Spiralne antene: vrste i fotografije

2024 Autor: Leah Sherlock | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 05:38

Spiralna antena pripada klasi antena putujućih valova. Njegov glavni radni raspon je decimetar i centimetar. Spada u klasu površinskih antena. Njegov glavni element je spirala povezana s koaksijalnom linijom. Spirala stvara uzorak zračenja u obliku dva režnja koja se emitiraju duž svoje osi u različitim smjerovima.

Spiralne antene su cilindrične, ravne i konične. Ako je potrebna širina radnog raspona 50% ili manje, tada se u anteni koristi cilindrična spirala. Konusna spirala udvostručuje raspon prijema u odnosu na cilindrični. A ravne već daju dvadeseterostruku prednost. Najpopularnija za prijem u VHF frekvencijskom rasponu bila je cilindrična radio antena s kružnom polarizacijom i visokim pojačanjem izlaznog signala.

Antenski uređaj

Glavni dio antene je namotani vodič. Ovdje se u pravilu koristi bakrena, mjedena ili čelična žica. Na njega je spojen hranilica. Dizajniran je za prijenos signala iz spirale u mrežu (prijemnik) i obrnuto (predajnik). Hranilice su otvorenog i zatvorenog tipa. Hranilice otvorenog tipa suneoklopljenih valovoda. Zatvoreni tip imaju poseban štit od smetnji, što elektromagnetsko polje čini zaštićenim od vanjskih utjecaja. Ovisno o frekvenciji signala, određuje se sljedeća izvedba dovoda:

- do 3 MHz: zaštićene i nezaštićene žičane mreže;

- 3 MHz do 3 GHz: koaksijalne žice;

- 3GHz do 300GHz: metalni i dielektrični valovovodi;

- preko 300 GHz: kvazi-optičke linije.

Drugi element antene bio je reflektor. Njegova je svrha fokusirati signal na spiralu. Izrađuje se uglavnom od aluminija. Osnova za antenu je okvir s niskom dielektričnom konstantom, poput pjene ili plastike.

Izračun glavnih dimenzija antene

Proračun spiralne antene počinje određivanjem glavnih dimenzija spirale. Oni su:

- broj okreta n;

- kut zaokreta a;

- spiralni promjer D;

- visina spirale S;

- promjer reflektora 2D.

Prva stvar koju treba razumjeti pri dizajniranju spiralne antene je da je to rezonator (pojačalo) vala. Njegova značajka bila je visoka ulazna impedancija.

Vrsta valova pobuđenih u njemu ovisi o geometrijskim dimenzijama kruga pojačanja. Susjedni zavoji spirale imaju vrlo snažan utjecaj na prirodu zračenja. Optimalni omjeri:

D=λ/π, gdje je λ valna duljina, π=3, 14

S=0, 25 λ

a=12˚

Zato štoλ je vrijednost koja varira i ovisi o učestalosti, tada se u izračunima uzimaju prosječne vrijednosti ovog pokazatelja izračunate po formulama:

λ min=c/f max; λ max=c/f min, gdje je c=3×108 m/sec. (brzina svjetlosti) i f max, f min - maksimalni i minimalni parametar frekvencije signala.

λ cf=1/2(λ min+ λ max)

n=L/S, gdje je L ukupna duljina antene, određena formulom:

L=(61˚/Ω)2 λ cf, gdje je Ω usmjerenost antene ovisno o polarizaciji (preuzeto iz priručnika).

Klasifikacija po radnom rasponu

Prema glavnom frekvencijskom rasponu, primopredajnici su:

1. Uski pojas. Širina snopa i ulazna impedancija jako ovise o frekvenciji. To sugerira da antena može raditi bez ponovnog podešavanja samo u uskom spektru valnih duljina, otprilike 10% relativne širine pojasa.

2. Širok raspon. Takve antene mogu raditi u širokom spektru frekvencija. Ali njihovi glavni parametri (SOI, uzorak zračenja, itd.) i dalje ovise o promjeni valne duljine, ali ne toliko kao oni uskopojasni.

3. Neovisno o frekvenciji. Vjeruje se da se ovdje glavni parametri ne mijenjaju kada se frekvencija mijenja. Ove antene imaju aktivno područje. Ima mogućnost kretanja duž antene bez promjene njezinih geometrijskih dimenzija, ovisno o promjeni valne duljine.

Najčešće su spiralne antene drugog i trećeg tipa. Prva vrsta se koristi kadapotrebna je povećana "jasnoća" signala na određenoj frekvenciji.

Samoizrađena antena

Industrija nudi širok izbor antena. Razne cijene mogu varirati od nekoliko stotina do nekoliko tisuća rubalja. Postoje antene za televiziju, satelitski prijem, telefoniju. Ali možete napraviti spiralnu antenu vlastitim rukama. Nije tako teško. Posebno su popularne spiralne Wi-Fi antene.

Posebno su relevantni kada je potrebno pojačati signal s rutera u nekoj velikoj kući. Da biste to učinili, potrebna vam je bakrena žica presjeka od 2-3 mm 2 i duljine 120 cm. Potrebno je napraviti 6 zavoja promjera 45 mm. Da biste to učinili, možete koristiti cijev odgovarajuće veličine. Dobro pristaje ručka lopate (ima otprilike isti promjer). Namotamo žicu i dobijemo spiralu sa šest zavoja. Preostali kraj savijamo na takav način da prolazi točno kroz os spirale, "ponavljajući". Vijčani dio rastegnemo tako da razmak između zavoja bude unutar 28-30 mm. Zatim prelazimo na izradu reflektora.

Za to će poslužiti komad aluminija veličine 15 × 15 cm i debljine 1,5 mm. Od ove praznine izrađujemo krug promjera 120 mm, odrežući nepotrebne rubove. Izbušite rupu od 2 mm u sredini kruga. U njega ubacujemo kraj spirale i lemimo oba dijela jedan na drugi. Antena je spremna. Sada morate ukloniti žicu zračenja iz antenskog modula usmjerivača. I zalemiti kraj žicekraj antene izlazi iz reflektora.

433 MHz karakteristike antene

Prije svega, mora se reći da radio valove frekvencije od 433 MHz tijekom svog širenja dobro apsorbira tlo i razne prepreke. Za njegov ponovni prijenos koriste se odašiljači male snage. Tu frekvenciju u pravilu koriste razni sigurnosni uređaji. Posebno se koristi u Rusiji, kako ne bi ometao u zraku. Zavojna antena od 433 MHz zahtijeva veći izlazni dobitak.

Još jedna značajka korištenja takve primopredajne opreme je da valovi ovog raspona imaju mogućnost dodavanja faza izravnih i reflektiranih valova s površine. To može ili povećati snagu signala ili ga oslabiti. Iz navedenog možemo zaključiti da izbor "najboljeg" prijema ovisi o individualnoj postavci položaja antene.

domaća antena od 433 MHz

Lako je napraviti spiralnu antenu od 433 MHz vlastitim rukama. Vrlo je kompaktna. Da biste to učinili, potreban vam je mali komad bakrene, mjedene ili čelične žice. Također možete koristiti samo žicu. Promjer žice trebao bi biti 1 mm. Na trn promjera 5 mm navijamo 17 zavoja. Rastegnemo spiralu tako da njezina duljina bude 30 mm. S ovim dimenzijama testiramo antenu na prijem signala. Promjenom razmaka između zavoja, rastezanjem i kompresijom spirale postižemo bolju kvalitetu signala. Ali morate znati da je takva antena vrlo osjetljiva na razne predmete,približio joj se.

UHF prijemna antena

UHF spiralne antene potrebne su za prijem televizijskog signala. Po svom dizajnu sastoje se od dva dijela: reflektora i spirale.

Za spiralu je bolje koristiti bakar - on ima manji otpor, a time i manji gubitak signala. Formule za njegov izračun:

- ukupna duljina spirale L=30000/f, gdje je f- frekvencija signala (MHz);

- nagib spirale S=0,24 L;

- promjer svitka D=0, 31/L;

- promjer spiralne žice d ≈ 0,01L;

- promjer reflektora 0,8 nS, gdje je n- broj zavoja;

- udaljenost do ekrana H=0, 2 L.

Dobitak:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

Reflektorska čašica je izrađena od aluminija.

Druge vrste primopredajne opreme

Konične i ravne spiralne antene su manje uobičajene. To je zbog težine njihove izrade, iako imaju najbolje karakteristike u pogledu prijenosa i prijema signala. Zračenje takvih odašiljača ne stvaraju svi zavoji, već samo oni čija je duljina bliska valnoj duljini.

U ravnoj anteni spiralna linija je napravljena u obliku dvožične linije uvijene u spiralu. U tom se slučaju susjedni zavoji pobuđuju u fazi u načinu putujućeg vala. To dovodi do činjenice da se polje zračenja s kružnom polarizacijom stvara prema osi antene, što vam omogućuje stvaranje širokog frekvencijskog pojasa. Postoje ravne antene sa spiralom tzvArhimed. Ovaj složeni oblik omogućuje značajno povećanje raspona frekvencije prijenosa od 0,8 do 21 GHz.

Usporedba spiralnih i visoko usmjerenih antena

Glavna razlika između spiralne i usmjerene antene je ta što je manja. To ga čini lakšim, što omogućuje ugradnju uz manje fizičkog napora. Nedostatak mu je uži raspon frekvencija prijema i odašiljanja. Također ima uži uzorak zračenja, što zahtijeva „potragu“za najboljom pozicijom u prostoru za zadovoljavajući prijem. Njegova nedvojbena prednost je jednostavnost dizajna. Veliki plus je mogućnost podešavanja antene promjenom nagiba zavojnice i ukupne duljine spirale.

Kratka antena

Za bolju rezonanciju u anteni, potrebno je da "izdužena" duljina spiralnog dijela bude što bliža vrijednosti valne duljine. Ali ne smije biti manji od ¼ valne duljine (λ). Dakle, λ može doseći i do 11 m. To vrijedi za VF pojas. U ovom slučaju, antena će biti preduga, što je neprihvatljivo. Jedan od načina za povećanje duljine vodiča je ugradnja produžne zavojnice na podnožje prijemnika. Druga je mogućnost ubaciti put tunera u krug. Njegova je zadaća uskladiti izlazni signal odašiljača radijskih postaja s antenom na svim radnim frekvencijama. Govoreći jednostavnim jezikom, tuner djeluje kao pojačalo za dolazni signal iz prijemnika. Ova shema se koristi u automobilskim antenama, gdje je veličina elementa koji prima radio val vrlo važna.

Zaključak

Spiralne antene postale su vrlo popularne u mnogim područjima elektroničkih komunikacija. Zahvaljujući njima, ostvaruje se stanična komunikacija. Također se koriste na televiziji, pa čak iu radiokomunikacijama u dubokom svemiru. Jedan od obećavajućih napredaka za smanjenje veličine antene bila je uporaba konusnog reflektora, koji omogućuje povećanje duljine valne duljine prijema u usporedbi s konvencionalnim reflektorom. Međutim, postoji i nedostatak, izražen u smanjenju spektra radne frekvencije. Također zanimljiv primjer je "dvosmjerna" konična spiralna antena, koja vam omogućuje rad u širokom spektru frekvencija, zbog formiranja izotropne usmjerene dijafragme. To je zato što strujni vod u obliku dvožičnog kabela osigurava glatku promjenu impedancije.