Магнитная рамочная антенна на пять КВ-диапазонов

24 января 2022

Сделанная нами ранее магнитная рамочная антенна неплохо показала себя в работе. Однако качество конструкции оставляло желать лучшего. Было решено провести работу над ошибками и изготовить ту же самую антенну, только в этот раз нормально. В процессе удалось получить доступ на два дополнительных КВ-диапазона. Но обо всем по порядку.

Сразу покажу, что у меня получилось:

Магнитная рамочная антенна на пять КВ-диапазонов из медных труб

Каркасом антенны послужила деревянная напольная вешалка для одежды. Основную петлю я спаял из медных труб диаметром 10 мм. Антенна крепится к каркасу при помощи нейлоновых стяжек. Петля согласования сделана из трубы диаметром 6 мм. Такая труба легко гнется об угол стола. Крепления были напечатаны на 3D-принтере пластиком PETG. Исходники моделей для OpenSCAD и файлы STL можно скачать здесь. Для соединения основной петли с КПЕ, а также петли согласования с коаксиальным кабелем были использованы болты, гайки и клеммы M6.

Точные размеры антенны следующие. Высота — 88 см, ширина — 75 см. Это длины труб, без учета соединительных уголков. Каждый уголок дает еще по 2 см, итого общий периметр рамки равен 3.42 метра. В нижней части петли использована пара труб длиной по 33 см. Периметр петли согласования составляет ~20% от периметра основной петли, или 68.4 см. Эту петлю я согнул в квадрат со стороной 17.1 см и шириной зазора в нижней части 2 см.

КПЕ крепится таким образом:

Крепление КПЕ в самодельной магнитной рамке

В трубах были просверлены отверстия диаметром 6 мм примерно в сантиметре от их краев. Основание из пластика PETG крепится за эти отверстия при помощи болтов и гаек M6. Болты и гайки оцинкованные, а цинк с медью образуют гальваническую пару. Во избежание коррозии трубы в месте крепления болтов необходимо залудить. Контакт петли с КПЕ осуществляется при помощи клемм и барашковых гаек. КПЕ помещен в небольшой пластиковый корпус. Внутри КПЕ держится на паре капель эпоксидного клея. Корпус крепится к пластиковому основанию при помощи болтов M3.

Обратите внимание не синие конденсаторы в правой части фотографии. Это три высоковольтных NP0 конденсатора на 10 пФ, соединенные параллельно. Дело в том, что минимальная емкость КПЕ составляет 22 пФ, и это довольно много. Емкость можно понизить, если переставить правую клемму во второе положение. Тогда КПЕ оказывается соединен последовательно с емкостью 30 пФ. В таком положении вместо КПЕ на 22-360 пФ получаем КПЕ на 13-27 пФ, благодаря чему антенна настраивается на 17 и 15 метров.

Итого, вместо трех диапазонов, как в прошлый раз, получаем пять:

Графики КСВ самодельной рамочной антенны из медных труб

Заметьте, что петлю согласования можно передвигать влево и вправо. Еще одна степень свободы не бывает лишней при настройке. У меня на подоконнике антенна лучше всего настраивается, если поместить петлю согласования в одном из углов основной петли. Тот факт, что антенна не очень хорошо настроилось на 17 и 15 метрах, связан с влиянием окружения. На полу в соседней комнате она настраивается почти в единицу.

Вообще, антенна настраивается на 5.0-17.5 МГц без конденсатора 30 пФ и на 15.9-21.9 МГц с конденсатором, тем самым покрывая полосу в 16.9 МГц. Сюда попадают вещательные AM-радиостанции, номерные радиостанции, а также радиолюбительский диапазон 60 метров, 5.3515-5.3665 МГц. В России он не разрешен для работы на передачу, но слушать эфир никто не запрещает.

Тестовые радиосвязи проводились в телеграфе и FT8. На каждом из диапазонов удалось установить контакт. На диапазонах 20, 17 и 15 метров к антенне нет претензий. При работе на общий вызов с мощностью 10 Вт корреспонденты подходят в течение нескольких минут. Судя по полученным рапортам, а также pskreporter, RBN, WSPR, и чисто субъективно антенна работает нормально.

Согласно онлайн-калькулятору, написанному по книге «Magnetic Loop Antenna: Slightly Different Each Time», теоретическая эффективность антенны в этих диапазонах составляет 55%, 75% и 83% соответственно. У меня рамка прямоугольная, а не круглая, поэтому в расчетах я использовал примерный диаметр, равный периметру делить на π. Стоит отметить, что в 50 метрах кабеля, идущих к диполю, на частотах 14 МГц и выше можно потерять сопоставимое количество энергии.

На 40 метрах антенна показала себя куда скромнее. Здесь ее полоса по уровню КСВ ≤ 2 составляет лишь 26 кГц, а теоретическая эффективность — менее 10%. И действительно, работа с мощностью 40 Вт субъективно ощущается, как работа с мощностью 4 Вт или меньше. Следует также учитывать высокий уровень шума на 40 метрах и тот факт, что направленные антенны здесь имеют не многие. Тем не менее, радиосвязи были проведены и на этом диапазоне.

На 30 метрах антенна ведет себя где-то посередине между этими двумя крайностями. Теоретическая эффективность составляет 28%.

Магнитную рамку можно рекомендовать радиолюбителям, не имеющим возможности установить полноразмерную антенну. Ее можно держать в качестве запасной антенны, на случай, если что-то случится с диполем. Если вы не интересуетесь соревновании, то во время проведения последних магнитная рамка позволяет выйти на WARC-диапазоны. Наконец, за счет узкополосности и направленности антенну выгодно использовать в качестве приемной.

Метки: , , .