Spirální antény: typy a fotografie

2024 Autor: Leah Sherlock | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 05:30

Spirální anténa patří do třídy antén s postupnou vlnou. Jeho hlavní provozní rozsah je decimetr a centimetr. Patří do třídy povrchových antén. Jeho hlavním prvkem je spirála spojená s koaxiálním vedením. Spirála vytváří vyzařovací diagram ve formě dvou laloků emitovaných podél své osy v různých směrech.

Spirálové antény jsou válcové, ploché a kónické. Pokud je požadovaná šířka pracovního rozsahu 50 % nebo méně, pak je v anténě použita válcová šroubovice. Kónická šroubovice zdvojnásobuje rozsah příjmu ve srovnání s válcovou. A ploché už dávají dvacetinásobnou výhodu. Nejpopulárnější pro příjem ve frekvenčním rozsahu VHF byla válcová rádiová anténa s kruhovou polarizací a vysokým ziskem výstupního signálu.

Anténové zařízení

Hlavní částí antény je vinutý vodič. Zde se zpravidla používá měděný, mosazný nebo ocelový drát. Je k němu připojen podavač. Je určen k přenosu signálu ze šroubovice do sítě (přijímače) a naopak (vysílače). Podavače jsou otevřeného a uzavřeného typu. Podavače otevřeného typu jsounestíněné vlnovody. Uzavřený typ má speciální stínění proti rušení, díky kterému je elektromagnetické pole chráněno před vnějšími vlivy. V závislosti na frekvenci signálu je určeno následující provedení podavačů:

- až 3 MHz: stíněné a nestíněné drátové sítě;

- 3 MHz až 3 GHz: koaxiální dráty;

- 3GHz až 300GHz: kovové a dielektrické vlnovody;

- nad 300 GHz: kvazioptické linky.

Dalším prvkem antény byl reflektor. Jeho účelem je zaměřit signál na šroubovici. Vyrábí se převážně z hliníku. Základem antény je rám s nízkou dielektrickou konstantou, jako je pěna nebo plast.

Výpočet hlavních rozměrů antény

Výpočet spirálové antény začíná určením hlavních rozměrů šroubovice. Jsou to:

- počet otáček n;

- úhel otočení a;

- průměr spirály D;

- rozteč spirály S;

- průměr reflektoru 2D.

První věc, kterou je třeba pochopit při navrhování spirálové antény, je, že jde o rezonátor (zesilovač) vlny. Jeho vlastností byla vysoká vstupní impedance.

Typ buzených vln v něm závisí na geometrických rozměrech zesilovacího obvodu. Sousední závity spirály mají velmi silný vliv na charakter záření. Optimální poměry:

D=λ/π, kde λ je vlnová délka, π=3, 14

S=0, 25 λ

a=12˚

Protožeλ je hodnota, která se mění a závisí na frekvenci, pak se při výpočtech berou průměrné hodnoty tohoto ukazatele vypočítané pomocí vzorců:

λ min=c/f max; λ max=c/f min, kde c=3×108 m/s. (rychlost světla) a f max, f min - maximální a minimální parametr frekvence signálu.

λ cf=1/2(λ min+ λ max)

n=L/S, kde L je celková délka antény určená podle vzorce:

L=(61˚/Ω)2 λ cf, kde Ω je směrovost antény závislá na polarizaci (převzato z referenčních knih).

Klasifikace podle provozního rozsahu

Podle hlavního frekvenčního rozsahu jsou transceivery:

1. Úzkopásmový. Šířka paprsku a vstupní impedance jsou vysoce frekvenčně závislé. To naznačuje, že anténa může pracovat bez přeladění pouze v úzkém spektru vlnových délek, přibližně 10 % relativní šířky pásma.

2. Široký rozsah. Takové antény mohou pracovat v širokém frekvenčním spektru. Ale jejich hlavní parametry (SOI, vyzařovací diagram atd.) stále závisí na změně vlnové délky, ale ne tolik jako u úzkopásmových.

3. Frekvenčně nezávislý. Předpokládá se, že zde se hlavní parametry při změně frekvence nemění. Tyto antény mají aktivní oblast. Má schopnost pohybovat se podél antény bez změny jejích geometrických rozměrů v závislosti na změně vlnové délky.

Nejběžnější jsou spirálové antény druhého a třetího typu. První typ se používá, kdyžje potřeba zvýšená "čistota" signálu na určité frekvenci.

Anténa vlastní výroby

Průmysl nabízí širokou škálu antén. Různé ceny se mohou lišit od několika stovek do několika tisíc rublů. Jsou zde antény pro televizi, satelitní příjem, telefonování. Ale můžete si vyrobit spirálovou anténu vlastníma rukama. Není to tak těžké. Šroubové Wi-Fi antény jsou obzvláště oblíbené.

Jsou zvláště důležité, když je potřeba zesílit signál z routeru v nějakém velkém domě. K tomu potřebujete měděný drát o průřezu 2-3 mm 2 a délce 120 cm. Je potřeba udělat 6 závitů o průměru 45 mm. K tomu můžete použít trubici vhodné velikosti. Dobře sedí rukojeť lopaty (má přibližně stejný průměr). Namotáme drát a dostaneme spirálku se šesti závity. Zbývající konec ohneme tak, aby procházel přesně osou spirály a „opakoval“. Šroubovou část natáhneme tak, aby vzdálenost mezi závity byla v rozmezí 28-30 mm. Poté přistoupíme k výrobě reflektoru.

K tomu postačí kus hliníku o velikosti 15 × 15 cm a tloušťce 1,5 mm. Z tohoto polotovaru vyrobíme kruh o průměru 120 mm, přičemž odřízneme zbytečné okraje. Do středu kruhu vyvrtejte 2 mm otvor. Vložíme do ní konec spirálky a oba díly k sobě připájeme. Anténa je připravena. Nyní musíte odstranit vyzařovací drát z anténního modulu routeru. A připájejte konec drátukonec antény vycházející z reflektoru.

433 MHz funkce antény

Především je třeba říci, že rádiové vlny o frekvenci 433 MHz jsou při svém šíření dobře pohlcovány zemí a různými překážkami. Pro jeho retranslaci se používají nízkovýkonové vysílače. Tuto frekvenci zpravidla využívají různá zabezpečovací zařízení. Používá se speciálně v Rusku, aby nerušilo vzduch. 433 MHz spirálová anténa vyžaduje vyšší výstupní zisk.

Dalším rysem použití takového zařízení transceiveru je, že vlny tohoto rozsahu mají schopnost sčítat fáze přímých a odražených vln od povrchu. To může buď zvýšit sílu signálu, nebo jej oslabit. Z výše uvedeného můžeme usoudit, že volba „nejlepšího“příjmu závisí na individuálním nastavení polohy antény.

Domácí 433 MHz anténa

Je snadné vyrobit 433 MHz spirálovou anténu vlastníma rukama. Je velmi skladná. K tomu potřebujete malý kousek měděného, mosazného nebo ocelového drátu. Můžete také použít pouze drát. Průměr drátu by měl být 1 mm. 17 závitů namotáme na trn o průměru 5 mm. Šroubovici natáhneme tak, aby její délka byla 30 mm. S těmito rozměry zkoušíme anténu na příjem signálu. Změnou vzdálenosti mezi závity, natahováním a stlačováním šroubovice dosáhneme lepší kvality signálu. Ale musíte vědět, že taková anténa je velmi citlivá na různé předměty,přiblížil se k ní.

Přijímací anténa UHF

UHF spirálové antény jsou nezbytné pro příjem televizního signálu. Svým designem se skládají ze dvou částí: reflektoru a spirály.

Pro šroubovici je lepší použít měď – má menší odpor a tím pádem menší ztráty signálu. Vzorce pro jeho výpočet:

- celková délka spirály L=30000/f, kde f- frekvence signálu (MHz);

- stoupání šroubovice S=0,24 L;

- průměr cívky D=0, 31/L;

- průměr spirálového drátu d ≈ 0,01L;

- průměr reflektoru 0,8 nS, kde n- počet závitů;

- vzdálenost k obrazovce H=0, 2 L.

Zisk:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

Reflektor je vyroben z hliníku.

Další typy zařízení transceiveru

Kónické a ploché spirálové antény jsou méně běžné. To je způsobeno obtížností jejich výroby, ačkoli mají nejlepší vlastnosti z hlediska přenosu a příjmu signálu. Záření takových vysílačů není tvořeno všemi závity, ale pouze těmi, jejichž délka je blízká vlnové délce.

U ploché antény je spirálové vedení vytvořeno ve formě dvoudrátového vedení stočeného do spirály. V tomto případě jsou sousední závity buzeny ve fázi v režimu postupné vlny. To vede k tomu, že směrem k ose antény vzniká vyzařovací pole s kruhovou polarizací, což umožňuje vytvořit široké frekvenční pásmo. Existují ploché antény s tzv. spirálouArchimedes. Tento složitý tvar umožňuje výrazné zvýšení rozsahu přenosové frekvence od 0,8 do 21 GHz.

Porovnání spirálových a vysoce směrových antén

Hlavní rozdíl mezi spirálovou a směrovou anténou je v tom, že je menší. Díky tomu je lehčí, což umožňuje instalaci s menší fyzickou námahou. Jeho nevýhodou je užší rozsah přijímacích a vysílacích frekvencí. Má také užší vyzařovací diagram, který pro uspokojivý příjem vyžaduje „hledání“nejlepší polohy v prostoru. Jeho nespornou výhodou je jednoduchost designu. Velkým plusem je možnost vyladit anténu změnou rozteče cívky a celkové délky spirály.

Krátká anténa

Pro lepší rezonanci v anténě je nutné, aby se "prodloužená" délka šroubovicové části co nejvíce blížila hodnotě vlnové délky. Neměla by však být menší než ¼ vlnové délky (λ). λ tedy může dosahovat až 11 m. To platí pro KV pásmo. V tomto případě bude anténa příliš dlouhá, což je nepřijatelné. Jedním ze způsobů, jak zvětšit délku vodiče, je nainstalovat prodlužovací cívku na základnu přijímače. Další možností je přivést cestu tuneru do obvodu. Jeho úkolem je sladit výstupní signál vysílače radiostanic s anténou na všech pracovních frekvencích. Mluveno srozumitelnou řečí, tuner funguje jako zesilovač pro příchozí signál z přijímače. Toto schéma se používá v automobilových anténách, kde je velmi důležitá velikost prvku, který přijímá rádiové vlny.

Závěr

Spirálové antény se staly velmi populární v mnoha oblastech elektronické komunikace. Díky nim probíhá celulární komunikace. Používají se také v televizi a dokonce i v rádiových komunikacích v hlubokém vesmíru. Jedním ze slibných pokroků pro zmenšení velikosti antény bylo použití kuželového reflektoru, který umožňuje zvýšit délku přijímací vlnové délky ve srovnání s konvenčním reflektorem. Existuje však také nevýhoda, vyjádřená poklesem spektra pracovní frekvence. Zajímavá je také „dvoucestná“kuželovitá spirálová anténa, která umožňuje pracovat v širokém frekvenčním spektru, díky vytvoření izotropní směrové membrány. Je to proto, že elektrické vedení ve formě dvouvodičového kabelu zajišťuje plynulou změnu impedance.