Введение
Тип радиоантенны
A loop antenna is a radio antenna consisting of a loop or coil of wire, tubing, or other electrical conductor, that for transmitting is usually fed by a balanced power source or for receiving feeds a balanced load. Within this physical description there are two (possibly three) distinct types:
Large loop antennas Large loops are also called self resonant loop antennas or full wave loops; they have a perimeter close to one or more whole wavelengths at the operating frequency, which makes them self resonant at that frequency. They are the most efficient of all antenna types for both transmission and reception. Large loop antennas have a two lobe radiation pattern at their first, full wave resonance, peaking in both directions perpendicular to the plane of the loop Large loops are the most efficient, by an order of magnitude, of all antenna designs of similar size. Halo antennas Halos are often explained as shortened dipoles that have been bent into a circular loop, with the ends not quite touching. Some writers prefer to exclude them from loop antennas, since they can be well understood as bent dipoles, others make halos an intermediate category between large and small loops, or the extreme upper size limit for small transmitting loops: In shape and performance halo antennas are very similar to small loops, only distinguished by being self resonant and having much higher radiation resistance. (See discussion below)
Small loop antennas Small loops are also called magnetic loops or tuned loops; they have a perimeter smaller than half the operating wavelength (typically no more than ~ wave). They are used mainly as receiving antennas, but are sometimes used for transmission despite their reduced efficiency; loops with a circumference smaller than about become so inefficient they are rarely used for transmission. A common example of small loop is the ferrite (loopstick) antenna used in most AM broadcast radios. The radiation pattern of small loop antennas is maximum at directions within the plane of the loop, so perpendicular to the maxima of large loops. Small loops divide into two sub types, depending on the purpose they are optimized for:
Receiving Small receiving loops are compact antennas optimized to capture radio waves much longer than their size, where full sized antennas would be either infeasible or impossible. If their perimeters are kept shorter than they have exceptionally precise "null" directions (where the signal vanishes) which gives a tiny antenna for exceedingly accurate direction finding, better than most moderately large antennas, and as good as many huge antennas. Transmitting Small transmitting loops are optimized for compact antennas that are the "least worst" signal radiators. Small antennas of any kind are inefficient, but when a full sized antenna is not practical, making a small loop with a perimeter as close to as possible (although usually no more than 0.3 wavelength) makes the small loop better for transmitting, although it sacrifices or outright loses the precise "null" direction of smaller small loops.
Петлевая антенна – это радиоантенна, состоящая из петли или катушки проводов, труб или другого электрического проводника, которая для передачи обычно питается сбалансированным источником энергии, а для приема – подключается к сбалансированной нагрузке. В рамках этого физического описания выделяют два (возможно, три) различных типа:
A loop antenna is a radio antenna consisting of a loop or coil of wire, tubing, or other electrical conductor, that for transmitting is usually fed by a balanced power source or for receiving feeds a balanced load. Within this physical description there are two (possibly three) distinct types:
Large loop antennas Large loops are also called self resonant loop antennas or full wave loops; they have a perimeter close to one or more whole wavelengths at the operating frequency, which makes them self resonant at that frequency. They are the most efficient of all antenna types for both transmission and reception. Large loop antennas have a two lobe radiation pattern at their first, full wave resonance, peaking in both directions perpendicular to the plane of the loop Large loops are the most efficient, by an order of magnitude, of all antenna designs of similar size. Halo antennas Halos are often explained as shortened dipoles that have been bent into a circular loop, with the ends not quite touching. Some writers prefer to exclude them from loop antennas, since they can be well understood as bent dipoles, others make halos an intermediate category between large and small loops, or the extreme upper size limit for small transmitting loops: In shape and performance halo antennas are very similar to small loops, only distinguished by being self resonant and having much higher radiation resistance. (See discussion below)
Small loop antennas Small loops are also called magnetic loops or tuned loops; they have a perimeter smaller than half the operating wavelength (typically no more than ~ wave). They are used mainly as receiving antennas, but are sometimes used for transmission despite their reduced efficiency; loops with a circumference smaller than about become so inefficient they are rarely used for transmission. A common example of small loop is the ferrite (loopstick) antenna used in most AM broadcast radios. The radiation pattern of small loop antennas is maximum at directions within the plane of the loop, so perpendicular to the maxima of large loops. Small loops divide into two sub types, depending on the purpose they are optimized for:
Receiving Small receiving loops are compact antennas optimized to capture radio waves much longer than their size, where full sized antennas would be either infeasible or impossible. If their perimeters are kept shorter than they have exceptionally precise "null" directions (where the signal vanishes) which gives a tiny antenna for exceedingly accurate direction finding, better than most moderately large antennas, and as good as many huge antennas. Transmitting Small transmitting loops are optimized for compact antennas that are the "least worst" signal radiators. Small antennas of any kind are inefficient, but when a full sized antenna is not practical, making a small loop with a perimeter as close to as possible (although usually no more than 0.3 wavelength) makes the small loop better for transmitting, although it sacrifices or outright loses the precise "null" direction of smaller small loops.
Большие петлевые антенны. Большие петли также называют саморезонансными петлевыми антеннами или полноволновыми петлями; их периметр близок к одной или нескольким целым длинам волн на рабочей частоте, что делает их саморезонансными на этой частоте. Они являются наиболее эффективными из всех типов антенн как для передачи, так и для приема. Большие петлевые антенны имеют двухлепестковую диаграмму направленности в первом, полном волновом резонансе, с максимумами в обоих направлениях, перпендикулярных плоскости петли. Большие петли на порядок эффективнее всех антенных конструкций аналогичного размера.
A loop antenna is a radio antenna consisting of a loop or coil of wire, tubing, or other electrical conductor, that for transmitting is usually fed by a balanced power source or for receiving feeds a balanced load. Within this physical description there are two (possibly three) distinct types:
Large loop antennas Large loops are also called self resonant loop antennas or full wave loops; they have a perimeter close to one or more whole wavelengths at the operating frequency, which makes them self resonant at that frequency. They are the most efficient of all antenna types for both transmission and reception. Large loop antennas have a two lobe radiation pattern at their first, full wave resonance, peaking in both directions perpendicular to the plane of the loop Large loops are the most efficient, by an order of magnitude, of all antenna designs of similar size. Halo antennas Halos are often explained as shortened dipoles that have been bent into a circular loop, with the ends not quite touching. Some writers prefer to exclude them from loop antennas, since they can be well understood as bent dipoles, others make halos an intermediate category between large and small loops, or the extreme upper size limit for small transmitting loops: In shape and performance halo antennas are very similar to small loops, only distinguished by being self resonant and having much higher radiation resistance. (See discussion below)
Small loop antennas Small loops are also called magnetic loops or tuned loops; they have a perimeter smaller than half the operating wavelength (typically no more than ~ wave). They are used mainly as receiving antennas, but are sometimes used for transmission despite their reduced efficiency; loops with a circumference smaller than about become so inefficient they are rarely used for transmission. A common example of small loop is the ferrite (loopstick) antenna used in most AM broadcast radios. The radiation pattern of small loop antennas is maximum at directions within the plane of the loop, so perpendicular to the maxima of large loops. Small loops divide into two sub types, depending on the purpose they are optimized for:
Receiving Small receiving loops are compact antennas optimized to capture radio waves much longer than their size, where full sized antennas would be either infeasible or impossible. If their perimeters are kept shorter than they have exceptionally precise "null" directions (where the signal vanishes) which gives a tiny antenna for exceedingly accurate direction finding, better than most moderately large antennas, and as good as many huge antennas. Transmitting Small transmitting loops are optimized for compact antennas that are the "least worst" signal radiators. Small antennas of any kind are inefficient, but when a full sized antenna is not practical, making a small loop with a perimeter as close to as possible (although usually no more than 0.3 wavelength) makes the small loop better for transmitting, although it sacrifices or outright loses the precise "null" direction of smaller small loops.
Антенны с гало. Антенны с гало часто описывают как укороченные диполи, согнутые в круговую петлю, концы которой почти не соприкасаются. Некоторые авторы предпочитают не включать их в петлевые антенны, поскольку их можно хорошо понять как изогнутые диполи, другие относят антенны с гало к промежуточной категории между большими и малыми петлями или к верхнему пределу размера для небольших передающих петлей. По форме и характеристикам антенны с гало очень похожи на малые петли, отличаясь лишь саморезонансом и значительно более высоким сопротивлением излучению.
A loop antenna is a radio antenna consisting of a loop or coil of wire, tubing, or other electrical conductor, that for transmitting is usually fed by a balanced power source or for receiving feeds a balanced load. Within this physical description there are two (possibly three) distinct types:
Large loop antennas Large loops are also called self resonant loop antennas or full wave loops; they have a perimeter close to one or more whole wavelengths at the operating frequency, which makes them self resonant at that frequency. They are the most efficient of all antenna types for both transmission and reception. Large loop antennas have a two lobe radiation pattern at their first, full wave resonance, peaking in both directions perpendicular to the plane of the loop Large loops are the most efficient, by an order of magnitude, of all antenna designs of similar size. Halo antennas Halos are often explained as shortened dipoles that have been bent into a circular loop, with the ends not quite touching. Some writers prefer to exclude them from loop antennas, since they can be well understood as bent dipoles, others make halos an intermediate category between large and small loops, or the extreme upper size limit for small transmitting loops: In shape and performance halo antennas are very similar to small loops, only distinguished by being self resonant and having much higher radiation resistance. (See discussion below)
Small loop antennas Small loops are also called magnetic loops or tuned loops; they have a perimeter smaller than half the operating wavelength (typically no more than ~ wave). They are used mainly as receiving antennas, but are sometimes used for transmission despite their reduced efficiency; loops with a circumference smaller than about become so inefficient they are rarely used for transmission. A common example of small loop is the ferrite (loopstick) antenna used in most AM broadcast radios. The radiation pattern of small loop antennas is maximum at directions within the plane of the loop, so perpendicular to the maxima of large loops. Small loops divide into two sub types, depending on the purpose they are optimized for:
Receiving Small receiving loops are compact antennas optimized to capture radio waves much longer than their size, where full sized antennas would be either infeasible or impossible. If their perimeters are kept shorter than they have exceptionally precise "null" directions (where the signal vanishes) which gives a tiny antenna for exceedingly accurate direction finding, better than most moderately large antennas, and as good as many huge antennas. Transmitting Small transmitting loops are optimized for compact antennas that are the "least worst" signal radiators. Small antennas of any kind are inefficient, but when a full sized antenna is not practical, making a small loop with a perimeter as close to as possible (although usually no more than 0.3 wavelength) makes the small loop better for transmitting, although it sacrifices or outright loses the precise "null" direction of smaller small loops.
Малые петлевые антенны. Малые петли также называют магнитными петлями или настроенными петлями; их периметр меньше половины рабочей длины волны (обычно не более ~ длины волны). Они используются в основном в качестве приемных антенн, но иногда применяются и для передачи, несмотря на их пониженную эффективность; петли с окружностью менее чем около становятся настолько неэффективными, что редко используются для передачи. Распространенным примером малой петли является ферритная (loopstick) антенна, используемая в большинстве AM-радиоприемников. Диаграмма направленности малых петлевых антенн максимальна в направлениях, лежащих в плоскости петли, то есть перпендикулярно максимумам больших петель. Малые петли подразделяются на два подтипа в зависимости от цели оптимизации:
A loop antenna is a radio antenna consisting of a loop or coil of wire, tubing, or other electrical conductor, that for transmitting is usually fed by a balanced power source or for receiving feeds a balanced load. Within this physical description there are two (possibly three) distinct types:
Large loop antennas Large loops are also called self resonant loop antennas or full wave loops; they have a perimeter close to one or more whole wavelengths at the operating frequency, which makes them self resonant at that frequency. They are the most efficient of all antenna types for both transmission and reception. Large loop antennas have a two lobe radiation pattern at their first, full wave resonance, peaking in both directions perpendicular to the plane of the loop Large loops are the most efficient, by an order of magnitude, of all antenna designs of similar size. Halo antennas Halos are often explained as shortened dipoles that have been bent into a circular loop, with the ends not quite touching. Some writers prefer to exclude them from loop antennas, since they can be well understood as bent dipoles, others make halos an intermediate category between large and small loops, or the extreme upper size limit for small transmitting loops: In shape and performance halo antennas are very similar to small loops, only distinguished by being self resonant and having much higher radiation resistance. (See discussion below)
Small loop antennas Small loops are also called magnetic loops or tuned loops; they have a perimeter smaller than half the operating wavelength (typically no more than ~ wave). They are used mainly as receiving antennas, but are sometimes used for transmission despite their reduced efficiency; loops with a circumference smaller than about become so inefficient they are rarely used for transmission. A common example of small loop is the ferrite (loopstick) antenna used in most AM broadcast radios. The radiation pattern of small loop antennas is maximum at directions within the plane of the loop, so perpendicular to the maxima of large loops. Small loops divide into two sub types, depending on the purpose they are optimized for:
Receiving Small receiving loops are compact antennas optimized to capture radio waves much longer than their size, where full sized antennas would be either infeasible or impossible. If their perimeters are kept shorter than they have exceptionally precise "null" directions (where the signal vanishes) which gives a tiny antenna for exceedingly accurate direction finding, better than most moderately large antennas, and as good as many huge antennas. Transmitting Small transmitting loops are optimized for compact antennas that are the "least worst" signal radiators. Small antennas of any kind are inefficient, but when a full sized antenna is not practical, making a small loop with a perimeter as close to as possible (although usually no more than 0.3 wavelength) makes the small loop better for transmitting, although it sacrifices or outright loses the precise "null" direction of smaller small loops.
Прием. Малые приемные петли – это компактные антенны, оптимизированные для приема радиоволн, значительно превышающих их размер, в тех случаях, когда антенны полного размера были бы невозможны или непрактичны. Если их периметр поддерживается короче, чем , они обладают исключительно точными "нулями" (где сигнал исчезает), что обеспечивает крошечную антенну для высокоточной пеленгации, превосходящую большинство умеренно больших антенн и сравнимую со многими огромными антеннами.
A loop antenna is a radio antenna consisting of a loop or coil of wire, tubing, or other electrical conductor, that for transmitting is usually fed by a balanced power source or for receiving feeds a balanced load. Within this physical description there are two (possibly three) distinct types:
Large loop antennas Large loops are also called self resonant loop antennas or full wave loops; they have a perimeter close to one or more whole wavelengths at the operating frequency, which makes them self resonant at that frequency. They are the most efficient of all antenna types for both transmission and reception. Large loop antennas have a two lobe radiation pattern at their first, full wave resonance, peaking in both directions perpendicular to the plane of the loop Large loops are the most efficient, by an order of magnitude, of all antenna designs of similar size. Halo antennas Halos are often explained as shortened dipoles that have been bent into a circular loop, with the ends not quite touching. Some writers prefer to exclude them from loop antennas, since they can be well understood as bent dipoles, others make halos an intermediate category between large and small loops, or the extreme upper size limit for small transmitting loops: In shape and performance halo antennas are very similar to small loops, only distinguished by being self resonant and having much higher radiation resistance. (See discussion below)
Small loop antennas Small loops are also called magnetic loops or tuned loops; they have a perimeter smaller than half the operating wavelength (typically no more than ~ wave). They are used mainly as receiving antennas, but are sometimes used for transmission despite their reduced efficiency; loops with a circumference smaller than about become so inefficient they are rarely used for transmission. A common example of small loop is the ferrite (loopstick) antenna used in most AM broadcast radios. The radiation pattern of small loop antennas is maximum at directions within the plane of the loop, so perpendicular to the maxima of large loops. Small loops divide into two sub types, depending on the purpose they are optimized for:
Receiving Small receiving loops are compact antennas optimized to capture radio waves much longer than their size, where full sized antennas would be either infeasible or impossible. If their perimeters are kept shorter than they have exceptionally precise "null" directions (where the signal vanishes) which gives a tiny antenna for exceedingly accurate direction finding, better than most moderately large antennas, and as good as many huge antennas. Transmitting Small transmitting loops are optimized for compact antennas that are the "least worst" signal radiators. Small antennas of any kind are inefficient, but when a full sized antenna is not practical, making a small loop with a perimeter as close to as possible (although usually no more than 0.3 wavelength) makes the small loop better for transmitting, although it sacrifices or outright loses the precise "null" direction of smaller small loops.
Передача. Малые передающие петли оптимизированы для компактных антенн, являющихся "наименее неэффективными" излучателями сигнала. Малые антенны любого типа неэффективны, но когда полноразмерная антенна непрактична, создание малой петли с периметром, максимально приближенным к (хотя обычно не более 0,3 длины волны), делает ее более подходящей для передачи, хотя при этом теряется или полностью исчезает точное "нулевое" направление меньших малых петель.
A loop antenna is a radio antenna consisting of a loop or coil of wire, tubing, or other electrical conductor, that for transmitting is usually fed by a balanced power source or for receiving feeds a balanced load. Within this physical description there are two (possibly three) distinct types:
Large loop antennas Large loops are also called self resonant loop antennas or full wave loops; they have a perimeter close to one or more whole wavelengths at the operating frequency, which makes them self resonant at that frequency. They are the most efficient of all antenna types for both transmission and reception. Large loop antennas have a two lobe radiation pattern at their first, full wave resonance, peaking in both directions perpendicular to the plane of the loop Large loops are the most efficient, by an order of magnitude, of all antenna designs of similar size. Halo antennas Halos are often explained as shortened dipoles that have been bent into a circular loop, with the ends not quite touching. Some writers prefer to exclude them from loop antennas, since they can be well understood as bent dipoles, others make halos an intermediate category between large and small loops, or the extreme upper size limit for small transmitting loops: In shape and performance halo antennas are very similar to small loops, only distinguished by being self resonant and having much higher radiation resistance. (See discussion below)
Small loop antennas Small loops are also called magnetic loops or tuned loops; they have a perimeter smaller than half the operating wavelength (typically no more than ~ wave). They are used mainly as receiving antennas, but are sometimes used for transmission despite their reduced efficiency; loops with a circumference smaller than about become so inefficient they are rarely used for transmission. A common example of small loop is the ferrite (loopstick) antenna used in most AM broadcast radios. The radiation pattern of small loop antennas is maximum at directions within the plane of the loop, so perpendicular to the maxima of large loops. Small loops divide into two sub types, depending on the purpose they are optimized for:
Receiving Small receiving loops are compact antennas optimized to capture radio waves much longer than their size, where full sized antennas would be either infeasible or impossible. If their perimeters are kept shorter than they have exceptionally precise "null" directions (where the signal vanishes) which gives a tiny antenna for exceedingly accurate direction finding, better than most moderately large antennas, and as good as many huge antennas. Transmitting Small transmitting loops are optimized for compact antennas that are the "least worst" signal radiators. Small antennas of any kind are inefficient, but when a full sized antenna is not practical, making a small loop with a perimeter as close to as possible (although usually no more than 0.3 wavelength) makes the small loop better for transmitting, although it sacrifices or outright loses the precise "null" direction of smaller small loops.
Антенны с большим, саморезонансным циклом
Для описания больших контуров в этом разделе предполагается, что рабочая частота радио настроена на первый резонанс антенны-контура. При этой частоте одна длина волны в свободном пространстве немного меньше периметра контура, что является минимальным размером для "большого" контура. На нижних коротковолновых частотах полный контур физически довольно велик, и его единственным практичным размещением является "горизонтальное" – то есть плоскость контура горизонтальна по отношению к земле, а антенный провод поддерживается на относительно небольшой высоте мачтами по всему периметру. Это приводит к горизонтально поляризованному излучению, которое достигает максимума в вертикальном направлении вблизи самой низкой гармоники; такая диаграмма направленности хорошо подходит для региональной связи NVIS, но, к сожалению, обычно неэффективна для установления связи на континентальном уровне. Выше 10 МГц диаметр контура составляет около 10 метров, и становится более целесообразным монтировать контур "в вертикальном положении" – то есть с вертикальной плоскостью контура, чтобы направить главный луч к горизонту. Если частота достаточно высока, контур может быть достаточно мал, чтобы прикрепить его к антенному ротатору для вращения в нужном направлении. По сравнению с диполем или сложенным диполем, вертикальный большой контур расходует меньше энергии на излучение в небо или землю, что приводит к увеличению усиления примерно на 1,5 дБ в двух предпочтительных горизонтальных направлениях. Дополнительное усиление (и однонаправленная диаграмма направленности) обычно достигается с помощью массива таких элементов, как управляемый антенный массив с концевым излучением или в конфигурации Яги – при этом только один контур подключен к питающей линии, а остальные контуры являются "паразитическими" отражателями и директорами. Последняя конфигурация широко используется в любительском радио в виде "квада" (см. фото). Низкочастотные одноволновые контуры, расположенные "горизонтально", иногда используются для локальной связи NVIS. Это иногда называют "ленивым квадом". Его диаграмма направленности состоит из одной основной лепестки, направленной вверх (излучение в сторону земли, которое не поглощается, отражается обратно вверх). На диаграмму направленности и, особенно, на входное сопротивление влияет близость к земле. При подаче более высоких частот входное сопротивление антенны обычно включает в себя реактивную и резистивную составляющие, что требует использования антенного тюнера. По мере увеличения частоты выше первой гармоники диаграмма направленности распадается на несколько лепестков, которые достигают максимума под меньшими углами к горизонту, что улучшает связь на большие расстояния на частотах, значительно превышающих вторую гармонику контура.
Антенны гало
Гало-антенну часто описывают как полуволновую дипольную антенну, согнутую в круг. Хотя её можно отнести к категории изогнутых диполей, она имеет почти такую же всенаправленную диаграмму направленности, как и малоразмерная петля. Гало более эффективно, чем малоразмерная петля, поскольку представляет собой антенну большего размера с непропорционально высоким радиационным сопротивлением. Благодаря значительно более высокому радиационному сопротивлению, гало обеспечивает хорошее согласование импеданса с 50-омным коаксиальным кабелем, а его конструкция менее сложна, чем у малоразмерной петли, поскольку изготовителю не требуется проявлять такую высокую точность, чтобы избежать потерь из-за проводников низкого качества и сопротивления контактов. На длине волны гало-антенна находится близко к верхнему пределу диапазона размеров для "малых" петель, но, в отличие от большинства переразмеренных малоразмерных петель, её можно анализировать с помощью простых методов, рассматривая её как изогнутый диполь.
Практическое применение
В диапазоне VHF и выше физический диаметр гало достаточно мал, чтобы эффективно использоваться как мобильная антенна. Диаграмма направленности горизонтального гало почти всенаправленная – в пределах 3 дБ или меньше – и её можно сделать более равномерной, немного уменьшив размер петли и добавив больше ёмкости между концами элементов. Это не только выровняет усиление, но и уменьшит направленное вверх излучение, которое для VHF обычно расходуется впустую, уходя в космос. Гало менее подвержены помехам от близлежащих электрических искр, чем монополи и диполи – например, от помех зажигания автомобилей.
Электроанализ
Хотя гало-антенна имеет внешне отличный вид, её удобно анализировать как диполь (который также имеет полуволновую излучающую часть с высоким напряжением и нулевым током на концах), согнутый в окружность. Простое использование результатов, полученных для диполя, значительно упрощает вычисления, а большинство характеристик оказываются такими же, как у гало. Характеристики гало также можно моделировать методами, применяемыми к аналогичным "маленьким" передающим контурам умеренных размеров, но для краткости этот сложный анализ часто опускается во вводных статьях о кольцевых антеннах (к сожалению, из-за этого типичного упущения даже хорошо подготовленные специалисты остаются незнакомыми со свойствами "больших" маленьких контуров).
Пробел в ореоле
Некоторые авторы ошибочно полагают, что разрыв в контуре гало-антенны отличает её от малой петлевой антенны – поскольку между двумя концами нет цепи постоянного тока. Однако это различие исчезает на радиочастотах: близко расположенные изогнутые концы с высоким напряжением ёмкостно связаны, и радиочастотный ток протекает через разрыв как ток смещения. Разрыв в гало-антенне электрически эквивалентен настроечному конденсатору малой петлевой антенны, хотя паразитная ёмкость при этом значительно меньше.
Маленькие петли
Малые петли "маленькие" по сравнению с их рабочей длиной волны. В отличие от картины, наблюдаемой у больших петлевых антенн, сила приема и излучения малых петель достигает максимума внутри плоскости петли, а не в направлении, перпендикулярном ей (боковое излучение). Возможность увеличения сопротивления излучению R за счет использования нескольких витков аналогична изготовлению диполя из двух или более параллельных проводников для каждого плеча диполя ("складной диполь"). Малые петли обладают преимуществами в качестве приемных антенн на частотах ниже 10 МГц. Хотя потери в малой петле могут быть высокими, эти потери одинаковы как для сигнала, так и для шума, поэтому отношение сигнал/шум малой петли может не ухудшаться на этих более низких частотах, где преобладающим источником принимаемого шума являются атмосферные помехи и статические разряды, а не внутренний шум приемника. Возможность более удобного поворота антенны меньшего размера может помочь максимизировать сигнал и подавить помехи. Для обеспечения "резкости" нулевых направлений небольших приемных петель используются различные методы конструкции, включая добавление прерывистого экранирования плеч петли и поддержание периметра в пределах длины волны (или не более одной длины волны). Периметры небольших передающих петель, напротив, стремятся сделать максимально большими, до одной длины волны (или даже больше, если возможно), чтобы максимально повысить их обычно низкий КПД, хотя это и снижает резкость нулевых направлений. Антенна с малой петлей также известна как магнитная петля, поскольку реакция электрически малой приемной петли пропорциональна скорости изменения магнитного потока через петлю. На более высоких частотах (или при более коротких длинах волн), когда антенна перестает быть электрически малой, распределение тока по петле может становиться неоднородным, а зависимость между ее реакцией и падающими полями – более сложной. [[Файл:Атмосферный шум. PNG|thumb|right|400px|Уровень атмосферного шума для диапазонов ДВ, СВ и КВ согласно CCIR 322. Например, на частоте 1 МГц шум, создаваемый человеком, может быть на 55 дБ выше уровня теплового шума. Если потери антенны с малой петлей составляют 50 дБ (как если бы антенна содержала аттенюатор 50 дБ), электрическая неэффективность этой антенны окажет незначительное влияние на отношение сигнал/шум приемной системы. В отличие от этого, на более тихих частотах, около 20 МГц и выше, антенна с потерями 50 дБ может ухудшить отношение сигнал/шум до 50 дБ, что приведет к крайне плохой производительности.
Образ излучения и поляризация
Диаграммы направленности антенн-рамок. Расстояние от начала координат пропорционально плотности мощности в данном направлении. Рамка полной волны (слева) излучает максимальную мощность перпендикулярно проводам, с минимумами по бокам, а малая рамка (справа) – максимальную мощность в плоскости своих проводов, с минимумами перпендикулярно проводам. Удивительно, но диаграмма направленности малой рамки перпендикулярна диаграмме большой саморезонансной рамки (периметр которой близок к одной длине волны). Поскольку размер рамки намного меньше длины волны, ток в любой момент времени почти постоянен по всей окружности. По симметрии можно видеть, что напряжения, индуцированные в обмотках рамки на противоположных сторонах, будут взаимно уничтожаться при поступлении сигнала перпендикулярно оси рамки. Следовательно, в этом направлении наблюдается минимум. Вместо этого, диаграмма направленности достигает максимума в направлениях, лежащих в плоскости рамки, поскольку сигналы, принимаемые от источников в этой плоскости, не полностью гасятся из-за разности фаз между прибытием волны к ближней и дальней сторонам рамки. Увеличение этой разности фаз за счет увеличения размера рамки приводит к непропорционально большому увеличению сопротивления излучению и, как следствие, эффективности антенны. Другой способ рассматривать малую рамку как антенну – рассматривать ее как индуктивную катушку, соединенную с магнитным полем в направлении, перпендикулярном плоскости катушки, в соответствии с законом Ампера. Затем рассмотрим распространяющуюся радиоволну, также перпендикулярную этой плоскости. Поскольку магнитные (и электрические) поля электромагнитной волны в свободном пространстве являются поперечными (не имеют компоненты в направлении распространения), можно увидеть, что это магнитное поле и магнитное поле малой антенны-рамки будут под прямым углом друг к другу и, следовательно, не будут соединены. По той же причине электромагнитная волна, распространяющаяся в плоскости рамки, с магнитным полем, перпендикулярным этой плоскости, соединена с магнитным полем катушки. Поскольку поперечные магнитное и электрическое поля распространяющейся электромагнитной волны находятся под прямым углом, электрическое поле такой волны также находится в плоскости рамки, и, следовательно, поляризация антенны (которая всегда определяется как ориентация электрического, а не магнитного поля) считается находящейся в этой плоскости. Таким образом, установка рамки в горизонтальной плоскости создаст всенаправленную антенну с горизонтальной поляризацией; установка рамки вертикально даст вертикально поляризованную, слабонаправленную антенну, но с исключительно резкими минимумами вдоль оси рамки. Критерии размера, благоприятствующие рамкам с периметром, равным длине волны или меньше, обеспечивают четкость минимума приема рамки. Малые рамки, предназначенные для передачи (см. ниже), проектируются максимально большими, чтобы улучшить предельную эффективность излучения, жертвуя резким минимумом за счет использования периметров размером около длины волны.
Настройка входных сигналов приемника
Поскольку малая рамочная антенна по сути является катушкой индуктивности, её электрический импеданс носит индуктивный характер, причём индуктивное сопротивление значительно превышает сопротивление излучения. Для обеспечения связи с передатчиком или приемником индуктивное сопротивление обычно компенсируется параллельным конденсатором. Поскольку хорошая рамочная антенна имеет высокий коэффициент качества (узкую полосу пропускания), конденсатор должен быть переменным и настраиваться в соответствии с частотой настройки приемника. Малые рамочные приемные антенны также почти всегда приводятся в резонанс с помощью параллельного пластинчатого конденсатора, что обеспечивает узкополосный прием, чувствительный только к очень определенной частоте. Это позволяет антенне, в сочетании с (переменным) конденсатором настройки, функционировать как настроенный входной каскад на входе приемника, заменяя предварительный селектор.
Поиск направления с помощью небольших петлей
thumb|right|300pxАнтенна-рамка, приемник и аксессуары, используемые в радиопеленгации в любительском диапазоне (3,5 МГц). Пока периметр рамки не превышает примерно четверть длины волны, диаграмма направленности малой рамной антенны включает в себя резкий минимум в направлении, перпендикулярном плоскости рамки, поэтому малые рамки предпочтительны в качестве компактных пеленгационных антенн для длинных волн. Процедура заключается во вращении антенны-рамки для определения направления, в котором сигнал пропадает – направления минимума. Поскольку минимум возникает в двух противоположных направлениях вдоль оси рамки, необходимо использовать другие методы для определения, с какой стороны антенны находится сигнал в минимуме. Один из методов – использование второй антенны-рамки, расположенной в другом месте, или перемещение приемника в это другое место, что позволяет использовать триангуляцию. Вместо триангуляции вторая дипольная или вертикальная антенна может быть электрически объединена с рамной антенной или антенной-рамкой. Такая антенна, называемая направляющей, при подключении и согласовании второй антенны изменяет комбинированную диаграмму направленности до кардиоидной, с минимумом только в одном (менее точном) направлении. Общее направление передатчика можно определить с помощью направляющей антенны, а затем отключение направляющей антенны восстанавливает четкие минимумы в диаграмме направленности рамной антенны, что позволяет определить точный пеленг.
Антенны для приема радиовещания AM
Малые петлевые антенны обладают потерями и неэффективны для передачи, но могут быть практичными в качестве приемных антенн в средневолновом (520–1710 кГц) диапазоне и ниже, где антенны, размер которых сопоставим с длиной волны, неоправданно велики, а неэффективность антенны несущественна из-за высокого уровня атмосферных помех. AM-радиоприемники (и другие низкочастотные радиоприемники для потребительского рынка) обычно используют малые петлевые антенны, даже если к ним может быть подключена телескопическая антенна для приема FM. Переменный конденсатор, подключенный к петле, формирует резонансный контур, который также настраивает входную каскад приемника, поскольку этот конденсатор синхронизируется с основной настройкой. Многодиапазонный приемник может иметь отводы вдоль обмотки петли для настройки петлевой антенны на существенно различающихся частотах. В AM-радиоприемниках, созданных до изобретения феррита в середине XX века, антенна могла состоять из десятков витков провода, закрепленных на задней стенке приемника – плоской спиральной антенны – или представлять собой отдельную, вращающуюся конструкцию размером с предмет мебели, обмотанную проводом – рамочную антенну.
Феррит
thumb|right|300px|Ферритовая антенная катушка из AM-радиоприемника с двумя обмотками: одна для приема длинных волн, а другая – для приема средних волн (AM-вещания). Примерно длинная. Ферритовые антенны обычно размещаются внутри радиоприемника. Антенны с ферритовой петлей изготавливаются путем намотки тонкой проволоки на ферритовый стержень. Они практически повсеместно используются в AM-радиоприемниках.
Малые передающие петли
Малые передающие петли "малы" по сравнению с длиной волны, но значительно больше, чем малые принимающие петли. Обычно они используются в диапазоне частот от 14 до 30 МГц. В отличие от принимающих петель, размеры малых передающих петель необходимо увеличивать для больших длин волн, чтобы обеспечить достаточное сопротивление излучению, а их больший размер смягчает или устраняет особенно выраженный минимум, характерный для малых принимающих петель.
Использование для наземных мобильных радиостанций
Вертикально ориентированные небольшие петли используются в военных наземных мобильных радиосвязных системах на частотах от 3 до 7 МГц благодаря их способности направлять энергию вверх, в отличие от обычной штыревой антенны. Это обеспечивает ближнюю вертикальную наклонную волновую связь (NVIS) на расстояния до в гористых районах. Для NVIS типичная эффективность излучения около 1% считается приемлемой, поскольку каналы связи могут быть установлены с мощностью излучения 1 Вт или меньше – что достижимо при использовании передатчика мощностью 100 Вт. В военных целях антенна может быть изготовлена из одного или двух проводников в диаметре. Диаметр самой петли обычно составляет 6 футов (2 м).
Пределы мощности и безопасность радиочастот
Одна из практических проблем, связанных с использованием небольших контуров в качестве передающих антенн, заключается в том, что через небольшой передающий контур протекает очень большой ток, а также возникает очень высокое напряжение на конденсаторе – обычно тысячи вольт – даже при подаче всего нескольких ватт мощности передатчика. Чем меньше контур (в длинах волн), тем выше напряжение. Это требует довольно дорогого и физически крупного резонансного конденсатора с высоким пробивным напряжением, а также минимальными диэлектрическими потерями (обычно необходим воздушный конденсатор или даже вакуумный переменный конденсатор). На изображении: коронный разряд вокруг антенной катушки. Несмотря на устрашающий вид, высокое напряжение на согласующей катушке не представляет такой угрозы, как более высокие напряжения, возникающие на перестраиваемых конденсаторах в магнитных петлях. Увеличение диаметра контура снизит напряжение в зазоре, а также повысит эффективность, однако любые другие улучшения эффективности будут стремиться увеличить напряжение в зазоре: эффективность можно повысить, изготовив контур из более толстого проводника; другие меры по снижению потерь в проводнике включают сварку или пайку соединений вместо пайки. Но поскольку уменьшение потерь в проводнике увеличивает добротность (Q) антенны, следствием повышения эффективности является еще большее напряжение на конденсаторе в зазоре контура. Для заданной частоты меньший контур опаснее, чем больший, и, парадоксально, сравнительно эффективный небольшой передающий контур опаснее, чем неэффективный. Проблемы радиочастотных ожогов и поражения электрическим током, возникающие при емкостной нагрузке небольших контуров, более серьезны, чем при индуктивной нагрузке коротких плетей или дипольных антенн: для прямолинейных (или "электрических") антенн согласование с использованием согласующей катушки также генерирует высокие напряжения на концах антенны и в самой катушке, однако, в отличие от конденсаторов, разность высоких напряжений равномерно распределена по длине катушки, и в качестве меры предосторожности она обычно намеренно делается физически длиннее и тоньше, чем более эффективная, короткая форма. Высокое напряжение, как правило, представляет проблему только на верхнем конце катушки, когда оно распределено по ее удлиненной длине, в то время как высокое напряжение на обкладках конденсатора (в идеале) максимально на всей их поверхности. Кроме того, высоковольтные концы монополей и диполей обычно устанавливаются высоко и вне досягаемости, что ограничивает возможность радиочастотных ожогов. В отличие от этого, небольшие петлевые антенны лучше переносят установку вблизи земли, поэтому их высоковольтные части чаще находятся в пределах досягаемости. Таким образом, высокие напряжения, связанные с высокой добротностью, представляют большую опасность для небольших контуров, чем для большинства других небольших антенн, и требуют большей осторожности, даже при очень низкой входной мощности.
Петель питания
В дополнение к другим распространенным методам согласования импедансов, таким как гамма-согласование, небольшие приемные и передающие петли иногда согласуются по импедансу путем подключения кормовой линии к еще меньшей подающей петле внутри области, окруженной основной петлей. Хотя петля все еще должна / может иметь независимое заземление, это обеспечивает отсутствие постоянного электрического соединения основной петли с передатчиком. Основная петля и подающая петля фактически выступают в роли вторичной и первичной обмоток трансформатора, с энергией в ближнем поле, индуктивно переданной из подающей петли в основную петлю, которая, в свою очередь, соединена с резонансным конденсатором и отвечает за излучение большей части мощности. Если и основная, и подающая петли одновитковые, то коэффициент преобразования импеданса вложенных петель почти точно равен отношению площадей двух петель по отдельности или квадрату отношения их диаметров (при условии, что они имеют одинаковую форму). Типичные подающие петли составляют от 1/8 до 1/16 размера основной петли антенны, что дает коэффициенты преобразования от 64:1 до 25:1 соответственно. Регулировка близости подающей петли к основной петле и изменение ее формы вносят небольшие или умеренные изменения в коэффициент преобразования и позволяют точно настроить импеданс точки питания. Для основных петель с несколькими витками, которые чаще используются для средневолновых частот, подающая петля может состоять из одного или двух витков на той же рамке, что и витки основной петли, в этом случае коэффициент преобразования импеданса равен квадрату отношения числа витков на каждой петле.
Антенные, не антенные
Некоторые так называемые "антенны" очень похожи на настоящие петлевые антенны, но предназначены для связи с индуктивным ближним полем на расстояниях 1–2 метра (3–7 футов), а не для передачи или приема электромагнитных волн на большие расстояния в радиационном дальнем поле. Из-за этого различия "антенны" ближнего поля фактически не являются радиоантеннами (при правильной работе в соответствии с их назначением). Аналогично, катушки связи, используемые в системах индуктивной зарядки, независимо от того, работают ли они на низких или высоких радиочастотах, исключаются из рассмотрения в данной статье, поскольку они не являются (или, в идеале, не должны быть) радиоантеннами.
RFID-катушки и индукционное нагревание
Системы индукционного нагрева, индукционные плиты и RFID-метки и считыватели взаимодействуют посредством магнитной индукции ближнего поля, а не посредством передачи волн дальнего поля. Таким образом, строго говоря, они не являются радиоантеннами. Хотя эти системы и не являются радиоантеннами, они работают на радиочастотах и используют небольшие магнитные катушки, которые в профессиональной среде часто называют "антеннами". Однако более правильно рассматривать их как аналоги обмоток слабосвязанных трансформаторов. Несмотря на то, что магнитные катушки в этих индуктивных системах иногда трудно отличить от небольших петлевых антенн, описанных выше, такие устройства способны работать только на коротких расстояниях и специально разработаны для предотвращения передачи или приема радиоволн. Поскольку системы индукционного нагрева и RFID-считыватели используют только переменные магнитные поля ближнего действия, их критерии производительности отличаются от критериев радиоантенн дальнего поля, рассматриваемых в данной статье.