Ферритовые антенны назначение и особенности

ФЕРРИТОВАЯ АНТЕННА — магнитная антенна с сердечником из феррита. Высокая магнитная восприимчивость ферритов позволяет изготовлять ферритовые антенны с размерами, существенно меньшими, чем у рамочной антенны, при одинаковых индуктируемых в них электродвижущих силах.

Проблема приема длинных и средних радиовлн

Если для эффективного приема радиоволн размеры антенны должны быть соизмеримы с длиной волны, то каким образом удается принимать длинные волны с длиной порядка километра с помощью компактной ферритовой антенны длиной всего около 10 см с намотанной катушкой?

Маленькая ферритовая антенна принимает длинные волны не за счет соответствия длине волны, а благодаря магнитной индукции и резонансному усилению. Она не столь эффективна, но при мощных передатчиках и чувствительном приемнике этого хватает.

1. Проблема масштаба

• Длина волны длинноволнового диапазона (LW, 150–300 кГц) может составлять 1–2 километра.

• Классическая антенна (например, диполь) должна иметь размеры, сравнимые с длиной волны (порядка λ/2), что практически невозможно для бытовых устройств.

2. Как работает ферритовая антенна

Ферритовый стержень с намотанной катушкой — это магнитная антенна:

• Она реагирует не на электрическую составляющую волны (как диполь), а на магнитную составляющую.

• Феррит концентрирует магнитный поток, усиливая индукцию в катушке.

• Катушка преобразует переменное магнитное поле в электрический сигнал.

Таким образом, даже маленькая катушка может "чувствовать" длинные волны, потому что она работает как индуктивный датчик, а не как резонатор длиной в километр.

3. Резонансный контур

Чтобы повысить эффективность:

• Катушка вместе с конденсатором образует LC-контур, настроенный на частоту принимаемой станции.

• Этот контур усиливает сигнал за счет резонанса, компенсируя малый размер антенны.

• В результате даже слабая наведенная ЭДС становится достаточно большой для приема.

4. Ограничения

• Маленькая антенна не может собрать столько энергии, сколько полноразмерная (километровая).

• Поэтому чувствительность приемника и качество феррита критически важны.

• В бытовых радиоприемниках длинноволновые сигналы обычно мощные (радиостанции излучают сотни киловатт), что компенсирует низкую эффективность антенны.

5. Сравнение

Схемы включения ферритовых антенн

Вопрос выбора соответствующей связи между антенной и входом приемного устрбйства приобретает особое значение в приемниках на полупроводниковых приборах, характеризующихся весьма малыми по сравнению с электронными лампами входными сопротивлениями (порядка нескольких сотен и даже десятков ом) и большими значениями входной емкости. Это приводит к необходимости применения малой связи антенны с входным каскадом. На рис. 25,а показана схема детекторного приемника с такой связью. В схеме супер-гетеродинного приемника используется индуктивная связь антенны (рис. 25,6) с транзистором. Катушка связи Lcb имееть лишь 9 витков, в то время как катушка контура — 60 витков.

При этом сопротивление включенной части входного контура уменьшается по сравнению с полным включением антенной катушки в 45 раз (60/9)2. Помимо неполного включения в транзисторных приемниках применяется включение ферритовой антенны с помощью внутренней связи с транзистором. В этом случае элементом связи антенны является конденсатор связи Ссв, включенный параллельно входу транзистора (его входной емкости). Схема подобного включения приводится на рис. 25,в.

В транзисторах емкость р-п перехода в большинстве случаев рассматривается как паразитная, ограничивающая частотный диапазон полупроводникового прибора. Между тем в ряде случаев наличие этой емкости или, точнее, изменение ее под действием приложенного к прибору напряжения может оказаться полезным. На рис. 26 показана зависимость емкости д-л перехода от приложенного к диоду постоянного напряжения. Это свойство позволяет использовать полупроводниковый прибор как элемент настройки контура.

В качестве элемента настройки можно использовать германиевые диоды типа ДГ-Ц24, Д7Ж и др. Еще лучше использовать для этого кремниевые стабилитроны. Следует отметить, однако, что влияние активного сопротивления перехода, шунтирующего входной контур, а также малое перекрытие диапазона затрудняют применение такого рода настройки. Тем не менее в настоящее время

Рис. 26. Изменение емкости р-п перехода в полупроводниковом диоде.

/ — емкость р-п перехода транзистора П6Б; 2 — то же для диода ДГ-Ц27. 3 — активное сопротивление для диода ДГ-Ц27.

созданы специальные диоды — варикапы, которые могут быть использованы для настройки ферритовых антенн КВ и УКВ диапазонов. К ним относятся кремниевые диоды Д901А, Б, В, Г.

Одним из наиболее сложных вопросов, возникающих при выборе схемы включения ферр'итовой антенны, является сопряжение входного контура (контура с ферритовой антенной) с контурами преобразователя частоты и гетеродина. Сопряжение настройки контуров приемника во всем частотном диапазоне обеспечивает получение максимальной чувствительности. Для приемников с ферритовой антенной задача достижения сопряжения оказывается значительно более сложной, чем в приемниках с электрическими антеннами. Если в последних катушки индуктивности могут быть выбраны примерно одинаковыми, то у приемников с ферритовой антенной задача получения максимальной действующей высоты неизбежно требует существенного увеличения индуктивности антенной катушки. В то же время увеличение индуктивности гетеродинного

контура недопустимо, так как это ведет к снижению стабильности частоты гетеродина.

При выборе схемы включения необходимо предусмотреть также унификацию конденсаторов настройки, т. е. все конденсаторы переменной настройки должны быть одинаковыми и иметь однообразный характер изменения емкости при настройке приемника. Выполнение указанных требований ведет к значительному усложнению схемы входа приемника с ферритовой антенной по сравнению со схемами приемиихор, работающих с электрической антенной.

Рис. 27. Схема входа приемника «Спорт-2».

Схема входа «обрастает» многочисленными сопрягающими конденсаторами, что ведет в конечном итоге к некоторому снижению чувствительности приемника с ферритовой антенной по сравнению с максимально достижимой чувствительностью, которая могла бы быть достигнута при раздельной настройке приемника и антенны. Практически чувствительность серийных приемников в СВ и ДВ диапазонах составляет при использовании магнитной антенны 1—2 мв!м, в то время как расчетная чувствительность (при оптимальной схеме входа) имеет величину на порядок меньше.

Рис. 28. Включение ферритовой антенны с переключением антенных катушек.

В качестве примера рассморим схему входа современного транзисторного приемника «Спорт-2» (рис. 27), имеющего две ферритовые антенны: одну МА-I для диапазонов СВ и ДВ и вторую

МА-И—коротковолновую (KBI и КВН).

Антенна МА-I выполнена на сердечнике 600НН (160X8) и имеет две антенные катушки: первую — для диапазона' ДВ, состоящую из 4 секций по 66 витков и вторую — для СВ (74 витка)?.

Антенна МА-П имеет также две катушки: диапазона КВ-1 (31—25 м), имеющую 4 витка, и диапазона КВ-П (75—41 л/), имеющую 10 витков. Антенна МА-П выполнена на сердечнике 150 ВЧ (160X8),

Рис. 29. Комбинированное включение ферритовой и электрической антенн.

Связь антенных контуров со входным транзистором Т\ индуктивная. Входной транзистор является одновременно смесителем — на эмиттер подается напряжение гетеродина. На выходе транзистора

установлен пьезокерамический фильтр ПФ1П-2, определяющий высокую избирательность приемника по соседнему каналу (60 дб).

Избирательность по зеркальному каналу обеспечивается ферритовыми антеннами и составляет: в диапазоне ДВ\—30 дб, в диапазоне СВ—32 дб, в KBI—16 дб и в диапазоне КВ-П—20 дб. Неработающие антенные катушки в приемнике закорачиваются.

Настройка приемника осуществляется конденсаторами Ci и С2— конденсаторами с твердым диэлектриком и диапазоном изменения емкости примерно от 9 до 365 пф. Чувствительность приемника составляет: на длинных 0,6 мв!м. в диапазоне КВ— не хуже 0,3 мв/м. Следует отметить, что расчет приведенной действующей высоты ферригговых антенн данного приемника показывает, что при выбранных параметрах антенных катушек и сердечников она равна с небольщими отклонениями 1 м.

Если учесть, что приемники данного типа имеют чувствительность по базе первого триода порядка '100—150 мкв, то налицо существенная потеря в чувствительности, вызванная вышеволнах 1,6 мв/м, на средних не хуже указанными трудностями.

Рис. 30. Схема входа регенеративного приемника.

Рис. 31. Схема входа приемника с повышенным входным сопротивлением.

Этот вывод можно подтвердить сопоставлением значений индуктивностей гетеродина и антенны. Так, наибольшее расхождение между индуктивностями имеет место в диапазоне ДВ (LA —

= 4 900 мкгн, L2=600 мкгн), при этом чувствительность наименьшая.

Наоборот, в диапазонах КВ-1 и КВ-Н величины индуктивностей совпадают, что обеспечивает относительно высокую чувствительность. При этом следует учесть, что h в диапазоне

КВ меньше, чем, например, на СВ.

Приведем несколько наиболее распространенных схем включения ферритовых антенн в портативных транзисторных приемниках.

В схеме, приведенной на рис. 28, показано типовое включение двух антенных катушек, переключение которых позволяет изменять диапазон

работы приемника. Сердечник антенны диаметром 8 и длиной 160 ч мм выполнен из феррита с проницаемостью 600.

Катушка Ц состоит из 70 витков (индуктивность 0,2 мгн), L2— из 160 витков (индуктивность 1,6 мгн) и L3—из 16 витков (индуктивность 10 мкгн).

Несколько более сложной представляется схема входа трехдиапазонного приемника (рис. 29), в котором наряду с ферритовой

антенной предусмотрено использование небольшой (до 1 м} штыревой антенны А для коротковолнового диапазона. Ферритовая антенна здесь выполнена на сердечнике с магнитной проницаемостью М>я = 150, диаметром 10 и длиной 200 мм.

На рис. 30 приводится схема входа регенеративного средневолнового приемника, ферритовая антенна которого состоит из сердечника (Рн=600) диаметром 10 и длиной 200 мм и катушки из 4+Я6+32 «витков.

В некоторых случаях представляет интерес использовать для поднятия чувствительности транзисторного приемника схемы с высоким входным сопротивлением. Наличие такой схемы на входе

приемника (рис. 31) позволяет полностью включить ферритовую антенну, не прибегая к трансформации напряжения. Такая схема обеспечивает выигрыш по чувствительности в 8—10 раз, а также

способствует увеличению избирательности по зеркальному каналу.

Как показывает экспериментальная проработка, схема с повышенным входным сопротивлением (/?Вх достигает 1 Мом) хорошо работает лишь до частот порядка 1,5—2 Мгц. На рис. 32 приведена зависимость входного сопротивлени этой схемы от частоты.

Рис. 32. Зависимость измене ния входного сопротивления схемы (рис. 31) от частоты.

При более высоких частотах сопротивление входа резко падает. Причиной этого является наличие паразитных емкостей у транзисторов. Наибольший эффект дает применение схемы входа с высоким входным сопротивлением в приемниках прямого усиления.

Конструкции ферритовых антенн

Основным типом ферритовых антенн в настоящее время является описанная выше антенная катушка (рамка) с ферритовым сердечником. Этот тип антенн развивался в основном по пути совершенствования видов намотки, выбора оптимальных форм и материала сердечника.

Сравнительный расчет приемной ферритовой антенны показывает, что при правильно выполненных элементах входа она обычно сравнима по эффективности с штырем в 1—2 м. В ряде случаев подобная эффективность оказывается недостаточной, вследствие чего возникает необходимость увеличения действующей высоты ферритовой антенны. Практика конструирования ферритовых антенн накопила достаточный опыт в области повышения эффективности. Все эти методы приводят к некоторому усложнению конструкции.

Самым простым путем повышения эффективности является увеличение геометрических размеров сердечника. Выигрыш обусловливается при этом тем, что индуктивность антенной катушки растет с увеличением диаметра сердечника пропорционально первой степени этого увеличения, в то время как действующая высота пропорциональна квадрату диаметра. Неудобство этого метода заключается в увеличении размеров и веса сердечника, так как рост диаметра должен сопровождаться ростом длины с тем, чтобы действующая проницаемость сердечника осталась неизменной. Иначе говоря, увеличение диаметра ведет к резкому увеличению объема и, следовательно, веса сердечника (удельный вес феррита около 5 г/см3).

Иногда встречается затруднение в выборе сердечника соответствующего диаметра. Выход из этого затруднения может быть найден в использовании набора цилиндрических стержней, связываемых для этого в пучок. При этом полезная площадь сечения такого сердечника, определяющая действующую высоту, увеличивается в Z0,42 раз, где Z — число стержней в пучке, а индуктивность — в Z0,38 раз, если отношение l/d достаточно велико. На рис. 16 показана конструкция сердечника антенны, изготовленного из пучка цилиндрических стержней.

Рис. 16. Антенна с сердечником из пучка стержней.

Другой метод увеличения действующей высоты ферритовой приемной антенны состоит в последовательном или параллельном соединении нескольких ферритовых антенн. Идея последовательного соединения нескольких антенн близка к идее секционирования антенной катушки. Действительно, разбивая антенную катушку на две части, размещая эти части на двух стержнях и соединяя их последовательно, мы уменьшаем индуктивность антенны почти в 2 раза, так как связь между антеннами уже при расстоянии в 2—3 см друг от друга ничтожно мала. Это позволяет увеличить общее число витков в обеих катушках примерно в SQR2 раз при сплошной намотке. Если такое расчленение антенной катушки произвести на трех стержнях, то число витков можно увеличить примерно в SQR3 раз, на четырех — примерно в 2 раза и т. д. Следует, однако, отметить, что увеличению числа стержней сопутствует увеличение связи между ними и поэтому индуктивность антенной катушки, намотанной на т стержнях, уменьшается меньше чем в n раз, так как индуктивность каждой из частей будет равна:

где Ki, K2, Kn_i — коэффициенты взаимоиндукции.

При последовательном соединении отдельных антенн стержни должны быть параллельны, а отдельные катушки антенны не должны быть включены навстречу друг другу, что достигается одинаковой намоткой катушек и соответствующим соединением концов обмоток (рис. 17,а).

Рис. 17. Схемы соединения антенных катушек
а — последовательное соединение; б — параллельное соединение.

Параллельное соединение отдельных антенных катушек (рис. 17,6) приводит к таким же положительным результатам. При отсутствии или малой связи между двумя антенными катушками, включенными параллельно, индуктивность такой антенны уменьшается вдвое, что также может быть компенсировано увеличением числа витков в SQR2 раз. Аналогично, как и при последовательном включении, при большом числе стержней появляется возможность большего увеличения чисел витков, а следовательно, увеличения эффективности антенны. Препятствием к увеличению числа стержней здесь, помимо указанных выше факторов, следует считать быстрое увеличение собственной емкости ферритовой антенны. На рис. 18 представлена фотография ферритовых антенн УКВ диапазона с параллельным включением антенных катушек.

Рис. 18. Внешний вид ферритовых ультракоротковолновых антенн.

Некоторый выигрыш в эффективности может быть достигнут путем применения сердечников с переменным (по длине) сечением. В этом случае утолщенные части сердечника используются как концентраторы внешнего поля. В качестве примера рассмотрим ферритовую антенну, сердечник которой имеет переменное сечение в виде приведенного на рис. 19.а. Измерения, проведенные с ферритами, имеющими малую магнитную проницаемость, показывают, что если иа расстоянии трети от концов сердечника его диаметр увеличить вдвое, оставив диаметр средней части неизменным, то действующая высота антенны возрастет в 2,5—3 раза, а индуктивность антенной катушки при этом — всего лишь на 20—30%. Указанные соотношения размеров фигурного сердечника приведены лишь в качестве примера и, вероятно, неполностью характеризуют максимальный выигрыш, который может бытьполучен с помощью предлагаемого метода.

Другим путем увеличения магнитного потока является применение сердечника, состоящего из частей, обладающих разными магнитными свойствами (рис. 19, б). В частности, для концентрации магнитного потока внешнего поля большая часть сердечника выполняется из материала с повышенной магнитной проницаемостью, в то время как несущая антенную катушку часть сердечника, материал которой определяет добротность антенны, может быть выполнена из феррита с меньшей проницаемостью, но и с меньшими потерями.

Рис. 19. Ферритовые антенны с неоднородными сердечниками.
а — с переменным сеченнем; б — с переменной проницаемостью; в - с немагнитным зазором
(1 — сердечник, 2 — каркас, 3 — прокладка, 4 — обмотка).

Некоторой модификацией этого метода может быть введение в сердечник немагнитного зазора. В этой конструкции (рис. 19, в) сердечник антенны состоит из двух половинок, скрепленных с помощью прокладки (шайбы) из полистирола (приклеивается к сердечнику эпоксидной смолой). Введение такой прокладки увеличивает в 1,5 раза добротность антенной катушкн при увеличении числа витков ее на 20%. Толщина прокладки берется порядка 1—1,5 мм.

Возможны, конечно, к комбинации обоих методов: сердечники с фигурным профилем могут собираться из различных частей, состоящих из отличающихся по свойствам магнитных материалов. Соединению их должна предшествовать тщательная шлифовка сочленяющихся поверхностей. Следует учесть, что неплотное прилегание поверхностей феррита уменьшает его магнитную проницаемость.

Учет этого уменьшения может быть произведен по формуле

где u3—действующая проницаемость сердечника с зазором;
r — отношение длины воздушной прослойки к общей длине сердечника.

Для улучшения диаграммы направленности в ферритовых антеннах применяется электростатический экран, изготовляемый из хорошо проводящего материала н повторяющий по форме сердечник антенны. Прн этом проводящая поверхность экрана не должна образовывать контуров тока, совпадающего по направлению с током в антенной катушке. Для этого, например, в цилиндрическом экране по всей его длине прорезается щель. Практика показывает, что экран должен располагаться на достаточном удалении от антенной катушки (не ближе 1см). В качестве материала для экрана обычно используется тонкая посеребренная латунная или бронзовая фольга. В некоторых конструкциях для экрана применяется ткань (нейлоновая или другая) с вплетенными в нее тончайшими металлическими нитями. Возможно также применение металлических покрытий.

В рассмотренных нами конструкциях ферритовых антенн предусматривалась классическая схема их включения Считалось, что антенная катушка является частью настроенного антенного контура. Естественным при этом был выбор материала сердечника с малыми магнитными потерями. Однако в некоторых случаях представляется целесообразным применение ферритов, граничная частота которых ниже рабочего диапазона антенны. Такие антенны можно назвать апериодическими, так как при этом сопротивление потерь обычно превышает индуктивное сопротивление антенной катушки. Одна из таких антенн описана ниже (стр. 53).

Ферритовые антенны применяются также и в диапазоне СВЧ. В основу их положен принцип диэлектрической антенны (использование феррита в качестве среды для распространения радиоволн). Благодаря относительно высокой диэлектрической проницаемости феррита (10—14 в диапазоне СВЧ) такая антенна имеющая вид длинного усеченного конуса, способна обеспечить получение однолепестковой диаграммы направленности шириной не более 25° с коэффициентом усиления порядка 40 в 3-сантиметровом диапазоне волн.

Схематический чертеж такой антенны представлен на рис.20. Антенна состоит из ферритсвого стержня длиной около 11см, наибольшим диаметром не меньше 6 см и наименьшим диаметром 0,38см, модулирующей катушки, короткой секции круглого волновода для возбуждения стержня, фильтра и короткой секции обычного прямоугольного волновода.

Рис. 20. СВЧ ферритовая антенна.
1 — ферритовый стержень; 2 — модулятор; 3 — фланец волновода.

Излучающий стержень изготовлен из феррита с малыми потерями tgb=0,0013 и диэлектрической проницаемостью e=13.6. Заполненная ферритом секция круглого волновода имеет внутренний диаметр 6,25 и длину около 19 мм. Фильтр представляет собой медный ленточный проводник (толщиной 0,5 и шириной 1,5 мм), проходящий через феррит. Волна, возбуждаемая в прямоугольном волноводе, переходит затем в секцию круглого волновода, заполненную ферритом. Присутствие ферритового стержня заставляет волну, возбужденную в круглом волноводе, распространяться далее по стержню, как по волноводу переменного сечения. Однако в отличие от волновода, где металлические стенки полностью экранируют внутреннее поле, волна, распространяющаяся по ферритовому стержню, лишь частично отражается от границы раздела с воздухом, в остальном же во всех точках поверхности она выходит наружу. В результате этого диаграмма направленности ферритовой СВЧ антенны получается значительно более острой, чем, например, диаграмма направленности открытого конца волновода. Она зависит от площади поперечного сечения тела феррита по всей его длине, диэлектрической н магнитной проницаемости, длины стержня и др.

Описанная ферритовая антенна, помимо своего основного назначения (излучение электромагнитной энергии), используется и в качестве модулятора. Роль последнего выполняет катушка, которая питается током около 10 ма. В результате эффекта Фарадея продольное магнитное поле, вызванное соленоидом, поворачивает плоскость поляризации волны так, что потери в фильтре резко возрастают, ослабляя уровень сигнала более чем в 100 раз.

Простота такой антенны, ее малые размеры, а также возможность управления позволяют конструировать многорядные решетки с большим коэффициентом усиления и управляемой электрическим способом диаграммой направленности.

Разрабатываются и новые конструкции ферритовых антенн. Так, в одном из иностранных журналов описана ферритовая коротковолновая антенна, применявшаяся в качестве передающей. Устройство ее показано на рис. 21.

Рис. 21. Спиральная ферритовая передающая антенна.

В качестве сердечника здесь применен толстый (5 см в диаметре) ферритовый брус длиной около 1 м. С электрической точки зрения подобная антенна представляет собой горизонтальный вибратор с очень большим искусственным «укорочением» (коэффициент укорочения такой антенны в зависимости от марки феррита и способа намотки может достигать 100 и более), изменяющимся с частотой. Вследствие этого в коротковолновом диапазоне (1—10 Мгц) эта антенна имеет несколько острых резонансов, представляя собой «гармониковый» провод.

Входное сопротивление этой антенны резко меняется с изменением частоты от единиц до нескольких тысяч ом. Настройке такая антенна не поддается и практического значения пока не имеет. Однако примечательным в этой конструкции представляется использование феррита в качестве среды, изменяющей параметры токоносителя — его индуктивность и емкость.

Близка по идее к описанной так называемая «спиральная антенна», испытанная автором в диапазоне 150—300 Мгц. Антенна представляет собой спираль с малым (3—5) числом витков, навитую на цилиндрический ферритовый сердечник диаметром 25 и длиной 250 мм с проницаемостью uо = 15. Она устанавливалась на металлическом листе, к которому припаивалась оплетка питающего коаксиального кабеля; жила кабеля соединялась со спиралью в верхнем ее конце. Входное сопротивление антенны было во всем диапазоне близким к 150 ом. Однако к.п.д. ее оказался весьма низким (не более 10%), что объясняется прежде всего возрастающими с частотой магнитными потерями.

Более удачным оказалось применение ферритов в качестве элемента компенсации в обычной электрической антенне — вибраторе. При этом существенными сказываются размещение ферритовых элементов по длине вибратора, а также марка феррита. Конструкция такой антенны, предназначенной для телевидения, описана более подробно в последней главе.

Принципиально возможны и другие типы ферритовых антенн. Рассмотрим некоторые наиболее перспективные из них.

Большой интерес представляет использование ферритов в щелевых антеннах. Щелевая цилиндрическая антенна, внешний вид которой показан на рис. 22, весьма близка к рамочной антенне как по распределению тока на ее поверхности, так и по поляризационным свойствам.

Рис. 22. Щелевая цилиндрическая антенна.
1 — ферритовый сердечник; 2 — питающий кабель; 3 — щель; 4 — проводящий цилиндр; 5 — основание.

Поверхность ее представляет собой виток, причем диаметр витка (для воздушной щелевой антенны) составляет примерно треть, а высота антенны — несколько больше половины длины волны. Действующая высота щелевой антенны равна длине щели, а входное сопротивление зависит от точки подсоединения кабеля и изменяется от 600 до 150 ом. Эта антенна обладает резонансными свойствами, причем частота резонанса определяется длиной щели при условии, что диаметр цилиндра должен быть достаточным во избежание шунтирования витком малой индуктивности. С помощью феррита можно сократить диаметр цилиндрической щелевой антенны примерно в число раз, равное, корню из действующей магнитной проницаемости сердечника.

Не менее перспективна антенна, основанная на использовании эффекта Холла. Как уже говорилось, ферритовый сердечник может быть использован в качестве концентратора магнитного поля, воздействующего на датчик. В этом случае датчики целесообразно поместить в малый зазор между двумя стержнями — концентраторами, тогда магнитный поток в зазоре Ф3=kФ, где k может быть порядка 0,25. Расчеты показывают, что в настоящее время «вольтовая» чувствительность датчиков является недостаточной для конструирования эффективных антенн, однако в будущем подобные антенны представляются вполне реальными.

Регулировка индуктивности

При конструктивном расчете ферритовой антенны следует учесть возможность регулировки индуктивности антенной катушки после ее установки в приемнике. Чаще всего это производится перемещением антенной катушки вдоль стержня, что позволяет изменять индуктивность на 20%. Другой способ регулировки осуществляется путем изменения зазора между двумя половинками сердечника (рис. 39, а).

Рис. 39. Антенна с регулируемым воздушным зазором.
а — устройство антенны (1 — держатель, 2 — каркас, 3 — обмотка,
4 — держатель с винтовым отверстием, 5 — фланец с ходовой нарезкой);
б — график изменения индуктивности при изменении зазора.

На рис. 39,б показана зависимость индуктивности антенной катушки от величины зазора 8 между половинками сердечника, изготовленного из феррита 20ВЧ. Применяя ферриты с большей магнитной проницаемостью, можно добиться большего частотного перекрытия. Существует еще один способ регулировки индуктивности антенны, заключающийся в изменении расстояния между секциями антенной катушки (рлс. 40). Такая регулировка благодаря весьма большому диапазону изменения индуктивности может быть использована как основной способ настройки ферритовой антенны, позволяя обойтись без конденсатора переменной емкости.

Рис. 40. Регулировка индуктивности путем изменения расстояния между секциями.
1 — сердечник; 2 — секция катушки; 3 — пружина; 4 — шкив; 5 — точка крепления: 6 — нить.

Чтобы уменьшить длину соединительных проводов, ферритовую антенну надо устанавливать как можно ближе к входному каскаду. Вблизи от антенны не должно быть короткозамкнутых витков. Закреплять антенну надо в держателях с мягкими прокладками. Во избежание увеличения собственной емкости антенна должна быть удалена от шасси на расстояние не менее 3 см, а также максимально удалена от трансформаторов и электродинамического громкоговорителя.

Иногда появляется необходимость изготовления «ломаных» сердечников, к числу которых принадлежит, например, Z-образный сердечник (рис. 7). Такой сердечник при направленном приеме позволяет менять положение антенны без изменения положения катушки.
Сердечник подобный конфигурации можно получцть, склеивая отдельные его части (горизонтальные и вертикальные) клеем БФ или эпоксидной смолой. Соприкасающиеся поверхности сердечника должны быть отшлифованы и приклеены в соответствии с общепринятой технологией, применяемой при пользовании тем или иным клеем.
При склеивании необходимо следить за температурой, при которой высушивается сердечник, с тем чтобы она не поднималась до точки Кюри для данного феррита.

Диаграммы направленности ферритовой антенны

Эффективность ферритовой антенны определяется свойствами сердечника ((материалом и размерами сердечника) и данными магнитоприемника (его конструкцией). Она зависит также от частоты
сигнала — при прочих равных условиях эффективность ферритовой антенны увеличивается с частотой. Следует отметить, что эффективность ферритовой антенны может увеличиваться почти вдвое от
присутствия вблизи нее проводящей поверхности в отличие от электрических антенн, где близкое расположение поверхности уменьшает эффективность антенны.

Ферритовая антенна для определения направления распространения радиоволн.

В ряде случаев возможность получения направленной антенны становится основным, решающим фактором, обусловливающим необходимость применения ферритовой антенны. Точное определение направления прихода радиоволн, знание азимута передатчика очень важно в навигации — морской и воздушной, при воздушных полетах в условиях плохо» видимости и пр. Открытая советскими спутниками Земли эра космических полетов еще более повышает интерес к радионавигации. Миллионы людей во всем мире с восхищением наблюдали за движением спутников визуально. Применение средств радионаблюдения с точным определением направления прихода радиоволн, излучаемых спутниками, расширяет возможности научных наблюдений и может дать ценные сведения о траектории движения спутников, об особенностях распространения радиоволн и т. п.

Ниже описывается простейшая ферритовая антенна для определения направления прихода радиоволн (азимута) на частоте 40 Мгц. В такой антенне необходимо принять специальные меры, предотвращающие искажение диаграммы направленности, а также влияние самого оператора (вследствие антенного эффекта) на результаты радионаблюдения. Под антенным эффектом обычно понимается отсутствие полной симметрии антенны, проявляющееся в виде ошибок при определении азимута, а также в виде нечеткого нуля диаграммы, что также ухудшает результаты радионаблюдений. Азимут радиопередатчика определяется установкой антенны в такое положение, когда сила сигнала минимальна. Это положение антенны относительно направлений магнитного меридиана отмечается по специальной угловой шкале в градусах.

Электрическая схема антенны приведена на рис. 1. Антенный контур (три антенные катушки, намотанные на трех параллельных стержнях, н конденсатор) подключен к входу двухтактного катодного повторителя. В катодной его цепи включен симметрирующим трансформатор, обеспечивающий переход от симметричной схемы, к несимметричному кабелю. В этом каскаде может быть использован двойной триод 6НЗП или же две лампы 1Ж17Б. Кабель подключается к несимметричному входу обычного приемника. В сеточных цепях триодов включены сопротивления (тнипа УЛИ) в несколько ом для предотвращения самовозбуждения.

Рис. 1. Схема ферритовой антенны для определения направления прихода радиоволн в диапазоне ультракоротких волн.

Для устранения антенного эффекта антенный контур вместе с входными лампами и трансформатором заключается в металлический экран (жесть, латунь) с щелью, проходящей через весь экран параллельно антенным стержням. При монтаже устройства следует обеспечить максимальную блокировку цепей питания накала и анода по высокой частоте. Поворотное устройство антенны должно обеспечивать поворот на угол до 200°. В нем необходимо установить упоры, предохраняющие кабель от перекручивания.

К выбору стержней для антенны следует подходить с точки зрения получения максимальной ее эффективности. Хорошие результаты дает антенна, собранная на стержнях диаметром 25 мм с проницаемостью 20. Длина сердечников 250 мм (они собраны из четырех столбиков длиной 60—65 мм каждый). Число витков антенных катушек равно 12 при шаге намотки 10 мм.

Неудобство описанной схемы заключается в необходимости дополнительной подстройки. После поиска нужной радиостанции на ненаправленную антенну для определения направления следует произвести переключение с ненаправленной на ферритовую антенну и затем подстроить ее.

Определить направление можно и с помощью ненастроенной антенны. Антенная катушка при этом связывается посредством короткого кабеля с входным контуром, который и настраивают па радиостанцию. Помимо поворотной магнитной антенны, иногда делают и неподвижную антенну систему из ферритовых антенн, используя в этом случае гониометр. Антенная система в этом случае представляет собой две взаимно перпендикулярные антенны (или две группы параллельно включенных антенн). Выводы каждой антенной катушки подсоединяются к неподвижным катушкам гониометра, в то время как «искательная» катушка, являющаяся как бы поворотной антенной, входит во входной контур.

Описанный в зарубежной печати коротковолновый гониометрический пеленгатор с ферритовыми антеннами имел две группы по восемь ферритовых антенн в каждой. Сердечники антенн длиной около 30 и диаметром 1,5 см располагались в двух «этажах» (сердечники одной группы над сердечниками другой). Размеры такой системы в собранном виде составляли 350x350x40 мм.

Вау!! 😲 Ты еще не читал? Это зря!

• виды антенн
• радиволны
• электромагнитное излучение
• антенны , антенна ,
• радиоволны , радиочастотный спектр ,
• диапазон рабочих частот радиоприемных устройств ,
• Частота периодического процесса
• радиоволны , радиочастотный спектр ,
• особенности распространения радиоволн различных диапазонов ,
• луча антенны , диаграмма направленности ,
• конструкции антенн ,