Spirālveida antenas: veidi un fotogrāfijas

2024 Autors: Leah Sherlock | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 05:43

Spirālveida antena pieder ceļojošo viļņu antenu klasei. Tās galvenais darbības diapazons ir decimetrs un centimetrs. Tas pieder pie virsmas antenu klases. Tās galvenais elements ir spirāle, kas savienota ar koaksiālo līniju. Spirāle rada starojuma modeli divu daivu veidā, kas izstaro gar tās asi dažādos virzienos.

Spirālveida antenas ir cilindriskas, plakanas un koniskas. Ja nepieciešamais darbības diapazona platums ir 50% vai mazāks, tad antenā tiek izmantota cilindriska spirāle. Koniskā spirāle dubulto uztveršanas diapazonu salīdzinājumā ar cilindrisko. Un plakanie jau dod divdesmitkārtīgu pārsvaru. Vispopulārākā uztveršanai VHF frekvenču diapazonā bija cilindriska radio antena ar apļveida polarizāciju un lielu izejas signāla pastiprinājumu.

Antenas ierīce

Galvenā antenas daļa ir satīts vadītājs. Šeit, kā likums, tiek izmantota vara, misiņa vai tērauda stieple. Tam ir pievienots padevējs. Tas ir paredzēts, lai pārraidītu signālu no spirāles uz tīklu (uztvērējs) un otrādi (raidītājs). Padevēji ir atvērta un slēgta tipa. Atvērtā tipa padevēji irneekranēti viļņvadi. Slēgtam tipam ir īpašs vairogs pret traucējumiem, kas padara elektromagnētisko lauku aizsargātu no ārējām ietekmēm. Atkarībā no signāla frekvences tiek noteikts šāds padevēju dizains:

- līdz 3 MHz: ekranēti un neekranēti vadu tīkli;

- 3 MHz līdz 3 GHz: koaksiālie vadi;

- 3 GHz līdz 300 GHz: metāla un dielektriskie viļņvadi;

- virs 300 GHz: kvazioptiskas līnijas.

Vēl viens antenas elements bija atstarotājs. Tās mērķis ir fokusēt signālu uz spirāli. Tas ir izgatavots galvenokārt no alumīnija. Antenas pamatā ir rāmis ar zemu dielektrisko konstanti, piemēram, putas vai plastmasa.

Antenas galveno izmēru aprēķins

Spirālveida antenas aprēķins sākas ar spirāles galveno izmēru noteikšanu. Tie ir:

- pagriezienu skaits n;

- pagrieziena leņķis a;

- spirāles diametrs D;

- spirāles S solis;

- atstarotāja diametrs 2D.

Pirmā lieta, kas jāsaprot, veidojot spirālveida antenu, ir tā, ka tā ir viļņa rezonators (pastiprinātājs). Tā iezīme bija augsta ieejas pretestība.

Tajā ierosināto viļņu veids ir atkarīgs no pastiprināšanas ķēdes ģeometriskajiem izmēriem. Spirāles blakus esošie pagriezieni ļoti spēcīgi ietekmē starojuma raksturu. Optimālās attiecības:

D=λ/π, kur λ ir viļņa garums, π=3, 14

S=0, 25 λ

a=12˚

Joλ ir vērtība, kas mainās un ir atkarīga no biežuma, tad aprēķinos tiek ņemtas šī rādītāja vidējās vērtības, kas aprēķinātas pēc formulām:

λ min=c/f max; λ max=c/f min, kur c=3×108 m/sek. (gaismas ātrums) un f max, f min - signāla frekvences maksimālais un minimālais parametrs.

λ cf=1/2(λ min+ λ max)

n=L/S, kur L ir kopējais antenas garums, ko nosaka pēc formulas:

L=(61˚/Ω)2 λ cf, kur Ω ir no polarizācijas atkarīga antenas virziena (ņemta no atsauces grāmatām).

Klasifikācija pēc darbības diapazona

Atbilstoši galvenajam frekvenču diapazonam raiduztvērēji ir:

1. Šaurjosla. Stara platums un ieejas pretestība ir ļoti atkarīga no frekvences. Tas liecina, ka antena var darboties bez atkārtotas noskaņošanas tikai šaurā viļņu garuma spektrā, aptuveni 10% no relatīvā joslas platuma.

2. Plaša spektra. Šādas antenas var darboties plašā frekvenču spektrā. Taču to galvenie parametri (SOI, starojuma shēma utt.) joprojām ir atkarīgi no viļņa garuma izmaiņām, bet ne tik lielā mērā kā šaurjoslas parametri.

3. Frekvences neatkarīgs. Tiek uzskatīts, ka šeit galvenie parametri nemainās, mainoties frekvencei. Šīm antenām ir aktīvs reģions. Tam ir iespēja pārvietoties pa antenu, nemainot tās ģeometriskos izmērus atkarībā no viļņa garuma izmaiņām.

Visizplatītākās ir otrā un trešā tipa spirālveida antenas. Pirmais veids tiek izmantots, kadnepieciešama lielāka signāla "skaidrība" noteiktā frekvencē.

Pašu izgatavota antena

Nozare piedāvā plašu antenu klāstu. Dažādas cenas var svārstīties no dažiem simtiem līdz vairākiem tūkstošiem rubļu. Ir antenas televīzijai, satelīta uztveršanai, telefonijai. Bet jūs varat izgatavot spirālveida antenu ar savām rokām. Tas nav tik grūti. Īpaši populāras ir spirālveida Wi-Fi antenas.

Tie ir īpaši svarīgi, ja ir nepieciešams pastiprināt signālu no maršrutētāja kādā lielā mājā. Lai to izdarītu, jums ir nepieciešams vara stieple ar šķērsgriezumu 2-3 mm 2 un garumu 120 cm Ir nepieciešams veikt 6 pagriezienus ar diametru 45 mm. Lai to izdarītu, varat izmantot atbilstoša izmēra cauruli. Labi der lāpstas kāts (tam ir aptuveni vienāds diametrs). Mēs aptinam vadu un iegūstam spirāli ar sešiem pagriezieniem. Atlikušo galu noliecam tā, lai tas precīzi izietu cauri spirāles asij, to “atkārtojot”. Skrūves daļu izstiepjam tā, lai attālums starp pagriezieniem būtu 28-30 mm robežās. Pēc tam pārejam pie atstarotāja izgatavošanas.

Šim nolūkam der alumīnija gabals, kura izmērs ir 15 × 15 cm un 1,5 mm biezs. No šīs sagataves mēs izveidojam apli ar diametru 120 mm, nogriežot nevajadzīgas malas. Izurbiet 2 mm caurumu apļa centrā. Mēs ievietojam tajā spirāles galu un pielodējam abas daļas vienu ar otru. Antena ir gatava. Tagad jums ir jānoņem starojuma vads no maršrutētāja antenas moduļa. Un pielodēt stieples galu arantenas gals, kas iziet no reflektora.

433 MHz antenas funkcijas

Pirmkārt, jāsaka, ka radioviļņus ar frekvenci 433 MHz to izplatīšanās laikā labi absorbē zeme un dažādi šķēršļi. Tās retranslācijai tiek izmantoti mazjaudas raidītāji. Parasti šo frekvenci izmanto dažādas drošības ierīces. To īpaši izmanto Krievijā, lai netraucētu ēterā. 433 MHz spirālveida antenai ir nepieciešams lielāks izejas pastiprinājums.

Vēl viena šāda raiduztvērēja aprīkojuma izmantošanas iezīme ir tāda, ka šī diapazona viļņiem ir iespēja pievienot tiešo un atstaroto viļņu fāzes no virsmas. Tas var vai nu palielināt signāla stiprumu, vai to vājināt. No iepriekš minētā varam secināt, ka "labākās" uztveršanas veida izvēle ir atkarīga no individuālā antenas stāvokļa iestatījuma.

Mājās gatavota 433 MHz antena

Ir viegli izveidot 433 MHz spirālveida antenu ar savām rokām. Viņa ir ļoti kompakta. Lai to izdarītu, jums ir nepieciešams neliels vara, misiņa vai tērauda stieples gabals. Varat arī izmantot tikai vadu. Stieples diametram jābūt 1 mm. Mēs uztinam 17 apgriezienus uz serdeņa ar diametru 5 mm. Mēs izstiepjam spirāli tā, lai tās garums būtu 30 mm. Ar šiem izmēriem mēs pārbaudām antenu signāla uztveršanai. Mainot attālumu starp pagriezieniem, izstiepjot un saspiežot spirāli, mēs panākam labāku signāla kvalitāti. Bet jums jāzina, ka šāda antena ir ļoti jutīga pret dažādiem objektiem,pietuvināja viņu.

UHF uztvērēja antena

UHF spirālveida antenas ir nepieciešamas televīzijas signāla uztveršanai. Pēc konstrukcijas tie sastāv no divām daļām: atstarotāja un spirāles.

Spirālei labāk izmantot varu - tam ir mazāka pretestība un līdz ar to mazāks signāla zudums. Formulas tā aprēķināšanai:

- kopējais spirāles garums L=30000/f, kur f- signāla frekvence (MHz);

- spirāles solis S=0,24 L;

- spoles diametrs D=0, 31/L;

- spirālveida stieples diametrs d ≈ 0,01L;

- reflektora diametrs 0,8 nS, kur n- apgriezienu skaits;

- attālums līdz ekrānam H=0, 2 L.

Ieguvums:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

Atstarotāja kauss ir izgatavots no alumīnija.

Cita veida raiduztvērēju aprīkojums

Koniskas un plakanas spirālveida antenas ir retāk sastopamas. Tas ir saistīts ar to ražošanas grūtībām, lai gan tiem ir vislabākās īpašības signāla pārraides un uztveršanas ziņā. Šādu raidītāju starojumu veido nevis visi pagriezieni, bet tikai tie, kuru garums ir tuvu viļņa garumam.

Plakanā antenā spirālveida līnija ir veidota kā divu vadu līnija, kas savīta spirālē. Šajā gadījumā blakus esošie pagriezieni tiek ierosināti fāzē ceļojošā viļņa režīmā. Tas noved pie tā, ka pret antenas asi tiek izveidots starojuma lauks ar apļveida polarizāciju, kas ļauj izveidot plašu frekvenču joslu. Ir plakanas antenas ar tā saukto spirāliArhimēds. Šī sarežģītā forma ļauj ievērojami palielināt pārraides frekvenču diapazonu no 0,8 līdz 21 GHz.

Spirālveida un ļoti virziena antenu salīdzinājums

Galvenā atšķirība starp spirālveida un virziena antenu ir tā, ka tā ir mazāka. Tas padara to vieglāku, kas ļauj uzstādīt ar mazāku fizisko piepūli. Tā trūkums ir šaurāks uztveršanas un pārraides frekvenču diapazons. Tam ir arī šaurāks starojuma modelis, kas apmierinošai uztveršanai prasa "meklēt" labāko pozīciju telpā. Tās neapšaubāma priekšrocība ir dizaina vienkāršība. Liels pluss ir iespēja noregulēt antenu, mainot spoles soli un kopējo spirāles garumu.

Īsā antena

Labākai rezonansei antenā ir nepieciešams, lai spirālveida daļas "izstieptais" garums būtu pēc iespējas tuvāks viļņa garuma vērtībai. Bet tas nedrīkst būt mazāks par ¼ viļņa garumu (λ). Tādējādi λ var sasniegt līdz 11 m. Tas attiecas uz HF joslu. Šajā gadījumā antena būs pārāk gara, kas ir nepieņemami. Viens no veidiem, kā palielināt vadītāja garumu, ir uzstādīt pagarinājuma spoli uztvērēja pamatnē. Vēl viena iespēja ir ievadīt uztvērēja ceļu ķēdē. Tās uzdevums ir saskaņot radiostaciju raidītāja izejas signālu ar antenu visās darba frekvencēs. Runājot vienkāršā valodā, uztvērējs darbojas kā pastiprinātājs no uztvērēja ienākošajam signālam. Šo shēmu izmanto automašīnu antenās, kur radioviļņu uztverošā elementa izmēram ir liela nozīme.

Secinājums

Spirālveida antenas ir kļuvušas ļoti populāras daudzās elektronisko sakaru jomās. Pateicoties viņiem, tiek veikta šūnu saziņa. Tos izmanto arī televīzijā un pat kosmosa radio sakaros. Viens no daudzsološajiem notikumiem antenas izmēra samazināšanai bija konusa reflektora izmantošana, kas ļauj palielināt uztveršanas viļņa garumu salīdzinājumā ar parasto reflektoru. Tomēr ir arī trūkums, kas izpaužas kā darbības frekvences spektra samazināšanās. Interesants piemērs ir arī "divvirzienu" koniskā spirālveida antena, kas ļauj strādāt plašā frekvenču spektrā, jo veidojas izotropiska virziena diafragma. Tas ir tāpēc, ka strāvas līnija divu vadu kabeļa veidā nodrošina vienmērīgas pretestības izmaiņas.