Antennes spirales pour les communications UWB. Antenne spirale faite maison pour la télévision numérique terrestre. Types d'antennes hélicoïdales

L'antenne spirale appartient à la classe des antennes à ondes progressives. Sa plage de fonctionnement principale est le décimètre et le centimètre. Elle appartient à la classe des antennes de surface. Son élément principal est une spirale reliée à une ligne coaxiale. La spirale crée un diagramme de rayonnement sous la forme de deux lobes émis le long de son axe dans des directions différentes.

Les antennes hélicoïdales sont de type cylindrique, plat et conique. Si la largeur de plage de fonctionnement requise est de 50 % ou moins, une hélice cylindrique est utilisée dans l'antenne. La spirale conique augmente la portée de réception de deux fois par rapport à la spirale cylindrique. Et les plats donnent déjà un avantage vingt fois supérieur. La plus populaire pour la réception dans la gamme de fréquences VHF est une antenne radio cylindrique à polarisation circulaire et à gain élevé du signal de sortie.

Dispositif d'antenne

La partie principale de l'antenne est un conducteur enroulé. Ici, en règle générale, on utilise du fil de cuivre, de laiton ou d'acier. Un chargeur y est connecté. Il est conçu pour transmettre un signal de la spirale au réseau (récepteur) et dans l'ordre inverse (émetteur). Les mangeoires sont de type ouvert et fermé. Les mangeoires de type ouvert sont des guides d'ondes non blindés. Et le type fermé dispose d'un bouclier spécial contre les interférences, ce qui protège le champ électromagnétique des influences extérieures. En fonction de la fréquence du signal, la conception de départ suivante est déterminée :

Jusqu'à 3 MHz : réseaux filaires blindés et non blindés ;

3 MHz à 3 GHz : fils coaxiaux ;

De 3 GHz à 300 GHz : guides d'ondes métalliques et diélectriques ;

Au dessus de 300 GHz : lignes quasi-optiques.

Un autre élément de l'antenne était le réflecteur. Son but est de concentrer le signal sur la spirale. Il est fabriqué principalement en aluminium. La base de l'antenne est un cadre à faible constante diélectrique, par exemple en mousse ou en plastique.

Calcul des dimensions principales de l'antenne

Le calcul d'une antenne hélicoïdale commence par la détermination des principales dimensions de l'hélice. Ils sont:

Nombre de tours n ;

Angle d'hélice a ;

Diamètre de spirale D ;

Pas de spirale S ;

Diamètre du réflecteur 2D.

La première chose à comprendre lors de la conception d’une antenne hélicoïdale est qu’il s’agit d’un résonateur d’onde (amplificateur). Sa particularité était sa haute impédance d'entrée.

Le type d'ondes qui y sont excitées dépend des dimensions géométriques du circuit d'amplification. Les tours adjacents de la spirale ont une très forte influence sur la nature du rayonnement. Rapports optimaux :

D=λ/π, où λ est la longueur d'onde, π=3,14

Parce que λ est une valeur qui varie et dépend de la fréquence, alors les calculs prennent les valeurs moyennes de cet indicateur, calculées à l'aide des formules :

λ min = c/f max ; λ max= c/f min, où c=3×10 8 m/sec. (vitesse de la lumière) et f max, f min - paramètre de fréquence de signal maximum et minimum.

λ moy=1/2(λ min+ λ max)

n= L/S, où L est la longueur totale de l'antenne, déterminée par la formule :

L= (61˚/Ω) 2 λ moy, où Ω est le coefficient de directivité de l'antenne, en fonction de la polarisation (tiré des ouvrages de référence).

Classification par plage de fonctionnement

Selon la gamme de fréquences principale, les appareils d'émission et de réception sont :

1. Bande étroite. La largeur du faisceau et l'impédance d'entrée dépendent fortement de la fréquence. Cela suggère que l'antenne peut fonctionner sans réaccord uniquement dans un spectre de longueurs d'onde étroit, environ 10 % de la bande de fréquence relative.

2. Large gamme. De telles antennes peuvent fonctionner sur un large spectre de fréquences. Mais leurs principaux paramètres (gain directionnel, diagramme de rayonnement, etc.) dépendent toujours des changements de longueur d'onde, mais pas autant que ceux à bande étroite.

3. Indépendant de la fréquence. On pense qu'ici, les principaux paramètres ne changent pas lorsque la fréquence change. De telles antennes possèdent une région active. Il a la capacité de se déplacer le long de l'antenne sans changer ses dimensions géométriques, en fonction des changements de longueur d'onde.

Les antennes spirales des deuxième et troisième types sont les plus courantes. Le premier type est utilisé lorsqu’une « clarté » accrue du signal à une certaine fréquence est nécessaire.

Fabriquer sa propre antenne

L'industrie propose un large choix d'antennes. La variété des prix peut varier de plusieurs centaines à plusieurs milliers de roubles. Il existe des antennes pour la télévision, la réception satellite et la téléphonie. Mais vous pouvez fabriquer une antenne spirale de vos propres mains. Ce n'est pas si difficile. Les antennes hélicoïdales pour Wi-Fi sont particulièrement populaires.

Ils sont particulièrement pertinents lorsqu'il est nécessaire de renforcer le signal d'un routeur dans une grande maison. Pour ce faire, vous aurez besoin d'un fil de cuivre d'une section de 2-3 mm 2 et d'une longueur de 120 cm. Il faut faire 6 tours d'un diamètre de 45 mm. Pour ce faire, vous pouvez utiliser un tube de taille appropriée. Un manche de pelle fonctionne bien (il a à peu près le même diamètre). Nous enroulons le fil et obtenons une spirale à six tours. Nous plions l'extrémité restante pour qu'elle passe uniformément par l'axe de la spirale, en la « répétant ». Nous étirons la partie vis de manière à ce que la distance entre les tours soit comprise entre 28 et 30 mm. Ensuite, nous procédons à la fabrication du réflecteur.

Pour cela, un morceau d'aluminium mesurant 15 × 15 cm et 1,5 mm d'épaisseur convient. À partir de ce flan, nous réalisons un cercle d'un diamètre de 120 mm, en coupant les bords inutiles. Percez un trou de 2 mm au centre du cercle. Nous y insérons l'extrémité de la spirale et soudons les deux parties l'une à l'autre. L'antenne est prête. Vous devez maintenant retirer le fil de rayonnement du module d'antenne du routeur. Et soudez l'extrémité du fil à l'extrémité de l'antenne sortant du réflecteur.

Caractéristiques de l'antenne 433 MHz

Tout d'abord, il faut dire que les ondes radio d'une fréquence de 433 MHz, lors de leur propagation, sont bien absorbées par le sol et les divers obstacles. Des émetteurs de faible puissance sont utilisés pour le relayer. En règle générale, cette fréquence est utilisée par divers dispositifs de sécurité. Il est spécifiquement utilisé en Russie afin de ne pas créer d’interférences dans les airs. L'antenne hélicoïdale de 433 MHz nécessite un rapport de signal de sortie plus élevé.

Une autre caractéristique lors de l'utilisation d'un tel équipement émetteur-récepteur est que les ondes de cette gamme ont la capacité d'ajouter les phases des ondes directes et réfléchies depuis la surface. Cela peut soit renforcer le signal, soit l'affaiblir. De ce qui précède, nous pouvons conclure que le choix de la « meilleure » technique dépend de personnalisation position de l'antenne.

Antenne maison à 433 MHz

Il est facile de fabriquer une antenne hélicoïdale de 433 MHz de vos propres mains. C'est très compact. Pour ce faire, vous aurez besoin d'un petit morceau de fil de cuivre, de laiton ou d'acier. Vous pouvez également simplement utiliser du fil. Le diamètre du fil doit être de 1 mm. Nous enroulons 17 tours sur un mandrin d'un diamètre de 5 mm. Nous étirons la ligne de vis pour que sa longueur soit de 30 mm. Avec ces dimensions, nous testons l'antenne pour la réception du signal. En modifiant la distance entre les tours, en étirant et en comprimant la spirale, on obtient meilleure qualité signal. Mais il faut savoir qu’une telle antenne est très sensible aux différents objets rapprochés.

Antenne de réception UHF

Des antennes spirales UHF sont nécessaires pour recevoir un signal de télévision. De par leur conception, ils se composent de deux parties : un réflecteur et une spirale.

Il est préférable d'utiliser du cuivre pour la spirale - il a moins de résistance et donc moins de perte de signal. Formules pour son calcul :

La longueur totale de la spirale est L=30 000/f, où f est la fréquence du signal (MHz) ;

Pas de spirale S= 0,24 L ;

Diamètre de la bobine D=0,31/L ;

Diamètre du fil spiralé d ≈ 0,01L ;

Diamètre du réflecteur 0,8 nS, où n est le nombre de tours ;

Distance à l'écran H= 0,2 L.

Gagner:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

La coupelle réflectrice est en aluminium.

Autres types d'équipements émetteurs-récepteurs

Les antennes coniques et hélicoïdales plates sont moins courantes. Cela est dû à la difficulté de leur fabrication, bien qu’ils présentent de meilleures caractéristiques en termes de portée de transmission et de réception du signal. Le rayonnement de tels émetteurs n'est pas formé par tous les tours, mais uniquement par ceux dont la longueur est proche de la longueur d'onde.

Dans une antenne plate, l'hélice est réalisée sous la forme d'une ligne bifilaire enroulée en spirale. Dans ce cas, les spires adjacentes sont excitées en phase en mode onde progressive. Il en résulte la création d'un champ de rayonnement polarisé circulairement vers l'axe de l'antenne, permettant la création d'une large bande de fréquences. Il existe des antennes plates avec ce qu'on appelle la spirale d'Archimède. Cette forme complexe permet d'augmenter considérablement la gamme de fréquences de transmission de 0,8 à 21 GHz.

Comparaison des antennes hélicoïdales et à faisceau étroit

La principale différence entre une antenne hélicoïdale et une antenne directionnelle est qu’elle est plus petite. Cela le rend plus léger, ce qui permet une installation avec moins d'effort physique. Son inconvénient est la gamme plus étroite de fréquences de réception et de transmission. Il présente également un diagramme de rayonnement plus étroit, ce qui nécessite de « rechercher » la meilleure position dans l’espace pour une réception satisfaisante. Son avantage incontestable est la simplicité de sa conception. Un gros plus est la possibilité de régler l'antenne en modifiant le pas de la bobine et la longueur totale de la spirale.

Antenne courte

Pour une meilleure résonance dans l'antenne, il faut que la longueur « allongée » de la partie spirale soit aussi proche que possible de la valeur de la longueur d'onde. Mais elle ne doit pas être inférieure à ¼ de longueur d'onde (λ). Ainsi, λ peut atteindre jusqu'à 11 m, ce qui est pertinent pour la gamme HF. Dans ce cas, l'antenne sera trop longue, ce qui est inacceptable. Une façon d'augmenter la longueur du conducteur consiste à installer une bobine d'extension à la base du récepteur. Une autre option consiste à insérer le tuner dans le circuit. Sa tâche est de faire correspondre le signal de sortie de l'émetteur radio avec l'antenne à toutes les fréquences de fonctionnement. En termes simples, le tuner agit comme un amplificateur pour le signal entrant du récepteur. Ce schéma est utilisé dans antennes de voiture, où la taille de l'élément recevant l'onde radio est très importante.

Conclusion

Les antennes hélicoïdales ont acquis une grande popularité dans de nombreux domaines des communications électroniques. Grâce à eux, c'est possible cellulaire. Ils sont également utilisés à la télévision et même dans les communications radio dans l’espace lointain. L'un des développements prometteurs pour réduire la taille de l'antenne est l'utilisation d'un réflecteur conique, qui permet d'augmenter la longueur d'onde de réception par rapport à un réflecteur classique. Cependant, il existe également un inconvénient exprimé dans la réduction du spectre de fréquences de fonctionnement. Un autre exemple intéressant est le modèle conique « bidirectionnel ». antenne hélicoïdale, permettant un fonctionnement dans une large gamme de fréquences grâce à la formation d'un diaphragme directionnel isotrope. Cela se produit parce que la ligne électrique sous la forme d'un câble à deux fils permet un changement en douceur de l'impédance des ondes.

3.1. Dans le processus de développement de l'ingénierie radio, on a de plus en plus besoin de dispositifs d'alimentation d'antenne, conçus pour fonctionner dans une très large gamme de fréquences et, de plus, sans aucun réglage. L'indépendance en fréquence de ces dispositifs d'alimentation d'antenne repose sur le principe de similarité électrodynamique.

Ce principe est que les principaux paramètres de l'antenne (diagramme et impédance d'entrée) restent inchangés si un changement de longueur d'onde s'accompagne d'un changement directement proportionnel dans les dimensions linéaires de la région active de l'antenne. Sujet à cette condition l'antenne peut être indépendante de la fréquence dans une plage d'ondes illimitée. Cependant, les dimensions de la structure rayonnante sont limitées et la plage de longueurs d'onde de fonctionnement de toute antenne est également limitée.

À partir de ce groupe d’antennes, nous considérerons les spirales plates arithmétiques et équiangulaires et les antennes logarithmiquement périodiques.

Figure 4.

3.2. La spirale arithmétique est réalisée sous la forme de bandes métalliques plates ou de fentes dans un écran métallique (Fig. 4). L'équation de cette spirale en coordonnées polaires

où est le rayon vecteur mesuré à partir du pôle O ; a est un coefficient caractérisant l'incrément du rayon vecteur pour chaque unité d'incrément de l'angle polaire ; b est la valeur initiale du rayon vecteur.

La spirale peut être bidirectionnelle, quadridirectionnelle, etc. Si la spirale est bidirectionnelle, alors pour la bande (fente) /, représentée par des lignes pointillées, l'angle est compté à partir de zéro, et pour la bande //, représenté par des lignes pleines, à partir de 180°, c'est-à-dire que la spirale est formée de rubans complètement identiques, tournés de 180° les uns par rapport aux autres.

Les points de départ de la bande / correspondent à des rayons vecteurs, que nous désignons par et. Par conséquent, la largeur du ruban. Après avoir décrit un tour, la bande prend la position D, dans laquelle le rayon vecteur est supérieur à celui initial. Sur ce segment ВD, deux bandes et deux espaces sont placés, et si leur largeur est la même, alors, à partir de là, nous déterminons le coefficient.

3.3. L'alimentation en spirale peut être antiphase, comme sur la Fig. 4, ou en phase. Dans le premier cas, les courants traversant les bornes A, B, reliant les bandes au chargeur, ont des phases opposées. Le chemin actuel dans la bande / est supérieur à celui dans la bande // d'un demi-tour. Par exemple, dans la section CD, la bande // tombe, après avoir décrit un demi-tour, et la bande / - un tour, dans la section EF - un tour et demi et deux tours, respectivement, etc. Puisque la longueur du le tour augmente à mesure que la spirale se déroule, la divergence de phase des courants dans les bandes augmente. Après avoir désigné le diamètre moyen du tour, on trouve le déphasage correspondant à la longueur du demi-tour :

Si on ajoute à cela un décalage initial égal à

En raison du deuxième terme, l'angle est différent de, et dans de telles conditions ondes électromagnétiquesémis même si l’écart entre les bandes est petit par rapport à la longueur d’onde.

Seule la partie de la spirale dans laquelle les courants des éléments adjacents des deux bandes sont en phase est rayonnée intensément :

En les substituant, on trouve que le diamètre moyen du premier anneau « résonant », et le périmètre de cet anneau. Le diamètre moyen et le périmètre du second ( k=2), troisième ( k=3) etc. Les anneaux « résonants » sont respectivement trois, cinq, ... fois plus grands. Puisque l'émission d'ondes radio par une spirale provoque une forte atténuation du courant de son début à sa fin, alors seul le premier anneau résonant rayonne intensément, et le reste, la partie extérieure de la spirale, est en quelque sorte « coupé » (phénomène de coupure des courants rayonnants).

3.4. La partie active de l'hélice présente le plus grand intérêt pour une autre raison. L'atténuation du courant provoquée par le rayonnement est si grande qu'il n'y a pratiquement aucune réflexion depuis l'extrémité de la spirale, c'est-à-dire que le courant dans la spirale est distribué selon la loi des ondes progressives. De plus, le périmètre du premier anneau résonant est égal à la longueur d’onde. Dans de telles conditions, comme indiqué au paragraphe 1, un rayonnement axial à polarisation tournante se produit, ce qui dans ce cas est le plus souhaitable.

Le diamètre de la spirale doit être suffisamment grand pour qu'à l'onde maximale de la plage le premier anneau « résonant » () soit préservé, et à mesure que la longueur d'onde diminue, cet anneau doit rétrécir jusqu'à () jusqu'à ce qu'il puisse encore être complètement placé autour l'unité de puissance. Puis à l'intérieur le rapport entre le périmètre moyen du premier anneau « résonant » et la longueur d'onde reste constant et ainsi la condition principale pour maintenir les propriétés directionnelles de l'antenne dans une large gamme d'ondes est remplie Certes, la direction de la spirale arithmétique est petite (60 ... 80°), puisque seule la partie de la spirale ayant un périmètre moyen est impliquée dans le rayonnement des ondes.

La deuxième condition pour obtenir une antenne télémétrique - la constance de l'impédance d'entrée - est ici réalisée par le fait que la spirale fonctionne selon le mode d'une onde de courant progressif. Cette résistance est active (100-200 Ohms). Lorsqu'il est alimenté par une alimentation coaxiale (Ohm), l'adaptation est effectuée à l'aide d'un transformateur pas à pas ou lisse.

3.5. La spirale rayonne des deux côtés de son axe. Pour rendre l'antenne unidirectionnelle, une spirale de ruban est placée sur une épaisse plaque diélectrique dont l'autre face est métallisée. Si la spirale est fendue, elle est alors découpée sur la paroi d'une boîte métallique ; alors la paroi opposée du caisson joue le rôle d'écran réfléchissant, et le caisson lui-même est un résonateur. Pour réduire sa profondeur, le caisson est rempli de diélectrique.

L'une des spirales typiques a un diamètre de 76 mm, est réalisée sur une plaque diélectrique époxy, est équipée d'un résonateur de 26 mm de profondeur, fonctionne dans la gamme d'ondes de 7,5 ... 15 cm avec une largeur de diagramme de rayonnement de 2" = 60 ... 80° et le coefficient d'ellipticité de direction du maximum du lobe principal est inférieur à 3 dB, c'est-à-dire que pratiquement la polarisation peut être considérée comme circulaire. Les antennes hélicoïdales plates sont faciles à fabriquer sous forme imprimée sur de fines feuilles diélectriques à faibles pertes aux hautes fréquences.

On pense qu'une antenne spirale est caractérisée par une polarisation circulaire, mais cette opinion est erronée. En effet, la structure des spires est telle que des ondes à polarisation linéaire sont également reçues. Ceci est pratique lorsqu’il est possible de travailler sur n’importe quelle structure de vague. Et les antennes hélicoïdales sont utilisées comme alimentation miroir du satellite. Pour les radioamateurs, l'inconvénient est qu'une onde polarisée linéairement est atténuée de trois décibels ; comme on le sait, aucune autre n'est utilisée dans la radiodiffusion et la télévision. Dans le pays, l'alimentation en spirale ne convient que pour capter NTV+ depuis un satellite ; cette méthode n'y est pas utilisée. Nous ne discuterons pas d'un certain nombre d'applications particulières de ces antennes. Cependant, des requêtes sur le sujet peuvent être trouvées sur Internet. Nous ne pouvons pas dire à qui bénéficierait une antenne spirale torsadée à partir d'un fil et montée sur un morceau de tuyau ; même dans la collection d'œuvres de radioamateurs, cette classe de produits est totalement absente.

Comment assembler une antenne hélicoïdale

L'antenne spirale ressemble à un radiateur infrarouge d'une conception spécifique. En URSS, les usines militaires produisaient des appareils électroménagers. D'où la similitude entre les paraboles et les radiateurs. Pour le montage, vous aurez besoin de connaître le diamètre et le pas de l'enroulement du fil, le nombre de tours. Matériel dont vous aurez besoin :

1. Une tôle d'acier pour l'écran, d'épaisseur arbitraire, afin qu'elle ne se plie pas sous l'effet du vent et d'autres collisions.
2. Un morceau de fil pour qu'il y ait de quoi enrouler les tours avec une réserve.
3. Câble d'alimentation : pour télévision 75 Ohm, pour radio 50 Ohm.
4. Tuyau en plastique du diamètre requis.

Les antennes spirales appartiennent à la classe des ondes progressives, la résistance des appareils est élevée, de sorte que, après avoir correctement calculé l'appareil, ils peuvent être connectés sans coordination. Tout d'abord, le tuyau est marqué, avec une marge pour qu'il puisse être inséré dans le grillage et collé. Le pas d'enroulement est marqué le long de l'axe (de préférence des deux côtés). À l'avenir, les risques sont utilisés pour le nivellement. Reculez de quelques centimètres devant et commencez à travailler avec un marqueur. Veuillez noter qu'avec verso la bobine bouge exactement d’un demi-pas.

La spirale s'enroule sur le tuyau sans tenir compte du pas, avec le nombre de tours requis. À l'avenir, à partir de la première marque, vous devrez étirer le fil de la bonne manière. Pour éviter tout déplacement supplémentaire, la position correcte doit être fixée avec des gouttes de colle. Environ trois ou quatre par tour. En attendant, créons l'écran.

Choisissez un carré dont le côté est environ cinq fois supérieur au diamètre du tuyau d'enroulement. Peu importe l'épaisseur de l'acier, conservez les caractéristiques de résistance. Une fois assemblé, le tamis est perpendiculaire au tuyau.

Pour le montage électrique, un trou doit être percé au niveau de l'extrémité de la spirale (la base du tuyau) et le fil doit être passé à l'intérieur. Derrière l'écran dans la paroi latérale, nous faisons un trou supplémentaire à travers lequel nous faisons passer le câble d'alimentation tressé. Électriquement, le noyau central est relié à la spirale, l'écran d'alimentation est relié à l'écran d'antenne. Une structure est formée pour recevoir et transmettre des ondes. Le tuyau avec l'écran en acier est relié avec de la colle-scellant au coin pour assurer une stricte circularité des pièces. Points clés:

• La spirale et l'écran sont en matériau conducteur, par exemple en cuivre.
• Tuyau diélectrique.

Calcul d'une antenne hélicoïdale

Les antennes hélicoïdales sont efficaces pour capter tout type d’onde utilisé dans la diffusion terrestre. Cependant, pour capter la radio, l’axe devra être dirigé vers le haut, tandis que l’écran sera positionné horizontalement. L’appareil a des propriétés directionnelles prononcées ; ne vous attendez pas à pouvoir couvrir plusieurs tours à partir d’un seul point. Pas si facile. Le diagramme de rayonnement dépend des dimensions de l'antenne hélicoïdale et fortement :

1. Si la longueur de la bobine est bien inférieure à la longueur d’onde, le rayonnement latéral prédomine, à travers l’axe de l’antenne. De plus, la polarisation n'est pas circulaire.
2. Idéalement, la longueur de la bobine se situe entre 0,75 et 1,3 longueurs d'onde. Dans ce cas, nous observons le lobe principal du diagramme de rayonnement vers l’avant. Bien sûr, il vous faut un écran.
3. Si la longueur de la spirale est supérieure à 1,5 longueur d'onde, deux lobes se forment, dirigés vers le demi-plan avant. Plus précisément, le résultat ressemble à une surface conique.

Indirectement (selon le deuxième point), les lecteurs se sont déjà fait une idée de la gamme. Nous allons élargir la bande deux fois, en utilisant non pas une hélice cylindrique, mais une hélice conique (antenne à hélice conique). Nous recommandons un calculateur en ligne sur http://aerial.dxham.ru/onlajn-raschety/raschety-antenn/raschet-spiralnoj-antenny. Ici, il est proposé de régler la fréquence, le pas de l'enroulement en spirale et la longueur de l'émetteur :

• La largeur du lobe principal du diagramme de rayonnement dépend de la longueur de l'enroulement en spirale. Variez le nombre de tours et observez le paramètre (situé en bas de la page du calculateur). Le diamètre de l'enroulement en spirale change à peine. Il n'y a aucune explication à cela, les créateurs de la calculatrice le savent mieux. Bien entendu, il faudra davantage de cuivre, ce qui se reflète dans les paramètres correspondants.
• Ajoutons que plus la longueur augmente, plus le gain augmente. C'est un effet typique : le pétale se rétrécit - le gain augmente. L'aire du diagramme de rayonnement est une valeur constante. Comme le disait Lomonossov, si quelque chose arrive à un endroit, il doit certainement repartir à un autre. Notez qu'à mesure que les tours augmentent, la bande passante diminue légèrement.
• Le gain dépend du pas du bobinage : plus le chiffre est élevé, plus le gain est faible, plus le diagramme de rayonnement est étroit. À notre avis, il s'agit d'une erreur de la part des auteurs, car il s'avère qu'il est plus rentable de vent fort. De plus, moins de fil sera nécessaire. Seuls les avantages sont montrés ; en pratique, cela semble douteux.

Parmi les propriétés utiles de ce calculateur en ligne, je voudrais noter le calcul de la taille minimale de l'écran. Quant à l’étape, consultez les ouvrages de référence, et c’est ce que nous ferons. À propos, un fait intéressant est que la fréquence WiFi par défaut sur le site est de 2,45 GHz. Ici, aujourd'hui, des antennes hélicoïdales sont souvent utilisées.

Trouvé : le gain dépend uniquement du nombre de tours. Il est recommandé de choisir un pas de bobinage de 0,22 à 0,24 longueurs d'onde. Sur le site Web, nous fixons cette valeur dans de larges limites. Nous invitons les lecteurs à choisir un pitch en faisant varier le nombre de tours. Il arrive que certaines calculatrices contiennent des erreurs ; seul le programmeur web dispose d'informations précises.

D'ailleurs, la nouvelle source d'information indique que l'écran est placé derrière la spirale à une distance de 0,12 longueur d'onde. On ajoute que si le diamètre de l'écran est choisi égal ou supérieur à 0,8 longueur d'onde, le côté du carré est encore plus grand : 1,1 λ. La situation n'est pas si évidente, mais imaginez que le cercle doive s'insérer à l'intérieur - tout se met en place.

Quant à l'adaptation, la résistance d'une antenne hélicoïdale dépend fortement de l'épaisseur du fil et diminue avec l'augmentation de la résistance. Il est possible d'atteindre des chiffres égaux à 75 et même 50 Ohms. Dans ce cas, aucun agrément n'est requis, ce qui simplifie le fonctionnement. Cela fonctionne à hautes fréquences. Par exemple, l'impédance caractéristique deviendra égale à 75 Ohms avec une épaisseur de fil de 5 % de la longueur d'onde. Pour obtenir 50 Ohms, vous devez prendre une épaisseur de fil de 7% de la longueur d'onde. Vous voyez que cela est réel aux fréquences WiFi, ce qui signifie que nous calculerons les paramètres de cette façon, en évitant la coordination.

Attention, le calculateur ne permet pas de régler l'épaisseur du fil, et avec celui existant, l'impédance caractéristique est de 140 Ohms. Il s'agit probablement d'un truc du métier : selon nos informations, le câble devrait être de 50 Ohm aux fréquences WiFi. Mais il est facile de vérifier si la dépendance à l'égard de l'épaisseur du fil est satisfaite. Présentons un tableau et comparons les résultats.

Tableau de calcul

Ainsi, la fréquence est de 2450 MHz, on trouve la longueur d'onde à l'aide d'une formule simple :

λ = 299 792 458 / 2 450 000 000 = 0,1223 mètres.

Trouver le diamètre de fil requis pour une résistance de 140 Ohms :

0,1223 x 0,02 = 2,45 mm, vérifions si cela correspond au calculateur en ligne ! Nous regardons et voyons : 2.4. Eh bien, si l'on tient compte du fait que sans arrondi, il s'est avéré être de 2,447 mm, alors nous supposerons que les deux sources se répètent, ce qui signifie que l'on peut se fier aux instructions pour choisir le pas d'enroulement (voir ci-dessus). À ce stade, nous supposons que l'antenne hélicoïdale faite maison est prête, et nous trouverons également l'épaisseur du fil à laquelle la résistance devient égale à 50 Ohms : elle s'avère être de 8,5 mm. De plus, à cette fréquence élevée, il est difficile de garantir les conditions requises. Par conséquent, l'objectif de fabriquer soi-même une antenne spirale est souvent confié aux informaticiens.

Concernant les incohérences dans le calculateur, vérifiez ce que vous lisez sur Internet Informations techniquesà plusieurs reprises. Nous pensons avoir répondu à la question de savoir ce qu'est une antenne hélicoïdale et comment fabriquer une antenne hélicoïdale. L'avantage de la conception est sa facilité de fabrication, si les correctifs doivent être calculés, coordonnés et que ce n'est pas un fait que cela fonctionnera, il existe un bon appareil qui satisfait aux conditions données et filtre de nombreuses interférences. Il y a des antennes identiques des deux côtés (réception et émission) afin de travailler en polarisation circulaire, sinon le résultat deviendra mystérieusement imprévisible. Une antenne spirale auto-assemblée est une réalité.

Ce type d'antenne est bien adapté à la réception longue distance de la télévision terrestre signal numérique. La simplicité du produit est captivante ; il n'y a que deux parties principales : un réflecteur fabriqué à partir d'une pelle à neige et une spirale fabriquée à partir d'une bobine de fil électrique. Pas un seul joint soudé, tout est vissé et tordu. Il n’y a pas d’éléments de correspondance complexes. Cependant, le gain de la conception atteint plus de 10 dB, ce qui permet de l'utiliser dans certains cas sans amplificateur. C'est avec cette antenne sans amplificateur que j'ai reçu un signal de télévision numérique en dehors de la ville.

Je tiens à vous rappeler que toute antenne décimétrique convient à chaîne numérique diffusion, la différence ne se fera que dans la plage de réception. Mais toutes les antennes ne fourniront pas un gain maximal et ne s’adapteront pas exactement à la fréquence souhaitée. Quelle que soit la complexité d’une antenne, elle présente des creux et des pics de gain sur toute la plage de fréquences reçues.

Ce sont les antennes spirales qui surveillaient le vol du premier cosmonaute Youri Gagarine. Lorsque les premiers rovers lunaires soviétiques, orientant les spirales, sillonnaient la surface de la Lune, je rêvais de fabriquer la même antenne spatiale.

Photo 2.

Il n’y a rien de pire qu’une affaire inachevée. Comme base, je choisis le plus simple de tous les types d'antennes hélicoïdales. Il est à départ unique, en spirale, cylindrique (parfois conique), régulier, c'est-à-dire avec un pas d'enroulement constant ou la même distance entre les spires. Ainsi, le nom de l’antenne parle déjà de sa conception. C’est exactement le design proposé pour la première fois par Kraus J.D.

"Antenne à faisceau hélicoïdal". – « Électronique », 1947. V 20, N 4. R. 109.

Je recommande le meilleur ouvrage de référence pour les radioamateurs "Antennes", édition 11, volume 2. Auteur Karl Rothhammel. Le livre contient de nombreux documents pratiques pour presque tous les types d'antennes. Caractéristiques, paramètres, calculs pratiques, recommandations.

A partir de cette publication je présente les caractéristiques d'une antenne hélicoïdale.

Riz. 1.

Vous devez connaître la fréquence de diffusion numérique dans votre région et convertir la valeur de cette fréquence en mètres. Longueur d'onde en mètres = 300/F (fréquence en MHz).

Pour les fréquences de diffusion moscovites de deux bouquets numériques, j'ai choisi la fréquence moyenne de 522 MHz, ce qui correspond à une longueur d'onde lambda de 57 cm. Dans ce cas, le diamètre de la spire est D = 17,7 cm, la distance entre les spires est 13,7 cm, la distance entre l'écran et le virage est de 7,4 cm et la largeur de l'écran doit être de 35 cm.

En tant qu'écran (réflecteur), j'avais besoin d'une pelle à neige incorrecte en bel acier inoxydable brillant, se pliant constamment sous le poids de la neige. La pratique montre que le réflecteur n'a pas besoin d'être rond et qu'il ne sert à rien de faire tourner le côté d'un carré sur plus de deux diamètres de spirale. J'ai réalisé la spirale à partir d'un fil d'alimentation réseau d'un diamètre d'environ 2 mm, en utilisant l'un de ses noyaux, sans en retirer l'isolation, car il est transparent aux ondes radio et le fil de cuivre ne s'oxyde pas sous l'influence de l'environnement extérieur. En pratique, l'épaisseur du fil s'est avérée presque 5 fois inférieure à celle théorique, c'est pourquoi la portée de l'antenne s'est avérée étroite. Dans la gamme UHF, l'antenne ne captera bien que quelques chaînes de télévision analogiques, cependant, deux bouquets numériques situés à proximité en fréquence s'intégreront bien dans sa bande d'amplification. Vous aurez également besoin d'un câble coaxial de 75 Ohm avec un connecteur. Je ne recommande pas de trop se laisser emporter par la longueur du câble, surtout si l'antenne n'a pas d'amplificateur, car dans chaque mètre de celle-ci 0,5 à 1 dB de gain est perdu et un câble long nécessitera un appareil adapté. Dans ma conception, j'ai utilisé 3 mètres de câble.

Riz. 2.

Il ne vous reste plus qu'à enrouler la spirale, connecter le câble au conducteur en spirale et attacher le tout à la lame de la pelle. Mais je n'avais pas de cylindre diélectrique du diamètre requis pour fixer le fil en spirale, et j'ai donc utilisé des lattes et une feuille de contreplaqué sec comme cadre, transférant dessus les dimensions de l'antenne du croquis. Ce serait plus cool si des manches de pelle étaient utilisés à la place des lattes et du contreplaqué, mais je n'ai assemblé que le tracé et c'était pratique pour moi de tout faire sur du contreplaqué. Lorsque la coque a commencé à être enveloppée de fil de fer, le produit artisanal ressemblait au corps d'un avion. De l'extérieur, cela semblait moins inoffensif si je commençais à plier les virages depuis tube en cuivre comme je le voulais avant. Comme je l'ai déjà dit, il est pratique de cacher une telle antenne sous le faîte d'une maison dont le toit est en toiture souple, en anduline ou en ardoise, transparent aux ondes radio.

Photo 3. Test de la disposition de l'antenne.

Pour tester l'antenne, j'ai utilisé le grenier, où j'ai utilisé une échelle pour soulever le produit fait maison plus près du plafond. Test Place travaillait également à cet endroit. Région de Vladimir, à 90 km à l'est d'Ostankino. Désormais, une antenne spirale fonctionne ici sans amplificateur. Elle « voit » le centre de télévision à travers : des planches à clin, de la glassine, 10 cm de laine de basalte, des planches de revêtement, du contreplaqué OSB, une sous-tapis, des écailles de toiture souples et un tas de clous de différentes longueurs. Il ne reste plus qu'à le fixer encore plus haut, sous le faîte de la maison ou démontez-la, car ce n'est qu'un simple aménagement.

Photo 5. Taille et pas des précédents les conceptions d’antennes sont presque identiques.

Pour améliorer les paramètres de l'antenne, il ne ferait pas de mal d'utiliser un dispositif adapté - un transformateur qui assure la transition d'une résistance d'antenne de 180 Ohms à un câble coaxial d'une résistance de 75 Ohms. Il s'agit d'une fine plaque de cuivre en forme de triangle, s'étendant vers l'écran. J'ai sélectionné expérimentalement l'emplacement de montage de la plaque et ses dimensions, à l'aide de deux pinces à linge en plastique. À la maison, cela peut être facilement réalisé à l’aide d’un téléviseur en abaissant l’antenne à un niveau inférieur, auquel l’image sera « enneigée ». Il faut se déplacer, en tournant la plaque, et à l'oreille, en réduisant le niveau de bruit dans le canal audio lors de la réception d'un signal analogique, proche en fréquence du boîtier numérique, déterminer son emplacement. Puis soudez-le.

Malgré l’absurdité de sa forme, cette antenne présente un avantage. Il ne dispose pas d'amplificateur, qui tombe souvent en panne après la foudre. Dans la pratique, les amplificateurs sont tombés en panne à deux reprises lors d'un orage sur des antennes extérieures situées à 30 mètres d'un poteau électrique aérien frappé par la foudre. Pour l’antenne située sous le toit de la maison, à six mètres du poteau de décharge, aucun cas de panne d’amplificateur n’a été enregistré.

L'alimentation électrique de l'amplificateur lui-même peut tomber en panne, car elle est généralement toujours sous tension et dispose d'une ressource limitée.

Un autre avantage est que la portée de cette antenne avec amplificateur sera plus grande, vérifiez par vous-même combien de temps.

Ajout. Changer la conception de l'antenne.

Cette année (2015), j'ai décidé d'améliorer la conception maison d'une antenne hélicoïdale, en utilisant un tube métal-plastique (métal-plastique) d'un diamètre de 16 mm au lieu d'un fil. Les antennes précédemment assemblées ont déjà subi une opération similaire et se sont sensiblement redressées. L'antenne spirale a également subi une amélioration, mais ne vous y trompez pas, l'augmentation du niveau du signal n'était que de 10 pour cent et la qualité du signal est restée au même niveau de 100 pour cent.

Photo 7. Ancienne antenne.

Photo 8. Modifications de conception.

J'ai longtemps voulu fabriquer une antenne en utilisant un tube comme matériau. La similitude avec un alambic Moonshine a été stoppée par le coût élevé. Mais le matériel a été trouvé et a déjà été testé antennes simples. Ce tube facile à plier en aluminium de haute qualité, recouvert de plastique sur toutes ses faces, est vendu sur tous les marchés de la construction pour la pose de conduites d'eau.

Photo 10. Nouveau design.

Photo 9. Banque - mandrin.

Économique

calcul d'antenne.

J'ai dû faire ce calcul complexe lorsque je suis allé au magasin «Tout pour la maison», à la périphérie même de la région de Moscou, et que j'ai vu du métal et du plastique au prix de 45 roubles. Longueur d'onde, fréquences de diffusion, longueur du cercle, nombre de tours, gain d'antenne….

J'ai lâché 4 mètres à la caisse, résumant la partie économique du projet. Le coût de l’antenne ne doit pas dépasser le coût d’accise minimum d’une bouteille de vodka.

Calcul d'antenne.

Pour des raisons purement économiques, il s'est avéré qu'il faisait 6,5 tours, soit un demi-tour de moins que le précédent fil fait maison. J'ai également pris une distance entre les spires égale au quart de la longueur d'onde. De la même manière, j'ai calculé la longueur d'un tour, mais pour des raisons pratiques, ayant déjà de l'expérience dans la fabrication simple antennes cadre, corrigé la dépendance du métal plastique à la fréquence, réduit la longueur de la bobine de 1,5 cm. J'ai également calculé le diamètre du mandrin, en divisant la longueur ajustée de la bobine par 3,14. Compte tenu de l'épaisseur du tube, le diamètre du mandrin était inférieur de 8 mm.

Ajustement.

Il s’agissait de mesurer le SWR (statut d’ondes stationnaires). Au départ, j'ai mesuré un vieux produit fait maison. Étrangement, l'appareil revendique une excellente adaptation avec une charge de 50 Ohm (SWR = 1,5). Avec l'antenne modifiée, tout coïncidait également lorsqu'elle était alimentée depuis le bord de la toile. Mais de manière constructive, plus tard, j'ai utilisé le câble au centre et le SWR est tombé à 2. Un simple compteur SWR fait maison, combiné à un générateur fait maison réglé sur les fréquences de diffusion numérique, s'est avéré très utile. Avec son aide, j'ai pu non seulement déterminer le ROS de l'antenne, mais aussi vérifier ses performances, lorsque chaque tour réagissait à l'approche d'un couvercle de casserole en balançant l'aiguille du microampèremètre.

Résultats.

Le changement de conception a ajouté une augmentation de 10 pour cent du gain, et ce malgré le fait que l'antenne avait un demi-tour de moins. En général, il reçoit des programmes dans la gamme UHF, fonctionnant en mode analogique, pas pire qu'une antenne « canal d'onde » (Uda-Yagi), qui comprend 12 directeurs et un amplificateur avec un gain annoncé d'au moins 26 dB. Les deux antennes sont situées dans les mêmes conditions, au même niveau du sol. La seule différence est que le fonctionnement d'une antenne achetée, lors de la réception d'un signal numérique en direct, dépend de la météo et de l'heure de la journée, simulant la détérioration du passage des ondes radio avec un cancan caractéristique et le gel de la télévision. images, voire une absence totale d’images. La réception radio avec une antenne maison est toujours constante.

Mais dans l’ensemble, je n’étais pas satisfait de ce design, car j’en attendais quelque chose de plus, uniquement en fonction de ses dimensions et de l’argent dépensé. Comparaison de cette antenne hélicoïdale avec la conception précédente , constitué uniquement de deux anneaux phasés de diamètre identique, réalisés dans le même matériau, je n'ai pas trouvé de gain significatif en les comparant en termes de niveaux de réception.

Deux anneaux en phase et six torsadés en spirale donnent un gain théorique de 6 dB et 10 dB. Deux anneaux en plein air et 6,5 anneaux sous le toit, au même niveau du sol et avec pratiquement le même niveau de gain en pourcentage. Peut-être que le toit a absorbé la différence de 4 dB, ou peut-être est-il vraiment difficile de remarquer cette différence ? Dans le même temps, n'exposez pas cette bobine à la rue, ouvrant ainsi le sujet à des conversations inutiles.

Ai-je perdu courage ? Non! La radioamateur est une source de plaisir. Mettez-vous à la radio amateur, c'est intéressant. Peut-être que vos résultats seront meilleurs.

Très probablement, je reviendrai sur cette antenne spirale, car elle ne s'est pas endormie lorsque l'antenne « canal d'onde » a cessé de recevoir de l'air.

Aux fréquences supérieures à 300 MHz et plus, les antennes à ondes progressives hélicoïdales cylindriques sont largement utilisées. L'une des versions de l'antenne hélicoïdale est illustrée à la Fig. 1. C'est une spirale d'un diamètre D et pas sinueux S, et un réflecteur métallique réalisé sous la forme d'un disque ou d'un carré de taille ≈ 2D.

En fonction des paramètres géométriques (longueur électrique du périmètre de la bobine Avec et longueur de pas d'hélice électrique S) antenne spirale, elle peut exciter Divers types vagues (mode). La relation de phase entre les spires adjacentes de la spirale a le plus grand impact sur la nature du rayonnement de l'antenne.

Nous nous intéressons à l'onde T1 (Fig. 2), qui se caractérise par une différence de 360 ​​degrés dans la phase des courants sur les spires adjacentes.

L'onde T1 se forme lorsque la longueur électrique du périmètre de la bobine est proche de la longueur d'onde λ , tandis que l'antenne spirale fonctionne en mode rayonnement axial (le rayonnement maximum coïncide avec l'axe de la spirale).

Dimensions optimales d'une antenne hélicoïdale :

• Diamètre de la bobine ré = λ/π
• Pas en spirale S=0,25λ
• Angle de spirale α=12°

Impédance d'entrée de l'antenne, sous réserve de 12°≤α≤15°, 0,75λ<с<1,33 λ et nombre de tours n>3équivaut à:

RA ≈140 s/λ(ohm)

Largeur du lobe principal du diagramme de rayonnement à mi-niveau de puissance :

θ0,5 =52· λ/s· √nS/λ (degrés)

La figure 3 montre le résultat du calcul du diagramme de rayonnement d'une antenne hélicoïdale dans les plans vertical et horizontal à l'aide du programme MMANA.

Fig.3 Diagramme de rayonnement d'une antenne hélicoïdale.

Les antennes hélicoïdales cylindriques fonctionnant en mode onde T1 sont polarisées circulairement. Lors de la réception d'un signal avec une antenne à polarisation linéaire (verticale ou horizontale), le signal sera atténué de 3 dB (deux fois). Pour éviter cela, vous pouvez utiliser un système de deux antennes hélicoïdales avec le sens d'enroulement de l'hélice opposé et alimentées en phase, situées à une distance de 0,5 λ ou 1,5 λ (Fig. 4).

L'impédance d'entrée d'un tel système d'antenne sera égale à 67,6 ohms, ce qui est en bon accord avec l'impédance caractéristique d'un câble coaxial (SWR 1,1 et 1,35 pour les câbles de 75 et 50 ohms, respectivement). Impédance caractéristique d'une ligne monofilaire (Fig. 5) de la section un B doit correspondre à l’impédance d’entrée de l’antenne hélicoïdale (≈140 ohm). Pour ce faire, il faut maintenir le ratio e/jégal à ≈2,75.

Pour faire correspondre une seule antenne ou un système d'antennes composé de trois antennes ou plus, vous pouvez dans ce cas utiliser un transformateur d'adaptation exponentielle, conçu sous la forme d'une ligne ruban (Fig. 6). Pour une ligne exponentielle, l'impédance de l'onde varie sur sa longueur selon la loi :

Z 0 (x)=Z 01 e bx , Où

Z 01- impédance caractéristique de la ligne à l'entrée

Z0(x)- impédance caractéristique de la ligne dans un tronçon situé à distance X depuis son début

b- paramètre montrant le taux de changement d'impédance de ligne

En fonction du ROS et du rapport connu Z02 /Z01 des impédances d'onde en fin et en début de ligne, sa longueur minimale est calculée selon la formule :

, Où ;

La figure 7 montre un transformateur d'adaptation exponentielle conçu pour adapter des résistances de 140 ohms et 50 ohms à une fréquence de 2 450 MHz avec un ROS de 1,2. Distance eégal à 7 mm, diélectrique - air (ε=1), épaisseur du matériau d 1 mm.

En raison du gain élevé et de la stabilité des paramètres électriques, dus à la faible sensibilité aux facteurs externes et aux écarts de géométrie, les antennes hélicoïdales cylindriques peuvent être largement utilisées dans les systèmes de communication et de sécurité pour les communications longue distance.

Littérature

Sazonov D.M. Antennes et appareils à micro-ondes.

Benkovsky Z., Lipinsky E. Antennes amateurs HF et VHF.

Uronov L.G.

TechnoSphère LLC, 2011