Спирални антени: видове и снимки

2024 Автор: Leah Sherlock | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 05:28

Спиралната антена принадлежи към класа на антените с пътуваща вълна. Основният му работен диапазон е дециметър и сантиметър. Принадлежи към класа повърхностни антени. Основният му елемент е спирала, свързана с коаксиална линия. Спиралата създава радиационен модел под формата на два лоба, излъчвани по оста й в различни посоки.

Спиралните антени са цилиндрични, плоски и конични. Ако необходимата ширина на работен обхват е 50% или по-малко, тогава в антената се използва цилиндрична спирала. Коничната спирала удвоява обхвата на приемане в сравнение с цилиндричната. А плоските вече дават двадесеткратно предимство. Най-популярната за приемане в УКВ честотния диапазон беше цилиндрична радио антена с кръгова поляризация и високо усилване на изходния сигнал.

Антенно устройство

Основната част на антената е навит проводник. Тук, като правило, се използва медна, месингова или стоманена тел. Към него е свързан хранилка. Предназначен е за предаване на сигнал от спиралата към мрежата (приемник) и обратно (предавател). Хранителните устройства са от отворен и затворен тип. Хранилки от отворен тип санеекранирани вълноводи. Затвореният тип има специален щит срещу смущения, което прави електромагнитното поле защитено от външни влияния. В зависимост от честотата на сигнала се определя следната конструкция на фидерите:

- до 3 MHz: екранирани и неекранирани кабелни мрежи;

- 3 MHz до 3 GHz: коаксиални проводници;

- 3GHz до 300GHz: метални и диелектрични вълноводи;

- над 300 GHz: квазиоптични линии.

Друг елемент на антената беше рефлекторът. Целта му е да фокусира сигнала върху спиралата. Изработен е основно от алуминий. Основата за антената е рамка с ниска диелектрична константа, като пяна или пластмаса.

Изчисляване на основните размери на антената

Изчисляването на спирална антена започва с определяне на основните размери на спиралата. Те са:

- брой завои n;

- ъгъл на завъртане a;

- диаметър на спиралата D;

- стъпка на спиралата S;

- диаметър на рефлектора 2D.

Първото нещо, което трябва да разберете, когато проектирате спираловидна антена, е, че тя е резонатор (усилвател) на вълна. Неговата характеристика беше високият входен импеданс.

Видът на вълните, възбуждани в него, зависи от геометричните размери на усилвателната верига. Съседните завои на спиралата оказват много силно влияние върху естеството на излъчването. Оптимални съотношения:

D=λ/π, където λ е дължината на вълната, π=3, 14

S=0, 25 λ

a=12˚

Защотоλ е стойност, която варира и зависи от честотата, тогава средните стойности на този индикатор, изчислени по формулите, се вземат при изчисленията:

λ min=c/f max; λ max=c/f min, където c=3×108 m/sec. (скорост на светлината) и f max, f min - максималният и минималният параметър на честотата на сигнала.

λ cf=1/2(λ min+ λ max)

n=L/S, където L е общата дължина на антената, определена по формулата:

L=(61˚/Ω)2 λ cf, където Ω е зависимата от поляризацията насоченост на антената (взета от справочниците).

Класификация по работен диапазон

Според основния честотен диапазон, трансивърите са:

1. Теснолентови. Ширината на лъча и входният импеданс са силно зависими от честотата. Това предполага, че антената може да работи без пренастройка само в тесен спектър на дължината на вълната, приблизително 10% от относителната честотна лента.

2. Широк обхват. Такива антени могат да работят в широк честотен спектър. Но техните основни параметри (SOI, радиационен модел и т.н.) все още зависят от промяната в дължината на вълната, но не толкова, колкото тези с тесни ленти.

3. Независимо от честотата. Смята се, че тук основните параметри не се променят при промяна на честотата. Тези антени имат активен регион. Той има способността да се движи по протежение на антената, без да променя нейните геометрични размери, в зависимост от промяната в дължината на вълната.

Най-често срещаните са спираловидни антени от втори и трети тип. Първият тип се използва, когатонеобходима е повишена "яснота" на сигнала при определена честота.

Самоизработена антена

Индустрията предлага голямо разнообразие от антени. Разнообразието от цени може да варира от няколкостотин до няколко хиляди рубли. Има антени за телевизия, сателитно приемане, телефония. Но можете да направите спирална антена със собствените си ръце. Не е толкова трудно. Спираловидните Wi-Fi антени са особено популярни.

Те са особено подходящи, когато е необходимо да се усили сигнала от рутера в някоя голяма къща. За да направите това, имате нужда от меден проводник с напречно сечение 2-3 mm 2 и дължина 120 см. Необходимо е да направите 6 завъртания с диаметър 45 mm. За да направите това, можете да използвате тръба с подходящ размер. Дръжката на лопата пасва добре (има приблизително същия диаметър). Навиваме жицата и получаваме спирала с шест завоя. Огъваме останалия край по такъв начин, че да минава точно през оста на спиралата, като го „повтаряме“. Разтягаме винтовата част, така че разстоянието между завоите да е в рамките на 28-30 мм. След това пристъпваме към производството на рефлектора.

За това е подходящо парче алуминий с размери 15 × 15 см и дебелина 1,5 мм. От тази заготовка правим кръг с диаметър 120 мм, като отрязваме ненужните ръбове. Пробийте 2 мм дупка в центъра на кръга. Вмъкваме края на спиралата в него и запояваме двете части една към друга. Антената е готова. Сега трябва да премахнете радиационния проводник от антенния модул на рутера. И запойте края на проводника скрая на антената излиза от рефлектора.

433 MHz характеристики на антената

На първо място трябва да се каже, че радиовълните с честота 433 MHz по време на тяхното разпространение се абсорбират добре от земята и различни препятствия. За неговото препредаване се използват предаватели с ниска мощност. По правило различни устройства за сигурност използват тази честота. Използва се специално в Русия, за да не се намесва в ефира. Спиралната антена от 433 MHz изисква по-високо изходно усилване.

Друга особеност на използването на такова приемо-предавателно оборудване е, че вълните от този диапазон имат способността да добавят фазите на директните и отразените вълни от повърхността. Това може или да увеличи силата на сигнала, или да го отслаби. От горното можем да заключим, че изборът на "най-добрия" прием зависи от индивидуалната настройка на позицията на антената.

Домашна 433 MHz антена

Лесно е да направите 433 MHz спирална антена със собствените си ръце. Тя е много компактна. За да направите това, имате нужда от малко парче медна, месингова или стоманена тел. Можете също да използвате само тел. Диаметърът на проводника трябва да бъде 1 мм. Навиваме 17 оборота на дорник с диаметър 5 мм. Разтягаме спиралата, така че дължината й да е 30 мм. С тези размери тестваме антената за приемане на сигнал. Чрез промяна на разстоянието между завоите, чрез разтягане и компресиране на спиралата, ние постигаме по-добро качество на сигнала. Но трябва да знаете, че такава антена е много чувствителна към различни обекти,доближи до нея.

UHF приемна антена

UHF спираловидни антени са необходими за приемане на телевизионен сигнал. По своя дизайн те се състоят от две части: рефлектор и спирала.

По-добре е да използвате мед за спиралата - тя има по-малко съпротивление и следователно по-малко загуба на сигнал. Формули за изчисляването му:

- обща дължина на спиралата L=30000/f, където f- честота на сигнала (MHz);

- стъпка на спирала S=0,24 L;

- диаметър на бобината D=0, 31/L;

- диаметър на спирала d ≈ 0,01L;

- диаметър на рефлектора 0,8 nS, където n- брой навивки;

- разстояние до екрана H=0, 2 L.

Печалба:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

Рефлекторната чаша е изработена от алуминий.

Други видове трансивър оборудване

Коничните и плоските спираловидни антени са по-рядко срещани. Това се дължи на трудността на тяхното производство, въпреки че имат най-добри характеристики по отношение на предаване и приемане на сигнал. Излъчването на такива предаватели се формира не от всички завои, а само от тези, чиято дължина е близка до дължината на вълната.

В плоската антена спираловидната линия е направена под формата на двужична линия, усукана в спирала. В този случай съседните завои се възбуждат във фаза в режим на бягаща вълна. Това води до факта, че към оста на антената се създава радиационно поле с кръгова поляризация, което ви позволява да създадете широка честотна лента. Има плоски антени с така наречената спиралаАрхимед. Тази сложна форма позволява значително увеличаване на честотния диапазон на предаване от 0,8 до 21 GHz.

Сравнение на спираловидни и силно насочени антени

Основната разлика между спирала и насочена антена е, че тя е по-малка. Това го прави по-лек, което позволява монтаж с по-малко физически усилия. Недостатъкът му е по-тесният диапазон на честотите за приемане и предаване. Освен това има по-тясна диаграма на излъчване, която изисква „търсене“на най-добрата позиция в пространството за задоволително приемане. Неговото несъмнено предимство е простотата на дизайна. Голям плюс е възможността за настройка на антената чрез промяна на стъпката на бобината и общата дължина на спиралата.

Къса антена

За по-добър резонанс в антената е необходимо "удължената" дължина на спиралната част да е възможно най-близка до стойността на дължината на вълната. Но не трябва да е по-малко от ¼ дължина на вълната (λ). Така λ може да достигне до 11 м. Това е вярно за HF обхвата. В този случай антената ще бъде твърде дълга, което е неприемливо. Един от начините за увеличаване на дължината на проводника е да инсталирате удължителна намотка в основата на приемника. Друг вариант е да подадете пътя на тунера във веригата. Неговата задача е да съгласува изходния сигнал на предавателя на радиостанции с антената на всички работни честоти. Говорейки на разбираем език, тунерът действа като усилвател за входящия сигнал от приемника. Тази схема се използва в автомобилни антени, където размерът на елемента, който приема радиовълната е много важен.

Заключение

Спиралните антени станаха много популярни в много области на електронните комуникации. Благодарение на тях се осъществява клетъчна комуникация. Използват се и в телевизията и дори в радиокомуникациите в дълбокия космос. Едно от обещаващите разработки за намаляване на размера на антената беше използването на конусен рефлектор, който дава възможност да се увеличи дължината на дължината на вълната на приемане в сравнение с конвенционалния отражател. Има обаче и недостатък, изразяващ се в намаляване на спектъра на работната честота. Също интересен пример е "двупосочната" конична спирална антена, която ви позволява да работите в широк честотен спектър, поради образуването на изотропна насочена диафрагма. Това е така, защото електропроводът под формата на двужилен кабел осигурява плавна промяна в импеданса.