Spirálantennák: típusok és fényképek

2024 Szerző: Leah Sherlock | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 05:38

A spirálantenna az utazóhullámú antennák osztályába tartozik. Fő működési tartománya deciméter és centiméter. A felületi antennák osztályába tartozik. Fő eleme egy koaxiális vonalhoz kapcsolódó spirál. A spirál sugárzási mintát hoz létre két lebeny formájában, amelyek a tengelye mentén különböző irányokba bocsátanak ki.

A spirálantennák hengeresek, laposak és kúposak. Ha a szükséges működési tartomány szélessége 50% vagy kevesebb, akkor az antennában hengeres csavarvonalat használnak. A kúpos spirál megduplázza a vételi hatótávolságot a hengereshez képest. A laposak pedig már húszszoros előnyt adnak. A VHF-frekvencia tartományban a legnépszerűbb vétel a hengeres rádióantenna volt, körkörös polarizációval és nagy kimeneti jelerősítéssel.

Antennaeszköz

Az antenna fő része egy tekercses vezető. Itt általában réz-, sárgaréz- vagy acélhuz alt használnak. Etető csatlakozik hozzá. Úgy tervezték, hogy jelet továbbítson a helixből a hálózatba (vevő) és fordítva (adó). Az adagolók nyitott és zárt típusúak. Nyitott típusú adagolók vannakárnyékolatlan hullámvezetők. A zárt típusok speciális interferencia-árnyékolással rendelkeznek, amely védi az elektromágneses teret a külső hatásoktól. A jel frekvenciájától függően az adagolók következő kialakítása kerül meghatározásra:

- 3 MHz-ig: árnyékolt és árnyékolatlan vezetékes hálózatok;

- 3 MHz-től 3 GHz-ig: koaxiális vezetékek;

- 3 GHz-től 300 GHz-ig: fém és dielektromos hullámvezetők;

- 300 GHz felett: kvázi-optikai vonalak.

Az antenna másik eleme a reflektor volt. Célja, hogy a jelet a spirálra fókuszálja. Főleg alumíniumból készül. Az antenna alapja egy alacsony dielektromos állandójú keret, például hab vagy műanyag.

Az antenna fő méreteinek kiszámítása

A spirálantenna számítása a spirál fő méreteinek meghatározásával kezdődik. Ezek:

- fordulatok száma n;

- elfordulási szög a;

- spirálátmérő D;

- az S spirál emelkedése;

- reflektor átmérője 2D.

A spirális antenna tervezésekor először meg kell érteni, hogy ez egy hullám rezonátora (erősítője). Jellemzője a nagy bemeneti impedancia volt.

A benne gerjesztett hullámok típusa az erősítő áramkör geometriai méreteitől függ. A spirál szomszédos fordulatai nagyon erősen befolyásolják a sugárzás természetét. Optimális arányok:

D=λ/π, ahol λ a hullámhossz, π=3, 14

S=0, 25 λ

a=12˚

Mertλ egy olyan érték, amely változó és a gyakoriságtól függ, akkor ennek a mutatónak a képletekkel számított átlagos értékeit veszik a számításokba:

λ min=c/f max; λ max=c/f min, ahol c=3×108 m/sec. (fénysebesség) és f max, f min - a jelfrekvencia maximális és minimális paramétere.

λ cf=1/2(λ min+ λ max)

n=L/S, ahol L az antenna teljes hossza, a következő képlettel meghatározva:

L=(61˚/Ω)2 λ cf, ahol Ω az antenna polarizációtól függő irányíthatósága (referenciakönyvekből átvéve).

Osztályozás működési tartomány szerint

A fő frekvenciatartomány szerint az adó-vevők a következők:

1. Keskeny sávú. A sugár szélessége és a bemeneti impedancia erősen frekvenciafüggő. Ez arra utal, hogy az antenna újrahangolás nélkül csak egy szűk hullámhossz-spektrumban, a relatív sávszélesség körülbelül 10%-án tud működni.

2. Széleskörű. Az ilyen antennák széles frekvenciaspektrumon működhetnek. De fő paramétereik (SOI, sugárzási mintázat stb.) továbbra is függenek a hullámhossz változásától, de nem annyira, mint a keskeny sávúak.

3. Frekvenciafüggetlen. Úgy gondolják, hogy itt a fő paraméterek nem változnak a frekvencia megváltozásakor. Ezeknek az antennáknak van egy aktív tartománya. A hullámhossz változásától függően képes az antenna mentén mozogni anélkül, hogy a geometriai méreteit megváltoztatná.

A legelterjedtebbek a második és harmadik típusú spirális antennák. Az első típust akkor használjuk, amikora jelnek bizonyos frekvencián nagyobb "tisztaságára" van szükség.

Saját készítésű antenna

Az iparág az antennák széles választékát kínálja. A különféle árak néhány száztól több ezer rubelig változhatnak. Vannak antennák a televízióhoz, műholdas vételhez, telefonáláshoz. De spirálantennát készíthet saját kezével. Nem olyan nehéz. A spirális Wi-Fi antennák különösen népszerűek.

Különösen fontosak, ha valamilyen nagy házban fel kell erősíteni a router jelét. Ehhez 2-3 mm 2 keresztmetszetű, 120 cm hosszú rézhuzalra van szükség, 6 menet 45 mm átmérőjű. Ehhez használhat egy megfelelő méretű csövet. Egy lapátnyél jól illeszkedik (kb. azonos átmérőjű). Feltekerjük a drótot, és egy spirált kapunk hat fordulattal. A fennmaradó végét úgy meghajlítjuk, hogy pontosan átmenjen a spirál tengelyén, „megismételve”. A csavarrészt úgy nyújtjuk, hogy a menetek távolsága 28-30 mm-en belül legyen. Ezután folytatjuk a reflektor gyártását.

Ehhez egy 15 × 15 cm méretű és 1,5 mm vastag alumíniumdarab is megteszi. Ebből a nyersdarabból 120 mm átmérőjű kört készítünk, levágva a felesleges éleket. Fúrjon egy 2 mm-es lyukat a kör közepébe. A spirál végét belehelyezzük, és mindkét részt egymáshoz forrasztjuk. Az antenna készen áll. Most el kell távolítania a sugárzó vezetéket az útválasztó antennamoduljából. És forrassza le a vezeték végétaz antenna vége kijön a reflektorból.

433 MHz antennafunkciók

Először is el kell mondani, hogy a 433 MHz frekvenciájú rádióhullámokat terjedésük során jól elnyeli a talaj és a különféle akadályok. Az újraküldéshez alacsony teljesítményű adókat használnak. Általában különféle biztonsági eszközök használják ezt a frekvenciát. Kifejezetten Oroszországban használják, hogy ne zavarják a levegőt. A 433 MHz-es spirális antenna nagyobb kimeneti erősítést igényel.

Az ilyen adó-vevő berendezések használatának másik jellemzője, hogy az ebbe a tartományba tartozó hullámok képesek hozzáadni a közvetlen és a felszínről visszavert hullámok fázisait. Ez növelheti vagy gyengítheti a jel erősségét. A fentiekből arra következtethetünk, hogy a „legjobb” vétel kiválasztása az antenna helyzetének egyéni beállításától függ.

Házi készítésű 433 MHz-es antenna

Könnyű saját kezűleg elkészíteni egy 433 MHz-es spirális antennát. Nagyon kompakt. Ehhez egy kis darab réz-, sárgaréz- vagy acélhuzalra van szüksége. Csak vezetéket is használhat. A huzal átmérője 1 mm legyen. Egy 5 mm átmérőjű tüskére 17 fordulatot tekerünk. A csavarvonalat úgy nyújtjuk, hogy hossza 30 mm legyen. Ezekkel a méretekkel teszteljük az antennát jelvételre. A fordulatok közötti távolság változtatásával, a csavarvonal nyújtásával, összenyomásával jobb jelminőséget érünk el. De tudnia kell, hogy egy ilyen antenna nagyon érzékeny a különféle tárgyakra,közel hozta magához.

UHF vevőantenna

UHF spirális antennák szükségesek a televíziós jel vételéhez. Kialakításuk szerint két részből állnak: egy reflektorból és egy spirálból.

Jobb, ha rezet használunk a spirálhoz - kisebb az ellenállása, és ezért kisebb a jelvesztesége. Képletek a kiszámításához:

- a spirál teljes hossza L=30000/f, ahol f- jelfrekvencia (MHz);

- spirálemelkedés S=0,24 L;

- tekercs átmérő D=0, 31/L;

- spirálhuzal átmérője d ≈ 0,01L;

- reflektor átmérője 0,8 nS, ahol n- fordulatok száma;

- távolság a képernyőtől H=0, 2 L.

Növekedés:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

A fényvisszaverő pohár alumíniumból készült.

Más típusú adó-vevő berendezések

A kúpos és lapos spirális antennák kevésbé gyakoriak. Ennek oka a gyártás nehézsége, bár jelátviteli és vételi szempontból ezek rendelkeznek a legjobb tulajdonságokkal. Az ilyen adók sugárzását nem minden fordulat hozza létre, hanem csak azok, amelyek hossza közel van a hullámhosszhoz.

Lapos antennában a spirálvonalat kétvezetékes, spirálba csavart vezeték formájában készítik. Ebben az esetben haladó hullám üzemmódban a szomszédos fordulatokat fázisban gerjesztjük. Ez ahhoz a tényhez vezet, hogy az antenna tengelye felé körkörös polarizációjú sugárzási mező jön létre, amely lehetővé teszi széles frekvenciasáv létrehozását. Vannak lapos antennák úgynevezett spirállalArchimedes. Ez az összetett forma lehetővé teszi az átviteli frekvencia 0,8-ról 21 GHz-re történő jelentős növelését.

Helikális és erősen irányított antennák összehasonlítása

A fő különbség a hélix és az irányított antenna között az, hogy kisebb. Ez könnyebbé teszi, ami lehetővé teszi a kisebb fizikai erőfeszítéssel történő felszerelést. Hátránya a szűkebb vételi és adási frekvenciatartomány. Szűkebb sugárzási mintázata is van, ami a kielégítő vétel érdekében a legjobb térbeli pozíció "keresését" igényli. Kétségtelen előnye a tervezés egyszerűsége. Nagy előnye, hogy az antennát a tekercs magasságának és a spirál teljes hosszának változtatásával lehet hangolni.

Rövid antenna

A jobb rezonancia érdekében az antennában szükséges, hogy a spirális rész "megnyúlt" hossza a lehető legközelebb legyen a hullámhossz értékéhez. De nem lehet kisebb ¼ hullámhossznál (λ). Így a λ akár 11 m-t is elérhet, ez igaz a HF sávra. Ebben az esetben az antenna túl hosszú lesz, ami elfogadhatatlan. A vezeték hosszának növelésének egyik módja egy hosszabbító tekercs felszerelése a vevő alján. Egy másik lehetőség a tuner útvonalának betáplálása az áramkörbe. Feladata, hogy a rádióállomások adójának kimenő jelét az antennához illessze minden üzemi frekvencián. Közérthető nyelven szólva a tuner a vevőegységből érkező jel erősítőjeként működik. Ezt a sémát autóantennákban használják, ahol nagyon fontos a rádióhullámot vevő elem mérete.

Következtetés

A spirálantennák nagyon népszerűvé váltak az elektronikus kommunikáció számos területén. Nekik köszönhetően a cellás kommunikáció megvalósul. A televízióban, sőt a mélyűri rádiókommunikációban is használják. Az egyik ígéretes fejlesztés az antenna méretének csökkentésére a kúpos reflektor alkalmazása volt, amely lehetővé teszi a vételi hullámhossz hosszának növelését a hagyományos reflektorhoz képest. Van azonban egy hátránya is, amely a működési frekvencia spektrumának csökkenésében fejeződik ki. Szintén érdekes példa a "kétirányú" kúpos spirális antenna, amely az izotróp irányított membrán kialakulásának köszönhetően széles frekvenciaspektrumban teszi lehetővé a munkát. Ennek az az oka, hogy a kéteres kábel formájában lévő tápvezeték az impedancia zökkenőmentes változását biztosítja.