Spiralinės antenos: tipai ir nuotraukos

2024 Autorius: Leah Sherlock | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 05:43

Spiralinė antena priklauso keliaujančių bangų antenų klasei. Pagrindinis jo veikimo diapazonas yra decimetras ir centimetras. Jis priklauso paviršinių antenų klasei. Pagrindinis jo elementas yra spiralė, sujungta su koaksialine linija. Spiralė sukuria spinduliavimo modelį dviejų skilčių pavidalu, skleidžiamų išilgai jos ašies skirtingomis kryptimis.

Spiralinės antenos yra cilindrinės, plokščios ir kūginės. Jei reikiamas veikimo diapazono plotis yra 50% ar mažesnis, antenoje naudojama cilindrinė spiralė. Kūginė spiralė dvigubai padidina priėmimo diapazoną, palyginti su cilindrine. O plokšti jau duoda dvidešimt kartų pranašumą. Populiariausia VHF dažnių diapazone buvo cilindrinė radijo antena su apskrita poliarizacija ir dideliu išvesties signalo stiprumu.

Antenos įrenginys

Pagrindinė antenos dalis yra suvyniotas laidininkas. Čia, kaip taisyklė, naudojama varinė, žalvario arba plieninė viela. Prie jo prijungtas tiektuvas. Jis skirtas perduoti signalą iš spiralės į tinklą (imtuvą) ir atvirkščiai (siųstuvą). Tiektuvai yra atviro ir uždaro tipo. Atviro tipo tiektuvai yraneekranuoti bangolaidžiai. Uždaras tipas turi specialų ekraną nuo trukdžių, todėl elektromagnetinis laukas apsaugotas nuo išorinių poveikių. Atsižvelgiant į signalo dažnį, nustatoma tokia tiektuvų konstrukcija:

- iki 3 MHz: ekranuoti ir neekranuoti laidiniai tinklai;

- nuo 3 MHz iki 3 GHz: bendraašiai laidai;

- nuo 3 GHz iki 300 GHz: metaliniai ir dielektriniai bangolaidžiai;

– daugiau nei 300 GHz: beveik optinės linijos.

Kitas antenos elementas buvo atšvaitas. Jo tikslas yra sutelkti signalą į spiralę. Jis pagamintas daugiausia iš aliuminio. Antenos pagrindas yra rėmas su maža dielektrine konstanta, pvz., putplastis arba plastikas.

Pagrindinių antenos matmenų apskaičiavimas

Spiralinės antenos apskaičiavimas prasideda nuo pagrindinių spiralės matmenų nustatymo. Jie yra:

- apsisukimų skaičius n;

- posūkio kampas a;

- spiralės skersmuo D;

- spiralės S žingsnis;

- reflektoriaus skersmuo 2D.

Pirmas dalykas, kurį reikia suprasti kuriant spiralinę anteną, yra tai, kad tai yra bangos rezonatorius (stiprintuvas). Jo ypatybė buvo didelė įvesties varža.

Jame sužadinamų bangų tipas priklauso nuo stiprinimo grandinės geometrinių matmenų. Gretimi spiralės posūkiai turi labai didelę įtaką spinduliuotės pobūdžiui. Optimalūs santykiai:

D=λ/π, kur λ yra bangos ilgis, π=3, 14

S=0, 25 λ

a=12˚

Nesλ yra vertė, kuri kinta ir priklauso nuo dažnio, tada skaičiavimuose imamos vidutinės šio rodiklio reikšmės, apskaičiuotos pagal formules:

λ min=c/f max; λ max=c/f min, kur c=3×108 m/sek. (šviesos greitis) ir f max, f min – didžiausias ir mažiausias signalo dažnio parametras.

λ cf=1/2(λ min+ λ max)

n=L/S, kur L yra bendras antenos ilgis, nustatytas pagal formulę:

L=(61˚/Ω)2 λ cf, kur Ω yra nuo poliarizacijos priklausomas antenos kryptingumas (paimtas iš žinynų).

Klasifikacija pagal veikimo diapazoną

Pagal pagrindinį dažnių diapazoną siųstuvai-imtuvai yra:

1. Siaurajuostė. Spindulio plotis ir įvesties varža labai priklauso nuo dažnio. Tai rodo, kad antena gali veikti be pakartotinio derinimo tik siaurame bangos ilgio spektre, maždaug 10 % santykinio dažnių juostos pločio.

2. Platus pasirinkimas. Tokios antenos gali veikti plačiame dažnių spektre. Tačiau pagrindiniai jų parametrai (SOI, spinduliuotės modelis ir kt.) vis tiek priklauso nuo bangos ilgio pokyčio, bet ne tiek, kiek siaurajuosčio.

3. Nuo dažnio nepriklausomas. Manoma, kad čia pagrindiniai parametrai nesikeičia pasikeitus dažniui. Šios antenos turi aktyvią sritį. Jis turi galimybę judėti palei anteną nekeičiant jos geometrinių matmenų, priklausomai nuo bangos ilgio pokyčio.

Dažniausiai paplitusios antrojo ir trečiojo tipo sraigtinės antenos. Pirmasis tipas naudojamas, kaireikalingas didesnis signalo „aiškumas“tam tikru dažniu.

Savadarbė antena

Pramonė siūlo platų antenų pasirinkimą. Kainos gali svyruoti nuo kelių šimtų iki kelių tūkstančių rublių. Yra antenos televizijai, palydoviniam priėmimui, telefonui. Bet jūs galite padaryti spiralinę anteną savo rankomis. Tai nėra taip sunku. Sraigtinės „Wi-Fi“antenos yra ypač populiarios.

Jie ypač aktualūs, kai reikia sustiprinti signalą iš maršrutizatoriaus kokiame nors dideliame name. Norėdami tai padaryti, jums reikia varinės vielos, kurios skerspjūvis yra 2-3 mm 2 ir ilgis 120 cm. Būtina padaryti 6 posūkius, kurių skersmuo 45 mm. Norėdami tai padaryti, galite naudoti atitinkamo dydžio vamzdelį. Gerai tinka kastuvo rankena (jos skersmuo maždaug toks pat). Susukame vielą ir gauname spiralę su šešiais posūkiais. Likusį galą sulenkiame taip, kad jis tiksliai eitų per spiralės ašį, „kartodamas“. Sraigtinę dalį ištempiame taip, kad atstumas tarp posūkių būtų 28-30 mm. Tada pereiname prie atšvaito gamybos.

Tam tiks 15 × 15 cm dydžio ir 1,5 mm storio aliuminio gabalas. Iš šio ruošinio padarome 120 mm skersmens apskritimą, nupjauname nereikalingus kraštus. Išgręžkite 2 mm skylę apskritimo centre. Į jį įkišame spiralės galą ir sulituojame abi dalis viena prie kitos. Antena paruošta. Dabar reikia nuimti spinduliavimo laidą nuo maršrutizatoriaus antenos modulio. Ir sulituokite laido galąantenos galas, išeinantis iš reflektoriaus.

433 MHz antenos funkcijos

Pirmiausia reikia pasakyti, kad 433 MHz dažnio radijo bangas sklidimo metu gerai sugeria žemė ir įvairios kliūtys. Jo retransliavimui naudojami mažos galios siųstuvai. Paprastai šį dažnį naudoja įvairūs apsaugos įrenginiai. Jis specialiai naudojamas Rusijoje, kad netrukdytų eteriui. 433 MHz sraigtinė antena reikalauja didesnio išėjimo stiprinimo.

Kita tokios siųstuvo-imtuvo įrangos naudojimo ypatybė yra ta, kad šio diapazono bangos gali pridėti tiesioginių ir atspindėtų nuo paviršiaus bangų fazes. Tai gali padidinti arba susilpninti signalo stiprumą. Iš to, kas išdėstyta pirmiau, galime daryti išvadą, kad „geriausio“priėmimo pasirinkimas priklauso nuo individualaus antenos padėties nustatymo.

Naminė 433 MHz antena

Savo rankomis nesunku pasidaryti 433 MHz spiralinę anteną. Ji labai kompaktiška. Norėdami tai padaryti, jums reikia nedidelio vario, žalvario ar plieninės vielos gabalo. Taip pat galite naudoti tik vielą. Vielos skersmuo turi būti 1 mm. Susukame 17 apsisukimų ant 5 mm skersmens šerdies. Ištempiame spiralę taip, kad jos ilgis būtų 30 mm. Su šiais matmenimis mes išbandome anteną signalo priėmimui. Keisdami atstumą tarp posūkių, ištempdami ir suspaudę spiralę, pasiekiame geresnę signalo kokybę. Bet jūs turite žinoti, kad tokia antena yra labai jautri įvairiems objektams,priartėjo prie jos.

UHF priėmimo antena

Norint priimti televizijos signalą, būtinos UHF spiralinės antenos. Pagal savo dizainą jie susideda iš dviejų dalių: atšvaito ir spiralės.

Sraigtei geriau naudoti varį – jis turi mažesnį pasipriešinimą, taigi ir signalo praradimą. Jo apskaičiavimo formulės:

- bendras spiralės ilgis L=30000/f, kur f- signalo dažnis (MHz);

– spiralės žingsnis S=0,24 l;

- ritės skersmuo D=0, 31/L;

- spiralinės vielos skersmuo d ≈ 0,01L;

- reflektoriaus skersmuo 0,8 nS, kur n- apsisukimų skaičius;

– atstumas iki ekrano H=0, 2 L.

Pelnas:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

Atšvaitas pagamintas iš aliuminio.

Kitų tipų siųstuvų-imtuvų įranga

Kūginės ir plokščios sraigtinės antenos yra mažiau paplitusios. Taip yra dėl jų gamybos sunkumų, nors jie pasižymi geriausiomis signalo perdavimo ir priėmimo savybėmis. Tokių siųstuvų spinduliuotę formuoja ne visi posūkiai, o tik tie, kurių ilgis artimas bangos ilgiui.

Plokščioje antenoje sraigtinė linija yra dviejų laidų linija, susukta į spiralę. Šiuo atveju gretimi posūkiai yra sužadinami fazėje keliaujančios bangos režimu. Tai lemia tai, kad antenos ašies link sukuriamas apskrito poliarizavimo spinduliavimo laukas, leidžiantis sukurti plačią dažnių juostą. Yra plokščios antenos su vadinamąja spiraleArchimedas. Ši sudėtinga forma leidžia žymiai padidinti perdavimo dažnių diapazoną nuo 0,8 iki 21 GHz.

Sraigtinių ir labai kryptingų antenų palyginimas

Pagrindinis skirtumas tarp spiralės ir kryptinės antenos yra tas, kad ji mažesnė. Dėl to jis lengvesnis, o tai leidžia montuoti su mažiau fizinių pastangų. Jo trūkumas yra siauresnis priėmimo ir perdavimo dažnių diapazonas. Jis taip pat turi siauresnį spinduliuotės modelį, dėl kurio reikia „paieškoti“geriausios padėties erdvėje, kad priėmimas būtų patenkinamas. Jo neabejotinas pranašumas yra dizaino paprastumas. Didelis pliusas yra galimybė sureguliuoti anteną keičiant ritės žingsnį ir bendrą spiralės ilgį.

Trumpa antena

Siekiant geresnio rezonanso antenoje, būtina, kad sraigtinės dalies "pailgintas" ilgis būtų kuo artimesnis bangos ilgio vertei. Tačiau jis neturėtų būti mažesnis nei ¼ bangos ilgio (λ). Taigi λ gali siekti iki 11 m. Tai pasakytina apie HF juostą. Tokiu atveju antena bus per ilga, o tai nepriimtina. Vienas iš būdų padidinti laidininko ilgį – imtuvo apačioje sumontuoti prailginimo ritę. Kitas variantas yra įvesti imtuvo kelią į grandinę. Jo užduotis – visais darbo dažniais suderinti radijo stočių siųstuvo išėjimo signalą su antena. Kalbant paprasta kalba, imtuvas veikia kaip iš imtuvo gaunamo signalo stiprintuvas. Ši schema naudojama automobilių antenose, kur radijo bangą priimančio elemento dydis yra labai svarbus.

Išvada

Spiralinės antenos tapo labai populiarios daugelyje elektroninių ryšių sričių. Jų dėka vyksta korinis ryšys. Jie taip pat naudojami televizijoje ir netgi radijo ryšiuose. Vienas iš daug žadančių pokyčių, siekiant sumažinti antenos dydį, buvo kūgio reflektoriaus naudojimas, kuris leidžia padidinti priėmimo bangos ilgį, palyginti su įprastu reflektoriumi. Tačiau yra ir trūkumas, išreikštas veikimo dažnio spektro sumažėjimu. Taip pat įdomus pavyzdys yra „dviejų krypčių“kūginė spiralinė antena, kuri leidžia dirbti plačiame dažnių spektre, nes susidaro izotropinė kryptinė diafragma. Taip yra todėl, kad dviejų laidų kabelio formos maitinimo linija užtikrina sklandų varžos pokytį.