Приемные антенны

Приемные антенны, применяемые в радиовещательном диапазоне волн, разделяются на профессиональные и абонентские (любительские). В качестве профессиональных применяются Т- и Г образные антенны, рамочные антенны (одиночные и в комбинации с вертикальным вибратором), антенны Бевереджа. Эти антенны строятся обычно на достаточном удалении от городов, чтобы уменьшить уровень помех.

Абонентские антенны радиовещательного диапазона волн делятся на встроенные, комнатные и наружные. В больших городах с высоким уровнем индустриальных помех в дневное и вечернее время возможен прием только близкорасположенных радиостанций, создающих в черте города напряженность поля не менее 50-100 же/ж. Прием таких сигналов возможен как на встроенные в приемники магнитные антенны (см. ниже), так и на комнатные в виде провода длиной несколько метров, соединенного с приемником. При этом комнатная антенна длиной 3-5 ж, как правило, более эффективна, чем встроенная.

В ночное время при резком снижении уровня индустриальных помех в городах и из-за изменения условий распространения радиоволн возможен прием весьма удаленных радиовещательных станций как на комнатные, так и на встроенные антенны. Особенно хорошие результаты при приеме в ночное время, а в сельской местности - и в дневное время дает применение небольших (по сравнению с длиной волны) антенн Г- и Т-образного вида, подвешенных к опорам на высоте 10-15 ж над землей или 3-8 ж над крышей. Длину горизонтальной части таких антенн желательно доводить до 20-30 м.

В случае применения наружных антенн надо обязательно сделать заземление антенны и установить вблизи от места ввода снижения в помещение грозовой переключатель, с помощью которого антенна соединяется накоротко с землей на все время, когда приемником не пользуются, и в случае приближения грозы. В качестве заземления можно использовать водопроводные трубы, но нельзя пользоваться для этой цели трубами центрального отопления и газопроводом, которые имеют плохой контакт с землей. Если водопровод отсутствует, то необходимо зарыть в землю на глубину не менее 1,5-2 ж оцинкованный металлический лист с припаянным проводом заземления толщиной не менее 5 мм. Иногда вбивают на глубину 2 ж стальную оцинкованную трубу.

Для некоторого снижения уровня помех часто применяется рамочная антенна, представляющая прямоугольную или круглую плоскую катушку из нескольких витков провода. Вследствие небольших размеров рамки по сравнению с длиной волны

токи, протекающие в проводе рамки (если рассматривать ее как передающую), имеют одинаковые амплитуду и фазу и в противоположных сторонах рамки направлены в разные стороны (рис. 7-23, а). Вследствие этого в направлении оси рамки происходит взаимная компенсация полей, создаваемых противоположными сторонами рамки, и вдоль своей оси рамка не нзлучает (не принимает) радиочастотную энергию. Наоборот, в плоскости рамки поля, создаваемые разными сторонами из-за возникающей разности хода волны, складываются с фа-

Рис. 7-23. Рамочная антенна.

а - конструктивная схема; б - характеристика направленности.

зами, ОТЛИЧНЫМИ от 180°, что создает в этом направлении максимум излучения (приема). Характеристика направленности рамочной антенны представлена на рис. 7-23, б: в направлении оси рамки существует резкий минимум приема, максимум приема расплывчатый.

Характеристика направленности рамочной антенны определяется функцией

F(e) = sme. (7-50)

Действующая длина уединенной рамки растет с увеличением площади витка рамки S и числа витков N:

(7-51)

При расположении рамки вблизи земли значение /д надо удвоить, поскольку зеркальное изображение увеличивает вдвое площадь рамки. Например, на волне к= - 1 ООО ж для квадратной рамки со стороной в 1 ж при числе витков N=\G, расположенной вблизи земли.

4Я-Р-10

1 ООО

0,13 ж.

Общая длина провода рамки 1=Аа N= =40 ж. Если бы этот провод применялся в качестве вертикального несимметричного вибратора, его действующая длина была бы

A=-f = 20ж.

Таким образом, эффективность рамочных антенн по сравнению с вибраторными

при одинаковой длине провода оказывается меньшей. Рамочные антенны широко применяются в качестве профессиональных и абонентских приемных антенн, позволяя уменьшать уровень помех при ориентировке оси рамки на источник помех. Рамки небольших размеров находят применение в радиопеленгации.

Открытая рамочная антенна обладает так называемым антенным эффектом. Из-за наличия емкости между проводами рамки и окружающими предметами (рис. 7-24) наряду с кольцевым током, ориентированным в противоположных сторонах рамки в разные стороны, возникают дополнительные токи, ориентированные одинаково в противоположных сторонах рамки.

н приемнику

Рис. 7-24. к объяснению антенного эффекта ра.мочиой антенны с несимметричной схемой включения.

Вследствие асимметрии подсоединения рамки к приемнику часть этих токов проходит через конденсатор настройки Сн. Поэтому к принимаемому полезному сигналу добавляется паразитный, не зависящий от направления приходящей волны, и направление нулевого приема перестает совпадать с осью рамки. В радиопеленгационных приборах это вызывает существенные ошибки в определении направления на источник излучения. Для устранения паразитной емкости между рамкой и окружающими предметами провода рамки заключаются в металлический экран с разрезом. Разрез необходим, чтобы экран не закрывал рамку от приходящих радиоволн. Иногда для устранения антенного эффекта применяются симметричные схемы включения рамки в цепь приемника.

Если в контур рамки включен конденсатор настройки Сн, то в результате настройки действующая длина рамки возрастает в Q раз:

2nSNQ

(7-52)

где Q=200-b 300 - добротность контура рамки.

Использование комбинации рамки и открытой вертикальной антенны позволяет значительно увеличить направленное действие (рис. 7-25). В цепь рамки вместе с конденсатором настройки Сн включаются

катушки Li и для связи с открытой антенной, и катушка Ьз для связи с входным контуром приемника. С катушками Li и Li связана также катушка которая входит в цепь открытой антенны и служит для связи рамки с антенной. В цепь открытой антенны включен переменный резистор Ra (для подбора напряжения, поступающего от открытой антенны) и двухполюсный переключатель на два направления П. С помощью переключателя Я можно менять направление тока в катушке А. Если регулировкой Ra добиться равенства

2nSN Мд.откр

А.ех

+ R,

где М - коэффициент взаимоиндукции между катушкой Li и катушками Li и Li] /?А.Бх - входное сопротивление . открытой антенны; /д.откр - действующая длина открытой антенны, то суммарное . напряжение обеих антенн будет равно:

2nSN

Up = -j~ (sine=t 1) £o- (7-53)

Характеристика направленности рамки с открытой антенной будет, таким образом, определяться как

f (в) = sin е ± 1. (7-54)

Уравнение (7-54) есть уравнение кардиоиды. Знаки ± соответствуют направлению тока в катушке L4, т. е. положению переключателя Я. Графически образование кардиоиды представлено на рис. 7-25, б.

Рис. 7-25. Кардисидный прием на рамку и открытую антенну.

а - схема включения рамки и антенны; б - образование кардиоиды при сложении напряжений от рамки и айтенны; / - сумарное напряжение; 2 - напряжение рамочной антенны; 3 - напряжение открытой антенны.

Изменение положения переключателя Я изменяет ориентировку кардиоиды на 180°, т. е. характеристика направленности при кардиоидном приеме становится управляемой.

Магнитные антенны

Магнитные (ферритовые) антенны представляют собой устройство в виде некоторого числа витков провода (катушки), расположенных на стержневом сердечнике из высокочастотного магнитного материала, обычно феррита, со значительной магнитной проницаемостью (рис. 7-26). Маг-

1-0 0-J

Рис. 7-26. Магнитная (ферр-итс-вая) антенна.

Выбор марки феррита определяется назначением антенны и диапазоном рабочих частот. С укорочением длины волны берут ферриты с меньшей магнитной проницаемостью. На длинных волнах используются ферриты с проницаемостью 1 ООО-2 ООО, на средних волнах 600-1 ООО, на коротких волнах 100-400 и на ультракоротких 10-50.

МногоБитковая антенная (контурная) катушка является индуктивной ветвьк> входного контура приемника. При этом индуктивность и добротность контурной катушки зависят от величины М.эфф, а также от расположения катушки на сердечнике. Чем дальше отодвинута катушка от центра стержня, тем меньше ее индуктивность. Этим пользуются при регулировке индуктивности антенной катушки, но при значительном удалении от центра индуктивность антенной катушки может значительно упасть, что приведет к соответствую- щему падению действующей длины антенны. На рис. 7-28 представлена зависимость

Рис. 7-27. Зависимость эффективной магнитной проницаемости сердечника магнитной антенны от его размеров.

W 0.8 0.6

0.1 0,2 0,3 0,1 0,5 0,6 0,7 0,8 QS t

Рис. 7-28. Зависимость коэффициента ослабления индуктивности катушки от месторасположения на стержне.

нитные антенны в принципе не отличаются от рамочных и имеют одинаковую характеристику направленности. Наличие сердечника с высокой магнитной проницаемостью увеличивает магнитный поток, пронизывающий рамку (катушку). Это позволяет увеличить действующую длину рамочной антенны или при неизменной действующей длине уменьшить ее габариты. При этом действующая длина магнитной антенны ориентировочно составляет:

д.м = д.р . (7-55)

где /д.р - действующая длина рамочной антенны, определяемая по формуле (7-51); {.эфф - эффективное значение магнитной проницаемости сердечника антенны, зависящее от тороидальной относительной магнитной проницаемости материала сердечника \) и размеров сердечника (рис. - 7-27).

коэффициента рь, характеризующего величину ослабления индуктивности катушки от расстояния (размер х) между центрами катушки и стержня.

Для расчета индуктивности катушки L (гн) обычно пользуются формулой

L = п1 d, р Ф, д, }Хзфф 10

(7-56)

Фк-1

где Пк - число витков катушки;

диаметр катушки, см;

постоянная, зависящая от отношения диаметра катушки к ее-

длине а; при 0,25<-<1,3 значе-ние Ф находят по формуле

Фк=1 + 6-;

-коэффициент, определяемый по

графику на рис. 7-29; - отношение квадрата диаметра d сердечника к диаметру ка-

тушки.