Простые приёмники АМ сигналов

Магнитные антенны

Почти во всех современных приемниках на ДСВ используют магнитные антенны. Достоинства их очевидны: малые габариты, незначительное влияние «рук» и окружающих предметов, лучшая работа внутри зданий, удобство монтажа в корпусе приемника. Магнитная антенна выполняется в виде замкнутого витка, рамки или катушки. ЭДС в ней наводится по закону электромагнитной индукции М. Фарадея: ε = -NdΦ/dt, где N - число витков, Ф - магнитный поток, пронизывающий витки и равный, в свою очередь, Ф = μμ0HS, где Н - напряженность магнитного поля приходящей волны, S - площадь поперечного сечения витка, рамки или катушки, μ - действующая (эффективная) магнитная проницаемость сердечника, μo - магнитная константа, μо= 4π • 10-7 Гн/м.

Так же, как электрическая, магнитная антенна характеризуется действующей высотой.  Учитывая связь Е и H, можно вывести: hд = 2πμSN / λ. Теперь ЭДС, развиваемая антенной, определяем по прежней формуле: ε = E • hд. Все величины в приводимых формулах в единицах системы СИ (м, В, Гн и т.д.).

Для ферритовых антенн μ определяется размерами и магнитной проницаемостью сердечника. Ориентировочные ее значения для широко распространенных ферритовых стержней лежат в пределах от 160 (феррит 1000НН) до 130 (феррит 400НН). Число витков катушки ферритовой антенны определяется требуемой индуктивностью (типовое значение которой для СВ диапазона 200-230 мкГн, для ДВ диапазона 1-1,3 мГн) и составляет, соответственно, 45-55 и 170-230.

Расчет показывает, что действующая высота ферритовой магнитной антенны составляет  0,4-1,2 см и растет с увеличением частоты. Это означает, что ЭДС, наводимая в магнитной антенне, измеряется микровольтами. Для увеличения напряжения, поступающего на вход  приемника, магнитную антенну настраивают  магнитной антенны в резонанс, подключая параллельно катушке антенны КПЕ. Определить это напряжение поможет эквивалентнаяЭквивалентная схема контура магнитной антенны схема контура магнитной антенны со включенным в него источником ЭДС (рис. 4.5).

Если высокоомный вход приемника присоединен параллельно конденсатору контура С1, то сигнал, поступающий на вход приемника, Uвх = εQ = EhдQ, где Q - добротность контура, практически целиком определяемая добротностью катушки магнитной антенны. Если же используется традиционная катушка связи или автотрансформаторное подключение низкоомного входа усилителя РЧ, выполненного на биполярном транзисторе, то, во-первых, Uвх понижается в n раз (где n - коэффициент трансформации, равный отношению числа витков катушки связи к числу витков катушки контура), во-вторых, из-за шунтирования контура трансформированным входным сопротивлением уменьшается добротность, причем увеличение числа витков катушки связи увеличивает и шунтирование.

Существует оптимальное соотношение числа витков катушек n, при котором напряжение сигнала на входе УРЧ максимально, но добротность контура уменьшается вдвое. Оно соответствует условиям согласования входного сопротивления УРЧ с резонансным сопротивлением контура и отдаче из контура в УРЧ максимальной мощности. Если по каким-либо причинам уменьшать добротность нежелательно (например, чтобы не ухудшить селективность одноконтурного приемника), приходится ослаблять связь УРЧ с контуром магнитной антенны, уменьшая число витков катушки связи. Магнитная антенна в этом случае работает менее эффективно.

Отсюда следует, что на входе приемника целесообразно установить каскад с входным сопротивлением, раз в десять превосходящим резонансное сопротивление контура, равное, в свою очередь 2πf0LQ,и подключить его к контуру полностью, безо всяких катушек связи. Лучше всего этим условиям удовлетворяет истоковый повторитель, собранный на полевом транзисторе (см. рис. 4.4). Теперь легко объяснить описанный в конце предыдущего раздела эксперимент с оторвавшейся антенной. Число витков магнитной антенны было раза в 4 больше обычного (поскольку контурная емкость была очень мала) и действующая высота составила сантиметров пять. При напряженности поля московских станций порядка 0,1 В/м и добротности контура 200-250 входное напряжение составит U = EhдQ = 1,2 В.

На входе УРЧ можно также использовать и обычный усилительный каскад на полевом транзисторе, желательно с небольшим усилением, чтобы ООС через емкость сток-затвор незначительно понижала входное сопротивление. Применение же биполярных транзисторов в УРЧ и катушек связи оправдано лишь в самых простых и дешевых конструкциях.

При экспериментах с магнитными антеннами плоскость витков катушки должна быть вертикальной, а ось ферритового стержня - горизонтальной, поскольку вектор напряженности магнитного поля Н приходящих волн на ДСВ горизонтален. Но надо учитывать и направленность магнитной антенны. Приема не будет, если вектор Н окажется в плоскости витков, и ЭДС будет максимальна, когда плоскость витков перпендикулярна вектору Н. Это свойство магнитных антенн широко используется для радиопеленгации.

Сориентируйте приемник с ферритовой антенной так, чтобы прием отсутствовал, - и ось ферритового стержня укажет направление на радиостанцию! Диаграмма направленности магнитной антенны описывается простой функцией cos φ, она имеет два пологих максимума и два острых минимума, поэтому пеленгация по минимуму точнее. Правда, нельзя узнать, с какой стороны от приемника находится станция. Для устранения неоднозначности используют комбинации рамочной (ферритовой) и штыревой антенн, двух взаимно перпендикулярных магнитных антенн и т.д. Еще лучше произвести пеленгацию из двух разных мест; тогда пересечение пеленгов, проложенных на карте, укажет место станции.

Читать дальше - Рамочная средневолновая антенна