Активная приемная рамочная антенна

В любительской радиосвязи магнитные антенны (рамки, периметр которых составляет около 0.3) обычно используются как для приема, так и для передачи. Для этого они должны быть согласованы по импедансу как с приемным, так и с передающим трактом радиостанции и выдерживать значительные токи и напряжения, которые возникают в антенне при работе передатчика. Однако если рамочная антенна используется только для приема, то требования к электрической прочности ее элементов сильно снижаются. Кроме того, при творческом подходе к ее конструированию можно получить устройство, позволяющее значительно улучшить прием слабых сигналов в сложной помеховой обстановке, столь характерной для современных городов.

На выводах магнитной антенны электромагнитная волна индуцирует напряжение, которое пропорционально скорости изменения магнитного поля. Подключив к рамке магнитной антенны конденсатор, с помощью которого образуется колебательный контур, настроенный на требуемую частоту, можно значительно увеличить напряжение на выводах антенны. Если потери в рамке, изготовленной, например, из медной трубки, невелики (как правило, рамка состоит из одного витка), то добротность контура получается очень высокой. 

Наиболее распространенным способом отбора энергии из рамочной антенны является использование индуктивной связи. Однако более эффективен другой подход — непосредственное подключение к колебательному контуру высокоимпедансного буферного усилителя. В этом случае удается избежать шунтирования контура петлей связи, что повышает его добротность. Кроме того, буферный усилитель позволяет минимизировать потери в узле согласования. 

При использовании буферного усилителя уровень выходного сигнала может быть примерно на 30 — 40 дБ выше, чем в случае индуктивной связи с антенной. Это дает возможность принимать чрезвычайно слабые сигналы. Кроме того, направленные свойства рамочной антенны в сочетании с хорошим подавлением помех дают возможность принимать слабые сигналы на расстоянии нескольких метров от работающего компьютера. 

Буферный усилитель (рис.1) выполнен по дифференциальной схеме, имеет широкую полосу пропускания (от 3 до 30 МГц), низкий ток потребления (около 3 мА при напряжении питания 9 В), минимальную входную емкость (около 3 пФ) при максимальной действительной части входного импеданса и выходное сопротивление 50 Ом. Коэффициент усиления — около 1. 

Общий провод буферного усилителя подключается точно в середине рамки. Резистор R1 задает ток, потребляемый усилителем. Включенные в прямом направлении диоды VD1 — VD6 обеспечивают на базах транзисторов постоянное напряжение около 4 В. Нежелательно применять вместо диодов стабилитрон, поскольку в этом случае возникают проблемы с подавлением генерируемого им шума в широкой полосе частот. 

Выходное сопротивление каскадов на биполярных транзисторах VT3 и VT4 довольно высокое (несколько килоом), поэтому для согласования с 50-омной нагрузкой используется понижающий широкополосный трансформатор L1-L2-L3. 

Симметричная схема эффективно подавляет сигналы четных гармоник,. поэтому интермодуляционные продукты 2-го порядка незначительны. К сожалению, у полевых транзисторов большой разброс параметров, поэтому пару нужно предварительно отобрать. Кроме того, высокая селективность рамочной антенны позволяет смягчить требования к интермодуляционным параметрам буферного усилителя, т.к. при добротности контура 1000 на частоте 6 МГц уже хорошо подавляются сигналы, присутствующие на соседних частотах. Повышение напряжения с 9 до 12 В увеличивает динамические параметры буферного усилителя. 

Транзисторы VT3 и VT4 должны иметь граничную частоту не менее 5 ГГц. Если использовать более низкочастотные транзисторы, то уменьшается рабочая полоса частот буферного усилителя. Кроме того, значительно снижается входной импеданс. 

Для монтажа схемы буферного усилителя печатная плата не использовалась (рис.2). В авторском варианте широкополосный трансформатор намотан на кольцевом сердечнике R12.5. Первичная обмотка содержит 40 витков литцендрата (с отводом от середины); вторичная обмотка — 3 витка литцендрата. Дроссель L4 можно намотать на кольцевом сердечнике или использовать малогабаритный промышленный. 

Рамка антенны (рис.3) изготовлена из медной 16-миллиметровой трубки и имеет диаметр 1 м. 

Конденсаторы переменной емкости с воздушным диэлектриком имеют скользящие контакты токосъемов роторных пластин. Ухудшение контакта в токосъемах приводит к значительному снижению добротности контура. Избавиться от этого явления можно, только применяя 2-секционный КПЕ, в котором обе секции включены последовательно. В этом случае контурный ток не протекает по скользящим контактам. Кроме того, выводы КПЕ следует подключать к рамке короткими толстыми проводниками (лучше всего из широкой медной ленты). 

Для снижения минимальной частоты настройки, которая при использовании КПЕ 2x8 — 500 пФ и рамке диаметром 1 м составляет около 6 МГц, необходимо параллельно КПЕ подключить конденсатор постоянной емкости. При этом возникают такие же проблемы с реализацией минимального последовательного сопротивления, как и для конденсатора переменной емкости. Поэтому следует использовать только большие конденсаторы с низко-омными контактными клеммами большой площади, подключаемые к контуру очень короткими проводами. 

Радиолюбители-экспериментаторы могут попытаться полностью компенсировать потери в колебательном контуре. Для этого сигнал с выхода буферного усилителя следует подать в цепь антенны, используя, например, небольшую петлю связи. Ориентируя эту петлю по отношению к рамке антенны, можно добиться эффекта регенерации, что позволит увеличивать добротность контура до нескольких сотен тысяч. Однако такая настройка очень критична, для каждой частоты положение петли связи необходимо подбирать заново.

В авторском варианте буферный усилитель работал от батарейки емкостью 310 мА ч, которая обеспечивала примерно 110 часов работы. 

По материалам статьи «Aktive Schleifenantenne fur den Empfang», опубликованной в журнале «Funkamateur», 1999, №7.