5.7. Рамочные антенны

Петлевую антенну, рассмотренную в предыдущем параграфе, можно считать частным случаем более широкого класса рамочных антенн.

Типичным представителем рамочной антенны является круговая рамка радиусом α с периметром c = 2πα, на которую навито n витков, причем α << λ. Одним из вариантов рамочной антенны является очень популярная ферритовая антенна, которую можно рассматривать как реализацию магнитного диполя.

Сопротивление излучения рамочной антенны, содержащей n витков радиуса α (в метрах) при условии, что α << λ, определяется согласно [10] по формуле $$\begin{equation}R_{изл}=31200\left(\frac{nA_ф}{\lambda^2}\right)^2\end{equation}\label{5.16} $$ где АФ = πα2 — размер физической апертуры антенны.

Длина намотки антенны l = 2παn = cn. Отметим, что, сохраняя одну и ту же длину намотки и изменяя число витков, получаем максимальное значение сопротивления излучения для одновитковой рамочной антенны. Если радиус намотки остается одним и тем же, то при малом числе витков сопротивление излучения рамочной антенны мало (n = 1, α = 0,05λ, Rизл = 2,5 Ом); с ростом числа витков сопротивление излучения увеличивается (рис. 5.141).

Рис. 5.141. Зависимость сопротивления излучения рамочной антенны от периметра рамки

Малое значение Rизл при сравнительно большом сопротивлении потерь является причиной того, что рамочные антенны имеют, как правило, низкое значение КПД.

Характерные диаграммы направленности двух типов рамочной антенны показаны на рис. 5.142. Направленность антенны, расположенной в свободном пространстве, растет при увеличении периметра контура (рис. 5.143). Меньшее влияние земли на направленные свойства рамочной антенны позволяют при малых ее размерах осуществить более эффективную связь, чем при использовании дипольных антенн. Например, восьмиугольная рамочная антенна, длина диагонали которой равна 3,6 м, а нижний край находится на высоте 1,2 м над поверхностью земли, эквивалентна полуволновому диполю, размещенному на высоте 12 м.

Рис. 5.142. Диаграммы направленности рамочных антенн Рис. 5.143. Зависимость коэффициента направленного действия рамочной антенны от периметра рамки

Еще раз отметим, что сопротивление излучения рамочных антенн обычно очень мало и поэтому необходимо уделить самое пристальное внимание проблеме снижения омических потерь антенны, особенно в местах соединения отдельных элементов. Опыт радиолюбителей показывает, что в этом направлении можно добиться неплохих результатов. Сошлемся на рамочную антенну, сконструированную радиолюбителем с позывными HB9AGK (рис. 5.144). Заменив алюминиевые трубки диаметром 50 мм ленточной фольгой шириной 300 мм, удалось значительно улучшить первоначальное значение КПД, равное 3,7%.

Рис. 5.144. Рамочная антенна HB9AGK для диапазона 3,5 МГц

Малое входное сопротивление антенны требует использования специальной системы питания. Отметим, что рамочная антенна имеет большую добротность. Графики изменения активной и реактивной составляющих входного сопротивления в зависимости от частоты показаны на рис. 5.144в.