Рамочная антенна — это направленная антенна, которая представляет собой один виток или несколько витков провода. Витки образуют рамку определенной формы, это может быть прямоугольная, круглая или квадратная рамка. В плоскости рамки находится максимальная интенсивность как приема, так и излучения волн. Рамочная антенна также носит название миниатюрного магнитного диполя. Применяются рамочные антенны в радиопеленгаторах, где они выполняют функцию приемной антенны. Кроме этого, приемные антенны используются в радиовещательных приемниках, которые работают в коротких, средних и длинных волновых диапазонах.
Рамочную антенну изобрел К. Браун в 1916 г. Ли де Форест, установив одни из первых радиостанций на пяти базах военно-морского флота США, стал заниматься разработкой нескольких видов антенн, среди них и рамочной антенной.
Входное сопротивление в рамочной антенне имеет индуктивный характер за счет того, что длина рабочей волны превосходит периметр ее рамки. Благодаря этому, присоединив конденсатор переменной емкости к рамочной антенне, можно получить колебательный контур. Контур настраивается на необходимую рабочую волну. Фаза и амплитуда колебаний тока являются постоянными по всему периметру, если только размеры рамки достаточно малы. Направление тока противоположно в элементах, противолежащих друг другу в передающей рамочной антенне. Поэтому электромагнитные волны, которые излучают противолежащие элементы, сдвигаются по своей фазе на 180°. В перпендикулярном плоскости рамки направлении получается полная компенсация излучения, в отличие от других направлений, где компенсация оказывается неполной.
Рамочные, или, по-другому, петлевые антенны используются для приема телевизионных программ. Наиболее часто применяются лампы с двумя или гремя элементами, которые носят название двойного или тройного квадрата. Конструкции подобных ламп довольно просты, усиление высокое, а полоса пропускания узкая.
Узкополосные антенны, в отличие от широкополосных антенн, обеспечивают избирательность частоты. За счет этого сигналы от других телевизионных передатчиков не проникают на вход телевизионного приемника, который работает на близких с ними частотных каналах.
Для работы в дециметровом диапазоне в двухэлементных лампах рамки изготовляются из медного или латунного прутика. Диаметр прутика не должен превышать 3—6 мм. Середины двух элементов рамок соединяет верхняя металлическая стрела. Нижняя стрела крепится к текстолитовой пластине, она является изолированной от вибраторной рамки. К той же пластине прикрепляются концы вибраторной рамки с помощью винтиков и гаек.
По сравнению с рамочной антенной с двумя элементами, которая носит название волнового канала, антенна двойной квадрат усиливается на 1,5 дБ, т. е. в несколько раз больше.
В рамочной антенне тройной квадрат находятся три рамки. Рамка директора и рамка рефлектора замкнутые, а рамка вибратора в некоторых точках разомкнута. Расположены рамки симметрично друг другу, поэтому центры их крепятся к обеим стрелам в серединах сторон. Центры рамок располагаются на одной горизонтальной прямой, которая направлена на телецентр. Лучшие результаты работы рамочной антенны достигаются тогда, когда верхняя стрела изготовлена из того же материала, что и рамки, а нижняя стрела выполнена из какого-нибудь изоляционного материала.
Простая конструкция рамочной антенны с тремя элементами состоит из куска толстого провода, работает в дециметровом диапазоне.
Расстояние между несколькими элементами рамочной антенны определяет ее усиление и входное сопротивление.
Рамочные антенны с двумя и тремя элементами тщательно направляются и ориентируются из-за того, что главный лепесток диаграммы направленности довольно узок. Настраивают рамочные антенны с помощью шлейфа, который подключен к рефлектору. Для настройки измеряется длина шлейфа, которая в идеале должна быть на 4% больше, чем длина вибратора антенны.
Если переходить от лампы двойного квадрата, в состав которой входят рефлектор и вибратор, к антенне с гремя элементами, то этот переход приведет к выигрышному усилению на 1,7 дБ.
Э. Тафро сконструировал несколько антенн, основывающихся на проволочной рамке прямоугольной формы. Соотношение сторон в рамочной антенне равнялось 1:3. Подобные рамочные антенны обладают преимуществом в небольшой подвесной высоте, которая выполняется при вертикальном расположении короткой стороны. Для большего эффекта антенну дополняют активной рамкой или рамочными директорами.
Четырехэлементная рамочная антенна с указанным соотношением сторон была построена и поставлена на определенной высоте — 40 м. В ходе экспериментальных работ антенну сравнили с трехэлементной полноразмерной антенной. В 90 случаях из 100 антенна с четырьмя элементами показывала лучшие результаты, чем полноразмерная антенна.