Крохмаль А.В. (RM4HM)
Стационарная антенна Magnetic Loop.
Основными положительным свойствам антенны Magnetic Loop являются:
- Малые линейные размеры.
- Эффективность работы на уровне полуволнового диполя.
- Некритичность к высоте размещения относительно земли.
- Возможность использования антенны в нескольких диапазонах.
- Работа антенны в качестве преселектора входного сигнала.
- Меньшие шумы при приеме.
- Отсутствие TVI.
МОДЕЛИРОВАНИЕ АНТЕННЫ.
Одним из важнейших достоинств
магнитной антенны является возможность ее применения в нескольких любительских
диапазонах. Однако, если говорить об одновитковой антенне, то охватить весь КВ
диапазон не получится. На самых низкочастотных диапазонах КПД антенны будет очень
низким. Принимать она, конечно будет. Запас усиления современного трансивера
скомпенсирует низкий КПД антенны. Но в плане работы на передачу, антенна будет
«нулевая»! Максимальный КПД антенна имеет при периметре вибратора близкого к
значению 0.22λ. С понижением этого значения уменьшается и КПД. Программа Loopcalc, написанная американским радиолюбителем Glenn C.
Sperry (KI6GD), позволяет
рассчитать ожидаемый КПД антенны. Предположим,
Вы обладаете вакуумным КПЕ 10-350пф.
Варианты будущей антенны следующие:
Диапазоны
(Мгц)
Диаметр излучателя (м) КПД
(%)
7 – 10 –
14
1.9 46.8 – 75.4 - 90.9
7
– 10 – 14 – 18
1.4 27 – 56.4 – 80.7 – 91
10
– 14 – 18 – 21
1.1
39.8 – 68.2 – 83.8 – 89.9
14 – 18 – 21 –
24 – 28 0.7 38.7 – 60.3 – 72.3 – 80.6 – 87.7
В любительских условиях проблематично строительство антенны диаметром более 2м. Поэтому более низкочастотные диапазоны в этом примере не рассматриваются. Значения КПД даны по отношению к полуволновому диполю при строительстве вибратора МА из медной трубки диаметром 15мм. Применив КПЕ с меньшей начальной емкостью можно увеличить периметр вибратора, что приведет к повышению КПД. Так же значение КПД имеет зависимость от диаметра излучающего вибратора и материала, из которого он сделан. Использование при строительстве вибратора антенны металлов с низкими токопроводящими свойствами (алюминий, сталь) приводит к резкому снижению КПД.
К сожалению, программа Loopcalc оставляет без ответов три очень интересных и немаловажных вопроса:
1. Как располагать МА в пространстве?
2. Какую схему питания предпочесть?
3. На какой высоте располагать антенну?
На прилагаемом рисунке показаны основные три типа многодиапазонных МА с согласованием петлей связи.
Рис. 1
Схемотехника магнитных антенн.
Совершенно справедливо будет
предположить, что различная схемотехника антенн, внесет изменения в их рабочие
свойства, даже при условии соблюдения высоты размещения и линейных размеров
антенны.
Единственная широко доступная программа, которая могла дать ответ - это MMANA-GAL. Во всех трех примерах рассматривался квадратный излучатель с периметром 5м в диапазонах 40, 30 и 20м на высоте 2м от земли.
Рис. 2
Таблица сравнения параметров.
Результаты моделирования показали, что исходя из соображений "цена/качество" для достижения оптимума вертикального угла излучения МА, антенна должна находиться на высоте в 0.1…0.15 длины волны самого высокочастотного диапазона.
Значения КСВ в данном примере не столь важны. Меняя в модели периметр петли связи можно добиться гораздо меньших значений КСВ. Усиление антенны и диаграмма ее направленности при этом практически не изменятся.
Из таблицы видно, что МА с
горизонтальным расположением, имеет максимальные потери. Потери в земле у этой
антенны уменьшаются с увеличением высоты ее размещения. Строить ее в
стационарном варианте нет смысла. Формируя идеальную круговую диаграмму
направленности (ДН), она подходит для походных антенн ВЧ диапазонов.
Рис. 3
Горизонтальное расположение походной
антенны Magnetic Loop.
Антенна с верхним питанием имеет меньшие потери, но менее подходит для дальних радиосвязей. Угол ее излучения более задернут вверх по сравнению с антенной нижней схемы питания. Проигрыш по усилению незначителен. Из моделирования следует, что конструируя стационарный вариант магнитной антенны предпочтение следует отдать вертикальному расположению относительно земли, с размещением КПЕ в верхней точке антенны.
Когда же речь идет об антенне для
диапазонов 80 и 160м, то технически более правильным решением будет применение
схемы верхнего питания с установкой КПЕ в нижней точке вибратора. Это облегчит
к нему доступ и последующее тех.обслуживание.
Рис. 4
Стационарная антенна Magnetic Loop.
Построив антенну с двухвитковым вибратором, можно охватить все диапазоны от 40 до 10м. На ВЧ диапазонах один виток шунтируется управляемым дистанционно реле. Такую антенну предложил Пахомов В.А. (UA3AO).
К сожалению, при равном периметре вибратора, усиление двухвитковой антенны на самом низкочастотном диапазоне уступает одновитковой. На рисунке приведен скриншот вычислений в программе MMANA-GAL. Усиление антенны ушло далеко в отрицательную область и даже в теории проигрывает полуволновому диполу фактически балл. Весьма вероятно, что на практике данная величина увеличится в силу неучтенных программой параметров. Физика явления понятна – меньшая охватываемая антенной площадь, ведет к меньшему усилению. Уменьшение КПД антенны – это своеобразная плата за компактные размеры и широкий рабочий диапазон.
Рис. 5 Модель двухвитковой магнитной
антенны.
Рис. 6
Двухвитковая магнитная антенна UA3AO.
ПРАКТИЧЕСКИЕ СОВЕТЫ ПЕРЕД СТРОИТЕЛЬСТВОМ
АНТЕННЫ.
МА является укороченной антенной.
Действующие напряжения в вибраторе и напряженность электро-магнитного поля,
создаваемого антенной, весьма значительны. Дабы избежать эффекта шунтирования
антенны, механическая конструкция должна быть выполнена из диэлектрических
материалов. Этому требованию отвечают стеклопластиковые рыболовецкие удилища. К
сожалению, механическая прочность удилищ к долговременному воздействию
атмосферных, ветровых и антропогенных нагрузок не велика. Следует усилить
колена, обернув их минимум двумя слоями любого метерчатого материала,
пропитанного эпоксидной смолой (эпоксидный клей). Эпоксидная смола под
воздействием УФ-излучения Солнца разлагается. Слой ткани с эпоксидной смолой
надлежит покрасить любой морозо-водостойкой краской. Многие краски проводят ВЧ
токи. Поэтому нельзя окрашивать конечные точки фиксации вибратора к несущей
конструкции!
Вакуумный КПЕ обладает определенной массой. При диаметре излучателя 15-22мм и толщине стенок до 1мм, механической прочности трубы будет недостаточно для долговременного удержания конденсатора. Необходимо продумать и применить в конструкции дополнительные штанги для разгрузки вибратора от массы КПЕ.
Рис. 7 Конструктивные особенности.
Дистанционный привод настройки
КПЕ удобно осуществить двигателем РД-09 от аппаратуры КИП с коэффициентом
редукции не менее 1/478 – оборот вала редуктора за 42 секунды. Дело в том, что
минимум КСВ наступает очень резко, его легко «пролететь», применяя более
скоростной двигатель. Крепление двигателя на несущей мачте показано на
фотографиях. Там же помещен рисунок с реверсивной схемой управления, в которой
задействовано электродинамическое торможение. Электродинамическое торможение
необходимо для ликвидации инерционного хода вала редуктора, которое изменит
оптимальное значение емкости КПЕ.
Вал КПЕ соединяется с валом двигателя диэлектрической штангой. Следует приложить старание и смонтировать КПЕ точно напротив двигателя. Небольшие неточности в соосности КПЕ и двигателя устраняет механический демпфер. Это приспособление крепится на валу двигателя.
Рис. 7
Вариант дистанционного привода КПЕ.
Конструктивно петля связи – это один виток медной трубки. Во многих руководствах диаметр витка рекомендуют делать 1/5 от диаметра вибратора. Разумнее поступить иначе и предусмотреть возможность изменения диаметра петли. Эти действия могут потребоваться при настройке многодиапазонной антенны с оптимизацией среднего значения КСВ по диапазонам.
Рекомендуемая
литература и Интернет ресурсы:
1. Русскоязычный сайт «Магнитные антенны»: www.magloop.jimdo.com
2. К.Ротхаммель «АНТЕННЫ», том 2,
издание 11 исправленное.