Рамочная антенна диапазона FM (87,5 – 108 МГц).

 Продлевая предыдущий пост, я решил остановиться на конструкции ещё одной рамочной антенны, которая охватывает весь радиовещательный диапазон FM (87,5 -108 МГц) и работоспособна в полосе частот более 20 МГц. Напомню, что антенна, сделанная в предыдущем посту, обладала достоинствами, такими как  маленькие габариты и отличная работоспособность в условиях города или в условиях помех, но её недостатком являлась узкая рабочая полоса частот, которая составляла только 10 МГц.

Фото 1.

 Этот абонентский трёх программный громкоговоритель с самодельным тюнером c FM диапазоном (фото 1) вот уже 20 лет работает в производственном помещении. Так как внешняя антенна отсутствовала, то некоторые люди, ничего не подозревая о реконструкции приемника, удивлялись большому количеству радиостанций, жалели, что отключили у себя радиоточку. Не раз заменяли старичка стильными китайскими радиоприёмниками, но те не выдерживали конкуренции, сопровождая радиопередачи помехами. Наверно, это навсегда осталось бы тайной, если бы я не вытащил из футляра радиоприёмника, установленную в него когда-то давно, рамочную антенну (фото 2).

Фото 2.

 Было бы интересно узнать, что могут представлять собой эти соединённые полоски латуни, закреплённые на задней крышке абонентского громкоговорителя, а поэтому я провёл тестирование этой рамочной антенны с целью дальнейшего улучшения её параметров.

 Сначала антенна состояла из одной рамки (фото 4) и была  работоспособна в полосе частот от 100 МГц до 108 МГц. Ну, правильно, в 90-х этот участок волн был забит радиостанциями. Это видно по характеристики КСВ (коэффициента стоячей волны; фото 3) , чем ниже провал характеристики, тем лучше КСВ, стремящийся к 1, тем лучше антенна согласована с кабелем и тем меньше будет потерь в антенно-фидерном тракте.

Фото 4.

Фото 3.

 Потом, когда вещательный диапазон FM расширился до полосы 20,5 МГц, модернизировалась и расширилась сама антенна. Для этого я менял положение отвода самой рамки, сильнее загружал колебательный контур, но этого оказалось недостаточно. Тогда пришлось использовать ещё одну рамку в попытке сделать антенну из двух взаимно расстроенных контуров, потом на связанных контурах…. Но лучшие результаты получились при такой схеме включения контуров (рис 1).

Рис 1.

 В сравнении одиночной рамки с телескопической антенной, уровень сигнала радиостанций отдельного участка диапазона одинаковый на экране анализатора частот. Подсоединённая вторая рамка добавляет уровень сигнала на 3 дБ. Относительное усиление антенны (К) зависит от эффективной площади самой антенны (Sэф), таким образом, увеличенная эффективная поверхность антенны обеспечила прирост в уровне сигнала.

Фото 5. Спектры принимаемых сигналов на телескопическую антенну.  1,2- уровни помех от источника питания; 3 спектры радиовещательных станций FM диапазона (до 40 станций); 2,4  - телевизионные вещательные станции.

Фото 6. Спектры принимаемых сигналов на двойную рамочную  антенну.  1,2- уровни помех от источника питания; 4 спектры радиовещательных станций FM диапазона (до 40 станций); 3,5  - телевизионные вещательные станции.

 Расширяя диапазон рамочной антенны, я обратил внимание на ухудшение помехоустойчивости конструкции, но примерно на 15 дБ она продолжает пока лидировать в подавлении помех в сравнении с телескопической антенной. Для сравнения антенн в условиях помех, мне достаточно было включить в сеть в метре от них лабораторный импульсный блок питания типа HY3010E.   

 А, что если сделать антенну универсальной, то есть выносной и мобильной, учитывая её малые габариты? Тогда, используя коаксиальный кабель, её можно было бы приподнять относительно земли, чтобы улучшить эффективность приёма в случае удаления от передатчика.

 Улучшаю параметры антенны для её работы с коаксиальным кабелем. Для этого я использую высокочастотный дроссель, который служит для отсечки ВЧ токов по внешней поверхности коаксиального кабеля.

                                       Конструкция дросселя предельно простая.

Фото 7.

 Несколько витков коаксиального кабеля наматываю на ферритовое кольцо (фото 7). Для уменьшения габаритов дросселя выбираю кольцо меньшего диаметра и марку более тонкого коаксиального кабеля с аналогичным волновым сопротивлением, что и кабель снижения.

 Подключаю модернизированную антенну к анализатору цепей и замечаю, что КСВ улучшилось. Хватаюсь руками за антенный коаксиальный кабель  - картинка на экране как вкопанная, а до установки дросселя характеристика искажалась, менялась и зависела от расположения самого коаксиального кабеля.

                                                              Конструкция антенны.

 Она может быть самой разнообразной, а сами рамки могут быть как круглыми, квадратными и прямоугольными, хотя идеальным считается окружность.

 Лучший материал – это медь, латунь, алюминий. Антенну можно сделать из фольгированного стеклотекстолита  или самоклеящейся медной фольги на пластике. Можно сделать из полосок алюминия, или латуни и на крайний случай из толстой медной проволоки или обрезков коаксиальных кабелей, используя их внешнюю поверхность (оплётку).

Фото 8.

Фото 9.

Фото 10.

 В этот раз я выбрал полоски алюминиевой ленты толщиной 1 мм, шириной 20 мм и длиной 110 мм (отходы материала), и фольгированный лужёный стеклотекстолит для печатной платы, на которой распаиваются подстроечные конденсаторы номиналом 5 -30 пФ. Сама печатная плата дополнительно придаёт жёсткость конструкции. Для удобства измерений на плате распаял ВЧ разъём. Высокочастотный дроссель крепится клеем непосредственно на антенне, на диэлектрической подложке (изоляторе).

Рис 2.

 Сам дроссель необходим, если антенна подсоединяется к приёмнику через коаксиальный кабель.

 Напомню, что медь напрямую нельзя соединять с алюминием (такое соединение будет временным), поэтому на проводящую поверхность печатной платы наношу тонкий слой припоя.

Конструкция антенны свободно помещается в пластиковую коробку, которая защитит её от внешней среды при использовании вне помещения.

 Чуть хуже выглядит антенна из медной проволоки (фото 11), эту конструкцию я назвал «очковой антенной». Если используется коаксиальный кабель, то дроссель тоже необходимо использовать. Как видно из фотографии (фото 12) диаметр окружности получился равным длине гипотенузе квадрата рамочной антенны и составляет 155,6 мм, что соответствует длине окружности 49,6 мм.

Фото 12.

Фото 11.

                                                                Настройка антенны.

 Нет ничего сложного выстроить характеристику КСВ по анализатору цепей, вращая подстроечные конденсаторы по часовой или против часовой стрелки Фото 13, 14).

Фото 13.

Фото 14.

 Сложнее настроить антенну, имея под рукой обычный тестер, именно таким образом в те далёкие годы она была отрегулирована. Как правило, в приёмнике с диапазоном FM имеется комбинированная микросхема самого приёмника, включающая в себя выход индикатора уровня сигнала (амплитудный детектор подключён к усилителю промежуточной частоты 10,7 МГц). К этому детектору уровня я подключал тестер для измерения  постоянного напряжения, принятой радиостанции в центре диапазона, а подстроечными конденсаторами добивался максимального значения выпрямленного напряжения, которое показывал измерительный прибор. Проделывал эту операцию несколько раз. В правильно настроенной антенне положение роторов, подвижной части подстроечных конденсаторов, должно совпасть, что говорит об одинаковом значении их емкости и одинаковой настройке  двух контуров в резонанс.

                                                                    Испытание антенн.

 Они ещё не закончились. Осталось проверить работоспособность на предельном расстоянии от передатчиков, что возможно сделать за городом, поэтому с нетерпением жду весну и лето.