Майстерня Магнітна антена конструкції RX3AKT
Магнітна антена конструкції RX3AKT
Розкажу про оригінальну антену у вигляді розімкнутої рамки, яку я називаю "ВИРОДЖЕНА MAGNETIC-LOOP"
Повернемося до моєї "нововідкритої" антени. При збільшенні периметра обруча антена все більше набуває властивостей випромінювати і електричну складову ЕМ поля в БЛИЖНІЙ ЗОНІ (Нагадаю, що існує ще СЕРЕДНЯ ЗОНА, вона ж - ЗОНА ФРЕНЕЛЯ. У ній починається "розгортання" повноцінної електромагнітної хвилі. Є і ДАЛЬНЯ ЗОНА. електрична (Е) і магнітна (Н) складова існують "на рівних правах", народжують одна одну, тим самим, сприяючи власному поширенню в просторі.) У звичної конструкції магнітної антени електрична складова утворюється в районі змінного конденсатора. Співвідношення енергій Е та Н хвиль залежить від співвідношення діаметра рамки та довжини хвилі. При досягненні периметра рамки довжини рівної півхвилі антена фактично перетворюється на класичний напівхвильовий диполь з полотном згорнутим у кільце, але НЕ ЗАМКНУТИМ. Розподіл струмів і напруги вздовж дроту зберігається, як у диполя. При периметрі такої рамки близькому до півхвилі за результатами моделювання ми з подивом виявляємо, що ємність змінного конденсатора перетворилася на НУЛЬ, тобто. Виродилася в розрив. Тому: ВИСНОВОК ОДИН: Немає необхідності ставити дорогий і складний змінний конденсатор. Крім того, ми бачимо, що напруга на цьому "колишньому конденсаторі", а нині розрив тепер має цілком прийнятні значення, набагато нижче, ніж у прототипу. ВИСНОВОК ДВА: Антена стала набагато надійнішою за рахунок відсутності ефекту електропробою "конденсатора". Ми помічаємо, що струм в основі кільця також значно зменшився. ВИСНОВОК ТРИ: Нінеобхідності робити полотно із товстої трубки. Достатньо дроту діаметром кілька мм. Тобто. антена перетворюється на дротяну та легко транспортабельну. Звернімо також увагу на отриману ефективність порівняно з рамкою малого діаметра. ВИСНОВОК ЧОТИРИ: Ефективність ЗНАЧНО зросла. А як же бути зі згаданими перевагами MAGNETIC-LOOP? Ми бачимо, що робоча смуга антени значно розширилася. Маючи набагато більшу ефективність, ми можемо "вибачити" цей "дефект". До речі, за рахунок малої ефективності та вузької смуги традиційні магнітні рамки славилися як дуже малошумливі. Насправді цей ефект був у чистому вигляді САМООБМАНОМ. Шуми ефіру зменшувалися РАЗОМ із сигналом. На прийом, при чудовій чутливості приймачів сучасних трансіверів, це "перевага" і робило ІЛЮЗІЮ МАЛОШУМНОСТІ. Але, звичайно, основною перевагою виродженої магнетик-луп є її розміри. При вдвічі меншому периметрі антена має ту ж ефективність, що й диполь. Наприклад, ПОВНОЦІННА антена на 2-х метровий діапазон буде виглядати, як колечко діаметром всього 30 см. зроблене, наприклад, із сталевого біметалу. Така антена легко вміщується в портфель-дипломат. Вважаю за доцільне зробити ще один цікавий висновок – ВИСНОВОК П'ЯТЬ: Рамка кругової форми має найбільшу ефективність порівняно з рамками будь-яких інших форм. До речі, рамка у вигляді трикутника має найгіршу ефективність, але найзручніші умови підвісу.
Яка ж діаграма спрямованості вийшла в такої антени? Тут допомогла програма MMANA та практика (Рис.1). При горизонтальному розташуванні полотна бачимо, що магнітна складова, як їй і належить, розташовується у вигляді бублика утворює кола антени. Електричнаскладова також є! Вона виглядає, як два м'ячики. Один з них покладений на бублик зверху, інший знизу, як біля резонансної хвильової рамки. В результаті виходить досить цікава картина – сумарна ДН є майже кулею. Тільки є два помітні мінімуму, які являють собою два об'ємні конуси по обидва боки площини рамки і з гострими вершинами точно в центрі кола антени. На практиці при вертикальному розташуванні рамки, при повному обороті ці мінімуми відчуваються, як чотири різкі мінімуми приблизно під 45 градусів до її площини. Експеримент був проведений під час проведення одного зі зльотів на оз. Валдай для варіанта антени діапазон 10 м.
Тепер про конкретну конструкцію. Як було викладено вище, антена є дротяним полотном довжиною (периметром) пів-хвилі, згорнуте в рамку. Живлення здійснюється у центрі довжини дроту, яке кінці з'єднані через ізолятор. Розташування рамки в просторі майже байдуже. У будь-якому випадку забезпечується кругова ДН. На ВЧ діапазонах антену бажано робити із сталевого чи жіночого алюмінієвого дроту у вільному підвісі тобто. без розтяжок і поперечок (Мал.2, Мал.3) На НЧ бендах - у вигляді дротяного трикутника або квадрата горизонтально землі (Мал.4).
Ізолюючий розрив (колишній конденсатор) виконується у вигляді двох плоских пластинок з канавками під затискач дроту. Платівки зроблені їх хорошого ізолятора, наприклад фторопласту, і стягуються болнами. Така конструкція забезпечує можливість регулювання резонансної частоти антени при зміні ступеня перехльостування провідників полотна, затиснутих кожен у своїй канавці. Для збереження кільцевої форми (на ВЧ бендах) бажано з'єднати верх і низ полотна товстою ліскою, довжиною рівноюдіаметру антени. Це запобігає еліпсообразному розтягуванню рамки при установці на щоглі або "мотузковому" підвісі з кріпленням зверху. Як і будь-яка симетрична антена, ця антена має харчуватися симетрично. Для цього застосовується симетруючий трансформатор на феритовому кільці. Для узгодження з полотном застосовується Т-подібна система. Насправді встановлено співвідношення сторін узгоджувальної системи стосовно довжини хвилі. При практичному повторенні антени розрахункові дані Т-системи мають хорошу повторюваність від діапазону до діапазону. На НЧ діапазонах резонансну частоту рамки зручно підлаштовувати шунтом у куті живлення. Налаштування даної антени, втім, як і всіх інших антен, полягає у зміні її регулювань з метою отримання мінімального КСВ у точці приєднання до неї кабелю. Тобто - НА ВЕРХУ в безпосередній близькості від полотна. Тільки після цього антена піднімається робочу висоту. Природно, що після такого налаштування ні про яке припасування довжини фідера або про застосування горезвісного "напівхвильового повторювача" мови бути не може. Одним із критеріїв нормального налаштування якраз і є сталість КСВ, виміряного ВНИЗУ, при навмисній зміні довжини кабелю.
Наприкінці зазначу, що ця антена є однодіапазонною. На заперечення опонентів проти цього факту повторю відому істинну: “Хороша антена має бути резонансною, а по-справжньому резонансною вона може бути лише на одному діапазоні”.
Сергій Макаркін (RX3AKT)
Посилання на літературу:
[1] З.Беньковський, Еге. Липинський " Любительські антени КВ і УКХ " вид. "Радіо та Зв'язок" 1983 стор. 441
[2] К. Ротхамель "Антени" вид. "Боянич" СПБ 1998 (однотомник) стор 422, 423
[3] З.Беньковський, Е. Липинський "Коханці антени КВта УКХ" вид. "Радіо та Зв'язок" 1983 стор. 17
[4] З.Беньковський, Еге. Липинський " Любительські антени КВ і УКХ " вид. "Радіо та Зв'язок" 1983 стор 19
Відгуки, враження, пропозиції можна помістити та подивитися тут:http://forum.qrz.ru/thread18135.html
Антена на діапазон 10 метрів (середня частота 28,4 МГц) у згорнутому (транспортному) стані. Завжди готова "розправити крила" у подорожі.
Ізолятор із орг-скла. Канавки для кріплення кінців рамки. Чотири болти з латуні. Така конструкція та орг-скло не найкращий варіант для ізолятора. Коли я працював в ефірі, пішов дощ. Із ізолятора посипалися іскри і він трохи оплавився. Краще використовувати фторопласт і зробити ізолятор не розрізним, а суцільним з двома наскрізними отворами.
В одну з половинок ізолятора вплавлено гайки М4 з латуні. Це полегшує складання антени у польових умовах.
Розгорнута антена. Т-матчер служить для узгодження опору виходу трансформатора, що симетрує (50 Ом) з полотном антени. Харчування "в розрив", як у традиційного диполя НЕ РЕКОМЕНДУЄТЬСЯ. Полотно Т-матчера виготовлене з мідного дроту діаметром 1,2 мм. Довжина одного плеча становить 22,5 см і уточнюється в процесі налаштування антени. Я відмовився від несиметричного узгодження, т.к. впевнений, що повинен дотримуватися принципу: “СИМЕТРИЧНЕ ПОВИННО ЖИВАТИСЯ СИМЕТРИЧО”, навіть якщо є ефект автосиметрування, як для варіанта живлення такої антени, показаного в книзі К. Ротхамеля. Для симетрування я використовую широкосмуговий трансформатор з коефіцієнтом трансформації 1:1, намотаний трьома слабоскрученими проводами РОЗУМНОЇ товщини (0.3. 3,0 мм) на феритовому кільцевому сердечнику РОЗУМНОГО розміру (2. 20 см вдіаметрі) з РОЗУМНОЮ магнітною проникністю (від 100 до 2000). Число витків теж РОЗУМНЕ - від 5 до 15. Для СПРАВЖНЬОГО ШПТЛ ці параметри слабокритичні. Після намотування дроту з'єднуються послідовно. Якщо намалювати схему такого трансформатора вертикально, то вона буде обмоткою з двома крайніми (нижній і верхній) одиночними висновками та двома відводами. Пронумеруємо висновки зверху вниз, як 1, 2, 3 та 4. На висновок 1 (верхній) подаємо сигнал від центральної жили кабелю. Висновки 2 та 4 – це симетричний вихід. З них сигнал подається на Т-матчер. Висновок 3 – земля, обплетення кабелю. Оновний принцип БУДЬ-ЯКОГО симетруючого трансформатора - ЗЕМЛЯ ПОВИННА БУТИ В ЦЕНТРІ, МІЖ СИМЕТРИЧНИМИ ВИСНОВКАМИ. У нашому випадку - 2 та 4. У даному трансформаторі частка витків несиметричної частини (між 1 і 3) та частка витків симетричної частини (2 та 4) РІВНІ. Тому й виходить до трансформації 1:1. Перед встановленням на антену трансформатор повинен пройти тестування на столі при роботі на еквівалент навантаження 50 Ом, підключений до СИМЕТРИЧНИХ висновків. Необхідно переконатися, що КСВ, виміряний на несиметричній стороні трансформатора дорівнюватиме одиниці. Після такої перевірки можна не побоюватися, що трансформатор вноситиме зміни в ланцюжок: передавач, фідер, трансформатор, що симетрує, Т-матчер, антена. На діапазонах ВЧ можливо знадобиться компенсація паразитної індуктивності обмотки трансформатора конденсатором, ємність якого необхідно підібрати все за тим же принципом - мінімум КСВ на несиметричній стороні при роботі на активний еквівалент навантаження.
Для інших діапазонів можна обчислити довжину плеча Т-матчера в сантиметрах за формулою: довжина хвилі середини робочої ділянки антени в метрах помножена на к-т 2,13. Остаточну довжину плечей Т-матчерапідбирають при налаштуванні антени (нижче). Товщину і матеріал дроту можна вибирати довільно з наявного в розпорядженні. .
Налаштування Т-матчера здійснюється шляхом симетричного переміщення двох замикаючих перемичок, що з'єднують полотно антени та кінці дроту Т-матчера.
Похідний варіант антени має роз'єм СР-50 для можливості підключення кабелю будь-якої довжини. Роз'єм, ШПТЛ та основа Т-матчера кріпиться на планці з орг-скла.
Зібрана антена може кріпитися до щогли або підвішуватися за відтяжку зверху. Для того, щоб вона зберігала форму кола по діаметру зверху вниз протягнута волосінь діаметром 1.0 мм. На діапазонах ВЧ бажано надавати антені форму кола, як найбільш ефективної для випромінювання. Якщо у розпорядженні радіоаматора є досить легкий, але міцний і пружний пруток або трубка з алюмінію або сталі, можна створити рамку без розпірок і відтяжок, як у мене. Полотно антени має бути виготовлене з неізольованого провідника.
Полотно даної антени має сумарну довжину 475 см. Живлення здійснюється у центрі полотна. Для інших діапазонів довжину полотна У САНТИМЕТРАХ (периметр рамки) можна обчислити за формулою: довжина хвилі середини робочої ділянки антени в метрах помножена на к-т, що дорівнює 44,97
Налаштування антени проводиться за мінімальним КСВ на її вході (на несиметричному вході ШПТЛ). Причому і КСВ-метр і передавач під час налаштування повинні розташовуватися в безпосередній близькості від антени. Потім, у міру поліпшення вимірюваного КСВ потужність доводять до максимуму (100 Вт). Точність показань стрілочних КСВ-метрів залежить від потужності через них. Чим більша потужність, тимбільше точність. Налаштування антени на потрібну частоту здійснюється шляхом регулювання перехльостування кінців рамки на ізоляторі. Узгодження вхідного опору - шляхом підбору положення перемичок Т-матчера, що замикають. Обидві цих змінних (перехльостування та перемички Т-матчера) впливають і на резонансну частоту і на узгодження. Тому, необхідно діючи обома цими “важелями” досягти мінімальних показань КСВ-метра на потрібній частоті. Після такої настройки до антени можна під'єднувати коаксіальний каюель будь-якої довжини і не боятися, що щось "піде" навіть при поставленні полотна на інше місце.
Додаток: у архіві, що додається, дані моделювання в MMANA. З них видно, що діаграма спрямованості при вертикальному розташуванні рамки виходить така сама, як у вертикалу.