Špirálové antény: typy a fotografie

2024 Autor: Leah Sherlock | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 05:48

Špirálová anténa patrí do triedy antén s pohyblivou vlnou. Jeho hlavný prevádzkový rozsah je decimeter a centimeter. Patrí do triedy povrchových antén. Jeho hlavným prvkom je špirála spojená s koaxiálnym vedením. Špirála vytvára obrazec žiarenia vo forme dvoch lalokov vyžarovaných pozdĺž svojej osi v rôznych smeroch.

Špirálové antény sú cylindrické, ploché a kónické. Ak je požadovaná šírka prevádzkového rozsahu 50% alebo menej, potom sa v anténe používa valcová špirála. Kužeľová špirála zdvojnásobuje prijímací rozsah v porovnaní s valcovou. A ploché už dávajú dvadsaťnásobnú výhodu. Najpopulárnejšia pre príjem vo frekvenčnom rozsahu VHF bola valcová rádiová anténa s kruhovou polarizáciou a vysokým ziskom výstupného signálu.

Anténové zariadenie

Hlavnou časťou antény je vinutý vodič. Tu sa spravidla používa medený, mosadzný alebo oceľový drôt. K nemu je pripojený podávač. Je určený na prenos signálu zo špirály do siete (prijímač) a naopak (vysielač). Podávače sú otvoreného a uzavretého typu. Podávače otvoreného typu súnetienené vlnovody. Uzavretý typ má špeciálne tienenie proti rušeniu, vďaka ktorému je elektromagnetické pole chránené pred vonkajšími vplyvmi. V závislosti od frekvencie signálu sa určuje nasledujúca konštrukcia podávačov:

- do 3 MHz: tienené a netienené káblové siete;

- 3 MHz až 3 GHz: koaxiálne káble;

- 3GHz až 300GHz: kovové a dielektrické vlnovody;

- nad 300 GHz: kvázi optické linky.

Ďalším prvkom antény bol reflektor. Jeho účelom je zamerať signál na špirálu. Je vyrobený prevažne z hliníka. Základom antény je rám s nízkou dielektrickou konštantou, ako je pena alebo plast.

Výpočet hlavných rozmerov antény

Výpočet špirálovej antény začína určením hlavných rozmerov špirály. Sú to:

- počet otočení n;

- uhol natočenia a;

- priemer špirály D;

- stúpanie špirály S;

- priemer reflektora 2D.

Prvá vec, ktorú je potrebné pochopiť pri navrhovaní špirálovej antény, je, že ide o rezonátor (zosilňovač) vlny. Jeho vlastnosťou bola vysoká vstupná impedancia.

Typ vĺn v ňom vybudených závisí od geometrických rozmerov zosilňovacieho obvodu. Susedné závity špirály majú veľmi silný vplyv na charakter žiarenia. Optimálne pomery:

D=λ/π, kde λ je vlnová dĺžka, π=3, 14

S=0, 25 λ

a=12˚

Pretožeλ je hodnota, ktorá sa mení a závisí od frekvencie, potom sa pri výpočtoch berú priemerné hodnoty tohto ukazovateľa vypočítané pomocou vzorcov:

λ min=c/f max; λ max=c/f min, kde c=3×108 m/s. (rýchlosť svetla) a f max, f min - maximálny a minimálny parameter frekvencie signálu.

λ cf=1/2(λ min+ λ max)

n=L/S, kde L je celková dĺžka antény určená podľa vzorca:

L=(61˚/Ω)2 λ cf, kde Ω je smerovosť antény závislá od polarizácie (prevzatá z referenčných kníh).

Klasifikácia podľa prevádzkového rozsahu

Podľa hlavného frekvenčného rozsahu sú transceivery:

1. Úzkopásmové. Šírka lúča a vstupná impedancia sú vysoko frekvenčne závislé. To naznačuje, že anténa môže fungovať bez preladenia iba v úzkom spektre vlnových dĺžok, približne 10 % relatívnej šírky pásma.

2. Široký okruh. Takéto antény môžu pracovať v širokom frekvenčnom spektre. Ale ich hlavné parametre (SOI, vyžarovací diagram atď.) stále závisia od zmeny vlnovej dĺžky, ale nie tak veľmi ako pri úzkopásmových.

3. Frekvenčne nezávislý. Predpokladá sa, že hlavné parametre sa pri zmene frekvencie nemenia. Tieto antény majú aktívnu oblasť. Má schopnosť pohybovať sa pozdĺž antény bez zmeny jej geometrických rozmerov v závislosti od zmeny vlnovej dĺžky.

Najbežnejšie sú špirálové antény druhého a tretieho typu. Prvý typ sa používa, keďje potrebná zvýšená "čistota" signálu pri určitej frekvencii.

Vlastne vyrobená anténa

Odvetvie ponúka širokú škálu antén. Rôzne ceny sa môžu pohybovať od niekoľkých stoviek až po niekoľko tisíc rubľov. K dispozícii sú antény pre televíziu, satelitný príjem, telefón. Ale môžete si vyrobiť špirálovú anténu vlastnými rukami. Nie je to také ťažké. Obzvlášť populárne sú špirálové Wi-Fi antény.

Sú dôležité najmä vtedy, keď je potrebné zosilniť signál zo smerovača v nejakom veľkom dome. Na to potrebujete medený drôt s prierezom 2-3 mm 2 a dĺžkou 120 cm Je potrebné urobiť 6 závitov s priemerom 45 mm. Na tento účel môžete použiť trubicu vhodnej veľkosti. Dobre sedí násada lopaty (má približne rovnaký priemer). Navinieme drôt a dostaneme špirálu so šiestimi otáčkami. Zostávajúci koniec ohneme tak, aby prechádzal presne cez os špirály a „opakoval“. Skrutkovú časť natiahneme tak, aby vzdialenosť medzi závitmi bola v rozmedzí 28-30 mm. Potom pristúpime k výrobe reflektora.

Na to postačí kus hliníka s rozmermi 15 × 15 cm a hrúbkou 1,5 mm. Z tohto polotovaru vytvoríme kruh s priemerom 120 mm, pričom odrežeme nepotrebné okraje. V strede kruhu vyvŕtajte 2 mm otvor. Vložíme do nej koniec špirály a oba diely k sebe prispájkujeme. Anténa je pripravená. Teraz musíte odstrániť vyžarovací drôt z anténneho modulu smerovača. A koniec drôtu prispájkujtekoniec antény vychádzajúci z reflektora.

433 MHz funkcie antény

V prvom rade treba povedať, že rádiové vlny s frekvenciou 433 MHz pri ich šírení dobre pohlcuje zem a rôzne prekážky. Na jeho retransmisiu sa používajú nízkovýkonové vysielače. Túto frekvenciu spravidla využívajú rôzne zabezpečovacie zariadenia. Používa sa špeciálne v Rusku, aby nezasahoval do vzduchu. 433 MHz špirálová anténa vyžaduje vyšší výstupný zisk.

Ďalšou vlastnosťou používania takéhoto zariadenia transceiveru je, že vlny tohto rozsahu majú schopnosť pridať fázy priamych a odrazených vĺn od povrchu. To môže buď zvýšiť silu signálu, alebo ho oslabiť. Z vyššie uvedeného môžeme usúdiť, že výber „najlepšieho“príjmu závisí od individuálneho nastavenia polohy antény.

Domáca 433 MHz anténa

433 MHz špirálovitú anténu je ľahké vyrobiť vlastnými rukami. Je veľmi kompaktná. Na to potrebujete malý kúsok medeného, mosadzného alebo oceľového drôtu. Môžete použiť aj len drôt. Priemer drôtu by mal byť 1 mm. Na tŕň s priemerom 5 mm navinieme 17 závitov. Skrutku natiahneme tak, aby jej dĺžka bola 30 mm. S týmito rozmermi skúšame anténu na príjem signálu. Zmenou vzdialenosti medzi závitmi, naťahovaním a stláčaním špirály dosiahneme lepšiu kvalitu signálu. Musíte však vedieť, že takáto anténa je veľmi citlivá na rôzne predmety,priblížila sa k nej.

Prijímacia anténa UHF

UHF špirálové antény sú potrebné na príjem televízneho signálu. Svojím dizajnom sa skladajú z dvoch častí: reflektora a špirály.

Pre špirálu je lepšie použiť meď - má menší odpor a tým aj menšiu stratu signálu. Vzorce na jeho výpočet:

- celková dĺžka špirály L=30000/f, kde f- frekvencia signálu (MHz);

- stúpanie špirály S=0,24 l;

- priemer cievky D=0, 31/L;

- priemer špirálového drôtu d ≈ 0,01L;

- priemer reflektora 0,8 nS, kde n- počet závitov;

- vzdialenosť od obrazovky H=0, 2 L.

Zisk:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

Reflektor je vyrobený z hliníka.

Iné typy zariadení transceiveru

Kužeľové a ploché špirálové antény sú menej bežné. Je to spôsobené náročnosťou ich výroby, hoci majú najlepšie vlastnosti z hľadiska prenosu a príjmu signálu. Žiarenie takýchto vysielačov je tvorené nie všetkými závitmi, ale iba tými, ktorých dĺžka je blízka vlnovej dĺžke.

V plochej anténe je špirálové vedenie vytvorené vo forme dvojvodičového vedenia stočeného do špirály. V tomto prípade sú susedné závity excitované vo fáze v režime postupnej vlny. To vedie k tomu, že smerom k osi antény sa vytvára pole žiarenia s kruhovou polarizáciou, čo umožňuje vytvorenie širokého frekvenčného pásma. Existujú ploché antény so špirálou tzvArchimedes. Tento zložitý tvar umožňuje výrazné zvýšenie rozsahu prenosovej frekvencie od 0,8 do 21 GHz.

Porovnanie špirálových a vysoko smerových antén

Hlavný rozdiel medzi špirálovou a smerovou anténou je v tom, že je menšia. Vďaka tomu je ľahší, čo umožňuje inštaláciu s menšou fyzickou námahou. Jeho nevýhodou je užší rozsah prijímacích a vysielacích frekvencií. Má tiež užší vyžarovací diagram, čo si pre uspokojivý príjem vyžaduje „hľadanie“najlepšej polohy v priestore. Jeho nespornou výhodou je jednoduchosť dizajnu. Veľkým plusom je možnosť naladiť anténu zmenou rozstupu cievky a celkovej dĺžky špirály.

Krátka anténa

Pre lepšiu rezonanciu v anténe je potrebné, aby "predĺžená" dĺžka špirálovej časti bola čo najbližšie k hodnote vlnovej dĺžky. Nemala by však byť menšia ako ¼ vlnovej dĺžky (λ). λ teda môže dosahovať až 11 m. To platí pre KV pásmo. V tomto prípade bude anténa príliš dlhá, čo je neprijateľné. Jedným zo spôsobov, ako zväčšiť dĺžku vodiča, je inštalácia predlžovacej cievky na základňu prijímača. Ďalšou možnosťou je priviesť cestu tunera do obvodu. Jeho úlohou je zosúladiť výstupný signál vysielača rádiostaníc s anténou na všetkých pracovných frekvenciách. Povedané v jednoduchom jazyku, tuner funguje ako zosilňovač pre prichádzajúci signál z prijímača. Táto schéma sa používa v automobilových anténach, kde je veľmi dôležitá veľkosť prvku, ktorý prijíma rádiové vlny.

Záver

Špirálové antény sa stali veľmi populárnymi v mnohých oblastiach elektronickej komunikácie. Vďaka nim sa uskutočňuje bunková komunikácia. Používajú sa aj v televízii a dokonca aj v rádiokomunikáciách v hlbokom vesmíre. Jedným zo sľubných pokrokov na zmenšenie veľkosti antény bolo použitie kužeľového reflektora, ktorý umožňuje zväčšiť dĺžku prijímacej vlnovej dĺžky v porovnaní s bežným reflektorom. Existuje však aj nevýhoda, ktorá sa prejavuje znížením spektra pracovnej frekvencie. Zaujímavá je aj „obojsmerná“kužeľová špirálová anténa, ktorá umožňuje pracovať v širokom frekvenčnom spektre, vďaka vytvoreniu izotropnej smerovej membrány. Je to preto, že elektrické vedenie vo forme dvojvodičového kábla poskytuje plynulú zmenu impedancie.