RadiobookA

Рамочные, ферритовые и кардиоидные антенны

Основы расчета. Задачи расчета состоят в определении количества и диаметра витков, действующей высоты, эффективности, согласовании рамочной и штыревой антенн.

Наиболее распространена схема включения с настроенной рамкой (рис. 13). Последовательный контур, образованный индуктивностью рамки Lp и емкостью конденсатора С, настроен в резонанс с частотой сигнала. Сопротивление rр—сопротивление потерь в проводе рамки, в диэлектрике, в экране и на излучение. Напряжение на конденсаторе uc=epQ, где Q — добротность контура рамки.

Произведение hдQ, которому пропорционально напряжение uc, называется эффективностью рамочной антенны. Из формулы (6) видно, что действующая высота пропорциональна количеству витков N и площади сечения витка S. Добротность

Обычно величина индуктивности рамки определяется минимальной емкостью С, необходимой для настройки на данную частоту. Расчеты показывают, что с точки зрения максимальной эффективности при этом лучше увеличивать диаметр витков, чем их количество. С другой стороны, эффективность одновитковой рамки всегда ниже, чем многовитковой такого же диаметра. В портативных пеленгаторах делать рамки с большими размерами нежелательно; кроме того, нас связывает условие d<<λ. Поэтому на диапазоне 80 м для получения высокой эффективности следует применять многовитковые рамки наибольшего возможного диаметра. На диапазоне 10 м приемлемые размеры имеет одновитковая рамка с максимальной заданной индуктивностью.

Ферритовые антенны. Один из способов повышения эффективности рамочных антенн—применение магнитных сердечников. На KB наилучшим материалом сердечника является феррит. Эффективность антенны с введением сердечника, имеющего эффективную магнитную проницаемость μэф, возрастает в μэф раз при сохранении прежних размеров рамки. И наоборот, ферритовый сердечник позволяет уменьшить размеры антенны по сравнению с рамкой при сохранении той же эффективности. Например, рамка без сердечника диаметром 30 см эквивалентна по эффективности ферритовой антенне с μэф=30 и диаметром витка 1 см. Уменьшение hд компенсируется повышением добротности. Правда, при этом может потребоваться перестройка контура антенны в диапазоне рабочих частот, а рамка с невысокой Q ее не потребует.

По данным, опубликованным в литературе [14, 15], в любительских конструкциях ферритовых антенн на 80 м не было получено более высокой эффективности, чем эффективность рамки. Ферритовые антенны применяются в «охоте на лис» и на диапазоне 10 м с целью уменьшения размеров. Имеются описания антенн для диапазона 2 м [16, 17].

Одиночный виток диаметром d [см] имеет индуктивность:

где t-диаметр провода в см. Индуктивность N-витковой кольцевой рамки при N> 1 можно подсчитать по приближенной формуле:

При расчетах контура рамки диаметром 25—30 см надо полагать собственную емкость рамки равной примерно (5—10)Nпф.

Задавшись емкостью подстроечного конденсатора контура рамки и прибавив собственную емкость, находим по номограмме (приложение 1) необходимую индуктивность рамки. Затем по формулам (7) и (8) рассчитываем диаметр рамки для нескольких целых значений N и выбираем приемлемый диаметр.

Расчет ферритовых антенн производится по формулам или номограммам для однослойных катушек (приложение 2), исходя из размеров и материала имеющегося сердечника. Расчетом определяют число витков при заданных индуктивности и размерах катушки. В расчетную формулу надо подставить уменьшенное в μэф раз значение необходимой индуктивности рамки, так как в μэф раз увеличится индуктивность при введении сердечника.

Согласование рамки со штырем и со входом приемника. Идеальная кардиоида получается только при условии точного согласования амплитуд и фаз э.д.с. штыревой eш и рамочной eр антенн. При неправильном согласовании форма диаграммы искажена (рис. 14). На рис. 13, б приведена векторная диаграмма токов и напряжений в контуре рамки, а на рис. 15 — простейшая схема согласования и векторная диаграмма для нее. Напряжение на конденсаторе противофазно полю Е. Э.д.с., eш совпадает по фазе с E, а eр отстает от Е на 90°. Штырь подключен к контуру рамки через фазирующий резистор Rф, сопротивление которого в сумме с резонансным сопротивлением контура рамки Rp много больше реактивного сопротивления емкости штыря Сш на частоте сигнала. При этом ток Iш будет примерно в фазе с Е и напряжение Uш — тоже.

При коротком штыре хорошую фазировку получить трудно. Поэтому для точной фазировки последовательно с резистором Rф включают удлинительную катушку Lш, индуктивность которой вместе с емкостью Сш образует последовательный резонансный контур. На рис. 16 приведена схема точного согласования штыря и рамки при низкоомном входе приемника.

Точность согласования и постоянство его в полосе частот обеспечиваются легче при больших размерах штыря. Чем выше штырь, тем меньше шунтирование контура рамки. При hд рамки около 3 см, Q=30 и N=6 при соединении по схеме рис. 15 высота штыря должна быть не менее 2 м, что для «охоты» непригодно. В соответствии со схемой рис. 16, приняв входное сопротивление Rвх ступени усилителя ВЧ равным 50 ом, а Rр==16 ком, рассчитаем коэффициент включения:

При C1=15 пф С2~1000 пф. Для получения хорошей кардиоиды в этом случае достаточно иметь штырь длиной 50 см. Емкость штыря с учетом монтажа вычисляется по приближенной формуле

где l-длина штыря в см. Зная Сш, по номограмме приложения 1 находим Lш. Выбираем Rш= (2—5) rn^2Rp. В практических конструкциях приемников элементы Rш и Lш рекомендуется делать переменными для быстрой плавной подстройки.