Spiralantenner: typer og fotos

2024 Forfatter: Leah Sherlock | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 05:31

Spiralantenne hører til klassen af omrejsende bølgeantenner. Dens vigtigste driftsområde er decimeter og centimeter. Den tilhører klassen af overfladeantenner. Dens hovedelement er en spiral forbundet til en koaksial linje. Spiralen skaber et strålingsmønster i form af to lapper, der udsendes langs dens akse i forskellige retninger.

Spiralantenner er cylindriske, flade og koniske. Hvis den krævede driftsområdebredde er 50 % eller mindre, bruges en cylindrisk helix i antennen. Den koniske helix fordobler modtageområdet sammenlignet med den cylindriske. Og flade giver allerede en tyve gange fordel. Den mest populære til modtagelse i VHF-frekvensområdet var en cylindrisk radioantenne med cirkulær polarisering og en høj udgangssignalforstærkning.

Antenneenhed

Hoveddelen af antennen er en oprullet leder. Her anvendes som regel kobber, messing eller ståltråd. En feeder er forbundet til den. Den er designet til at sende et signal fra helixen til netværket (modtager) og omvendt (sender). Foderautomater er af åben og lukket type. Åbne type feeders eruafskærmede bølgeledere. En lukket type har et særligt skjold mod interferens, som gør det elektromagnetiske felt beskyttet mod ydre påvirkninger. Afhængigt af frekvensen af signalet bestemmes følgende design af feedere:

- op til 3 MHz: skærmede og uskærmede kablede netværk;

- 3 MHz til 3 GHz: koaksiale ledninger;

- 3GHz til 300GHz: metal- og dielektriske bølgeledere;

- over 300 GHz: kvasi-optiske linjer.

Et andet element i antennen var reflektoren. Dens formål er at fokusere signalet på helixen. Den er hovedsageligt lavet af aluminium. Grundlaget for antennen er en ramme med en lav dielektrisk konstant, såsom skum eller plast.

Beregning af antennens hoveddimensioner

Beregning af en spiralantenne begynder med at bestemme helixens hoveddimensioner. De er:

- antal omgange n;

- drejevinkel a;

- spiraldiameter D;

- spiralen S;

- reflektordiameter 2D.

Den første ting at forstå, når man designer en spiralformet antenne, er, at det er en resonator (forstærker) af en bølge. Dens egenskab var den høje inputimpedans.

Typen af bølger, der exciteres i den, afhænger af de geometriske dimensioner af forstærkningskredsløbet. Tilstødende drejninger af spiralen har en meget stærk indflydelse på strålingens art. Optimale forhold:

D=λ/π, hvor λ er bølgelængden, π=3, 14

S=0, 25 λ

a=12˚

Fordiλ er en værdi, der varierer og afhænger af frekvensen, derefter tages gennemsnitsværdierne af denne indikator beregnet af formlerne i beregningerne:

λ min=c/f max; λ max=c/f min, hvor c=3×108 m/sek. (lyshastighed) og f max, f min - maksimum og minimum parameter for signalfrekvensen.

λ cf=1/2(λ min+ λ max)

n=L/S, hvor L er den samlede længde af antennen, bestemt af formlen:

L=(61˚/Ω)2 λ cf, hvor Ω er antennens polarisationsafhængige retningsbestemmelse (taget fra opslagsværker).

Klassificering efter driftsområde

I henhold til hovedfrekvensområdet er transceivere:

1. Sm alt bånd. Strålebredde og indgangsimpedans er meget frekvensafhængige. Dette tyder på, at antennen kun kan fungere uden genindstilling i et sm alt bølgelængdespektrum, ca. 10 % af den relative båndbredde.

2. Bredt udvalg. Sådanne antenner kan fungere over et bredt frekvensspektrum. Men deres hovedparametre (SOI, strålingsmønster osv.) afhænger stadig af ændringen i bølgelængde, men ikke så meget som smalbåndede.

3. Frekvens uafhængig. Det menes, at her ændres hovedparametrene ikke, når frekvensen ændres. Disse antenner har et aktivt område. Den har evnen til at bevæge sig langs antennen uden at ændre dens geometriske dimensioner, afhængigt af ændringen i bølgelængde.

De mest almindelige er spiralantenner af anden og tredje type. Den første type bruges nårøget "klarhed" af signalet ved en bestemt frekvens er nødvendig.

Selvfremstillet antenne

Branchen tilbyder en bred vifte af antenner. En række priser kan variere fra et par hundrede til flere tusinde rubler. Der er antenner til fjernsyn, satellitmodtagelse, telefoni. Men du kan lave en spiralantenne med dine egne hænder. Det er ikke så svært. Spiralformede Wi-Fi-antenner er særligt populære.

De er især relevante, når det er nødvendigt at forstærke signalet fra routeren i et eller andet stort hus. For at gøre dette har du brug for en kobbertråd med et tværsnit på 2-3 mm 2 og en længde på 120 cm. Det er nødvendigt at lave 6 omdrejninger med en diameter på 45 mm. For at gøre dette kan du bruge et rør af den passende størrelse. Et skovlhåndtag passer godt (det har omtrent samme diameter). Vi vikler ledningen og får en spiral med seks vindinger. Vi bøjer den resterende ende på en sådan måde, at den passerer nøjagtigt gennem spiralens akse og "gentager" den. Vi strækker skruedelen, så afstanden mellem vindingerne er inden for 28-30 mm. Så går vi videre til fremstillingen af reflektoren.

Til dette duer et stykke aluminium på 15 × 15 cm og 1,5 mm tykt. Fra dette emne laver vi en cirkel med en diameter på 120 mm og skærer unødvendige kanter af. Bor et 2 mm hul i midten af cirklen. Vi indsætter enden af spiralen i den og lodder begge dele til hinanden. Antennen er klar. Nu skal du fjerne strålingsledningen fra routerens antennemodul. Og lod enden af ledningen medende af antennen kommer ud af reflektoren.

433 MHz-antennefunktioner

Først og fremmest skal det siges, at radiobølger med en frekvens på 433 MHz under deres udbredelse absorberes godt af jorden og forskellige forhindringer. Til dens retransmission bruges laveffektsendere. Som regel bruger forskellige sikkerhedsanordninger denne frekvens. Det er specielt brugt i Rusland, for ikke at forstyrre i luften. Den 433 MHz spiralformede antenne kræver en højere udgangsforstærkning.

En anden egenskab ved at bruge sådan transceiver-udstyr er, at bølgerne i dette område har evnen til at tilføje faserne af de direkte og reflekterede bølger fra overfladen. Dette kan enten øge signalstyrken eller svække den. Ud fra ovenstående kan vi konkludere, at valget af den "bedste" modtagelse afhænger af den individuelle indstilling af antennepositionen.

Hjemmelavet 433 MHz-antenne

Det er nemt at lave en 433 MHz spiralantenne med dine egne hænder. Hun er meget kompakt. For at gøre dette skal du bruge et lille stykke kobber, messing eller ståltråd. Du kan også bruge kun wire. Tråddiameteren skal være 1 mm. Vi vinder 17 omdrejninger på en dorn med en diameter på 5 mm. Vi strækker helixen, så dens længde er 30 mm. Med disse dimensioner tester vi antennen for signalmodtagelse. Ved at ændre afstanden mellem svingene, ved at strække og komprimere helixen, opnår vi en bedre signalkvalitet. Men du skal vide, at en sådan antenne er meget følsom over for forskellige genstande,bragt tæt på hende.

UHF-modtagerantenne

UHF-spiralformede antenner er nødvendige for at modtage et tv-signal. Ved deres design består de af to dele: en reflektor og en spiral.

Det er bedre at bruge kobber til helixen - det har mindre modstand og derfor mindre sign altab. Formler for dens beregning:

- total længde af spiralen L=30000/f, hvor f- signalfrekvens (MHz);

- helix-pitch S=0,24 L;

- spolediameter D=0, 31/L;

- spir altrådsdiameter d ≈ 0,01L;

- reflektordiameter 0,8 nS, hvor n- antal vindinger;

- afstand til skærmen H=0, 2 L.

Gevinst:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

Reflekskoppen er lavet af aluminium.

Andre typer transceiverudstyr

Koniske og flade spiralformede antenner er mindre almindelige. Dette skyldes vanskeligheden ved deres fremstilling, selvom de har de bedste egenskaber med hensyn til sign altransmission og modtagelse. Strålingen fra sådanne sendere dannes ikke af alle vindingerne, men kun af dem, hvis længde er tæt på bølgelængden.

I en flad antenne er den spiralformede linje lavet i form af en totrådsledning snoet til en spiral. I dette tilfælde exciteres tilstødende sving i fase i den bevægende bølgetilstand. Dette fører til, at der skabes et strålingsfelt med cirkulær polarisering mod antennens akse, hvilket giver dig mulighed for at skabe et bredt frekvensbånd. Der er flade antenner med den såkaldte spiralArchimedes. Denne komplekse form tillader en betydelig stigning i transmissionsfrekvensområdet fra 0,8 til 21 GHz.

Sammenligning af spiralformede og stærkt retningsbestemte antenner

Den største forskel mellem en helix og en retningsbestemt antenne er, at den er mindre. Dette gør den lettere, hvilket tillader installation med mindre fysisk anstrengelse. Dens ulempe er et snævrere område af modtage- og sendefrekvenser. Den har også et smallere strålingsmønster, hvilket kræver en "søgning" efter den bedste placering i rummet for en tilfredsstillende modtagelse. Dens utvivlsomme fordel er designens enkelhed. Et stort plus er muligheden for at indstille antennen ved at ændre spolens stigning og spiralens samlede længde.

Kort antenne

For bedre resonans i antennen er det nødvendigt, at den "aflange" længde af den spiralformede del er så tæt som muligt på bølgelængdeværdien. Men det bør ikke være mindre end ¼ bølgelængde (λ). Således kan λ nå op til 11 m. Dette gælder for HF-båndet. I dette tilfælde vil antennen være for lang, hvilket er uacceptabelt. En måde at øge lederens længde på er at installere en forlængerspole i bunden af modtageren. En anden mulighed er at føre tunerstien ind i kredsløbet. Dens opgave er at matche udgangssignalet fra senderen af radiostationer med antennen på alle driftsfrekvenser. Når man taler i almindeligt sprog, fungerer tuneren som en forstærker for det indkommende signal fra modtageren. Denne ordning bruges i bilantenner, hvor størrelsen af det element, der modtager radiobølgen, er meget vigtig.

Konklusion

Spiralantenner er blevet meget populære inden for mange områder af elektronisk kommunikation. Takket være dem udføres cellulær kommunikation. De bruges også i tv og endda i radiokommunikation i det dybe rum. En af de lovende udviklinger for at reducere størrelsen af antennen var brugen af en keglereflektor, som gør det muligt at øge længden af den modtagende bølgelængde sammenlignet med en konventionel reflektor. Men der er også en ulempe, udtrykt i et fald i spektret af driftsfrekvensen. Også et interessant eksempel er den "to-vejs" koniske spiralformede antenne, som giver dig mulighed for at arbejde i et bredt frekvensspektrum på grund af dannelsen af en isotropisk retningsbestemt membran. Dette skyldes, at strømledningen i form af et to-leder kabel giver en jævn ændring i impedans.