Spiralne antene: vrste in fotografije

2024 Avtor: Leah Sherlock | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 05:48

Spiralna antena spada v razred anten potujočega valovanja. Njegovo glavno območje delovanja je decimeter in centimeter. Spada v razred površinskih anten. Njegov glavni element je spirala, povezana s koaksialno linijo. Spirala ustvari sevalni vzorec v obliki dveh rež, ki se oddajata vzdolž svoje osi v različnih smereh.

Spiralne antene so cilindrične, ravne in stožčaste. Če je zahtevana širina delovnega območja 50% ali manj, se v anteni uporablja cilindrična vijačnica. Stožčasta vijačnica podvoji doseg sprejema v primerjavi s cilindrično. In ravne že dajejo dvajsetkratno prednost. Najbolj priljubljena za sprejem v VHF frekvenčnem območju je bila valjasta radijska antena s krožno polarizacijo in visokim izhodnim signalom.

Antenska naprava

Glavni del antene je navit prevodnik. Tukaj se praviloma uporablja bakrena, medenina ali jeklena žica. Nanjo je priključen podajalnik. Zasnovan je za prenos signala iz vijačnice v omrežje (sprejemnik) in obratno (oddajnik). Napajalniki so odprtega in zaprtega tipa. Napajalniki odprtega tipa soneoklopljeni valovodi. Zaprti tipi imajo poseben ščit pred motnjami, zaradi česar je elektromagnetno polje zaščiteno pred zunanjimi vplivi. Glede na frekvenco signala se določi naslednja zasnova napajalnikov:

- do 3 MHz: zaščitena in nezaščitena žična omrežja;

- 3 MHz do 3 GHz: koaksialne žice;

- 3GHz do 300GHz: kovinski in dielektrični valovodi;

- nad 300 GHz: kvazi-optične linije.

Drug element antene je bil reflektor. Njegov namen je usmeriti signal na vijačnico. Izdelana je predvsem iz aluminija. Osnova za anteno je okvir z nizko dielektrično konstanto, kot je pena ali plastika.

Izračun glavnih dimenzij antene

Izračun spiralne antene se začne z določitvijo glavnih dimenzij vijačnice. To so:

- število zavojev n;

- kot zavoja a;

- premer spirale D;

- višina spirale S;

- premer reflektorja 2D.

Prva stvar, ki jo morate razumeti pri načrtovanju spiralne antene, je, da je to resonator (ojačevalnik) valovanja. Njegova značilnost je bila visoka vhodna impedanca.

Vrsta valov, ki se v njej vzbujajo, je odvisna od geometrijskih dimenzij ojačevalnega vezja. Sosednji zavoji spirale imajo zelo močan vpliv na naravo sevanja. Optimalna razmerja:

D=λ/π, kjer je λ valovna dolžina, π=3, 14

S=0, 25 λ

a=12˚

Kerλ je vrednost, ki se spreminja in je odvisna od pogostosti, potem se pri izračunih vzamejo povprečne vrednosti tega kazalnika, izračunane po formulah:

λ min=c/f max; λ max=c/f min, kjer je c=3×108 m/s. (svetlobna hitrost) in f max, f min - največji in minimalni parameter frekvence signala.

λ cf=1/2(λ min+ λ max)

n=L/S, kjer je L skupna dolžina antene, določena s formulo:

L=(61˚/Ω)2 λ cf, kjer je Ω polarizacijsko odvisna usmerjenost antene (vzeto iz referenčnih knjig).

Razvrstitev po območju delovanja

Glede na glavno frekvenčno območje so oddajniki:

1. Ozkopasovni. Širina žarka in vhodna impedanca sta močno odvisni od frekvence. To nakazuje, da lahko antena deluje brez ponovne nastavitve le v ozkem spektru valovnih dolžin, približno 10 % relativne pasovne širine.

2. Širok spekter. Takšne antene lahko delujejo v širokem frekvenčnem spektru. Toda njihovi glavni parametri (SOI, vzorec sevanja itd.) so še vedno odvisni od spremembe valovne dolžine, vendar ne toliko kot ozkopasovni.

3. Frekvenčno neodvisen. Menijo, da se tukaj glavni parametri ne spremenijo, ko se frekvenca spremeni. Te antene imajo aktivno območje. Ima možnost premikanja vzdolž antene brez spreminjanja njenih geometrijskih dimenzij, odvisno od spremembe valovne dolžine.

Najpogostejše so spiralne antene druge in tretje vrste. Prva vrsta se uporablja, kopotrebna je povečana "jasnost" signala pri določeni frekvenci.

samoizdelana antena

Industrija ponuja široko paleto anten. Različne cene se lahko gibljejo od nekaj sto do nekaj tisoč rubljev. Na voljo so antene za televizijo, satelitski sprejem, telefonijo. Lahko pa naredite spiralno anteno z lastnimi rokami. Ni tako težko. Še posebej priljubljene so spiralne antene Wi-Fi.

Pomembne so predvsem, ko je treba v kakšni veliki hiši ojačati signal iz usmerjevalnika. Če želite to narediti, potrebujete bakreno žico s prečnim prerezom 2-3 mm 2 in dolžino 120 cm. Potrebno je narediti 6 zavojev s premerom 45 mm. Če želite to narediti, lahko uporabite cev ustrezne velikosti. Ročaj lopate se dobro prilega (ima približno enak premer). Žico navijemo in dobimo spiralo s šestimi zavoji. Preostali konec upognemo tako, da gre natančno skozi os spirale in jo "ponavlja". Vijačni del raztegnemo tako, da je razdalja med zavoji znotraj 28-30 mm. Nato nadaljujemo z izdelavo reflektorja.

Za to je primeren kos aluminija velikosti 15 × 15 cm in debeline 1,5 mm. Iz te praznine naredimo krog s premerom 120 mm, pri čemer odrežemo nepotrebne robove. V sredini kroga izvrtajte 2 mm luknjo. Vanjo vstavimo konec spirale in oba dela spajkamo drug na drugega. Antena je pripravljena. Zdaj morate odstraniti sevalno žico iz antenskega modula usmerjevalnika. In spajkajte konec žicekonec antene, ki prihaja iz reflektorja.

433 MHz funkcije antene

Najprej je treba povedati, da radijske valove s frekvenco 433 MHz med svojim širjenjem dobro absorbirajo tla in različne ovire. Za njegovo ponovno oddajanje se uporabljajo oddajniki nizke moči. To frekvenco praviloma uporabljajo različne varnostne naprave. Posebej se uporablja v Rusiji, da ne bi motil v zraku. 433 MHz spiralna antena zahteva večji izhodni dobiček.

Druga značilnost uporabe takšne oddajno-sprejemne opreme je, da imajo valovi tega obsega možnost dodajanja faz neposrednih in odbitih valov s površine. To lahko poveča moč signala ali jo oslabi. Iz navedenega lahko sklepamo, da je izbira "najboljšega" sprejema odvisna od posamezne nastavitve položaja antene.

Domača antena 433 MHz

Z lastnimi rokami je enostavno narediti spiralno anteno 433 MHz. Je zelo kompaktna. Če želite to narediti, potrebujete majhen kos bakrene, medeninaste ali jeklene žice. Uporabite lahko tudi samo žico. Premer žice mora biti 1 mm. Na trn s premerom 5 mm navijemo 17 zavojev. Vijačnico raztegnemo tako, da je njena dolžina 30 mm. S temi dimenzijami testiramo anteno za sprejem signala. S spreminjanjem razdalje med zavoji, z raztezanjem in stiskanjem vijačnice dosežemo boljšo kakovost signala. Vendar morate vedeti, da je takšna antena zelo občutljiva na različne predmete,približal ji.

UHF sprejemna antena

UHF spiralne antene so potrebne za sprejem televizijskega signala. Po svoji zasnovi so sestavljeni iz dveh delov: reflektorja in spirale.

Za vijačnico je bolje uporabiti baker - ima manjši upor in s tem manjšo izgubo signala. Formule za njegov izračun:

- skupna dolžina spirale L=30000/f, kjer je f- frekvenca signala (MHz);

- naklon vijačnice S=0,24 L;

- premer tuljave D=0, 31/L;

- premer spiralne žice d ≈ 0,01L;

- premer reflektorja 0,8 nS, kjer je n- število zavojev;

- razdalja do zaslona H=0, 2 L.

Dobitek:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

Reflektorska skodelica je izdelana iz aluminija.

Druge vrste oddajno-sprejemne opreme

Stožčaste in ravne spiralne antene so manj pogoste. To je posledica zahtevnosti njihove izdelave, čeprav imajo najboljše lastnosti glede prenosa in sprejema signala. Sevanje takšnih oddajnikov ne tvorijo vsi zavoji, ampak le tisti, katerih dolžina je blizu valovni dolžini.

V ravni anteni je spiralna črta izdelana v obliki dvožilne črte, zavite v spiralo. V tem primeru se sosednji zavoji vzbujajo v fazi v načinu potujočega valovanja. To vodi do dejstva, da se proti osi antene ustvari sevalno polje s krožno polarizacijo, kar vam omogoča ustvarjanje širokega frekvenčnega pasu. Obstajajo ravne antene s tako imenovano spiraloArhimed. Ta kompleksna oblika omogoča znatno povečanje frekvenčnega območja prenosa od 0,8 do 21 GHz.

Primerjava spiralnih in visoko usmerjenih anten

Glavna razlika med vijačnico in usmerjeno anteno je, da je manjša. Zaradi tega je lažji, kar omogoča namestitev z manj fizičnega napora. Njegova pomanjkljivost je ožji razpon sprejemnih in oddajnih frekvenc. Ima tudi ožji sevalni vzorec, ki zahteva »iskanje« najboljše lege v prostoru za zadovoljiv sprejem. Njegova nedvomna prednost je preprostost oblikovanja. Velik plus je možnost nastavitve antene s spreminjanjem nagiba tuljave in skupne dolžine spirale.

Kratka antena

Za boljšo resonanco v anteni je potrebno, da je "podolgovata" dolžina vijačnega dela čim bližje vrednosti valovne dolžine. Vendar ne sme biti manjša od ¼ valovne dolžine (λ). Tako lahko λ doseže do 11 m. To velja za VF pas. V tem primeru bo antena predolga, kar je nesprejemljivo. Eden od načinov za povečanje dolžine prevodnika je namestitev podaljška tuljave na dnu sprejemnika. Druga možnost je, da napajate pot sprejemnika v vezje. Njegova naloga je uskladiti izhodni signal oddajnika radijskih postaj z anteno na vseh delovnih frekvencah. V preprostem jeziku sprejemnik deluje kot ojačevalnik za dohodni signal iz sprejemnika. Ta shema se uporablja v avtomobilskih antenah, kjer je velikost elementa, ki sprejema radijski val, zelo pomembna.

Sklep

Spiralne antene so postale zelo priljubljene na številnih področjih elektronskih komunikacij. Zahvaljujoč njim se izvaja mobilna komunikacija. Uporabljajo se tudi na televiziji in celo v radijskih komunikacijah v globokem vesolju. Eden od obetavnih razvojev za zmanjšanje velikosti antene je bila uporaba stožčastega reflektorja, ki omogoča povečanje dolžine sprejemne valovne dolžine v primerjavi s običajnim reflektorjem. Vendar pa obstaja tudi pomanjkljivost, ki se izraža v zmanjšanju spektra delovne frekvence. Zanimiv primer je tudi "dvosmerna" stožčasta spiralna antena, ki omogoča delo v širokem frekvenčnem spektru, zaradi tvorbe izotropne usmerjene diafragme. To je zato, ker daljnovod v obliki dvožilnega kabla zagotavlja gladko spreminjanje impedance.