Antenne a spirale per comunicazioni UWB. Antenna a spirale fatta in casa per la televisione digitale terrestre. Tipi di antenne ad elica

L'antenna a spirale appartiene alla classe delle antenne a onde viaggianti. Il suo campo operativo principale è il decimetro e il centimetro. Appartiene alla classe delle antenne di superficie. Il suo elemento principale è una spirale collegata ad una linea coassiale. La spirale crea uno schema di radiazione sotto forma di due lobi emessi lungo il proprio asse in direzioni diverse.

Le antenne elicoidali sono disponibili in tipi cilindrici, piatti e conici. Se la larghezza del campo operativo richiesto è pari o inferiore al 50%, nell'antenna viene utilizzata un'elica cilindrica. La spirale conica aumenta il raggio di ricezione di due volte rispetto a quella cilindrica. E quelli piatti danno già un vantaggio venti volte superiore. La più apprezzata per la ricezione nella gamma di frequenze VHF è un'antenna radio cilindrica con polarizzazione circolare e un elevato guadagno del segnale di uscita.

Dispositivo dell'antenna

La parte principale dell'antenna è un conduttore a spirale. Qui, di norma, viene utilizzato filo di rame, ottone o acciaio. Ad esso è collegato un alimentatore. È progettato per trasmettere un segnale dalla spirale alla rete (ricevitore) e in ordine inverso (trasmettitore). Gli alimentatori sono di tipo aperto e chiuso. Gli alimentatori di tipo aperto sono guide d'onda non schermate. E il tipo chiuso ha uno schermo speciale contro le interferenze, che rende il campo elettromagnetico protetto da influenze esterne. A seconda della frequenza del segnale viene determinata la seguente struttura dell'alimentatore:

Fino a 3 MHz: reti cablate schermate e non schermate;

Da 3 MHz a 3 GHz: cavi coassiali;

Da 3 GHz a 300 GHz: guide d'onda metalliche e dielettriche;

Oltre 300 GHz: linee quasi ottiche.

Un altro elemento dell'antenna era il riflettore. Il suo scopo è focalizzare il segnale sulla spirale. È realizzato principalmente in alluminio. La base dell'antenna è un telaio con una bassa costante dielettrica, ad esempio schiuma o plastica.

Calcolo delle dimensioni principali dell'antenna

Il calcolo di un'antenna elicoidale inizia con la determinazione delle dimensioni principali dell'elica. Sono:

Numero di giri n;

Angolo dell'elica a;

Diametro spirale D;

Passo spirale S;

Diametro riflettore 2D.

La prima cosa da capire quando si progetta un'antenna elicoidale è che si tratta di un risonatore d'onda (amplificatore). La sua caratteristica era l'elevata impedenza di ingresso.

Il tipo di onde in esso eccitate dipende dalle dimensioni geometriche del circuito di amplificazione. Le spire adiacenti della spirale hanno un'influenza molto forte sulla natura della radiazione. Rapporti ottimali:

D=λ/π, dove λ è la lunghezza d'onda, π=3,14

Perché λ è un valore che varia e dipende dalla frequenza, quindi i calcoli prendono i valori medi di questo indicatore, calcolati utilizzando le formule:

λ min= c/fmax; λ max= c/f min, dove c=3×10 8 m/sec. (velocità della luce) e f max, f min - parametro di frequenza del segnale massimo e minimo.

λ av=1/2(λ min+ λ max)

n= L/S, dove L è la lunghezza totale dell'antenna, determinata dalla formula:

L= (61˚/Ω) 2 λ avg, dove Ω è il coefficiente di direttività dell'antenna, in funzione della polarizzazione (tratto dai libri di consultazione).

Classificazione per range operativo

Secondo la gamma di frequenza principale, i dispositivi trasmittenti e riceventi sono:

1. Banda stretta. L'ampiezza del fascio e l'impedenza di ingresso dipendono fortemente dalla frequenza. Ciò suggerisce che l'antenna può funzionare senza risintonizzazione solo in uno spettro di lunghezze d'onda ristretto, circa il 10% della relativa banda di frequenza.

2. Ampio raggio d'azione. Tali antenne possono funzionare su un ampio spettro di frequenze. Ma i loro parametri principali (guadagno direzionale, diagramma di radiazione, ecc.) dipendono ancora dai cambiamenti nella lunghezza d'onda, ma non tanto quanto quelli a banda stretta.

3. Indipendente dalla frequenza. Si ritiene che qui i parametri principali non cambino quando cambia la frequenza. Tali antenne hanno una regione attiva. Ha la capacità di muoversi lungo l'antenna senza modificarne le dimensioni geometriche, a seconda dei cambiamenti della lunghezza d'onda.

Le più comuni sono le antenne a spirale del secondo e terzo tipo. Il primo tipo viene utilizzato quando è richiesta una maggiore “chiarezza” del segnale ad una determinata frequenza.

Realizza la tua antenna

L'industria offre una vasta scelta di antenne. La varietà dei prezzi può variare da diverse centinaia a diverse migliaia di rubli. Sono presenti antenne per la televisione, la ricezione satellitare e la telefonia. Ma puoi creare un'antenna a spirale con le tue mani. Non è così difficile. Particolarmente apprezzate sono le antenne elicoidali per Wi-Fi.

Sono particolarmente rilevanti quando è necessario rafforzare il segnale del router in una grande casa. Per fare ciò, avrete bisogno di filo di rame con una sezione trasversale di 2-3 mm 2 e una lunghezza di 120 cm, è necessario fare 6 giri con un diametro di 45 mm. Per fare ciò, puoi utilizzare un tubo della dimensione appropriata. Il manico di una pala funziona bene (ha circa lo stesso diametro). Avvolgiamo il filo e otteniamo una spirale con sei giri. Pieghiamo l'estremità rimanente in modo che passi uniformemente attraverso l'asse della spirale, “ripetendola”. Allunghiamo la parte della vite in modo che la distanza tra le spire sia compresa tra 28 e 30 mm. Quindi procediamo alla realizzazione del riflettore.

A questo scopo è adatto un pezzo di alluminio di 15 × 15 cm e 1,5 mm di spessore. Da questo pezzo grezzo creiamo un cerchio con un diametro di 120 mm, tagliando i bordi non necessari. Praticare un foro di 2 mm al centro del cerchio. Inseriamo l'estremità della spirale al suo interno e saldiamo entrambe le parti tra loro. L'antenna è pronta. Ora è necessario rimuovere il cavo di radiazione dal modulo dell'antenna del router. E saldare l'estremità del filo all'estremità dell'antenna che esce dal riflettore.

Caratteristiche dell'antenna 433 MHz

Innanzitutto va detto che le onde radio con frequenza di 433 MHz, quando si propagano, sono ben assorbite dal terreno e dai vari ostacoli. Per trasmetterlo vengono utilizzati trasmettitori a bassa potenza. Di norma, questa frequenza viene utilizzata da vari dispositivi di sicurezza. Viene utilizzato specificatamente in Russia per non creare interferenze in onda. L'antenna elicoidale da 433 MHz richiede un rapporto del segnale di uscita più elevato.

Un'altra caratteristica quando si utilizzano tali apparecchiature ricetrasmittenti è che le onde di questa gamma hanno la capacità di sommare le fasi delle onde dirette e riflesse dalla superficie. Ciò può rafforzare il segnale o indebolirlo. Da quanto sopra possiamo concludere che la scelta della tecnica “migliore” dipende da personalizzazione posizione dell'antenna.

Antenna fatta in casa a 433 MHz

È facile realizzare un'antenna elicoidale da 433 MHz con le tue mani. È molto compatto. Per fare questo avrai bisogno di un piccolo pezzo di filo di rame, ottone o acciaio. Puoi anche usare semplicemente il filo. Il diametro del filo dovrebbe essere 1 mm. Avvolgiamo 17 giri su un mandrino con un diametro di 5 mm. Allunghiamo la linea della vite in modo che la sua lunghezza sia di 30 mm. Con queste dimensioni testiamo l'antenna per la ricezione del segnale. Modificando la distanza tra le spire, allungando e comprimendo la spirale, otteniamo migliore qualità segnale. Ma devi sapere che un'antenna del genere è molto sensibile ai vari oggetti avvicinati ad essa.

Antenna ricevente UHF

Le antenne a spirale UHF sono necessarie per ricevere un segnale televisivo. In base alla progettazione, sono costituiti da due parti: un riflettore e una spirale.

È meglio usare il rame per la spirale: ha meno resistenza e, quindi, meno perdita di segnale. Formule per il suo calcolo:

La lunghezza totale della spirale è L=30000/f, dove f è la frequenza del segnale (MHz);

Passo spirale S= 0,24 L;

Diametro bobina D=0,31/L;

Diametro del filo a spirale d ≈ 0,01 L;

Diametro del riflettore 0,8 nS, dove n è il numero di spire;

Distanza dallo schermo H= 0,2 L.

Guadagno:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

La coppa del riflettore è realizzata in alluminio.

Altri tipi di apparecchiature ricetrasmittenti

Le antenne elicoidali coniche e piatte sono meno comuni. Ciò è dovuto alla difficoltà della loro fabbricazione, sebbene abbiano caratteristiche migliori in termini di trasmissione del segnale e portata di ricezione. La radiazione di tali trasmettitori non è formata da tutte le spire, ma solo da quelle la cui lunghezza è vicina alla lunghezza d'onda.

In un'antenna piatta, l'elica è realizzata sotto forma di una linea bifilare arrotolata a spirale. In questo caso, le spire adiacenti vengono eccitate in fase nella modalità onda progressiva. Ciò si traduce nella creazione di un campo di radiazione polarizzato circolarmente verso l'asse dell'antenna, consentendo la creazione di un'ampia banda di frequenza. Esistono antenne piatte con la cosiddetta spirale di Archimede. Questa forma complessa consente di aumentare notevolmente la gamma di frequenze di trasmissione da 0,8 a 21 GHz.

Confronto tra antenne elicoidali e a fascio stretto

La differenza principale tra un'antenna elicoidale e una direzionale è che è di dimensioni più ridotte. Ciò lo rende più leggero, consentendo l'installazione con meno sforzo fisico. Il suo svantaggio è la gamma più ristretta delle frequenze di ricezione e trasmissione. Ha anche un diagramma di radiazione più stretto, che richiede la “ricerca” della migliore posizione nello spazio per una ricezione soddisfacente. Il suo indubbio vantaggio è la semplicità del design. Un grande vantaggio è la possibilità di sintonizzare l'antenna modificando il passo della bobina e la lunghezza totale della spirale.

Antenna corta

Per una migliore risonanza nell'antenna è necessario che la lunghezza “allungata” della parte a spirale sia il più vicino possibile al valore della lunghezza d'onda. Ma non dovrebbe essere inferiore a ¼ di lunghezza d'onda (λ). Pertanto λ può raggiungere fino a 11 m, il che è rilevante per la gamma HF. In questo caso l'antenna risulterà troppo lunga, il che è inaccettabile. Un modo per aumentare la lunghezza del conduttore è installare una bobina di estensione alla base del ricevitore. Un'altra opzione è alimentare l'accordatore nel circuito. Il suo compito è quello di abbinare il segnale di uscita del radiotrasmettitore con l'antenna a tutte le frequenze operative. In termini semplici, il sintonizzatore funge da amplificatore per il segnale in ingresso dal ricevitore. Questo schema è utilizzato in antenne per auto, dove la dimensione dell'elemento che riceve l'onda radio è molto importante.

Conclusione

Le antenne elicoidali hanno guadagnato grande popolarità in molti settori delle comunicazioni elettroniche. Grazie a loro è possibile cellulare. Sono utilizzati anche in televisione e persino nelle comunicazioni radio nello spazio profondo. Uno degli sviluppi promettenti per ridurre le dimensioni dell'antenna è l'uso di un riflettore a cono, che consente di aumentare la lunghezza d'onda di ricezione rispetto a un riflettore convenzionale. Esiste però anche un inconveniente espresso nella riduzione dello spettro delle frequenze operative. Anche un esempio interessante è il conico “a due vie”. antenna ad elica, consentendo il funzionamento in un'ampia gamma di frequenze grazie alla formazione di un diaframma direzionale isotropo. Ciò accade perché la linea elettrica sotto forma di cavo a due fili fornisce un cambiamento graduale dell'impedenza dell'onda.

3.1. Nel processo di sviluppo dell'ingegneria radiofonica sono sempre più richiesti dispositivi alimentatore di antenne, progettati per funzionare in una gamma di frequenze molto ampia e, inoltre, senza alcuna regolazione. L'indipendenza dalla frequenza di tali dispositivi di alimentazione dell'antenna si basa sul principio della somiglianza elettrodinamica.

Questo principio è che i parametri principali dell'antenna (modello e impedenza di ingresso) rimangono invariati se una variazione della lunghezza d'onda è accompagnata da una variazione direttamente proporzionale nelle dimensioni lineari della regione attiva dell'antenna. Soggetto a questa condizione l'antenna può essere indipendente dalla frequenza in una gamma d'onda illimitata. Tuttavia, le dimensioni della struttura radiante sono finite e anche la gamma di lunghezze d'onda operative di qualsiasi antenna è limitata.

Da questo gruppo di antenne considereremo spirali piatte aritmetiche ed equiangolari e antenne logaritmicamente periodiche.

Fig.4.

3.2. La spirale aritmetica è realizzata sotto forma di strisce metalliche piatte o fessure in uno schermo metallico (Fig. 4). L'equazione di questa spirale in coordinate polari

dov'è il raggio vettore misurato dal polo O; a è un coefficiente caratterizzante l'incremento del raggio vettore per ciascuna unità di incremento dell'angolo polare; b è il valore iniziale del raggio vettore.

La spirale può essere a due vie, a quattro direzioni, ecc. Se la spirale è a due vie, allora per il nastro (fessura) /, mostrato da linee tratteggiate, l'angolo viene contato da zero, e per il nastro //, rappresentato da linee continue, da 180°, cioè la spirale è formata da nastri completamente identici, ruotati di 180° l'uno rispetto all'altro.

I punti iniziali del nastro / corrispondono ai vettori del raggio, che indichiamo con e. Pertanto, la larghezza del nastro. Dopo aver descritto un giro, il nastro assume la posizione D, in cui il raggio vettore è maggiore di quello iniziale. Su questo segmento ВD vengono posizionati due nastri e due spazi vuoti e, se la loro larghezza è la stessa, da qui determiniamo il coefficiente.

3.3. L'alimentazione a spirale può essere antifase, come in Fig. 4, o in fase. Nel primo caso, le correnti attraverso i terminali A, B, che collegano i nastri all'alimentatore, hanno fasi opposte. Il percorso attuale nel nastro / è maggiore di mezzo giro rispetto al nastro //. Ad esempio, nella sezione CD, il nastro // cade, dopo aver descritto mezzo giro, e il nastro / - un giro, nella sezione EF - rispettivamente un giro e mezzo e due giri, ecc. Poiché la lunghezza del il giro aumenta man mano che la spirale si svolge, aumenta la divergenza di fase delle correnti nei nastri. Designato il diametro medio della spira, troviamo lo sfasamento corrispondente alla lunghezza della mezza spira:

Se a questo aggiungiamo uno spostamento iniziale pari a

A causa del secondo termine, l'angolo è diverso da e in tali condizioni onde elettromagnetiche emesso anche se lo spazio tra i nastri è piccolo rispetto alla lunghezza d'onda.

Solo quella parte della spirale in cui sono in fase le correnti degli elementi adiacenti di entrambe le strisce viene irradiata intensamente:

Sostituendo troviamo che il diametro medio del primo anello “risonante” ed il perimetro di questo anello. Il diametro medio ed il perimetro del secondo ( k=2), terzo ( k=3) ecc. Gli anelli “risonanti” sono rispettivamente tre, cinque, ... volte più grandi. Poiché l'emissione di onde radio da parte di una spirale provoca una grande attenuazione della corrente dall'inizio alla fine, quindi solo il primo anello risonante irradia intensamente, e il resto, la parte esterna della spirale, è, per così dire, "tagliato" (il fenomeno dell'interruzione delle correnti radianti).

3.4. La parte attiva dell'elica è di grande interesse per un altro motivo. L'attenuazione della corrente causata dalla radiazione è così grande che non c'è praticamente alcuna riflessione dall'estremità della spirale, cioè la corrente nella spirale è distribuita secondo la legge delle onde viaggianti. Inoltre il perimetro del primo anello risonante è uguale alla lunghezza d'onda. In tali condizioni, come mostrato nel paragrafo 1, si verifica la radiazione assiale con polarizzazione rotante, che in questo caso è più desiderabile.

Il diametro della spirale deve essere sufficientemente grande affinché all'onda massima della gamma si conservi il primo anello “risonante” () e al diminuire della lunghezza d'onda questo anello deve restringersi fino a () fino a potersi ancora posizionare completamente intorno l'unità di potenza. Poi dentro il rapporto tra il perimetro medio del primo anello “risonante” e la lunghezza d'onda rimane costante e quindi è soddisfatta la condizione principale per mantenere le proprietà direzionali dell'antenna in un ampio intervallo d'ondaÈ vero che la direzione della spirale aritmetica è piccola (60...80°), poiché essenzialmente solo quella parte della spirale che ha un perimetro medio è coinvolta nell'irradiazione delle onde.

La seconda condizione per ottenere un'antenna con portata – la costanza dell'impedenza d'ingresso – è ottenuta qui dal fatto che la spirale funziona come un'onda di corrente viaggiante. Questa resistenza è attiva (100-200 Ohm). Quando alimentato da un alimentatore coassiale (Ohm), l'adattamento viene effettuato utilizzando un trasformatore a gradini o liscio.

3.5. La spirale si irradia su entrambi i lati del suo asse. Per rendere l'antenna unidirezionale, una spirale di nastro viene posizionata su una spessa piastra dielettrica, il cui altro lato è metallizzato. Se la spirale è fessurata, viene ritagliata sulla parete di una scatola di metallo; quindi la parete opposta della scatola svolge il ruolo di schermo riflettente e la scatola stessa è un risonatore. Per ridurne la profondità, la scatola è riempita di dielettrico.

Una delle tipiche spirali ha un diametro di 76 mm, è realizzata su una piastra dielettrica epossidica, è dotata di un risonatore profondo 26 mm, opera nella gamma d'onda di 7,5 ... 15 cm con una larghezza del diagramma di radiazione di 2" = 60 ... 80° e un coefficiente di ellitticità della direzione massima del lobo principale è inferiore a 3 dB, cioè praticamente la polarizzazione può essere considerata circolare. Le antenne elicoidali piatte sono convenienti da produrre in forma stampata su fogli dielettrici sottili con basse perdite alle alte frequenze.

Si ritiene che un'antenna a spirale sia caratterizzata da polarizzazione circolare, ma questa opinione è errata. Infatti la struttura delle spire è tale che vengono ricevute anche onde con polarizzazione lineare. Ciò è conveniente quando è possibile lavorare su qualsiasi struttura d'onda. E le antenne elicoidali vengono utilizzate come specchio per alimentare un satellite. Per i radioamatori lo svantaggio è che un'onda polarizzata linearmente viene attenuata di tre decibel; come è noto, nelle trasmissioni radiofoniche e televisive non viene utilizzata nessun'altra. Nel paese l'alimentazione a spirale è adatta solo per catturare NTV+ dal satellite, lì questo metodo non viene utilizzato. Non discuteremo una serie di applicazioni speciali di queste antenne. Tuttavia, è possibile trovare domande sull'argomento su Internet. Non possiamo rispondere chi trarrebbe beneficio da un'antenna a spirale attorcigliata dal filo e montata su un pezzo di tubo, anche nella raccolta di opere di radioamatori questa classe di prodotti è completamente assente.

Come assemblare un'antenna elicoidale

L'antenna a spirale ricorda un riscaldatore a infrarossi con un design specifico. Nell'URSS, le fabbriche militari producevano elettrodomestici. Da qui la somiglianza tra paraboliche e riscaldatori. Per il montaggio sarà necessario conoscere il diametro e il passo dell'avvolgimento del filo, il numero di spire. Materiali di cui avrai bisogno:

1. Una lamiera d'acciaio per lo schermo, di spessore arbitrario, in modo che non si pieghi a causa del vento e di altri urti.
2. Un pezzo di filo in modo che ce ne sia abbastanza per avvolgere le spire con una riserva.
3. Cavo di alimentazione: per televisione 75 Ohm, per radio 50 Ohm.
4. Tubo di plastica del diametro richiesto.

Le antenne a spirale appartengono alla classe delle onde viaggianti; la resistenza dei dispositivi è elevata, tanto che, avendo calcolato correttamente il dispositivo, possono essere collegate senza coordinamento. Innanzitutto, il tubo viene contrassegnato, con un margine in modo che possa essere incastrato nello schermo e incollato. Il passo di avvolgimento è segnato lungo l'asse (preferibilmente su entrambi i lati). In futuro, i rischi verranno utilizzati per il livellamento. Fai un passo indietro di un paio di centimetri davanti e inizia a lavorare con un pennarello. Si prega di notare che con rovescio la bobina si muove esattamente di mezzo passo.

La spirale viene avvolta sul tubo senza tener conto del passo, con il numero di spire richiesto. In futuro, partendo dal primo segno, sarà necessario allungare il filo nel modo corretto. Per evitare ulteriori spostamenti, la posizione corretta deve essere fissata con gocce di colla. Circa tre o quattro per turno. Nel frattempo, realizziamo lo schermo.

Scegli un quadrato con un lato circa cinque volte il diametro del tubo di avvolgimento. Non importa quale sia lo spessore dell'acciaio, mantieni le caratteristiche di resistenza. Una volta assemblato, lo schermo è perpendicolare al tubo.

Per il montaggio elettrico è necessario praticare un foro nella zona dell'estremità della spirale (la base del tubo) e far passare il filo all'interno. Dietro lo schermo nella parete laterale facciamo un ulteriore foro attraverso il quale facciamo passare il cavo di alimentazione intrecciato. Elettricamente il nucleo centrale è collegato alla spirale, lo schermo di alimentazione è collegato allo schermo dell'antenna. Si forma una struttura per ricevere e trasmettere onde. Il tubo con lo schermo in acciaio è collegato con colla sigillante all'angolo per garantire la rigorosa perpendicolarità delle parti. Punti chiave:

• La spirale e lo schermo sono realizzati in materiale conduttivo, ad esempio rame.
• Tubo dielettrico.

Calcolo di un'antenna elicoidale

Le antenne elicoidali sono adatte a catturare qualsiasi tipo di onda utilizzata nelle trasmissioni terrestri. Tuttavia, per catturare la radio, l'asse dovrà essere rivolto verso l'alto, mentre lo schermo andrà posizionato orizzontalmente. Il dispositivo ha proprietà direzionali pronunciate; non aspettarti di essere in grado di coprire un numero di torri da un punto. Non così semplice. Il diagramma di radiazione dipende dalle dimensioni dell'antenna elicoidale e fortemente:

1. Se la lunghezza della bobina è molto inferiore alla lunghezza d'onda, predomina la radiazione laterale, attraverso l'asse dell'antenna. Inoltre la polarizzazione non è circolare.
2. Idealmente, la lunghezza della bobina rientra nell'intervallo 0,75 - 1,3 lunghezze d'onda. In questo caso, osserviamo il lobo principale del diagramma di radiazione guardando avanti. Certo, hai bisogno di uno schermo.
3. Se la lunghezza della spirale è maggiore di 1,5 lunghezze d'onda si formano due lobi, diretti verso il semipiano anteriore. Più precisamente, il risultato è qualcosa che ricorda una superficie conica.

Indirettamente (secondo il secondo punto), i lettori si sono già fatti un'idea dell'assortimento. Espanderemo la banda due volte, utilizzando non un'elica cilindrica, ma conica (antenna a elica conica). Consigliamo un calcolatore online su http://aerial.dxham.ru/onlajn-raschety/raschety-antenn/raschet-spiralnoj-antenny. Qui si propone di impostare la frequenza, il passo di avvolgimento della spirale e la lunghezza dell'emettitore:

• La larghezza del lobo principale del diagramma di radiazione dipende dalla lunghezza dell'avvolgimento a spirale. Varia il numero di giri e osserva il parametro (situato in fondo alla pagina della calcolatrice). Il diametro dell'avvolgimento a spirale cambia in modo appena percettibile. Non c'è spiegazione per questo; i creatori della calcolatrice lo sanno meglio. Naturalmente sarà necessario più rame, il che si riflette nei parametri corrispondenti.
• Aggiungiamo che all'aumentare della lunghezza aumenta anche il guadagno. Questo è un effetto tipico: il petalo si restringe, il guadagno aumenta. L'area del diagramma di radiazione è un valore costante. Come diceva Lomonosov, se qualcosa arriva in un posto, deve necessariamente ripartire da un altro. Si noti che all'aumentare delle virate, la larghezza di banda diminuisce leggermente.
• Il guadagno dipende dal passo di avvolgimento: maggiore è il numero, minore è il guadagno, più stretto è il diagramma di radiazione. A nostro avviso, questo è un errore degli autori, perché risulta che è più redditizio avvolgere strettamente. Inoltre, sarà necessario meno filo. Vengono mostrati solo i vantaggi, in pratica ciò sembra dubbio.

Tra le proprietà utili di questo calcolatore online, vorrei segnalare il calcolo della dimensione minima dello schermo. Per quanto riguarda il passaggio, controlla i libri di consultazione ed è quello che faremo. A proposito, un fatto interessante è che la frequenza WiFi predefinita sul sito è 2,45 GHz. Qui oggi vengono spesso utilizzate antenne elicoidali.

Trovato: il guadagno dipende solo dal numero di giri. Si consiglia di scegliere un passo di avvolgimento compreso tra 0,22 e 0,24 lunghezze d'onda. Sul sito web impostiamo questo valore entro ampi limiti. Invitiamo i lettori a scegliere un passo variando il numero di giri. Succede che alcuni calcolatori contengano errori; solo il programmatore web dispone di informazioni precise.

A proposito, la nuova fonte di informazione afferma che lo schermo è posizionato dietro la spirale ad una distanza di 0,12 lunghezze d'onda. Si aggiunge che se si sceglie il diametro dello schermo pari a 0,8 lunghezze d'onda o più, il lato del quadrato è ancora più grande: 1,1 λ. La situazione non è così ovvia, ma immagina che il cerchio debba adattarsi all'interno: tutto va a posto.

Per quanto riguarda l'adattamento, la resistenza di un'antenna elicoidale dipende fortemente dallo spessore del filo e diminuisce con l'aumentare della resistenza. È possibile raggiungere cifre pari a 75 e anche 50 Ohm. In questo caso non è richiesta l'approvazione, il che semplifica l'operazione. Funziona alle alte frequenze. Ad esempio, l'impedenza caratteristica diventerà pari a 75 Ohm con uno spessore del filo pari al 5% della lunghezza d'onda. Ottenendo 50 Ohm, dovresti prendere uno spessore del filo pari al 7% della lunghezza d'onda. Vedi che questo è reale alle frequenze WiFi, il che significa che calcoleremo i parametri in questo modo, evitando il coordinamento.

Si prega di notare che il calcolatore non consente di impostare lo spessore del filo e, con quello esistente, l'impedenza caratteristica è di 140 Ohm. Probabilmente si tratta di un trucco del mestiere; secondo le nostre informazioni, il cavo dovrebbe essere di 50 Ohm alle frequenze WiFi. Ma è facile verificare se la dipendenza dallo spessore del filo è soddisfatta. Presentiamo una tabella e confrontiamo i risultati.

Tabella di calcolo

Quindi, la frequenza è 2450 MHz, troviamo la lunghezza d'onda utilizzando una semplice formula:

λ = 299.792.458 / 2450.000.000 = 0,1223 metri.

Trova il diametro del filo richiesto per una resistenza di 140 Ohm:

0,1223 x 0,02 = 2,45 mm, controlliamo se corrisponde al calcolatore online! Guardiamo e vediamo: 2.4. Ebbene, se consideriamo che senza arrotondamento risulta essere 2.447 mm, allora supponiamo che le due fonti si ripetano, il che significa che ci si può fidare delle istruzioni per la scelta del passo di avvolgimento (vedi sopra). A questo punto assumiamo che l'antenna elicoidale fatta in casa sia pronta, e troveremo anche lo spessore del filo al quale la resistenza diventa pari a 50 Ohm: risulta essere 8,5 mm. Inoltre, a una frequenza così elevata è difficile fornire le condizioni richieste. Pertanto, l'obiettivo di realizzare da soli un'antenna a spirale viene spesso assegnato agli informatici.

Per quanto riguarda le incongruenze nella calcolatrice, controlla cosa leggi su Internet informazioni tecniche ripetutamente. Crediamo di aver risposto alla domanda su cos'è un'antenna elicoidale e come realizzare un'antenna elicoidale. Il vantaggio del design è la sua facilità di produzione, se le patch devono essere calcolate, coordinate e non è un dato di fatto che funzionerà, c'è un buon dispositivo che soddisfa le condizioni date e filtra molte interferenze. Ci sono antenne identiche su entrambi i lati (ricezione e trasmissione) per poter lavorare con polarizzazione circolare, altrimenti il ​​risultato diventerà misteriosamente imprevedibile. Un'antenna a spirale autoassemblata è una realtà.

Questo tipo di antenna è particolarmente adatto per la ricezione a lunga distanza della televisione terrestre segnale digitale. La semplicità del prodotto è accattivante; ci sono solo due parti principali: un riflettore ricavato da una pala da neve e una spirale ricavata da una bobina di filo elettrico. Non un solo giunto saldato, tutto è avvitato e attorcigliato. Non ci sono elementi di corrispondenza complessi. Tuttavia, il guadagno del progetto raggiunge più di 10 dB, il che ne consente l'utilizzo in alcuni casi senza amplificatore. È stato con questa antenna senza amplificatore che ho ricevuto il segnale televisivo digitale fuori città.

Vorrei ricordarti che qualsiasi antenna decimale è adatta canale digitale trasmissione, la differenza sarà solo nel campo di ricezione. Ma non tutte le antenne forniranno il massimo guadagno e l'adattamento esattamente alla frequenza desiderata. Non importa quanto complessa sia un'antenna, presenta cali e picchi di guadagno in tutta la sua gamma di frequenze ricevute.

Erano le antenne a spirale che monitoravano il volo del primo cosmonauta Yuri Gagarin.Quando i primi rover lunari sovietici, orientando le spirali, solcarono la superficie della Luna, sognavo di realizzare la stessa antenna spaziale.

Foto 2.

Non c'è niente di peggio di un lavoro incompiuto. Come base, scelgo la più semplice di tutti i tipi di antenne elicoidali. È a principio singolo, a spirale, cilindrico (a volte conico), regolare, cioè con passo di avvolgimento costante o con la stessa distanza tra le spire. Pertanto, il nome dell'antenna parla già del suo design. Questo è esattamente il design proposto per la prima volta da Kraus J.D.

"Antenna a fascio elicoidale". – “Elettronica”, 1947. V20, N4. R.109.

Raccomando il miglior libro di consultazione per radioamatori "Antenne", edizione 11, volume 2. Autore Karl Rothhammel. Il libro contiene molto materiale pratico per quasi tutti i tipi di antenne. Caratteristiche, parametri, calcoli pratici, raccomandazioni.

Da questa pubblicazione presento le caratteristiche di un'antenna elicoidale.

Riso. 1.

Devi scoprire quale frequenza è la trasmissione digitale nella tua regione e convertire il valore di questa frequenza in metri. Lunghezza d'onda in metri = 300/F (frequenza in MHz).

Per le frequenze di trasmissione di Mosca di due pacchetti digitali ho scelto la frequenza media di 522 MHz, che corrisponde ad una lunghezza d'onda lambda di 57 cm, in questo caso il diametro della spira è D = 17,7 cm, la distanza tra le spire è 13,7 cm, la distanza dallo schermo alla svolta è di 7,4 cm e la larghezza dello schermo dovrebbe essere di 35 cm.

Come schermo (riflettore) avevo bisogno di una pala da neve sbagliata, realizzata in bellissimo acciaio inossidabile lucido, che si piegava costantemente sotto il peso della neve. La pratica dimostra che il riflettore non deve essere rotondo e non ha senso far girare il lato di un quadrato più di due diametri della spirale.Ho realizzato la spirale da un filo di alimentazione di rete con un diametro di circa 2 mm, utilizzando uno dei suoi nuclei, senza rimuoverne l'isolamento, poiché è trasparente alle onde radio e il filo di rame non si ossida sotto l'influenza dell'ambiente esterno. In pratica lo spessore del filo si è rivelato quasi 5 volte inferiore a quello teorico, motivo per cui la portata dell'antenna si è rivelata ristretta. Nella gamma UHF l'antenna riceverà bene solo poche stazioni televisive analogiche, tuttavia due pacchetti digitali vicini in frequenza si adatteranno bene alla sua banda di amplificazione. Avrai anche bisogno di un cavo coassiale da 75 Ohm con un connettore. Non consiglio di lasciarsi trasportare troppo dalla lunghezza del cavo, soprattutto se l'antenna non è dotata di amplificatore, poiché in ogni metro si perde da 0,5 a 1 dB di guadagno e un cavo lungo richiederà un dispositivo adatto. Nel mio progetto ho utilizzato 3 metri di cavo.

Riso. 2.

Tutto quello che devi fare è avvolgere la spirale, collegare il cavo al conduttore a spirale e attaccare il tutto alla lama della pala. Ma non avevo un cilindro dielettrico del diametro richiesto per fissare il filo a spirale, e quindi ho utilizzato delle doghe e un foglio di compensato secco come cornice, trasferendo su di essa le dimensioni dell'antenna dallo schizzo. Sarebbe più bello se al posto delle doghe e del compensato venissero utilizzati i manici della pala, ma ho assemblato solo il layout ed è stato conveniente per me fare tutto su compensato. Quando il guscio cominciò ad essere avvolto dal filo, il prodotto fatto in casa sembrava il corpo di un aereo. Dall'esterno sembrava meno innocuo se cominciavo a piegare le curve tubo di rame come volevo prima. Come ho già detto, è conveniente nascondere un'antenna del genere sotto il colmo di una casa con un tetto in morbida copertura, andulina o ardesia, trasparente alle onde radio.

Foto 3. Test del layout dell'antenna.

Per testare l'antenna ho utilizzato la mansarda, dove ho utilizzato una scala per sollevare il prodotto fatto in casa più vicino al soffitto. Anche Test Place lavorava in questo posto. Regione di Vladimir, 90 km a est di Ostankino. Ora un'antenna a spirale funziona qui senza amplificatore. Lei "vede" il centro televisivo attraverso: assi, glassine, 10 cm di lana di basalto, pannelli di rivestimento, compensato OSB, moquette sottofondo, squame morbide per il tetto e un mucchio di chiodi di diverse lunghezze. Non resta che fissarlo ancora più in alto, sotto il colmo della casa o smontarla, perché è solo disposizione.

Foto 5. Misura e passo dei precedenti i design delle antenne sono quasi identici.

Per migliorare i parametri dell'antenna, non sarebbe male utilizzare un dispositivo di adattamento: un trasformatore che fornisce una transizione dalla resistenza dell'antenna di 180 Ohm a un cavo coassiale con una resistenza di 75 Ohm. Questa è una piastra di rame sottile a forma di triangolo, che si espande verso lo schermo. Ho scelto sperimentalmente la posizione di montaggio della piastra e le sue dimensioni, utilizzando due mollette di plastica. A casa, questo può essere fatto facilmente utilizzando una TV abbassando l'antenna a un livello inferiore, al quale l'immagine risulterà “nevosa”. È necessario spostarsi, ruotando la piastra, e ad orecchio, riducendo il livello di rumore nel canale audio quando si riceve un segnale analogico, vicino in frequenza al pacchetto digitale, determinarne la posizione. Quindi saldarlo.

Nonostante l'assurdità della sua forma, questa antenna ha un vantaggio. Non ha un amplificatore, che spesso si blocca dopo i fulmini. In pratica, durante un temporale, gli amplificatori delle antenne esterne situate a 30 metri da un palo della luce colpito da un fulmine si sono guastati due volte durante un temporale. Per l'antenna posizionata sotto il tetto della casa, a sei metri dal palo di scarica, non si sono registrati casi di guasto dell'amplificatore.

L'alimentazione dell'amplificatore stesso potrebbe non funzionare, poiché di solito è sempre sotto tensione e dispone di risorse limitate.

Un altro vantaggio è che la portata di questa antenna con un amplificatore sarà maggiore, controlla tu stesso quanto durerà.

Aggiunta. Modifica del design dell'antenna.

Quest'anno (2015) ho deciso di migliorare il design fatto in casa di un'antenna elicoidale, utilizzando un tubo di metallo-plastica (metallo-plastica) con un diametro di 16 mm al posto del filo. Le antenne precedentemente assemblate hanno già subito un'operazione simile e si sono notevolmente rianimate. Anche l'antenna a spirale ha subito un miglioramento, ma attenzione, l'aumento del livello del segnale è stato solo del 10% e la qualità del segnale è rimasta allo stesso livello del 100%.

Foto 7. Vecchia antenna.

Foto 8. Modifiche al design.

Da tempo desideravo realizzare un'antenna utilizzando un tubo come materiale. La somiglianza con il chiaro di luna era ancora ostacolata dal costo elevato. Ma il materiale è stato trovato ed è già stato testato antenne semplici. Questo tubo facile da piegare in alluminio di alta qualità, rivestito su tutti i lati in plastica, viene venduto in tutti i mercati delle costruzioni per la posa di tubi dell'acqua.

Foto 10. Nuovo design.

Foto 9. Banca - mandrino.

Economico

calcolo dell'antenna.

Ho dovuto fare questo calcolo complesso quando sono andato al negozio "Tutto per la casa", alla periferia della regione di Mosca, e ho visto plastica metallica al prezzo di 45 rubli. Lunghezza d'onda, frequenze di trasmissione, lunghezza del cerchio, numero di giri, guadagno dell'antenna….

Ho sbottato 4 metri alla cassa, riassumendo la parte economica del progetto. Il costo dell'antenna non deve superare il costo minimo delle accise di una bottiglia di vodka.

Calcolo dell'antenna.

Per motivi puramente economici si è rivelato essere 6,5 giri, mezzo giro in meno rispetto al precedente filo fatto in casa. Ho preso anche una distanza tra le spire pari ad un quarto della lunghezza d'onda. Allo stesso modo ho calcolato la lunghezza di un giro, ma per ragioni pratiche, avendo già esperienza nella realizzazione semplice antenne a circuito, corretta la dipendenza della plastica metallica dalla frequenza, ridotto la lunghezza della bobina di 1,5 cm Ho anche calcolato il diametro del mandrino, dividendo la lunghezza regolata della bobina per 3,14. Tenendo conto dello spessore del tubo, il diametro del mandrino era inferiore di 8 mm.

Regolazione.

Consisteva nella misurazione dell'SWR (rapporto delle onde stazionarie). Inizialmente ne ho misurato uno vecchio fatto in casa. Stranamente l'apparecchio ha dichiarato un ottimo adattamento con un carico di 50 Ohm (SWR = 1,5). Con l'antenna modificata tutto coincideva però anche con l'alimentazione dal bordo della tela. Ma in modo costruttivo, in seguito, ho utilizzato il cavo al centro e l'SWR è sceso a 2. Un semplice misuratore SWR fatto in casa, combinato con un generatore fatto in casa sintonizzato sulle frequenze di trasmissione digitale, si è rivelato molto utile. Con il suo aiuto, sono stato in grado non solo di determinare l'SWR dell'antenna, ma anche di verificarne le prestazioni, quando ogni giro reagiva all'avvicinarsi del coperchio della pentola facendo oscillare l'ago del microamperometro.

Risultati.

La modifica al design ha aggiunto un aumento del guadagno del 10%, e questo nonostante il fatto che l'antenna avesse mezzo giro in meno. In generale, riceve programmi nella gamma UHF, operando in modalità analogica, non peggio di un'antenna “canale d'onda” (Uda-Yagi), che comprende 12 direttori e un amplificatore con un guadagno dichiarato di almeno 26 dB. Entrambe le antenne si trovano nelle stesse condizioni allo stesso livello da terra. L'unica differenza è che il funzionamento dell'antenna acquistata, quando si riceve un segnale digitale via etere, dipende dalle condizioni meteorologiche e dall'ora del giorno, simulando il deterioramento del passaggio delle onde radio con un caratteristico suono ciarlatano e congelamento della televisione immagini o addirittura una completa assenza di immagini. La ricezione radio con un'antenna fatta in casa è sempre costante.

Ma nel complesso sono rimasto insoddisfatto di questo progetto, perché mi aspettavo qualcosa di più da esso, esclusivamente in base alle sue dimensioni e ai soldi spesi. Confronto di questa antenna elicoidale con il design precedente , composto da soli due anelli in fase di identico diametro, realizzati con lo stesso materiale, non ho riscontrato un guadagno significativo confrontandoli in termini di livelli di ricezione.

Due anelli in fase e sei attorcigliati a spirale danno un guadagno teorico di 6 dB e 10 dB. Due anelli all'aperto e 6,5 anelli sotto il tetto, allo stesso livello da terra e con praticamente lo stesso livello di guadagno in percentuale. Forse il tetto ha assorbito la differenza di 4 dB, o forse è davvero difficile notare questa differenza? Allo stesso tempo, non esporre questa bobina alla strada, aprendo così l'argomento a conversazioni non necessarie.

Mi sono perso d'animo? NO! La radio amatoriale è una fonte di piacere. Inizia a fare radioamatori, è interessante. Forse i tuoi risultati saranno migliori.

Molto probabilmente tornerò su questa antenna a spirale, perché non si è addormentata quando l'antenna del "canale d'onda" ha smesso di ricevere aria.

A frequenze superiori a 300 MHz e superiori, sono ampiamente utilizzate antenne a onde viaggianti elicoidali cilindriche. Una delle versioni dell'antenna elicoidale è mostrata in Fig. 1. È una spirale con un diametro D e passo tortuoso S e un riflettore metallico realizzato sotto forma di un disco o di un quadrato con una dimensione di ≈ 2D.

A seconda dei parametri geometrici (lunghezza elettrica del perimetro della bobina Con e la lunghezza del passo dell'elica elettrica S) antenna a spirale, può eccitare Vari tipi onde (moda). La relazione di fase tra le spire adiacenti della spirale ha il maggiore impatto sulla natura della radiazione dell'antenna.

A noi interessa l'onda T1 (Fig. 2), che è caratterizzata da una differenza di 360 gradi nella fase delle correnti su spire adiacenti.

L'onda T1 si forma quando la lunghezza elettrica del perimetro della bobina è vicina alla lunghezza d'onda λ , mentre l'antenna a spirale funziona in modalità di radiazione assiale (la massima radiazione coincide con l'asse della spirale).

Dimensioni ottimali di un'antenna elicoidale:

• Diametro della bobina D=λ/π
• Passo a spirale S=0,25λ
• Angolo di spirale α=12°

Impedenza di ingresso dell'antenna, soggetta a 12°≤α≤15°, 0,75λ<с<1,33 λ e numero di giri n>3 equivale:

RA ≈140 s/λ(ohm)

Larghezza del lobo principale del diagramma di radiazione a metà potenza:

θ0,5 =52· λ/s· √nS/λ (gradi)

La Figura 3 mostra il risultato del calcolo del diagramma di radiazione di un'antenna elicoidale nei piani verticale e orizzontale utilizzando il programma MMANA.

Fig.3 Schema di radiazione di un'antenna elicoidale.

Le antenne elicoidali cilindriche che operano in modalità onda T1 sono polarizzate circolarmente. Quando si riceve un segnale con un'antenna con polarizzazione lineare (verticale o orizzontale), il segnale verrà attenuato di 3 dB (due volte). Per evitare ciò, è possibile utilizzare un sistema di due antenne elicoidali con senso opposto di avvolgimento dell'elica e alimentate in fase, poste ad una distanza di 0,5 λ o 1,5 λ (Fig. 4).

L'impedenza di ingresso di un tale sistema di antenna sarà pari a 67,6 ohm, che è in buon accordo con l'impedenza caratteristica di un cavo coassiale (SWR 1,1 e 1,35 per cavi da 75 e 50 ohm, rispettivamente). Impedenza caratteristica di una linea a filo singolo (Fig. 5) della sezione ab deve corrispondere all'impedenza di ingresso dell'antenna elicoidale (≈140 ohm). Per fare ciò, è necessario mantenere il rapporto e/d pari a ≈2,75.

Per abbinare una singola antenna o un sistema di antenne composto da tre o più antenne, in questo caso è possibile utilizzare un trasformatore di adattamento esponenziale, progettato sotto forma di una strip line (Fig. 6). Per una linea esponenziale, l'impedenza dell'onda varia lungo la sua lunghezza secondo la legge:

Z0(x)=Z01ebx , Dove

Z01- impedenza caratteristica della linea in ingresso

Z0(x)- impedenza caratteristica della linea in un tratto situato a distanza X dal suo inizio

B- parametro che mostra la velocità di variazione dell'impedenza di linea

A seconda dell'SWR e del rapporto noto Z02 /Z01 delle impedenze d'onda alla fine e all'inizio della linea, la sua lunghezza minima viene calcolata utilizzando la formula:

, Dove ;

La Figura 7 mostra un trasformatore di adattamento esponenziale progettato per abbinare resistenze di 140 ohm e 50 ohm ad una frequenza di 2450 MHz con un SWR di 1,2. Distanza e pari a 7 mm, dielettrico - aria (ε=1), spessore materiale D 1 millimetro.

A causa dell'elevato guadagno e della stabilità dei parametri elettrici, a causa della bassa sensibilità ai fattori esterni e alle deviazioni nella geometria, le antenne elicoidali cilindriche possono essere ampiamente utilizzate nei sistemi di comunicazione e sicurezza per le comunicazioni a lunga distanza.

Letteratura

Sazonov D.M. Antenne e dispositivi a microonde.

Benkovsky Z., Lipinsky E. Antenne HF e VHF amatoriali.

Uronov L.G.

TechnoSphere LLC, 2011