mājas › Internets › Spirālveida antenas UWB sakariem. Pašdarināta spirālveida antena virszemes digitālajai televīzijai. Spirālveida antenu veidi

Spirālveida antenas UWB sakariem. Pašdarināta spirālveida antena virszemes digitālajai televīzijai. Spirālveida antenu veidi

Spirālveida antena pieder ceļojošo viļņu antenu klasei. Tās galvenais darbības diapazons ir decimetrs un centimetrs. Tas pieder pie virsmas antenu klases. Tās galvenais elements ir spirāle, kas savienota ar koaksiālo līniju. Spirāle rada starojuma modeli divu daivu veidā, kas izstaro gar tās asi dažādos virzienos.

Spirālveida antenas ir cilindriskas, plakanas un koniskas. Ja nepieciešamais darbības diapazona platums ir 50% vai mazāks, tad antenā tiek izmantota cilindriska spirāle. Koniskā spirāle palielina uztveršanas diapazonu divas reizes, salīdzinot ar cilindrisko. Un plakanie jau dod divdesmitkārtīgu pārsvaru. Vispopulārākā uztveršanai VHF frekvenču diapazonā ir cilindriska radio antena ar apļveida polarizāciju un lielu izejas signāla pastiprinājumu.

Antenas ierīce

Galvenā antenas daļa ir satīts vadītājs. Šeit, kā likums, tiek izmantota vara, misiņa vai tērauda stieple. Tam ir pievienots padevējs. Tas ir paredzēts, lai pārraidītu signālu no spirāles uz tīklu (uztvērējs) un apgrieztā secībā (raidītājs). Padevēji ir atvērta un slēgta tipa. Atvērtā tipa padevēji ir neekranēti viļņvadi. Un slēgtajam tipam ir īpašs vairogs pret traucējumiem, kas padara elektromagnētisko lauku aizsargātu no ārējām ietekmēm. Atkarībā no signāla frekvences tiek noteikts šāds padeves dizains:

Līdz 3 MHz: ekranēti un neekranēti vadu tīkli;

3 MHz līdz 3 GHz: koaksiālie vadi;

No 3 GHz līdz 300 GHz: metāla un dielektriskie viļņvadi;

Virs 300 GHz: kvazioptiskas līnijas.

Vēl viens antenas elements bija atstarotājs. Tās mērķis ir fokusēt signālu uz spirāli. Tas ir izgatavots galvenokārt no alumīnija. Antenas pamatne ir rāmis ar zemu dielektrisko konstanti, piemēram, putas vai plastmasa.

Galvenās antenas izmēru aprēķins

Spirālveida antenas aprēķins sākas ar spirāles galveno izmēru noteikšanu. Viņi ir:

Pagriezienu skaits n;

Spirāles leņķis a;

Spirāles diametrs D;

Spirālveida solis S;

Atstarotāja diametrs 2D.

Pirmā lieta, kas jāsaprot, veidojot spirālveida antenu, ir tas, ka tā ir viļņu rezonators (pastiprinātājs). Tās iezīme bija tā augstā ieejas pretestība.

Tajā ierosināto viļņu veids ir atkarīgs no pastiprināšanas ķēdes ģeometriskajiem izmēriem. Blakus esošie spirāles pagriezieni ļoti spēcīgi ietekmē starojuma raksturu. Optimālās attiecības:

D=λ/π, kur λ ir viļņa garums, π=3,14

Jo λ ir vērtība, kas mainās un ir atkarīga no biežuma, tad aprēķinos tiek ņemtas šī rādītāja vidējās vērtības, kas aprēķinātas, izmantojot formulas:

λ min= c/f max; λ max= c/f min, kur c=3×10 8 m/sek. (gaismas ātrums) un f max, f min - maksimālā un minimālā signāla frekvences parametrs.

λ av=1/2 (λ min+ λ max)

n = L/S, kur L ir kopējais antenas garums, ko nosaka pēc formulas:

L= (61˚/Ω) 2 λ avg, kur Ω ir antenas virziena koeficients atkarībā no polarizācijas (ņemts no atsauces grāmatām).

Klasifikācija pēc darbības diapazona

Saskaņā ar galveno frekvenču diapazonu raidīšanas un uztveršanas ierīces ir:

1. Šaurjosla. Stara platums un ieejas pretestība ir ļoti atkarīga no frekvences. Tas liek domāt, ka antena var darboties bez pārskaņošanas tikai šaurā viļņu garuma spektrā, aptuveni 10% no relatīvās frekvenču joslas.

2. Plašs diapazons. Šādas antenas var darboties plašā frekvenču spektrā. Bet to galvenie parametri (virziena pastiprinājums, starojuma modelis utt.) joprojām ir atkarīgi no viļņa garuma izmaiņām, bet ne tik lielā mērā kā šaurjoslas parametri.

3. Frekvences neatkarīgs. Tiek uzskatīts, ka šeit galvenie parametri nemainās, mainoties frekvencei. Šādām antenām ir aktīvs reģions. Tam ir iespēja pārvietoties pa antenu, nemainot tās ģeometriskos izmērus atkarībā no viļņa garuma izmaiņām.

Visizplatītākās ir otrā un trešā veida spirālveida antenas. Pirmais veids tiek izmantots, ja nepieciešama lielāka signāla “skaidrība” noteiktā frekvencē.

Savas antenas izgatavošana

Nozare piedāvā lielu antenu izvēli. Cenu dažādība var svārstīties no vairākiem simtiem līdz vairākiem tūkstošiem rubļu. Ir antenas televīzijai, satelīta uztveršanai un telefonijai. Bet jūs varat izgatavot spirālveida antenu ar savām rokām. Tas nav tik grūti. Īpaši populāras ir Wi-Fi spirālveida antenas.

Tie ir īpaši svarīgi, ja ir nepieciešams pastiprināt signālu no maršrutētāja lielā mājā. Lai to izdarītu, jums būs nepieciešama vara stieple ar šķērsgriezumu 2-3 mm 2 un garumu 120 cm. Ir nepieciešams veikt 6 pagriezienus ar diametru 45 mm. Lai to izdarītu, varat izmantot atbilstoša izmēra cauruli. Labi darbojas lāpstas kāts (tam ir aptuveni vienāds diametrs). Mēs aptinam vadu un iegūstam spirāli ar sešiem pagriezieniem. Atlikušo galu noliecam tā, lai tas vienmērīgi izietu cauri spirāles asij, to “atkārtojot”. Skrūves daļu izstiepjam tā, lai attālums starp pagriezieniem būtu 28-30 mm robežās. Tad mēs turpinām izgatavot atstarotāju.

Šim nolūkam ir piemērots alumīnija gabals, kura izmēri ir 15 × 15 cm un 1,5 mm biezs. No šīs sagataves mēs izveidojam apli ar diametru 120 mm, nogriežot nevajadzīgas malas. Izurbiet 2 mm caurumu apļa centrā. Mēs ievietojam tajā spirāles galu un pielodējam abas daļas vienu pie otra. Antena ir gatava. Tagad jums ir jānoņem starojuma vads no maršrutētāja antenas moduļa. Un pielodējiet stieples galu uz antenas galu, kas iziet no reflektora.

433 MHz antenas īpašības

Pirmkārt, jāsaka, ka radioviļņus ar frekvenci 433 MHz, izplatoties, labi absorbē zeme un dažādi šķēršļi. Lai to pārraidītu, tiek izmantoti mazjaudas raidītāji. Parasti šo frekvenci izmanto dažādas drošības ierīces. To īpaši izmanto Krievijā, lai neradītu traucējumus ēterā. 433 MHz spirāles antenai nepieciešama lielāka izejas signāla attiecība.

Vēl viena iezīme, izmantojot šādu raiduztvērēju aprīkojumu, ir tāda, ka šāda diapazona viļņiem ir iespēja pievienot tiešo un atstaroto viļņu fāzes no virsmas. Tas var vai nu pastiprināt signālu, vai arī to vājināt. No iepriekš minētā varam secināt, ka “labākās” tehnikas izvēle ir atkarīga no pielāgošana antenas pozīcija.

Pašdarināta antena 433 MHz

Ar savām rokām ir viegli izveidot 433 MHz spirāles antenu. Tas ir ļoti kompakts. Lai to izdarītu, jums būs nepieciešams neliels vara, misiņa vai tērauda stieples gabals. Varat arī vienkārši izmantot vadu. Stieples diametram jābūt 1 mm. Mēs uztinam 17 pagriezienus uz serdeņa ar diametru 5 mm. Mēs izstiepjam skrūves līniju tā, lai tās garums būtu 30 mm. Ar šiem izmēriem mēs pārbaudām antenu signāla uztveršanai. Mainot attālumu starp pagriezieniem, izstiepjot un saspiežot spirāli, mēs panākam vislabākā kvalitāte signāls. Bet jums jāzina, ka šāda antena ir ļoti jutīga pret dažādiem tai tuvu pietuvinātiem objektiem.

UHF uztveršanas antena

Lai uztvertu televīzijas signālu, ir nepieciešamas UHF spirālveida antenas. Pēc konstrukcijas tie sastāv no divām daļām: atstarotāja un spirāles.

Spirālei labāk izmantot varu - tam ir mazāka pretestība un līdz ar to mazāks signāla zudums. Formulas tā aprēķināšanai:

Spirāles kopējais garums ir L=30000/f, kur f ir signāla frekvence (MHz);

Spirālveida solis S= 0,24 L;

Spoles diametrs D=0,31/L;

Spirālvada diametrs d ≈ 0,01L;

Atstarotāja diametrs 0,8 nS, kur n ir apgriezienu skaits;

Attālums līdz ekrānam H= 0,2 L.

Iegūt:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

Atstarotāja kauss ir izgatavots no alumīnija.

Cita veida raiduztvērēju iekārtas

Retāk sastopamas konusveida un plakanas spirālveida antenas. Tas ir saistīts ar to ražošanas grūtībām, lai gan tiem ir labākas īpašības signāla pārraides un uztveršanas diapazona ziņā. Šādu raidītāju starojumu neveido visi pagriezieni, bet tikai tie, kuru garums ir tuvu viļņa garumam.

Plakanā antenā spirāle ir izgatavota divu vadu līnijas veidā, kas velmēta spirālē. Šajā gadījumā blakus esošie pagriezieni tiek ierosināti fāzē ceļojošā viļņa režīmā. Tā rezultātā pret antenas asi tiek izveidots cirkulāri polarizēts starojuma lauks, kas ļauj izveidot plašu frekvenču joslu. Ir plakanas antenas ar tā saukto Arhimēda spirāli. Šī sarežģītā forma ļauj ievērojami palielināt pārraides frekvences diapazonu no 0,8 līdz 21 GHz.

Spirālveida un šaurstaru antenu salīdzinājums

Galvenā atšķirība starp spirālveida antenu un virziena antenu ir tā, ka tā ir mazāka. Tas padara to vieglāku, kas ļauj uzstādīt ar mazāku fizisko piepūli. Tās trūkums ir šaurāks uztveršanas un pārraides frekvenču diapazons. Tam ir arī šaurāks starojuma modelis, kas prasa “meklēt” labāko pozīciju telpā, lai nodrošinātu apmierinošu uztveršanu. Tās neapšaubāma priekšrocība ir dizaina vienkāršība. Liels pluss ir iespēja noskaņot antenu, mainot spoles soli un kopējo spirāles garumu.

Īsa antena

Labākai rezonansei antenā ir nepieciešams, lai spirāles daļas “izstieptais” garums būtu pēc iespējas tuvāks viļņa garuma vērtībai. Bet tas nedrīkst būt mazāks par ¼ viļņa garumu (λ). Tādējādi λ var sasniegt līdz 11 m. Tas attiecas uz HF diapazonu. Šajā gadījumā antena būs pārāk gara, kas ir nepieņemami. Viens no veidiem, kā palielināt vadītāja garumu, ir pagarinātāja spoles uzstādīšana uztvērēja pamatnē. Vēl viena iespēja ir ievadīt uztvērēju ķēdē. Tās uzdevums ir saskaņot radio raidītāja izejas signālu ar antenu visās darba frekvencēs. Vienkārši izsakoties, uztvērējs darbojas kā pastiprinātājs no uztvērēja ienākošajam signālam. Šī shēma tiek izmantota auto antenas, kur radioviļņu uztverošā elementa izmēram ir liela nozīme.

Secinājums

Spirālveida antenas ir guvušas lielu popularitāti daudzās elektronisko sakaru jomās. Pateicoties viņiem, tas ir iespējams šūnu. Tos izmanto arī televīzijā un pat kosmosa radio sakaros. Viens no daudzsološajiem sasniegumiem antenas izmēra samazināšanai ir konusveida reflektora izmantošana, kas ļauj palielināt uztveršanas viļņa garumu salīdzinājumā ar parasto reflektoru. Tomēr ir arī trūkums, kas izteikts darbības frekvenču spektra samazināšanā. Interesants piemērs ir arī “divvirzienu” konisks spirāles antena, kas ļauj darboties plašā frekvenču diapazonā, jo veidojas izotropiska virziena diafragma. Tas notiek tāpēc, ka strāvas līnija divu vadu kabeļa veidā nodrošina vienmērīgu viļņu pretestības maiņu.

3.1. Radiotehnikas attīstības procesā arvien vairāk tiek pieprasītas antenu padeves ierīces, kas paredzētas darbam ļoti plašā frekvenču diapazonā un turklāt bez regulēšanas. Šādu antenu padevēju ierīču frekvences neatkarība ir balstīta uz elektrodinamiskās līdzības principu.

Šis princips ir tāds, ka antenas galvenie parametri (raksts un ieejas pretestība) paliek nemainīgi, ja viļņa garuma izmaiņas pavada tieši proporcionālas antenas aktīvā apgabala lineāro izmēru izmaiņas. Ievērojot šis nosacījums antena var būt neatkarīga no frekvences neierobežotā viļņu diapazonā. Tomēr izstarojošās struktūras izmēri ir ierobežoti, un arī jebkuras antenas darbības viļņu garuma diapazons ir ierobežots.

No šīs antenu grupas aplūkosim plakanas aritmētiskās un vienādstūra spirāles un logaritmiski periodiskas antenas.

4. att.

3.2. Aritmētiskā spirāle ir izgatavota plakanu metāla sloksņu vai spraugu veidā metāla sietā (4. att.). Šīs spirāles vienādojums polārajās koordinātēs

kur ir rādiusa vektors, ko mēra no pola O; a ir koeficients, kas raksturo rādiusa vektora pieaugumu katrai polārā leņķa pieauguma vienībai; b ir rādiusa vektora sākotnējā vērtība.

Spirāle var būt divvirzienu, četrvirzienu utt. Ja spirāle ir divvirzienu, tad lentei (spraugai) /, kas parādīta ar punktētām līnijām, leņķi skaita no nulles, un lentei //, parādīts ar nepārtrauktām līnijām, no 180°, t.i., spirāli veido pilnīgi identiskas lentes, kas pagrieztas par 180° viena pret otru.

Lentes / sākuma punkti atbilst rādiusa vektoriem, kurus apzīmējam ar un. Tāpēc lentes platums. Aprakstot vienu apgriezienu, lente ieņem pozīciju D, kurā rādiusa vektors ir lielāks par sākotnējo. Šajā segmentā ВD ir novietotas divas lentes un divas spraugas, un, ja to platums ir vienāds, tad no šejienes mēs nosakām koeficientu.

3.3. Spirālveida barošanas avots var būt pretfāzes, kā parādīts attēlā. 4, vai fāzē. Pirmajā gadījumā strāvām caur spailēm A, B, kas savieno lentes ar padevēju, ir pretējas fāzes. Strāvas ceļš lentē / ir par pusi apgriezienu lielāks nekā lentē //. Piemēram, CD sadaļā lente // nokrīt, aprakstot pusi apgriezienu, un lente / - vienu apgriezienu, EF sadaļā - attiecīgi pusotrs un divi apgriezieni utt. pagrieziens palielinās, spirālei izvēršoties, palielinās strāvu fāzes novirze lentēs. Norādījuši vidējo pagrieziena diametru, mēs atrodam fāzes nobīdi, kas atbilst pusapgrieziena garumam:

Ja mēs pievienojam tam sākotnējo nobīdi, kas vienāda ar

Otrā termiņa dēļ leņķis atšķiras no un šādos apstākļos elektromagnētiskie viļņi izstaro pat tad, ja atstarpe starp lentēm ir maza salīdzinājumā ar viļņa garumu.

Intensīvi tiek izstarota tikai tā spirāles daļa, kurā atrodas abu joslu blakus esošo elementu strāvas:

Aizvietojot, mēs atklājam, ka pirmā “rezonējošā” gredzena vidējais diametrs un šī gredzena perimetrs. Otrā ( k=2), trešais ( k=3) utt. “rezonējošie” gredzeni ir attiecīgi trīs, piecas, ... reizes lielāki. Tā kā radioviļņu emisija pa spirāli izraisa lielu strāvas pavājināšanos no tās sākuma līdz beigām, tad tikai pirmais rezonējošais gredzens izstaro intensīvi, un pārējā, spirāles ārējā daļa, ir it kā “nogriezta” (izstarojošo strāvu pārtraukšanas parādība).

3.4. Spirāles aktīvā daļa ir vislielākā interese cita iemesla dēļ. Radiācijas radītā strāvas vājināšanās ir tik liela, ka praktiski nav atstarošanas no spirāles gala, t.i., strāva spirālē tiek sadalīta saskaņā ar viļņu ceļošanas likumu. Turklāt pirmā rezonanses gredzena perimetrs ir vienāds ar viļņa garumu. Šādos apstākļos, kā parādīts 1. punktā, rodas aksiāls starojums ar rotējošu polarizāciju, kas šajā gadījumā ir visvairāk vēlams.

Spirāles diametram jābūt pietiekami lielam, lai pie maksimālā diapazona viļņa saglabātos pirmais “rezonējošais” gredzens () un, viļņa garumam samazinoties, šim gredzenam ir jāsamazinās līdz (), līdz to joprojām var pilnībā novietot ap. spēka agregāts. Tad iekšā pirmā “rezonējošā” gredzena vidējā perimetra attiecība pret viļņa garumu paliek nemainīga un līdz ar to ir izpildīts galvenais nosacījums antenas virziena īpašību saglabāšanai plašā viļņu diapazonā Tiesa, aritmētiskās spirāles virziens ir mazs (60 ... 80°), jo būtībā viļņu izstarošanā ir iesaistīta tikai tā spirāles daļa, kurai ir vidējais perimetrs.

Otrs nosacījums diapazona antenas iegūšanai — ieejas pretestības noturība — šeit tiek sasniegts ar to, ka spirāle darbojas plūstoša strāvas viļņa režīmā. Šī pretestība ir aktīva (100-200 omi). Kad barošana tiek veikta no koaksiālā padevēja (Ohm), saskaņošana tiek veikta, izmantojot pakāpienu vai gludu transformatoru.

3.5. Spirāle izstaro abās savas ass pusēs. Lai antena būtu vienvirziena, uz biezas dielektriskās plāksnes uzliek lentes spirāli, kuras otra puse ir metalizēta. Ja spirāle ir rievota, tad to izgriež uz metāla kastes sienas; tad kastes pretējā siena spēlē atstarojoša ekrāna lomu, un pati kaste ir rezonators. Lai samazinātu tā dziļumu, kaste ir piepildīta ar dielektrisku.

Viena no tipiskām spirālēm ir ar diametru 76 mm, izgatavota uz epoksīda dielektriskās plāksnes, aprīkota ar 26 mm dziļu rezonatoru, darbojas viļņu diapazonā no 7,5 ... 15 cm ar starojuma raksta platumu 2" = 60 ... 80° un galvenās daivas maksimuma virziena elipses koeficients ir mazāks par 3 dB, t.i., praktiski polarizāciju var uzskatīt par apļveida.. Plakanās spirālveida antenas ir ērtas izgatavošanai drukātā veidā uz plānām dielektriskām loksnēm ar zemiem zudumiem augstās frekvencēs.

Tiek uzskatīts, ka spirālveida antenai ir raksturīga apļveida polarizācija, taču šis viedoklis ir kļūdains. Faktiski pagriezienu struktūra ir tāda, ka tiek uztverti arī viļņi ar lineāru polarizāciju. Tas ir ērti, ja ir iespējams strādāt pie jebkuras viļņu struktūras. Un spirālveida antenas tiek izmantotas kā spoguļa padeve satelītā. Radioamatieru trūkums ir tāds, ka lineāri polarizēts vilnis tiek vājināts par trim decibeliem, kā zināms, radio un televīzijas apraidei neviens cits netiek izmantots. Valstī spirālveida padeve ir piemērota tikai NTV+ uztveršanai no satelīta, tur metodi neizmanto. Mēs neapspriedīsim vairākus īpašus šo antenu lietojumus. Tomēr vaicājumus par šo tēmu var atrast internetā. Mēs nevaram atbildēt, kam būtu izdevīga no stieples savīta un uz caurules gabala piestiprināta spirālveida antena, pat radioamatieru darbu kolekcijā šīs klases izstrādājumi pilnībā nav sastopami.

Kā salikt spirāles antenu

Spirālveida antena atgādina noteikta dizaina infrasarkano staru sildītāju. PSRS militārās rūpnīcas ražoja sadzīves tehniku. Līdz ar to līdzība starp paraboliskajiem traukiem un sildītājiem. Montāžai jums būs jāzina stieples tinuma diametrs un solis, apgriezienu skaits. Materiāli, kas jums būs nepieciešami:

Tērauda loksne ekrānam, patvaļīga biezuma, lai tas nelocītu no vēja un citām sadursmēm.
Stieples gabals, lai pietiktu pagriezienus uztīt ar rezervi.
Strāvas kabelis: televizoram 75 omi, radio 50 omi.
Nepieciešamā diametra plastmasas caurule.

Spirālveida antenas pieder pie ceļojošo viļņu klases, ierīču pretestība ir augsta, lai, pareizi aprēķinot ierīci, tās varētu savienot bez saskaņošanas. Pirmkārt, caurule ir marķēta ar rezervi, lai to varētu iestrēgt ekrānā un pielīmēt. Tinuma solis ir atzīmēts pa asi (vēlams abās pusēs). Nākotnē izlīdzināšanai tiek izmantoti riski. Atkāpieties pāris centimetrus priekšā un sāciet strādāt ar marķieri. Lūdzu, ņemiet vērā, ka ar otrā puse spole pārvietojas tieši par pussoli.

Spirāle tiek uztīta uz caurules, neņemot vērā piķi, ar nepieciešamo apgriezienu skaitu. Nākotnē, sākot no pirmās atzīmes, jums ir pareizi jāizstiepj vads. Lai novērstu turpmāku pārvietošanos, pareizā pozīcija jānostiprina ar līmes pilieniem. Apmēram trīs vai četri vienā pagriezienā. Pa to laiku izveidosim ekrānu.

Izvēlieties kvadrātu, kura mala ir apmēram piecas reizes lielāka par tinuma caurules diametru. Nav svarīgi, kāds ir tērauda biezums, saglabājiet stiprības raksturlielumus. Samontējot, ekrāns ir perpendikulārs caurulei.

Elektromontāžai spirāles gala zonā (caurules pamatnē) jāizurbj caurums un jāievada vads iekšā. Aiz ekrāna sānu sienā mēs izveidojam papildu caurumu, caur kuru izlaižam pīto barošanas kabeli. Elektriski centrālais kodols ir savienots ar spirāli, padeves ekrāns ir savienots ar antenas ekrānu. Tiek veidota struktūra viļņu uztveršanai un pārraidīšanai. Caurule ar tērauda sietu ir savienota ar līmes hermētiķi stūrī, lai nodrošinātu detaļu stingru perpendikulitāti. Galvenie punkti:

Spirāle un ekrāns ir izgatavoti no vadoša materiāla, piemēram, vara.
Dielektriskā caurule.

Spirālveida antenas aprēķins

Spirālveida antenas labi uztver jebkura veida viļņus, ko izmanto virszemes apraidē. Tomēr, lai uztvertu radio, asij jābūt vērstai uz augšu, bet ekrānam jābūt novietotam horizontāli. Ierīcei ir izteiktas virziena īpašības; negaidiet, ka no viena punkta varēsiet nosegt vairākus torņus. Nav tik viegli. Radiācijas modelis ir atkarīgs no spirālveida antenas izmēriem un stipri:

Ja spoles garums ir daudz mazāks par viļņa garumu, dominē sānu starojums pāri antenas asij. Turklāt polarizācija nav apļveida.
Ideālā gadījumā spoles garums ir diapazonā no 0,75 līdz 1,3 viļņu garumiem. Šajā gadījumā mēs novērojam starojuma modeļa galveno daivu, skatoties uz priekšu. Protams, jums ir nepieciešams ekrāns.
Ja spirāles garums ir lielāks par 1,5 viļņu garumiem, veidojas divas daivas, kas vērstas uz priekšējo pusplakni. Precīzāk, rezultāts ir kaut kas līdzīgs koniskai virsmai.

Netieši (saskaņā ar otro punktu) lasītāji jau ir izveidojuši priekšstatu par diapazonu. Mēs paplašināsim joslu divas reizes, izmantojot nevis cilindrisku, bet konisku spirāli (konisko spirāles antenu). Mēs iesakām izmantot tiešsaistes kalkulatoru vietnē http://aerial.dxham.ru/onlajn-raschety/raschety-antenn/raschet-spiralnoj-antenny. Šeit tiek piedāvāts iestatīt frekvenci, spirālveida tinuma soli un emitera garumu:

Radiācijas modeļa galvenās daivas platums ir atkarīgs no spirālveida tinuma garuma. Mainiet apgriezienu skaitu un ievērojiet parametru (atrodas kalkulatora lapas apakšā). Spirālveida tinuma diametrs mainās tikko manāmi. Tam nav izskaidrojuma, kalkulatora veidotāji zina labāk. Protams, būs nepieciešams vairāk vara, kas atspoguļojas attiecīgajos parametros.
Piebildīsim, ka, palielinoties garumam, palielinās arī pieaugums. Tas ir tipisks efekts: ziedlapa sašaurinās - pieaugums palielinās. Radiācijas modeļa laukums ir nemainīga vērtība. Kā teica Lomonosovs, ja kaut kas nonāk vienā vietā, tam noteikti ir jāatstāj citā vietā. Ņemiet vērā, ka, palielinoties pagriezieniem, joslas platums nedaudz samazinās.
Pastiprinājums ir atkarīgs no tinuma piķa: jo lielāks skaitlis, jo mazāks pastiprinājums, jo šaurāks ir starojuma modelis. Mūsuprāt, tā ir autoru kļūda, jo izrādās, ka izdevīgāk ir tīt cieši. Turklāt būs nepieciešams mazāk vadu. Tiek parādītas tikai priekšrocības; praksē tas šķiet apšaubāmi.

Starp šī tiešsaistes kalkulatora noderīgām īpašībām es vēlētos atzīmēt minimālā ekrāna izmēra aprēķinu. Kas attiecas uz soli, pārbaudiet uzziņu grāmatās, un tas ir tas, ko mēs darīsim. Starp citu, interesants fakts ir tas, ka noklusējuma WiFi frekvence vietnē ir 2,45 GHz. Mūsdienās šeit bieži tiek izmantotas spirālveida antenas.

Atrasts: ieguvums ir atkarīgs tikai no apgriezienu skaita. Ieteicams izvēlēties tinumu soli 0,22 - 0,24 viļņu garumā. Vietnē mēs iestatām šo vērtību plašās robežās. Aicinām lasītājus izvēlēties laukumu, mainot apgriezienu skaitu. Gadās, ka dažos kalkulatoros ir kļūdas, tikai tīmekļa programmētājam ir precīza informācija.

Starp citu, jaunajā informācijas avotā teikts, ka ekrāns ir novietots aiz spirāles 0,12 viļņu garumu attālumā. Ir piebilsts, ka, ja ekrāna diametrs ir izvēlēts 0,8 viļņu garumu vai vairāk, kvadrāta mala ir vēl lielāka: 1,1 λ. Situācija nav tik acīmredzama, bet iedomājieties, ka aplim ir jāietilpst iekšā - viss nostājas savās vietās.

Kas attiecas uz saskaņošanu, spirālveida antenas pretestība ir ļoti atkarīga no stieples biezuma un samazinās, palielinoties pretestībai. Ir iespējams sasniegt skaitļus, kas vienādi ar 75 un pat 50 omi. Šajā gadījumā apstiprināšana nav nepieciešama, kas vienkāršo darbību. Tas darbojas augstās frekvencēs. Piemēram, raksturīgā pretestība kļūs vienāda ar 75 omi ar stieples biezumu 5% no viļņa garuma. Iegūstot 50 omi, jums vajadzētu ņemt stieples biezumu 7% no viļņa garuma. Jūs redzat, ka tas ir reāli WiFi frekvencēs, kas nozīmē, ka mēs aprēķināsim parametrus šādā veidā, izvairoties no saskaņošanas.

Lūdzu, ņemiet vērā, ka kalkulators neļauj iestatīt stieples biezumu, un ar esošo raksturīgā pretestība ir 140 omi. Tas, iespējams, ir tirdzniecības triks; saskaņā ar mūsu informāciju kabelim vajadzētu būt 50 omi pie WiFi frekvencēm. Bet ir viegli pārbaudīt, vai atkarība no stieples biezuma ir apmierināta. Iesniegsim tabulu un salīdzināsim rezultātus.

Aprēķinu tabula

Tātad, frekvence ir 2450 MHz, mēs atrodam viļņa garumu, izmantojot vienkāršu formulu:

λ = 299 792 458 / 2450 000 000 = 0,1223 metri.

Atrodiet nepieciešamo stieples diametru pretestībai 140 omi:

0,1223 x 0,02 = 2,45 mm, pārbaudīsim, vai tas atbilst tiešsaistes kalkulatoram! Skatāmies un redzam: 2.4. Nu, ja ņemam vērā, ka bez noapaļošanas izrādījās 2,447 mm, tad pieņemsim, ka abi avoti atkārto viens otru, kas nozīmē, ka tinuma soļa izvēles instrukcijām (skatīt iepriekš) var uzticēties. Šajā brīdī mēs pieņemam, ka paštaisītā spirālveida antena ir gatava, un mēs atradīsim arī stieples biezumu, pie kura pretestība kļūst vienāda ar 50 omi: izrādās, ka tas ir 8,5 mm. Turklāt šajā augstajā frekvencē ir grūti nodrošināt nepieciešamos apstākļus. Tāpēc spirālveida antenas pašu izgatavošanas mērķis bieži vien tiek dots datorzinātniekiem.

Par kalkulatora neatbilstībām pārbaudiet, ko lasāt internetā tehniskā informācija atkārtoti. Mēs uzskatām, ka esam atbildējuši uz jautājumu, kas ir spirālveida antena un kā izveidot spirālveida antenu. Dizaina priekšrocība ir izgatavošanas vienkāršība, ja ielāpus jārēķina, jāsaskaņo un nav fakts, ka tas izdosies, ir laba ierīce, kas atbilst dotajiem nosacījumiem un filtrē lielus traucējumus. Abās pusēs (uztveršanai un pārraidei) ir identiskas antenas, lai strādātu ar apļveida polarizāciju, pretējā gadījumā rezultāts kļūs mistiski neparedzams. Pašsamontēta spirālveida antena ir realitāte.

Šis antenas veids ir labi piemērots virszemes televīzijas tālsatiksmes uztveršanai digitālais signāls. Izstrādājuma vienkāršība ir valdzinoša, tajā ir tikai divas galvenās daļas: atstarotājs, kas izgatavots no sniega lāpstas, un spirāle, kas izgatavota no strāvas vada spoles. Neviena lodēta savienojuma, viss ir pieskrūvēts un savīts. Nav sarežģītu saskaņošanas elementu. Tomēr konstrukcijas pastiprinājums sasniedz vairāk nekā 10 dB, kas ļauj to dažos gadījumos izmantot bez pastiprinātāja. Tieši ar šo antenu bez pastiprinātāja saņēmu digitālās televīzijas signālu ārpus pilsētas.

Vēlos atgādināt, ka jebkura decimetra antena ir piemērota digitālais kanāls apraide, atšķirība būs tikai uztveršanas diapazonā. Bet ne katra antena nodrošinās maksimālu pastiprinājumu un saskaņošanu precīzi vēlamajā frekvencē. Neatkarīgi no tā, cik sarežģīta ir antena, tai ir kritumi un pastiprinājuma maksimumi visā tās uztverto frekvenču diapazonā.

Tieši spirālveida antenas uzraudzīja pirmā kosmonauta Jurija Gagarina lidojumu.Kad pirmie padomju Mēness roveri, orientējot spirāles, uzara Mēness virsmu, es sapņoju par tādas pašas kosmosa antenas izgatavošanu.

2. fotoattēls.

Nav nekā sliktāka par nepabeigtu darbu. Kā pamatu es izvēlos visvienkāršāko no visu veidu spirālveida antenām. Tas ir viena starta, spirālveida, cilindrisks (dažreiz konisks), regulārs, tas ir, ar nemainīgu tinuma soli vai tādu pašu attālumu starp pagriezieniem. Tādējādi antenas nosaukums jau runā par tās dizainu. Tieši šādu dizainu pirmo reizi ierosināja Kraus J.D.

"Spirālveida antena". – “Elektronika”, 1947. gads. V 20, N 4. R. 109.

Iesaku labāko uzziņu grāmatu radioamatieriem "Antenas", 11. izdevums, 2. sējums. Autors Karls Rothamels. Grāmatā ir daudz praktisku materiālu gandrīz visu veidu antenām. Raksturojums, parametri, praktiskie aprēķini, ieteikumi.

No šīs publikācijas es iepazīstināju ar spirālveida antenas īpašībām.

Rīsi. 1.

Jums ir jānoskaidro, kādas frekvences digitālā apraide ir jūsu reģionā un jāpārvērš šīs frekvences vērtība metros. Viļņa garums metros = 300/F (frekvence MHz).

Divu digitālo pakešu Maskavas apraides frekvencēm izvēlējos vidējo frekvenci 522 MHz, kas atbilst lambda viļņa garumam 57 cm. Šajā gadījumā pagrieziena diametrs ir D = 17,7 cm, attālums starp pagriezieniem ir 13,7 cm, attālums no ekrāna līdz pagriezienam ir 7,4 cm, un ekrāna platumam jābūt 35 cm.

Kā ekrāns (atstarotājs) man vajadzēja nepareizu sniega lāpstu, kas izgatavota no skaista spīdīga nerūsējošā tērauda, kas pastāvīgi liecās zem sniega svara. Prakse rāda, ka reflektoram nav jābūt apaļam, un nav jēgas kvadrāta malu taisīt vairāk par diviem spirāles diametriem.Spirāli taisīju no tīkla barošanas vada, kura diametrs ir aptuveni 2 mm, izmantojot vienu no tā serdeņiem, nenoņemot no tā izolāciju, jo tas ir caurspīdīgs radioviļņiem, un vara stieple ārējās vides ietekmē neoksidējas. Praksē stieples biezums izrādījās gandrīz 5 reizes mazāks nekā teorētiskais, tāpēc antenas diapazons izrādījās šaurs. UHF diapazonā antena labi uztvers tikai dažas analogās televīzijas stacijas, taču tās pastiprināšanas joslā labi iederēsies divas tuvumā esošās digitālās paketes. Jums būs nepieciešams arī 75 omu koaksiālais kabelis ar savienotāju. Es neiesaku pārāk aizrauties ar kabeļa garumu, it īpaši, ja antenai nav pastiprinātāja, jo katrā tās metrā tiek zaudēts 0,5–1 dB pastiprinājuma, un garam kabelim būs nepieciešama atbilstoša ierīce. Savā dizainā es izmantoju 3 metrus kabeļa.

Rīsi. 2.

Atliek tikai uztīt spirāli, savienot vadu ar spirālvadu un to visu piestiprināt pie lāpstas asmeņa. Bet man nebija vajadzīgā diametra dielektriskā cilindra, lai nostiprinātu spirālveida stiepli, un tāpēc kā rāmi izmantoju līstes un sausa saplākšņa loksni, pārnesot uz to antenas izmērus no skices. Foršāk būtu, ja līstes un saplākšņa vietā izmantotu lāpstas kātus, bet es saliku tikai maketu, un man bija ērti visu darīt uz saplākšņa. Kad čaumalu sāka ietīt ar stiepli, paštaisītais izstrādājums izskatījās kā lidmašīnas korpuss. No ārpuses tas izskatījās mazāk nekaitīgs, ja es sāku izliekt pagriezienus vara caurule kā es gribēju iepriekš. Kā jau teicu, šādu antenu ir ērti paslēpt zem mājas kores ar jumtu, kas izgatavots no mīksta jumta seguma, andulīna vai šīfera, kas ir caurspīdīgs radioviļņiem.

Foto 3. Antenas izkārtojuma pārbaude.

Antenas testēšanai izmantoju bēniņu istabu, kur ar kāpnēm pacēlu paštaisīto izstrādājumu tuvāk griestiem. Testa vieta kādreiz strādāja arī šajā vietā. Vladimiras apgabals, 90 km uz austrumiem no Ostankino. Tagad šeit darbojas spirālveida antena bez pastiprinātāja. Televīzijas centru viņa “redz” caur: plātni, pergamīnu, 10 cm bazalta vate, apšuvuma dēļiem, OSB saplāksni, apakšklāja paklāju, mīkstām jumta zvīņām un dažāda garuma naglu kaudzi.Atliek tikai nostiprināt vēl augstāk, zem mājas kores vai izjaukt to, jo tas ir tikai izkārtojums.

Foto 5. Iepriekšējo izmērs un slīpums
antenu konstrukcijas ir gandrīz identiskas.

Lai uzlabotu antenas parametrus, nenāktu par ļaunu izmantot saskaņošanas ierīci - transformatoru, kas nodrošina pāreju no antenas pretestības 180 omi uz koaksiālo kabeli ar pretestību 75 omi. Šī ir plāna vara plāksne trīsstūra formā, kas izplešas ekrāna virzienā. Plāksnes montāžas vietu un izmērus izvēlējos eksperimentāli, izmantojot divas plastmasas drēbju šķipsnas. Mājās to var viegli izdarīt, izmantojot televizoru, nolaižot antenu līdz zemākam līmenim, kurā attēls būs “sniegots”. Ir nepieciešams pārvietot, pagriežot plāksni, un ar ausi, samazinot trokšņa līmeni audio kanālā, saņemot analogo signālu, frekvencē tuvu digitālajai paketei, noteikt tā atrašanās vietu. Tad pielodējiet to.

Neskatoties uz tās formas absurdumu, šai antenai ir priekšrocība. Tam nav pastiprinātāja, kas bieži avarējas pēc zibens spēriena. Praksē pērkona negaisa laikā pastiprinātāji divas reizes sabojājās pie āra antenām, kas atradās 30 metrus no gaisvadu elektrības staba, kurā iespēra zibens. Antenai, kas atrodas zem mājas jumta sešus metrus no izlādes staba, pastiprinātāja atteices gadījumi nav fiksēti.

Pati pastiprinātāja barošanas avots var neizdoties, jo tas parasti vienmēr ir barots un tam ir ierobežots resurss.

Vēl viena priekšrocība ir tā, ka šīs antenas darbības rādiuss ar pastiprinātāju būs lielāks, pārbaudiet paši, cik ilgi.

Papildinājums. Antenas dizaina maiņa.

Šogad (2015) nolēmu uzlabot paštaisīto spirālveida antenas dizainu, stieples vietā izmantojot metāla plastmasas cauruli (metāls-plastmasa) ar diametru 16 mm. Iepriekš saliktajām antenām jau ir veikta līdzīga darbība, un tās ir manāmi uzlabojušās. Spirālveida antena arī ir pilnveidota, taču nekļūdieties, signāla līmenis palielinājās tikai par 10 procentiem, un signāla kvalitāte palika tajā pašā 100 procentu līmenī.

Foto 7. Vecā antena.

Foto 8. Dizaina izmaiņas.

Es jau sen gribēju izgatavot antenu, izmantojot cauruli kā materiālu. Līdzību ar moonshine joprojām apturēja augstās izmaksas. Bet materiāls ir atrasts un jau pārbaudīts vienkāršas antenas. Šī viegli saliekamā caurule, kas izgatavota no augstas kvalitātes alumīnija, no visām pusēm pārklāta ar plastmasu, tiek pārdota visos būvniecības tirgos ūdensvadu ieguldīšanai.

Foto 10. Jauns dizains.

Foto 9. Banka - serde.

Ekonomisks

antenas aprēķins.

Šis sarežģītais aprēķins man bija jāveic, kad devos uz veikalu “Viss mājām”, pašā Maskavas apgabala nomalē un ieraudzīju metāla plastmasu par cenu 45 rubļi. Viļņa garums, apraides frekvences, apļa garums, pagriezienu skaits, antenas pastiprinājums….

Pie kases izbļāvu 4 metrus, rezumējot projekta ekonomisko daļu. Antenas izmaksas nedrīkst pārsniegt degvīna pudeles minimālās akcīzes izmaksas.

Antenas aprēķins.

Tīri ekonomisku apsvērumu dēļ sanāca 6,5 apgriezieni, par pusapgriezienu mazāk nekā iepriekšējais paštaisītais vads. Es arī paņēmu attālumu starp pagriezieniem, kas vienāds ar ceturtdaļu no viļņa garuma. Līdzīgā veidā aprēķināju viena apgrieziena garumu, bet praktisku apsvērumu dēļ jau ir pieredze vienkāršošanā cilpas antenas, koriģēja metāla plastmasas atkarību no frekvences, samazināja spoles garumu par 1,5 cm.. Izrēķināju arī serdeņa diametru, izdalot regulēto spoles garumu ar 3,14. Ņemot vērā caurules biezumu, serdeņa diametrs bija par 8 mm mazāks.

Pielāgošana.

Tas sastāvēja no SWR (stāvošo viļņu attiecības) mērīšanas. Sākotnēji uzmērīju vecu paštaisītu. Savādi, bet ierīce apgalvoja, ka tā lieliski atbilst 50 omu slodzei (SWR = 1,5). Ar modificēto antenu viss tomēr sakrita, ja baroja no audekla malas. Bet konstruktīvi vēlāk izmantoju centrā esošo kabeli, un SWR nokritās līdz 2. Vienkāršs paštaisīts SWR skaitītājs apvienojumā ar paštaisītu ģeneratoru, kas noregulēts uz digitālajām apraides frekvencēm, izrādījās ļoti noderīgs. Ar tās palīdzību varēju ne tikai noteikt antenas SWR, bet arī pārbaudīt tās veiktspēju, kad katrs pagrieziens reaģēja uz katla vāka tuvošanos, šūpojot mikroampērmetra adatu.

Rezultāti.

Dizaina izmaiņas palielināja pastiprinājumu par 10 procentiem, neskatoties uz to, ka antenai bija par pusi apgriezienu mazāks. Kopumā tas uztver programmas UHF diapazonā, kas darbojas analogajā režīmā, ne sliktāk kā “viļņu kanāla” antena (Uda-Yagi), kurā ietilpst 12 direktori un pastiprinātājs ar norādīto pastiprinājumu vismaz 26 dB. Abas antenas atrodas vienādos apstākļos vienā līmenī no zemes. Vienīgā atšķirība ir tāda, ka iegādātās antenas darbība, uztverot ētera digitālo signālu, ir atkarīga no laikapstākļiem un diennakts laika, simulējot radioviļņu caurlaidības pasliktināšanos ar raksturīgu čīkstošu skaņu un televīzijas sasalšanu. attēlus vai pat pilnīgu attēlu neesamību. Radio uztveršana ar paštaisītu antenu vienmēr ir nemainīga.

Bet kopumā es biju neapmierināts ar šo dizainu, jo gaidīju no tā kaut ko vairāk, pamatojoties tikai uz tā izmēriem un iztērēto naudu. Salīdzinot šo spirāles antenu ar iepriekšējo dizainu , kas sastāv tikai no diviem vienāda diametra fāzētiem gredzeniem, kas izgatavoti no viena un tā paša materiāla, es neatradu būtisku ieguvumu, salīdzinot tos uztveršanas līmeņu ziņā.

Divi fāzēti gredzeni un seši, kas savīti spirālē, nodrošina teorētisko pastiprinājumu 6 dB un 10 dB. Divi riņķi brīvā dabā un 6,5 riņķi zem jumta, vienā līmenī no zemes un ar praktiski vienādu pieaugumu procentos. Varbūt jumts absorbēja 4 dB starpību, vai varbūt šo atšķirību ir patiešām grūti pamanīt? Tajā pašā laikā nepakļaujiet šo spoli uz ielas, tādējādi paverot tēmu nevajadzīgām sarunām.

Vai esmu zaudējis sirdi? Nē! Radioamatieris ir prieka avots. Paņemiet radioamatieru, tas ir interesanti. Varbūt jūsu rezultāti būs labāki.

Visticamāk, atgriezīšos pie šīs spirālveida antenas, jo tā neaizmiga, kad “viļņu kanāla” antena pārstāja uztvert gaisu.

Frekvencēs virs 300 MHz un augstākām plaši tiek izmantotas cilindriskas spirālveida ceļojošo viļņu antenas. Viena no spirālveida antenas versijām ir parādīta 1. att. Tā ir spirāle ar diametru D un līkumainais piķis S, un metāla atstarotājs, kas izgatavots diska vai kvadrāta formā ar izmēru ≈ 2D.

Atkarībā no ģeometriskajiem parametriem (spoles perimetra elektriskā garuma Ar un elektriskās spirāles soļa garums S) spirālveida antena, tā var uzbudināt Dažādi veidi viļņi (mode). Vislielākā ietekme uz antenas starojuma raksturu ir fāzu attiecībai starp blakus esošajiem spirāles pagriezieniem.

Mūs interesē T1 vilnis (2. att.), kam raksturīga 360 grādu starpība strāvu fāzēs blakus pagriezienos.

Vilnis T1 veidojas, kad spoles perimetra elektriskais garums ir tuvu viļņa garumam λ , savukārt spirālveida antena darbojas aksiālā starojuma režīmā (maksimālais starojums sakrīt ar spirāles asi).

Optimālie spirāles antenas izmēri:

Spoles diametrs D=λ/π
Spirālveida solis S=0,25λ
Spirālveida leņķis α=12°

Antenas ieejas pretestība, ievērojot 12°≤α≤15°, 0,75λ<с<1,33 λ un pagriezienu skaits n>3 vienāds:

RA ≈140 s/λ(ohm)

Starojuma modeļa galvenās daivas platums pusjaudas līmenī:

θ0,5 =52· λ/s· √nS/λ (grādi)

3. attēlā parādīts spirālveida antenas starojuma modeļa aprēķina rezultāts vertikālā un horizontālā plaknē, izmantojot programmu MMANA.

3. att. Spirālveida antenas starojuma shēma.

Cilindriskās spirālveida antenas, kas darbojas T1 viļņu režīmā, ir cirkulāri polarizētas. Saņemot signālu ar antenu ar lineāro polarizāciju (vertikāli vai horizontāli), signāls tiks vājināts par 3 dB (divreiz). Lai no tā izvairītos, var izmantot divu spirālveida antenu sistēmu ar pretēju spirāles tinuma virzienu un padotu fāzē, kas atrodas 0,5 λ vai 1,5 λ attālumā (4. att.).

Šādas antenas sistēmas ieejas pretestība būs vienāda ar 67,6 omi, kas labi saskan ar koaksiālā kabeļa raksturīgo pretestību (SWR 1,1 un 1,35 attiecīgi 75 un 50 omi kabeļiem). Sekcijas vienvada līnijas (5. att.) raksturīgā pretestība ab jāatbilst spirālveida antenas ieejas pretestībai (≈140 omi). Lai to izdarītu, ir jāsaglabā attiecība e/d vienāds ar ≈2,75.

Lai saskaņotu vienu antenu vai antenu sistēmu, kas sastāv no trim vai vairākām antenām, šajā gadījumā varat izmantot eksponenciālās saskaņošanas transformatoru, kas veidots lentveida līnijas veidā (6. att.). Eksponenciālai līnijai viļņu pretestība mainās visā tās garumā saskaņā ar likumu:

Z 0 (x) = Z 01 e bx , Kur

Z 01- līnijas raksturīgā pretestība ieejā

Z0(x)- līnijas raksturīgā pretestība posmā, kas atrodas attālumā X no tā sākuma

b- parametrs, kas parāda līnijas pretestības izmaiņu ātrumu

Atkarībā no SWR un zināmās viļņu pretestības attiecības Z02 /Z01 līnijas beigās un sākumā tās minimālo garumu aprēķina, izmantojot formulu:

, Kur ;

7. attēlā parādīts eksponenciālās saskaņošanas transformators, kas paredzēts 140 omu un 50 omu pretestības saskaņošanai ar frekvenci 2450 MHz ar SWR 1,2. Attālums e vienāds ar 7 mm, dielektrisks - gaiss (ε=1), materiāla biezums d 1 mm.

Sakarā ar elektrisko parametru lielo pastiprinājumu un stabilitāti, zemas jutības pret ārējiem faktoriem un ģeometrijas novirzēm dēļ cilindriskās spirālveida antenas var plaši izmantot sakaru un drošības sistēmās tālsatiksmes sakariem.