Anteny spiralne: rodzaje i zdjęcia

2024 Autor: Leah Sherlock | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 05:46

Antena spiralna należy do klasy anten z falą biegnącą. Jego główny zakres działania to decymetr i centymetr. Należy do klasy anten powierzchniowych. Jej głównym elementem jest spirala połączona z linią koncentryczną. Spirala tworzy wzór promieniowania w postaci dwóch płatków emitowanych wzdłuż jej osi w różnych kierunkach.

Anteny spiralne są cylindryczne, płaskie i stożkowe. Jeśli wymagana szerokość zasięgu pracy wynosi 50% lub mniej, w antenie stosuje się spiralę cylindryczną. Spirala stożkowa podwaja zasięg odbioru w porównaniu do spirali cylindrycznej. A płaskie dają już dwudziestokrotną przewagę. Najpopularniejszą do odbioru w zakresie częstotliwości VHF była cylindryczna antena radiowa o polaryzacji kołowej i wysokim zysku sygnału wyjściowego.

Urządzenie antenowe

Główną częścią anteny jest zwinięty przewodnik. Tutaj z reguły stosuje się drut miedziany, mosiężny lub stalowy. Podłączony jest do niego podajnik. Przeznaczony jest do przesyłania sygnału ze spirali do sieci (odbiornik) i odwrotnie (nadajnik). Podajniki są typu otwartego i zamkniętego. Podajniki typu otwartego sąfalowody nieekranowane. Typy zamknięte posiadają specjalną osłonę przed zakłóceniami, co sprawia, że pole elektromagnetyczne jest chronione przed wpływami zewnętrznymi. W zależności od częstotliwości sygnału określa się następującą konstrukcję podajników:

- do 3 MHz: ekranowane i nieekranowane sieci przewodowe;

- 3 MHz do 3 GHz: przewody koncentryczne;

- 3GHz do 300GHz: falowody metalowe i dielektryczne;

- ponad 300 GHz: linie quasi-optyczne.

Kolejnym elementem anteny był reflektor. Jego celem jest skupienie sygnału na spirali. Wykonany jest głównie z aluminium. Podstawą anteny jest stelaż o niskiej stałej dielektrycznej, taki jak pianka lub plastik.

Obliczanie głównych wymiarów anteny

Obliczanie anteny spiralnej zaczyna się od określenia głównych wymiarów spirali. Są to:

- liczba zwojów n;

- kąt skrętu a;

- średnica spirali D;

- skok spirali S;

- średnica odbłyśnika 2D.

Pierwszą rzeczą do zrozumienia przy projektowaniu anteny śrubowej jest to, że jest to rezonator (wzmacniacz) fali. Jego cechą była wysoka impedancja wejściowa.

Rodzaj wzbudzanych w nim fal zależy od wymiarów geometrycznych obwodu wzmacniającego. Sąsiadujące zwoje spirali mają bardzo silny wpływ na charakter promieniowania. Optymalne proporcje:

D=λ/π, gdzie λ to długość fali, π=3, 14

S=0, 25 λ

a=12˚

Ponieważλ to wartość zmienna i zależna od częstotliwości, wówczas w obliczeniach przyjmuje się średnie wartości tego wskaźnika obliczone za pomocą wzorów:

λ min=c/f maks; λ max=c/f min, gdzie c=3×108 m/sek. (prędkość światła) i f max, f min - maksymalny i minimalny parametr częstotliwości sygnału.

λ cf=1/2(λ min+λ maks)

n=L/S, gdzie L jest całkowitą długością anteny, określoną wzorem:

L=(61˚/Ω)2 λ cf, gdzie Ω jest kierunkowością zależną od polaryzacji anteny (wziętą z podręczników).

Klasyfikacja według zakresu działania

Zgodnie z głównym zakresem częstotliwości, transceivery to:

1. Wąskopasmowy. Szerokość wiązki i impedancja wejściowa są silnie zależne od częstotliwości. Sugeruje to, że antena może działać bez przestrajania tylko w wąskim spektrum długości fal, około 10% względnej szerokości pasma.

2. Szeroki zasięg. Takie anteny mogą działać w szerokim spektrum częstotliwości. Ale ich główne parametry (SOI, charakterystyka promieniowania itp.) nadal zależą od zmiany długości fali, ale nie tak bardzo jak wąskopasmowe.

3. Niezależny od częstotliwości. Uważa się, że tutaj główne parametry nie zmieniają się wraz ze zmianą częstotliwości. Anteny te mają aktywny region. Posiada możliwość poruszania się wzdłuż anteny bez zmiany jej wymiarów geometrycznych w zależności od zmiany długości fali.

Najczęstsze są anteny spiralne drugiego i trzeciego typu. Pierwszy typ jest używany, gdypotrzebna jest zwiększona „klarowność” sygnału o określonej częstotliwości.

Własna antena

Branża oferuje szeroką gamę anten. Różnorodne ceny mogą wahać się od kilkuset do kilku tysięcy rubli. Istnieją anteny do telewizji, odbioru satelitarnego, telefonii. Ale możesz zrobić antenę spiralną własnymi rękami. To nie takie trudne. Szczególnie popularne są spiralne anteny Wi-Fi.

Są one szczególnie istotne, gdy konieczne jest wzmocnienie sygnału z routera w dużym domu. Aby to zrobić, potrzebujesz drutu miedzianego o przekroju 2-3 mm 2 i długości 120 cm. Konieczne jest wykonanie 6 zwojów o średnicy 45 mm. Aby to zrobić, możesz użyć tuby o odpowiednim rozmiarze. Uchwyt łopaty dobrze pasuje (ma mniej więcej taką samą średnicę). Nawijamy drut i otrzymujemy spiralę z sześcioma zwojami. Pozostały koniec zginamy w taki sposób, aby przechodził dokładnie przez oś spirali, „powtarzając” ją. Rozciągamy część śrubową tak, aby odległość między zwojami mieściła się w granicach 28-30 mm. Następnie przystępujemy do produkcji odbłyśnika.

W tym celu wystarczy kawałek aluminium o wymiarach 15 × 15 cm i grubości 1,5 mm. Z tego półfabrykatu wykonujemy koło o średnicy 120 mm, odcinając niepotrzebne krawędzie. Wywierć otwór 2 mm w środku koła. Wkładamy do niego koniec spirali i lutujemy obie części do siebie. Antena jest gotowa. Teraz musisz usunąć przewód promieniowania z modułu anteny routera. I przylutuj koniec drutu za pomocąkoniec anteny wychodzący z reflektora.

Cechy anteny 433 MHz

Przede wszystkim trzeba powiedzieć, że fale radiowe o częstotliwości 433 MHz podczas ich propagacji są dobrze pochłaniane przez grunt i różne przeszkody. Do jego retransmisji wykorzystywane są nadajniki małej mocy. Z reguły różne urządzenia zabezpieczające wykorzystują tę częstotliwość. Jest specjalnie używany w Rosji, aby nie ingerować w powietrze. Antena spiralna 433 MHz wymaga większego wzmocnienia wyjściowego.

Inną cechą używania takiego sprzętu nadawczo-odbiorczego jest to, że fale tego zakresu mają możliwość dodawania faz fal bezpośrednich i odbitych od powierzchni. Może to albo zwiększyć siłę sygnału, albo go osłabić. Z powyższego możemy wnioskować, że wybór „najlepszego” odbioru zależy od indywidualnego ustawienia pozycji anteny.

Domowa antena 433 MHz

Zrobienie anteny śrubowej 433 MHz własnymi rękami jest łatwe. Jest bardzo zwarta. Aby to zrobić, potrzebujesz małego kawałka drutu miedzianego, mosiężnego lub stalowego. Możesz także użyć samego drutu. Średnica drutu powinna wynosić 1 mm. Na trzpieniu o średnicy 5 mm nawijamy 17 zwojów. Spiralę rozciągamy tak, aby jej długość wynosiła 30 mm. Przy tych wymiarach testujemy antenę pod kątem odbioru sygnału. Zmieniając odległość między zwojami, rozciągając i ściskając spiralę, uzyskujemy lepszą jakość sygnału. Ale musisz wiedzieć, że taka antena jest bardzo wrażliwa na różne przedmioty,zbliżył się do niej.

Antena odbiorcza UHF

Anteny śrubowe UHF są niezbędne do odbioru sygnału telewizyjnego. Z założenia składają się z dwóch części: odbłyśnika i spirali.

Lepiej jest użyć miedzi do spirali - ma mniejszą rezystancję, a co za tym idzie mniejsze straty sygnału. Wzory do jego obliczania:

- całkowita długość spirali L=30000/f, gdzie f- częstotliwość sygnału (MHz);

- skok spirali S=0,24 L;

- średnica cewki D=0, 31/L;

- średnica drutu spiralnego d ≈ 0,01L;

- średnica reflektora 0,8 nS, gdzie n- liczba zwojów;

- odległość od ekranu H=0, 2 L.

Zysk:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

Muszla reflektora jest wykonana z aluminium.

Inne rodzaje urządzeń nadawczo-odbiorczych

Anteny stożkowe i płaskie spiralne są mniej popularne. Wynika to z trudności ich wykonania, chociaż mają najlepsze właściwości pod względem transmisji i odbioru sygnału. Promieniowanie takich nadajników tworzą nie wszystkie zwoje, ale tylko te, których długość jest zbliżona do długości fali.

W płaskiej antenie linia śrubowa jest wykonana w postaci linii dwuprzewodowej skręconej w spiralę. W tym przypadku sąsiednie zwoje są wzbudzane w fazie w modzie fali wędrującej. Prowadzi to do tego, że w kierunku osi anteny powstaje pole promieniowania o polaryzacji kołowej, co pozwala na stworzenie szerokiego pasma częstotliwości. Dostępne są anteny płaskie z tzw. spiraląArchimedesa. Ten złożony kształt pozwala na znaczne zwiększenie zakresu częstotliwości transmisji od 0,8 do 21 GHz.

Porównanie anten śrubowych i wysoce kierunkowych

Główna różnica między helisą a anteną kierunkową polega na tym, że jest mniejsza. Dzięki temu jest lżejszy, co umożliwia montaż przy mniejszym wysiłku fizycznym. Jego wadą jest węższy zakres częstotliwości odbioru i nadawania. Ma również węższą charakterystykę promieniowania, co wymaga „poszukiwania” najlepszej pozycji w przestrzeni dla zadowalającego odbioru. Jej niewątpliwą zaletą jest prostota konstrukcji. Dużym plusem jest możliwość strojenia anteny poprzez zmianę skoku cewki oraz całkowitej długości spirali.

Krótka antena

Aby uzyskać lepszy rezonans w antenie, konieczne jest, aby „wydłużona” długość części spiralnej była jak najbardziej zbliżona do wartości długości fali. Ale nie powinna być mniejsza niż ¼ długości fali (λ). W ten sposób λ może sięgać nawet 11 m. Dotyczy to pasma HF. W takim przypadku antena będzie za długa, co jest niedopuszczalne. Jednym ze sposobów na zwiększenie długości przewodu jest zainstalowanie cewki przedłużającej u podstawy odbiornika. Inną opcją jest wprowadzenie ścieżki tunera do obwodu. Jego zadaniem jest dopasowanie sygnału wyjściowego nadajnika stacji radiowych do anteny na wszystkich częstotliwościach pracy. Mówiąc prostym językiem, tuner działa jako wzmacniacz sygnału przychodzącego z odbiornika. Schemat ten stosowany jest w antenach samochodowych, gdzie wielkość elementu odbierającego falę radiową jest bardzo ważna.

Wniosek

Anteny spiralne stały się bardzo popularne w wielu dziedzinach komunikacji elektronicznej. Dzięki nim odbywa się komunikacja komórkowa. Są również wykorzystywane w telewizji, a nawet w łączności radiowej w kosmosie. Jednym z obiecujących rozwiązań w zakresie zmniejszenia rozmiaru anteny było zastosowanie odbłyśnika stożkowego, który umożliwia zwiększenie długości fali odbiorczej w porównaniu z odbłyśnikiem konwencjonalnym. Istnieje jednak również wada, wyrażająca się spadkiem widma częstotliwości roboczej. Ciekawym przykładem jest również „dwukierunkowa” stożkowa antena śrubowa, która dzięki utworzeniu izotropowej przesłony kierunkowej pozwala na pracę w szerokim spektrum częstotliwości. Dzieje się tak, ponieważ linia energetyczna w postaci kabla dwużyłowego zapewnia płynną zmianę impedancji.