Типичным представителем рамочной антенны является круговая рамка радиусом а с периметрам с=2яа, на которую навито п витков, причем а<Я. Одним нз вариантов рамочной антенны является очень популярная ферритовая антенна, которую можно рассматривать как реализацию магнитного диполя.

Сопротивление излучения рамочной антенны, содержащей п витков радиуса а (в метрах) при условии, что a<X, определяется согласно [10] по формуле

Лизл = 31 200 (п ЛфА2)2, (5.16)

где Лф = ла --(раз1мар физической алертуры аитенны.

10000 3000 ют

300 100 30

0,3 0,1

0123456789 Ю

Рис 5 141. Зависимость сопротивления излучения рамочной антенны от периметра рамки с

Рис. 5.142. Диаграммы направленности рамочных антенн

Длина намотки антенны 1 = 2лап = сп Отметим, что, сохраняя одну и ту л<е длину намотки и изменяя число витков, получаем максимальное значение сопротивления излучения для одновнтковой рамочной антенны. Если радиус намотки остаетсяодним и g тем же, то при Малом числе витков сопротивление излучения рамочной антенны мало (п=1, а = 0,05Я, i? 3 = 2,5 Ом); с ростом числа витков сопротивление излучения увеличивается (рис. 5.141).

Рис 5 143. Зависимость коэффициента направленного действия рамочной антенны от периметра рамки с

Малое Значение Rum прн сравнительно большом сопротивлении потерь является причиной того, что рамочные антенны имеют, как правило, низкое значение КПД.

Характерные диаграммы направленности двух типов рамочной аитениы 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 прн использовании днпольных антенн. Например, восьмиугольная рамочная антенна, длина диагонали которой равна 3,6 м, а нижний край находится на высоте

+ If/Off + i№00 + i900 + 1800 + П00 + 1000 + 1500 + U00 +1300

+ :200 Рнс 5 144 Рамочнал антенна HB9AGK для диапазона 3,5 МГц + l№U (размер стороны - 2 м):

а -внешний внд; б - узел подклю-0 чення питания; в - графики изменения активной Л и реактивной X составляющих входного сопротивления

1,2 м над поверхностью земли, эквивалентна полуволновому диполю, размещенному на высоте 12 м.

Еще раз отметим, что сопротивление излучения рамочных антенн обычно очень мало и поэтому необходимо уделить самое пристальное внимание проблеме снижения омических потепь антенны, особенно в местах соединения отдельных элементов Опыт радиолюбителей показывает, что в этом направлении можно добиться неплохих результатов. Сощлемся 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%.

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

5.8. Вертикальные диполи

В § 2 3 уже частично рассматривался вопрос о влиянии земли на характеристики излучения дипольных антенн. Изменение направленных свойств реального диполя прн появлении волны, отраженной от идеального экрана, можно рассматривать как оезультат излучения мнимого диполя, являющегося зеркальным изображением реального (действительного) диполя.

Мнимый диполь (зеркальное изображение реального диполя) находится под поверхностью экрана на расстоянии, равном высоте подвеса реального диполя над экраном. В случае идеального экрана (т. е идеально проводящего бесконечно протяженного плоского экрана) в мнимом диполе протекают такие же токи, как и в реальном диполе. Если реальный диполь является вертикальным, то и его зеркальное изображение представляет собой вертикальный диполь. И, наконец, если нижний край реального диполя, длина которого равна XIA. касается экрана, то зеркальный диполь является его продолжением, а вместе с реальным диполем составляет одиночный полуволновый диполь (рис. 5.145а), свойства которого достаточно .хорошо известны

На практике роль экрана выполняет поверхность земли. Отличие поверхности земли от идеального экрана заключается как в конечной проподимости, так и в конечной диэлектрической проницаемости почвы. Это обстоятельство приводит к тому, что электромагнитное поле, проходящее через почву, частично поглощается и поэтому в зеркальном диполе наводятся токи меньшей амплитуды. Это, в свою очередь, приводит, к изменению формы диаграммы направленности и снижению КПД антенны.

В мвкрой почве, обладающей большим значением относительной диэлектрической яроницаемости, происходит изменение электрической длины мнимого диполя, а также длины пути, по которому протекают наведенные в земле токи. Эти причины вызывают дальнейшее изменение формы диаграммы направленности антенной системы.

Уменьшить отрицательный эффект, вызванный рассмотренными причинами, можно применять искусственное заземление, т. е. укладывая под антенной систему проводов - противовесов (см. § 5.1).