Конструкция кпе для магнитной антенны.  Магнитные антенны

Опубліковано: 31 березня 2016

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

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

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

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

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

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

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

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

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

1. Полотно антенны должно быть цельным.

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

3. Форма антенны - лучше круглая.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Часть вторая.

Широкополосная приемная магнитная антенна

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

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

Вот, выкладываю схему антенны

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

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

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

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

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

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

Картинки по запросу UA6AGW:

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

Часть третья .

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

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

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

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.

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.

Всем привет!
Вчера осталось пару часов свободного времени. Решил воплотить давнюю идею - сделать магнитную антенну (магнитная рамка). Тому способствовало появление радиоприемника Degen. Сделав магнитную антенну для радиоприемника Degen, я удивился - она не плохо работает!

Т.к. много спрашивают про эту антенну, размещаю простенький эскиз
Данные рамки

Эскиз магнитной антенны на КВ диапазоны

• диаметр большой рамки 112 см (трубка от кондиционера или газобалонного оборудования авто), очень удобно и недорого применить гимнастический алюминиевый обруч
• диаметр малой рамки 22см (материал - медный провод диаметром 2 мм, можно и тоньше, но уже не держит форму сам круг)
• кабель RG58 подсоединяется к малой рамке напрямую и уходит к радиоприемнику (можно применить трансформатор 1 к 1, чтобы исключить прием на кабель)
• КПЕ 12/495х2 (можно применить любой другой, просто изменится полоса рабочих частот)
• диапазон 2.5 - 18.3 МГц
• чтобы рамка начала принимать 1.8 МГц добавил параллельно конденсатор 2200 пФ

Идея не нова. Один из вариантов лежит . Это одновитковая рамка. У меня получилось нечто следующее

Прием прекрасный даже на 1-м этаже частного дома. Я поражен. Эта простая магнитная антенна (магнитная рамка) имеет селективные свойства. Настройка на НЧ острая, на ВЧ поплавнее. С обычным КПЕ 12/495х2 с одной секцией антенна работоспособна вплоть до диапазона 18 МГц. С подключением второй секции - нижняя граница 2.5 МГц.
Особенно впечатлила работа рамки на диапазоне 7 МГц. Оказывается прекрасная магнитная антенна для Degena.

напоследок видео

Что не понятно спрашивайте. de RN3KK

Добавлено 19.06.2014
Вот переехал на новый QTH 9 этаж 9-ти этажного дома. На штатный телескоп приемника Sony TR-1000 принимается значительно меньше станций нежели на магнитную рамку. +очень узкая полоса антенны делает ее прекрасным преселектором. Увы волшебства нет, когда сосед снизу включает свою плазму, прием тухнет везде... даже на 144 МГц...

Добавлено 18.08.2014
Удивлению нет предела. Разместил данную антенну на лоджии 9-го этажа. В диапазоне 40м было слышно очень много Японских станций (дальность до Японии 7500 км). В диапазоне 80м была принята всего одна японская станция в тот же день. Антенна заслуживает внимания. Я не мог даже и подумать что на эту магнитную антенну (магнитную рамку) возможен прием дальний трасс..

Добавлено 25.01.2015
Магнитная рамка работает и на передачу. Как бы не казалось странным, но отвечают. Не плохо она работает на 14 МГц, на нижних диапазонах эффективность уже не та - нужно увеличивать диаметр. Даже при мощности 10 Вт, поднесенная энергосберегающая лампа светилась почти в полную силу.

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.