект, если вы поставите емкость в обыкновенный треугольник или квадрат, выполненные из обычной проволоки. Похоже конденсатор играет роль шунта или фильтр-пробки (мне так кажется). В ссылке на сайт DK5CZ приводится схематическая конструкция антенны MLoop. Она состоит из излучателя и петли возбуждения, их размеры соответственно равны 5:1, вот смотрите на рисунок. Петля выполнена из коаксиального кабеля, и она электрически не связана с излучателем (в моих конструкциях), и свой первый халохуп я делал именно так же. Но при других экспериментах вместо петли делалось гамма-согласование. В других случаях роль конденсатора выполнял воздушный зазор в месте распила излучателя, тогда периметр излучателя был равен половине длины волны, кстати это подтверждает и программа.

P.S. Мой знакомый экспериментировал с этими антеннами на диапазоне 145 Мгц, сделал двойную антенну, т.е. два излучателя, расположенные на одной траверсе (Если смотреть сверху, то конструкция похожа на два колеса на одной оси). Хашником контролировали. Результат о-о-очень интересный, я имею ввиду и диаграмму направленности. И в сравнении с многоэлементной антенной, эта конструкция не проиграла. Возвращаясь к конструкции самой антенны, это мое личное мнение, что именно система запитки антенны, будь то петля или другой вид и дает тот эффект, что в сигнале электрическая составляючая ничтожно мала и ею пренебрегают, т.е. присутствует в основном магнитная составляющая. Отсюда и название антенны - Магнитная рамка. Обратите внимание, что петля возбуждения выполнена специфически с разрезами.

Ответы пользователей. Павел, бывал у тебя не единожды, но вот антенным хозяйством не интересовался, а зря... Просвети народ, фото в студию, пожалуйста.

Поскольку в те времена не было цифрового фотоаппарата, то я пользовался "мыльницей". Кстати я забыл. Был еще один опыт использования. Я защищал диплом в ВИА как раз с применением антенн такого типа, диплом имел гриф "секретно", но думаю, что за давностью лет можно и сказать об этом, тем более есть одно фото, это фрагмент пояснительной записки при защите. Это было в мае 1990 года.

Затем подготовка к полевым соревнованиям "Радиоэкспедиция Победа". Апрель 2000 года, крыша школы (которая впоследствии стала испытательным полигоном). А это выезд под Волоколамск, к памятнику воинам-саперам (8-9 мая 2000 года) работали позывным RP3AIW. Это как раз антенна из кабеля "на кресте".

В сентябре 2000 года я уже был в Заполярье. На первом фото монтаж спирально-штыревой антенны с тюнером (9 м высотой, самодельная) и опечатка на надписи фотографии, не 2001, а 2000. В дали видна осветительная мачта, между двумя такими была смонтирована дельта (треугольник) с периметром 90 м. На втором фото - магнитная рамка, располагается горизонтально на расстоянии 80 см от железной крыши вагончика нефтяников.

Февраль 2001 года, опять испытания. Крыша школы. Антенна диаметром излучателя 4 м. Первая антенна, заказанная на производстве. В эфире я проводил эксперименты, как по расстоянию, так и в сравнении с другими типами антенн, поэтому был "популярен" в эфире и многие радиолюбители с удовольствием приезжали посмотреть и принять участие в этом процессе. Кстати на основном сайте, в гостевой книге есть отзыв одного из радиолюбителей.

Июнь 2001 года, испытания приемной антенны, я о ней писал, выполнена из медной трубки и перевернута (кондер внизу, вакуумный).

Июль 2001 года, на одном из объектов (на надписи фото тоже опечатка, не 2000, а 2001 год).

Август 2001 года. Получена антенна АМА-5, от DK5CZ. Рядом выполненная в России диаметром 1,7 м (видны болты на излучателе, в местах соединения сегментов) и "горизонтально" расположена диаметром 4 м (улучшенная, точнее усовершенствованная модель).

Июнь 2002 года. Плещеево озеро, слет радиолюбителей центральной части России. Привезли антенну диаметром излучателя 4 м, утановили возле палатки и сравнивали со всеми имеющимися у членов слета (а были и диполя и J-антенны, и треугольники).

Июль 2002 года. Река Северная Двина. Первоначально привезли антенну диаметром излучателя 4 м, но позднее заменили на антенну диаметром излучателя 1,7 м. Причина, не проходили по высоте под мостами.

В сентябре испытания с антенной диаметром излучателя 1,7 м на буксире "Лимендский комсомолец" (Лименда - это речка, впадающая в Северную Двину) в районе города Котлас.

Конденсаторы переменной емкости. Первое фото - это с антенны АМА-5, остальные нашего производства.

Были изготовлены автоматические тюнеры - точнее написана программа для однокристального процессора, команды которого управляют электромотором - поворотом конденсатора.

Появилась книжка инженера С.И. Шапошникова «Радиоприем и радиоприемники» из серии Библиотека радиолюбителя, издание Нижегородской радиолаборатории им. В.И. Ленина, 1924 год.

В данной книге есть раздел об антеннах, я его перепечатываю и выложу скан рисунка.

"Прием без антенн"

раздел "Прием без антенн"

Прием на рамки . Если на деревянную рамку, изображенную на рис. 27а, намотать некоторое количество витков изолированной проволоки, к концам которой присоединить переменный конденсатор С, то получится замкнутый колебательный контур, могущий колебаться волной, длина которой зависит от емкости С и самоиндукции L рамки. Такой контур, располагаеый в вертикальной плоскости и называемый приемной рамкой, обладает следующими свойствами:

Магнитные линии электромагнитной волны, пересекая вертикальные части витков, индуктируют в рамке вынужденные колебания, на которые можно настроить собственную волну рамки конденсатором С. Если к конденсатору С присоединить детекторную цепь, то на такую рамку можно принимать работу передатчиков.
Рамка обладает направляющим действием, т.е. будучи установлена, как показано на рис. 27, и настроена на приходящую волну, она лучше всего принимает сигналы в направлениях, указанных стрелками 1 и 2, т.е. волну, приходящую в плоскость рамки, и совсем не принимает волн, приходящих в направлениях 3 и 4, т.е. волн, приходящих перпендикулярно плоскости рамки. Таким образом, установив рамку в некотором направлении, при котором получается наиболее громкий звук, мы можем определить в каком направлении от нее находится передающая станция.

Рамки обладают своими достоинствами и недостатками. К первым относится их легкое устройство, малый размер, позволяющий устанавливать их дома, направляющее их действие и т.п. Главный недостаток их тот, что они воспринимают слишком мало энергии, так что детектор ими может принимать лишь на небольшие расстояния. Однако при работе с хорошим усилителем мощные передатчики принимаются посредством рамок на тысячи верст.

Приведем некоторые размеры рамок, считающиеся наивыгоднейшими. Рамка квадратная, со стороной = 70 см. Для волны 300 м кладется 4 витка; 600 м - 7 витков; 800 м - 10 витков; 1200 м - 14 витков; 1600 м - 20 витков; 2500 м - 40 витков, и т.д. Виток от витка укладываются на расстоянии одного сантиметра. Емкость конденсатора С должна быть около 1000 пф.

Рамки могут быть разнообразной величины и формы. Наиболее практичной считается рамка в виде ромба, поставленная на угол, рис. 27в.

(Ссылки на инфо из интернета)

Magnetic Loop Antennas - by PY1AHD (a superb loop site!) Бразилия.
Stealth ST-940B Mobile HF NVIS Magnetic Loop Antenna - by Stealth Telecom. Объединенные Арабские Эмираты.
HF LOOP AND HALF-LOOP ANTENNAS - by STAREC. Франция.
PA3CQR Magnetic loop antenna page - by PA3CQR. Нидерланды.
80m Frame Antenna - by SM0VPO. Швеция.

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.

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 .

С = 25330 / f 2 L,

где f - частота резонанса в МГц, а L – индуктивность в мкГн.

Антенна приемника

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:

КПД = 1 / (1 + Rп/R),

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.

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

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

Магнитные антенны

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

В действительности биения все же затухают, потому что каждый контур на практике характеризуется добротностью. Напомним, что импеданс состоит из чисто активной (действительной) части, как например, резисторы, и мнимой. К последним относятся емкости, сопротивление которых мнимое отрицательное и индуктивности с положительным мнимым сопротивлением. Теперь представим, что в контуре обкладки конденсатора начали разводить до тех пор, пока они не оказались на противоположных концах индуктивности. Это называется вибратором (диполем) Герца, и представляет собой разновидность укороченного полуволнового и прочих видов вибраторов.

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

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

R = 197 (U / λ) 4 Ом.

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

Свойства магнитных антенн

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

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

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

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

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

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

L = 2U (ln(U/d) - 1,07) нГн;

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

f = 1/ 2П √LC; откуда

С = 1/ 4П 2 L f 2 .

За долгую радиолюбительскую жизнь бывал не на одном общественном радиомероприятии. И на хамфестах, и просто на шашлыках радиолюбителей. Как правило хорошим фоном к разговору является бубунящий тихонько в SSB или телеграфе приёмник. Если, конечно, вообще шашлык не занял рот, руки и мозги:-) Свободны только уши:-) На одном и увидел вот это. По моей просьбе автор описал конструкцию.
Валентин Побережник, UR5RGG
"Антенна применяется с приёмником TECSUN PL-600. Питание берётся с приёмника (в антенном гнезде есть свободный контакт). Обе схемы равнозначны по усилению, вторая позволяет его регулировку. Как гласит теория, на HЧ диапазонах рамки с большим количеством витков или размером эффективнее. Транзисторы использовались из наличного. Практически любой аналог будет работать так же хорошо. Ничего нового в этих схемах нет. Пробовал и симметричные схемы на 2-х транзисторах. Заметного выигрыша не заметил 1 , зато появились трудности с узлом вращения рамки антенны (или тогда вращать с корпусом усилителя и кабелем 2). Для вращения рамки относительно корпуса применены разъёмы, тройники и делители СР-50. В зависимости от желания исполнителя можно сделать два варианта."

P.S. UY2RA
1. Выигрыш от применения балансного (дифференциального) входа оценить могут жители городских кварталов. И дело не в усилении, вот почему - "No QRM magnetic loop " На природе помех почти нет, поэтому и незаметно:-).
2. Проблемы с узлом передачи от подвижной рамки к неподвижному корпусу действительно есть. Но есть и решение. Причем если есть денежки, то можно от этого еще и выиграть - nLogis RF-PRO-1B Active

Таким образом при желании можно получить не только антенну для походов и шашлыков, а вполне исправно работающую и "на больших трансиверах" вторую или специальную антенну. Упомянутый вариант с выносом вверх и вращением можно использовать инфракрасное управление или прямиком "заавтоматить" настройку выходного каскада через микроконтроллер Ардуино, слава богу стоит он копейки. Надо только иметь выход КСВ метра в трансивере.

А если больше доверяете механике - вот еще одно решение - верёвочное:-) Кстати, у нас в области есть радиолюбители, работающие на предприятиях, которые могли бы что-нибудь из этого выпускать. Беру на себя роль интернет-магазина:-)

Назад
Вперёд

You have no rights to post comments Недостаточно прав для комментирования

Вопрос к читающей публике

Сегодня по причине первого дня когда голова уже чего-то соображает, а режим еще постельный (больничный), впервые за три дня включил трансивер и ноутбук. Конечно, прежде всего старые привязанности: КВ и спутники. Мало что изменилось за три дня, но больная мысль сверлит мозг: так много интересного в космосе и так мало с кем можно обсудить какое-либо событие там или какую-то технику. Причина, скорее всего, в том что наш народ помимо инертности имеет еще и проблемы с материальным благополучием. Не у всех есть хорошая техника для УКВ. Я - не исключение. В основном это антенна 3 и 5 элементов на 145/430 и Baonehg UV5R:-(

Тоже немало, но SSB и CW нет, да и перестройка с шагом 5 кгц не даёт возможности компенсировать эффект Допплера даже на FM транспондерах, не говоря уже про SSB. А упоминание про декодирование FSK или BPSK вообще может приравниваться к нецензурной брани:-) А ведь практически все спутники передают телеметрию.

Но, будучи пользователем радио вообще и (когда-то) инженером радиосвязи, помню, что практически все DIGI RADIOS программируются с помощью компьютерных программ того или иного назначения. Для большинства радиолюбителей (не в обиду городским жителям:-) параметры по избирательности Баофенг радио - пофенгу:-) потому что ближайший источник помехи в этих диапазонах за сто вёрст. Чутья у них немеряно и если бы они имели более детальное управление частотой и модой - цены бы этим радио не было. Но имеем то что имеем. И вакуум в информации по попыткам радиолюбителей через кабели программирования управлять этими радиостанциями в режиме реального времени.

Может кто-нибудь встречал что-то подобное в интернете или знает кто бы мог подумать об этом?
QRP работа

Сейчас на десятке зову Тимор -4W/PE7T. Но зову QRP - 10 ватт. Хотел проверить тезу про то что на 28 мгц достаточно 10 ватт для того, чтобы дотянуться до любой точки Земли. Фиг вам! Я его уже сработал на 14 и 21 мгц, так что в том, что оператор не новичок не сомневаюсь. Однако 15 минут вызовов на 10 ватт результата не принесли. Более того, довернул ручечку PWR до полных 100 ватт - тоже не получилось! Пока не включил усилитель связи не было.

Очень напоминает сбор огурцов в Белорусии с применением техники: наполовину комбайн, наполовину ручной труд. Так что вся теория на КВ - правда наполовину.
Любимая игрушка в новом наряде

Уже не один раз поминал незлым тихим словом китайское экономическое чудо и его детище 10$ toy Баофенг UV5R. И вот новость достойная пера - новый корпус UV5X. Ну и почти новые потроха:

Новинка 2015 року! Рація являє собою модель UV-5R з технічними вдосконаленнями, а саме головне в новому водостійкому та ударостійкому корпусі який витримує великі навантаження та пряме потрапляння вологи та багнюки. Дисплей виготовлений за новими технологіями дає можливість зчитування інформації в усіх умовах навколишнього середовища. Вдосконалена антена і ще багато доробок принесуть вам задоволення від використання новинки від Баофенг. Насладимся тем, что цены на UV5R на нашем рынке должны упасть и почти каждый сможет иметь такое UV5R чудо в кармане. Лично меня порадовало водозащитное исполнение - у меня это основное средство связи на рыбалке: как правило валяется на дне лодки:-(
UHF-VHF без приборов

Это полезный совет:-) Часто в интернете встречаются материалы по конструкциям VHF/UHF антенн которые легко и просто изготавливаются из подручных материалов. Например антенны для диапазонов 145 или 435 мгц. При этом авторы (и я в том числе:-() пишут что подойдёт любой изоляционный материал. И это верно до тех пор, пока вам не попадётся пористый, с влагой, или даже материал с низким омическим сопротивлением. Понятно, что антенна с таким материалом в качестве диэлектрика или несущей конструкции если и будет работать, то плохо. Как правило в доме радиолюбителя нет устроства для проведения радиоуглеродного анализа, зато на 99,99% можно утверждать что на кухне стоит печка для подогрева будербродов. Метод прост:
Djerba Isl. IOTA AF083

Tony Cioccari (по совместительству карабинер и член радиолюбительского союза этих ребят) начал работу с редкого IOTA острова Джерба (Тунис), как видно из заголовка IOTA AF083. Прекрасная работа телеграфом, плюс слышит хорошо, уже отработан на 12 и 14 мгц. Но не тяниете, только одна неделя. Ну а кому неинтересна IOTA, пожалуйста, работайте на диплом карабинеров:-) Главное получайте удовольствие от эфира.
Спорадики. Уточнение от UT9UR

Этот вид прохождения характерен дальним распостранением, т.е. станции ближе ближе 1000 км НЕ услышишь. Отражающий слой на высоте 100км, но уровни сумасшедшие. Каждый год работаю в спорадиках и наблюдад в десятки раз более. Практически на 5-10 ватт и простые антенны на 1500км и до 2500км много QSO в 80-х.
Вот смотри как тебе действовать: занимаешься всем тем, о чем обычно живоописуешь, но интервалом в 2-3 часа контролируешь 65-73МГц и свободные участки 88-108 МГц, там услышишь сигналы с уровнем который ЗАПРОСТО забивает Киевские ФМ-станции. Тут надо быть на стороже и контроллировать 144.300. Тенденция неизменна: с Востока,через Юг на Запад. Это не значить, что если нет станций из Казахстана, точно нет с Урала. Это тенденция. Бывает, что спорадик с Ю-Запада и с Востока, но это разные облака. Июнь-самое время для спорадиков. НЕ предсказуемо. Можно наблюдать на сайтах, но это не для Восточных станций, оттуда спотов нет. Еще одно правило - чем южнее широта, тем спорадики чаще и дольше, увы. Так что не зевай.Хорошо слушать авиа частоты, ибо бывают спорадики на 105МГц по 10 дней в месяц, а на 144-нет вообще.
Трансиверы: тенденции.

Трансиверы становятся всё меньше и меньше.... Скоро будем шкалу рассматривать как блоху от Левши: в микроскоп:-)

FX-4 Transceiver: DC 11V-14V

Frequency range:
1 BAND: 7.000.00MHZ-7.300.00MHZ
2 BAND: 14.000.00MHZ-14.350.00MHZ
3 BAND: 10.000.00MHZ-10.150.00MHZ
4 BAND: 18.060.00MHZ-18.168.00MHZ
Work mode: USB/LSB/CW
Receiver sensitivity: -128DB
Frequency power:
40M/5W
30M/5W
20M/5W
17M/5W
IF Frequency: 9MHZ BW: -2.6KHZ DSP: 300Hz-2.2KHz