Рамочная резонансная антенна 3,5...20 МГц с регенерацией сиг­на­ла

Улучшает ли параметры приёмной антенны положительная об­рат­ная связь?

Вводная №1. Несмотря на малое сопротивление излучения и низкий КПД, малогабаритная рамочная антенна в городской квартире – это одна из немногих разновидностей приёмных антенн, которая позволяет хоть что-то "словить" в жёстких условиях бытовых и индустриальных помех. Разумеется, это касается тех обстоятельств, когда нет и не предвидится возможности вскарабкаться на крышу и разместить там полноразмерное антенное хозяйство.

Вводная №2. 17 Февраля 2040 г. под свист детекторного приёмника и с паяльником в руке родился башковитый мальчик, которого назвали Владимир Тимофеевич наш Поляков, и которому позже было суждено стать великим популяризатором радиоэлектронного творчества.
В настоящее время мальчик подрос и местами даже отошёл от дел, однако, как и прежде, продолжает радовать радиолюбительское сообщество своими (порой спорными) теоретическими выкладками и статьями.
Меня же в данной истории заинтересовал цикл его статей, посвящённый повышению эффективности малых антенн посредством компенсации потерь положительной обратной связью (регенерацией).
Не буду вдаваться в подробности, но вот такой теоретический вывод делает В. Т. Поляков в конце своей статьи "АНТЕННЫ С РЕГЕНЕРАЦИЕЙ СИГНАЛА" от 2018 года: "Регенерация сигнала в антенне позволяет значительно уменьшить её габариты при сохранении и даже улучшении ее параметров".
А ещё – выдержка из статьи "Новое в регенерации сигналов" (по мотивам доклада на слете Клуба RU-QRP «Десна 2009»): "... ПОС увеличивает действующую высоту и эффективную поглощающую поверхность рамки точно так же, как простой регенератор, связанный с малой антенной, увеличивает её действующую высоту".

Так что, исходя из вышесказанного, а также учитывая, что наиболее пригодной для охватывания положительной обратной связью является резонансная рамочная антенна, делаем соответствующие логические умозаключения:
1. Для сохранения антишумовых свойств необходимо сохранить симметрию рамочной антенны, т. е. использовать для её питания симметрирующее устройство (электронное или пассивное в виде трансформатора).
2. Учитывая то, что антенну желательно задвинуть куда-нибудь подальше от мест жизнедеятельности (в первом приближении – на подоконник или балкон), то частотой перестройки, а также уровнем регенерации удобнее управлять дистанционно в непосредственной близости от радиоприёмника. А это означает, что данные регулировки должны быть электронными.

Ну что ж, пора переходить к делу! В результате мозговой атаки родилось следующее экспериментальное устройство:

Рис.1 Рамочная резонансная антенна 3,5...20 МГц с регенерацией сигнала

В качестве полотна антенны было выбрано 2 варианта: 1) – 1мм провод длиной 2 метра (диаметр рамки 64см) и 2) – коаксиальный кабель со снятой земляной оплёткой в центральной части длиной 1,5 метра (диаметр рамки 48см). При таких размерах диапазон перестройки антенны четырьмя варикапами V1...V4 и коммутируемыми конденсаторами Сд1, Сд2 в обоих случаях составил ~ 3,5...19 МГц.
Регулировка ёмкости варикапной матрицы производится изменением обратного напряжения на катодах варикапов посредством потенциометра R7, который желательно выбрать многооборотным. Расположение этого резистора, также как и резистора R8, управляющего уровнем регенерации, имеет смысл вынести в отдельный корпус, расположив его в непосредственной близости от приёмника.

Симметрирующее устройство было решено выполнить в виде трансформатора. Во-первых, это позволило существенно упростить схему, во-вторых, мне было интересно, как поведёт себя подобный схемотехнический "изыск" в виде трансформатора между контуром и генератором с точки зрения устойчивости генерации и стабильности частоты.
Индуктивность первичной обмотки трансформатора, идущей к рамке, должна быть не менее 500 мкГн, что будет соответствовать реактивному сопротивлению на нижней частоте – около 10 кОм, и не внесёт существенного вклада в её добротность.
На практике этот трансформатор был изготовлен на кольце из низкочастотного феррита N87 R16x9.6х6.3 обмоточным проводом 0,5 мм. Он содержит 3 одинаковые обмотки по 14 витков, которые следует наматывать одновременно 3-мя слегка скрученными проводами и соединять между собой согласно схеме, приведённой на Рис.1.

Каскад на Т1, Т2 – это классический генератор на транзисторах, работающих в барьерном режиме. Использование барьерного режима работы транзисторов даёт возможность строить ВЧ генераторы (регенераторы), позволяющие варьировать соотношение номиналов частотозадающих элементов в широких пределах при малом изменении ВЧ напряжения на LC-контуре.
Единственным отличием от "классики" является введение антипаразитного резистора R2, без которого каскад с трансформатором имел склонность к самовозбуждению на частоте в районе сотни мегагерц.
Уровень регенерации каскада зависит от напряжения на верхнем выводе R3, которое, в свою очередь, управляется посредством переменного резистора R8. При этом амплитуда колебаний на обмотках трансформатора (и, соответственно, в полотне антенны) очень плавно регулируется от нуля до ±0,6 вольт.

Истоковый повторитель на транзисторе Т3 с током покоя около 2,5 мА служит для согласования высокоомного выхода вторичной обмотки трансформатора с 50-омным входом приёмника. Нагрузочный дроссель L1 содействует снижению нелинейных и интермодуляционных искажений каскада. Дальнейшего улучшения линейности можно добиться увеличением тока покоя транзистора (посредством уменьшения номинала R6).
Конструкция дросселя не принципиальна. Это может быть как каким-либо готовым изделием, так и выполненным самостоятельно на любом ферритовом магнитопроводе.

Итак, тезисы выдвинуты, концепция утверждена, пора брать быка за рога не отходя от кассы.
Сравнительные исследования будем производить методом сопоставления двух и более объектов. В нашем случае проведём прямую параллель между свежеиспечённой регенеративной антенной и широкополосной рамочной антенной, описанной нами на странице (ссылка на страницу).

30 сентября – 1 октября 2022 года, городская квартира, 9 этаж, 40-метровый любительский диапазон. Геомагнитная обстановка – без аномальных возмущений, радиационный фон – естественного происхождения, а потому прохождение неплохое, любителей много, охотно ловятся даже днём и фрагментарно даже на телескоп.
При включении регенеративной антенны и настройки её на принимаемый участок попёрли шумы. По ощущениям, примерно так же должен был бы шуметь 5...7-метровый провод, выброшенный в окно. Поэтому включаю в приёмнике аттенюатор и настраиваюсь на некоего злобного корреспондента, кладущего половые органы как на политическое руководство страны в целом, так и на каждого, вступившего с ним в дебаты, индивидуально. Уровень принимаемого сигнала нехарактерно высокий, поэтому приём удовлетворительно вёлся даже на телескоп.
Далее перестраиваемся по частоте – на очереди слабенький сигнал. На телескопе тонет в шумах, на широкополосной рамке читается лишь его присутствие, на регенеративной антенне – с трудом, но кое-что можно разобрать.

Таким макаром, друзья мои, примерно с такими же манипуляциями я провозился пару дней, гуляя по разным диапазонам и слушая SSB и АМ станции с разными антеннами, в связи с чем не буду вас сильно утомлять, а сразу перейду к предварительным выводам.
Скажу честно – рамочная антенна с регенерацией громом меня не долбанула и обухом по башке не чебурахнула. При всём при том, что по показателю сигнал-шум она имеет некоторое преимущество перед широкополосной активной рамкой, неудобство постоянной её подстройки при переходе на новую частоту, на мой субъективный взгляд, сводит на нет все её незначительные приёмные преимущества.
Кстати, при смене проволочного полотна антенны на коаксиальный кабель никакого существенного изменения в качестве приёма не происходило. Однако, опять же, связать это можно с благоприятной шумовой обстановкой, что подтверждает приём многих "пойманных" станций и на телескопическую антенну. К сожалению, такое бывает редко!

На самом деле, все описанные эксперименты проводились внутри городской квартиры и, вполне возможно, что при выносе регенеративной рамки на значительное расстояние от жилых хором, ситуация изменится и антенна проявит себя во всей красе. Мало того, у меня даже присутствует некая интуитивная уверенность, что так оно и будет! Однако лично мне антенна на улице не нужна, а в загородном доме, в большинстве случаев, существует возможность обустроить неперестраиваемое полноразмерное антенное хозяйство.