Domov › internet › Špirálové antény pre UWB komunikáciu. Domáca špirálová anténa pre pozemnú digitálnu televíziu. Typy špirálových antén

Špirálové antény pre UWB komunikáciu. Domáca špirálová anténa pre pozemnú digitálnu televíziu. Typy špirálových antén

Špirálová anténa patrí do triedy antén s postupnou vlnou. Jeho hlavný prevádzkový rozsah je decimeter a centimeter. Patrí do triedy povrchových antén. Jeho hlavným prvkom je špirála spojená s koaxiálnym vedením. Špirála vytvára vyžarovací diagram vo forme dvoch lalokov emitovaných pozdĺž svojej osi v rôznych smeroch.

Skrutkovité antény sa dodávajú vo valcových, plochých a kužeľových typoch. Ak je požadovaná šírka prevádzkového rozsahu 50% alebo menej, potom sa v anténe používa valcová špirála. Kužeľová špirála zväčšuje prijímací rozsah dvojnásobne v porovnaní s valcovou. A ploché už dávajú dvadsaťnásobnú výhodu. Najpopulárnejšia pre príjem vo frekvenčnom rozsahu VHF je valcová rádiová anténa s kruhovou polarizáciou a vysokým ziskom výstupného signálu.

Anténne zariadenie

Hlavnou časťou antény je vinutý vodič. Tu sa spravidla používa medený, mosadzný alebo oceľový drôt. K nemu je pripojený podávač. Je určený na prenos signálu zo špirály do siete (prijímač) a v opačnom poradí (vysielač). Podávače sú otvoreného a uzavretého typu. Podávače otvoreného typu sú netienené vlnovody. A uzavretý typ má špeciálny štít proti rušeniu, vďaka ktorému je elektromagnetické pole chránené pred vonkajšími vplyvmi. V závislosti od frekvencie signálu sa určí nasledujúca konštrukcia podávača:

Do 3 MHz: tienené a netienené káblové siete;

3 MHz až 3 GHz: koaxiálne vodiče;

Od 3 GHz do 300 GHz: kovové a dielektrické vlnovody;

Nad 300 GHz: kvázioptické linky.

Ďalším prvkom antény bol reflektor. Jeho účelom je zamerať signál na špirálu. Je vyrobený prevažne z hliníka. Základom antény je rám s nízkou dielektrickou konštantou, napríklad pena alebo plast.

Výpočet rozmerov hlavnej antény

Výpočet špirálovej antény začína určením hlavných rozmerov špirály. Oni sú:

Počet závitov n;

Uhol skrutkovice a;

Priemer špirály D;

Rozstup špirály S;

Priemer reflektora 2D.

Prvá vec, ktorú je potrebné pochopiť pri navrhovaní špirálovej antény, je, že ide o vlnový rezonátor (zosilňovač). Jeho vlastnosťou bola vysoká vstupná impedancia.

Typ vĺn v ňom vybudených závisí od geometrických rozmerov zosilňovacieho obvodu. Priľahlé závity špirály majú veľmi silný vplyv na charakter žiarenia. Optimálne pomery:

D=λ/π, kde λ je vlnová dĺžka, π=3,14

Pretože λ je hodnota, ktorá sa mení a závisí od frekvencie, potom výpočty berú priemerné hodnoty tohto ukazovateľa vypočítané pomocou vzorcov:

Amin= c/fmax; λ max = c/f min, kde c = 3 x 108 m/s. (rýchlosť svetla) a f max, f min - parameter maximálnej a minimálnej frekvencie signálu.

λ av=1/2 (λ min + λ max)

n = L/S, kde L je celková dĺžka antény určená podľa vzorca:

L= (61˚/Ω) 2 λ avg, kde Ω je koeficient smerovosti antény v závislosti od polarizácie (prevzaté z referenčných kníh).

Klasifikácia podľa prevádzkového rozsahu

Podľa hlavného frekvenčného rozsahu sú vysielacie a prijímacie zariadenia:

1. Úzkopásmové. Šírka lúča a vstupná impedancia sú vysoko závislé od frekvencie. To naznačuje, že anténa môže fungovať bez preladenia iba v úzkom spektre vlnových dĺžok, približne 10 % relatívneho frekvenčného pásma.

2. Široký rozsah. Takéto antény môžu pracovať v širokom frekvenčnom spektre. Ale ich hlavné parametre (smerové zosilnenie, vyžarovací diagram atď.) stále závisia od zmien vlnovej dĺžky, ale nie v takej miere ako pri úzkopásmových.

3. Frekvenčne nezávislý. Predpokladá sa, že hlavné parametre sa pri zmene frekvencie nemenia. Takéto antény majú aktívnu oblasť. Má schopnosť pohybovať sa pozdĺž antény bez zmeny jej geometrických rozmerov v závislosti od zmien vlnovej dĺžky.

Najbežnejšie sú špirálové antény druhého a tretieho typu. Prvý typ sa používa, keď je potrebná zvýšená „čistota“ signálu pri určitej frekvencii.

Vytvorenie vlastnej antény

Priemysel ponúka veľký výber antén. Rôzne ceny sa môžu pohybovať od niekoľkých stoviek do niekoľkých tisíc rubľov. K dispozícii sú antény pre televíziu, satelitný príjem a telefón. Ale môžete si vyrobiť špirálovú anténu vlastnými rukami. Nie je to také ťažké. Obzvlášť populárne sú špirálové antény pre Wi-Fi.

Sú obzvlášť dôležité, keď je potrebné posilniť signál zo smerovača vo veľkom dome. K tomu budete potrebovať medený drôt s prierezom 2-3 mm 2 a dĺžkou 120 cm Je potrebné urobiť 6 závitov s priemerom 45 mm. Na tento účel môžete použiť trubicu vhodnej veľkosti. Dobre funguje rukoväť lopaty (má približne rovnaký priemer). Navinieme drôt a získame špirálu so šiestimi otáčkami. Zostávajúci koniec ohneme tak, aby rovnomerne prechádzal osou špirály a „opakujeme“. Skrutkovú časť natiahneme tak, aby vzdialenosť medzi závitmi bola v rozmedzí 28-30 mm. Potom pristúpime k výrobe reflektora.

Hodí sa na to kus hliníka s rozmermi 15 × 15 cm a hrúbkou 1,5 mm. Z tohto polotovaru vytvoríme kruh s priemerom 120 mm, pričom odrežeme nepotrebné okraje. V strede kruhu vyvŕtajte 2 mm otvor. Vložíme do nej koniec špirály a oba diely k sebe prispájkujeme. Anténa je pripravená. Teraz musíte odstrániť vyžarovací drôt z modulu antény smerovača. A koniec drôtu prispájkujte na koniec antény vychádzajúcej z reflektora.

Vlastnosti 433 MHz antény

V prvom rade treba povedať, že rádiové vlny s frekvenciou 433 MHz sú pri šírení dobre pohlcované zemou a rôznymi prekážkami. Na jeho prenos sa používajú vysielače s nízkym výkonom. Túto frekvenciu spravidla využívajú rôzne zabezpečovacie zariadenia. Špeciálne sa používa v Rusku, aby nedochádzalo k rušeniu vo vzduchu. 433 MHz špirálová anténa vyžaduje vyšší pomer výstupného signálu.

Ďalšou vlastnosťou pri použití takéhoto zariadenia transceiveru je, že vlny tohto rozsahu majú schopnosť pridať fázy priamych a odrazených vĺn od povrchu. To môže signál buď posilniť, alebo oslabiť. Z vyššie uvedeného môžeme konštatovať, že výber „najlepšej“ techniky závisí od prispôsobenie polohu antény.

Domáca anténa na 433 MHz

Je ľahké vyrobiť špirálovú anténu 433 MHz vlastnými rukami. Je veľmi kompaktný. Na to budete potrebovať malý kúsok medeného, mosadzného alebo oceľového drôtu. Môžete tiež použiť len drôt. Priemer drôtu by mal byť 1 mm. 17 závitov navinieme na tŕň s priemerom 5 mm. Skrutkovú líniu natiahneme tak, aby jej dĺžka bola 30 mm. S týmito rozmermi testujeme anténu na príjem signálu. Zmenou vzdialenosti medzi závitmi, naťahovaním a stláčaním špirály dosiahneme najlepšia kvalita signál. Musíte však vedieť, že takáto anténa je veľmi citlivá na rôzne predmety, ktoré sa k nej priblížia.

Anténa na príjem UHF

Na príjem televízneho signálu sú potrebné špirálové antény UHF. Dizajnovo sa skladajú z dvoch častí: reflektora a špirály.

Pre špirálu je lepšie použiť meď - má menší odpor a tým aj menšiu stratu signálu. Vzorce na jeho výpočet:

Celková dĺžka špirály je L=30000/f, kde f je frekvencia signálu (MHz);

Rozstup špirály S= 0,24 L;

Priemer cievky D=0,31/L;

Priemer špirálového drôtu d ≈ 0,01L;

Priemer reflektora 0,8 nS, kde n je počet závitov;

Vzdialenosť od obrazovky H = 0,2 l.

zisk:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

Miska reflektora je vyrobená z hliníka.

Iné typy zariadení transceiveru

Menej časté sú kónické a ploché špirálové antény. Je to spôsobené náročnosťou ich výroby, hoci majú lepšie vlastnosti z hľadiska prenosu signálu a dosahu príjmu. Žiarenie takýchto vysielačov netvoria všetky závity, ale len tie, ktorých dĺžka je blízka vlnovej dĺžke.

V plochej anténe je špirála vyrobená vo forme dvojvodičového vedenia stočeného do špirály. V tomto prípade sú susedné závity excitované vo fáze v režime postupnej vlny. To vedie k vytvoreniu kruhovo polarizovaného poľa žiarenia smerom k osi antény, čo umožňuje vytvorenie širokého frekvenčného pásma. Existujú ploché antény s takzvanou Archimedovou špirálou. Táto komplexná forma umožňuje výrazne zvýšiť rozsah prenosovej frekvencie od 0,8 do 21 GHz.

Porovnanie špirálových a úzkych lúčových antén

Hlavný rozdiel medzi špirálovou anténou a smerovou anténou je v tom, že má menšiu veľkosť. Vďaka tomu je ľahší, čo umožňuje inštaláciu s menšou fyzickou námahou. Jeho nevýhodou je užší rozsah prijímacích a vysielacích frekvencií. Má tiež užší vyžarovací diagram, čo si pre uspokojivý príjem vyžaduje „hľadanie“ najlepšej polohy v priestore. Jeho nespornou výhodou je jednoduchosť dizajnu. Veľkým plusom je možnosť doladiť anténu zmenou rozstupu cievky a celkovej dĺžky špirály.

Krátka anténa

Pre lepšiu rezonanciu v anténe je potrebné, aby „predĺžená“ dĺžka špirálovej časti bola čo najbližšie k hodnote vlnovej dĺžky. Nemala by však byť menšia ako ¼ vlnovej dĺžky (λ). λ teda môže dosiahnuť až 11 m, čo je relevantné pre HF rozsah. V tomto prípade bude anténa príliš dlhá, čo je neprijateľné. Jedným zo spôsobov, ako zväčšiť dĺžku vodiča, je inštalácia predlžovacej cievky na základňu prijímača. Ďalšou možnosťou je napájanie ladičky do obvodu. Jeho úlohou je zosúladiť výstupný signál rádiového vysielača s anténou na všetkých pracovných frekvenciách. Zjednodušene povedané, tuner funguje ako zosilňovač pre prichádzajúci signál z prijímača. Táto schéma sa používa v automobilové antény, kde je veľmi dôležitá veľkosť prvku prijímajúceho rádiové vlny.

Záver

Špirálové antény si získali veľkú obľubu v mnohých oblastiach elektronickej komunikácie. Vďaka nim je to možné bunkový. Používajú sa aj v televízii a dokonca aj v rádiokomunikáciách v hlbokom vesmíre. Jedným zo sľubných pokrokov na zmenšenie veľkosti antény je použitie kužeľového reflektora, ktorý umožňuje zväčšiť prijímaciu vlnovú dĺžku v porovnaní s bežným reflektorom. Existuje však aj nevýhoda vyjadrená v redukcii prevádzkového frekvenčného spektra. Zaujímavým príkladom je aj „obojsmerný“ kužeľ špirálová anténa, umožňujúci prevádzku v širokom rozsahu frekvencií vďaka vytvoreniu izotropnej smerovej membrány. Stáva sa to preto, že elektrické vedenie vo forme dvojvodičového kábla poskytuje hladkú zmenu vlnovej impedancie.

3.1. V procese vývoja rádiového inžinierstva sú stále viac potrebné anténne napájacie zariadenia, navrhnuté tak, aby fungovali vo veľmi širokom frekvenčnom rozsahu a navyše bez akéhokoľvek nastavovania. Frekvenčná nezávislosť takýchto anténno-napájacích zariadení je založená na princípe elektrodynamickej podobnosti.

Tento princíp spočíva v tom, že hlavné parametre antény (vzor a vstupná impedancia) zostávajú nezmenené, ak je zmena vlnovej dĺžky sprevádzaná priamo úmernou zmenou lineárnych rozmerov aktívnej oblasti antény. Predmetom tento stav anténa môže byť frekvenčne nezávislá v neobmedzenom vlnovom rozsahu. Rozmery vyžarujúcej štruktúry sú však konečné a rozsah prevádzkových vlnových dĺžok akejkoľvek antény je tiež obmedzený.

Z tejto skupiny antén budeme uvažovať ploché aritmetické a rovnouholníkové špirály a logaritmicky periodické antény.

Obr.4.

3.2. Aritmetická špirála je vyrobená vo forme plochých kovových pásikov alebo štrbín v kovovej obrazovke (obr. 4). Rovnica tejto špirály v polárnych súradniciach

kde je vektor polomeru meraný od pólu O; a je koeficient charakterizujúci prírastok vektora polomeru pre každú jednotku prírastku polárneho uhla; b je počiatočná hodnota vektora polomeru.

Špirála môže byť obojsmerná, štvorcestná atď. Ak je špirála obojsmerná, potom pre pásku (štrbinu) /, znázornenú prerušovanými čiarami, sa uhol počíta od nuly a pre pásku //, znázornené plnými čiarami, od 180°, t.j. špirála je tvorená úplne identickými pásikmi, navzájom pootočenými o 180°.

Počiatočné body pásky / zodpovedajú polomerovým vektorom, ktoré označujeme a. Preto šírka pásky. Po opísaní jednej otáčky páska zaujme polohu D, v ktorej je vektor polomeru väčší ako počiatočný. Na tomto segmente ВD sú umiestnené dve pásky a dve medzery, a ak je ich šírka rovnaká, potom určujeme koeficient.

3.3. Špirálové napájanie môže byť protifázové, ako na obr. 4 alebo vo fáze. V prvom prípade majú prúdy cez svorky A, B, spájajúce pásky s podávačom, opačné fázy. Dráha prúdu v páske / je väčšia ako v páske // o pol otáčky. Napríklad v sekcii CD páska // spadne po opísaní pol otáčky a páska / - jedno otočenie do časti EF - jeden a pol a dve otáčky, atď. Pretože dĺžka otáčky sa zväčšujú, keď sa špirála rozvíja, zväčšuje sa divergencia fázy prúdov v páskach. Po určení priemerného priemeru závitu nájdeme fázový posun zodpovedajúci dĺžke polovičného závitu:

Ak k tomu pridáme počiatočný posun rovný

Kvôli druhému termínu je uhol odlišný od a za takýchto podmienok elektromagnetické vlny vyžaruje, aj keď je medzera medzi páskami malá v porovnaní s vlnovou dĺžkou.

Intenzívne sa vyžaruje iba tá časť špirály, v ktorej sú prúdy susedných prvkov oboch pásikov vo fáze:

Dosadením zistíme, že priemerný priemer prvého „rezonančného“ prstenca a obvod tohto prstenca. Stredný priemer a obvod druhého ( k=2), tretí ( k=3) atď. „rezonančné“ kruhy sú tri, päť, ... krát väčšie. Keďže vyžarovanie rádiových vĺn špirálou spôsobuje veľký útlm prúdu od jeho začiatku až po koniec, potom len prvý rezonančný krúžok intenzívne vyžaruje a zvyšok, vonkajšia časť špirály, je akoby „odrezaná“ (fenomén prerušenia vyžarujúcich prúdov).

3.4. Aktívna časť špirály je najzaujímavejšia z iného dôvodu. Útlm prúdu spôsobeného žiarením je taký veľký, že prakticky nedochádza k odrazu od konca špirály, t.j. prúd v špirále sa rozdeľuje podľa zákona postupujúcich vĺn. Okrem toho sa obvod prvého rezonančného prstenca rovná vlnovej dĺžke. Za takýchto podmienok, ako je uvedené v odseku 1, dochádza k axiálnemu žiareniu s rotačnou polarizáciou, čo je v tomto prípade nanajvýš žiaduce.

Priemer špirály musí byť dostatočne veľký na to, aby sa pri maximálnej vlne rozsahu zachoval prvý „rezonančný“ krúžok () a pri klesajúcej vlnovej dĺžke sa tento krúžok musí zmenšovať, až kým ho nie je možné úplne umiestniť okolo pohonnej jednotky. Potom v rámci pomer priemerného obvodu prvého „rezonančného“ prstenca k vlnovej dĺžke zostáva konštantný a tým je splnená hlavná podmienka pre zachovanie smerových vlastností antény v širokom vlnovom rozsahu Je pravda, že smer aritmetickej špirály je malý (60 ... 80 °), pretože v podstate len tá časť špirály, ktorá má priemerný obvod, sa podieľa na vyžarovaní vĺn.

Druhá podmienka na získanie dosahovej antény - stálosť vstupnej impedancie - je tu dosiahnutá tým, že špirála pracuje v režime postupnej prúdovej vlny. Tento odpor je aktívny (100-200 ohmov). Pri napájaní z koaxiálneho podávača (Ohm) sa prispôsobenie vykonáva pomocou stupňovitého alebo hladkého transformátora.

3.5. Špirála vyžaruje na obe strany svojej osi. Aby bola anténa jednosmerná, na hrubú dielektrickú dosku je umiestnená pásová špirála, ktorej druhá strana je pokovovaná. Ak je špirála štrbinová, potom je vyrezaná na stene kovovej krabice; potom opačná stena krabice hrá úlohu reflexnej obrazovky a samotná krabica je rezonátor. Aby sa zmenšila jeho hĺbka, je krabica naplnená dielektrikom.

Jedna z typických špirál má priemer 76 mm, je vyrobená na epoxidovej dielektrickej doske, je vybavená rezonátorom hlbokým 26 mm, pracuje vo vlnovom rozsahu 7,5 ... 15 cm so šírkou vyžarovacieho vzoru 2" = 60 ... 80° a smerový koeficient elipticity maxima hlavného laloka je menší ako 3 dB, t.j. prakticky polarizáciu možno považovať za kruhovú. Ploché špirálové antény sú vhodné na výrobu v tlačenej forme na tenkých dielektrických plechoch s nízkymi stratami pri vysokých frekvenciách.

Predpokladá sa, že špirálová anténa sa vyznačuje kruhovou polarizáciou, ale tento názor je chybný. V skutočnosti je štruktúra závitov taká, že sú prijímané aj vlny s lineárnou polarizáciou. To je výhodné, keď je možné pracovať na akejkoľvek vlnovej štruktúre. A špirálové antény sa používajú ako zrkadlový zdroj na satelite. Pre rádioamatérov je nevýhodou, že lineárne polarizovaná vlna je tlmená o tri decibely, ako je známe, žiadna iná sa v rozhlasovom a televíznom vysielaní nepoužíva. V krajine je špirálový posuv vhodný len na chytanie NTV+ zo satelitu, tam sa metóda nepoužíva. Nebudeme rozoberať množstvo špeciálnych aplikácií týchto antén. Dotazy k téme však možno nájsť na internete. Nevieme odpovedať, komu by prospela špirálová anténa skrútená z drôtu a namontovaná na kuse rúry, dokonca ani v zbierke prác rádioamatérov táto trieda produktov úplne chýba.

Ako zostaviť špirálovú anténu

Špirálová anténa pripomína infračervený ohrievač špecifického dizajnu. V ZSSR vojenské továrne vyrábali domáce spotrebiče. Z toho vyplýva podobnosť medzi parabolickými taniermi a ohrievačmi. Pre montáž budete potrebovať poznať priemer a rozstup vinutia drôtu, počet závitov. Materiály, ktoré budete potrebovať:

Oceľový plech na clonu ľubovoľnej hrúbky, aby sa neohýbal od vetra a iných nárazov.
Kúsok drôtu, aby bolo dosť na navíjanie závitov s rezervou.
Napájací kábel: pre televíziu 75 Ohm, pre rádio 50 Ohm.
Plastové potrubie požadovaného priemeru.

Špirálové antény patria do triedy postupných vĺn, odpor zariadení je vysoký, takže po správnom vypočítaní zariadenia je možné ich pripojiť bez koordinácie. Najprv sa označí potrubie s okrajom, aby sa dalo zapichnúť do sita a prilepiť. Stúpanie vinutia je vyznačené pozdĺž osi (najlepšie na oboch stranách). V budúcnosti sa riziká používajú na vyrovnanie. Ustúpte o pár centimetrov dopredu a začnite pracovať s fixkou. Upozorňujeme, že s opačná strana cievka sa posunie presne o pol kroku.

Špirála sa navíja na potrubie bez zohľadnenia stúpania s požadovaným počtom závitov. V budúcnosti, počnúc od prvej značky, musíte natiahnuť drôt správnym spôsobom. Aby sa zabránilo ďalšiemu posunu, správna poloha by mala byť upevnená kvapkami lepidla. Asi tri alebo štyri na jedno otočenie. Medzitým urobme obrazovku.

Vyberte štvorec so stranou približne päťnásobkom priemeru navíjacej rúrky. Nezáleží na tom, aká je hrúbka ocele, dodržujte pevnostné charakteristiky. Pri montáži je clona kolmá na potrubie.

Pre elektrickú montáž by mal byť vyvŕtaný otvor v oblasti konca špirály (základ potrubia) a drôt by mal byť vedený dovnútra. Za zástenou v bočnici urobíme dodatočný otvor, ktorým prevlečieme opletený prívodný kábel. Elektricky je centrálne jadro spojené so špirálou, clona podávača je spojená s clonou antény. Vytvára sa štruktúra na príjem a prenos vĺn. Rúrka s oceľovou clonou je v rohu spojená lepidlom a tmelom, aby sa zabezpečila prísna kolmosť dielov. Kľúčové body:

Špirála a clona sú vyrobené z vodivého materiálu, napríklad medi.
Dielektrické potrubie.

Výpočet špirálovej antény

Špirálové antény sú dobré pri zachytávaní akéhokoľvek typu vĺn používaných v pozemnom vysielaní. Na zachytenie rádia by však os mala smerovať nahor, zatiaľ čo obrazovka bude umiestnená horizontálne. Zariadenie má výrazné smerové vlastnosti; neočakávajte, že bude schopné pokryť niekoľko veží z jedného bodu. Nie je to také ľahké. Vyžarovací diagram závisí od rozmerov špirálovej antény a silne:

Ak je dĺžka cievky oveľa menšia ako vlnová dĺžka, prevláda laterálne žiarenie cez os antény. Navyše polarizácia nie je kruhová.
V ideálnom prípade dĺžka cievky spadá do rozsahu 0,75 - 1,3 vlnových dĺžok. V tomto prípade pozorujeme hlavný lalok vyžarovacieho diagramu pri pohľade dopredu. Samozrejme, potrebujete obrazovku.
Ak je dĺžka špirály väčšia ako 1,5 vlnovej dĺžky, vytvoria sa dva laloky smerujúce k prednej polrovine. Presnejšie povedané, výsledkom je niečo, čo pripomína kužeľovú plochu.

Čitatelia si nepriamo (podľa druhého bodu) už vytvorili predstavu o rozsahu. Pásmo rozšírime dvakrát, pričom použijeme nie valcovú, ale kužeľovú špirálu (kónická špirálová anténa). Odporúčame online kalkulačku na http://aerial.dxham.ru/onlajn-raschety/raschety-antenn/raschet-spiralnoj-antenny. Tu sa navrhuje nastaviť frekvenciu, rozstup špirálového vinutia a dĺžku vysielača:

Šírka hlavného laloku vyžarovacieho diagramu závisí od dĺžky špirálového vinutia. Zmeňte počet otáčok a sledujte parameter (nachádza sa v spodnej časti stránky kalkulačky). Priemer špirálového vinutia sa takmer nezmení. Neexistuje na to vysvetlenie, tvorcovia kalkulačky to vedia lepšie. Samozrejme bude potrebné viac medi, čo sa odráža v zodpovedajúcich parametroch.
Dodajme, že s narastajúcou dĺžkou rastie aj zisk. Toto je typický efekt: okvetný lístok sa zužuje - zisk sa zvyšuje. Oblasť vyžarovacieho vzoru je konštantná. Ako povedal Lomonosov, ak niečo príde na jedno miesto, určite to musí odísť na iné. Všimnite si, že s pribúdajúcimi otáčkami sa šírka pásma mierne znižuje.
Zosilnenie závisí od rozstupu vinutia: čím vyššie číslo, tým nižší zisk, tým užší je vyžarovací diagram. Podľa nášho názoru je to chyba autorov, pretože sa ukazuje, že je výhodnejšie navíjať tesne. Okrem toho bude potrebné menej drôtu. Uvádzajú sa iba výhody, v praxi to vyzerá pochybne.

Medzi užitočné vlastnosti tejto online kalkulačky by som rád poznamenal výpočet minimálnej veľkosti obrazovky. Pokiaľ ide o krok, pozrite si referenčné knihy a my to urobíme. Mimochodom, zaujímavosťou je, že predvolená frekvencia WiFi na stránke je 2,45 GHz. Tu sa dnes často používajú špirálové antény.

Nájdené: zisk závisí len od počtu závitov. Odporúča sa zvoliť rozstup vinutia 0,22 - 0,24 vlnových dĺžok. Na webe nastavujeme túto hodnotu v širokých medziach. Pozývame čitateľov, aby si zvolili ihrisko zmenou počtu otáčok. Stáva sa, že niektoré kalkulačky obsahujú chyby, presné informácie má iba webový programátor.

Mimochodom, nový zdroj informácií uvádza, že obrazovka je umiestnená za špirálou vo vzdialenosti 0,12 vlnovej dĺžky. Dodáva sa, že ak je priemer obrazovky zvolený na 0,8 vlnovej dĺžky alebo viac, strana štvorca je ešte väčšia: 1,1 λ. Situácia nie je taká zrejmá, ale predstavte si, že kruh musí zapadnúť dovnútra - všetko zapadne na svoje miesto.

Čo sa týka prispôsobenia, odpor špirálovej antény je vysoko závislý od hrúbky drôtu a so zvyšujúcim sa odporom klesá. Je možné dosiahnuť hodnoty rovnajúce sa 75 a dokonca 50 ohmom. V tomto prípade nie je potrebné schválenie, čo zjednodušuje obsluhu. Toto funguje pri vysokých frekvenciách. Napríklad charakteristická impedancia sa bude rovnať 75 Ohmom s hrúbkou drôtu 5 % vlnovej dĺžky. Na získanie 50 ohmov by ste mali použiť hrúbku drôtu 7% vlnovej dĺžky. Vidíte, že je to skutočné pri frekvenciách WiFi, čo znamená, že parametre vypočítame týmto spôsobom, pričom sa vyhneme koordinácii.

Upozorňujeme, že kalkulačka neumožňuje nastaviť hrúbku drôtu a pri existujúcej je charakteristická impedancia 140 Ohmov. Ide zrejme o trik obchodu, podľa našich informácií by mal byť kábel 50 Ohm pri frekvenciách WiFi. Je však ľahké skontrolovať, či je splnená závislosť od hrúbky drôtu. Uveďme tabuľku a porovnajme výsledky.

Tabuľka výpočtov

Takže frekvencia je 2450 MHz, vlnovú dĺžku nájdeme pomocou jednoduchého vzorca:

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

Nájdite požadovaný priemer drôtu pre odpor 140 ohmov:

0,1223 x 0,02 = 2,45 mm, skontrolujte, či sa zhoduje s online kalkulačkou! Pozeráme a vidíme: 2.4. Ak vezmeme do úvahy, že bez zaokrúhľovania sa ukázalo, že je to 2,447 mm, potom budeme predpokladať, že tieto dva zdroje sa navzájom opakujú, čo znamená, že pokynom na výber rozstupu vinutia (pozri vyššie) možno dôverovať. V tomto bode predpokladáme, že domáca špirálová anténa je pripravená, a nájdeme aj hrúbku drôtu, pri ktorej sa odpor rovná 50 Ohmom: ukáže sa, že je 8,5 mm. Navyše pri tejto vysokej frekvencii je ťažké zabezpečiť požadované podmienky. Preto sa počítačovým vedcom často dáva za cieľ vytvoriť špirálovú anténu samostatne.

Čo sa týka nezrovnalostí v kalkulačke, overte si, čo čítate na internete technická informácia opakovane. Veríme, že sme odpovedali na otázku, čo je špirálová anténa a ako vyrobiť špirálovú anténu. Výhodou konštrukcie je jednoduchosť výroby, ak treba záplaty vypočítať, zladiť a nie je pravda, že to vyjde, existuje dobré zariadenie, ktoré vyhovuje daným podmienkam a odfiltruje veľa rušení. Na oboch stranách sú identické antény (príjem aj vysielanie), aby mohli pracovať s kruhovou polarizáciou, inak sa výsledok stane záhadne nepredvídateľným. Vlastnoručne zostavená špirálová anténa je realitou.

Tento typ antény je vhodný pre príjem pozemnej televízie na veľké vzdialenosti digitálny signál. Jednoduchosť produktu je podmanivá, sú tu len dve hlavné časti: reflektor vyrobený z lopaty na sneh a špirála vyrobená z cievky napájacieho drôtu. Ani jeden spájkovaný spoj, všetko je priskrutkované a skrútené. Neexistujú žiadne zložité zodpovedajúce prvky. Zosilnenie konštrukcie však dosahuje viac ako 10 dB, čo umožňuje použitie v niektorých prípadoch bez zosilňovača. Práve s touto anténou bez zosilňovača som mimo mesta prijímal signál digitálnej televízie.

Pripomínam, že akákoľvek decimetrová anténa je vhodná na digitálny kanál vysielania, rozdiel bude len v dosahu príjmu. Ale nie každá anténa poskytne maximálny zisk a prispôsobenie presne na požadovanú frekvenciu. Bez ohľadu na to, aká zložitá je anténa, má poklesy a vrcholy zisku v celom rozsahu prijímaných frekvencií.

Boli to špirálové antény, ktoré monitorovali let prvého kozmonauta Jurija Gagarina. Keď prvé sovietske lunárne vozidlá, orientujúce špirály, brázdili povrch Mesiaca, sníval som o výrobe rovnakej vesmírnej antény.

Fotografia 2.

Nie je nič horšie ako nedokončená záležitosť. Ako základ vyberám najjednoduchšie zo všetkých typov špirálových antén. Je jednochodový, špirálový, valcový (niekedy kužeľový), pravidelný, to znamená s konštantným stúpaním vinutia alebo s rovnakou vzdialenosťou medzi závitmi. Už názov antény teda hovorí o jej dizajne. Presne takýto dizajn ako prvý navrhol Kraus J.D.

"Anténa so špirálovým lúčom". – „Elektronika“, 1947. V 20, N 4. R. 109.

Odporúčam najlepšiu referenčnú knihu pre rádioamatérov "Antény", vydanie 11, zväzok 2. Autor Karl Rothhammel. Kniha obsahuje množstvo praktického materiálu pre takmer všetky typy antén. Charakteristika, parametre, praktické výpočty, odporúčania.

Z tejto publikácie uvádzam charakteristiku špirálovej antény.

Ryža. 1.

Musíte zistiť, aká je frekvencia digitálneho vysielania vo vašom regióne a previesť hodnotu tejto frekvencie na metre. Vlnová dĺžka v metroch = 300/F (frekvencia v MHz).

Pre moskovské vysielacie frekvencie dvoch digitálnych balíkov som zvolil priemernú frekvenciu 522 MHz, čo zodpovedá vlnovej dĺžke lambda 57 cm.V tomto prípade je priemer závitu D = 17,7 cm, vzdialenosť závitov je 13,7 cm, vzdialenosť od obrazovky k otočeniu je 7,4 cm a šírka obrazovky by mala byť 35 cm.

Ako clonu (reflektor) som potreboval nesprávnu lopatu na sneh z krásnej lesklej nerezovej ocele, neustále sa prehýbajúcu pod ťarchou snehu. Prax ukazuje, že reflektor nemusí byť guľatý a nemá zmysel robiť stranu štvorca viac ako dva priemery závitu špirály.Špirálu som vyrobil zo sieťového napájacieho drôtu s priemerom cca 2 mm, pomocou jedného z jeho jadier bez odstránenia izolácie z neho, pretože je priehľadný pre rádiové vlny a medený drôt neoxiduje vplyvom vonkajšieho prostredia. V praxi sa ukázalo, že hrúbka drôtu je takmer 5-krát menšia ako teoretická, a preto sa rozsah antény ukázal byť úzky. V pásme UHF bude anténa dobre prijímať len niekoľko analógových televíznych staníc, avšak dva digitálne balíky umiestnené v blízkosti frekvencie dobre zapadnú do jej zosilňovacieho pásma. Potrebovať budete aj 75 Ohmový koaxiálny kábel s konektorom. Neodporúčam sa nechať príliš unášať dĺžkou kábla, najmä ak anténa nemá zosilňovač, pretože v každom jej metri sa stratí 0,5 až 1 dB zisku a dlhý kábel bude vyžadovať zodpovedajúce zariadenie. V mojom návrhu som použil 3 metre kábla.

Ryža. 2.

Stačí namotať špirálu, pripojiť kábel k špirálovému vodiču a celé to pripevniť na čepeľ lopaty. Nemal som však dielektrický valec požadovaného priemeru na upevnenie špirálového drôtu, a preto som ako rám použil lamely a list suchej preglejky, na ktorý som preniesol rozmery antény z náčrtu. Bolo by chladnejšie, keby sa namiesto lamiel a preglejky použili rúčky lopaty, ale zostavil som iba rozloženie a bolo pre mňa pohodlné robiť všetko na preglejke. Keď sa škrupina začala obalovať drôtom, domáci výrobok vyzeral ako telo lietadla. Zvonku to vyzeralo menej neškodne, keby som začal ohýbať zákruty medená rúrka ako som predtým chcel. Ako som už povedal, je vhodné skryť takúto anténu pod hrebeňom domu so strechou z mäkkej strešnej krytiny, andulínu alebo bridlice, priehľadnej pre rádiové vlny.

Foto 3. Testovanie rozloženia antény.

Na testovanie antény som použil podkrovnú miestnosť, kde som pomocou rebríka zdvihol domáci výrobok bližšie k stropu. Na tomto mieste kedysi fungovalo aj testovacie miesto. Vladimirská oblasť, 90 km východne od Ostankina. Teraz tu funguje špirálová anténa bez zosilňovača. Televízne centrum „vidí“ cez: šindel, pergamen, 10 cm čadičovej vlny, obkladové dosky, OSB preglejku, podkladový koberec, mäkkú strešnú šupinu a kopu klincov rôznych dĺžok. pod hrebeňom domu alebo ho rozobrať, lebo je to len dispozične.

Foto 5. Veľkosť a výška predchádzajúcich
Konštrukcia antény je takmer totožná.

Pre zlepšenie parametrov antény by nebolo na škodu použiť prispôsobovacie zariadenie – transformátor, ktorý zabezpečuje prechod z odporu antény 180 Ohmov na koaxiálny kábel s odporom 75 Ohmov. Ide o dosku z tenkej medi vo forme trojuholníka, ktorá sa rozširuje smerom k obrazovke. Miesto montáže platne a jej rozmery som vybral experimentálne pomocou dvoch plastových štipcov. Doma to možno ľahko vykonať pomocou televízora spustením antény na nižšiu úroveň, pri ktorej bude obraz „zasnežený“. Je potrebné pohybovať sa, otáčať tanierom a podľa ucha, znížením hladiny šumu v audio kanáli pri príjme analógového signálu, frekvenčne blízko digitálneho obalu, určiť jeho polohu. Potom ho prispájkujte.

Napriek absurdnosti svojho tvaru má táto anténa výhodu. Nemá zosilňovač, ktorý často padá po údere blesku. V praxi zosilňovače dvakrát zlyhali počas búrky na vonkajších anténach umiestnených 30 metrov od nadzemného elektrického stĺpu, ktorý zasiahol blesk. Pre anténu umiestnenú pod strechou domu, šesť metrov od výbojového stĺpa, neboli zaznamenané žiadne prípady zlyhania zosilňovača.

Napájanie samotného zosilňovača môže zlyhať, pretože je zvyčajne vždy pod napätím a má obmedzené zdroje.

Ďalšou výhodou je, že dosah tejto antény so zosilňovačom bude väčší, sami si overte, o koľko ešte.

Doplnenie. Zmena konštrukcie antény.

Tento rok (2015) som sa rozhodol vylepšiť podomácky vyrobený dizajn špirálovej antény, a to pomocou kovovo-plastovej trubice (metal-plast) s priemerom 16 mm namiesto drôtu. Predtým zmontované antény už prešli podobnou operáciou a výrazne sa zlepšili. Zlepšením prešla aj špirálová anténa, no nenechajte sa pomýliť, nárast úrovne signálu bol len 10 percent a kvalita signálu zostala na rovnakej 100 percentnej úrovni.

Foto 7. Stará anténa.

Foto 8. Zmeny dizajnu.

Už dlho som chcel vyrobiť anténu pomocou trubice ako materiálu. Podobnosť s mesačným svitom zastavila vysoká cena. Ale materiál sa našiel a už bol otestovaný jednoduché antény. Táto ľahko ohýbateľná rúrka z vysokokvalitného hliníka, pokrytá zo všetkých strán plastom, sa predáva na všetkých stavebných trhoch na kladenie vodovodných potrubí.

Foto 10. Nový dizajn.

Foto 9. Banka - tŕň.

Ekonomický

výpočet antény.

Tento zložitý výpočet som musel urobiť, keď som išiel do obchodu „Všetko pre dom“ na samom okraji moskovského regiónu a videl som kovový plast za cenu 45 rubľov. Vlnová dĺžka, vysielacie frekvencie, dĺžka kruhu, počet závitov, zisk antény….

Pri pokladni som vychrlil 4 metre, zhŕňajúc ekonomickú časť projektu. Náklady na anténu by nemali prekročiť minimálne náklady na spotrebnú daň na fľašu vodky.

Výpočet antény.

Čisto z ekonomických dôvodov sa ukázalo, že je to 6,5 otáčky, o polovicu otáčky menej ako predchádzajúci domáci drôt. Vzal som tiež vzdialenosť medzi zákrutami rovnajúcu sa štvrtine vlnovej dĺžky. Podobným spôsobom som vypočítal dĺžku jednej zákruty, ale z praktických dôvodov už so skúsenosťami s jednoduchým slučkové antény, opravil závislosť kovového plastu od frekvencie, zmenšil dĺžku cievky o 1,5 cm.Vypočítal som aj priemer tŕňa, pričom upravenú dĺžku cievky som vydelil 3,14. Pri zohľadnení hrúbky rúrky bol priemer tŕňa o 8 mm menší.

Úprava.

Pozostával z merania SWR (pomer stojatých vĺn). Spočiatku som meral starý domáci. Zvláštne je, že zariadenie tvrdilo vynikajúcu zhodu so záťažou 50 Ohm (SWR = 1,5). S upravenou anténou sa však všetko zhodovalo aj pri napájaní z okraja plátna. Ale konštruktívne, neskôr som použil kábel v strede a SWR klesla na 2. Jednoduchý domáci merač SWR v kombinácii s podomácky vyrobeným generátorom naladeným na frekvencie digitálneho vysielania sa ukázal ako veľmi užitočný. S jeho pomocou som mohol nielen určiť SWR antény, ale aj skontrolovať jej výkon, keď každé otočenie reagovalo na priblíženie pokrievky hrnca kývaním ručičky mikroampérmetra.

Výsledky.

Konštrukčná zmena pridala 10-percentný nárast zisku, a to aj napriek tomu, že anténa mala o polovicu otáčky menej. Vo všeobecnosti prijíma programy v rozsahu UHF, pracujúce v analógovom režime, nie horšie ako anténa s „vlnovým kanálom“ (Uda-Yagi), ktorá obsahuje 12 riaditeľov a zosilňovač s uvedeným ziskom najmenej 26 dB. Obe antény sú umiestnené v rovnakých podmienkach na rovnakej úrovni od zeme. Jediný rozdiel je v tom, že prevádzka zakúpenej antény pri príjme bezdrôtového digitálneho signálu závisí od počasia a dennej doby, pričom simuluje zhoršenie prechodu rádiových vĺn s charakteristickým kvákavým zvukom a zamrznutím televízie. obrázky, alebo dokonca úplná absencia obrázkov. Príjem rádia s domácou anténou je vždy konštantný.

Celkovo som bol ale s týmto dizajnom nespokojný, pretože som od neho čakal niečo viac, len podľa jeho rozmerov a vynaložených peňazí. Porovnanie tejto špirálovej antény s predchádzajúcim dizajnom , pozostávajúce len z dvoch fázovaných prstencov rovnakého priemeru, vyrobených z rovnakého materiálu, som pri ich porovnaní z hľadiska úrovní príjmu nenašiel výrazný zisk.

Dva fázované prstence a šesť stočených do špirály dáva teoretický zisk 6 dB a 10 dB. Dva kruhy pod holým nebom a 6,5 kruhu pod strechou, na rovnakej úrovni od zeme a s prakticky rovnakou úrovňou zisku v percentách. Možno strecha absorbovala rozdiel 4 dB, alebo možno je naozaj ťažké si tento rozdiel všimnúť? Zároveň nevystavujte túto cievku na ulicu, čím otvoríte tému pre zbytočné rozhovory.

Stratil som srdce? Nie! Amatérske rádio je zdrojom potešenia. Vezmite si rádioamatérstvo, je to zaujímavé. Možno budú vaše výsledky lepšie.

S najväčšou pravdepodobnosťou sa vrátim k tejto špirálovej anténe, pretože nezaspala, keď anténa „vlnového kanála“ prestala prijímať vzduch.

Pri frekvenciách nad 300 MHz a vyšších sa široko používajú valcové špirálové antény s postupnou vlnou. Jedna z verzií špirálovej antény je znázornená na obr. Ide o špirálu s priemerom D a stúpanie vinutia S a kovový reflektor vyrobený vo forme disku alebo štvorca s veľkosťou ≈ 2D.

V závislosti od geometrických parametrov (elektrická dĺžka obvodu cievky s a dĺžka stúpania elektrickej špirály S) špirálová anténa, dokáže vybudiť Rôzne druhy vlny (móda). Fázový vzťah medzi susednými závitmi špirály má najväčší vplyv na charakter žiarenia antény.

Nás zaujíma vlna T1 (obr. 2), ktorá sa vyznačuje 360-stupňovým rozdielom vo fáze prúdov na susedných závitoch.

Vlna T1 sa vytvorí, keď je elektrická dĺžka obvodu cievky blízka vlnovej dĺžke λ , pričom špirálová anténa pracuje v režime axiálneho žiarenia (maximum žiarenia sa zhoduje s osou špirály).

Optimálne rozmery špirálovej antény:

Priemer cievky D = λ/π
Rozstup špirály S = 0,25 A
Uhol špirály a = 12°

Vstupná impedancia antény v závislosti od 12°≤a≤15°, 0,75λ<с<1,33 λ a počet otáčok n>3 rovná sa:

RA ≈140 s/λ(ohm)

Šírka hlavného laloku vyžarovacieho diagramu pri polovičnej úrovni výkonu:

0,5 = 52· λ/s· √nS/λ (stupne)

Obrázok 3 ukazuje výsledok výpočtu vyžarovacieho diagramu špirálovej antény vo vertikálnej a horizontálnej rovine pomocou programu MMANA.

Obr.3 Vyžarovací diagram špirálovej antény.

Cylindrické špirálové antény pracujúce v režime vlny T1 sú kruhovo polarizované. Pri príjme signálu anténou s lineárnou polarizáciou (vertikálnou alebo horizontálnou) bude signál zoslabený o 3 dB (dvakrát). Aby ste tomu zabránili, môžete použiť systém dvoch špirálových antén s opačným smerom vinutia špirály a napájaných vo fáze, umiestnených vo vzdialenosti 0,5 λ alebo 1,5 λ (obr. 4).

Vstupná impedancia takéhoto anténneho systému bude rovná 67,6 ohmov, čo je v dobrej zhode s charakteristickou impedanciou koaxiálneho kábla (SWR 1,1 a 1,35 pre káble 75 a 50 ohmov). Charakteristická impedancia jednovodičového vedenia (obr. 5) úseku ab musí zodpovedať vstupnej impedancii špirálovej antény (≈140 ohmov). K tomu je potrebné zachovať pomer e/d rovná ≈2,75.

Na prispôsobenie jednej antény alebo anténneho systému pozostávajúceho z troch alebo viacerých antén môžete v tomto prípade použiť exponenciálny prispôsobovací transformátor, navrhnutý vo forme pásového vedenia (obr. 6). Pre exponenciálnu čiaru sa vlnová impedancia mení pozdĺž jej dĺžky podľa zákona:

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

Z 01- charakteristická impedancia vedenia na vstupe

Z0(x)- charakteristická impedancia vedenia v úseku umiestnenom na diaľku X od jeho začiatku

b- parameter zobrazujúci rýchlosť zmeny impedancie vedenia

V závislosti od SWR a známeho pomeru Z02 /Z01 vlnových impedancií na konci a na začiatku vedenia sa jeho minimálna dĺžka vypočíta podľa vzorca:

, Kde ;

Obrázok 7 zobrazuje exponenciálny prispôsobovací transformátor navrhnutý na prispôsobenie odporov 140 ohmov a 50 ohmov pri frekvencii 2450 MHz s SWR 1,2. Vzdialenosť e rovná 7 mm, dielektrikum - vzduch (ε=1), hrúbka materiálu d 1 mm.

Vďaka vysokému zisku a stabilite elektrických parametrov, kvôli nízkej citlivosti na vonkajšie faktory a odchýlky v geometrii, môžu byť valcové špirálové antény široko používané v komunikačných a bezpečnostných systémoch pre komunikáciu na veľké vzdialenosti.