hjem › Internett › Spiralantenner for UWB-kommunikasjon. Hjemmelaget spiralantenne for bakkenett digital-TV. Typer helix-antenner

Spiralantenner for UWB-kommunikasjon. Hjemmelaget spiralantenne for bakkenett digital-TV. Typer helix-antenner

Spiralantennen tilhører klassen av reisebølgeantenner. Dens viktigste driftsområde er desimeter og centimeter. Den tilhører klassen av overflateantenner. Hovedelementet er en spiral koblet til en koaksial linje. Spiralen skaper et strålingsmønster i form av to lober som sendes ut langs dens akse i forskjellige retninger.

Spiralformede antenner kommer i sylindriske, flate og koniske typer. Hvis den nødvendige bredden på driftsområdet er 50% eller mindre, brukes en sylindrisk helix i antennen. Den koniske spiralen øker mottaksområdet med to ganger sammenlignet med den sylindriske. Og flate gir allerede en tjue ganger fordel. Den mest populære for mottak i VHF-frekvensområdet er en sylindrisk radioantenne med sirkulær polarisering og høy forsterkning av utgangssignalet.

Antenneenhet

Hoveddelen av antennen er en spiralleder. Her brukes som regel kobber, messing eller ståltråd. En mater er koblet til den. Den er designet for å overføre et signal fra spiralen til nettverket (mottakeren) og i omvendt rekkefølge (senderen). Matere er av åpen og lukket type. Matere av åpen type er uskjermede bølgeledere. Og den lukkede typen har et spesielt skjold mot interferens, som gjør det elektromagnetiske feltet beskyttet mot ytre påvirkninger. Avhengig av signalfrekvensen bestemmes følgende materdesign:

Opptil 3 MHz: skjermede og uskjermede kablede nettverk;

3 MHz til 3 GHz: koaksiale ledninger;

Fra 3 GHz til 300 GHz: metall og dielektriske bølgeledere;

Over 300 GHz: kvasi-optiske linjer.

Et annet element i antennen var reflektoren. Hensikten er å fokusere signalet på spiralen. Den er hovedsakelig laget av aluminium. Basen for antennen er en ramme med lav dielektrisk konstant, for eksempel skum eller plast.

Beregning av hovedantennedimensjonene

Beregningen av en spiralformet antenne begynner med å bestemme hoveddimensjonene til helixen. De er:

Antall svinger n;

Helixvinkel a;

Spiraldiameter D;

Spiralstigning S;

Reflektordiameter 2D.

Det første man må forstå når man designer en spiralformet antenne er at det er en bølgeresonator (forsterker). Funksjonen var den høye inngangsimpedansen.

Typen bølger som eksiteres i den avhenger av de geometriske dimensjonene til forsterkerkretsen. Tilstøtende svinger av spiralen har en veldig sterk innflytelse på strålingens natur. Optimale forhold:

D=λ/π, hvor λ er bølgelengden, π=3,14

Fordi λ er en verdi som varierer og avhenger av frekvens, deretter tar beregningene gjennomsnittsverdiene til denne indikatoren, beregnet ved hjelp av formlene:

λ min= c/f maks; λ max= c/f min, hvor c=3×10 8 m/sek. (lyshastighet) og f maks, f min - parameter for maksimum og minimum signalfrekvens.

λ av=1/2(λ min+ λ maks)

n= L/S, der L er den totale lengden på antennen, bestemt av formelen:

L= (61˚/Ω) 2 λ avg, hvor Ω ern, avhengig av polarisasjonen (hentet fra oppslagsverk).

Klassifisering etter driftsområde

I henhold til hovedfrekvensområdet er sende- og mottaksenheter:

1. Smalbånd. Strålebredde og inngangsimpedans er svært avhengig av frekvens. Dette antyder at antennen kan fungere uten ominnstilling bare i et smalt bølgelengdespektrum, omtrent 10 % av det relative frekvensbåndet.

2. Bredt spekter. Slike antenner kan operere over et bredt frekvensspektrum. Men hovedparametrene deres (retningsforsterkning, strålingsmønster, etc.) avhenger fortsatt av endringer i bølgelengde, men ikke så mye som smalbåndede.

3. Frekvensuavhengig. Det antas at her ikke hovedparametrene endres når frekvensen endres. Slike antenner har et aktivt område. Den har evnen til å bevege seg langs antennen uten å endre dens geometriske dimensjoner, avhengig av endringer i bølgelengden.

De vanligste er spiralantenner av den andre og tredje typen. Den første typen brukes når det kreves økt "klarhet" av signalet ved en viss frekvens.

Lag din egen antenne

Bransjen tilbyr et stort utvalg av antenner. Variasjonen av priser kan variere fra flere hundre til flere tusen rubler. Det er antenner for TV, satellittmottak og telefoni. Men du kan lage en spiralantenne med egne hender. Det er ikke så vanskelig. Spesielt populære spiralantenner for Wi-Fi.

De er spesielt relevante når det er nødvendig å styrke signalet fra en ruter i et stort hus. For å gjøre dette trenger du kobbertråd med et tverrsnitt på 2-3 mm 2 og en lengde på 120 cm. Det er nødvendig å gjøre 6 svinger med en diameter på 45 mm. For å gjøre dette kan du bruke et rør av passende størrelse. Et spadehåndtak fungerer bra (det har omtrent samme diameter). Vi vikler ledningen og får en spiral med seks svinger. Vi bøyer den gjenværende enden slik at den passerer jevnt gjennom spiralens akse, og "gjentar" den. Vi strekker skruedelen slik at avstanden mellom svingene er innenfor 28-30 mm. Deretter fortsetter vi med å lage reflektoren.

Et stykke aluminium som måler 15 × 15 cm og 1,5 mm tykt er egnet for dette. Fra dette emnet lager vi en sirkel med en diameter på 120 mm, og kutter av unødvendige kanter. Bor et 2 mm hull i midten av sirkelen. Vi setter enden av spiralen inn i den og lodder begge delene til hverandre. Antennen er klar. Nå må du fjerne strålingsledningen fra ruterens antennemodul. Og lodd enden av ledningen til enden av antennen som kommer ut av reflektoren.

Egenskaper til 433 MHz-antennen

Først av alt må det sies at radiobølger med en frekvens på 433 MHz, når de forplanter seg, absorberes godt av bakken og ulike hindringer. Laveffektsendere brukes til å videresende den. Som regel brukes denne frekvensen av forskjellige sikkerhetsenheter. Det brukes spesielt i Russland for ikke å skape forstyrrelser i luften. 433 MHz helix-antennen krever et høyere utgangssignalforhold.

En annen funksjon ved bruk av slikt transceiverutstyr er at bølger i dette området har muligheten til å legge til fasene til de direkte og reflekterte bølgene fra overflaten. Dette kan enten styrke signalet eller svekke det. Fra ovenstående kan vi konkludere med at valget av den "beste" teknikken avhenger av tilpasning antenneposisjon.

Hjemmelaget antenne på 433 MHz

Det er enkelt å lage en 433 MHz helixantenne med egne hender. Den er veldig kompakt. For å gjøre dette trenger du et lite stykke kobber, messing eller ståltråd. Du kan også bare bruke ledning. Tråddiameteren skal være 1 mm. Vi vikler 17 svinger på en dor med en diameter på 5 mm. Vi strekker skruelinjen slik at lengden er 30 mm. Med disse dimensjonene tester vi antennen for signalmottak. Ved å endre avstanden mellom svingene, ved å strekke og komprimere spiralen oppnår vi beste kvalitet signal. Men du må vite at en slik antenne er veldig følsom for forskjellige gjenstander som bringes nær den.

UHF mottaksantenne

UHF spiralantenner er nødvendige for å motta et TV-signal. Ved design består de av to deler: en reflektor og en spiral.

Det er bedre å bruke kobber til spiralen - den har mindre motstand og derfor mindre signaltap. Formler for beregningen:

Den totale lengden på spiralen er L=30000/f, hvor f er signalfrekvensen (MHz);

Spiralstigning S= 0,24 L;

Spolediameter D=0,31/L;

Spiraltråddiameter d ≈ 0,01L;

Reflektordiameter 0,8 nS, hvor n er antall omdreininger;

Avstand til skjerm H= 0,2 L.

Gevinst:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

Reflekskoppen er laget av aluminium.

Andre typer sender/mottakerutstyr

Koniske og flate spiralantenner er mindre vanlige. Dette er på grunn av vanskeligheten med å produsere, selv om de har bedre egenskaper når det gjelder signaloverføring og mottaksområde. Strålingen til slike sendere dannes ikke av alle svinger, men bare av de hvis lengde er nær bølgelengden.

I en flat antenne er helixen laget i form av en to-trådslinje rullet inn i en spiral. I dette tilfellet eksiteres tilstøtende svinger i fase i bevegelsesbølgemodus. Dette resulterer i at et sirkulært polarisert strålingsfelt skapes mot antenneaksen, noe som tillater dannelsen av et bredt frekvensbånd. Det er flate antenner med den såkalte Archimedes-spiralen. Denne komplekse formen gjør det mulig å øke overføringsfrekvensområdet betydelig fra 0,8 til 21 GHz.

Sammenligning av spiral- og smalstråleantenner

Hovedforskjellen mellom en spiralformet antenne og en retningsantenne er at den er mindre i størrelse. Dette gjør den lettere, noe som tillater installasjon med mindre fysisk anstrengelse. Ulempen er det smalere området for mottak og overføringsfrekvenser. Den har også et smalere strålingsmønster, noe som krever "søking" etter den beste posisjonen i rommet for tilfredsstillende mottak. Dens utvilsomme fordel er dens enkle design. Et stort pluss er muligheten til å stille inn antennen ved å endre stigningen på spolen og den totale lengden på spiralen.

Kort antenne

For bedre resonans i antennen er det nødvendig at den "forlengede" lengden på spiraldelen er så nær bølgelengdeverdien som mulig. Men den bør ikke være mindre enn ¼ bølgelengde (λ). Dermed kan λ nå opp til 11 m. Dette er relevant for HF-rekkevidden. I dette tilfellet vil antennen være for lang, noe som er uakseptabelt. En måte å øke lengden på lederen på er å installere en forlengelsesspole ved bunnen av mottakeren. Et annet alternativ er å mate tuneren inn i kretsen. Dens oppgave er å matche utgangssignalet til radiosenderen med antennen ved alle driftsfrekvenser. Enkelt sagt fungerer tuneren som en forsterker for det innkommende signalet fra mottakeren. Denne ordningen brukes i bilantenner, hvor størrelsen på elementet som mottar radiobølgen er svært viktig.

Konklusjon

Spiralantenner har fått stor popularitet på mange områder innen elektronisk kommunikasjon. Takket være dem er det mulig mobilnettet. De brukes også i TV og til og med i radiokommunikasjon i dype rom. En av de lovende utviklingene for å redusere størrelsen på antennen er bruken av en kjeglereflektor, som gjør det mulig å øke mottaksbølgelengden sammenlignet med en konvensjonell reflektor. Imidlertid er det også en ulempe uttrykt i reduksjonen av driftsfrekvensspekteret. Et interessant eksempel er også den "toveis" koniske helix antenne, som tillater drift i et bredt spekter av frekvenser på grunn av dannelsen av en isotrop retningsdiafragma. Dette skjer fordi kraftledningen i form av en to-leder kabel gir en jevn endring i bølgeimpedans.

3.1. I prosessen med utviklingen av radioteknikk, kreves det i økende grad antennematerenheter, designet for å fungere i et veldig bredt frekvensområde og dessuten uten noen justering. Frekvensuavhengigheten til slike antennematerenheter er basert på prinsippet om elektrodynamisk likhet.

Dette prinsippet er at hovedparametrene til antennen (mønster og inngangsimpedans) forblir uendret hvis en endring i bølgelengde er ledsaget av en direkte proporsjonal endring i de lineære dimensjonene til det aktive området av antennen. Med forbehold om denne tilstanden antennen kan være frekvensuavhengig i et ubegrenset bølgeområde. Imidlertid er dimensjonene til den utstrålende strukturen endelige, og driftsbølgelengdeområdet til enhver antenne er også begrenset.

Fra denne gruppen av antenner vil vi vurdere flate aritmetiske og likekantede spiraler og logaritmisk periodiske antenner.

Fig.4.

3.2. Den aritmetiske spiralen er laget i form av flate metallstrimler eller slisser i en metallskjerm (fig. 4). Ligningen til denne spiralen i polare koordinater

hvor er radiusvektoren målt fra polen O; a er en koeffisient som karakteriserer inkrementet av radiusvektoren for hver enhet av inkrement av den polare vinkelen; b er startverdien til radiusvektoren.

Spiralen kan være toveis, fireveis osv. Hvis spiralen er toveis, så for båndet (sporet) /, vist med stiplede linjer, telles vinkelen fra null, og for båndet //, vist med heltrukne linjer, fra 180°, det vil si at spiralen er dannet av helt identiske bånd, rotert 180° i forhold til hverandre.

Startpunktene til båndet / tilsvarer radiusvektorer, som vi betegner med og. Derfor, bredden på båndet. Etter å ha beskrevet en omdreining, inntar båndet posisjon D, hvor radiusvektoren er større enn den opprinnelige. På dette segmentet ВD er to bånd og to hull plassert, og hvis bredden deres er den samme, så, Herfra bestemmer vi koeffisienten.

3.3. Spiralstrømforsyningen kan være motfase, som i fig. 4, eller i fase. I det første tilfellet har strømmene gjennom terminalene A, B, som kobler båndene til materen, motsatte faser. Strømbanen i båndet / er større enn i båndet // med en halv omdreining. For eksempel, i CD-seksjonen, faller båndet //, etter å ha beskrevet en halv omdreining, og båndet / - en omdreining, inn i EF-seksjonen - henholdsvis en og en halv og to omdreininger osv. Siden lengden på svingen øker når spiralen utfolder seg, divergensen i fasen til strømmene i båndene øker. Etter å ha utpekt gjennomsnittsdiameteren til svingen, finner vi faseforskyvningen som tilsvarer lengden på halvsvingen:

Hvis vi legger til dette et innledende skifte lik

På grunn av den andre termen er vinkelen forskjellig fra, og under slike forhold elektromagnetiske bølger sendes ut selv om gapet mellom båndene er lite sammenlignet med bølgelengden.

Bare den delen av spiralen der strømmene til tilstøtende elementer i begge strimler er i fase, utstråles intenst:

Ved å erstatte, finner vi at den gjennomsnittlige diameteren til den første "resonante" ringen, og omkretsen til denne ringen. Gjennomsnittlig diameter og omkrets av den andre ( k=2), tredje ( k=3) osv. "resonante" ringer er henholdsvis tre, fem, ... ganger større. Siden utslipp av radiobølger fra en spiral forårsaker en stor dempning av strømmen fra begynnelsen til slutten, så bare den første resonansringen stråler intenst, og resten, den ytre delen av spiralen, er så å si "avskåret" (fenomenet med å kutte av utstrålende strømmer).

3.4. Den aktive delen av helixen er av størst interesse av en annen grunn. Dempningen av strømmen forårsaket av stråling er så stor at det praktisk talt ikke er noen refleksjon fra enden av spiralen, det vil si at strømmen i spiralen er fordelt i henhold til loven om bevegelige bølger. I tillegg er omkretsen til den første resonansringen lik bølgelengden. Under slike forhold, som vist i avsnitt 1, oppstår aksial stråling med roterende polarisering, noe som i dette tilfellet er mest ønskelig.

Diameteren på spiralen må være stor nok til at den første "resonans" ringen () ved den maksimale bølgen i området bevares, og når bølgelengden avtar, må denne ringen krympe til () til den fortsatt kan plasseres helt rundt. kraftenheten. Så innenfor forholdet mellom den gjennomsnittlige omkretsen til den første "resonante" ringen og bølgelengden forblir konstant, og dermed er hovedbetingelsen for å opprettholde retningsegenskapene til antennen i et bredt bølgeområde tilfredsstilt Riktignok er retningen til den aritmetiske spiralen liten (60 ... 80°), siden i hovedsak bare den delen av spiralen som har en gjennomsnittlig omkrets er involvert i strålingen av bølger.

Den andre betingelsen for å oppnå en rekkeviddeantenne - konstansen til inngangsimpedansen - oppnås her ved at spiralen opererer i modusen til en strømbølge. Denne motstanden er aktiv (100-200 ohm). Når den drives fra en koaksial mater (Ohm), utføres matching ved hjelp av en trinn- eller jevn transformator.

3.5. Spiralen stråler på begge sider av sin akse. For å gjøre antennen ensrettet, plasseres en båndspiral på en tykk dielektrisk plate, hvor den andre siden er metallisert. Hvis spiralen er slisset, kuttes den ut på veggen av en metallboks; da spiller den motsatte veggen av boksen rollen som en reflekterende skjerm, og selve boksen er en resonator. For å redusere dybden er boksen fylt med dielektrikum.

En av de typiske spiralene har en diameter på 76 mm, er laget på en epoksy dielektrisk plate, er utstyrt med en resonator 26 mm dyp, opererer i bølgeområdet 7,5 ... 15 cm med en strålingsmønsterbredde på 2" = 60 ... 80° og en elliptisk retningskoeffisient for maksimum av hovedloben er mindre enn 3 dB, dvs. praktisk talt kan polarisasjonen betraktes som sirkulær. Flate spiralantenner er praktiske å produsere i trykt form på tynne dielektriske plater med lave tap ved høye frekvenser.

Det antas at en spiralantenne er preget av sirkulær polarisering, men denne oppfatningen er feil. Faktisk er strukturen til svingene slik at bølger med lineær polarisering også mottas. Dette er praktisk når det er mulig å jobbe med hvilken som helst bølgestruktur. Og spiralantenner brukes som speilmating på satellitten. For radioamatører er ulempen at en lineært polarisert bølge dempes med tre desibel; som kjent brukes ingen andre i radio- og TV-kringkasting. I landet er en spiralmating kun egnet for å fange NTV+ fra en satellitt, metoden brukes ikke der. Vi vil ikke diskutere en rekke spesielle bruksområder for disse antennene. Spørsmål om emnet kan imidlertid finnes på Internett. Vi kan ikke svare på hvem som vil ha nytte av en spiralantenne vridd av ledning og montert på et rørstykke; selv i samlingen av verk av radioamatører er denne klassen av produkter helt fraværende.

Hvordan sette sammen en helix-antenne

Spiralantennen ligner en infrarød varmeovn med en bestemt design. I USSR produserte militærfabrikker husholdningsapparater. Derav likheten mellom parabolske retter og varmeovner. For montering må du vite diameteren og stigningen til trådviklingen, antall omdreininger. Materialer du trenger:

En stålplate for skjermen, av vilkårlig tykkelse, slik at den ikke bøyer seg for vind og andre kollisjoner.
Et stykke ledning slik at det er nok til å vikle svingene med en reserve.
Strømkabel: for TV 75 Ohm, for radio 50 Ohm.
Plastrør med ønsket diameter.

Spiralantenner tilhører reisebølgeklassen; motstanden til enhetene er høy, slik at de, etter å ha beregnet enheten riktig, kan kobles til uten koordinering. Først merkes røret, med marg slik at det kan stikkes inn i skjermen og limes. Viklestigningen er markert langs aksen (fortrinnsvis på begge sider). I fremtiden brukes risiko for utjevning. Gå tilbake et par centimeter foran og begynn å jobbe med en markør. Vær oppmerksom på at med motsatt side spolen beveger seg nøyaktig et halvt trinn.

Spiralen vikles på røret uten å ta hensyn til stigningen, med nødvendig antall omdreininger. I fremtiden, fra det første merket, må du strekke ledningen på riktig måte. For å forhindre ytterligere forskyvning, bør riktig posisjon festes med dråper lim. Omtrent tre eller fire per tur. I mellomtiden, la oss lage skjermen.

Velg en firkant med en side omtrent fem ganger diameteren til viklingsrøret. Det spiller ingen rolle hva tykkelsen på stålet er, opprettholde styrkeegenskapene. Når den er montert, er skjermen vinkelrett på røret.

For elektrisk montering bør det bores et hull i enden av spiralen (bunnen av røret) og ledningen skal føres inn. Bak skjermen i sideveggen lager vi et ekstra hull som vi passerer den flettede tilførselskabelen gjennom. Elektrisk er den sentrale kjernen koblet til spiralen, mateskjermen er koblet til antenneskjermen. En struktur er dannet for å motta og sende bølger. Røret med stålskjermen er forbundet med limforseglingsmiddel i hjørnet for å sikre streng vinkelrett på delene. Viktige punkter:

Spiralen og skjermen er laget av ledende materiale, for eksempel kobber.
Dielektrisk rør.

Beregning av en helix-antenne

Heliske antenner er gode til å fange opp alle typer bølger som brukes i terrestrisk kringkasting. Men for å fange opp radioen, bør aksen rettes oppover, mens skjermen plasseres horisontalt. Enheten har uttalte retningsegenskaper; ikke forvent å kunne dekke et antall tårn fra ett punkt. Ikke så lett. Strålingsmønsteret avhenger av dimensjonene til den spiralformede antennen og sterkt:

Hvis spolelengden er mye mindre enn bølgelengden, dominerer lateral stråling på tvers av antenneaksen. Dessuten er polarisasjonen ikke sirkulær.
Ideelt sett faller spolelengden innenfor området 0,75 - 1,3 bølgelengder. I dette tilfellet observerer vi hovedloben til strålingsmønsteret som ser fremover. Selvfølgelig trenger du en skjerm.
Hvis lengden på spiralen er større enn 1,5 bølgelengder, dannes to lober, rettet mot det fremre halvplanet. Mer presist er resultatet noe som ligner en konisk overflate.

Indirekte (ifølge det andre punktet) har leserne allerede dannet seg en ide om utvalget. Vi vil utvide båndet to ganger, ikke ved å bruke en sylindrisk, men en konisk helix (konisk helix-antenne). Vi anbefaler en online kalkulator på http://aerial.dxham.ru/onlajn-raschety/raschety-antenn/raschet-spiralnoj-antenny. Her foreslås det å stille inn frekvensen, spiralviklingen og emitterlengden:

Bredden på hovedloben til strålingsmønsteret avhenger av lengden på spiralviklingen. Varier antall svinger og observer parameteren (plassert nederst på kalkulatorsiden). Diameteren på spiralviklingen endres knapt merkbart. Det er ingen forklaring på dette; skaperne av kalkulatoren vet bedre. Selvfølgelig vil det være behov for mer kobber, noe som gjenspeiles i de tilsvarende parameterne.
La oss legge til at når lengden øker, øker også gevinsten. Dette er en typisk effekt: kronbladet smalner - forsterkningen øker. Arealet av strålingsmønsteret er en konstant verdi. Som Lomonosov sa, hvis noe kommer til ett sted, må det absolutt forlate et annet. Merk at når svingene øker, reduseres båndbredden litt.
Forsterkningen avhenger av viklingsstigningen: jo høyere tall, jo lavere forsterkning, jo smalere er strålingsmønsteret. Etter vår mening er dette en feil av forfatterne, fordi det viser seg at det er mer lønnsomt å vinde tett. I tillegg vil mindre ledning være nødvendig. Bare fordelene vises, i praksis ser dette tvilsomt ut.

Blant de nyttige egenskapene til denne nettkalkulatoren vil jeg merke meg beregningen av minimum skjermstørrelse. Når det gjelder trinnet, sjekk i oppslagsbøkene, og det er det vi skal gjøre. Forresten, et interessant faktum er at standard WiFi-frekvens på nettstedet er 2,45 GHz. Her brukes i dag ofte spiralantenner.

Funnet: gevinsten avhenger bare av antall omdreininger. Det anbefales å velge en viklingsstigning på 0,22 - 0,24 bølgelengder. På nettsiden setter vi denne verdien innenfor vide grenser. Vi inviterer leserne til å velge tonehøyde ved å variere antall svinger. Det hender at noen kalkulatorer inneholder feil; bare webprogrammereren har nøyaktig informasjon.

Den nye informasjonskilden sier forresten at skjermen er plassert bak spiralen i en avstand på 0,12 bølgelengder. Det legges til at hvis skjermdiameteren velges til å være 0,8 bølgelengder eller mer, er siden av kvadratet enda større: 1,1 λ. Situasjonen er ikke så åpenbar, men tenk at sirkelen må passe inn - alt faller på plass.

Når det gjelder matching, er motstanden til en spiralformet antenne svært avhengig av tykkelsen på ledningen og avtar med økende motstand. Det er mulig å oppnå tall lik 75 og til og med 50 ohm. I dette tilfellet er det ikke nødvendig med godkjenning, noe som forenkler driften. Dette fungerer ved høye frekvenser. For eksempel vil den karakteristiske impedansen bli lik 75 Ohm med en trådtykkelse på 5 % av bølgelengden. Får du 50 Ohm, bør du ta en trådtykkelse på 7% av bølgelengden. Du ser at dette er ekte ved WiFi-frekvenser, noe som betyr at vi vil beregne parametrene på denne måten, og unngå koordinering.

Vær oppmerksom på at kalkulatoren ikke lar deg stille inn tykkelsen på ledningen, og med den eksisterende er den karakteristiske impedansen 140 Ohm. Dette er sannsynligvis et triks; ifølge vår informasjon skal kabelen være 50 Ohm ved WiFi-frekvenser. Men det er enkelt å sjekke om avhengigheten av tykkelsen på ledningen er tilfredsstilt. La oss presentere en tabell og sammenligne resultatene.

Beregningstabell

Så frekvensen er 2450 MHz, vi finner bølgelengden ved å bruke en enkel formel:

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

Finn den nødvendige ledningsdiameteren for en motstand på 140 ohm:

0,1223 x 0,02 = 2,45 mm, la oss sjekke om dette stemmer med nettkalkulatoren! Vi ser og ser: 2.4. Vel, hvis vi tar i betraktning at uten avrunding viste det seg å være 2.447 mm, så vil vi anta at de to kildene gjentar hverandre, noe som betyr at instruksjonene for valg av viklingsstigning (se ovenfor) kan stoles på. På dette tidspunktet antar vi at den hjemmelagde spiralantennen er klar, og vi vil også finne tykkelsen på ledningen der motstanden blir lik 50 Ohm: den viser seg å være 8,5 mm. Dessuten er det ved denne høye frekvensen vanskelig å gi de nødvendige forholdene. Derfor er målet om å lage en spiralantenne på egen hånd ofte gitt til informatikere.

Angående inkonsekvenser i kalkulatoren, sjekk hva du leser på Internett teknisk informasjon gjentatte ganger. Vi mener at vi har svart på spørsmålet om hva en spiralantenne er og hvordan man lager en spiralantenne. Fordelen med designet er dens enkle produksjon, hvis patcher må beregnes, koordineres, og det er ikke et faktum at det vil ordne seg, er det en god enhet som tilfredsstiller de gitte betingelsene og filtrerer bort mye interferens. Det er identiske antenner på begge sider (mottak og overføring) for å kunne jobbe med sirkulær polarisering, ellers vil resultatet bli mystisk uforutsigbart. En selvmontert spiralantenne er en realitet.

Denne typen antenne egner seg godt for langdistansemottak av bakkenett-TV digitalt signal. Enkelheten til produktet er fengslende; det er bare to hoveddeler: en reflektor laget av en snøskuffe og en spiral laget av en spole av strømledning. Ikke en eneste loddet skjøt, alt er skrudd og vridd. Det er ingen komplekse samsvarende elementer. Forsterkningen av designet når imidlertid mer enn 10 dB, noe som gjør at den i noen tilfeller kan brukes uten forsterker. Det var med denne antennen uten forsterker jeg mottok et digitalt fjernsynssignal utenfor byen.

Jeg vil minne deg på at enhver desimeterantenne er egnet for digital kanal kringkasting, vil forskjellen kun være i mottaksområdet. Men ikke alle antenner vil gi maksimal forsterkning og matching nøyaktig på ønsket frekvens. Uansett hvor kompleks en antenne er, har den fall og forsterkningstopper gjennom hele spekteret av mottatte frekvenser.

Det var spiralantennene som overvåket flyturen til den første kosmonauten Yuri Gagarin. Da de første sovjetiske måne-roverne, som orienterte spiralene, pløyde Månens overflate, drømte jeg om å lage den samme romantennen.

Bilde 2.

Det er ingenting verre enn uferdige saker. Som grunnlag velger jeg den enkleste av alle typer spiralantenner. Det er enkeltstart, spiral, sylindrisk (noen ganger konisk), regelmessig, det vil si med en konstant svingete stigning eller samme avstand mellom svingene. Dermed snakker navnet på antennen allerede om designen. Dette er akkurat det designet som først ble foreslått av Kraus J.D.

"Spiralstråleantenne". – «Elektronikk», 1947. V 20, N 4. R. 109.

Jeg anbefaler den beste oppslagsboken for radioamatører "Antenner", utgave 11, bind 2. Forfatter Karl Rothhammel. Boken inneholder mye praktisk stoff for nesten alle typer antenner. Kjennetegn, parametere, praktiske beregninger, anbefalinger.

Fra denne publikasjonen presenterer jeg egenskapene til en spiralformet antenne.

Ris. 1.

Du må finne ut hvilken frekvens digital kringkasting er i din region og konvertere verdien av denne frekvensen til meter. Bølgelengde i meter = 300/F (frekvens i MHz).

For Moskva-kringkastingsfrekvensene til to digitale pakker valgte jeg gjennomsnittsfrekvensen på 522 MHz, som tilsvarer en lambda-bølgelengde på 57 cm. I dette tilfellet er diameteren på svingen D = 17,7 cm, avstanden mellom svingene er 13,7 cm, avstanden fra skjermen til svingen er 7,4 cm, og skjermbredden skal være 35 cm.

Som skjerm (reflektor) trengte jeg en feil snøskuffe laget av vakkert skinnende rustfritt stål, som hele tiden bøyes under vekten av snøen. Praksis viser at reflektoren ikke trenger å være rund, og det er ingen vits i å gjøre siden av en firkant mer enn to diametre av spiralen. Jeg laget spiralen av en nettverksstrømledning med en diameter på ca 2 mm, ved å bruke en av kjernene, uten å fjerne isolasjonen fra den, siden den er gjennomsiktig for radiobølger, og kobbertråd oksiderer ikke under påvirkning av det ytre miljøet. I praksis viste tykkelsen på ledningen seg å være nesten 5 ganger mindre enn den teoretiske, og det er grunnen til at rekkevidden til antennen viste seg å være smal. I UHF-området vil antennen bare motta godt noen få analoge TV-stasjoner, men to digitale pakker som ligger i nærheten i frekvens vil passe godt inn i forsterkerbåndet. Du trenger også en 75 Ohm koaksialkabel med en kontakt. Jeg anbefaler ikke å bli for revet med lengden på kabelen, spesielt hvis antennen ikke har en forsterker, siden i hver meter av den går 0,5 til 1 dB forsterkning tapt og en lang kabel vil kreve en matchende enhet. I mitt design brukte jeg 3 meter kabel.

Ris. 2.

Alt du trenger å gjøre er å vikle spiralen, koble kabelen til spirallederen og feste det hele til bladet på spaden. Men jeg hadde ikke en dielektrisk sylinder med den nødvendige diameteren for å fikse spiraltråden, og derfor brukte jeg lameller og et ark med tørr kryssfiner som ramme, og overførte dimensjonene til antennen fra skissen til den. Det ville vært kulere om spadehåndtak ble brukt i stedet for lameller og kryssfiner, men jeg satte bare sammen oppsettet, og det var praktisk for meg å gjøre alt på kryssfiner. Da skallet begynte å bli innhyllet i tråd, så det hjemmelagde produktet ut som kroppen til et fly. Fra utsiden så det mindre ufarlig ut om jeg begynte å bøye svingene fra kobberrør som jeg ønsket før. Som jeg allerede har sagt, er det praktisk å skjule en slik antenne under mønet på et hus med et tak laget av mykt tak, andulin eller skifer, gjennomsiktig for radiobølger.

Foto 3. Testing av antenneoppsettet.

For å teste antennen brukte jeg loftsrommet, hvor jeg brukte en stige for å løfte det hjemmelagde produktet nærmere taket. Test Place pleide å jobbe på dette stedet også. Vladimir-regionen, 90 km øst for Ostankino. Nå fungerer en spiralantenne her uten forsterker. Hun «ser» TV-senteret igjennom: takplate, glassin, 10 cm basaltull, kappeplater, OSB-kryssfiner, underlagsteppe, myke takskalaer og en haug med spiker i forskjellige lengder. Det gjenstår bare å feste det enda høyere, under mønet på huset eller demonter det, fordi det er bare layout.

Bilde 5. Størrelse og tonehøyde på de forrige
antennedesign er nesten identisk.

For å forbedre parametrene til antennen ville det ikke skade å bruke en matchende enhet - en transformator som gir en overgang fra en antennemotstand på 180 Ohm til en koaksialkabel med en motstand på 75 Ohm. Dette er en plate av tynn kobber i form av en trekant, som utvider seg mot skjermen. Jeg valgte monteringsstedet for platen og dens dimensjoner eksperimentelt ved å bruke to klesklyper av plast. Hjemme kan dette enkelt gjøres ved å bruke en TV ved å senke antennen til et lavere nivå, hvor bildet vil være "snøaktig". Det er nødvendig å flytte, snu platen, og ved å høre, ved å redusere støynivået i lydkanalen når du mottar et analogt signal, nær frekvensen til den digitale pakken, bestemme plasseringen. Så lodd den.

Til tross for den absurde formen har denne antennen en fordel. Den har ikke forsterker, som ofte krasjer etter lynnedslag. I praksis sviktet forsterkere to ganger under et tordenvær ved utendørsantenner plassert 30 meter fra en overliggende strømstolpe som ble truffet av lynet. For antennen som er plassert under husets tak, seks meter fra utløpsstolpen, er det ikke registrert noen tilfeller av forsterkerfeil.

Strømforsyningen til selve forsterkeren kan svikte, siden den vanligvis alltid er strømførende og har en begrenset ressurs.

En annen fordel er at rekkevidden til denne antennen med en forsterker blir større, sjekk selv hvor mye lenger.

Addisjon. Endring av antennedesign.

I år (2015) bestemte jeg meg for å forbedre den hjemmelagde utformingen av en spiralformet antenne, ved å bruke et metall-plastrør (metall-plast) med en diameter på 16 mm i stedet for en ledning. Tidligere sammensatte antenner har allerede gjennomgått en lignende operasjon og har blitt merkbart pigget opp. Spiralantennen har også gjennomgått en forbedring, men ta ikke feil, økningen i signalnivå var bare 10 prosent, og signalkvaliteten holdt seg på samme 100 prosent nivå.

Foto 7. Gammel antenne.

Bilde 8. Designendringer.

Jeg har lenge ønsket å lage en antenne med et rør som materiale. Likheten med et måneskinn ble stoppet av de høye kostnadene. Men materialet er funnet og er allerede testet enkle antenner. Dette lettbøyebare røret laget av høykvalitets aluminium, dekket på alle sider med plast, selges på alle byggemarkeder for legging av vannrør.

Foto 10. Nytt design.

Foto 9. Bank - dor.

Økonomisk

antenneberegning.

Jeg måtte gjøre denne komplekse beregningen da jeg gikk til butikken "Alt for hjemmet", helt i utkanten av Moskva-regionen, og så metallplast til en pris av 45 rubler. Bølgelengde, kringkastingsfrekvenser, sirkellengde, antall omdreininger, antenneforsterkning….

Jeg slengte ut 4 meter i kassen, og oppsummerte den økonomiske delen av prosjektet. Kostnaden for antennen bør ikke overstige minimumsavgiften for en flaske vodka.

Antenneberegning.

Rent av økonomiske årsaker ble det 6,5 omdreininger, en halv omdreining mindre enn den forrige hjemmelagde ledningen. Jeg tok også en avstand mellom svingene lik en fjerdedel av bølgelengden. På lignende måte regnet jeg ut lengden på en sving, men av praktiske årsaker har jeg allerede erfaring med å gjøre enkelt sløyfeantenner, korrigerte metallplastens avhengighet av frekvensen, reduserte lengden på spolen med 1,5 cm. Jeg beregnet også diameteren på doren, og delte den justerte lengden på spolen med 3,14. Med tanke på tykkelsen på røret var diameteren på doren 8 mm mindre.

Justering.

Den besto av å måle SWR (stående bølgeforhold). Til å begynne med målte jeg en gammel hjemmelaget. Merkelig nok hevdet enheten utmerket matching med en 50 Ohm belastning (SWR = 1,5). Med den modifiserte antennen falt alt også sammen, men når den ble drevet fra kanten av lerretet. Men konstruktivt, senere, brukte jeg kabelen i midten og SWR falt til 2. En enkel hjemmelaget SWR-måler, kombinert med en hjemmelaget generator innstilt på digitale kringkastingsfrekvenser, viste seg å være veldig nyttig. Med dens hjelp var jeg i stand til ikke bare å bestemme antennens SWR, men også sjekke ytelsen, da hver tur reagerte på tilnærmingen til et kasserollelokk ved å svinge mikroamperemeternålen.

Resultater.

Designendringen ga en økning på 10 prosent i forsterkningen, og dette til tross for at antennen hadde en halv omdreining mindre. Generelt mottar den programmer i UHF-området, som opererer i analog modus, ikke verre enn en "bølgekanal"-antenne (Uda-Yagi), som inkluderer 12 direktører og en forsterker med en oppgitt forsterkning på minst 26 dB. Begge antennene er plassert under samme forhold på samme nivå fra bakken. Den eneste forskjellen er at driften av en kjøpt antenne, når den mottar et over-the-air digitalt signal, avhenger av været og tidspunktet på dagen, og simulerer forringelsen av passasjen av radiobølger med en karakteristisk kvakklyd og frysing av TV bilder, eller til og med et fullstendig fravær av bilder. Radiomottak med hjemmelaget antenne er alltid konstant.

Men totalt sett var jeg misfornøyd med dette designet, fordi jeg forventet noe mer av det, utelukkende basert på dimensjonene og pengene brukt. Sammenligner denne spiralformede antennen med forrige design , bestående av bare to fasede ringer med identisk diameter, laget av samme materiale, fant jeg ikke en betydelig gevinst når jeg sammenlignet dem når det gjelder mottaksnivåer.

To fasede ringer og seks vridd til en spiral gir en teoretisk forsterkning på 6 dB og 10 dB. To ringer i friluft og 6,5 ringer under taket, på samme nivå fra bakken og med praktisk talt samme grad av gevinst i prosent. Kanskje taket absorberte forskjellen på 4 dB, eller kanskje det er veldig vanskelig å legge merke til denne forskjellen? Samtidig må du ikke utsette denne spolen for gaten, og dermed åpne emnet for unødvendige samtaler.

Har jeg mistet motet? Nei! Amatørradio er en kilde til glede. Ta opp amatørradio, det er interessant. Kanskje resultatene dine blir bedre.

Mest sannsynlig vil jeg gå tilbake til denne spiralantennen, fordi den ikke sovnet da "bølgekanal"-antennen sluttet å motta luft.

Ved frekvenser over 300 MHz og høyere er sylindriske spiralformede bølgeantenner mye brukt. En av versjonene av den spiralformede antennen er vist i fig. 1. Det er en spiral med en diameter D og svingete tonehøyde S, og en metallreflektor laget i form av en skive eller firkant med en størrelse på ≈ 2D.

Avhengig av de geometriske parameterne (elektrisk lengde på spolens omkrets Med og elektrisk helix-pitchlengde S) spiralantenne, kan den begeistre Forskjellige typer bølger (mote). Faseforholdet mellom tilstøtende svinger av spiralen har størst innvirkning på arten av antennestrålingen.

Vi er interessert i T1-bølgen (fig. 2), som er preget av en 360-graders forskjell i strømmenes fase på tilstøtende svinger.

Bølge T1 dannes når den elektriske lengden til spolens omkrets er nær bølgelengden λ , mens spiralantennen opererer i aksial strålingsmodus (maksimal stråling faller sammen med spiralens akse).

Optimale dimensjoner for en helix-antenne:

Spole diameter D=λ/π
Spiral stigning S=0,25λ
Spiralvinkel a=12°

Antenneinngangsimpedans, med forbehold om 12°≤α≤15°, 0,75λ<с<1,33 λ og antall svinger n>3 er lik:

RA ≈140 s/λ(ohm)

Bredde på hovedloben til strålingsmønsteret ved halvt effektnivå:

θ0,5 =52· λ/s· √nS/λ (grader)

Figur 3 viser resultatet av beregning av strålingsmønsteret til en spiralformet antenne i vertikale og horisontale plan ved bruk av MMANA-programmet.

Fig.3 Strålingsmønster for en spiralformet antenne.

Sylindriske spiralformede antenner som opererer i T1-bølgemodus er sirkulært polariserte. Ved mottak av et signal med en antenne med lineær polarisering (vertikalt eller horisontalt), vil signalet dempes med 3 dB (to ganger). For å unngå dette kan du bruke et system med to spiralformede antenner med motsatt retning av vikling av helixen og matet i fase, plassert i en avstand på 0,5 λ eller 1,5 λ (fig. 4).

Inngangsimpedansen til et slikt antennesystem vil være lik 67,6 ohm, noe som stemmer godt overens med den karakteristiske impedansen til en koaksialkabel (SWR 1,1 og 1,35 for henholdsvis 75 og 50 ohm kabler). Karakteristisk impedans for en entrådslinje (fig. 5) av seksjonen ab må samsvare med inngangsimpedansen til den spiralformede antennen (≈140 ohm). For å gjøre dette er det nødvendig å opprettholde forholdet e/d lik ≈2,75.

For å matche en enkelt antenne eller et antennesystem som består av tre eller flere antenner, kan du i dette tilfellet bruke en eksponentiell matchende transformator, utformet i form av en stripelinje (fig. 6). For en eksponentiell linje varierer bølgeimpedansen langs dens lengde i henhold til loven:

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

Z 01- karakteristisk impedans av linjen ved inngangen

Z0(x)- karakteristisk impedans av linjen i en seksjon plassert på avstand X fra begynnelsen

b- parameter som viser endringshastigheten for linjeimpedansen

Avhengig av SWR og det kjente forholdet Z02 /Z01 til bølgeimpedansene på slutten og begynnelsen av linjen, beregnes minimumslengden ved hjelp av formelen:

, Hvor ;

Figur 7 viser en eksponentiell tilpasningstransformator designet for å matche motstander på 140 ohm og 50 ohm ved en frekvens på 2450 MHz med en SWR på 1,2. Avstand e lik 7 mm, dielektrisk - luft (ε=1), materialtykkelse d 1 mm.

På grunn av den høye forsterkningen og stabiliteten til elektriske parametere, på grunn av lav følsomhet for eksterne faktorer og avvik i geometri, kan sylindriske spiralantenner brukes mye i kommunikasjons- og sikkerhetssystemer for langdistansekommunikasjon.