Магнитті рамалы антенналардың параметрлері

KI6GD, MagneticLoopAntennaCalculatorv.1.6 программасы көмегімен стандартты спорттық алюминийлі диаметрі 77 сантиметр және 100 сантиметр құрсау(шеңбер) мен диаметрі 17 миллиметр трубка негізінде орындалған, әуесқойлық диапазон 80-100 метрдегі магнитті рамалы антенналардың параметрлерін есептедім. Бұл құрсауларды спорттық тауарлар дүкенінде арзанға алса болады. Стандартты спорттық шеңберлер негізінде магнитті рамалы антенналардың құрылым кезінде пайдалы тиер рамалардың параметрлі кестеде келтірілген. 1 кесте диаметрі 77 сантиметр дөңгелек түрінде магнитті рамалы антеннаның орындалуын көресетеді, ал 2 кестеде 100 сантиметр диаметрлі жүзікте орындалған магнитті рамалы антеннаның параметрлері келтірілген. 1 Кесте 77 сантиметр диаметрлі магнитті рама ақпараттары алюминийлі трубканы пайдалану арқылы орындалған.

Раманың жөндеу жиілігі, МГц	3.6	7.03	10.1	14.06	18.1	21.1	25.0	28.5
Өткізу жолағы, кГц	8.1	11.6	14.8	20.7		43.1	67.5	100.8
Конденсатор сыйымдылығы, пФ				48.6	26.3	17.4	10.2	6.1
Конденсатор кернеулігі(рамаға 5 ватт қуатты жалғау кезінде), V
Рама ұзындығы, λ	0.031	0.06	0.086	0.119	0.153	0.179	0.212	0.241
Рама ПӘК-і, %	0.2	2.5	8.3	22.4		54.4	68.3	77.3
Раманың индуктивтік кедергісі, Ом	51.6	100.8		201.6		302.5		408.5
Антеннаның қайырымдылығы, Qres						489.5
Сәулелену кедергісі, Ом	0.00	.0002	0.009	0.033	0.091	0.168	0.331	0.558
Жоғалту кедергісі, Ом	0.058	0.081	0.098	0.115	0.131	0.141	0.153	0.164

Раманың индуктивтілігі 2,282 мкГн тең.

Кесте 2 диаметрі100 сантиметр магнитті рама ақпараттары алюминийлі трубканы пайдалану арқылы орындалған.

Раманың жөндеу жиілігі, МГц	3.6	7.03	10.1	14.06	18.1	21.1	25.0
Өткізу жолағы, кГц	8.4	12.4	16.8	27.1	47.5	73.3	125.6
Конденсатор сыйымдылығы, пФ			77.3	36.4	17.7	10.6	4,9
Конденсатор кернеулігі(рамаға 5 ватт қуатты жалғау кезінде), V
Рама ұзындығы, λ	0.04	0.077	0.111	0.155	0.199	0.232	0,275
Рама ПӘК-і, %	0.5	5.3	16.5	38.7		72.3	82.5
Раманың индуктивтік кедергісі, Ом	64.9	126.8	182.2	253.6	326.4	380.6	450,9
Антеннаның қайырымдылығы, Qres
Сәулелену кедергісі, Ом	0.00	.0006	0.025	0.094	0.259	0.478	0,942
Жоғалту кедергісі, Ом	0.076	0.106	0.127	0.149	0.17	0.183	0,199

Раманың индуктивтілігі 2,282 мкГн тең.

Магнитт3 антенна параметрлерін кесте түрінде көрсету онша көрнекі көрінбейді, сондықтан 1 кесте негізінде магнитті рамалы антенна тәртібін жақсырақ көрсететін келесі графиктер көрсетілген:

-қайырымдылық графигі және антеннаның раманың периметріне тәуелді ПӘК-і (3 сурет)

-сәулелену кедергісі, шығын кедергісі және раманың конденсаторы сыйымдылығының раманың периметрге тәуелдігі графигі(4 сурет)

3 сурет. Қайырымдылық графигі және антеннаның раманың периметріне тәуелді ПӘК-і

4 сурет. Сәулелену кедергісі, шығын кедергісі және раманың конденсаторы сыйымдылығының раманың периметрге тәуелдігі графигі

3 суретте көрсетілген график магнитті рамалы антеннаның жұмысының физикасын көрнекі суреттейді. Бірінші жұмысы туралы көп затты көрсететін антеннаның қайырымдылығының графигін қарастырайық.

Антенна жұмысының жиілігін көбейген сәтте оның қайырымдылығы өседі, кейін төмендейді. Біздің жағдайда бұл антеннаның ұзындығы 0,1λ болған кезде болады. Сол уақытта, антеннаның қайырымдылығы төмендуімен оның жұмысының ПӘК-і өсе бастайды. Мұны неге болып жатқанын түсіну үшін антеннаның эквивалентті схемасына көз жүгіртейік.

Антеннаның эквивалентті схемасы тізбектей қосылған катушкалардан, конденсатордан және шығын кедергісі мен сәулелену кедергісінен тұрады (2-суретті қараңыз). Антеннаның жөндеуінің жиілігі артқан бойда конденсатордың сыйымдылығы төмендейді, ал индуктивтілік сол қалпында қалады. Бұл жағдайда төмендегі формулаға тең контурдың сипаттамалық кедергісі артады:

Zx= √(L/C).

Магнитті рамалы антеннаның қайырымдылығы Q тең:

Q= Zx/(R_шығ + R_сәул.).

Сәйкесінше, магнитті антеннаның қайырымдылығының бастапқы өсімін сипаттамалық кедергісінің өсіуімен түсіндіруге болады, сол уақытта шығын кедергісі мен сәулелену кедергісінің аз ғана өсімімен түсіндіруге болады.

Магнитті рамалы антеннаның сәулелену кедергісі мен шығын кедергісінің графигі 4 суретте көрсетілген. Бұл суреттен көретініміз, 0,111 λ –ге тең антенна ілмегі периметрінің шегінде антеннаның сәулелену кедергісі бірден өсуі. Сол уақытта антенна шығын кедергісі монотонды сипаттамаға ие болады. Сәйкесінше, егер антеннаның сәулелену кедергісі өсуі шығын кедергісі өсімінен көбірек болар болса, антеннаның қыйырымдылығы төмендейді, ал антеннаға жақындатылған қуат негізінде сәулелену кедергісіне сейіледі немесе қарапайым түрде айтқанда эфирге сәулеленеді. Бұл магнитті рамалы антеннаның жұмысының түсініктемесіне маңызды қорытынды бола алады.

Әр сапалы орындалған магнитті рама сәулелену кедергі өсімі ондағы шығын кедергісі өсіміне қарағанда көбірек ұмтылатын өзінің критикалық периметріне ие. Біздің жағдайда диаметрі 17 миллиметр ұзындығы 77 сантиметр алюминийлі трубада орындалған рама үшін критикалық периметрі 0,111 λ немесе жиілігі 12,5МГц. Периметрі 0,111 λ магнитті раманың сәулелену кедергісі 0,025 Ом. Сәйкесінше, біздің нақты рамаға 0,1 λ және одан көп толқын ұзындығын үшін пайдаланылатын оның периметрінің өсімінен кейін магнитті рамалы антенна ПӘК-інің біршама көтерілуін аламыз. Раманың критикалық периметрі 0,1 λ- дан төмен болу үшін әрине қалалық жағдай жұмысында мейлінше кішкентай өлшемді раманы қолданған дұрыс. Бұған жету үшін, магнитті рамалы антеннаны дайындау үшін сәйкес күйде материалды таңдап және оның құрылысында жоғары параметрлі айнамалы конденсаторлы пайдалану керек.

Егер магнитті рамалы антеннаның тәжірибелік жұмысы үшін жұқа сымды және аз қайырымдылықта конденсаторды пайдаланса, онда біз антеннаның жүктемесінің ғана эквивалентін жасаймыз. Осындай антеннаға жібергіштен келген жоғары жиілікті қуат антеннаның сымын, пластина мен айнымалы конденсаторды жылытады, керісінше сәулелендірмейді. Осы мысалдың көрнекілігі үшін диаметрі 77 сантиметр және қалыңдығы 17 миллиметр дөңгелекте орындалған магнитті рамалы антеннаның жоғары қайырымдылығы параметрлері есептелді, бірақ сымнан жасалған күйде. Өзі айқын, сым алюминийге қарағанда екі есе өткізгіштікке ие. Жоғары қайырымдылықты антеннаға қарсы салмақты диаметрі 77 сантиметр бірақ сымды рамалы антеннада орындалған диаметрі 1 миллиметр магнитті рамалы антеннаның төмен қайырымдылықты параметрлері өлшенді. 3 кесте мысты трубкада орындалған магнитті рамалы антеннаның параметрлерін көрсетеді, ал 4 кесте 1 миллиметр диаметрлі мысты сымда орындалған магнитті рамалы антеннаның параметрлерін көрсетеді. Алюминийлі шеңбер негізінде орындалған магнитті рамалы антенналар параметрлері есептелген 1 кестемен 3 және 4 кестені салыстырыңыз.

3 кесте. Диаметрі 77 сантиметр түрінде ішкі диаметрі 17 миллиметр мысты трубкада орындалған шеңберлі магнитті рамалы антенна сипаттамасы.

Раманың жөндеу жиілігі, МГц	3.6	7.03	10.1	14.06	18.1	21.1	25.0	28.5
Өткізу жолағы, кГц	3.1	4.7	6.4	10.8	19.7	31.1	54.4	86.7
Конденсатор сыйымдылығы, пФ				48.6	26.3	17.4	10.2	6.1
Конденсатор кернеулігі(рамаға 5 ватт қуатты жалғау кезінде), V
Рама ұзындығы, λ	0.031	0.06	0.086	0.119	0.153	0.179	0.212	0.241
Рама ПӘК-і, %	0.6	6.2	18.5	42.8	64.4	75.6	84.9	89.9
Раманың индуктивтік кедергісі, Ом	51.6	100.8		201.6		302.5		408.5
Антеннаның қайырымдылығы, Qres
Сәулелену кедергісі, Ом	0.00	.0002	0.009	0.033	0.091	0.168	0.331	0.558
Жоғалту кедергісі, Ом	0.022	0.031	0.037	0.044		0.054	0.059	0.063

Раманың индуктивтілігі 2,282 мкГн тең.

5 сурет қайырымдылық графигі мен толқын ұзындығына λ қатысты көрсетілген раманың периметріне тәуелді мысты трубада жасалған антеннаның ПӘК графигі көрсетілген. Алюминийлі трубка орнына мысты труба пайдалану магнитті рама жұмысын жақсартады. Раманың периметр ұзындығы 0,086λ немесе 10 МГц жиіліктен бастап антеннаның ПӘК-і өсе бастайды, ал қайырымдылығы төмендейді. Бұл дегеніміз рама периметрі ұзындығынан 0,086λ бастап антенна сәулелену кедергісі шығынға қарағанда алда жүреді. Мысты антеннаның ПӘК-і алюминийден жасалған антенна ПӘК-іне қарағанда 20 пайыз көбірек.

4 Кесте. 1 миллиметр диаметрлі сымнан жасалған 77 сантиметр диаметрлі шеңберлі түрдегі магнитті рамалы антеннаның сипаттамасы.

Раманың жөндеу жиілігі, МГц	3.6	7.03	10.1	14.06	18.1	21.1	25.0	28.5
Өткізу жолағы, кГц				63.4	76.3			131.6
Конденсатор сыйымдылығы, пФ						6.9	2.7	0.6
Конденсатор кернеулігі(рамаға 5 ватт қуатты жалғау кезінде), V
Рама ұзындығы, λ	0.031	0.06	0.086	0.119	0.153	0.179	0.212	0.241
Рама ПӘК-і, %	0.0	0.4	1.4	4.2	9.6	15.4	24.8	34.3
Раманың индуктивтік кедергісі, Ом	89.2
Антеннаның қайырымдылығы, Qres
Сәулелену кедергісі, Ом	0.00	.0002	0.009	0.033	0.091	0.168	0.331	0.558
Жоғалту кедергісі, Ом	0.381	0.532	0.638	0.752	0.853	0.922	1.033	1.071

 

Раманың индуктивтілігі 3,92 мкГн тең.

 

5 сурет. Рама периметріне тәуелді мысты трубадан жасалған магнитті антеннаның ПӘК-і мен қайырымдылық графигі.

6 сурет қайырымдылық графигі мен толқын ұзындығына қатысты λ көрсетілген рама периметріне тәуелді 1 миллиметр диаметрлі мысты сымнан жасалған антеннаның ПӘК-ін көрсетеді. Алюминийлі труба орнына жұқа мысты сымты пайдалану магнитті раманың жұмысын нашарлатады. Диаметрі 1 миллиметр сымда орындалған антеннаның индуктивтілігі 3,92мкГн, трубадан жасалған антеннаның төсемесі 2,282 мкГн құрайтын индуктивтіліктен көп болады. Раманың индуктивтілігінің артуы трубадан орындалған антеннанға қарағанда антеннаның жөндеуі үшін жоғары жиілікті диапазонды сыйымдылығы аз конденсатор керек болады. Бұл 25 МГц жиіліктен жоғары болса раманың тәжірибелік орындалуына жол бермейді. Антеннаның ПӘК-і 21 МГц жиілігінен бастап ақырында артады. Яғни, рама периметрі ұзындығы 0,18 λ бастап антеннаның сәулелену кедергісі магнитті антеннада шығын өсімінен алда жүреді. Жоғарыда көрсетілгендей 25 Мгц жиіліктен жоғары рама практикалық тұрғыда орындалмауы мүмкін.

6 сурет. Диаметрі 1 миллиметр магнитті антеннаның рама периметріне тәуелді ПӘК-і мен қайырымдылық графигі.

Сәйкесінше, сымды магнитті рамалы антенна 25 МГц диапазонда ғана қанағаттанарлық жұмысын қамтамасыз ете алады. Идентифті диаметрлі бірақ диаметрі 17 миллиметр сымды трубада жасалған магнитті рамалы антенна 30 метр диапазонда қанағаттанарлық жұмысты қамтамасыз етеді, ал жақсы жұмысты 20-17 метр диапазонда, 15-10 метр диапазонда өте жақсы жұмысты қамтамасыз етеді.

Жоғарыда келтірілген мысалдарда жалпы жағдайда ауалы диэлектрикті айнымалы конденсатор үшін конденсатордың қайырымдылығы 1000 нан аз болмайды. Қайырымдылығы аз конденсаторды қолдану магнитті рамалы антеннаның ПӘК-ін бірден түседі. Мұны MMANA программасымен магнитті рамалы антенна моделінде жеңііл көруге болады. Магниті антеннамен эксперимент кезінде кейбір төмен қайырымдылықты конденсаторлы қысқыш контакттермикроскопиялық жарқылдың көбісі қараңғыда жарқырайды. Мұндай «шунт» конденсаторлы рамалы антенна жұмысы жоғары жиілікті энергия қанағаттанарлықсыз болады.