Активная приемная рамочная антенна

В любительской радиосвязи магнитные антенны 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, 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 2×8 — 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 низкоомными 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 мАч, которая обес­печивала примерно 110 часов ра­боты.