"Радиолюбитель", №10, июль, 1925 год, стр. 224-225

Расчет приемных рамок

Инж. Л. Слепян
(Статья для подготовленного читателя)

Среди появившейся у нас в настоящее время в изобилии радиолюбительской литературы имеются также специальные справочники для радиолюбителей. Передо мной находятся два таких справочника, различно составленные, при чем один из них принадлежит перу несомненно вполне компетентного составителя ¹). Тем не менее в обоих справочниках приводятся для расчета приемных рамок совершенно неудовлетворительные "графики Блаттермана" с указанием на то, что эти графики составлены на основании специальных опытов и данных английской практики.

Несмотря на сравнительно большую распространенность приемных рамок и возможность весьма просто подойти к подбору рамки для определенной волны, до сих пор нередко придерживаются самых превратных представлений о них. Так, например, господствует мнение (оно также приведено в одном из указанных справочников), что наилучшими для приема коротких волн являются рамки большого размера с малым числом витков, для длинных же волн, наоборот — рамки малого размера с большим числом витков; между тем, как при рациональном построении большие рамки дают значительно лучшие результаты одинаково как при коротких, так и при длинных волнах.

Что касается упомянутых графиков Блаттермана, то они по многим основаниям не заслуживают помещения в справочниках для радиолюбителей. Они не дают возможности подсчитать рамки для наиболее важного любительского диапазона, 300—1500 метров, приводят размеры рамок в неудобной для нас величине, в квадратных футах, а главное, во всех случаях заставляют брать число витков значительно меньше того, что следует рекомендовать. Кроме того, они создают ложное представление об относительном качестве рамок, приводя на основании кривых для "коэффициента“ чувствительности рамок к заключению, что для каждой волны есть свой наивыгоднейший размер витка: для волны в 1500 метров — 10 кв. футов, для волны в 3000 м. — 6 кв. футов и т. п. В действительности для всякой волны приемная рамка тем лучше, чем больше размер витка, при чем размер этот ограничивается или конструктивными основаниями или собственной волной рамки. "Чувствительность" же рамки определяется преимущественно ее действующей высотой.

Приведем два примера неправильных заключений, к каким приводят графики Блаттермана. Для волны в 1500 метров эти графики дают совершенно определенный результат: наилучшая рамка должна иметь 12 витков по 10 кв. футов, рамки с площадью в 15 кв. фут. или в 6 кв. фут. будут хуже. В действительности при размере в 10 кв. фут., т.-е. для рамки около 1 × 1 метр следует взять для волны в 1500 метр, около 30 витков, так как при 12 витках прием будет значительно слабее. Кроме того, при площади в 15 кв. фут., т.-е. при рамке приблизительно 1,2 × 1,2 метра (25 витков) можно получить несколько лучший результат и еще лучший при рамке больших размеров.

Другой пример берем для волны 3.200 метров. По графикам Блаттермана оказывается, что рамки в 15 и 10 фут. дадут лучшие результаты, чем рамки в 6 кв. фут. (т.-е. 0,73 × 0,73 мтр.), при чем для последней следует взять 55 витков. 3200 мтр. — это старая волна телефонной передачи радиостанции им. Коминтерна. Мне пришлось однажды одновременно испытать прием ее в Ленинграде на три типа рамок помощью четырехлампового усилителя высокой частоты. Рамки были: первая размерами 0,4 × 0,4 метра и имела около 150 витков, вторая имела 40 витков при 1 × 1 метр и третья 40 витков, размерами 2 × 2½ метра. Последняя рамка давала прекрасный прием. Этот тип рамки принят для радиостанций Роста (более 50 радиостанций) и специально предназначался для волн 2500—3500 метров. Вторая рамка давала еще удовлетворительный прием, хотя и значительно слабее последней. Наконец, первая — малая рамка позволяла при тщательной регулировке усилителя отчетливо различать все слова передачи, но прием был, разумеется, гораздо слабее, чем для первых двух. Не может быть сомнений в том, что рамка размерами 0,73 × 0,73 метров должна была бы дать промежуточный результат, т.-е. прием более сильный, чем малая и более слабый, чем средняя рамка. Отметим еще, что средняя рамка имела 40 витков потому, что она предназначалась для более коротких волн; для 3200 метров при размере 1 × 1 мтр. следует взять не менее 60 витков, при размере же 0,73 × 0,73 мтр. (6 фут.) число витков должно быть 70—80.

Мы излагаем в дальнейшем основные соображения, которыми следует руководиться в подборе рамок, и приводим графики, облегчающие подсчет для тех, кто не хотел бы задумываться над более детальным расчетом в каждом частном случае. Рамки предполагаются квадратной формы и состоящими из одинаковых витков, т. н. соленоидальными. Плоские спиральные рамки труднее рассчитывать и лучше вести расчет по среднему витку.

Рис. 1. Обычная схема приема на рамку.

При приеме на рамку пользуются обыкновенно схемой рис. 1. Прием будет тем сильней, чем больше разность потенциалов на зажимах конденсатора. Эта последняя величина зависит от электродвижущей силы, индуктируемой в рамке проходящими электромагнитными волнами и от затухания рамки. Чем больше первая и чем меньше вторая величина, тем больше сила приема. Для определения силы индукции в рамке удобно пользоваться понятием о ее действующей высоте. Это есть высота такой антенны, которой данная рамка эквивалентна. Она определяется простой формулой, которую мы приводим:

Здесь hd — действующая высота, n — число витков рамки, S — площадь одного витка и λ — длина принимаемой волны. Мы видим, что сила приема будет возрастать с увеличением числа витков и размеров каждого витка.

Величину затухания рамки найти не так просто, так как сопротивление рамки подсчитать довольно трудно. Но следует еще иметь в виду, что затухание самых рамок, особенно малых и средних, само по себе очень мало. Оно заметно возрастает за счет потерь в присоединенной к рамке цепи с лампой или детектором. Нередко эти последние имеют наибольшее значение и можно не считаться с увеличением затухания самой рамки, если только возрастает ее действующая высота.

При увеличении числа витков увеличивается действующая высота и уменьшается затухание рамки. Следовательно, получается двойной выигрыш. При увеличении площади витков, при чем число их приходится уменьшать, получается увеличение действующей высоты, но в то же время возможно и повышение затухания. Практически первое преобладает, так что оказывается всегда выгодным увеличивать размеры рамки. Таким образом, получаем следующее общее положение: размеры рамки и число ее витков следует брать наибольшими, допустимыми для заданной волны.

Размеры рамки выбирают, ограничивая их общими проектными соображениями. Для любительских целей берут комнатную рамку или настольную, не больше 0,5 × 0,5 метра, или рамку средних размеров: 1 × 1 метр, 1½ × 1½ метра. Редко можно допустить размер 2 × 2 метра. Для специальных целей строят рамки шестиугольные, диаметром 3, 4 и более метров. При этом приходится устраивать для них и специальные помещения. Наружные рамки, рамочные антенны можно делать и больших размеров, подвешивая их на особых мачтах. Рациональным типом являются так наз. Брауновские рамки, квадратной формы, обращенные вершиной к земле с одной диагональю,параллельной мачте.

Размер рамки, таким образом, задается при расчете, число же витков ее приходится ограничивать так, чтобы собственная волна ее не была слишком велика и чтобы не было затруднительно настраиваться на требуемую волну. Собственная емкость комнатных рамок очень мала; поэтому емкость соединительных проводов, начальная емкость переменного конденсатора и, наконец, добавочная емкость от присоединения цепи лампы или детектора, которые вместе дают до 150 см., значительно удлиняют волну рамки. Для удобства настройки следует считать, что к рамке присоединяется в общем до 200 см. Если собственная емкость рамки будет 25 см., то, следовательно, наименьшая волна, удобная для приема простыми любительскими средствами, будет в 3 раза больше собственной волны рамки. Приводим таблицу собственных емкостей рамок и практически удобных наименьших удлинений.

Если рамка рассчитывается на прием определенной волны, то на основании этой таблицы находим собственную волну рамки (λ₀), какую можно допустить. λ — будет также наименьшая волна, на которую будет удобно настраивать взятую рамку. Зная собственную волну рамки, определяем общую длину провода (2l), какую следует взять для рамки, так как для отношения

Таким путем находим числа витков рамок для приема различных волн, соответствующие разным размерам рамок. Это числа приведены в графиках на рис. 2.

	Размер рамки мтр.	Длина волны в метрах.
		300	500	1000	1500	2000	3000	4000
	0,5 × 0,5	8	12	25	36	50	75	100
	1 × 1	5	8	18	28	36	58	80
	1½ × 1½	4	7	14	22	28	45	60
	2 × 2	4	6	12	18	24	38	50
	3 × 3	3	5	10	15	20	30	40
	10 × 10	—	2	4	6	8	10	12
	20 × 20	—	—	2	3	4	5	6

Рис. 2. Графики и таблицы числа витков в зависимости от длины волны и размеров рамки.

Пользование данными графиками весьма просто. Размеры рамки выбираются, как указано, в зависимости от места и конструктивных соображений. Рамка строится для приема на одной главной волне или по наиболее короткой волне, какую хотят принимать, при чем следует иметь в виду, что для более длинных волн прием будет ослабевать. Пересечение кривой для данного размера (напр., 1 × 1) с вертикальной линией, соответствующей требуемой длине волны, даст число витков рамки. Другие размеры для рамки следует брать согласно следующих указаний.

Шаг обмотки, т. е. расстояние между витками, должно быть для рамок со стороной менее 1 метра равно 3—5 мм., для рамок в 1 м. — от 5 до 10 мм.; для рамок в 1½—2 мтр. — 10—15 мм. и т. д. Диаметр провода для малых и средних рамок — не менее 1 мм., для больших — 2 мм. Не следует применять бронзовый провод, а брать нелуженый медный.

Для настройки на нужную волну по схеме, изображенной на рис. 1, требуется переменный конденсатор. Он должен быть воздушный, при чем удобнее всего брать его с емкостью до 500 см. для возможности более тонкой настройки.

Для оценки качества рамки и расчета или подбора для нее подходящего усилителя весьма полезно знать ее действующую высоту, которая может быть вычислена по приведенной выше формуле. Для рамок, соответствующих приведенным выше графикам, мы даем кривую действующих высот (см. рис. 3). Для различных волн при одном и том же размере рамки (площади одного витка) получаются достаточно близкие значения действующей высоты, если рамка подобрана по нашим графикам. Эта величина существенно изменяется лишь с размерами рамки. Кроме того, кривая рис. 3 учитывает влияние увеличения затухания с увеличением размеров рамки, так что она дает действующую высоту в предположении, что затухание рамки с нагружающей ее присоединенной цепью равно 0,025. Для антенн получаются обычно значительно большие значения затухания (0,1 и более), если не применена в приемнике обратная связь.

Рис. 3. Графики зависимости действующей высоты от размеров рамки.

Мы видим, какие малые значения имеет действующая высота рамок малых размеров; даже для средних рамок она составляет всего 10—20 см. и, следовательно, значительно уступает даже плохим городским антеннам. Поэтому для приема на рамку приходится обычно добавлять в усилителе 2 лишние ступени сравнительно с приемом на антенну. Но, как известно, получаемая чистота приема и относительная свобода от мешающих действий нередко оправдывают это осложнение.