3.2.3. Расчет ферритовой антенны

Чаще всего радиовещательные приемники строятся с одной общей ферритовой антенной на два диапазона: ДВ и СВ. Проектирование двухконтурной антенны имеет свои особенности, однако основные этапы проектирования остаются такими же, что и при расчете однодиапазонной антенны. В данном пособии расчет двухдиапазонной антенны не рассматривается.

Первым шагом проектирования является выбор типа и размера сердечника для магнитной антенны. Сердечники выпускаются промышленностью круглого, либо прямоугольного сечения из ферритов различных марок (феррит – материал типа керамики, состоящий из окислов железа, никеля, марганца и других металлов). Основной характеристикой феррита является значение начальной магнитной проницаемости (относительной) _н. Для диапазона ДВ обычно выбирают значение _н = 600 или 1000, для диапазона СВ соответственно 400 или 600. Из имеющихся типоразмеров (приводятся в справочниках), если нет ограничений на габариты, следует выбрать сердечник наибольшей длины и наибольшего поперечного сечения, так как действующая высота ферритовой антенны тем больше, чем больше длина и объем стержня. Если нет справочных данных, можно считать, что стержни круглого сечения выполняются диаметрами 8 и 10 мм, а длина их может быть 60, 80, 100, 125, 140, 160 или 200 мм.

Следующий этап – определение действующей высоты антенны. Достаточно подробно расчет h_д изложен в [ ]. Для магнитной антенны с ферритовым сердечником известно выражение

(3.27)

где  - число витков катушки,

S_с - площадь сечения сердечника,

S_к - площадь витка катушки,

_h - относительная магнитная проницаемость сердечника, которую «чувствует» магнитная антенна;

(S_c/S_к) – коэффициент, зависящий от соотношения диаметров сердечника и катушки;

 - длина волны, соответствующая частоте принимаемого сигнала.

Обычно расчеты выполняют для f_o = f_мин так как на наименьшей частоте диапазона труднее всего выполнить требования ТЗ к чувствительности приемника.

Обычно площадь витка катушки и площадь сечения сердечника отличаются мало. Для этого случая можно приближенно считать

. (3.28)

Выражение (3.27) с учетом (3.28) упростится:

. (3.29)

Величина _h показывает, во сколько раз повышается эффективность магнитной антенны при помещении внутри нее ферритового сердечника. Значение _h всегда меньше, чем проницаемость самого сердечника, так как он пронизывается не всеми магнитными силовыми линиями поля, а только частью. Поэтому _h зависит не только от начальной проницаемости сердечника _н, но и от расположения катушки на нем. С учетом этого, вместо (3.29) используют другое выражение:

, (3.30)

где _{h макс} – максимально возможное значение _h, зависящее от значения _н и геометрических размеров сердечника. Для определения _{h макс} используют специальные графики [ ]. При отсутствии графиков можно воспользоваться приближенными соотношениями:

, (3.31)

где l_c, d_c – длина и диаметр сердечника,

. (3.32)

Функция (X,Y) отражает влияние длины катушки и ее размещения на сердечнике. Если l_к – длина катушки, а а – смещение центра катушки от центра сердечника, то

, (3.33)

а (X,Y) может быть определена по графикам [], либо по формуле:

. (3.34)

Поскольку число витков катушки  определяется обычно на завершающей стадии проектирования магнитной антенны, выражение (3.30) может быть видоизменено так, чтобы h_g выражалась через величину контурной индуктивности L_к []:

(3.35)

. (3.36)

Здесь h_{g макс} – в миллиметрах, d_c, d_к, l_c – в сантиметрах, L_к – в микрогенри.

Определив h_g, считают электрический расчет магнитной антенны завершенным. Далее проводится конструктивный расчет, в ходе которого определяют число витков контурной катушки _к, катушки связи _к.т. и коэффициент связи между ними k_к.т., после чего уточняется значение индуктивности катушки связи L_к.т. и ее число витков. Методика конструктивного расчета здесь не приводится, следует воспользоваться любым подходящим литературным источником.

В дальнейшем может оказаться, что полученное значение h_g недостаточно для обеспечения заданной чувствительности приемника. В этом случае следует попытаться использовать дополнительные возможности для увеличения h_g. К таковым можно отнести разбиение контурной катушки на несколько секций, разнесенных друг от друга по длине стержня. При этом заданной индуктивности L_к будет соответствовать большее значение витков _к. Поскольку действующая высота пропорциональна , можно добиться увеличения h_g, для расчета которой применяется в этом случае формула (3.30). Другой способ увеличения h_g, описанный в литературе, заключается в применении нескольких ферритовых стержней, на которых намотаны отдельные катушки.