О магнитных антеннах из коаксиального кабеля: изготовление рамочной антенны своими руками

Вопросы и ответы

Устройство рамочной магнитной антенны

Обычные антенны, кроме того, что они хорошо фиксируются, должны иметь весьма приличную массу, которую просто невозможно довести до мобильных легких радиоприемных установок. В современных условиях выход найден – нужная масса просто имитируется.

Делается это с помощью коаксиального кабеля, который при длине в половину радиоволны, взятой с коэффициентом укорочения, выполняет роль усилителя импеданса.

Коаксиальный кабель необходим для монтажа и настройки антенны

Центральная жила (или несколько) такого кабеля изготавливается из чистой или луженой меди, что обеспечивает повышенное сопротивление постоянному току, а также делает кабель гибким. Диэлектрический слой выполнен из вспененного гранулированного полиэтилена.

Эти материалы обеспечивают стабильность качественных характеристик шнура и длительный срок службы. Экранирующий слой представляет собой оплетку из медных или оловянных проволок. Для улучшения экранирующих свойств поверх ламинированной алюминиевой фольги накладывается второй слой оплетки.

Современные магнитные антенны представляют собой усовершенствованные варианты рамочных аналогов. Такие устройства представляют собой катушки на ферритовых сердечниках. Благодаря повышенной магнитной проницаемости этого материала магнитное поле электромагнитных волн в цепях катушки создает очень мощный поток, более сильный, чем без сердечника.

Катушки магнитной антенны с ферритовым сердечником

Даже маленькие катушки способны генерировать такую ​​же электродвижущую силу, как и простые рамочные антенны, но большего размера.

Размеры жил от 0,1 до 0,3 метра в длину и от ½ до 1 кв.м площади поперечного сечения. Каждая катушка обычно имеет 2-3 десятка витков медного провода.

Магнитные рамки для антенны на коаксиальном кабеле представляют собой петли из проводящего материала, прикрепленные к конденсатору. Чаще всего встречаются петли круглой формы, поскольку так устройство работает намного эффективнее. Площадь круга меньше площади других геометрических фигур, поэтому охват радиосигналов будет выше.

Примечание! В магазинах для радиолюбителей продаются рамки антенн именно круглой формы. Однако бывают и треугольные, и квадратные, и даже многоугольные рамки, их использование объясняется особенностями расположения в доме, габаритами радиоприемника и т д.

Рамка для радиоантенны в форме квадрата

Для приема сигнала в выбранной области используются шлейфы разного диаметра.

В рамках как круглой, так и квадратной формы используется нескрученный проводник (такие антенны называются одновитковыми), они отлично работают в высокочастотных диапазонах, но при этом их габариты достаточно велики. Эти недостатки исправляются конструкцией магнитной рамы, которая становится все более популярной среди радиолюбителей, предпочитающих низкие частоты, являющиеся многооборотными.

Дополнительная информация. Чем больше витков, тем меньше размеры антенного блока.

Особенности эксплуатации и расположения устройства

Рамочная магнитная антенна из коаксиального кабеля применяется в основном в тех случаях, когда необходимо снизить уровень помех и шумов от соседних радиостанций, работающих в районе, близком к волнам приемного блока, но излучаемых в другом направлении.

Рамочные антенны лучше всего подходят для приема радиоволн, распространяющихся вдоль плоскости, но они совсем не улавливают сигналы, распространяющиеся параллельно. Чтобы добиться наилучшего, не мешающего звука нужной радиостанции, нужно всего лишь повернуть рамку вокруг своей оси.

Какой стабилизатор напряжения лучше

Такие механизмы можно разместить на крыше здания. Однако необходимо учитывать, что такие антенны должны быть выше других (поэтому при установке на балконе эффективность снижается). При этом на работу блоков магнитной рамочной антенны не влияет близость к другим объектам и сооружениям (вентиляционные башни, трубы и т.п.).

Идеального позиционирования добиться практически невозможно, но лучше всего монтировать антенну так, чтобы ферритовый сердечник был направлен в сторону, и в этом случае радиосигнал не будет блокироваться более крупными антеннами.

Для нормальной работы рамочной антенны с коаксиальным кабелем необходимо синхронизировать сам провод и петли. Согласованность может быть достигнута за счет размещения небольших индукционных петель в больших диаметрах.

Чтобы конструкция работала симметрично, к ней можно добавить блок симметрирующего трансформатора. Если радиосимметрия не требуется, антенный кабель можно подключить напрямую.

Балансировочный трансформатор

Для антенны необходимо предусмотреть заземление, оно делается в районе крепления шлейфа до точки, где находится низ большого шлейфа.

Важно! Если кабель немного деформирован, антенну можно подстроить.

Не рекомендуется укорачивать коаксиальный кабель при установке и дальнейшей эксплуатации, поэтому перед покупкой антенны желательно определить, какой длины будет достаточно.

установка рамочной магнитной антенны в автомобиль вроде бы дело нехитрое, но эту манипуляцию нужно проводить очень аккуратно. Перед размещением магнитной антенны на кузове необходимо очистить место будущей установки и магнитную площадку антенны от засорения, иначе можно повредить лакокрасочное покрытие автомобиля.

Форма магнитных рамок

Контакторы и магнитные пускатели

Магнитная антенна из коаксиального кабеля представляет собой петлю проводника, соединенную с конденсатором. Петля обычно имеет форму круга. Это связано с тем, что такая форма повышает эффективность конструкции.

Площадь этой фигуры наибольшая по сравнению с площадью других геометрических тел, поэтому зона покрытия сигнала будет увеличена. Производители товаров для радиолюбителей выпускают именно круглые рамки.

Для того чтобы устройства работали на определенном диапазоне длин волн, сооружаются петли разного диаметра.

Также есть модели в виде треугольников, квадратов и многоугольников. Использование таких конструкций обусловлено в каждом конкретном случае разными факторами: расположением агрегата в помещении, компактностью и т.д.

Круглые и квадратные рамки считаются одинарными витками, потому что проводник не скрученный. На сегодняшний день специальные программы типа КИ6ГД позволяют рассчитывать характеристики только одноповоротных антенн.

Этот тип хорошо зарекомендовал себя для работы в высокочастотных областях. Самый большой их недостаток — большой размер. Многие специалисты склонны работать с низкими частотами, поэтому так популярна установка на магнитной раме.

Проведенные сравнительные расчеты нескольких схем с одним, двумя и более витками, при схожих условиях работы, показали сомнительную эффективность многовитковых конструкций. Увеличение витков наиболее целесообразно лишь для уменьшения габаритов всего устройства.

Кроме того, для реализации этой схемы необходимо увеличить расход кабеля, следовательно, стоимость самоделок необоснованно возрастает.

Как сделать самодельную телевизионную антенну своими руками?

Полотно магнитной рамки

Для максимальной эффективности установки необходимо выполнение одного условия: сопротивление потерь в тракте кадра должно быть сравнимо с сопротивлением излучению всей конструкции. Для тонких медных труб это условие легко выполняется.

Для коаксиальных кабелей большого диаметра этого эффекта добиться труднее из-за высокого сопротивления материала. На практике используются оба типа конструкций, потому что другие типы работают намного хуже.

Приемные рамки

Если устройство выполняет исключительно функцию приемника, для его работы можно использовать обычные конденсаторы с твердым диэлектриком. Приемные рамки для уменьшения габаритов многооборотные (из тонкой проволоки).

Для передающих устройств такие конструкции не подходят, т к действие передатчика будет работать на нагрев установки.

Вертикальная кв антенна своими руками

Как сделать свой собственный? Возьмите ненужный (или купите) недорогой карбоновый стержень, 20-40-80. Прикрепите полоску бумаги с точками с одной стороны. Вставьте зажимы в отмеченные места, чтобы соединить перемычки и зашунтировать ненужную катушку.

Таким образом, антенна будет переключаться с диапазона на диапазон. Заштрихованные участки будут намотаны укорачивающей катушкой с указанным количеством витков. В сам «стержень» вставляется штифт.

Также вам понадобятся материалы:

  • используется медный обмоточный провод диаметром 0,75 мм;
  • проволока для противовеса диаметром 1,5 мм.

Штыревая антенна должна работать с противовесом, иначе она не будет эффективной. Итак, при наличии всех этих материалов остается только обмотать проволочный бинт вокруг стержня так, чтобы сначала получился большой виток, потом все меньше и еще меньше. Процесс изменения диапазона антенны: с 80 м на 2 м.

Оплетка коаксиального кабеля

Оплётка магнитного каркаса обеспечивает больший КПД, чем медные трубки и утолщение диаметра проводника. Для домашних экспериментов модели в черном пластиковом корпусе не подходят, так как в нем содержится большое количество копоти.

В процессе эксплуатации металлические детали при сильном нагреве корпуса выделяют химические соединения, вредные для человека. Кроме того, эта функция уменьшает передаваемый сигнал.

Этот тип коаксиального кабеля подходит только для больших антенн, у которых сопротивление излучения проводника полностью компенсирует входное сопротивление.

Селекция магнитной рамочной антенны

Антенны с уменьшенной магнитной рамкой относительно редко используются радиолюбителями. Но при своих недостатках, таких как низкая эффективность и узкая полоса пропускания, они имеют ряд преимуществ. Это возможность пространственно-частотной селекции радиосигнала, т е ориентация антенны по максимуму полезного сигнала или по минимуму сигнала помехи.

Выделение полезного сигнала методом перестройки частоты, а также его малые геометрические размеры по отношению к длине волны. Поэтому рамочные антенны в основном используются в качестве приемных антенн для радиопеленгаторов и радиовещательных приемников, работающих в диапазоне длинных, средних и коротких волн.

Такие антенны чаще всего используются в полевых условиях, и могут устанавливаться по дальности с трехкратным изменением частоты. Эффективность антенны зависит от ее геометрических размеров по отношению к длине волны, см рис. 1.

Эта антенна также используется в качестве передающей антенны. При малых размерах рамки амплитуда и фаза колебаний тока, протекающего в рамке, практически постоянны по всей окружности. Максимальная интенсивность излучения соответствует плоскости кадра.

В плоскости, перпендикулярной кадру, диаграмма направленности имеет резкий минимум, а общая диаграмма направленности рамочной антенны имеет форму «восьмерки».

Напряженность электрического поля E

электромагнитная волна (В/м) на расстоянии
рамочная антенна, рассчитываемая по формуле:

где я

— ток в кадре (А);
н
— количество ходов;
г
— расстояние (км);
С
— площадь каркаса (кв.м);
?
— рабочая длина волны (м);
Так как ?
угол между плоскостью кадра и направлением на рассматриваемую точку.

ЭДС Е

, индуцированный в
стойка регистрации
рамочная антенна, рассчитываемая по формуле:

где: п

— количество ходов;
С
— площадь кадра;
Е
— напряженность электрического поля в наблюдаемой точке;
Так как ?
угол между плоскостью кадра и направлением прихода волны.

Диаграмма направленности кадра по восьмерке позволяет использовать минимальные значения диаграммы для корректировки ее в пространстве с близкого расстояния от помех или нежелательных излучений в заданном направлении в ближних зонах до 100 км.

Расположение антенн классическое и показано на рис. 2, он состоит из разомкнутого колебательного контура в виде развернутой индуктивности, настроенной конденсатором С в резонанс. По данным DK5CZ полоса пропускания также увеличивается втрое с увеличением частоты настройки и на уровне 0,707 имеет полосу пропускания от 3 до 30 кГц.

При изготовлении антенны необходимо соблюдать соотношение диаметров излучающего кольца и катушки связи D/d как 5/1, она выполнена из коаксиального кабеля, размещенного в непосредственной близости от излучающего кольца на противоположной стороне конденсатора и выглядит как на рис. 3.

Поскольку в излучающей рамке протекает большой ток, достигающий десятков ампер, рама в диапазонах частот 1,8-30 МГц изготавливается из медной трубки диаметром ок. 40-20 мм, а подстроечный конденсатор не должен иметь трущихся контактов.

Его пробивное напряжение должно быть 10 кВ при подводимой мощности до 100 Вт. Диаметр излучающего элемента зависит от используемого диапазона частот и рассчитывается по длине волны высокочастотной части диапазона λв, где периметр каркас P = 0,25λv.

Читайте также: Люминесцентные лампы для растений: как выбрать фитолампы для цветов?

Расширяем полосу пропускания рамки и увеличиваем КПД

Единственная проблема, возникающая со всеми укороченными рамочными антеннами, — узкополосность. В диапазоне 180-160 м при добротности антенны 200…250 полоса пропускания по уровню 0,707 будет составлять около 6 кГц, что является большим недостатком при перестройке частоты радиостанции.

Перестройку антенны в пределах диапазона можно производить и дискретно с помощью реле и набора конденсаторов постоянной емкости.

Для расширения полосы пропускания рамочной антенны и повышения ее эффективности можно использовать несколько подобных антенн, которые размещают друг относительно друга таким образом, чтобы между ними существовала магнитная связь. А это значит, что рамки должны быть параллельны друг другу.

В этом случае достаточно загнать только одну антенну, а остальные расширят полосу пропускания всей системы и повысят уровень сигнала примерно на 3 дБ. На рис. 4а показана частотная характеристика одной рамочной антенны, на рис. 4б — АЧХ для двух (или более) таких антенн.

Рамки должны иметь одинаковые геометрические и электрические параметры и устанавливаться параллельно друг другу на расстоянии не более диаметра рамы. Расстояние определяется требуемой полосой пропускания без ущерба для дополнительного усиления. Шлейф связи устанавливается на любую из рам, чтобы другая работала независимо.

Рамочная антенна работает еще лучше, если их три, т.е одна посередине, а еще две размещены на расстоянии половины диаметра рамы с обеих сторон в одной плоскости.

Если у радиолюбителя возникают трудности с вращением такой конструкции, можно использовать принцип гониометра и расположить рамки перпендикулярно. Тогда только петля связи должна быть повернута. Вы почти получаете пеленгатор.

Воздействие внешних факторов

Благодаря физическим свойствам коаксиальных кабелей на антенны не влияют температура и осадки. Негативному воздействию может подвергнуться только оболочка, созданная внешними факторами – дождем, снегом, льдом.

Вода имеет более высокие потери, чем кабель на высоких частотах. Как показывает практика, использовать такие конструкции на балконах можно десятилетиями. Даже в сильный мороз существенного ухудшения приема нет.

Краб для ТВ антенны

Для повышения приема лучше размещать магнитные устройства из коаксиального кабеля в помещениях или местах с пониженным воздействием осадков: под крышами, на защищенных частях открытых балконов. В противном случае устройство будет работать в первую очередь на обогрев окружающей среды, а уж потом на прием и передачу сигналов.

Основным условием стабильной работы является защита конденсатора от внешних воздействий — механических, погодных и т.д. При длительном воздействии внешних факторов из-за высокочастотного напряжения может образоваться дуга, которая в случае перегрева быстро приводит к давление в контуре или выход из строя этой детали.

Рамки для высокочастотных областей расположены горизонтально. Для низкочастотных, высотой более 30 м целесообразно строить вертикальные конструкции. Для них высота установки не влияет на качество приема.

Плюсы и минусы устройства

Кабельные этикетки

Коаксиальные кабельные магнитные антенны имеют множество преимуществ перед другими подобными устройствами:

  • их относительно легко монтировать, и в дальнейшем они не требуют специального обслуживания в процессе эксплуатации;
  • можно устанавливать в небольших помещениях;
  • срок службы таких антенн довольно большой;
  • доступность и дешевизна комплектующих, можно собрать самостоятельно при наличии начальных знаний и опыта в радиотехнике;
  • может нормально работать, находясь рядом с другими радиоустройствами, использование магнита в качестве компонента обеспечивает отличный чистый прием в городских условиях;
  • стабильность работы не зависит от сезонных и погодных условий, не требуется особых усилий для достижения четкого приема радиосигнала;
  • автомобильные магнитные антенны очень мобильны, т.е их можно установить за несколько минут и в любом месте автомобиля (не требуется сверления), что может сделать заметный штрих к внешней стороне автомобиля (кроме того, можно вставить несколько антенн: на разные места, что лишний раз демонстрирует «крутость» автовладельца);
  • поскольку усиление радиосигнала резко снижается на длинах волн менее 1/10 длины окружности, приемная магнитная антенна способствует защите радиостанции от перегрузки другими радиостанциями;
  • в диапазоне УКВ-ЧМ (частотная модуляция, т.е на частотах 65,9-74 мегагерц) магнитные антенны демонстрируют наиболее качественный прием, по сравнению с аналогами или даже уличными устройствами, при этом окружность рамы составляет от 20 до 40 сантиметров.

Магнитные антенны с коаксиальным кабелем не лишены некоторых недостатков:

  • при необходимости изменить рабочий диапазон рации нужно постоянно подстраивать конденсаторы переменной емкости для более четкого приема сигнала;
  • проще всего избавиться от помех и посторонних шумов, повернув конструкцию антенны вокруг своей оси и одновременно изменив ее расположение, но для магнитных рамок такие манипуляции затруднительны из-за разной формы рамок и неудобной расположение деревянного троса;
  • при передаче сигнала металлические элементы конструкции сильно нагреваются, что чревато ожогами при неосторожном обращении;
  • после установки длину коаксиального кабеля менять нельзя, так как прием может значительно ухудшиться, что связано с погрешностью параметров колебательной системы радиоприемника;
  • на круглом или квадратном каркасе электрическое входное сопротивление 120 Ом, а на фидере 50 Ом, поэтому для согласования необходимо сформировать каркас в виде прямоугольника, где короткие стороны равны половине пока у длинных входное сопротивление тоже будет 50 Ом, но конструктивно это достаточно сложно и нецелесообразно;
  • чем больше реальная масса магнитной антенны заменяется коаксиальным проводом, тем ниже качество приема, поэтому антенны этого типа нужно выбирать очень тщательно.

Сборка антенны своими руками

Трехфазный стабилизатор напряжения

Рамочные магнитные антенны имеют достаточно простую конструкцию, поэтому их могут изготовить даже не очень опытные радиолюбители. Такую антенну можно собрать с помощью коаксиального кабеля любого размера.

Коаксиальная рамочная антенна

Для изготовления простейшего экземпляра магнитной антенны потребуются следующие компоненты:

  • кабель коаксиальный (коаксиальный) марки RG213, сечением ок. 12 метров;
  • кабель марки RG58, около 4 метров;
  • дощечки из сухого дерева 2 х 4 см в количестве 4 штук;
  • конденсатор емкостью 100 пФ, 1 шт., при этом межобкладочное расстояние не должно превышать 3 мм;
  • коаксиальный разъем, цельный.

Сборка деталей самодельной рамочной магнитной антенны — довольно простая процедура. Сначала из деревянных реек сооружается крестовина, к ней в поперечном направлении крепятся доски с выпиленными пазами. На крестовину крепится петля для создания резонанса. Он должен состоять не менее чем из 4-х витков провода РГ213.

Кроме того, в поперечинах, расположенных вверху, слева и справа, сверлятся два отверстия, куда будут надежно крепиться концы троса. Между ними необходимо прорезать три канавки. Размеры крестовины не так важны, а вот сторона коаксиала должна быть ровно 67 сантиметров.

Рамка должна иметь сумму длин сторон, равную 1/10 длины волны нижнего FM-диапазона или необходимой коротковолновой частоты. Однако, если радиосигнал достаточно сильный, допустим периметр, равный 1/10 длины волны верхнего FM-канала.

Если такую ​​самодельную антенну планируется использовать в течение длительного периода времени (как на улице, так и в помещении), лучше всего взять кабель из технической меди с фольгированной оплеткой (иногда подойдет и отполированная до блеска трубка) . В противном случае вы не можете ожидать хорошего радиоприема с течением времени.

Для окрашивания лучше всего использовать краски, в состав которых входят оксиды металлов.

Что касается магнитного каркаса, то для наиболее эффективной работы конструкции необходимо, чтобы потери в пути были достаточными для сопротивления всей системы.

Магнитные рамочные антенны с использованием коаксиального кабеля представляют собой современную и усовершенствованную версию обычных рамочных антенн, которые обеспечивают отличный радиоприем преимущественно в FM-диапазоне и обладают повышенной мобильностью. Собрать полностью рабочий экземпляр можно самостоятельно, даже не проходя специальной подготовки.

Оцените статью
Блог об электричестве
Adblock
detector