МЕТОДЫ ПИТАНИЯ И ИСПОЛНЕНИЕ МАГНИТНЫХ РАМОЧНЫХ АНТЕНН
СВЯЗЬ КОАКСИАЛЬНОГО КАБЕЛЯ С ПЕРЕДАЮЩИМИ МАГНИТНЫМИ РАМОЧНЫМИ АНТЕННАМИ
При работе таких антенн в режиме передачи применяют два вида связи антенны с фидерной линией - через магнитную петлю (рис. 3.11) и через схему гамма-согласования (рис. 3.116). Обратите внимание, что и петля связи, и точка подключения экрана кабеля при гамма-согласовании находятся точно напротив подстроечного конденсатора Это необходимо для сохранения симметрии рамки.
Рис. 3.11. Питание передающей магнитной рамки
Обычно диаметр петли связи составляет 0,2 от диаметра основной рамки. С помощью этой петли можно обеспечить удовлетворительное согласование во всем рабочем диапазоне частот магнитной рамки. Надо стараться, чтобы провод для петли не был тоньше того, из которого сделана магнитная рамка.
Второй вид согласования - гамма-согласование. Толщина провода, используемого в его схеме, примерно в 2-5 раз тоньше провода рамки. Его радиус составляет 0,85-0,95 от радиуса основной рамки. Длина L в схеме не должна превышать 0,2 от периметра рамки и чаще всего выбирают значение 0,1. Гамма-согласование требует более тщательной, по сравнению с петлей связи, настройки для разных диапазонов, но при этом обладает более высоким КПД. При работе рамки в двух-трех диапазонах для гамма-согласования всегда можно найти оптимальные размеры. Если к рамке имеется свободный доступ, то для настройки удобно использовать замыкающие перемычки. В любом случае, когда приходится иметь дело с магнитными рамками, рекомендуется устанавливать согласующее устройство.
Если рамка служит только в качестве приемной, то проблем с согласованием обычно не бывает. Оно осуществляется с помощью размещаемого непосредственно около рамки транзисторного усилителя, с выхода которого отфильтрованный и усиленный ВЧ сигнал по коаксиальному кабелю поступает на вход приемника.
РАЗМЕРЫ И ИСПОЛНЕНИЕ МАГНИТНЫХ РАМОЧНЫХ АНТЕНН
Характерные размеры передающей рамочной антенны приведены в табл. 3.2.
| Периметр рамки, см | 50 | 80 | 100 | 200 | 500 | 400 |
| Высшая рабочая частота, МГц | 29 | 21 | 14 | 7 | 3,5 | 1,9 |
При таких размерах рамка эффективно работает на трех соседних диапазонах длин волн, например 10, 15 и 20 или 40, 80 и 160 м. Ее эффективность на верхней частоте максимальна, а на более низких снижается. Приведенные в этой таблице данные соответствуют магнитной рамке без экрана. Если имеется электростатический экран, то следует учитывать емкость между ним и внутренним проводом, которая уменьшает резонансную частоту рамки. Для удовлетворительной работы периметр рамки должен быть не менее 0,08 от рабочей длины волны.
С помощью конденсатора рамку можно настроить на еще более низкие частоты, однако в режиме передачи подобная конструкция станет уже совсем мало эффективной.
Как было показано выше, входное сопротивление магнитных рамок невелико. Это затрудняет согласование антенных систем, в которых магнитная рамка работает на передачу, без ее настройки в резонанс с рабочей частотой.
Рамочная антенна имеет свою собственную индуктивность. Ее можно рассчитать по известной формуле или измерить с помощью соответствующих приборов. Присоединив к разомкнутым концам рамки переменный конденсатор, получим обычный колебательный контур, который можно настраивать в широком диапазоне частот. На рис. 3.11 показаны две схемы связи рамки с кабелем: через петлю связи (а) и с применением гамма-согласования (б); под ними изображены соответствующие аналоги на сосредоточенных элементах в виде индуктивной и трансформаторной связи с контуром.
В колебательном контуре, образованном рамкой и конденсатором, электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора, а магнитное - вокруг рамки. Результаты решения задачи нахождения оптимальных размеров рамки и емкости конденсатора были приведены выше. Из них следует, что длина рамки должна составлять приблизительно 0,08 от длины волны, а емкость конденсатора - около 30-50 пФ в диапазоне 2-30 МГц.
Рамка меньшей длины будет излучать менее эффективно из-за низкой добротности. Последняя, как известно, определяется выражением: Q=(L/C)/Rп, где L - индуктивность рамки, Гн; C - емкость на конце рамки, Ф; Rп - сопротивление потерь в рамке, Ом.
Одновитковая рамка, в отличие от многовитковых, имеет максимальное отношение L/C и минимальное сопротивление потерь. Рамку, длина которой больше, чем 0,08 рабочей длины волны, возможно не удастся настроить в резонанс, вследствие чего ее согласование станет проблематичным.
Поэтому, для работы в режиме передачи целесообразно применять одновитковую рамку. При настройке ее в резонанс, когда от передатчика поступает значительная мощность и рамка хорошо согласована, по ней могут протекать ВЧ токи в сотни ампер. Поэтому желательно, чтобы передающая магнитная рамочная антенна была выполнена из медной трубы большого диаметра. Можно отполировать ее поверхность до зеркального блеска. Конденсатор переменной емкости обязательно должен быть высококачественным, лучше - без трущихся контактов. В крайнем случае, можно обойтись обычным спаренным конденсатором переменной емкости, подключенным к рамке только статорными (неподвижными) секциями (рис. 3.12). Не следует применять конденсаторы с твердым диэлектриком из-за их низкой добротности.
Рис. 3.12. Обычный конденсатор переменной емкости в магнитной рамке
Заметим, что иногда встречаются сообщения об использовании радиолюбителями для работы в режиме передачи ненастраиваемых магнитных рамочных антенн.
Задача эффективного согласования такой рамки с передатчиком даже теоретически очень сложна и выходит за рамки обычной радиолюбительской практики, поэтому этот тип антенн здесь не рассматривается. Не рекомендуем радиолюбителям, не имеющим соответствующей теоретической и практической подготовки, пользоваться такими конструкциями, так как результат будет неутешительным.
Когда магнитные рамки служат в качестве приемных антенн, проблема КПД стоит не так остро. Поэтому для них подходят конденсаторе с твердым диэлектриком или воздушные с трущимися контактами. Рамку делают многовитковой, что позволяет уменьшить ее размеры. Для рамки можно использовать и тонкий провод. Часто применяют коаксиальный кабель, внутренняя жила которого образует рамку, а оплетка выполняет функции ее экрана.
Источник: Григоров И.Н. Практические конструкции антенн.
СОГЛАСОВАНИЕ РАМКИ И ПИТАЮЩЕГО КАБЕЛЯ
Индуктивная связь и согласование также широко распространены благодаря простоте реализации. Чаще всего применяется вариант, показанный на рис. 20.7. Внутри большой петли размещают малую индуктивную петлю с соотношением диаметров 5:1. Благодаря симметричной связи через симметрирующий трансформатор на кольцевом сердечнике 1:1 можно подсоединять 50-омный коаксиальный кабель.
Рис. 20.7. Рамочные антенны с индуктивной связью:
а - симметричное подключение с симметрирующим трансформатором
на кольцевом сердечнике 1:1; б - несимметричная связь;
в - индуктивная связь с экранированием (детальный эскиз).
При несимметричной связи (рис. 20.7б) коаксиальный кабель подключается непосредственно. Электрически целесообразный способ индуктивной связи представлен на рис. 20.7в. Здесь показан только связующий виток из коаксиального кабеля с разрывом его экрана посреди витка. Экран части правой половины шлейфа припаивается к основанию большого кольца (см. рисунок), и в этом месте антенну заземляют. Слегка деформируя шлейф из коаксиального кабеля, добиваются тонкой настройки антенны на минимальный КСВ. Считается, что диаметр d должен быть тем меньше, чем выше рабочая добротность антенны.
Источник: К.Ротхаммель. Антенны. Том 2. Издание 11. 2001г.