domov › Internet › Spiralne antene za UWB komunikacije. Domača spiralna antena za prizemno digitalno televizijo. Vrste vijačnih anten

Spiralne antene za UWB komunikacije. Domača spiralna antena za prizemno digitalno televizijo. Vrste vijačnih anten

Spiralna antena spada v razred anten s potujočimi valovi. Njegovo glavno območje delovanja je decimeter in centimeter. Spada v razred površinskih anten. Njegov glavni element je spirala, povezana s koaksialno linijo. Spirala ustvarja sevalni vzorec v obliki dveh rež, ki se oddajata vzdolž svoje osi v različnih smereh.

Spiralne antene so cilindrične, ravne in stožčaste. Če je zahtevana širina delovnega območja 50% ali manj, se v anteni uporablja cilindrična vijačnica. Stožčasta spirala poveča domet sprejema za dvakrat v primerjavi s cilindrično spiralo. In ploščati dajejo že dvajsetkratno prednost. Najbolj priljubljena za sprejem v VHF frekvenčnem območju je cilindrična radijska antena s krožno polarizacijo in visokim ojačanjem izhodnega signala.

Antenska naprava

Glavni del antene je navit vodnik. Tu se praviloma uporablja bakrena, medeninasta ali jeklena žica. Nanj je priključen podajalnik. Namenjen je prenosu signala iz spirale v omrežje (sprejemnik) in v obratnem vrstnem redu (oddajnik). Hranilniki so odprtega in zaprtega tipa. Napajalniki odprtega tipa so neoklopljeni valovod. In zaprti tip ima poseben ščit pred motnjami, zaradi česar je elektromagnetno polje zaščiteno pred zunanjimi vplivi. Glede na frekvenco signala se določi naslednja zasnova podajalnika:

Do 3 MHz: zaščitena in nezaščitena žična omrežja;

3 MHz do 3 GHz: koaksialne žice;

Od 3 GHz do 300 GHz: kovinski in dielektrični valovod;

Nad 300 GHz: kvazioptične linije.

Drugi element antene je bil reflektor. Njegov namen je usmeriti signal na spiralo. Izdelan je predvsem iz aluminija. Osnova za anteno je okvir z nizko dielektrično konstanto, na primer pena ali plastika.

Izračun glavnih dimenzij antene

Izračun vijačne antene se začne z določitvijo glavnih dimenzij vijačnice. To so:

Število zavojev n;

Kot vijačnice a;

premer spirale D;

Spiralni korak S;

Premer reflektorja 2D.

Prva stvar, ki jo je treba razumeti pri načrtovanju spiralne antene, je, da gre za valovni resonator (ojačevalnik). Njegova značilnost je bila visoka vhodna impedanca.

Vrsta vzbujenih valov je odvisna od geometrijskih dimenzij ojačevalnega vezja. Sosednji zavoji spirale zelo močno vplivajo na naravo sevanja. Optimalna razmerja:

D=λ/π, kjer je λ valovna dolžina, π=3,14

Ker λ je vrednost, ki se spreminja in je odvisna od frekvence, nato pa izračuni vzamejo povprečne vrednosti tega indikatorja, izračunane po formulah:

λ min= c/f max; λ max= c/f min, kjer je c=3×10 8 m/s. (hitrost svetlobe) in f max, f min - največji in najmanjši parameter frekvence signala.

λ av=1/2(λ min+ λ max)

n = L/S, kjer je L skupna dolžina antene, določena s formulo:

L= (61˚/Ω) 2 λ avg, kjer je Ω koeficient usmerjenosti antene, odvisen od polarizacije (vzeto iz referenčnih knjig).

Razvrstitev po območju delovanja

Glede na glavno frekvenčno območje so oddajne in sprejemne naprave:

1. Ozkopasovni. Širina žarka in vhodna impedanca sta močno odvisni od frekvence. To nakazuje, da lahko antena deluje brez ponovne nastavitve le v ozkem spektru valovnih dolžin, približno 10 % relativnega frekvenčnega pasu.

2. Širokega razpona. Takšne antene lahko delujejo v širokem frekvenčnem spektru. Toda njihovi glavni parametri (usmerjeni dobiček, vzorec sevanja itd.) so še vedno odvisni od sprememb valovne dolžine, vendar ne toliko kot ozkopasovni.

3. Frekvenčno neodvisen. Menijo, da se tukaj glavni parametri ne spremenijo, ko se spremeni frekvenca. Takšne antene imajo aktivno območje. Ima možnost premikanja vzdolž antene brez spreminjanja njenih geometrijskih dimenzij, odvisno od sprememb valovne dolžine.

Najpogostejše so spiralne antene drugega in tretjega tipa. Prvi tip se uporablja, ko je potrebna povečana "čistost" signala na določeni frekvenci.

Izdelava lastne antene

Industrija ponuja veliko izbiro anten. Različne cene se lahko razlikujejo od nekaj sto do več tisoč rubljev. Na voljo so antene za televizijo, satelitski sprejem in telefonijo. Toda spiralno anteno lahko naredite z lastnimi rokami. Ni tako težko. Posebej priljubljene so spiralne antene za Wi-Fi.

Še posebej so pomembni, ko je treba okrepiti signal iz usmerjevalnika v veliki hiši. Za to boste potrebovali bakreno žico s prečnim prerezom 2-3 mm 2 in dolžino 120 cm, potrebno je narediti 6 obratov s premerom 45 mm. Če želite to narediti, lahko uporabite cev ustrezne velikosti. Ročaj lopate deluje dobro (ima približno enak premer). Navijemo žico in dobimo spiralo s šestimi obrati. Preostali konec upognemo tako, da enakomerno poteka skozi os spirale in jo "ponovimo". Vijačni del raztegnemo tako, da je razdalja med zavoji znotraj 28-30 mm. Nato nadaljujemo z izdelavo reflektorja.

Za to je primeren kos aluminija velikosti 15 × 15 cm in debeline 1,5 mm. Iz tega dela naredimo krog s premerom 120 mm in odrežemo nepotrebne robove. V sredino kroga izvrtajte 2 mm luknjo. Vanj vstavimo konec spirale in oba dela spajkamo drug na drugega. Antena je pripravljena. Zdaj morate odstraniti sevalno žico iz modula antene usmerjevalnika. In prispajkajte konec žice na konec antene, ki prihaja iz reflektorja.

Značilnosti antene 433 MHz

Najprej je treba povedati, da radijske valove s frekvenco 433 MHz pri širjenju dobro absorbirajo tla in različne ovire. Za prenos se uporabljajo oddajniki z nizko močjo. To frekvenco praviloma uporabljajo različne varnostne naprave. Posebej se uporablja v Rusiji, da ne povzroča motenj v zraku. Helix antena 433 MHz zahteva višje razmerje izhodnega signala.

Druga značilnost pri uporabi takšne oddajno-sprejemne opreme je, da imajo valovi tega območja možnost seštevanja faz neposrednih in odbitih valov od površine. To lahko bodisi okrepi ali oslabi signal. Iz zgoraj navedenega lahko sklepamo, da je izbira »najboljše« tehnike odvisna od prilagoditev položaj antene.

Domača antena na 433 MHz

Helix anteno 433 MHz je enostavno narediti z lastnimi rokami. Je zelo kompakten. Za to boste potrebovali majhen kos bakrene, medeninaste ali jeklene žice. Uporabite lahko tudi samo žico. Premer žice naj bo 1 mm. Na trn s premerom 5 mm navijemo 17 zavojev. Vijačno vrvico raztegnemo tako, da je njena dolžina 30 mm. S temi dimenzijami testiramo anteno za sprejem signala. S spreminjanjem razdalje med ovoji, z raztezanjem in stiskanjem spirale dosežemo najboljša kakovost signal. Vendar morate vedeti, da je taka antena zelo občutljiva na različne predmete, ki se ji približajo.

UHF sprejemna antena

UHF spiralne antene so potrebne za sprejem televizijskega signala. Po zasnovi so sestavljeni iz dveh delov: reflektorja in spirale.

Za spiralo je bolje uporabiti baker - ima manjši upor in s tem manjšo izgubo signala. Formule za njegov izračun:

Skupna dolžina spirale je L=30000/f, kjer je f frekvenca signala (MHz);

Korak spirale S= 0,24 L;

Premer tuljave D=0,31/L;

Premer spiralne žice d ≈ 0,01L;

Premer reflektorja 0,8 nS, kjer je n število obratov;

Razdalja do zaslona H= 0,2 L.

pridobitev:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

Skodelica reflektorja je izdelana iz aluminija.

Druge vrste oddajno-sprejemne opreme

Konične in ploščate spiralne antene so manj pogoste. To je posledica težavnosti njihove izdelave, čeprav imajo boljše lastnosti glede prenosa signala in dosega sprejema. Sevanje takšnih oddajnikov ne tvorijo vsi zavoji, temveč le tisti, katerih dolžina je blizu valovne dolžine.

V ravni anteni je vijačnica izdelana v obliki dvožične črte, zvite v spiralo. V tem primeru se sosednji zavoji vzbujajo v fazi v načinu potujočega vala. Posledica tega je krožno polarizirano polje sevanja, ki se ustvari proti osi antene, kar omogoča ustvarjanje širokega frekvenčnega pasu. Obstajajo ravne antene s tako imenovano Arhimedovo spiralo. Ta kompleksna oblika omogoča znatno povečanje frekvenčnega območja prenosa od 0,8 do 21 GHz.

Primerjava vijačnih in ozkih žarkovnih anten

Glavna razlika med spiralno in usmerjeno anteno je ta, da je manjša. Zaradi tega je lažji, kar omogoča namestitev z manj fizičnega napora. Njegova slabost je ožji obseg sprejemnih in oddajnih frekvenc. Ima tudi ožji diagram sevanja, ki zahteva »iskanje« najboljšega položaja v prostoru za zadovoljiv sprejem. Njegova nedvomna prednost je preprostost oblikovanja. Velik plus je možnost nastavitve antene s spreminjanjem koraka tuljave in celotne dolžine spirale.

Kratka antena

Za boljšo resonanco v anteni je potrebno, da je "podolgovata" dolžina spiralnega dela čim bližja vrednosti valovne dolžine. Vendar ne sme biti manjša od ¼ valovne dolžine (λ). Tako lahko λ doseže do 11 m, kar velja za HF območje. V tem primeru bo antena predolga, kar je nesprejemljivo. Eden od načinov za povečanje dolžine prevodnika je namestitev podaljška tuljave na dnu sprejemnika. Druga možnost je, da sprejemnik napajate v vezje. Njegova naloga je uskladiti izhodni signal radijskega oddajnika z anteno pri vseh delovnih frekvencah. Preprosto povedano, sprejemnik deluje kot ojačevalnik dohodnega signala iz sprejemnika. Ta shema se uporablja v avtomobilske antene, kjer je zelo pomembna velikost elementa, ki sprejema radijske valove.

Zaključek

Spiralne antene so pridobile veliko popularnost na številnih področjih elektronskih komunikacij. Zahvaljujoč njim je to mogoče celični. Uporabljajo se tudi na televiziji in celo v radijskih komunikacijah v globokem vesolju. Eden od obetavnih dosežkov za zmanjšanje velikosti antene je uporaba stožčastega reflektorja, ki omogoča povečanje sprejemne valovne dolžine v primerjavi z običajnim reflektorjem. Obstaja pa tudi pomanjkljivost, ki se izraža v zmanjšanju frekvenčnega spektra delovanja. Zanimiv primer je tudi "dvosmerni" konus vijačna antena, ki omogoča delovanje v širokem razponu frekvenc zaradi oblikovanja izotropne usmerjene diafragme. To se zgodi, ker daljnovod v obliki dvožilnega kabla zagotavlja gladko spremembo impedance valov.

3.1. V procesu razvoja radijske tehnike so vse bolj potrebne antensko-dodajalne naprave, ki so zasnovane za delovanje v zelo širokem frekvenčnem območju in poleg tega brez kakršne koli prilagoditve. Frekvenčna neodvisnost takih antensko-dodajalnih naprav temelji na principu elektrodinamične podobnosti.

To načelo je, da glavni parametri antene (vzorec in vhodna impedanca) ostanejo nespremenjeni, če spremembo valovne dolžine spremlja neposredno sorazmerna sprememba linearnih dimenzij aktivnega območja antene. Ob upoštevanju ta pogoj antena je lahko frekvenčno neodvisna v neomejenem valovnem območju. Vendar pa so dimenzije sevalne strukture končne in delovno območje valovnih dolžin katere koli antene je prav tako omejeno.

Iz te skupine anten bomo obravnavali ravne aritmetične in enakokotne spirale ter logaritmično periodične antene.

Slika 4.

3.2. Aritmetična spirala je izdelana v obliki ploščatih kovinskih trakov ali rež v kovinskem zaslonu (slika 4). Enačba te spirale v polarnih koordinatah

kjer je polmerni vektor, merjen od pola O; a je koeficient, ki označuje prirastek vektorja radija za vsako enoto prirastka polarnega kota; b je začetna vrednost vektorja radija.

Spirala je lahko dvosmerna, štirismerna itd. Če je spirala dvosmerna, se za trak (režo) /, prikazan s črtkanimi črtami, kot šteje od nič, za trak //, prikazano s polnimi črtami, od 180°, t.j. spiralo tvorijo popolnoma enaki trakovi, zasukani za 180° glede na drugega.

Začetne točke traku / ustrezajo radij vektorjem, ki jih označimo z in. Zato je širina traku. Po opisu enega obrata trak zavzame položaj D, v katerem je vektor polmera večji od začetnega. Na tem segmentu VD sta nameščena dva trakova in dve vrzeli, in če je njihova širina enaka, potem Od tu določimo koeficient.

3.3. Spiralno napajanje je lahko protifazno, kot na sl. 4 ali v fazi. V prvem primeru imajo tokovi skozi sponke A, B, ki povezujejo trakove s podajalnikom, nasprotne faze. Pot toka v traku / je večja kot v traku // za pol obrata. Na primer, v odseku CD trak // pade, ko je opisal pol obrata, in trak / - en obrat, v odsek EF - en in pol oziroma dva zavoja, itd. Ker je dolžina obrat se poveča, ko se spirala odvija, se poveča divergenca faze tokov v trakovih. Po določitvi povprečnega premera zavoja najdemo fazni premik, ki ustreza dolžini pol zavoja:

Če temu dodamo začetni premik, ki je enak

Zaradi drugega člena je kot drugačen od in v takih razmerah elektromagnetni valovi oddaja tudi, če je razmik med trakovi majhen v primerjavi z valovno dolžino.

Intenzivno seva samo tisti del spirale, v katerem so tokovi sosednjih elementov obeh trakov v fazi:

Če zamenjamo, ugotovimo, da je povprečni premer prvega "resonančnega" obroča in obseg tega obroča. Povprečni premer in obseg drugega ( k=2), tretji ( k=3) itd. »resonančni« obroči so trikrat, petkrat večji. Ker oddajanje radijskih valov s spiralo povzroči veliko oslabitev toka od njegovega začetka do konca, potem intenzivno seva le prvi resonančni obroč, preostali, zunanji del spirale pa je tako rekoč "odrezan" (pojav prekinitve sevalnih tokov).

3.4. Aktivni del vijačnice je najbolj zanimiv iz drugega razloga. Slabljenje toka zaradi sevanja je tako veliko, da odboja od konca spirale praktično ni, to pomeni, da se tok v spirali porazdeli po zakonu potujočih valov. Poleg tega je obseg prvega resonančnega obroča enak valovni dolžini. V takšnih pogojih, kot je prikazano v 1. odstavku, pride do aksialnega sevanja z vrtljivo polarizacijo, kar je v tem primeru najbolj zaželeno.

Premer spirale mora biti dovolj velik, da se pri največjem valu razpona ohrani prvi "resonančni" obroč (), in ko se valovna dolžina zmanjšuje, se mora ta obroč krčiti do (), dokler ga še ni mogoče popolnoma namestiti okoli pogonsko enoto. Potem znotraj razmerje med povprečnim obsegom prvega "resonančnega" obroča in valovno dolžino ostane konstantno in tako je izpolnjen glavni pogoj za ohranitev usmerjenih lastnosti antene v širokem valovnem območju Res je, da je smer aritmetične spirale majhna (60 ... 80 °), saj je v bistvu samo tisti del spirale, ki ima povprečen obseg, vključen v sevanje valov.

Drugi pogoj za pridobitev dometne antene - konstantnost vhodne impedance - je tukaj dosežen z dejstvom, da spirala deluje v načinu potujočega tokovnega vala. Ta upor je aktiven (100-200 Ohmov). Pri napajanju iz koaksialnega podajalnika (Ohm) se ujemanje izvede s pomočjo stopenjskega ali gladkega transformatorja.

3.5. Spirala seva na obeh straneh svoje osi. Da bi bila antena enosmerna, je na debelo dielektrično ploščo nameščena tračna spirala, katere druga stran je metalizirana. Če je spirala zarezana, je izrezana na steni kovinske škatle; takrat nasprotna stena škatle igra vlogo odsevnega zaslona, sama škatla pa je resonator. Za zmanjšanje njegove globine je škatla napolnjena z dielektrikom.

Ena od tipičnih spiral ima premer 76 mm, izdelana je na epoksidni dielektrični plošči, opremljena z resonatorjem globine 26 mm, deluje v valovnem območju 7,5 ... 15 cm s širino vzorca sevanja 2" = 60 ... 80 ° in koeficient eliptičnosti smeri maksimuma glavnega režnja je manjši od 3 dB, kar pomeni, da se praktično polarizacija lahko šteje za krožno.Ravne vijačne antene so primerne za izdelavo v tiskani obliki na tankih dielektričnih ploščah z majhnimi izgubami pri visokih frekvencah.

Menijo, da je za spiralno anteno značilna krožna polarizacija, vendar je to mnenje napačno. Pravzaprav je struktura zavojev takšna, da sprejema tudi valove z linearno polarizacijo. To je priročno, če je mogoče delati na kateri koli valovni strukturi. In spiralne antene se uporabljajo kot zrcalni vir na satelitu. Za radioamaterje je slabost, da je linearno polariziran val oslabljen za tri decibele, kot je znano, se pri radijskih in televizijskih oddajah ne uporablja noben drug. V državi je spiralni vir primeren samo za ulov NTV+ s satelita, metoda se tam ne uporablja. O številnih posebnih aplikacijah teh anten ne bomo razpravljali. Vendar pa je poizvedbe o tej temi mogoče najti na internetu. Ne moremo odgovoriti, komu bi koristila spiralna antena, zvita iz žice in nameščena na kos cevi, tudi v zbirki del radioamaterjev ta razred izdelkov ni popolnoma odsoten.

Kako sestaviti helix anteno

Spiralna antena je podobna infrardečemu grelniku posebne zasnove. V ZSSR so vojaške tovarne proizvajale gospodinjske aparate. Od tod podobnost med paraboličnimi krožniki in grelniki. Za montažo boste morali poznati premer in korak navitja žice, število obratov. Materiali, ki jih boste potrebovali:

Jeklena pločevina za zaslon, poljubne debeline, da se ne zvija od vetra in drugih trkov.
Kos žice, da je dovolj za navijanje zavojev z rezervo.
Napajalni kabel: za televizijo 75 Ohm, za radio 50 Ohm.
Plastična cev zahtevanega premera.

Spiralne antene spadajo v razred potujočih valov, odpornost naprav je visoka, tako da jih je po pravilnem izračunu naprave mogoče povezati brez koordinacije. Najprej je cev označena z robom, da jo je mogoče zatakniti v zaslon in prilepiti. Korak navijanja je označen vzdolž osi (po možnosti na obeh straneh). V prihodnosti se tveganja uporabljajo za izravnavo. Umaknite se nekaj centimetrov naprej in začnite delati z markerjem. Upoštevajte, da z hrbtna stran tuljava se premakne točno za pol koraka.

Spirala je navita na cev brez upoštevanja koraka, z zahtevanim številom obratov. V prihodnosti, od prve oznake, morate pravilno raztegniti žico. Da bi preprečili nadaljnje premikanje, je treba pravilen položaj pritrditi s kapljicami lepila. Približno tri ali štiri na obrat. Medtem naredimo zaslon.

Izberite kvadrat s stranico, ki je približno petkrat večja od premera cevi za navijanje. Ni pomembno, kakšna je debelina jekla, ohranite lastnosti trdnosti. Ko je sestavljen, je zaslon pravokoten na cev.

Za električno montažo je treba na koncu spirale (osnova cevi) izvrtati luknjo in noter napeljati žico. Za zaslonom v stranski steni naredimo dodatno luknjo, skozi katero napeljemo pleten napajalni kabel. Električno je osrednje jedro povezano s spiralo, napajalni zaslon je povezan z antenskim zaslonom. Oblikuje se struktura za sprejemanje in oddajanje valov. Cev z jeklenim zaslonom je na vogalu povezana z lepilom-tesnilom, da se zagotovi stroga pravokotnost delov. Ključne točke:

Spirala in zaslon sta izdelana iz prevodnega materiala, na primer bakra.
Dielektrična cev.

Izračun vijačne antene

Spiralne antene so dobre pri lovljenju vseh vrst valov, ki se uporabljajo pri prizemnem oddajanju. Da bi ujeli radio, pa mora biti os usmerjena navzgor, medtem ko bo zaslon postavljen vodoravno. Naprava ima izrazite usmerjevalne lastnosti; ne pričakujte, da boste z ene točke lahko pokrili več stolpov. Ni tako enostavno. Vzorec sevanja je odvisen od dimenzij spiralne antene in močno:

Če je dolžina tuljave veliko manjša od valovne dolžine, prevladuje bočno sevanje, čez os antene. Poleg tega polarizacija ni krožna.
V idealnem primeru je dolžina tuljave v območju od 0,75 do 1,3 valovne dolžine. V tem primeru opazujemo glavni reženj sevalnega vzorca naprej. Seveda potrebujete zaslon.
Če je dolžina spirale večja od 1,5 valovne dolžine, nastaneta dva režnja, usmerjena proti sprednji polravnini. Natančneje, rezultat je nekaj, kar spominja na stožčasto površino.

Posredno (po drugi točki) so si bralci že ustvarili predstavo o ponudbi. Pas bomo dvakrat razširili, pri čemer ne bomo uporabili cilindrične, ampak stožčasto vijačnico (konično vijačno anteno). Priporočamo spletni kalkulator na naslovu http://aerial.dxham.ru/onlajn-raschety/raschety-antenn/raschet-spiralnoj-antenny. Tukaj je predlagana nastavitev frekvence, koraka spiralnega navitja in dolžine oddajnika:

Širina glavnega režnja sevalnega vzorca je odvisna od dolžine spiralnega navitja. Spreminjajte število obratov in opazujte parameter (ki se nahaja na dnu strani kalkulatorja). Premer spiralnega navitja se komaj opazno spreminja. Za to ni razlage, bolje vedo ustvarjalci kalkulatorja. Seveda bo potrebno več bakra, kar se odraža v ustreznih parametrih.
Naj dodamo, da z večanjem dolžine narašča tudi dobiček. To je tipičen učinek: cvetni list se zoži - dobiček se poveča. Območje vzorca sevanja je konstantna vrednost. Kot je rekel Lomonosov, če nekaj pride v eno mesto, mora zagotovo oditi v drugo. Upoštevajte, da se pasovna širina nekoliko zmanjša, ko se obrati povečajo.
Dobiček je odvisen od koraka navitja: višje kot je število, nižje je ojačanje, ožji je vzorec sevanja. Po našem mnenju je to napaka avtorjev, saj se izkaže, da je bolj donosno tesno naviti. Poleg tega bo potrebno manj žice. Prikazane so le prednosti, v praksi je to videti dvomljivo.

Med uporabnimi lastnostmi tega spletnega kalkulatorja bi rad omenil izračun najmanjše velikosti zaslona. Kar zadeva korak, preverite v referenčnih knjigah in to bomo storili. Mimogrede, zanimivo dejstvo je, da je privzeta frekvenca WiFi na spletnem mestu 2,45 GHz. Tukaj se danes pogosto uporabljajo spiralne antene.

Ugotovljeno: dobiček je odvisen le od števila obratov. Priporočljivo je izbrati korak navijanja 0,22 - 0,24 valovne dolžine. Na spletni strani smo to vrednost določili v širokih mejah. Bralce vabimo, da s spreminjanjem števila obratov izberejo višino. Zgodi se, da nekateri kalkulatorji vsebujejo napake, le spletni programer ima točne podatke.

Mimogrede, novi vir informacij navaja, da je zaslon nameščen za spiralo na razdalji 0,12 valovnih dolžin. Dodano je, da če je premer zaslona izbran na 0,8 valovne dolžine ali več, je stranica kvadrata še večja: 1,1 λ. Situacija ni tako očitna, a predstavljajte si, da se mora krog prilegati notri - vse se postavi na svoje mesto.

Kar zadeva ujemanje, je upor spiralne antene zelo odvisen od debeline žice in se zmanjšuje z naraščanjem upora. Možno je doseči številke enake 75 in celo 50 ohmov. V tem primeru odobritev ni potrebna, kar poenostavi delovanje. To deluje pri visokih frekvencah. Na primer, značilna impedanca bo postala enaka 75 ohmov z debelino žice 5% valovne dolžine. Če dobite 50 Ohmov, morate vzeti debelino žice 7% valovne dolžine. Vidite, da je to resnično pri frekvencah WiFi, kar pomeni, da bomo parametre izračunali na ta način in se izognili koordinaciji.

Upoštevajte, da kalkulator ne omogoča nastavitve debeline žice, pri obstoječi pa je značilna impedanca 140 ohmov. To je verjetno trik, po naših informacijah naj bi bil kabel na frekvencah WiFi 50 ohmov. Vendar je enostavno preveriti, ali je odvisnost od debeline žice izpolnjena. Predstavimo tabelo in primerjajmo rezultate.

Tabela za izračun

Torej, frekvenca je 2450 MHz, valovno dolžino najdemo s preprosto formulo:

λ = 299.792.458 / 2450.000.000 = 0,1223 metra.

Poiščite potreben premer žice za upor 140 Ohmov:

0,1223 x 0,02 = 2,45 mm, preverimo, če se to ujema s spletnim kalkulatorjem! Pogledamo in vidimo: 2.4. No, če upoštevamo, da se je brez zaokroževanja izkazalo za 2,447 mm, potem predpostavimo, da se oba vira ponavljata, kar pomeni, da lahko zaupate navodilom za izbiro koraka navijanja (glej zgoraj). Na tej točki domnevamo, da je domača spiralna antena pripravljena, poleg tega pa bomo našli debelino žice, pri kateri upor postane enak 50 ohmov: izkaže se, da je 8,5 mm. Poleg tega je pri tako visoki frekvenci težko zagotoviti zahtevane pogoje. Zato je cilj, da sami naredijo spiralno anteno, pogosto zadan računalničarjem.

Glede nedoslednosti v kalkulatorju preverite, kar ste prebrali na internetu tehnične informacije večkrat. Menimo, da smo odgovorili na vprašanje, kaj je spiralna antena in kako narediti spiralno anteno. Prednost zasnove je enostavnost izdelave, če je treba popravke izračunati, uskladiti in ni dejstvo, da se bo izšlo, obstaja dobra naprava, ki izpolnjuje dane pogoje in filtrira veliko motenj. Za delo s krožno polarizacijo sta na obeh straneh enaki anteni (sprejemna in oddajna), sicer bo rezultat postal skrivnostno nepredvidljiv. Samosestavljena spiralna antena je realnost.

Ta vrsta antene je zelo primerna za sprejem prizemne televizije na dolge razdalje digitalni signal. Enostavnost izdelka je očarljiva; glavna dela sta le dva: reflektor, narejen iz snežne lopate, in spirala, narejena iz tuljave električne žice. Niti enega spajkanega spoja, vse je privijačeno in zvito. Ni kompleksnih ujemajočih se elementov. Vendar dobiček zasnove doseže več kot 10 dB, kar omogoča, da se v nekaterih primerih uporablja brez ojačevalnika. S to anteno brez ojačevalnika sem prejel digitalni televizijski signal zunaj mesta.

Rad bi vas spomnil, da je katera koli decimetrska antena primerna za digitalni kanal oddajanja bo razlika le v območju sprejema. Vendar ne bo vsaka antena zagotovila največjega ojačenja in ujemanja natančno na želeni frekvenci. Ne glede na to, kako zapletena je antena, ima padce in vrhove ojačanja v celotnem obsegu sprejetih frekvenc.

Prav spiralne antene so spremljale polet prvega kozmonavta Jurija Gagarina.Ko so prvi sovjetski lunarni roverji, ki so usmerili spirale, preorali površino Lune, sem sanjal, da bi naredil enako vesoljsko anteno.

Slika 2.

Nič ni hujšega kot nedokončan posel. Za osnovo izberem najpreprostejšo od vseh vrst spiralnih anten. Je enosmerni, spiralni, cilindrični (včasih stožčasti), pravilni, to je s konstantnim korakom navijanja ali enako razdaljo med zavoji. Tako že ime antene pove o njeni zasnovi. Točno to je dizajn, ki ga je prvi predlagal Kraus J.D.

"Antena s spiralnim žarkom". - "Elektronika", 1947. V 20, N 4. R. 109.

Priporočam najboljši priročnik za radioamaterje "Antene", izdaja 11, zvezek 2. Avtor Karl Rothhammel. Knjiga vsebuje veliko praktičnega gradiva za skoraj vse vrste anten. Značilnosti, parametri, praktični izračuni, priporočila.

Iz te publikacije predstavljam značilnosti spiralne antene.

riž. 1.

Ugotoviti morate, kakšna je frekvenca digitalnega oddajanja v vaši regiji, in pretvoriti vrednost te frekvence v metre. Valovna dolžina v metrih = 300/F (frekvenca v MHz).

Za frekvence oddajanja v Moskvi dveh digitalnih paketov sem izbral povprečno frekvenco 522 MHz, kar ustreza valovni dolžini lambda 57 cm, v tem primeru je premer zavoja D = 17,7 cm, razdalja med zavoji je 13,7 cm, razdalja od zaslona do zavoja je 7,4 cm, širina zaslona pa naj bo 35 cm.

Kot zaslon (reflektor) sem potreboval napačno snežno lopato iz čudovitega sijočega nerjavečega jekla, ki se nenehno upogiba pod težo snega. Praksa kaže, da ni nujno, da je reflektor okrogel in nima smisla delati stranice kvadrata več kot dva premera zavoja spirale.Spiralo sem izdelal iz omrežne napajalne žice premera cca 2mm, z uporabo enega od svojih jeder, ne da bi odstranili izolacijo z njega, saj je prozoren za radijske valove, bakrena žica pa ne oksidira pod vplivom zunanjega okolja. V praksi se je izkazalo, da je debelina žice skoraj 5-krat manjša od teoretične, zato se je doseg antene izkazal za ozek. V območju UHF bo antena dobro sprejela le nekaj analognih televizijskih postaj, vendar se bosta dva digitalna paketa, ki se nahajata v bližini frekvence, dobro ujemala z njenim ojačevalnim pasom. Potrebovali boste tudi 75 Ohm koaksialni kabel s priključkom. Ne priporočam, da se preveč zanašate z dolžino kabla, še posebej, če antena nima ojačevalnika, saj se na vsakem njenem metru izgubi od 0,5 do 1 dB ojačenja in dolg kabel potrebuje ustrezno napravo. Pri svoji zasnovi sem uporabil 3 metre kabla.

riž. 2.

Vse kar morate storiti je, da navijete spiralo, priključite kabel na spiralni vodnik in vse skupaj pritrdite na rezilo lopate. Nisem pa imel dielektričnega cilindra potrebnega premera za pritrditev spiralne žice, zato sem kot okvir uporabil letvice in list suhe vezane plošče, nanjo pa prenesel dimenzije antene iz skice. Bolj kul bi bilo, če bi namesto letvic in vezanega lesa uporabili ročaje za lopate, vendar sem sestavil samo postavitev in bilo mi je priročno, da sem vse naredil na vezanem lesu. Ko so lupino začeli ovijati z žico, je domači izdelek izgledal kot karoserija letala. Od zunaj je bilo videti manj neškodljivo, če sem začel upogibati zavoje bakrena cev kot sem želel prej. Kot sem že rekel, je takšno anteno priročno skriti pod slemenom hiše s streho iz mehke strehe, andulina ali skrilavca, ki je prosojen za radijske valove.

Slika 3. Testiranje postavitve antene.

Za preizkus antene sem uporabil mansardno sobo, kjer sem doma narejen izdelek s pomočjo lestve dvignil bližje stropu. Tudi Test Place je nekoč deloval na tem mestu. Vladimirska regija, 90 km vzhodno od Ostankina. Zdaj tukaj deluje spiralna antena brez ojačevalnika. Televizijsko središče »vidi« skozi: lesene plošče, pergament, 10 cm bazaltne volne, obložne plošče, OSB vezane plošče, podložno preprogo, mehke strešne luske in kup žebljev različnih dolžin, preostane ji le še pritrditi še višje. pod sleme hiše ali razstaviti, ker je samo postavitev.

Slika 5. Velikost in korak prejšnjih
zasnove anten so skoraj enake.

Za izboljšanje parametrov antene ne bi škodilo uporabiti ustrezne naprave - transformatorja, ki omogoča prehod z upora antene 180 Ohmov na koaksialni kabel z uporom 75 Ohmov. To je tanka bakrena plošča v obliki trikotnika, ki se širi proti zaslonu. Mesto namestitve plošče in njene mere sem izbral poskusno z dvema plastičnima ščipalkama. Doma lahko to preprosto storite s televizorjem, tako da anteno spustite na nižjo raven, na kateri bo slika "zasnežena". Treba se je premakniti, obračati ploščo in na uho, z zmanjšanjem ravni hrupa v zvočnem kanalu pri sprejemu analognega signala, blizu frekvence digitalnemu paketu, določiti njegovo lokacijo. Nato ga spajkajte.

Kljub absurdnosti svoje oblike ima ta antena prednost. Nima ojačevalca, ki se po udaru strele pogosto sesuje. V praksi so med nevihto dvakrat odpovedali ojačevalniki na zunanjih antenah, ki so bile 30 metrov od nadzemnega droga, v katerega je udarila strela. Za anteno, ki se nahaja pod streho hiše, šest metrov od razelektritvenega droga, ni zabeležen noben primer okvare ojačevalnika.

Napajanje samega ojačevalnika lahko odpove, saj je običajno vedno pod napetostjo in ima omejen vir.

Prednost je tudi ta, da bo domet te antene z ojačevalcem večji, preverite sami, koliko dlje.

Dodatek. Spreminjanje zasnove antene.

Letos (2015) sem se odločil izboljšati domačo zasnovo spiralne antene z uporabo kovinsko-plastične cevi (kovinsko-plastične) s premerom 16 mm namesto žice. Prej sestavljene antene so že bile podvržene podobni operaciji in so se opazno izboljšale. Tudi spiralna antena je bila deležna izboljšav, a da ne bo pomote, dvig ravni signala je znašal le 10 odstotkov, kakovost signala pa je ostala na enaki 100-odstotni ravni.

Slika 7. Stara antena.

Slika 8. Spremembe dizajna.

Že dolgo sem si želel izdelati anteno iz cevi kot materiala. Podobnost z destilatorjem mesečine so zaustavili visoki stroški. Toda material je bil najden in že preizkušen enostavne antene. Ta enostavno upogljiva cev iz visokokakovostnega aluminija, z vseh strani prekrita s plastiko, se prodaja na vseh gradbenih trgih za polaganje vodovodnih cevi.

Slika 10. Nov dizajn.

Slika 9. Banka - trn.

Gospodarsko

izračun antene.

Ta zapleten izračun sem moral narediti, ko sem šel v trgovino »Vse za dom« na samem obrobju moskovske regije in videl kovinsko plastiko po ceni 45 rubljev. Valovna dolžina, frekvence oddajanja, dolžina kroga, število obratov, ojačanje antene….

Na blagajni sem izdavil 4 metre in povzel ekonomski del projekta. Cena antene ne sme presegati minimalne trošarinske cene steklenice vodke.

Izračun antene.

Čisto iz ekonomskih razlogov se je izkazalo, da je 6,5 obratov, pol obrata manj kot prejšnja domača žica. Vzel sem tudi razdaljo med zavoji, ki je enaka četrtini valovne dolžine. Na podoben način sem izračunal dolžino enega zavoja, vendar iz praktičnih razlogov, saj že imam izkušnje z enostavno izdelavo zančne antene, popravil odvisnost kovinske plastike od frekvence, zmanjšal dolžino tuljave za 1,5 cm Izračunal sem tudi premer trna, tako da sem prilagojeno dolžino tuljave delil s 3,14. Upoštevajoč debelino cevi je bil premer trna manjši za 8 mm.

Prilagoditev.

Obsegalo je merjenje SWR (razmerja stoječih valov). Sprva sem meril starega domačega. Nenavadno je naprava trdila, da se odlično ujema z obremenitvijo 50 Ohmov (SWR = 1,5). S spremenjeno anteno pa je vse sovpadalo tudi pri napajanju z roba platna. Toda konstruktivno sem kasneje uporabil kabel v sredini in SWR je padel na 2. Preprost domači merilnik SWR v kombinaciji z domačim generatorjem, nastavljenim na frekvence digitalnega oddajanja, se je izkazal za zelo uporabnega. Z njegovo pomočjo sem lahko ne samo določil SWR antene, ampak tudi preveril njeno delovanje, ko je vsak obrat reagiral na približevanje pokrova ponve z zamahom igle mikroampermetra.

Rezultati.

Sprememba konstrukcije je dodala 10-odstotno povečanje ojačanja, in to kljub dejstvu, da je imela antena pol obrata manj. Na splošno sprejema programe v območju UHF, ki deluje v analognem načinu, nič slabše od antene "valovnega kanala" (Uda-Yagi), ki vključuje 12 režiserjev in ojačevalnik z navedenim ojačanjem najmanj 26 dB. Obe anteni se nahajata v enakih pogojih na isti ravni od tal. Edina razlika je v tem, da je delovanje kupljene antene pri sprejemanju brezžičnega digitalnega signala odvisno od vremena in ure dneva, kar simulira poslabšanje prehoda radijskih valov z značilnim treskanjem in zamrznitvijo televizije. slike ali celo popolna odsotnost slik. Radijski sprejem z domačo anteno je vedno stalen.

Toda na splošno nisem bil zadovoljen s tem dizajnom, saj sem od njega pričakoval nekaj več, zgolj glede na njegove dimenzije in porabljen denar. Primerjava te spiralne antene s prejšnjo zasnovo , ki sta sestavljena samo iz dveh faznih obročev enakega premera, izdelanih iz istega materiala, nisem našel bistvenega povečanja, ko sem jih primerjal v smislu ravni sprejema.

Dva fazna obroča in šest zavitih v spiralo dajejo teoretični dobiček 6 dB in 10 dB. Dva ringa na prostem in 6,5 ringov pod streho, na isti višini od tal in s praktično enakim odstotnim prirastkom. Morda je streha absorbirala 4 dB razlike ali pa je to razliko res težko opaziti? Hkrati te tuljave ne izpostavljajte ulici in s tem odprite temo za nepotrebne pogovore.

Sem izgubil srce? ne! Radioamaterstvo je vir užitka. Vzemite radioamaterstvo, zanimivo je. Morda bodo vaši rezultati boljši.

Najverjetneje se bom vrnil k tej spiralni anteni, ker ni zaspal, ko je antena "valovnega kanala" prenehala sprejemati zrak.

Pri frekvencah nad 300 MHz in več se pogosto uporabljajo cilindrične vijačne antene s potujočimi valovi. Ena od različic spiralne antene je prikazana na sliki 1. Je spirala s premerom D in navijanje S in kovinski reflektor v obliki diska ali kvadrata velikosti ≈ 2D.

Odvisno od geometrijskih parametrov (električna dolžina oboda tuljave z in dolžina koraka električne vijačnice S) spiralno anteno, lahko vznemiri Različne vrste valovi (moda). Na naravo sevanja antene najbolj vpliva fazno razmerje med sosednjimi zavoji spirale.

Zanima nas val T1 (slika 2), za katerega je značilna 360-stopinjska razlika v fazi tokov na sosednjih zavojih.

Val T1 nastane, ko je električna dolžina oboda tuljave blizu valovne dolžine λ , medtem ko spiralna antena deluje v aksialnem načinu sevanja (največje sevanje sovpada z osjo spirale).

Optimalne dimenzije vijačne antene:

Premer tuljave D=λ/π
Spiralni korak S=0,25λ
Spiralni kot α=12°

Vhodna impedanca antene, odvisno od 12°≤α≤15°, 0,75λ<с<1,33 λ in število obratov n>3 je enako:

RA ≈140 s/λ(ohm)

Širina glavnega režnja sevalnega vzorca pri polovični ravni moči:

θ0,5 =52· λ/s· √nS/λ (stopinje)

Slika 3 prikazuje rezultat izračuna sevalnega vzorca spiralne antene v navpični in vodoravni ravnini s programom MMANA.

Slika 3 Sevalni vzorec spiralne antene.

Cilindrične spiralne antene, ki delujejo v valovnem načinu T1, so krožno polarizirane. Pri sprejemu signala z anteno z linearno polarizacijo (navpično ali vodoravno) bo signal oslabljen za 3 dB (dvakrat). Da bi se temu izognili, lahko uporabite sistem dveh spiralnih anten z nasprotno smerjo navijanja vijačnice in napajanih v fazi, ki se nahajata na razdalji 0,5 λ ali 1,5 λ (slika 4).

Vhodna impedanca takega antenskega sistema bo enaka 67,6 ohmov, kar se dobro ujema z karakteristično impedanco koaksialnega kabla (SWR 1,1 in 1,35 za kable 75 in 50 ohmov). Karakteristična impedanca enožične linije (slika 5) odseka ab se mora ujemati z vhodno impedanco spiralne antene (≈140 ohmov). Da bi to naredili, je treba ohraniti razmerje e/d enako ≈2,75.

Za uskladitev ene same antene ali antenskega sistema, sestavljenega iz treh ali več anten, lahko v tem primeru uporabite eksponentni prilagodilni transformator, zasnovan v obliki trakaste linije (slika 6). Pri eksponentni liniji se valovna impedanca po njeni dolžini spreminja po zakonu:

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

Z 01- karakteristična impedanca voda na vhodu

Z0(x)- karakteristična impedanca voda v odseku, ki se nahaja na daljavo X od svojega začetka

b- parameter, ki prikazuje hitrost spremembe impedance voda

Odvisno od SWR in znanega razmerja Z02 /Z01 valovnih impedanc na koncu in na začetku voda se njegova najmanjša dolžina izračuna po formuli:

, Kje ;

Slika 7 prikazuje eksponentni ujemajoči transformator, zasnovan za ujemanje uporov 140 ohmov in 50 ohmov pri frekvenci 2450 MHz s SWR 1,2. Razdalja e enako 7 mm, dielektrik - zrak (ε=1), material deb d 1 mm.

Zaradi visokega ojačanja in stabilnosti električnih parametrov, zaradi nizke občutljivosti na zunanje dejavnike in odstopanja v geometriji se lahko cilindrične vijačne antene široko uporabljajo v komunikacijskih in varnostnih sistemih za komunikacije na dolge razdalje.