Зміст:
- Магнітні антени
- Властивості магнітних антен
- Які бувають магнітні антени
При згадці магнітної антени як-то відразу приходять з голову ті, що на феритовому стержні, і це частково правильно. Все це різновиди одного й того ж типу пристроїв. Магнітної називається рамкова антена, периметр якої багато менше довжини хвилі. Всім відомі зигзаг і біквадратічнимі (майже одне і те ж) також є родичами даної технології. І зовсім до них ніякого відношення не мають антени на магнітному підставі. Це просто спосіб кріплення не більше того. Магнітна основа для антени надійно утримує її на даху будь-якого авто. Ми ж говоримо сьогодні про особливої конструкції. Вся принадність магнітних антен в тому, що вдається забезпечити порівняно велике посилення на порівняно довгих хвилях. При цьому розмір магнітної антени досить малий. Давайте обговоримо наш заголовок і розповімо, як може бути зроблена магнітна антена своїми руками.
Магнітна антена
Магнітні антени
З теорії відомо, що в коливальному контурі з котушки індуктивності і конденсатора випромінювання майже не відбувається. Воно все замкнуто, і хвиля може гойдатися на резонансній частоті скільки завгодно довго, затухаючи, зважаючи наявності активного опору. Так, елементи контуру, індуктивність і ємність, загалом-то мають чисто реактивний (удаваний) опір. Причому розмір залежить від частоти за досить простого закону. Це щось подібне до добутку кругової частоти ( 2 П f) на значення індуктивності або ємності, відповідно. І ось при деякому значенні протилежні за знаком уявні компоненти стають рівними. В результаті імпеданс стає чисто активним, в ідеалі він дорівнює нулю.
Насправді биття все ж загасають, тому що кожен контур на практиці характеризується добротністю. Нагадаємо, що імпеданс складається з чисто активної (дійсної) частини, як наприклад, резистори, і уявною. До останніх відносяться ємності, опір яких уявне негативне і індуктивності з позитивним уявним опором. Тепер уявімо, що в контурі обкладки конденсатора почали розводити до тих пір, поки вони не опинилися на протилежних кінцях індуктивності. Це називається вібратором (диполем) Герца, і являє собою різновид укороченого полуволнового та інших видів вібраторів. (Див. також: Всехвильова антена своїми руками)
Якщо ж взяти і перетворити котушку в єдине кільце, то ми отримуємо найпростішу магнітну антену. Це дуже спрощене тлумачення, але приблизно так воно і є. Причому сигнал знімається з протилежного від конденсатора сторони через підсилювач на польових транзисторах. Це забезпечує високу чутливість пристрою. Ну, а антена на феритовому стержні є різновидом магнітній, тільки у неї кілець безліч замість одного. Свою назву цей рід пристроїв отримав за високу чутливість саме до магнітної становить хвилі. Зокрема, при роботі на передачу генерується саме вона, породжуючи відгук електричного поля.
Максимум спрямованості відповідає осі стрижня. Причому обидва напрями рівноправні. Зважаючи малого периметра рамкової антени відносно довжини хвилі опір її досить низька. Це може бути не просто 1 Ом, але навіть і частки Ома. Наближено значення можна оцінити за формулою:
R = 197 (U / ?)4 Ом.
Під U розуміється периметр в метрах, в тих же одиницях, що і довжина хвилі ?. Нарешті, R – опір випромінювання, не потрібно плутати його з активним, яке показує тестер. Цей параметр використовується при розрахунку підсилювача для узгодження навантаження. Отже, для ферритових антен, потрібно це значення помножити ще на квадрат числа витків.
Властивості магнітних антен
А тепер подивимося, як зробити магнітну антену самостійно. Для початку слід визначити довжину кола і ємність конденсатори підлаштування. Взагалі-то особливості магнітної антени такі, що вона вимагає погодження в обов’язковому порядку, але про це як-небудь іншим разом. Справа в тому, що відмінною ознакою є неймовірна кількість варіантів проведення цієї операції, так що вимальовується окрема тема для розмови.
Магнітна антена
Довжина периметра магнітної антени коливається в межах від 0,123 до 0,246 ?. Якщо потрібно перекрити весь цей діапазон, то потрібно правильно підібрати конденсатор. У вільному просторі та магнітної антени діаграма спрямованості у вигляді тора, що і можна спостерігати, розташувавши виток паралельно землі. Поляризація при цьому буде лінійна горизонтальна. Тобто це відмінний варіант для прийому телемовлення. Недолік в тому, що кут піднесення пелюстки залежить від висоти підвісу. Вважається, що відстань до Землі ? він складе 14 градусів. І це непостійність є негативним якістю. А ось для радіо магнітні антени застосовуються досить часто.
Посилення становить 1,76 дбі, що на 0,39 менше, ніж у полуволнового вібратора. Але розмір останнього для цієї частоти складе десятки метрів – ну, куди дінеш таку громадину? Висновки робіть самі. Наша магнітна антена не так вже й велика (периметр може становити 2 метри для довжини хвилі 20 метрів, це менше метра в поперечнику). Для порівняння на частоті 34 МГц, з якої добре знайомі далекобійники, завдяки раціях, довжина хвилі становить 8,8 метра. При цьому кожен знає, що хороший напівхвильовий вібратор вмістить не кожен Камаз. І, до речі, раніше ми наводили вже опис конструкції рамкової антени, утвореною гумовою прокладкою заднього скла легкового автомобіля ВАЗ. При всіх її малих габаритах працювало пристрій досить добре. (Див. також: Цифрова антена своїми руками)
До речі, така конструкція вважається більш прагматичною, ніж типові штирьові антени для авто, де ведеться настройка зміною індуктивності. Втрат виходить менше. Крім того діаграма спрямованості охоплює досить високі кути місця, майже до вертикалі. У випадку зі штирьовій антеною цієї можливості немає.
Саморобна антена
Але як же правильно вибрати довжину окружності? З її збільшенням зростає посилення. Тобто вона повинна задовольняти умові, наведеному вище, і бути по можливості більше. При цьому не варто забувати, що іноді потрібно перекрити кілька частот. Крім того, із зростанням периметра збільшується смуга пропускання пристрою. Треба сказати, при ширині типового каналу в 10 кГц це не так важливо. Крім того будуть автоматично отсекаться сусідні несучі станцій мовлення. В цьому сенсі більше зовсім не обов’язково означає краще. Не забувайте, однак, що заради посилення і затівався весь сир-бор. Таким чином, антена вибирається по периметру максимальною із забезпеченням потрібної вибірковості.
Тепер головне питання: як визначити ємність? Так, щоб разом з індуктивністю петлі вони утворили резонанс за відомою формулою. Що стосується визначення параметрів контуру, то для нього дана така формула:
L = 2U (ln(U/d) – 1,07) нГн;
де U і d – довжина витка і його діаметр. У чому тут каверза? U = П d, отже, замість їх відносини можна було б брати натуральний логарифм числа Пі. Помилка чи це автора, сказати не беремося. Бути може, враховується той факт, що настроювальний конденсатор забирає частину довжини, а також і підсилювач… Ємність же знаходимо за відомою індуктивності з виразу для резонансу контуру:
f = 1/ 2П ?LC; звідки
З = 1/ 4П2 L f2.
Проте в літературі рекомендують користуватися наближеною формулою для розрахунку:
З = 25330 / f2 L,
де f — частота резонансу в МГц, а L – індуктивність в мкГн.
Принцип роботи антени
Що стосується способу зняття сигналу, то це можна робити з боку підлаштування конденсатора по обох його боках, або з протилежного боку кругової петлі. В останньому випадку рекомендується ввести дистанційне керування з конденсатором за допомогою серводвигуна, але ми вважаємо, що більшості читачів це здасться сильно надуманим, оскільки на світі не так багато радіоаматорів, впевнених, що магнітна антена своїми руками саме те, що найбільше потрібно.
Які бувають магнітні антени
Не завжди магнітні антени круглі, хоча це і ідеальна форма. Зустрічаються також восьмикутні і квадратні. Читачі вже здогадалися, що біквадратічнимі для WiFi відноситься саме до останньої категорії, причому рамка подвійна. Буває і більше контурів, що збільшує посилення в одній з площин діаграми спрямованості. Враховуючи той факт, що ККД антени обчислюється за формулою:
ККД = 1 / (1 + Rп/R),
отримуємо необхідність зниження опору втрат Rп до мінімуму. В іншому випадку ефективність пристрою різко падає. На практиці це майже нічого не означає, тому що зробити антени із золота або срібла, щоб збільшити провідність, мало кому по кишені. В даному аспекті В хід все одно підуть алюміній і мідь, віддавайте перевагу останньому металу. Для магнітних антен добре підходить конденсатор з повітряним зазором і великими пластинами. Намагайтеся якісно виконати пайку висновків.
Приклад. Довжина периметра становить одну десяту ?, отже, опір випромінювання становитиме 0,02. Тепер читачі бачать, як сильно потрібно постаратися, щоб довести ККД до 50%. Опір втрат у цьому разі не повинна перевищувати 0,02 Ом. Щоб досягти такого результату беріть товсту мідну жили. Зі збільшенням перерізу провідника падає його питомий опір.
З-за того, що у контуру дуже висока добротність (низькі втрати) виходить, що напруга резонансу багато вище, ніж при відхиленні частоти. Отже, смуга пропускання магнітної антени не відрізняється великою шириною, і потрібно пристрій підлаштовувати. Це робиться, як можна здогадатися з написаного вище за допомогою конденсатора. Ми сподіваємося, що відповіли на питання, як зробити магнітну антену.