Spiralantenner: typer og bilder

2024 Forfatter: Leah Sherlock | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 05:45

Spiralantenne tilhører klassen for reisebølgeantenner. Dens viktigste driftsområde er desimeter og centimeter. Den tilhører klassen av overflateantenner. Hovedelementet er en spiral koblet til en koaksial linje. Spiralen skaper et strålingsmønster i form av to lober som sendes ut langs dens akse i forskjellige retninger.

Spiralantenner er sylindriske, flate og koniske. Hvis den nødvendige rekkeviddebredden er 50 % eller mindre, brukes en sylindrisk helix i antennen. Den koniske helixen dobler mottaksområdet sammenlignet med den sylindriske. Og flate gir allerede en tjue ganger fordel. Den mest populære for mottak i VHF-frekvensområdet var en sylindrisk radioantenne med sirkulær polarisering og høy utgangssignalforsterkning.

Antenneenhet

Hoveddelen av antennen er en spiralleder. Her brukes som regel kobber, messing eller ståltråd. En mater er koblet til den. Den er designet for å overføre et signal fra helixen til nettverket (mottakeren) og omvendt (senderen). Matere er av åpen og lukket type. Åpen type matere eruskjermede bølgeledere. En lukket type har et spesielt skjold mot interferens, som gjør det elektromagnetiske feltet beskyttet mot ytre påvirkninger. Avhengig av frekvensen til signalet, bestemmes følgende utforming av matere:

- opptil 3 MHz: skjermede og uskjermede kablede nettverk;

- 3 MHz til 3 GHz: koaksiale ledninger;

- 3GHz til 300GHz: metall og dielektriske bølgeledere;

- over 300 GHz: kvasi-optiske linjer.

Et annet element i antennen var reflektoren. Hensikten er å fokusere signalet på helixen. Den er hovedsakelig laget av aluminium. Grunnlaget for antennen er en ramme med lav dielektrisitetskonstant, for eksempel skum eller plast.

Beregning av hoveddimensjonene til antennen

Beregning av en spiralantenne begynner med å bestemme hoveddimensjonene til helixen. De er:

- antall svinger n;

- svingvinkel a;

- spiraldiameter D;

- tonehøyde for spiralen S;

- reflektordiameter 2D.

Det første man må forstå når man designer en spiralantenne er at det er en resonator (forsterker) av en bølge. Funksjonen var den høye inngangsimpedansen.

Typen bølger som eksiteres i den avhenger av de geometriske dimensjonene til forsterkerkretsen. Nabosvinger av spiralen har en veldig sterk innflytelse på strålingens natur. Optimale forhold:

D=λ/π, der λ er bølgelengden, π=3, 14

S=0, 25 λ

a=12˚

Fordiλ er en verdi som varierer og avhenger av frekvens, deretter er gjennomsnittsverdiene til denne indikatoren beregnet ved formlene tatt i beregningene:

λ min=c/f maks; λ max=c/f min, hvor c=3×108 m/sek. (lyshastighet) og f maks, f min - maksimum og minimum parameter for signalfrekvensen.

λ cf=1/2(λ min+ λ max)

n=L/S, der L er den totale lengden på antennen, bestemt av formelen:

L=(61˚/Ω)2 λ cf, hvor Ω er den polarisasjonsavhengige retningsvirkningen til antennen (hentet fra oppslagsverk).

Klassifisering etter driftsområde

I henhold til hovedfrekvensområdet er transceivere:

1. Sm alt bånd. Strålebredde og inngangsimpedans er svært frekvensavhengige. Dette antyder at antennen kan fungere uten ominnstilling bare i et sm alt bølgelengdespektrum, omtrent 10 % av den relative båndbredden.

2. Bred rekkevidde. Slike antenner kan operere over et bredt frekvensspektrum. Men hovedparametrene deres (SOI, strålingsmønster osv.) avhenger fortsatt av endringen i bølgelengde, men ikke like mye som smalbånds.

3. Frekvensuavhengig. Det antas at her endres ikke hovedparametrene når frekvensen endres. Disse antennene har et aktivt område. Den har evnen til å bevege seg langs antennen uten å endre dens geometriske dimensjoner, avhengig av endringen i bølgelengde.

De vanligste er spiralantenner av den andre og tredje typen. Den første typen brukes nårøkt "klarhet" av signalet ved en viss frekvens er nødvendig.

Selvlaget antenne

Bransjen tilbyr et bredt utvalg av antenner. En rekke priser kan variere fra noen få hundre til flere tusen rubler. Det er antenner for TV, satellittmottak, telefoni. Men du kan lage en spiralantenne med egne hender. Det er ikke så vanskelig. Spiralformede Wi-Fi-antenner er spesielt populære.

De er spesielt aktuelle når det er nødvendig å forsterke signalet fra ruteren i et eller annet stort hus. For å gjøre dette trenger du en kobbertråd med et tverrsnitt på 2-3 mm 2 og en lengde på 120 cm. Det er nødvendig å gjøre 6 omdreininger med en diameter på 45 mm. For å gjøre dette kan du bruke et rør av passende størrelse. Et spadehåndtak passer godt (det har omtrent samme diameter). Vi vikler ledningen og får en spiral med seks svinger. Vi bøyer den gjenværende enden på en slik måte at den passerer nøyaktig gjennom spiralens akse, og "gjentar" den. Vi strekker skruedelen slik at avstanden mellom svingene er innenfor 28-30 mm. Deretter fortsetter vi til produksjonen av reflektoren.

For dette vil et stykke aluminium 15 × 15 cm i størrelse og 1,5 mm tykt duge. Fra dette emnet lager vi en sirkel med en diameter på 120 mm, og kutter av unødvendige kanter. Bor et 2 mm hull i midten av sirkelen. Vi setter enden av spiralen inn i den og lodder begge delene til hverandre. Antennen er klar. Nå må du fjerne strålingsledningen fra antennemodulen til ruteren. Og lodd enden av ledningen medenden av antennen kommer ut av reflektoren.

433 MHz-antennefunksjoner

Først og fremst må det sies at radiobølger med en frekvens på 433 MHz under deres forplantning absorberes godt av bakken og ulike hindringer. For videreoverføring brukes laveffektsendere. Som regel bruker ulike sikkerhetsenheter denne frekvensen. Det er spesielt brukt i Russland, for ikke å forstyrre luften. 433 MHz spiralantennen krever en høyere utgangsforsterkning.

En annen funksjon ved bruk av slikt sender/mottakerutstyr er at bølgene i dette området har muligheten til å legge til fasene til de direkte og reflekterte bølgene fra overflaten. Dette kan enten øke signalstyrken eller svekke den. Fra ovenstående kan vi konkludere med at valget av "beste" mottak avhenger av den individuelle innstillingen av antenneposisjonen.

Hjemmelaget 433 MHz-antenne

Det er enkelt å lage en 433 MHz spiralantenne med egne hender. Hun er veldig kompakt. For å gjøre dette trenger du et lite stykke kobber, messing eller ståltråd. Du kan også bruke bare ledning. Tråddiameteren skal være 1 mm. Vi snor 17 svinger på en dor med en diameter på 5 mm. Vi strekker helixen slik at lengden er 30 mm. Med disse dimensjonene tester vi antennen for signalmottak. Ved å endre avstanden mellom svingene, ved å strekke og komprimere helixen oppnår vi en bedre signalkvalitet. Men du må vite at en slik antenne er veldig følsom for forskjellige objekter,brakt nær henne.

UHF-mottaksantenne

UHF spiralantenner er nødvendige for å motta et TV-signal. Etter sin utforming består de av to deler: en reflektor og en spiral.

Det er bedre å bruke kobber for helixen - den har mindre motstand og derfor mindre sign altap. Formler for beregningen:

- total lengde av spiralen L=30000/f, der f- signalfrekvens (MHz);

- helix pitch S=0,24 L;

- spolediameter D=0, 31/L;

- spir altråddiameter d ≈ 0,01L;

- reflektordiameter 0,8 nS, hvor n- antall omdreininger;

- avstand til skjermen H=0, 2 L.

Gevinst:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

Reflekskoppen er laget av aluminium.

Andre typer sender/mottakerutstyr

Koniske og flate spiralantenner er mindre vanlige. Dette er på grunn av vanskeligheten med å produsere, selv om de har de beste egenskapene når det gjelder signaloverføring og mottak. Strålingen til slike sendere dannes ikke av alle svingene, men bare av de hvis lengde er nær bølgelengden.

I en flat antenne er den spiralformede linjen laget i form av en totrådsledning vridd til en spiral. I dette tilfellet eksiteres tilstøtende svinger i fase i bevegelsesbølgemodus. Dette fører til at et strålingsfelt med sirkulær polarisering skapes mot antennens akse, slik at du kan lage et bredt frekvensbånd. Det er flate antenner med såk alt spiralArkimedes. Denne komplekse formen tillater en betydelig økning i overføringsfrekvensområdet fra 0,8 til 21 GHz.

Sammenligning av spiralformede og sterkt retningsbestemte antenner

Hovedforskjellen mellom en helix og en retningsantenne er at den er mindre. Dette gjør den lettere, noe som tillater installasjon med mindre fysisk anstrengelse. Ulempen er et smalere utvalg av mottaks- og sendefrekvenser. Den har også et smalere strålingsmønster, noe som krever "søk" etter beste plassering i rommet for tilfredsstillende mottak. Dens utvilsomme fordel er enkelheten i design. Et stort pluss er muligheten til å stille inn antennen ved å endre stigningen til spolen og den totale lengden på spiralen.

Kort antenne

For bedre resonans i antennen er det nødvendig at den "forlengede" lengden på den spiralformede delen er så nær bølgelengdeverdien som mulig. Men den bør ikke være mindre enn ¼ bølgelengde (λ). Dermed kan λ nå opp til 11 m. Dette gjelder for HF-båndet. I dette tilfellet vil antennen være for lang, noe som er uakseptabelt. En måte å øke lengden på lederen på er å installere en forlengelsesspole ved bunnen av mottakeren. Et annet alternativ er å mate tunerbanen inn i kretsen. Dens oppgave er å matche utgangssignalet til senderen til radiostasjoner med antennen på alle driftsfrekvenser. Snakker i vanlig språk, fungerer tuneren som en forsterker for det innkommende signalet fra mottakeren. Denne ordningen brukes i bilantenner, hvor størrelsen på elementet som mottar radiobølgen er svært viktig.

Konklusjon

Spiralantenner har blitt veldig populære innen mange områder innen elektronisk kommunikasjon. Takket være dem utføres mobilkommunikasjon. De brukes også i TV og til og med i radiokommunikasjon i dype rom. En av de lovende utviklingene for å redusere størrelsen på antennen var bruken av en kjeglereflektor, som gjør det mulig å øke lengden på mottaksbølgelengden sammenlignet med en konvensjonell reflektor. Imidlertid er det også en ulempe, uttrykt i en reduksjon i spekteret av driftsfrekvensen. Et interessant eksempel er også den "toveis" koniske spiralantennen, som lar deg jobbe i et bredt frekvensspektrum, på grunn av dannelsen av en isotropisk retningsdiafragma. Dette er fordi kraftledningen i form av en to-leder kabel gir en jevn endring i impedansen.