Spiralne antene: vrste i fotografije

2024 Autor: Leah Sherlock | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 05:29

Spiralna antena pripada klasi antena putujućih talasa. Njegov glavni radni opseg je decimetar i centimetar. Spada u klasu površinskih antena. Njegov glavni element je spirala povezana sa koaksijalnom linijom. Spirala stvara uzorak zračenja u obliku dva režnja koja se emituju duž svoje ose 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. Konusni heliks udvostručuje opseg prijema u odnosu na cilindrični. A ravne već daju dvadesetostruku prednost. Najpopularnija za prijem u VHF frekvencijskom opsegu bila je cilindrična radio antena sa kružnom polarizacijom i visokim pojačanjem izlaznog signala.

Antenski uređaj

Glavni dio antene je namotani provodnik. Ovdje se u pravilu koristi bakrena, mesingana ili čelična žica. Na njega je spojen fider. Dizajniran je za prijenos signala iz spirale u mrežu (prijemnik) i obrnuto (predajnik). Hranilice su otvorenog i zatvorenog tipa. Hranilice otvorenog tipa suneoklopljenih talasovoda. Zatvoreni tip imaju poseban štit od smetnji, koji čini elektromagnetno polje zaštićenim od vanjskih utjecaja. U zavisnosti od frekvencije signala, određuje se sledeći dizajn fidera:

- do 3 MHz: zaštićene i nezaštićene žičane mreže;

- 3 MHz do 3 GHz: koaksijalne žice;

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

- preko 300 GHz: kvazi-optičke linije.

Drugi element antene bio je reflektor. Njegova svrha je fokusiranje signala na spiralu. Izrađuje se uglavnom od aluminijuma. Osnova za antenu je okvir sa niskom dielektričnom konstantom, poput pjene ili plastike.

Proračun glavnih dimenzija antene

Proračun spiralne antene počinje određivanjem glavnih dimenzija heliksa. To su:

- broj okreta n;

- ugao okretanja a;

- spiralni promjer D;

- visina spirale S;

- prečnik reflektora 2D.

Prva stvar koju treba shvatiti kada dizajnirate spiralnu antenu je da je to rezonator (pojačalo) talasa. Njegova karakteristika je bila visoka ulazna impedansa.

Vrsta talasa koji se pobuđuju u njemu zavisi od geometrijskih dimenzija kruga za pojačavanje. Susedni zavoji spirale imaju veoma snažan uticaj na prirodu zračenja. Optimalni omjeri:

D=λ/π, gdje je λ talasna dužina, π=3, 14

S=0, 25 λ

a=12˚

Zatoλ je vrijednost koja varira i ovisi o učestalosti, tada se u proračunima uzimaju prosječne vrijednosti ovog indikatora 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 dužina antene, određena formulom:

L=(61˚/Ω)2 λ cf, gdje je Ω usmjerenost antene zavisna od polarizacije (preuzeto iz priručnika).

Klasifikacija po radnom opsegu

Prema glavnom frekvencijskom opsegu, primopredajnici su:

1. Uskopojasni. Širina snopa i ulazna impedancija su u velikoj mjeri zavisne od frekvencije. Ovo sugerira da antena može raditi bez ponovnog podešavanja samo u uskom spektru talasnih dužina, otprilike 10% relativnog propusnog opsega.

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

3. Nezavisna od frekvencije. Vjeruje se da se ovdje glavni parametri ne mijenjaju kada se frekvencija promijeni. Ove antene imaju aktivno područje. Ima mogućnost da se kreće duž antene bez promjene njenih geometrijskih dimenzija, u zavisnosti od promjene talasne dužine.

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

Samoproizvedena antena

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

Posebno su relevantni kada je potrebno pojačati signal sa rutera u nekoj velikoj kući. Da biste to učinili, potrebna vam je bakarna žica poprečnog presjeka 2-3 mm 2 i dužine 120 cm. Potrebno je napraviti 6 zavoja prečnika 45 mm. Da biste to učinili, možete koristiti cijev odgovarajuće veličine. Drška lopate dobro pristaje (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 proizvodnju reflektora.

Za ovo će poslužiti komad aluminijuma veličine 15 × 15 cm i debljine 1,5 mm. Od ove praznine napravimo krug promjera 120 mm, odsijecajući 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 rutera. I zalemiti kraj žicekraj antene izlazi iz reflektora.

433 MHz karakteristike antene

Pre svega, mora se reći da radio talase frekvencije od 433 MHz tokom svog širenja dobro apsorbuje tlo i razne prepreke. Za njegovu reemitaciju koriste se predajnici male snage. U pravilu, različiti sigurnosni uređaji koriste ovu frekvenciju. Posebno se koristi u Rusiji, kako se ne bi ometao u eteru. Zavojna antena od 433 MHz zahtijeva veće izlazno pojačanje.

Još jedna karakteristika korišćenja takve primopredajne opreme je da talasi ovog opsega imaju mogućnost da dodaju faze direktnih i reflektovanih talasa sa površine. Ovo može ili povećati jačinu signala ili ga oslabiti. Iz navedenog možemo zaključiti da izbor "najboljeg" prijema zavisi od individualnog podešavanja položaja antene.

domaća antena od 433 MHz

Lako je napraviti spiralnu antenu od 433 MHz vlastitim rukama. Veoma je kompaktna. Da biste to učinili, potreban vam je mali komad bakrene, mesingane ili čelične žice. Možete koristiti i samo žicu. Prečnik žice treba da bude 1 mm. Na trn promjera 5 mm namotavamo 17 zavoja. Zavojnicu rastegnemo tako da njena dužina bude 30 mm. Sa ovim dimenzijama testiramo antenu na prijem signala. Promjenom udaljenosti između zavoja, rastezanjem i kompresijom spirale postižemo bolji kvalitet signala. Ali morate znati da je takva antena vrlo osjetljiva na razne objekte,približio joj se.

UHF prijemna antena

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

Za spiralu je bolje koristiti bakar - ima manji otpor i samim tim manji gubitak signala. Formule za njegovo izračunavanje:

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

- nagib spirale S=0,24 L;

- prečnik zavojnice D=0, 31/L;

- prečnik spiralne žice d ≈ 0.01L;

- prečnik reflektora 0,8 nS, gdje je n- broj okreta;

- udaljenost do ekrana H=0, 2 L.

Dobitak:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

Reflektorska čaša je napravljena od aluminijuma.

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 predajnika ne formiraju svi zavoji, već samo oni čija je dužina bliska talasnoj dužini.

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

Poređenje spiralnih i visoko usmjerenih antena

Glavna razlika između heliksa i usmjerene antene je u tome što je manja. To ga čini lakšim, što omogućava ugradnju uz manje fizičkog napora. Njegov nedostatak je uži raspon frekvencija prijema i odašiljanja. Takođe ima uži dijagram zračenja, što zahteva „potragu“za najboljom pozicijom u prostoru za zadovoljavajući prijem. Njegova nesumnjiva prednost je jednostavnost dizajna. Veliki plus je mogućnost podešavanja antene promjenom nagiba zavojnice i ukupne dužine spirale.

Kratka antena

Za bolju rezonanciju u anteni, neophodno je da "izdužena" dužina spiralnog dela bude što je moguće bliža vrednosti talasne dužine. Ali ne bi trebao biti manji od ¼ talasne dužine (λ). Dakle, λ može doseći i do 11 m. Ovo vrijedi za VF opseg. U ovom slučaju, antena će biti predugačka, što je neprihvatljivo. Jedan od načina da se poveća dužina provodnika je ugradnja produžne zavojnice na podnožje prijemnika. Druga opcija je uvođenje putanje tjunera u kolo. Njegov zadatak je da uskladi izlazni signal predajnika radio stanica sa antenom na svim radnim frekvencijama. Govoreći jednostavnim jezikom, tjuner služi kao pojačalo za dolazni signal sa prijemnika. Ova šema se koristi u automobilskim antenama, gde je veličina elementa koji prima radio talas veoma važna.

Zaključak

Spiralne antene su postale veoma popularne u mnogim oblastima elektronskih komunikacija. Zahvaljujući njima, ostvaruje se ćelijska komunikacija. Koriste se i na televiziji, pa čak iu radio komunikacijama u dubokom svemiru. Jedan od obećavajućih dostignuća za smanjenje veličine antene bila je upotreba konusnog reflektora, koji omogućava povećanje dužine talasne dužine prijema u odnosu na konvencionalni reflektor. Međutim, postoji i nedostatak, izražen u smanjenju spektra radne frekvencije. Zanimljiv primjer je i "dvosmjerna" konusna spiralna antena, koja vam omogućava rad u širokom spektru frekvencija, zbog formiranja izotropne usmjerene dijafragme. To je zato što strujna linija u obliku dvožilnog kabla omogućava glatku promjenu impedanse.