Koti › Internet › Spiraaliantennit UWB-viestintään. Kotitekoinen spiraaliantenni maanpäälliseen digitaaliseen televisioon. Kierteisten antennien tyypit

Spiraaliantennit UWB-viestintään. Kotitekoinen spiraaliantenni maanpäälliseen digitaaliseen televisioon. Kierteisten antennien tyypit

Kierreantenni kuuluu liikkuvan aallon antennien luokkaan. Sen pääkäyttöalue on desimetri ja senttimetri. Se kuuluu pinta-antennien luokkaan. Sen pääelementti on spiraali, joka on yhdistetty koaksiaalilinjaan. Spiraali luo säteilykuvion kahden keilan muodossa, jotka lähetetään sen akselia pitkin eri suuntiin.

Spiraaliantennit ovat sylinterimäisiä, litteitä ja kartiomaisia. Jos vaadittu toiminta-alueen leveys on 50% tai vähemmän, käytetään antennissa sylinterimäistä heliksiä. Kartiomainen helix kaksinkertaistaa vastaanottoalueen sylinterimäiseen verrattuna. Ja litteät antavat jo kaksikymmentäkertaisen edun. Suosituin vastaanotto VHF-taajuusalueella oli sylinterimäinen radioantenni, jossa oli pyöreä polarisaatio ja korkea lähtösignaalin vahvistus.

Antenni laite

Antennin pääosa on kierretty johdin. Täällä käytetään yleensä kupari-, messinki- tai teräslankaa. Siihen on kytketty syöttölaite. Se on suunniteltu lähettämään signaali helixistä verkkoon (vastaanotin) ja päinvastoin (lähetin). Syöttöt ovat avoimia ja suljettuja. Avoimet syöttölaitteet ovat suojaamattomia aaltoputkia. Suljetussa tyypissä on erityinen häiriösuoja, joka suojaa sähkömagneettista kenttää ulkoisilta vaikutuksilta. Signaalin taajuudesta riippuen määritetään seuraava syöttölaitteiden rakenne:

3 MHz asti: suojatut ja suojaamattomat langalliset verkot;

3 MHz - 3 GHz: koaksiaalijohdot;

3 GHz - 300 GHz: metalliset ja dielektriset aaltoputket;

Yli 300 GHz: näennäisoptiset linjat.

Toinen antennin elementti oli heijastin. Sen tarkoitus on kohdistaa signaali heliksiin. Se on valmistettu pääasiassa alumiinista. Antennin perustana on kehys, jossa on pieni dielektrisyysvakio, esimerkiksi vaahto tai muovi.

Antennin päämittojen laskeminen

Kierteisen antennin laskenta alkaa kierteen päämittojen määrittämisellä. He ovat:

Kierrosten lukumäärä n;

Helix-kulma a;

Spiraalin halkaisija D;

Kierreväli S;

Heijastimen halkaisija 2D.

Ensimmäinen asia, joka on ymmärrettävä suunniteltaessa kierteistä antennia, on, että se on aaltoresonaattori (vahvistin). Sen ominaisuus oli korkea tuloimpedanssi.

Siinä virittyvien aaltojen tyyppi riippuu vahvistuspiirin geometrisista mitoista. Kierteen vierekkäisillä kierroksilla on erittäin vahva vaikutus säteilyn luonteeseen. Optimaaliset suhteet:

D=λ/π, missä λ on aallonpituus, π=3,14

Koska λ on arvo, joka vaihtelee ja riippuu taajuudesta, sitten laskelmissa otetaan tämän indikaattorin kaavoilla lasketut keskiarvot:

λmin = c/fmax; λ max = c/f min, missä c = 3 × 10 8 m/s. (valon nopeus) ja f max, f min - signaalitaajuuden maksimi- ja minimiparametri.

λav=1/2(λmin+λmax)

n = L/S, jossa L on antennin kokonaispituus, joka määräytyy kaavalla:

L= (61˚/Ω) 2 λ vrt., missä Ω on antennin suuntaavuus polarisaatiosta riippuen (otettu hakuteosista).

Luokittelu toiminta-alueen mukaan

Päätaajuusalueen mukaan lähetin-vastaanottimet ovat:

1. Kapeakaistainen. Säteen leveys ja tuloimpedanssi ovat erittäin riippuvaisia taajuudesta. Tämä viittaa siihen, että antenni voi toimia ilman uudelleenviritystä vain kapealla aallonpituusspektrillä, noin 10 % suhteellisesta kaistanleveydestä.

2. Laaja valikoima. Tällaiset antennit voivat toimia laajalla taajuusspektrillä. Mutta niiden pääparametrit (SOI, säteilykuvio jne.) riippuvat edelleen aallonpituuden muutoksesta, mutta eivät niin paljon kuin kapeakaistaisten.

3. Taajuudesta riippumaton. Uskotaan, että tässä pääparametrit eivät muutu taajuuden muuttuessa. Näillä antenneilla on aktiivinen alue. Sillä on kyky liikkua antennia pitkin muuttamatta sen geometrisiä mittoja aallonpituuden muutoksesta riippuen.

Yleisimmät ovat toisen ja kolmannen tyypin kierteiset antennit. Ensimmäistä tyyppiä käytetään, kun signaalin "selkeyttä" tarvitaan tietyllä taajuudella.

Antennin itsevalmistus

Teollisuus tarjoaa laajan valikoiman antenneja. Eri hinnat voivat vaihdella muutamasta sadasta useisiin tuhansiin ruplaihin. On antennit televisiota, satelliittivastaanottoa ja puhelinta varten. Mutta voit tehdä spiraaliantennin omin käsin. Se ei ole niin vaikeaa. Erityisen suosittuja ovat Wi-Fi:n spiraaliantennit.

Ne ovat erityisen tärkeitä, kun on tarpeen vahvistaa reitittimen signaalia jossain suuressa talossa. Tätä varten tarvitset kuparilangan, jonka poikkileikkaus on 2-3 mm 2 ja pituus 120 cm. On tarpeen tehdä 6 kierrosta, joiden halkaisija on 45 mm. Voit tehdä tämän käyttämällä sopivan kokoista putkea. Lapion kahva sopii hyvin (sillä on suunnilleen sama halkaisija). Käärimme langan ja saamme kuusikierrosta spiraalin. Taivutamme jäljellä olevan pään siten, että se kulkee tarkalleen spiraalin akselin läpi "toistaen" sitä. Ruuviosa venytetään siten, että kierrosten välinen etäisyys on 28-30 mm. Sitten siirrymme heijastimen valmistukseen.

Tätä varten sopii alumiinipala, jonka koko on 15 × 15 cm ja paksuus 1,5 mm. Tästä aihiosta teemme ympyrän, jonka halkaisija on 120 mm, leikkaamalla pois tarpeettomat reunat. Poraa 2 mm:n reikä ympyrän keskelle. Asetamme spiraalin pään siihen ja juotamme molemmat osat toisiinsa. Antenni on valmis. Nyt sinun on poistettava säteilyjohto reitittimen antennimoduulista. Ja juota langan pää niin, että antennin pää tulee ulos heijastimesta.

433 MHz antenniominaisuudet

Ensinnäkin on sanottava, että radioaallot, joiden taajuus on 433 MHz niiden leviämisen aikana, imevät hyvin maata ja erilaisia esteitä. Sen uudelleenlähetykseen käytetään pienitehoisia lähettimiä. Useat turvalaitteet käyttävät yleensä tätä taajuutta. Sitä käytetään erityisesti Venäjällä, jotta se ei häiritse ilmaa. 433 MHz:n kierreantenni vaatii suuremman lähtövahvistuksen.

Toinen ominaisuus käytettäessä tällaisia lähetin-vastaanotinlaitteita on, että tämän alueen aalloilla on kyky lisätä pinnasta suorien ja heijastuneiden aaltojen vaiheita. Tämä voi joko lisätä tai heikentää signaalin voimakkuutta. Edellä olevan perusteella voimme päätellä, että "parhaan" tekniikan valinta riippuu mukauttaminen antennin asento.

Kotitekoinen antenni taajuudella 433 MHz

Tee-se-itse -spiraaliantenni taajuudella 433 MHz on helppo tehdä. Hän on erittäin kompakti. Tätä varten tarvitset pienen palan kupari-, messinki- tai teräslankaa. Voit käyttää myös pelkkää lankaa. Langan halkaisijan tulee olla 1 mm. Kääritään 17 kierrosta tuurnalle, jonka halkaisija on 5 mm. Venytetään heliksiä niin, että sen pituus on 30 mm. Näillä mitoilla testaamme antennin signaalin vastaanottoa. Muuttamalla kierrosten välistä etäisyyttä, venyttämällä ja puristamalla spiraalia saavutamme paras laatu signaali. Mutta sinun on tiedettävä, että tällainen antenni on erittäin herkkä erilaisille sen lähelle tuoduille esineille.

UHF-vastaanottoantenni

UHF-kierreantennit ovat välttämättömiä televisiosignaalin vastaanottamiseksi. Suunnittelultaan ne koostuvat kahdesta osasta: heijastimesta ja spiraalista.

On parempi käyttää kuparia spiraaliin - sillä on vähemmän vastusta ja siten pienempi signaalihäviö. Kaavat sen laskemiseen:

Spiraalin kokonaispituus L=30000/f, jossa f on signaalin taajuus (MHz);

Spiraaliväli S = 0,24 L;

Kelan halkaisija D = 0,31/l;

Spiraalilangan halkaisija d ≈ 0,01L;

Heijastimen halkaisija 0,8 nS, jossa n on kierrosten lukumäärä;

Näytön etäisyys H= 0,2 L.

Saada:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

Heijastinkuppi on valmistettu alumiinista.

Muun tyyppiset lähetin-vastaanotinlaitteet

Kartiomaiset ja litteät kierreantennit ovat vähemmän yleisiä. Tämä johtuu niiden valmistuksen vaikeudesta, vaikka niillä on parhaat signaalin lähetyksen ja vastaanoton ominaisuudet. Tällaisten lähettimien säteilyä eivät muodosta kaikki käännökset, vaan vain ne, joiden pituus on lähellä aallonpituutta.

Litteässä antennissa kierteinen linja on tehty kaksijohtimisen linjan muodossa, joka on kierretty spiraaliin. Tässä tapauksessa vierekkäiset kierrokset viritetään vaiheittain liikkuvassa aaltotilassa. Tämä johtaa siihen, että antennin akselia kohti luodaan pyöreäpolarisaatiolla varustettu säteilykenttä, jonka avulla voit luoda laajan taajuuskaistan. Tavata litteät antennit niin sanotun Arkhimedes-spiraalin kanssa. Tämä monimutkainen muoto mahdollistaa merkittävän lisäyksen lähetystaajuusalueella 0,8 - 21 GHz.

Kierteisten ja erittäin suuntautuvien antennien vertailu

Suurin ero kierteisen antennin ja suunnatun antennin välillä on, että se on kooltaan pienempi. Tämä tekee siitä kevyemmän, mikä mahdollistaa asennuksen pienemmällä fyysisellä vaivalla. Sen haittana on kapeampi vastaanotto- ja lähetystaajuuksien alue. Sillä on myös kapeampi säteilykuvio, mikä vaatii "etsimistä" parhaan sijainnin avaruudessa tyydyttävän vastaanoton saavuttamiseksi. Sen kiistaton etu on suunnittelun yksinkertaisuus. Iso plussa on mahdollisuus virittää antennia muuttamalla kelan nousua ja spiraalin kokonaispituutta.

lyhyt antenni

Parhaan resonanssin saavuttamiseksi antennissa on välttämätöntä, että kierteisen osan "pidennetty" pituus on mahdollisimman lähellä aallonpituusarvoa. Mutta sen ei pitäisi olla pienempi kuin ¼ aallonpituus (λ). Siten λ voi olla jopa 11 m. Tämä pätee HF-kaistaan. Tässä tapauksessa antenni on liian pitkä, mikä ei ole hyväksyttävää. Yksi tapa pidentää johtimen pituutta on asentaa jatkokäämi vastaanottimen pohjaan. Toinen vaihtoehto on syöttää virittimen polku piiriin. Sen tehtävänä on sovittaa radioaseman lähettimen lähtösignaali antenniin kaikilla toimintataajuuksilla. Selkeällä kielellä puhuttuna viritin toimii vahvistimena vastaanottimesta tulevalle signaalille. Tätä kaavaa käytetään mm auton antennit, jossa radioaallon vastaanottavan elementin koko on erittäin tärkeä.

Johtopäätös

Spiraaliantenneista on tullut erittäin suosittuja monilla sähköisen viestinnän alueilla. Kiitos heille, solu. Niitä käytetään myös televisiossa ja jopa syvän avaruuden radioviestinnässä. Yksi lupaavista antennin koon pienentämiskeinoista oli kartioheijastimen käyttö, joka mahdollistaa vastaanottavan aallon pituuden lisäämisen tavanomaiseen heijastimeen verrattuna. On kuitenkin myös haittapuoli, joka ilmaistaan toimintataajuuden spektrin pienentymisenä. Mielenkiintoinen esimerkki on myös "kaksisuuntainen" kartiomainen kierre antenni, jolloin voit työskennellä laajalla taajuusalueella isotrooppisen suuntakalvon muodostumisen vuoksi. Tämä johtuu siitä, että kaksijohtimisen kaapelin muodossa oleva voimajohto tarjoaa tasaisen muutoksen impedanssissa.

3.1. Radiotekniikan kehitysprosessissa tarvitaan yhä enemmän antennisyöttölaitteita, jotka on suunniteltu toimimaan erittäin laajalla taajuusalueella ja lisäksi ilman uudelleenjärjestelyjä. Tällaisten antennisyöttölaitteiden taajuusriippumattomuus perustuu sähködynaamisen samankaltaisuuden periaatteeseen.

Tämä periaate on, että antennin pääparametrit (RP ja tuloimpedanssi) pysyvät muuttumattomina, jos aallonpituuden muutokseen liittyy suoraan verrannollinen muutos antennin aktiivisen alueen lineaarisissa mitoissa. Ellei annettu ehto antenni voi olla taajuudesta riippumaton rajoittamattomalla aaltoalueella. Säteilevän rakenteen mitat ovat kuitenkin rajalliset ja minkä tahansa antennin toiminta-alue on myös rajallinen.

Tästä antenniryhmästä tarkastelemme litteitä aritmeettisia ja tasakulmaisia spiraaleja sekä logaritmis-jaksollisia antenneja.

Kuva 4.

3.2. Aritmeettinen spiraali on tehty litteiksi metallinauhoiksi tai metalliseulan rakoiksi (kuva 4). Tämän spiraalin yhtälö napakoordinaateissa

missä on sädevektori mitattuna navasta O; a - kerroin, joka luonnehtii sädevektorin lisäystä jokaiselle napakulman lisäykselle; b - sädevektorin alkuarvo.

Kierre voi olla kaksialkuinen, nelialkuinen jne. Jos spiraali on kaksilähtöinen, niin nauhalle (ura) / esitetty katkoviivoilla kulma mitataan nollasta ja nauhalle // näytetään kiinteät viivat, alkaen 180°, eli kierre muodostuu täysin identtisistä nauhoista, joita on kierretty 180° toisiinsa nähden.

Nauhan / alkupisteet vastaavat sädevektoreita, joita merkitsemme ja. Siksi nauhan leveys. Yhden kierroksen kuvattua nauha ottaa aseman D, jossa sädevektori on suurempi kuin alkuperäinen. Tälle segmentille BD asetetaan kaksi nauhaa ja kaksi rakoa, ja jos niiden leveys on sama, määritämme kertoimen täältä.

3.3. Spiraalin virtalähde voi olla vastavaiheinen, kuten kuvassa. 4 tai vaiheessa. Ensimmäisessä tapauksessa virrat liittimien A, B kautta, jotka yhdistävät nauhat syöttölaitteeseen, ovat vastakkaisia vaiheita. Virran polku nauhassa / on enemmän kuin nauhassa //, puoli kierrosta. Esimerkiksi CD-osiossa nauha // putoaa, kuvaa puolta kierrosta ja nauha / - yksi kierros, osassa EF vastaavasti puolitoista ja kaksi kierrosta jne. Käännöksen pituudesta lähtien kasvaa spiraalin avautuessa, nauhojen virtojen vaiheero kasvaa. Osoittamalla käännöksen keskimääräistä halkaisijaa löydämme puolikierroksen pituutta vastaavan vaihesiirron:

Jos tähän lisätään alkusiirtymä, joka on yhtä suuri, saadaan tuloksena oleva kaksijohtimislinjan vierekkäisten elementtien virtojen vaiheero

Toisesta termistä johtuen kulma on erilainen kuin ja sellaisissa olosuhteissa emittoidaan sähkömagneettisia aaltoja, vaikka nauhojen välinen rako on pieni aallonpituuteen verrattuna.

Säteilee intensiivisesti vain sitä osaa spiraalista, jossa molempien nauhojen vierekkäisten elementtien virrat kohtaavat vaiheessa:

Korvaamalla huomaamme, että ensimmäisen "resonanssirenkaan" keskimääräinen halkaisija ja tämän renkaan ympärysmitta. Toisen renkaan keskimääräinen halkaisija ja kehä ( k = 2), kolmas ( k = 3) ja niin edelleen. Kolme, viisi, ... kertaa enemmän "resonoivaa" rengasta, vastaavasti. Koska radioaaltojen säteilevä spiraali aiheuttaa virran suuren vaimennuksen sen alusta loppuun, niin säteilee intensiivisesti vain ensimmäistä resonanssirengasta, ja loput, spiraalin ulompi osa, ikään kuin "katkaistaan" (ilmiö säteilevien virtojen katkaisemisesta).

3.4. Helixin aktiivinen osa kiinnostaa eniten toisesta syystä. Säteilyn aiheuttama virran vaimennus on niin suuri, että spiraalin päästä ei käytännössä ole heijastusta, eli virta spiraalissa jakautuu kulkevien aaltojen lain mukaan. Lisäksi ensimmäisen resonanssirenkaan ympärysmitta on yhtä suuri kuin aallonpituus. Tällaisissa olosuhteissa, kuten luvussa 1 esitetään, tapahtuu aksiaalista säteilyä pyörivällä polarisaatiolla, mikä tässä tapauksessa on toivottavinta.

Spiraalin halkaisijan on oltava riittävän suuri, jotta ensimmäinen "resonoiva" rengas () säilyy alueen maksimiaallon kohdalla, ja aallonpituuden pienentyessä tämän renkaan tulisi kutistua () asti, kun se voi vielä täysin mahtua tehosolmu. Sitten sisällä ensimmäisen "resonoivan" renkaan keskikehän suhde aallonpituuteen pysyy vakiona ja näin ollen pääehto antennin suuntaominaisuuksien säilyttämiselle laajalla aallonpituusalueella täyttyy Totta, aritmeettisen spiraalin suuntaus on pieni (60 ... 80 °), koska periaatteessa vain se osa spiraalista, jonka keskimääräinen kehä on yhtä suuri, on mukana aaltojen säteilyssä.

Toinen ehto kaista-antennin saamiseksi - tuloresistanssin pysyvyys - saavutetaan tässä sillä, että spiraali toimii liikkuvan virta-aallon moodissa. Tämä vastus on aktiivinen (100-200 ohmia). Kun virta saa koaksiaalisyöttimestä (Ohm), sovitus tapahtuu porras- tai sileämuuntajalla.

3.5. Spiraali säteilee akselinsa molemmin puolin. Jotta antenni olisi yksisuuntainen, nauhakierukka asetetaan paksulle eristelevylle, jonka toinen puoli on metalloitu. Jos spiraali on uritettu, se leikataan metallilaatikon seinään; silloin laatikon vastakkaisella seinällä on heijastavan näytön rooli ja itse laatikko on resonaattori. Sen syvyyden vähentämiseksi laatikko täytetään dielektrillä.

Yksi tyypillisistä spiraaleista on halkaisijaltaan 76 mm, valmistettu epoksidielektriselle levylle, varustettu 26 mm syvällä resonaattorilla, toimii aallonpituusalueella 7,5 ... 15 cm säteilykuvion leveydellä 2" = 60 ... pääkeilan maksimin suunta on alle 3 dB, eli käytännössä polarisaatiota voidaan pitää ympyrämäisenä. painettu ohuilla eristelevyillä pienillä häviöillä korkeilla taajuuksilla.

Uskotaan, että kierreantennille on ominaista pyöreä polarisaatio, mutta mielipide on virheellinen. Itse asiassa kelojen rakenne on sellainen, että myös lineaaripolarisaatiolla olevia aaltoja vastaanotetaan. Tämä on kätevää, kun on mahdollista työskennellä minkä tahansa aaltorakenteen parissa. Ja kierteisiä antenneja käytetään peilisyötteenä satelliitissa. Radioamatööreille haittana on, että lineaarisesti polarisoitua aaltoa vaimennetaan kolme desibeliä, kuten tiedätte, radio- ja televisiolähetyksissä ei käytetä muuta. Maassa spiraalisäteilytin soveltuu vain NTV +:n sieppaamiseen satelliitista, menetelmää ei käytetä siellä. Emme keskustele useista näiden antennien erityissovelluksista. Aiheeseen liittyviä kyselyitä löytyy kuitenkin verkosta. Kuka tarvitsee lankasta kierrettyä ja putken päälle puettua kierreantennia, emme ryhdy vastaamaan, jopa radioamatöörien teosten kokoelmassa tämä tuoteluokka puuttuu kokonaan.

Kuinka koota spiraaliantenni

Kierreantenni muistuttaa tietyn mallin infrapunalämmitintä. Neuvostoliitossa sotilaatehtaat tuottivat kodinkoneita. Tästä johtuu parabolisten levyjen ja lämmittimien samankaltaisuus. Kokoamista varten sinun on selvitettävä lankakäämin halkaisija ja nousu sekä kierrosten lukumäärä. Tarvitset materiaaleista:

Teräslevy näytölle, mielivaltainen paksuus, jotta se ei taipu tuulesta ja muista törmäyksistä.
Pala lankaa niin, että se riittää kelaamaan kierrokset marginaalilla.
Virtajohto: 75 ohm televisiolle, 50 ohm radiolle.
Tarvittavan halkaisijan omaava muoviputki.

Kierukkaantennit kuuluvat liikkuvaan aaltoluokkaan, laitteiden vastus on korkea, joten laitteen oikein laskettuaan se voidaan kytkeä ilman koordinaatiota. Ensin putki merkitään marginaalilla, jotta se voidaan kiinnittää seulaan ja liimata. Akselia pitkin (mieluiten molemmille puolille) on merkitty käämitysaskel. Jatkossa riskejä käytetään tasoituksessa. Astu taaksepäin pari senttiä edestä, aloita työstäminen tussilla. Huomaa, että kanssa kääntöpuoli kela siirtyy tasan puoli askelta.

Kierre kierretään putkeen ilman nousua, tarvittavalla kierrosmäärällä. Tulevaisuudessa ensimmäisestä riskistä alkaen sinun on venytettävä lanka oikealla tavalla. Lisäsiirtymisen estämiseksi oikea asento tulee kiinnittää liimapisaroilla. Noin kolme tai neljä per kierros. Tehdään sillä välin näyttö.

Valitse neliö, jonka sivu on noin viisi käämiputken halkaisijaa. Teräksen paksuudella ei ole väliä, kestää lujuusominaisuudet. Kun se on koottu, seula on kohtisuorassa putkeen nähden.

Sähköasennusta varten on tarpeen porata reikä spiraalin pään alueelle (putken pohja) ja viedä johto sisään. Teemme lisäreiän suojuksen taakse sivuseinään, jossa ohitamme syöttökaapelin punoksen. Sähköisesti keskisydän on kytketty spiraaliin, syöttösuojus antennin näyttöön. Muodostetaan rakenne aaltojen vastaanottamista ja lähettämistä varten. Terässuojalla varustettu putki liitetään kulmasta liimatiivisteellä osien tiukan kohtisuoran varmistamiseksi. Avainkohdat:

Spiraali ja suojus on valmistettu johtavasta materiaalista, kuten kuparista.
Dielektrinen putki.

Kierukkaantennin laskenta

Kierteiset antennit ovat hyviä poimimaan kaiken tyyppisiä aaltoja, joita käytetään maanpäällisissä lähetyksissä. Radion saamiseksi kiinni akselin tulee kuitenkin olla suunnattu ylöspäin, kun taas näyttö on vaakasuorassa. Laitteessa on selkeät suuntaominaisuudet, älä odota pystyvän peittämään useita torneja yhdestä pisteestä. Ei niin helppo. Säteilykuvio riippuu kierreantennin mitoista ja voimakkaasti:

Jos käämin pituus on paljon pienempi kuin aallonpituus, vallitsee lateraalinen säteily antennin akselin poikki. Lisäksi polarisaatio ei ole pyöreä.
Ihannetapauksessa kelan pituus on välillä 0,75 - 1,3 aallonpituutta. Tässä tapauksessa tarkkailemme säteilykuvion pääkeilaa eteenpäin katsoen. Tietenkin tarvitset näytön.
Jos spiraalin pituus on suurempi kuin 1,5 aallonpituutta, muodostuu kaksi keilaa, jotka on suunnattu etupuolitasoon. Tarkemmin sanottuna siitä tulee jotain, joka muistuttaa kartiomaista pintaa.

Epäsuorasti (toisessa kohdassa) lukijat ovat jo muodostaneet käsityksen valikoimasta. Laajennamme nauhaa kahdesti käyttämällä ei sylinterimäistä, vaan kartiomaista spiraalia (kartiomainen spiraaliantenni). Suosittelemme online-laskinta osoitteessa http://aerial.dxham.ru/online-raschety/raschety-antenn/raschet-spiralnoj-antenny. Tässä ehdotetaan asettamaan taajuus, spiraalin käämitys ja emitterin pituus:

Säteilykuvion pääkeilan leveys riippuu spiraalin käämityksen pituudesta. Vaihtele kierrosten määrää ja tarkkaile parametria (joka sijaitsee laskimen sivun alaosassa). Spiraalin käämin halkaisija muuttuu tuskin havaittavasti. Tälle ei ole selitystä, laskimen luojat tietävät paremmin. Tietenkin tarvitaan enemmän kuparia, mikä heijastuu vastaaviin parametreihin.
Lisäämme, että pituuden kasvaessa vahvistus myös kasvaa. Tämä on tyypillinen vaikutus: terälehti kapenee - vahvistus kasvaa. Säteilykuvion pinta-ala on vakioarvo. Kuten Lomonosov sanoi, jos jokin saapuu yhteen paikkaan, sen täytyy ehdottomasti lähteä toisesta. Huomaa, että kun kierrosten määrä kasvaa, kaistanleveys pienenee hieman.
Vahvistus riippuu käämin noususta: mitä suurempi luku, sitä pienempi vahvistus, sitä kapeampi säteilykuvio. Mielestämme tämä on tekijöiden virhe, koska käy ilmi, että on kannattavampaa kelata tiukasti. Lisäksi lanka kestää vähemmän. Vain edut näytetään, käytännössä tämä näyttää epäilyttävältä.

Tämän online-laskimen hyödyllisistä ominaisuuksista haluaisin huomioida näytön vähimmäiskoon laskennan. Ja mitä tulee vaiheeseen, tarkista hakuteokset, jotka teemme. Muuten, utelias tosiasia on, että sivustolla on oletuksena heti WiFi-taajuus 2,45 GHz. Täällä nykyään käytetään usein kierteisiä antenneja.

Löytyi: vahvistus riippuu vain kierrosten määrästä. Käämitysväliksi suositellaan 0,22 - 0,24 aallonpituutta. Sivustolla tämä arvo on asetettu laajalle alueelle. Pyydämme lukijoita valitsemaan sävelkorkeuden vaihtelemalla kierrosten määrää. Tapahtuu, että joissakin laskimissa on virheitä, vain verkko-ohjelmoijalla on tarkat tiedot.

Muuten, uusi tietolähde kertoo, että näyttö on sijoitettu heliksin taakse 0,12 aallonpituuden etäisyydelle. Lisätään, että jos näytön halkaisijaksi valitaan 0,8 aallonpituutta tai enemmän, neliön sivu on vielä suurempi: 1,1 λ. Tilanne ei ole niin ilmeinen, mutta kuvittele, että ympyrän täytyy mahtua sisään - kaikki loksahtaa paikoilleen.

Sovituksen kannalta kierteisen antennin resistanssi riippuu suuresti langan paksuudesta ja pienenee langan paksuuden kasvaessa. On mahdollista saavuttaa luku, joka on 75 ja jopa 50 ohmia. Tässä tapauksessa koordinointia ei tarvita, mikä yksinkertaistaa toimintaa. Se toimii korkeilla taajuuksilla. Esimerkiksi impedanssiksi tulee 75 ohmia langan paksuuden ollessa 5 % aallonpituudesta. Saat 50 ohmia, sinun tulee ottaa langan paksuus 7% aallonpituudesta. Voit nähdä, että tämä on totta WiFi-taajuuksilla, mikä tarkoittaa, että laskemme parametrit tällä tavalla välttäen täsmäämistä.

Huomaa, että laskin ei anna mahdollisuutta asettaa langan paksuutta, ja käytettävissä olevalla impedanssilla on 140 ohmia. Tämä on luultavasti ammattitemppu, tietojemme mukaan kaapelin pitäisi olla 50 ohmia WiFi-taajuuksilla. Toisaalta on helppo tarkistaa, täyttyykö riippuvuus langan paksuudesta. Otetaan taulukko ja verrataan tulosta.

Laskentataulukko

Joten taajuus on 2450 MHz, löydämme aallonpituuden yksinkertaisella kaavalla:

λ \u003d 299 792 458 / 2450 000 000 = 0,1223 metriä.

Löydämme tarvittavan langan halkaisijan 140 ohmin resistanssille:

0,1223 x 0,02 = 2,45 mm, tarkistetaan sopiiko tämä verkkolaskimen kanssa! Katsomme ja näemme: 2.4. No, jos otamme huomioon, että ilman pyöristystä se osoittautui 2,447 mm:ksi, oletamme, että kaksi lähdettä toistavat toisiaan, mikä tarkoittaa, että käämitysvälin valintaohjeisiin (katso yllä) voidaan luottaa. Tämän perusteella katsomme, että kotitekoinen kierreantenni on valmis, ja löydämme myös langan paksuuden, jolla vastus on 50 ohmia: osoittautuu 8,5 mm. Lisäksi määritellyllä korkealla taajuudella on vaikeaa tarjota vaadittuja olosuhteita. Siksi tietojenkäsittelytieteilijät asettavat usein tavoitteen tehdä spiraaliantenni yksin.

Mitä tulee epäjohdonmukaisuuksiin laskimessa, tarkista luettavissa oleva tieto Internetistä tekninen informaatio toistuvasti. Uskomme, että olemme vastanneet kysymykseen, mikä on spiraaliantenni ja miten spiraaliantenni tehdään. Suunnittelun etuna on valmistuksen helppous, jos paikat on laskettava, koordinoitava, eikä se ole totta, että se ei tule esiin, täällä on hyvä laite, joka täyttää määritellyt ehdot ja seuloi pois paljon häiriöitä . Molemmilla puolilla (vastaanottoa ja lähetystä varten) on identtiset antennit, jotka toimivat pyöreällä polarisaatiolla, muuten tuloksesta tulee mystisesti arvaamaton. Itse koottu kierreantenni on todellisuutta.

Tämäntyyppinen antenni soveltuu hyvin langattoman television pitkän kantaman vastaanottoon. digitaalinen signaali. Tuotteen yksinkertaisuus kiehtoo, siinä on vain kaksi pääosaa: heijastin lumilapiosta ja spiraali virtajohdon kelasta. Ei ainuttakaan juotosliitosta, kaikki on ruuvattu ja kierretty. Ei ole olemassa monimutkaisia yhteensopivia elementtejä. Suunnittelun vahvistus saavuttaa kuitenkin yli 10 dB, mikä mahdollistaa sen käytön joissain tapauksissa ilman vahvistinta. Juuri tällä antennilla ilman vahvistinta sain digitaalisen television signaalin kaupungin ulkopuolella.

Haluan muistuttaa, että mikä tahansa desimetriantenni sopii digitaalinen kanava lähetyksiä, ero on vain vastaanottoalueella. Mutta jokainen antenni ei tarjoa maksimaalista vahvistusta ja täsmäämistä täsmälleen halutulla taajuudella. Riippumatta siitä, kuinka monimutkainen antenni on, siinä on lasku- ja vahvistushuippuja koko vastaanotettujen taajuuksiensa alueella.

Kierreantennit seurasivat ensimmäisen kosmonautin Juri Gagarinin lentoa.Kun ensimmäiset Neuvostoliiton spiraalit suuntaavat kuukulkijat kynsivät Kuun pintaa, unelmoin saman avaruusantennin tekemisestä.

Kuva 2.

Mikään ei ole pahempaa kuin keskeneräinen työ. Pohjaksi valitsen yksinkertaisimman kaikista kierreantennityypeistä. Tämä on yksialkuinen, kierre, sylinterimäinen (joskus myös kartiomainen), säännöllinen, toisin sanoen jatkuva käämitysväli tai sama etäisyys kierrosten välillä. Siten antennin nimi kertoo jo sen suunnittelusta. Tätä mallia ehdotti ensimmäisenä Kraus J.D.

Kierukkamainen antenni. - Elektroniikka, 1947. V 20, N 4. R. 109.

Suosittelen parasta hakuteosta radioamatööreille "Antennit", painos 11, osa 2. Carl Rothhammel. Kirjassa on paljon käytännöllistä materiaalia lähes kaikentyyppisille antenneille. Ominaisuudet, parametrit, käytännön laskelmat, suositukset.

Tästä painoksesta annan kierteisen antennin ominaisuudet.

Riisi. 1.

Sinun on selvitettävä, millä taajuudella digitaalinen lähetys on alueellasi ja muutettava tämän taajuuden arvo metreiksi. Aallonpituus metreinä = 300 / F (taajuus MHz).

Moskovan kahden digitaalisen paketin lähetystaajuuksille valitsin keskitaajuuden 522 MHz, mikä vastaa lambda-aallonpituutta 57 cm. Tässä tapauksessa kelan halkaisija on D = 17,7 cm, kelojen välinen etäisyys on 13,7 cm, etäisyys näytöstä kelaan on 7,4 cm ja näytön leveyden tulee olla enintään 35 cm.

Suojana (heijastimena) tarvitsin väärän lumilapion kauniista kiiltävästä ruostumattomasta teräksestä, joka taipui jatkuvasti lumen painon alla. Käytäntö osoittaa, että heijastimen ei tarvitse olla pyöreä, eikä neliön sivulle ole mitään järkeä tehdä yli kaksi halkaisijaa spiraalin kierrosta. Tein spiraalin verkkovirtajohdosta, jonka halkaisija on noin 2 mm, käyttämällä yhtä sen ytimistä poistamatta eristystä siitä, koska se on läpinäkyvä radioaalloille, eikä kuparilanka hapetu siinä ulkoisen ympäristön vaikutuksesta. Käytännössä langan paksuus osoittautui lähes 5 kertaa teoreettista pienemmäksi, minkä vuoksi antennin kantama osoittautui kapeaksi. Desimetrialueella antenni vastaanottaa hyvin vain muutaman analogisen lähetyksen televisioaseman, mutta kaksi vierekkäin taajuudella sijaitsevaa digitaalista pakettia sopii sen vahvistuskaistalle täydellisesti. Tarvitset myös 75 ohmin koaksiaalikaapelin liittimellä. En suosittele ihastumaan kaapelin pituuteen, varsinkaan jos antennissa ei ole vahvistinta, koska jokaisella metrillä häviää 0,5-1 dB vahvistusta ja pitkä kaapeli tarvitsee sovituslaitteen. Suunnittelussani käytin 3 metriä kaapelia.

Riisi. 2.

Jotain tekemistä, kelaa spiraali, liitä kaapeli spiraalin johtimeen ja kiinnitä se kaikki lapion terään. Mutta minulla ei ollut vaaditun halkaisijan omaavaa dielektristä sylinteriä spiraalin langan kiinnittämiseen, ja siksi käytin kehyksenä kiskoja ja kuivaa vanerilevyä siirtämällä antennin mitat luonnoksesta siihen. Olisi ollut siistimpää, jos lamellien ja vanerin sijasta olisi käytetty lapioita, mutta kokosin vain layoutin, ja minulla oli kätevää tehdä kaikki vanerilla. Kun kuori alkoi kääriä lankaan, kotitekoinen tuote näytti lentokoneen rungolta. Ulkopuolelta se näytti vähemmän vaarattomalta, jos aloin taivuttaa keloja kupariputki kuten halusit ennen. Kuten jo sanoin, on kätevää piilottaa tällainen antenni sellaisen talon harjan alle, jonka katto on valmistettu pehmeästä katosta, anduliinista tai liuskekivestä, joka on läpinäkyvä radioaalloille.

Kuva 3. Antenniasettelutesti.

Antennin testaamiseen käytin ullakkohuonetta, jossa nostin itsetehtyä tikkaiden avulla lähemmäs kattoa. Tämä paikka toimi ennen Paikkatesti. Vladimirin alue, 90 km Ostankinosta itään. Nyt täällä toimii kierteinen antenni ilman vahvistinta. Hän "näkee" televisiokeskuksen läpi: vuorauksen, pergamiinin, 10 cm basalttivillan, sorvauslevyn, OSB-vanerin, vuodemattomaton, pehmeän kattovaa'an ja eripituisten naulojen hyytymän.

Kuva 5. Edellisten koko ja nousu
Antennimallit ovat melkein samat.

Antenniparametrien parantamiseksi ei ole haittaa käyttää sovituslaitetta - muuntajaa, joka tarjoaa siirtymisen 180 ohmin antennin resistanssista koaksiaalikaapeliin, jonka resistanssi on 75 ohmia. Tämä on ohutta kuparilevyä kolmion muodossa, joka laajenee näyttöä kohti. Poistin lautasen kiinnityspaikan ja sen mitat kokeellisesti kahdella muovisella pyykkipoikalla. Kotona tämä on helppo tehdä televisiolla laskemalla antenni alemmalle tasolle, jolloin kuva on "luminen". On tarpeen siirtää levyä kääntämällä ja korvalla vähentämällä äänikanavan kohinatasoa vastaanotettaessa analogista signaalia, joka on taajuudeltaan lähellä digitaalista pakettia, määrittää sen sijainti. Sitten juottaa.

Huolimatta absurdista muodosta, tällä antennilla on etu. Hän on ilman vahvistinta, joka usein kaatuu salamaniskun jälkeen. Käytännössä vahvistimet epäonnistuivat kahdesti ukkosmyrskyn aikana ulkoantenneissa, jotka sijaitsivat 30 metrin päässä sähköpylvästä, johon salama osui. Talon katon alla, kuuden metrin päässä ylijännitesuojasta sijaitsevassa antennissa ei esiintynyt yhtään vahvistimen vikaa.

Itse vahvistimen virtalähde voi epäonnistua, koska se on yleensä aina jännitteinen ja sen resurssit ovat rajalliset.

Toinen etu on, että tämän antennin kantama vahvistimella on suurempi, kuinka paljon, tarkista itse.

Lisäys. Antennimallin muuttaminen.

Tänä vuonna (2015) päätin hioa spiraaliantennin itse tehtyä muotoilua käyttämällä langan sijaan metalli-muoviputkea (metalli-muovi), jonka halkaisija on 16 mm. Aiemmin kootut antennit ovat jo käyneet läpi samanlaisen toimenpiteen ja elpyneet huomattavasti. Myös spiraaliantenni on toipunut, mutta älkää antako pettää, signaalin tason nousu oli vain 10 prosenttia ja signaalin laatu pysyi samalla 100 prosentin tasolla.

Kuva 7. Vanha antenni.

Kuva 8. Suunnittelun muutos.

Pitkään halusin tehdä antennin käyttämällä materiaalina putkea. Samankaltaisuus moonshine stillin kanssa ja korkea hinta loppuivat. Mutta nyt materiaali on löydetty ja jo testattu yksinkertaiset antennit. Se on helposti taivutettava korkealaatuisesta alumiinista valmistettu putki, joka on päällystetty kaikilta puolilta muovilla ja jota myydään kaikilla rakennusmarkkinoilla vesiputkien asennukseen.

Kuva 10. Uusi muotoilu.

Valokuva 9. Pankki - kara.

Taloudellinen

antennin laskenta.

Minun piti tehdä tämä monimutkainen laskelma, kun menin "Kaikki kotiin" -myymälään Moskovan alueen laitamilla ja näin metallimuovin, jonka hinta oli 45 ruplaa. Aallonpituus, lähetystaajuudet, ympyrän pituus, kierrosten määrä, antennin vahvistus….

Räjähdin kassalla 4 metriä yhteenvetona projektin taloudellisen osan. Antennin omakustannushinta ei saa ylittää vodkapullon vähimmäisvalmistearvoa.

Antennilaskenta.

Puhtaasti taloudellisista syistä siitä tuli 6,5 kierrosta, puoli kierrosta vähemmän kuin edellinen kotitekoinen lanka. Otin myös kierrosten välisen etäisyyden, joka vastaa aallonpituuden neljättä osaa. Samoin lasken yhden kierroksen pituuden, mutta käytännön syistä jo kokemusta yksinkertaistamisesta silmukka-antennit, korjasi metallikerroksen riippuvuuden taajuudesta, pienensi käämin pituutta 1,5 cm Laskin myös tuurnan halkaisijan jakamalla säädetyn kelan pituuden luvulla 3,14. Putken paksuus huomioon ottaen tuurnan halkaisija kesti 8 mm vähemmän.

Säätö.

Se koostui SWR:n (seisovan aallon suhteen) mittaamisesta. Aluksi mittasin vanhan kotitekoisen. Outoa, mutta laite väitti erinomaisen yhteensopivuuden 50 ohmin kuormalla (SWR = 1,5). Kaikki osui kuitenkin samaan aikaan muunnetun antennin kanssa, kun se sai virtaa kankaan reunasta. Mutta rakentavasti, myöhemmin käytin keskellä olevaa kaapelia ja SWR putosi 2:een. Yksinkertainen kotitekoinen SWR-mittari yhdistettynä kotitekoiseen digitaalilähetystaajuuksille viritettyyn generaattoriin osoittautui erittäin hyödylliseksi. Sen avulla pystyin paitsi määrittämään antennin SWR:n, myös tarkistamaan sen suorituskyvyn, kun jokainen käännös reagoi kattilasta tuotuun kanteen mikroampeerimittarin neulaa heiluttamalla.

Tulokset.

Suunnittelumuutos lisäsi 10 prosentin vahvistusta, ja tämä huolimatta siitä, että antennissa on puoli kierrosta vähemmän. Yleensä se vastaanottaa desimetrialueen ohjelmia, jotka toimivat analogisessa tilassa, ei huonommin kuin aaltokanava-antenni (Uda-Yagi), joka sisältää 12 ohjainta ja vahvistimen, jonka ilmoitettu vahvistus on vähintään 26 dB. Molemmat antennit sijaitsevat samoissa olosuhteissa samalla tasolla maasta. Ainoa ero on, että ostetun antennin toiminta, kun se vastaanottaa ilmateitse digitaalista signaalia, riippuu säästä ja vuorokaudenajasta, mikä simuloi radioaaltojen kulun heikkenemistä tyypillisellä värähtelyäänellä ja television jäätymisellä. kuvia tai jopa kuvan täydellistä puuttumista. Radiovastaanotto kotitekoisella antennilla on aina jatkuvaa.

Mutta yleisesti ottaen olin tyytymätön tähän malliin, koska odotin siltä jotain enemmän, pelkästään sen mittojen ja käytettyjen rahojen perusteella. Tämän kierteisen antennin vertailu edelliseen malliin , jotka koostuivat vain kahdesta halkaisijaltaan identtisestä renkaasta, jotka on valmistettu samasta materiaalista, en löytänyt merkittävää voittoa vertaillessani niitä vastaanottotasojen suhteen.

Kaksi vaiheistettua rengasta ja kuusi kierukkarengasta antavat teoreettiset vahvistukset 6dB ja 10dB. Kaksi rengasta ulkoilmassa ja 6,5 rengasta katon alla, samalla tasolla maasta ja lähes samalla tasolla prosentteina. Ehkä katto söi 4 dB eron, tai ehkä tätä eroa on todella vaikea huomata? Samanaikaisesti älä laita tätä kelaa kadulle, mikä avaa tämän aiheen tarpeettomille keskusteluille.

Olenko menettänyt sydämeni? Ei! Radioamatööri on ilon lähde. Ota radioamatööri, se on mielenkiintoista. Ehkä tuloksesi ovat parempia.

Todennäköisesti palaan tähän spiraaliantenniin, koska se ei nukahtanut, kun "aaltokanava"-antenni lakkasi vastaanottamasta ilmaa.

Yli 300 MHz:n taajuuksilla sylinterimäisiä kierukkamaisia liikkuvia aaltoantenneja käytetään laajalti. Yksi spiraaliantennin muunnelmista on esitetty kuvassa 1. Se on halkaisijaltaan spiraali D ja mutkainen askel S ja metalliheijastin, joka on valmistettu levyn tai neliön muodossa, jonka koko on ≈ 2D.

Riippuen geometrisista parametreista (käämin kehän sähköinen pituus Kanssa ja helix-välin sähköinen pituus S) kierteisen antennin, se voidaan virittää erilaisia tyyppejä aallot (tilat). Spiraalin vierekkäisten kierrosten välisellä vaihesuhteella on suurin merkitys antennin säteilyn luonteelle.

Meitä kiinnostaa T1-aalto (kuva 2), jolle on ominaista 360 asteen ero naapurikierrosten virtojen vaiheissa.

Aalto T1 muodostuu, kun käämin kehän sähköinen pituus on lähellä aallonpituutta λ , kun taas kierreantenni toimii aksiaalisessa säteilytilassa (säteilymaksimi on sama kuin heliksin akseli).

Kierreantennin optimaaliset mitat:

kelan halkaisija D = λ/π
Spiraaliväli S = 0,25 λ
Helix-kulma α = 12°

Antennituloimpedanssi, riippuen 12°≤α≤15°, 0,75λ<с<1,33 λ ja kierrosten määrä n>3 vastaa:

RA ≈140 s/λ(ohm)

Pääkeilan leveys puolitehotasolla:

θ0,5 =52· λ/s· √nS/λ (astetta)

Kuvassa 3 on tulos kierreantennin säteilykuvion laskemisesta pysty- ja vaakatasossa MMANA-ohjelmalla.

Kuva 3 Kierteisen antennin suuntakuvio.

T1-aaltomoodissa toimivilla lieriömäisillä kierteisillä antenneilla on ympyräpolarisaatio. Kun signaali vastaanotetaan lineaarisella polarisaatiolla (pysty- tai vaakasuuntaisella) varustetulla antennilla, signaali vaimenee 3 dB (kahdesti). Tämän välttämiseksi voit käyttää järjestelmää, jossa on kaksi kierukkaantennia, joissa on vastakkainen heliksikäämitys ja jotka syötetään samaan vaiheeseen ja jotka sijaitsevat etäisyydellä 0,5 λ tai 1,5 λ (kuva 4).

Tällaisen antennijärjestelmän tuloimpedanssi on 67,6 ohmia, mikä on hyvin sopusoinnussa koaksiaalikaapelin aaltoimpedanssin kanssa (SWR 1,1 ja 1,35 75 ja 50 ohmin kaapelilla). Yksijohdinlinjan (kuva 5) osan aaltoimpedanssi ab on vastattava helix-antennin tuloimpedanssia (≈140 ohmia). Tätä varten on tarpeen säilyttää suhde e/d yhtä suuri kuin ≈2,75.

Yhden antennin tai kolmesta tai useammasta antennista koostuvan antennijärjestelmän sovittamiseen voidaan tässä tapauksessa käyttää eksponentiaalista sovitusmuuntajaa, joka on rakenteellisesti tehty liuskalinjan muotoon (kuva 6). Eksponentiaalisen suoran aallonresistanssi vaihtelee sen pituudella lain mukaan:

Z 0 (x) \u003d Z 01 e bx, missä

Z01- linjaimpedanssi tulossa

Z 0 (x)- linjan aaltoimpedanssi etäisyydellä sijaitsevassa osassa X sen alusta

b- parametri, joka näyttää linjan aaltoimpedanssin muutosnopeuden

Riippuen SWR:stä ja tunnetusta aaltoimpedanssien suhteesta Z02 /Z01 linjan lopussa ja alussa, sen minimipituus lasketaan kaavalla:

, missä ;

Kuvassa 7 on eksponentiaalinen sovitusmuuntaja, joka on suunniteltu sovittamaan 140 ohmia ja 50 ohmia taajuudella 2450 MHz ja SWR 1,2. Etäisyys e yhtä suuri kuin 7 mm, dielektrinen - ilma (ε=1), materiaalin paksuus d 1 mm.

Sähköisten parametrien suuren vahvistuksen ja vakauden, alhaisen ulkoisten tekijöiden herkkyyden ja geometrian poikkeamien vuoksi sylinterimäisiä kierreantenneja voidaan käyttää laajalti viestintä- ja turvajärjestelmissä pitkän matkan viestinnän järjestämiseen.