Вы здесь

Магнитные антенны: мифы и реальность

Аватар пользователя SanSanich
Категория: 
Радиостанция в автомобиле

Добрый день! В данной статье я хочу разобрать варианты установок магнитных антенн на примере ML145. В качестве металлической поверхности будет использоваться небольшой металлический стол размерами приблизительно 1 квадратный метр. Этим будет обеспечено то минимально необходимое, что рекомендуется большинством производителей антенн для её работы. Антенна будет ML145 с немного коротким хлыстом и регулировать антенну я не буду, то есть замеры будут проводиться при одной длине штыря. Настроена антенна в районе 27.5 МГц, но для исследования это не имеет особого значения. При анализе мифов буду пользоваться антенным анализатором АА-330. Все выводы буду строить исходя из реальных графиков КСВ. Антенна у меня хоть и не новая, но полностью перебрана и проверена. Итак, поехали.
Для сначала немного теории о том, как работает любая магнитная антенна. Если совсем коротенько, то любая антенна не может работать без второй половинки - заземления. И чем лучше эта сеть заземления (тут не надо путать с электрическим заземлением, у нас радиоэлектрическое), тем лучше работает наша антенна. Это потому, что магнитное поле возникает между вибратором и заземлением. Поэтому, чем длиннее излучатель и больше сеть заземления, тем и излучение больше. Дальше. У нас магнитная антенна и, следовательно, связь с этой самой землей емкостная. Как известно, любой конденсатор пропускает переменный ток и, поэтому, можно считать, что по переменному току (радиочастоты) мы имеем контакт с землей (кузов машины, иная металлическая поверхность). Зная размеры нашего конденсатора можно легко измерить его емкость. Вот, можно посчитать самостоятельно:
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D0%B4%D0%B5%D0%BD%D1%81%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80
Получается примерно 150 пФ. Зная емкость, можно посчитать сопротивление конденсатора на частоте 27 МГц. Реактивное сопротивление ёмкости XC=1/(2пfC). Исходя из этого мы получаем порядка 30 Ом. Теперь разрушится один из самых главных мифов настройщиков. При работе антенны у нее складываются R излучения и R всех потерь. Теперь, если у нас антенна имеет 50 Ом и потери 30 Ом, то КСВ будет (50+30)/50=1.6. Если КСВ у Вас близко к 1.0, то, наверное, Ваша антенна имеет далеко не 50 Ом и поэтому КСВ близко к единице. (20+30)/50=1.0. Но КПД Вашей системы в первом случае будет 50/(50+30)=62%, а во втором - 20/(20+30)=40%, то есть в первом случае антенна будет излучать в 1.5 раза больше. Вот тебе и КСВ 1.0 и 1.6. Почему так, а не иначе? Всё просто. Величина R потерь неизменна и меньше стать не может, а вот вырасти - запросто. Поэтому КСВ 1.0 говорит о том, что что-то не так в Вашей антенне. А вот КСВ 1.5 - это то, что и должно быть на самом деле.
Перейдём, наконец, к самому эксперименту.
Всеми производителями рекомендуется устанавливать антенну в геометрический центр крыши автомобиля. Это и проделаем.

Антенна расположена в геометрическом центре поверхности

Вот и график КСВ:
КСВ, середина
Небольшие пояснения. Красный график - это КСВ (делить вертикальную шкалу на 10). Зеленый график - это активное сопротивление антенны, синий график - это потери. Напомню, что мы как раз посчитали наши потери на магните около 30 Ом и, судя по графику, это именно так. Возьмем за настройку антенны наш минимум - 27.000 Мгц, как основную для работы на этой частоте, и сравним с тем, что получим при основных ошибках установки антенны. И попробуем разобраться, что и почему именно так.
1) Очень часто антенна в центре крыши совсем не хочет настраиваться в минимум КСВ, но прекрасно настраивается на краю крыши. Объясняется это очень просто. Для антенны всегда лучше один более длинный противовес, нежели несколько коротких. Многие воскликнут: "А как же диаграмма направленности? Будет перекос!" Перекос будет, но на слух его уловить будет очень сложно. Напомню, что один кубик на S-метре - это 6 ДБ по мощности. А 6 ДБ - это 4-х кратная разница. В реальном эфире трудно уловить разницу между 7 и 8 кубиками. А 6 ДБ получить таким перекосом я считаю нереальным. Ну, если не так, то растреляйте. :-) Смоделированный в MMAN'е вертикал с одним противовесом имел перекос диаграммы 3-4 ДБ. Вот и график КСВ:
КСВ, угол
Минимум КСВ стал на 26.600 Мгц. Резонансная частота антенны понижается при улучшении «земли». Очень часто бывает так, что при установке антенны в центр крыши не хватает длины штыря для настройки в районе 26.500 Мгц. А как только поставишь скраю, на угол, то всё становиться нормально. Бывали случаи, что штырь приходилось резать на 20 см. В такой ситуации лучше не укорачивать полотно антенны, а убрать виток/полвитка из удлинняющей катушки в основании антенны и, тем самым, сохранить КПД антенны.
2) Одной из частых ошибок при установке антенны является кусок толстой, как правило, джинсовой ткани под магнит. Некоторые даже предлагают свою модернизацию по замене резиновой галоши на джинсу... При такой установке минимум КСВ смещается в более высокочастотную область. В моем случае КСВ сместилось на 200Кгц. Но на этом все бяки такого использования не заканчиваются. Вот график КСВ с тряпочкой и в центре:
КСВ, середина, с тряпкой
НО!!! Страна у нас достаточно дождливая и поэтому тряпочка намокнет:
КСВ, середина, с мокрой тряпкой
КСВ не изменилось. Всё, вроде бы, хорошо. Но постепенно Ваша тряпочка будет впитывать различные соли, что особенно актуально в зимний период времени. И, как следствие, через непродолжительное время коррозия сделает свое гиблое дело. Тем более что материалы, используемые в антеннах, зачастую несовместимы и при появлении влаги просто начинают разрушаться. Постепенно вода будет попадать под магнит (вода всегда найдет дырочку) и прямиком в кабель. Ну, а тот, в свою очередь, превратится в эквивалент нагрузки, а не в антенну!!!
3) Со временем резиновая галоша под магнитом выходит из строя и её просто выбрасывают. Галоша входит в состав обкладок конденсатора и, в отсутствии галоши, наш конденсатор изменяет емкость. Резонанс становиться очень острым и тут уже сложно угадать, так как вместо галоши будет краска или подстилающая поверхность вашей машины а свойства их неизвестны.
КСВ, середина, без галоши
4) Самое плохое, что может произойти с вашей антенной - это отсутствие фольги или электрического контакта с оплеткой кабеля. Проверяется просто. Я беру и включаю мультиметр на прозвонку диодов и касаюсь одним щупом юбочки антенного разьема, а другим - к фольге, немного прижав к оной. В идеале должно показать падение 0 вольт. Считаю падение до 0.1 вольта приемлемым. Если показания иные, то разбираем, чистим магнит, проходим мелкой шкуркой.
Вот график без фольги и с тряпочкой.
КСВ, середина, без фольги, с тряпкой
Думаю и так понятно. И это даже при условии, что в середине пятачок играет роль. В реальной жизни у него контакта тоже нет и картина будет еще плачевней.


5) А теперь посмотрим, что произойдет, если к условиям выше добавить водичку. Минимум КСВ сместился на 600 Кгц:
КСВ, середина, без фольги, мокрая тряпка
Немного другой вариант, когда фольга еще работает, но галоша вышла из строя и вы подложили тряпочку:
КСВ, середина, без галоши, мокрая тряпка

Это были варианты установки антенны в центр. Теперь ознакомимся с результатами установки на угол.

Антенна расположена на углу поверхности

Без галоши:
КСВ, угол, без галоши
КСВ немного понизилось по частоте. Тут изменилась емкость нашего конденсатора за счет того что уменьшилось расстояние между обкладками и тем самым увеличилась емкость. Но тут возможен обратный эффект, в зависимости от свойств покрытия железки.
Теперь подложим тряпочку:
КСВ, угол, тряпка
И КСВ ушло на 500Кгц вверх.
Пошел дождик и тряпочка намокла:
КСВ, угол, мокрая тряпка
Комментарии излишни.
На некотором ресурсе о гражданском диапазоне говорилось, что фольга на магните особо не нужна. Достаточно связи кабеля антенны с кузовом. Вот график антенны на углу с кабелем, идущим в сторону от железки и второй график, где кабель свернут и лежит на железке.
КСВ, угол, без фольги
КСВ, угол, без галоши, кабель свёрнут
Как видно на втором графике, КСВ сместилось на 100 КГц, тогда как удаление фольги сместило КСВ на 500 КГц. Поэтому на работу антенны в лучшую сторону это совсем не отражается. Этому есть вполне «научное» объяснение. Всё магнитное поле в коаксиальном кабеле находится внутри кабеля. А источник нагрузки находится на конце кабеля. Если бы было по-другому, то наш кабель бы излучал, а не антенна. И это была бы уже не антенна. Это как сделать противовесы на рации, а не на магните. :-D
Теперь тряпка, без фольги и после дождя…
КСВ, угол, без фольги, мокрая тряпка

Подведем теперь небольшие итоги.
На многочисленных графиках мы увидели, как может отличаться настройка антенны при типичных ошибках установки антенны и как влияет место установки. Это лишний раз доказывает, что антенно-фидерное хозяйство необходимо содержать в порядке. Обязательно нужна проверка КСВ раз в сезон. В ходе работы получилось поставить под сомнение некоторые мифы. А факты таковы:
1) Установка антенны в центр крыши необязательна. Очень часто антенна работает даже лучше на краю крыши.
2) Любые инородные предметы под магнитом ухудшают работу антенны. А такие, как толстые ткани, еще и провоцируют коррозию магнитного основания и поверхности установки. Если необходима защита лакокрасочного покрытия крыши автомобиля, выберите меньшее из зол и наклейте на место установки антенны тонкую защитную плёнку.
3) Для хорошей работы нужна фольга, наклеенная на подошву магнитного основания, и обязательно имеющая надежный электрический контакт с оплеткой кабеля.
4) Прокладка кабеля по железу никак не влияет на настройку антенны. Влияют открытые двери, люки и прочие металлические предметы, которые находятся вблизи антенны.
5) Прокладка тряпочки изменяет в широком диапазоне настройку вашей антенны в зависимости от погодных условий… Что сказывается на качестве вашей связи и может вызвать поломку радиостанции.
6) Также отдельной строкой хочу отметить, что на величину КСВ очень сильно влияет состояние поверхности, на которой стоит антенна. Различного рода грязь очень сильно уводит настройку антенны. Поэтому, если вы постоянно убираете антенну, перед установкой очищайте, протирайте поверхность установки даже если Вам кажется, что она чистая. Пыль очень коварна.
Всем спасибо! Ваш SanSanich. 55! 73!

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
Всего голосов: 3

Комментарии

Аватар пользователя Marllboro

Согласен. пыль очень коварна.Очень когда намокнет.

Вверх
Проголосовали 0 пользователей.

В начале статьи по красному графику,показания вертикальной шкалы нужно разделить на 10 ,так пишет автор.Может надо разделить на 100,а то ксв какой-то большой получается,или я чего то не понял?

Вверх
Проголосовали 0 пользователей.

А ещё попадаются машины перевёртыши,крыша вся в шпаклёвке,там и без тряпочки беда с работой антенны.

Вверх
Проголосовали 0 пользователей.
Аватар пользователя SanSanich

Да,все верно.Немного опечатался.Спасибо за внимательность.

Вверх
Проголосовали 0 пользователей.

RA3VMK на 145.250/433.075

Аватар пользователя SanSanich

Что касается шпатлёвки, то особо не задумывался об этом.Поэтому даже и не знаю , что ответить.

Вверх
Проголосовали 0 пользователей.

RA3VMK на 145.250/433.075