有关大环的理论知识

drzhu

最近对大环感兴趣，看到一篇文章，和大家分享。翻译不一定准确请各位高人指正。


                                                                                                   大环天线
大体介绍
    一种替代长电线天地线系统的方案是把谐振线圈做成一个大环。这个大环大到能接收足够能量驱动收音机。此方法适用于信号较强地区。因为大环接收的能量比起长电线天地线系统要相对少些。
    大环对电磁波的磁场产生响应，而线状天线对电磁波的电场部分产生响应。和由于小于四分之一波长而方向性不明显的线状天线不同，大环天线的方向性很强，它的平面必须和发射塔（电波）方向垂直才能获得信号。
    大环可以是大的空心线圈（有代表性的面积是0.5-1平方米），也可以是绕在铁氧体磁棒上的小线圈。小的铁氧体线圈效率很低却是唯一确实可行的适用于市售AM收音机的小天线。
大的空心线圈可以用于做矿机天线，但仅限于信号强的地区。铁氧体线圈天线也可以用于矿机但仅限于信号非常强的地区。
“eH电高度”
    从大环获得的信号电压是由电波信号强度（伏特／米）乘以大环的“电高度”（米）得来。
    “电高度”不是几何尺寸（虽然和大环面积成比例关系）而是特征单位（此处理解为获得信号强度能力的度量单位）。以下公式用于计算大环的“电高度”
eH=2*π*N*A*μe/L
其中        
eH代表“电高度”（米）
N 代表线圈圈数
A 代表大环面积（平方米）
μe 指线圈核心的相对磁导率(空气 = 1, 铁氧体大概几十到几百)
L 是电波长度。（比如1MHz的频率波长为300米）
（可见，大环获得的能量多少，和线圈圈数成正比，和大环面积成正比，和大环核心的相对磁导率成正比，和接收电波的波长成反比也就是和频率成正比。通俗的说，面积大的、圈数多的、带有铁氧体的接收电波频率高的大环更容易收到信号。大家知道同样长度的线以圆形围出来的面积最大，所以做个圆形的大环最有效率。）
举个例子：一个边长0.43米，绕18圈的正方形空气芯大环，其在频率为1Mhz的电波下的“电高度”是eH = 6.28 * 18 * 0.432 * 1 / 300 = 0.070 米。那么，在强度为100 mV/meter的场强下大环将产生 7 mV（100*0.070）信号电压。这个计算假设大环没有谐振。如果大环在1Mhz下谐振，这个7mV还要乘以谐振和二极管检波网络的Q值。这个Q值一般在20或更多，所以最后会有140mV信号流入耳机。
（可见提高谐振和检波网络的Q值也会大大提高接收信号电压。这个Q值提高的幅度很大）
    一个铁氧体环可能会是在9mm直径的铁氧体磁棒上绕100圈，具有125的初始磁导率。（初始磁导率是制造商使用的参数术语），真实的或者说有效的磁导率一般比这个数值小并且是和磁棒几何特点有关的复杂函数，其计算超出本章节讨论范围。但其代表性数值是50. 所以此磁棒环的电高度是（还是假设1MHz电波）
eH = 6.28 * 100 * (3.14 * 0.0092 / 4) * 50 / 300 = 0.0067米
在Q为 20时，最终有效信号电压为13.3 mV（0.0067*20）
此数值几乎是空气大环的十分之一。这个计算不是在浪费时间，而是说明除非你拥有很强的电波场强 (比如1000 mV/meter) ，否则最好不要使用铁氧体线圈做矿机天线。边长40到50 cm的正方形大环大概是适于搬动的最大的大环了。如果搬动不是问题，那你可以考虑超过一米边长的大环从而获得更高的接收信号电压。更大的大环只需要更少的圈数达到所需电感值从而更有效率。




总结：如果要使得大环成功接收信号，以下方面值得考虑：

1 尽量做个面积大的大环    提高A
2 圈数可以绕多一些（电感量需要控制不能超出调谐范围），是否考虑使用小电容？  提高N
3 插几个磁棒试一试？  提高 相对磁导率
4 接收高端频率似乎更容易     提高频率（这不是我们可以选择的，难道低端台就不收了？）
5 最重要的是，努力提高调谐和检波网络的Q值。（这里面就大有文章可做了，值得大家讨论。）
6 还有一点别忘记，电台的方向在哪？大环平面要与它垂直正对。

补充内容 (2017-2-13 10:58):
1  最近实验结果，发现不是绕的圈数越多就越好，比如绕12圈和24圈，并没有把耳机的音量扩大一倍，甚至几乎没有区别且选择性变差。 2  在四支捆绑磁棒上绕李兹线，也没有取得50cm边长正方形大环的效果，收不到信号。

大千世界

爱鼓捣无线电 发表于 2017-2-6 23:21
说的是啊，有同感，大环实际做时，实验很麻烦的，

一．大环的线径不能太细，在不考虑成本本的前提下，线径还在大一些的好。
二．线径比大环直径更重要，大线径的小面积大环比小线径大面积的大环灵敏度要高。
三．大环匝数最少要3圈，很多线直桶线圏3圏是完美匝间亙感。也就是说有想做超级大环的人，最好是3圈大线径绕法，效果最好。
四．大环形式确定以后，可以通过匝间距的设定来调整电感量确定收听范围。
五．大环本身就是非常高Q值的线圈，根本就不存在混台，窜台的问题，大环矿机的选择性非常好，非常适合于远距离接收，而且方向调整比长线天线容易的多。如果接收位置理想，《千里之外》在夜晚很容易实现。

大千世界

jjj 发表于 2017-2-7 08:19
矿友节日好；
大环的高频电阻，匝间距，线径，分布电容等的影响。不像文章中写的那么简单。
圈数少绕为好 ...

如果是制成普通的大环，线径最好大于1平方mm，周长1米左右，匝间距1厘左右。匝数10圏上下。2Ap9足以收听o

爱鼓捣无线电

很好的文章，谢谢分享，
我正在用2，5平方的镀银线制做直径3，5米的软中波大环，效果应该会不错的，

爱鼓捣无线电

2549608436 发表于 2017-2-6 19:33
直接从发射机房拉一根线出来使用，不是连天线都省了吗？

大环虽然可以让你提高接收到的信号强度，可是能 ...

总结：如果要使得大环成功接收信号，以下方面值得考虑：

1 尽量做个面积大的大环    提高A
2 圈数可以绕多一些（电感量需要控制不能超出调谐范围），是否考虑使用小电容？  提高N
3 插几个磁棒试一试？  提高 相对磁导率
4 接收高端频率似乎更容易     提高频率（这不是我们可以选择的，难道低端台就不收了？）
5 最重要的是，努力提高调谐和检波网络的Q值。（这里面就大有文章可做了，值得大家讨论。）
6 还有一点别忘记，电台的方向在哪？大环平面要与它垂直正对。

爱鼓捣无线电

大环方向应该是轴向与电台垂直吧，

大千世界

大环不是那么容易做的，匝间距，线径，分布电容等的影响。不像文章中写的那么简单，而且每实试一次所用的时间也是很多。

爱鼓捣无线电

倒行逆施 发表于 2017-2-6 21:47
如果绕一个大环，线径0.5mm，外径1.5mm（铁佛龙），绕个0.5M直径的大环，200圈。下端用R40C1磁环。初级100 ...

楼主想法很好，应该试试，
我正在试制直径3，5大环谐振+R40C1磁环，双回路矿机，主机已经完工，就差大环天线了，实验时效果相当的好，

爱鼓捣无线电

大千世界 发表于 2017-2-6 19:57
大环不是那么容易做的，匝间距，线径，分布电容等的影响。不像文章中写的那么简单，而且每实试一次所用的时 ...

说的是啊，有同感，大环实际做时，实验很麻烦的，

jjj

矿友节日好；
大环的高频电阻，匝间距，线径，分布电容等的影响。不像文章中写的那么简单。
圈数少绕为好。

大千世界

倒行逆施 发表于 2017-2-6 21:47
如果绕一个大环，线径0.5mm，外径1.5mm（铁佛龙），绕个0.5M直径的大环，200圈。下端用R40C1磁环。初级100 ...

大环本身的选择性就是非常高的，再形成双回路蛇足！

drzhu

爱鼓捣无线电 发表于 2017-2-6 19:28
很好的文章，谢谢分享，
我正在用2，5平方的镀银线制做直径3，5米的软中波大环，效果应该会不错的，

感谢前辈关注，想问问为何是镀银线不是李兹线呢？不是中波用李兹线好吗？李兹线做大环是否Q会提高？

jjj

大千世界 发表于 2017-2-7 08:45
如果是制成普通的大环，线径最好大于1平方mm，周长1米左右，匝间距1厘左右。匝数10圏上下。2Ap9足以收听o

大千世界 好；我完全同意您的高见。
直经250MM*高100MM(比率2.46)、高Q大环