Odbiór słabych stacji AM bywa utrudniony przez szumy elektryczne i inne zakłócenia. Wbudowana antena odbiornika często wystarcza do słuchania lokalnych rozgłośni, ale przy dalszych stacjach jej skuteczność może być zbyt mała. W takiej sytuacji prostym i niedrogim rozwiązaniem jest zewnętrzna antena pętlowa AM.
W artykule wyjaśniamy zasadę działania takiej anteny, opisujemy jej odmiany oraz pokazujemy, jak ją zbudować, podłączyć i dostroić.
Zacznijmy od budowy i właściwości anteny pętlowej.
Antena pętlowa AM
Antena pętlowa o kwadratowym kształcie
Źródło:
Wikimedia Commons
Antena pętlowa AM składa się z cewki wykonanej z miedzianego przewodu, nawiniętej na nieprzewodzącą ramę. Rama może powstać na przykład z dwóch skrzyżowanych listew tworzących kształt litery X. Samą pętlę wykonuje się w różnych kształtach geometrycznych, między innymi jako kwadrat, romb lub okrąg.
W wersji spiralnej uzwojenie zaczyna się przy zewnętrznej krawędzi ramy w kształcie litery X i stopniowo zbliża do jej środka. W antenie nawijanej po obwodzie kolejne zwoje prowadzi się natomiast wokół zewnętrznych krawędzi ramy.
Antena pętlowa AM nawinięta po obwodzie ramy
Źródło:
Wikimedia Commons
W obu konstrukcjach końce uzwojenia łączy się z kondensatorem zmiennym 365 Pico farad. Cewka i kondensator tworzą obwód rezonansowy, który można dostroić do częstotliwości wybranej stacji, także odbieranej z większej odległości.
Anteny pętlowe dzieli się również ze względu na ich rozmiar elektryczny na duże i małe.
Duże anteny pętlowe mają dwupłatową charakterystykę promieniowania, dlatego najlepiej odbierają fale nadchodzące z dwóch przeciwnych kierunków. Są samorezonansowe i mogą pracować zarówno jako anteny odbiorcze, jak i nadawcze.
Obwód małej anteny pętlowej jest znacznie krótszy od długości odbieranej fali. Taka konstrukcja ma niewielką skuteczność nadawczą, dlatego najczęściej wykorzystuje się ją do odbioru. Typowym przykładem jest antena ferrytowa montowana wewnątrz wielu radioodbiorników AM.
Jak zrobić antenę pętlową AM
Poniższa konstrukcja to prosty i niedrogi sposób na zwiększenie zasięgu odbiornika AM. Jej schemat przedstawiono na ilustracji.
Schemat obwodu
Źródło:
Zrzut ekranu
Elementy obwodu
Do wykonania anteny będą potrzebne następujące elementy:
1.(1) Emaliowany drut miedziany #35
2. (1) 15-calowy pręt kwadratowy
3. (1) Kondensator zmienny 30-365pF
Działanie obwodu
Zadaniem anteny pętlowej jest zwiększenie czułości odbiornika i poprawa jakości odbioru stacji AM. Pokazany obwód można wykorzystać z praktycznie każdym radioodbiornikiem AM.
Co ważne, antena nie wymaga ingerencji w układ radia.
Nie trzeba łączyć jej przewodem z odbiornikiem. Wystarczy ustawić radio blisko pętli, a następnie naprzemiennie regulować kondensator zmienny i strojenie odbiornika, aż sygnał będzie najwyraźniejszy.
Montaż anteny pętlowej AM
Budowa anteny jest prosta. Na kwadratowej ramie nawiń 16 zwojów miedzianego drutu. Każdy bok ramy powinien mieć 15 cali długości, a uzwojenie zajmować około 1,5 cala szerokości. Takie wymiary pozwalają objąć standardowe pasmo AM od 550-1700 kHz.
Parametry opisanej konstrukcji
| Parametr | Wartość podana w opisie |
|---|---|
| Liczba zwojów | 16 |
| Bok kwadratowej ramy | 15 cali |
| Pojemność kondensatora zmiennego | 30–365 pF |
| Zakładany zakres odbioru | 550–1700 kHz |
| Drut miedziany | #35 w wykazie elementów; 22 AWG w poniższym opisie nawijania po obwodzie ramy |
Oznaczenia #35 i 22 AWG pochodzą z dwóch opisów wykonania anteny i nie oznaczają tej samej grubości drutu. Wymiary ramy i liczba zwojów są punktem wyjścia; rzeczywisty zakres strojenia zależy również od ułożenia uzwojenia i pojemności pasożytniczych.
Jak zbudować antenę pętlową nawiniętą po obwodzie ramy
Najpierw skrzyżuj dwie drewniane listwy o wymiarach jeden na 6 cali, tak aby utworzyły literę X. Na ośmiu końcach ramy wytnij ręczną piłą szczeliny o głębokości pół cala. Rozmieść je równomiernie po czterech stronach, zachowując pół cala odstępu.
Następnie poprowadź miedziany przewód 22-gauge przez wszystkie przygotowane szczeliny, nawijając go wokół zewnętrznej części ramy.
Na końcu zamocuj kondensator zmienny w dogodnym miejscu na ramie i podłącz do jego zacisków oba końce miedzianego przewodu.
Jak korzystać z anteny pętlowej AM
Gotowa antena szczególnie dobrze sprawdza się podczas odbioru słabych stacji AM.
Ustaw radio obok anteny lub wewnątrz pętli. Powoli obracaj pokrętło kondensatora, aż odbiór się poprawi, a następnie dokładnie dostrój radio. Antena pętlowa jest kierunkowa, dlatego warto również obracać całą ramę i wybrać położenie zapewniające najsilniejszy sygnał albo najmniejsze zakłócenia.
Rezonans i strojenie anteny pętlowej AM
Uzwojenie pętli ma indukcyjność L, a podłączony do niego kondensator zmienny — pojemność C. Razem tworzą obwód rezonansowy. Jego częstotliwość rezonansową opisuje wzór:
f = 1 / (2π√(LC))
We wzorze f wyrażamy w hercach (Hz), L w henrach (H), a C w faradach (F). Zwiększenie pojemności obniża częstotliwość rezonansu, a zmniejszenie pojemności ją podwyższa. Obracając pokrętło kondensatora 30–365 pF, przestrajamy więc antenę: większa pojemność służy do odbioru dolnej części pasma, a mniejsza — górnej. Przy odpowiednio dobranej indukcyjności pozwala to objąć opisany zakres fal średnich, około 550–1700 kHz.
W rzeczywistej antenie C obejmuje także pojemności pasożytnicze uzwojenia i połączeń. Dlatego skrajne ustawienia kondensatora nie muszą odpowiadać dokładnie krańcom podanego pasma. Więcej zwojów lub większa powierzchnia pętli, przy zachowaniu podobnej geometrii uzwojenia, zwiększają indukcyjność i obniżają częstotliwość strojenia przy tej samej pojemności. Po zmianie wymiarów lub liczby zwojów trzeba ponownie sprawdzić, czy antena daje się dostroić do stacji w dolnej i górnej części pasma.
Co wpływa na czułość
Przy tej samej częstotliwości, natężeniu pola i ustawieniu anteny napięcie indukowane w małej pętli rośnie proporcjonalnie do iloczynu N × A, gdzie N oznacza liczbę zwojów, a A — powierzchnię objętą jednym zwojem. Większa rama lub więcej zwojów mogą więc zwiększyć odbierany sygnał, ale zmieniają też warunki strojenia.
Znaczenie ma również dobroć obwodu, oznaczana literą Q. Przy porównywalnym sprzężeniu z radiem większa dobroć sprzyja uzyskaniu wyższego napięcia w rezonansie i ostrzejszemu strojeniu. Straty ogranicza przewód o małej rezystancji oraz czyste, pewne połączenia. Przed lutowaniem usuń emalię z końców drutu i zadbaj o dobry styk z zaciskami kondensatora.
Mała pętla jest kierunkowa: dla fal nadchodzących poziomo, o polaryzacji pionowej, odbiera najsilniej z kierunków leżących w jej płaszczyźnie, a głębokie minima odbioru występują wzdłuż osi prostopadłej do tej płaszczyzny. Obrót pionowo ustawionej ramy pozwala zatem zarówno wzmocnić odbiór wybranej stacji, jak i osłabić zakłócenia dochodzące z innego kierunku. W pomieszczeniu odbicia i pobliskie źródła zakłóceń mogą spłycać te minima.
W praktyce najpierw wybierz stację w radiu, a potem powoli reguluj kondensator anteny, szukając najwyraźniejszego odbioru. Następnie obróć ramę i ponownie skoryguj strojenie. Porównuj zrozumiałość mowy oraz poziom trzasków i szumu na tle audycji, bez zmieniania głośności. Najlepsze ustawienie nie zawsze daje najgłośniejszy dźwięk — często korzystniejsze jest takie, w którym słabną zakłócenia.
Zastosowania anten pętlowych AM
Anteny pętlowe wykorzystuje się w urządzeniach radionawigacyjnych i radiopelengacyjnych, między innymi do określania kierunku, z którego nadawany jest sygnał.
Lotnicze urządzenie radionamiernicze
Stosuje się je również do odbioru sygnałów radiowych o wysokiej częstotliwości.
Odpowiednio zaprojektowane anteny pętlowe mogą pracować także jako anteny nadawcze w paśmie UHF.
Pętle antenowe są elementem systemów RFID, w których służą do komunikacji ze znacznikami i pomagają określać ich położenie.
Anteny pętlowe mogą pełnić funkcję pokojowych anten telewizyjnych UHF, zwłaszcza w miejscach o silnym sygnale. W obszarach o słabym zasięgu ich skuteczność będzie ograniczona.
Anteny pętlowe bywają również stosowane jako kompaktowe anteny nadawcze. Radioamatorzy wybierają je przede wszystkim wtedy, gdy brakuje miejsca na tradycyjny dipol lub inną pełnowymiarową antenę.
Antena z pionowym dipolem
Źródło:
Wikimedia Commons
Jak podłączyć antenę pętlową AM?
Do sprzężenia anteny z odbiornikiem można użyć pojedynczej pętli ze sztywnego drutu miedzianego o średnicy około sześciu cali. Jej końce tworzą zaciski antenowe. Należy połączyć je z jednym końcem kabla koncentrycznego, a drugi koniec kabla przygotować i podłączyć do wejścia antenowego odbiornika. Takie połączenie przekazuje sygnał z pętli do tunera radiowego.
Sposób podłączenia anteny pętlowej AM
Źródło:
Zrzut ekranu
Czy antena pętlowa AM działa w paśmie FM?
Antena AM jest projektowana do innego zakresu częstotliwości niż antena FM. Pętla opisana w tym artykule służy do odbioru fal średnich z modulacją amplitudy, natomiast radio FM odbiera sygnały z modulacją częstotliwości w znacznie wyższym paśmie. Z tego powodu antena pętlowa AM nie zastąpi prawidłowo dobranej anteny FM.
Podsumowanie
Słaby odbiór i silne trzaski nie zawsze wynikają wyłącznie z odległości od nadajnika. Często ograniczeniem jest niewielka antena wbudowana w radio.
Większość radioodbiorników AM ma antenę ferrytową, która dobrze radzi sobie z lokalnymi stacjami, lecz może nie wystarczyć do odbioru słabszych sygnałów. Zewnętrzna, strojona antena pętlowa pozwala zwiększyć poziom użytecznego sygnału, ograniczyć zakłócenia pochodzące z niepożądanych kierunków i poprawić czytelność odbioru.
To prosta konstrukcja, którą można wykonać z łatwo dostępnych materiałów i dostroić bez modyfikowania samego odbiornika. W razie pytań dotyczących budowy lub doboru elementów zapraszamy do kontaktu.
