Широкосмугова спіральна антена. Саморобні антени: вуличні, домашні. Висновки з виконаної роботи
Спіральна антена належить до класу антен з хвилею, що біжить. Її основний діапазон роботи – дециметровий та сантиметровий. Вона належить до класу поверхневих антен. Головним її елементом є спіраль, що підключена до коаксіальної лінії. Спіраль створює діаграму спрямованості у вигляді двох пелюсток, що випромінюються вздовж її осі в різні боки.
Спіральні антени бувають циліндричні, плоскі та конічні. Якщо необхідна ширина робочого діапазону становить 50% і менше, то в антені використовується гвинтова циліндрична лінія. Конічна спіраль збільшує діапазон прийому удвічі проти циліндричної. А пласкі дають уже двадцятикратну перевагу. Найбільшу популярність для прийому в частотному діапазоні УКХ набула циліндрична радіоантена з круговою поляризацією та великим коефіцієнтом посилення вихідного сигналу.
Влаштування антени
Головною деталлю антени є згорнутий у спіраль провідник. Тут застосовується, як правило, мідний, латунний або сталевий дріт. До нього приєднано фідер. Він призначений передачі сигналу від спіралі в мережу (приймач) й у порядку (передавач). Фідери бувають відкритого та закритого типу. Фідери відкритого типу є неекранованими хвилеводами. А закритого типу мають спеціальний екран від перешкод, що робить електромагнітне поле захищеним від зовнішнього впливу. Залежно від частоти сигналу визначається наступна конструкція фідерів:
До 3 МГц: екрановані та неекрановані провідні мережі;
Від 3 МГц до 3 ГГц: коаксіальні дроти;
Від 3ГГц до 300 ГГц: металеві та діелектричні хвилеводи;
Понад 300 ГГц: квазіоптичні лінії.
Ще одним елементом антени став відбивач. Його призначення - фокусування сигналу на спіраль. Він виготовляється здебільшого з алюмінію. Підставою для антени є каркас з маленькою діелектричною проникністю, наприклад, пінопласт або пластик.
Розрахунок основних розмірів антени
Розрахунок спіральної антени починається з визначення основних розмірів гвинтової лінії. Ними є:
Кількість витків n;
Кут підйому витка a;
Діаметр спіралі D;
Крок витка спіралі S;
Діаметр відбивача 2D.
Перше, що треба зрозуміти під час проектування спіральної антени, - вона є резонатором (підсилювачем) хвилі. Її особливістю став високий вхідний опір.
Від геометричних розмірів контуру посилення залежить тип хвиль, що збуджуються у ній. Сусідні витки спіралі дуже сильно впливають на характер випромінювання. Оптимальні співвідношення:
D=λ/π, де λ-довжина хвилі, π=3,14
Т.к. λ величина, що змінюється та залежить від частоти, то в розрахунках беруться середні значення цього показника, розрахованого за формулами:
λ min = c/f max; max = c/f min, де =3×10 8 м/сек. (швидкість світла) та f max, f min - максимальний та мінімальний параметр частоти сигналу.
λ ср=1/2(λ min+ λ max)
n= L/S, де L - загальна довжина антени, що визначається за формулою:
L= (61˚/Ω) 2 λ ср, де Ω - коефіцієнт спрямованої дії антени, що залежить від поляризації (береться з довідників).
Класифікація по робочому діапазону
За основним діапазоном частот, приймально-передавальні пристрої бувають:
1. Вузькосмугові. Ширина діаграми спрямованості та вхідний опір сильно залежать від частоти. Це говорить про те, що антена може працювати без перенастроювання лише у вузькому спектрі довжини хвилі, приблизно 10% відносної смуги частот.
2. Широкодіапазонні. Такі антени можуть працювати у великому діапазоні частоти. Але їх основні параметри (КНД, діаграма спрямованості тощо) все-таки залежать від зміни довжини хвилі, але не так сильно, як у вузькосмугових.
3. Частотнонезалежні. Вважається, що основні параметри не змінюються при зміні частоти. У таких антен є активна область. Вона може переміщатися вздовж антени, не змінюючи своїх геометричних розмірів, залежно від зміни довжини хвилі.
Найчастіше зустрічаються спіральні антени другого та третього типу. Перший тип застосовується, коли необхідна підвищена чіткість сигналу на певній частоті.
Самостійне виготовлення антени
Промисловість пропонує великий вибір антен. Різноманітність цін може варіювати від кількох сотень до кількох тисяч рублів. Існують антени для телебачення, супутникового прийому, телефонії. Але можна виготовити спіральну антену та своїми руками. Це не так складно. Особливою популярністю користуються спіральні антени для Wi-Fi.
Вони особливо актуальні, коли необхідно посилити сигнал від роутера у якомусь великому будинку. Для цього знадобиться мідний дріт, перерізом 2-3 мм2 і довжиною 120 см. Необхідно зробити 6 витків діаметром 45 мм. Для цього можна використовувати трубку, що відповідає розміру. Добре підходить живець від лопати (у нього приблизно такий самий діаметр). Намотуємо дріт і отримуємо спіраль із шістьма витками. кінець, Що Залишився, згинаємо таким чином, щоб він рівно проходив через вісь спіралі, «повторюючи» її. Розтягуємо гвинтову частину, щоб відстань між витками знаходилася в межах 28-30 мм. Потім приступаємо до виготовлення відбивача.
Для цього підійде шматок алюмінію розміром 15×15 см і товщиною 1,5 мм. Із цієї заготовки робимо коло діаметром 120 мм, обрізуючи непотрібні краї. У центрі кола просвердлюємо отвір на 2 мм. Вставляємо в нього кінець спіралі і припаюємо обидві деталі одна до одної. Антена готова. Тепер необхідно вивести провід випромінювання з модуля антени роутера. І кінець дроту спаяти з кінцем антени, що виходить з відбивача.
Особливості антени на 433 МГц
Насамперед, треба сказати, що радіохвилі з частотою 433 МГц при своєму поширенні добре поглинаються землею та різними перешкодами. Для її ретрансляції використовують передавачі малої потужності. Як правило, таку частоту застосовують різноманітні охоронні пристрої. Вона спеціально використовується в Росії, щоб не створювати перешкоди в ефірі. Спіральна антена на 433 МГц потребує більшого коефіцієнта вихідного сигналу.
Ще однією особливістю при використанні такої приймальної апаратури є те, що хвилі даного діапазону мають можливість складати фази прямої та відбитої хвилі від поверхні. Це може призвести або до посилення сигналу, або його ослаблення. З вищевикладеного можна дійти невтішного висновку, що вибір «кращого» прийому залежить від індивідуального налаштуваннястановища антени.
Саморобна антена на 433 МГц
Спіральну антену на 433 МГц своїми руками зробити просто. Вона дуже компактна. Для цього знадобиться невеликий відрізок мідного, латунного чи сталевого дроту. Можна застосувати і просто дріт. Діаметр дроту має становити 1 мм. Намотуємо 17 витків на оправлення діаметром 5 мм. Розтягуємо гвинтову лінію, щоб її довжина становила 30 мм. При цих розмірах випробовуємо антену приймання сигналу. Змінюючи відстань між витками, шляхом розтягування та стиснення спіралі, добиваємося кращої якостісигналу. Але треба знати, що така антена дуже чутлива до різних предметів, що підносяться до неї близько.
Приймальна антена ДМВ
Спіральні антени ДМВ необхідні прийому телевізійного сигналу. За своєю конструкцією вони складаються з двох частин: відбивач і спіраль.
Для спіралі краще застосовувати мідь – вона має менший опір і, отже, меншу втрату сигналу. Формули для її розрахунку:
Загальна довжина спіралі L=30000/f де f- частота сигналу (МГц);
Крок спіралі S = 0,24 L;
Діаметр витка D=0,31/L;
Діаметр дроту спіралі d 0,01L;
Діаметр відбивача 0,8 nS, де n-кількість витків;
Відстань до екрану H = 0,2L.
Коефіціент посилення:
K=10×lg(15(1/L)2nS/L)
Чашка відбивача виготовляється з алюмінію.
Інші види приймальної апаратури
Конічна та плоска спіральні антени зустрічаються рідше. Це з труднощами їх виготовлення, хоча вони мають кращі характеристики по діапазону передачі і прийому сигналу. Випромінювання таких передавачів формується не всіма витками, а лише тими, довжина яких близька до довжини хвилі.
У плоскій антені гвинтова лінія виконана у вигляді згорнутої у спіраль двопровідної лінії. У цьому випадку сусідні витки збуджуються синфазно в режимі хвилі, що біжить. Це призводить до того, що створюється поле випромінювання з круговою поляризацією у бік антени, дозволяючи створювати широку смугу частот. Зустрічаються плоскі антениіз так званою спіраллю Архімеда. Ця складна форма дозволяє суттєво збільшити частотний діапазон передачі від 08 до 21 ГГц.
Порівняння спіральних та вузькоспрямованих антен
Основна відмінність спіральної антени від спрямованої полягає в тому, що вона менша за розмір. Це робить її легшою, що дозволяє проводити монтаж із меншими фізичними зусиллями. Її недоліком є вужчий діапазон частот прийому та передачі. Також вона має вужчу діаграму спрямованості, що потребує «пошуку» кращого положення у просторі для задовільного прийому. Безперечна її перевага - простота конструкції. Великим плюсом є можливість налаштовувати антену за допомогою зміни кроку витка та загальної довжини спіралі.
Укорочена антена
Для кращого резонансу в антені потрібно, щоб «витягнута» довжина спіральної частини якомога ближче до значення довжини хвилі. Але вона не повинна бути меншою за ¼ довжини хвилі (λ). Таким чином, λ може сягати 11 м. Це актуально для КВ-діапазону. В цьому випадку антена буде надто довгою, що неприйнятно. Одним із способів збільшити довжину провідника є установка котушки, що подовжує, у підстави приймача. Ще один варіант - запитування у ланцюг тракту тюнера. Його завдання - узгодження вихідного сигналу передавача радіостанцій з антеною на всіх робочих частотах. Якщо говорити зрозумілою мовою, то тюнер виступає у ролі підсилювача вхідного сигналу з приймача. Така схема застосовується в автомобільні антениде дуже важливий розмір елемента, що приймає радіохвилю.
Висновок
Спіральні антени здобули велику популярність у багатьох областях радіоелектронних комунікацій. Завдяки їм здійснюється стільниковий зв'язок. Також їх застосовують у телебаченні і навіть у далекому космічному радіозв'язку. Однією з перспективних розробок зменшення габаритів антени стало застосування конусного рефлектора, що дозволяє збільшити довжину хвилі, що приймає, в порівнянні зі звичайним відбивачем. Однак є недолік, виражений у зменшенні спектра робочої частоти. Також цікавим зразком є «двозахідна» конічна спіральна антена, що дозволяє працювати в широкому спектрі частот завдяки формуванню ізотропної діафрагми спрямованості. Це тому, що лінія живлення як двопровідного кабелю забезпечує плавне зміна хвильового опору.
Супер просту та супер швидку у виготовленні антену з коаксіального кабелю для прийому каналів цифрового телебаченняможна зробити своїми руками хвилин за 5. Для цього вам не знадобиться абсолютно нічого, крім самого кабелю. І це найголовніший плюс цієї антени.
Без телевізора зараз нікуди.
Ця конструкція вас обов'язково виручить, наприклад, коли ви тільки в'їхали в житло і ще встигли ні протягнути кабель, ні поставити стаціонарну антену. Звичайно це не єдиний приклад, де допоможе ця по істині проста петлева антена.
Зараз у коментарях хтось обов'язково напише, що є антени ще простіше, на кшталт штирьової. Для виготовлення якої буде просто зняти дві ізоляції з кабелю і все буде працювати. Я звичайно з цим погоджуся, але петльова антена, яку зроблю я з коаксіального кабелю матиме набагато більше посилення, зважаючи на свою спрямованість і резонансно-замкнутий контур.
Виготовлення антени з коаксіального кабелю
Так виглядає варіант зроблений із чорного кабелю.
А тепер - виготовлення антени по порядку. Все, що нам знадобиться, це менше півметра коаксіального кабелю будь-якого кольору. Я взяв білий.
Від краю кабелю відступаємо 5 см та знімаємо верхню ізоляцію.
Далі знімаємо ізоляцію із центральної жили.
Тепер все разом акуратно та щільно скручуємо.
Потім, від краю зі знятою ізоляцією відступаємо 22 см і вирізаємо шматочок 2 см верхньої ізоляції та екранованого дроту з фальної, не чіпаючи при цьому ізоляцію центральної жили.
Тепер від кінця розрізу відміряємо ще 22 см і робимо проріз завширшки 1 см тільки зі зняттям верхньої ізоляції. Екран кабелю не чіпаємо.
Далі беремо край кабелю, з якого починали. І дуже щільно примотуємо його в останньому розрізі, формуючи коло антени.
На цьому наша антена готова до роботи. Звичайно, це не обов'язково, але якщо вішати антену на вулицю, то краще ізолентою заізолювати всі оголені місця кабелю. Також можна додати жорсткий каркас, але це за бажанням.
Розташування антени
Антену направляємо на ретранслятор чи телевізійну вежу. Напрямок можна вибрати і досвідченим шляхом, обертаючи антену.Найкращим варіантом буде якщо розмістити її за вікном, тому що стіни будинку дуже глушать високочастотний сигнал.
Перевірка показала чудовий результат роботи
Вважається, що спіральна антена характеризується круговою поляризацією, але думка хибна. Насправді структура витків така, що приймаються хвилі і з лінійною поляризацією. Це зручно, коли є можливість працювати на будь-якій структурі хвилі. І спіральні антени використовуються як опромінювач дзеркал на супутнику. Для радіоаматорів недолік у тому, що хвиля з лінійною поляризацією послаблюється на три децибели, як відомо, у радіо та телемовленні іншого не використовується. У країні спіральний опромінювач доречний лише для лову НТВ+ із супутника, там метод не використовується. Ряд спеціальних застосувань зазначених антен обговорювати не будемо. Втім, запити на тему зустрічаються в мережі. Кому стане в нагоді спіральна антена, звита з дроту і одягнена на шматок труби, відповісти не беремося, навіть у збірці робіт радіоаматорів цей клас виробів відсутній геть-чисто.
Як зібрати спіральну антену
Спіральна антена нагадує інфрачервоний обігрівач специфічної конструкції. У СРСР військові заводи випускали прилади побутового призначення. Звідси подібність параболічних тарілок та обігрівачів. Для складання знадобиться дізнатися діаметр і крок намотування дроту, кількість витків. З матеріалів знадобляться:
- Сталевий лист для екрану, довільної товщини, щоб не гнувся від вітру та інших колізій.
- Відріз дроту, щоб вистачило намотати витки із запасом.
- Живильний кабель: для телебачення 75 Ом, для радіо 50 Ом.
- Труба пластикова необхідного діаметру.
Спіральні антени відносяться до класу хвилі, що біжить, опір пристроїв велике, щоб, правильно розрахувавши пристрій, підключити без узгодження. Спочатку розмічається труба із запасом, щоб вдалося встромити в екран і приклеїти. Уздовж осі (краще з двох сторін) розмічається крок намотування. У майбутньому ризики використовуються для вирівнювання. Відступіть попереду пару-трійку сантиметрів, починайте працювати маркером. Зверніть увагу, що з зворотного бокувиток зміщується рівно на півкроку.
Спіраль намотується на трубу без урахування кроку, з необхідним числом витків. Надалі, починаючи з перших ризиків, потрібно розтягнути дріт правильним чином. Щоб не відбувалося усунення надалі, слід правильне положення зафіксувати краплями клею. Приблизно по три-чотири на виток. Тим часом виготовимо екран.
Вибирайте квадрат із стороною близько п'яти діаметрів труби намотування. Немає різниці, яка товщина сталі, витримуйте характеристики міцності. У зібраному вигляді екран перпендикулярний трубі.
Для електричної складання слід в області закінчення спіралі (основа труби) просвердлити отвір і пропустити дріт всередину. За екраном у боковині проробляємо додаткову дірку, куди пропускаємо обплетення кабелю живлення. Електрично центральна жила з'єднується зі спіраллю, фідерний екран з екраном антени. Утворюється конструкція для прийому та передачі хвиль. Труби зі сталевим екраном з'єднуються клеєм-герметиком по куточку, щоб забезпечити строгу перпендикулярність деталей. Ключові моменти:
- Спіраль і екран виготовляються з провідного матеріалу, наприклад, міді.
- Труби з діелектрика.
Розрахунок спіральної антени
Спіральні антени відмінні здатністю ловити будь-який тип хвилі, що використовується в наземному мовленні. Однак для лову радіо слід вісь направити вгору, екран розташується горизонтально. Пристрої притаманні яскраво виражені спрямовані властивості, не чекайте, що вдасться охопити ряд вишок з однієї точки. Не так просто. Діаграма спрямованості залежить від габаритів спіральної антени та сильно:
- Якщо довжина витка набагато менша за довжину хвилі, переважає бічне випромінювання, поперек осі антени. Причому поляризація не кругова.
- В ідеальному випадку довжина витка укладається у рамки 0,75 - 1,3 довжини хвилі. У цьому випадку спостерігаємо головну пелюсток діаграми спрямованості, що дивиться вперед. Зрозуміло, потрібний екран.
- Якщо довжина спіралі більше 1,5 довжини хвилі, утворюється дві пелюстки, спрямованих у передню напівплощину. Точніше, виходить щось, що нагадує конусну поверхню.
Побічно (за другим пунктом) читачі вже склали уявлення про діапазон. Вдвічі смугу розширимо, застосовуючи не циліндричну, а конусну спіраль (конічна спіральна антена). Рекомендуємо онлайн калькулятор на сайті http://aerial.dxham.ru/onlajn-raschety/raschety-antenn/raschet-spiralnoj-antenny. Тут пропонується задати частоту, крок намотування спіралі та довжину випромінювача:
- Від довжини намотування спіралі залежить ширина головної пелюстки діаграми спрямованості. Варіювати число витків і спостерігати за параметром (перебуває внизу сторінки калькулятора). Ледве помітно змінюється діаметр намотування спіралі. Цьому немає пояснення, творцям калькулятора видніше. Зрозуміло, знадобиться більше міді, що відображається у відповідних параметрах.
- Додамо, що зі збільшенням довжини зростає та посилення. Це типовий ефект: звужується пелюстка – зростає посилення. Площа діаграми спрямованості – величина стала. Як говорив Ломоносов, якщо в одному місці чогось прибуде, в іншому неодмінно убути має. Зауважте, що зі зростанням витків ледь помітно падає ширина смуги пропускання.
- Від кроку намотування залежить посилення: що більше цифра, то нижче посилення, то вже діаграма спрямованості. На наш погляд, це помилка авторів, тому що виходить, що вигідніше мотати щільно. До того ж дроту піде менше. Показано винятково переваги, на практиці таке виглядає сумнівно.
З корисних властивостей цього онлайн-калькулятора хотілося б відзначити розрахунок мінімального розміру екрану. А щодо кроку уточніть у довідниках, чим і займемося. До речі, цікавий факт, що за умовчанням на сайті одразу стоїть частота WiFi 2,45 ГГц. Тут сьогодні спіральні антени часто використовуються.
Знайшли: посилення залежить лише від кількості витків. Крок намотування рекомендується вибирати 0,22 – 0,24 довжини хвилі. На сайті це значення задаємо у широких межах. Пропонуємо читачам вибрати крок, варіюючи кількість витків. Трапляється, що в окремих калькуляторах трапляються помилки, точною інформацією володіє лише веб-програміст.
До речі, у новому джерелі відомості наведено, що екран розміщується за спіраллю на відстані 0,12 довжини хвилі. При цьому додається, що якщо діаметр екрана вибирається рівним 0,8 довжини хвилі і більше, сторона квадрата ще більша: 1,1? Ситуація не настільки очевидна, але уявіть, що коло має вписатися всередину — все постає на місця.
Що стосується узгодження, опір спіральної антени залежить від товщини дроту і зі зростанням зменшується. Можливо досягти цифри, що дорівнює 75 і навіть 50 Ом. У разі погодження не потрібно, що спрощує експлуатацію. На найвищих частотах це працює. Наприклад, хвильовий опір дорівнюватиме 75 Ом при товщині дроту 5% довжини хвилі. Отримуючи 50 Ом слід взяти товщину дроту 7% довжини хвилі. Бачите, що на частотах WiFi це реально, а значить розрахуємо параметри так, уникаючи узгодження.
Зверніть увагу, що в калькуляторі не дається можливості задати товщину дроту, а з наявним хвильовий опір дорівнює 140 Ом. Ймовірно, це професійна хитрість, за даними кабель повинен бути на 50 Ом на частотах WiFi. Проте легко перевірити, чи виконується залежність від товщини дроту. Наведемо таблицю та порівняємо результат.
Таблиця розрахунків
Отже, частота становить 2450 МГц, знаходимо довжину хвилі за простою формулою:
λ = 299792458 / 2450000000 = 0,1223 метра.
Знаходимо потрібний діаметр дроту для опору 140 Ом:
0,1223 х 0,02 = 2,45 мм, перевіримо, чи збігається це з онлайн калькулятором! Дивимося та бачимо: 2,4. Ну, якщо врахувати, що без заокруглення вийшло 2,447 мм, то вважатимемо, що два джерела повторюють один одного, а значить вказівкам щодо вибору кроку намотування (див. вище) можна повірити. У цьому вважаємо, що саморобна спіральна антена готова, і навіть знайдемо товщину дроту, коли опір стане рівним 50 Ом: виходить 8,5 мм. Причому на зазначеній високій частоті складно забезпечити необхідні умови. Тому метою самостійно зробити спіральну антену частіше задаються комп'ютерники.
Що стосується нестиковок у калькуляторі, перевіряйте читання в інтернеті технічну інформаціюдекілька разів. Вважаємо, що відповіли на запитання, що таке спіральна антена і як зробити спіральну антену. Плюс конструкції у простоті виготовлення, якщо патчі потрібно прораховувати, погоджувати, і не факт, що вийде, тут є непоганий пристрій, що задовольняє заданим умовам, що відсіває масу перешкод. З обох сторін (на прийом та передачу) стоять однакові антени, щоб працювати з круговою поляризацією, інакше результат стане загадково-непередбачуваним. Спіральна антена, зібрана самостійно – реальність.
Цей коментар, який я наведу нижче, вирішив виділити окремою статтею. У його автора вийшла спіральна антена, яка у найгірших умовах прийому забезпечила роботу одночасно двом телевізорам, причому без підсилювачів та розгалужувачів. Він назвав свою конструкцію БІСПІРАЛЬНОЮ, хоча така назва вже поєднується з подвійною спіральною та з двома спіральною антенами, які представлені у різних варіантах та у різних функціональних призначеннях. Однак, з наведеного прикладу, ви зрозумієте, що це щось інше, якому ще необхідно придумати назву.
БІСПІРАЛЬНА
Продавець відмовляв від покупки приймача DVB-T2: "Принесеш назад - не ловиться у нас!" Між джерелом та моїм містом 35 км. Відстань не загрожує, але впоперек влаштовані три лінії ЛЕП-500, ЛЕП-750 - джерела перешкод. Крім цього, прямий сигнал загороджений височиною із щільною забудовою 16-поверхівками.31-й (551 МГц) та 51-й (714 МГц) частотні канали.
Першою була виготовлена та випробувана двох кільцева антена. Вона допомогла намацати єдиний варіант напряму прийому, показала «проблиски» ТБ-сигналу, відбитого під гострим кутом від дев'ятиповерхового будинку, що стоїть упідлозі кілометрі.
Виготовив 7-виткову спіральну антену, розраховану на 31 канал. Основою каркасу служать 4 відрізки поліпропіленової водопровідної труби (малий тангенс!), Для квадратної спіралі - одиночний мідний багатожильний провід перетином 4 кв. мм у вінілової ізоляції, п'ятиметровий кабель. Результат цілком влаштував впевнений прийом обох пакетів. Пробував зробити подібну антену за розмірами 51 каналу (714 МГц), результат – 31 канал вона «не ловить». Звідси зробив висновок: розрахунок спіральної антени слід виконувати низькочастотний канал. Висновок номер два: широкосмугова спіральна антена зумовлена її конструкцією (так стверджує Карл Ротхаммель), а не діаметром намотаного дроту.
Все було чудово до того часу, коли дружина попросила влаштувати їй телевізор ще й на кухні. Серйозна відстань (плюс 13 метрів) передачі високочастотного сигналу – проблема. Використання краба, а також включення приймачів «цугом» не спричинило результату. Випробував три моделі підсилювачів SWA, з найкращим із них інтенсивність сигналу підростала з 70 до 90, але якості на далекому не було зовсім! Окремо приймачі з цією антеною забезпечували впевнений прийом обох пакетів.
Будувати другу антену - захаращувати балкон.
Рішення прийшло. Що якщо на цьому ж каркасі влаштувати другу спіраль, помістивши витки між першими витками? Сказано-зроблено, доопрацювання було виконано о 1,5 годині. Результат чудовий! Для другої спіралі я використовував провід із срібною екранною обмоткою. Інтенсивність та якість сигналів на далекому (!) приймачі підросли на 15 пунктів. Не помічено впливу приймачів один на одного з такою антеною.
Відомо, що при додаванні сигналів від двох спіралей інтенсивність сигналу подвоюється. Поєднувати спіралі я не пробував, а було б цікаво. Цікаво також спробувати чотири спіралі на загальному каркасі.
Сподіваюся, що ця інформація виявиться корисною допитливим та рукостистим!
P.S. якби була кнопка «вставити зображення» - доклав би фото.
Ну, а тепер – мій вихід.
Важко не погодитись, що дуже потрібна інформація. Залишається лише шкодувати, що ресурс цього блогу не забезпечує супровід коментар фотографіями. Та й сам цей коментар не відразу виявився, а знайшов я його випадково в кулуарах блогу і втиснув у потрібне місце лише через два тижні.
Відразу по ходу коментаря просто уточню, що при додаванні двох спіралей, як і інших антен, що володіють спрямованими властивостями, їх загальний коефіцієнт посилення збільшується тільки на 3 дБ, якщо відлік посилення цих антен йде від напівхвильового вібратора (принаймні так стверджує автор двотомника Антени» Карл Ротхаммель та «Довідник радіоаматора конструктора» під загальною редакцією Р. М. Малініна).
Досвід автора доданого коментаря практично доводить, що гірші умови поширення радіохвиль, тим сильніше позначається перевага кругової поляризації, яку мають спіральні антени, і навіть з урахуванням втрат в 3 дБ у разі прийому сигналу від телевізійного передавача з горизонтальною поляризацією.
Тепер необхідно придумати назву цієї саморобної антени, яку випробував автор. Щоб не заплутатися в термінології спіральних антен, я вирішив поцікавитися вже відомими назвами, і, таким чином, вийшла
Відзначу також, що з усього різноманіття антен лише спіральні лідирують за кількістю геометричних форм і відповідних їм назв, а що стосується двох і більше спіралей, варіанти назв пропорційно збільшуються.
Спіральна антена із горизонтальною поляризацією.
Це дві спіралі, з протилежним кроком намотування, розташовані паралельно один одному в горизонтальній площині, з одним загальним відбивачем, з рекомендованою відстанню між осями, що дорівнює 1,5 величини довжини хвилі. Якщо спіралі розташовані в горизонтальній площині, то вони мають горизонтальну поляризацію, якщо в одній площині один над одним, то вертикальна поляризація.Дві спіралі по шість витків дають посилення 14 дБ, якщо порівнювати з напівхвильовим вібратором (нагадаю, що 6 витків згідно з таблицею цього ж видання – це 11 дБ). Перед одиночною спіраллю з хвильовим опором 120 Ом здвоєні спіралі мають перевагу, тому що їх загальний опір 60 Ом, і вони легше узгоджується з коаксіальним кабелем 50 або 75 Ом. При однотипному укладанні спіралей поляризація буде круговою.
Рідше використовується конструкція спіральної антени з горизонтальною поляризацією, де дві спіралі з різним напрямомнамотування з'єднуються по одній осі.
Подвійна спіральна антена.
У тому ж двотомнику (особливі типи антен для УКХ та ДМВ діапазонів, розділ 26. 8.) існує ще один термін « подвійна спіральна антена», насправді це антена за властивостями можна порівняти з чвертьхвильовим штирем, де останній виконаний у вигляді спіралі, а функцію противаги виконує спіраль більшого діаметра.
Цей тип антен добре підходить для дальнього прийому ефірного телевізійного. цифрового сигналу. Підкуповує простота виробу, лише дві основні деталі: відбивач із снігоприбиральної лопати та спіраль із мотка силового дроту. Жодного паяного з'єднання, все на гвинтах та скрутці. Немає складних узгоджувальних елементів. Проте коефіцієнт посилення конструкції досягає більше 10 дБ, що дозволяє використовувати її в деяких випадках без підсилювача. Саме на цю антену без підсилювача я прийняв за містом цифровий телевізійний сигнал.
Хочу нагадати, що будь-яка дециметрова антена підходить для цифрового каналумовлення, різниця буде лише в дальності прийому. Але не всяка антена забезпечить максимальний коефіцієнт посилення та узгодження саме на потрібній частоті. Яка б складна антена не була, вона має провали та піки посилення у всьому своєму діапазоні частот, що приймаються.
Саме спіральні антени стежили за польотом першого космонавта Юрія Гагаріна.
 |
| Фото 2 |
Немає нічого гіршого за незавершені справи. За основу вибираю найпростішу з усіх типів спіральних антен. Це однозахідна, спіральна, циліндрична (буває ще конічна), регулярна, тобто з постійним кроком намотування або однаковою відстанню між витками. Таким чином, вже назва антени говорить про її конструкцію. Саме таку конструкцію вперше запропонував Kraus J.D.
"Helical beam antenna". - "Electronics", 1947 рік. V 20, N 4. Р. 109.
Рекомендую для радіоаматорів найкращу настільну книгу «Антени», видання 11, том 2. Автор Карл Ротхаммель.У книзі зібрано багато практичного матеріалу майже всім видам антен. Характеристики, параметри, практичні розрахунки, поради.
Із цього видання я наводжу характеристики спіральної антени.
 |
| Мал. 1. |
Необхідно дізнатися, на якій частоті у вашому регіоні йде цифрове мовлення і значення цієї частоти перевести в метри. Довжина хвилі в метрах = 300/F (частота в МГц).
Для московських частот мовлення двох цифрових пакетів я вибрав середню частоту 522 МГц, що відповідає довжині хвилі лямбда 57 см. У цьому випадку діаметр витка дорівнює D = 17,7 см, відстань між витками 13,7 см, відстань від екрана до витка 7 ,4 см, а ширина екрана має вкластися в 35 см.
Як екран (відбивач) мені знадобилася неправильна снігоприбиральна лопата з красивої блискучої нержавіючої сталі, що постійно гнуться під вагою снігу. Практика показує, що відбивач не обов'язково повинен бути круглим, а робити сторону квадрата більше двох діаметрів витка спіралі немає сенсу. для радіохвиль, а мідний дріт не окислюється у ній під впливом довкілля. На практиці товщина дроту виявилася майже в 5 разів меншою від теоретичної, ось чому діапазон антени вийшов вузьким. У дециметровому діапазоні антена прийме добре лише кілька телевізійних станцій аналогового мовлення, тим не менш, два цифрових пакети, розплачені поруч по частоті, цілком умістяться в смузі її посилення. Ще буде потрібно 75-омний коаксіальний кабель з роз'ємом. Не рекомендую сильно захоплюватися довжиною кабелю, особливо якщо антена без підсилювача, так як в кожному метрі його втрачається від 0,5 до 1 дБ посилення і довгому кабелю знадобиться узгоджувальний пристрій. У своїй конструкції я використовував 3 метри кабелю.
 |
| Мал. 2. |
Усього справ, намотати спіраль, приєднати до провідника спіралі кабель і прикріпити все це до полотна лопати. Але діелектричного циліндра потрібного діаметра для фіксації дроту спіралі у мене не виявилося, і тому як каркас я використовував рейки і лист сухої фанери, перенісши на неї розміри антени з ескізу. Було б крутіше, якби використовувалися живці від лопат замість рейок та фанери, але я збирав лише макет, і мені було зручно зробити все на фанері. Коли обічайка почала обволікатися дротом, саморобка була схожа на корпус літального апарату. З боку це виглядало менш нешкідливо, якби я став гнути витки з мідної трубкияк хотів раніше. Як я вже казав, таку антену зручно сховати під коник будинку з дахом з м'якої покрівлі, андуліну або шиферу, прозорого для радіохвиль.
 |
| Фото 3. Випробування макету антени. |
Для перевірки антени я використовував кімнату мансарди, де за допомогою сходів підняв саморобку ближче до стелі. У цьому місці раніше працювала фазована рамка з підсилювачем 35 дБ і насилу покупна кімнатна антена з підсилювачем 30 дБ. Місце випробування також. Володимирська область, 90 км на схід від Останкіного. Наразі тут працює спіральна антена без підсилювача. Вона «бачить» телецентр через: вагонку, пергамін, 10 см базальтової вати, дошку обрешітки, фанеру OSB, підстилковий килим, луску м'якої покрівлі і згусток цвяхів різної довжини. Залишається закріпити її ще вище, під коник будинку або розібрати, адже це всього лише макет.
 |
| Фото 5. Розмір та крок попередніх конструкцій антен майже збігаються. |
Для покращення параметрів антени не завадить застосувати узгоджуючий пристрій - трансформатор, що забезпечує перехід з опору антени 180 Ом на коаксіальний кабель з опором 75 Ом. Це платівка із тонкої міді у вигляді трикутника, що розширюється до екрану. Місце кріплення платівки та її розміри я підібрав експериментальним шляхом, застосувавши дві пластмасові прищіпки. У домашніх умовах це легко зробити за допомогою телевізора, спустивши антену на нижчий рівень, при якому зображення буде «засніженим». Необхідно рухати, повертаючи пластинку, і на слух, зменшення рівня шуму в аудіо каналі при прийомі аналогового сигналу, близького за частотою до цифрового пакету, визначити її місцезнаходження. Після чого запаяти.
Незважаючи на безглуздість форми, у цієї антени є перевага. Вона без підсилювача, який після розрядів блискавок часто вилітає. На практиці двічі підсилювачі виходили з ладу під час грози біля зовнішніх антен, розташованих за 30 метрів від стовпа повітряної електропроводки, в який потрапляли блискавки. У антени розташованої під дахом будинку, за шість метрів від стовпа-розрядника, випадки виходу підсилювача з ладу не зареєстровані.Може вийти з ладу блок живлення самого підсилювача, тому що він, як правило, завжди під напругою та ресурс його обмежений.
Ще одна перевага в тому, що дальність цієї антени з підсилювачем буде більшою, на скільки, перевірте самі.
Доповнення. Зміна конструкції антени.
Цього року (2015) я вирішив доопрацювати саморобну конструкцію спіральної антени, використовуючи замість дроту металопластикову трубку (металопласт) діаметром 16 мм. Раніше зібрані антени вже пройшли аналогічну операцію та помітно пожвавилися. Зазнала оздоровлення та спіральна антена, але не спокушайтеся, приріст рівня сигналу склав лише 10 відсотків, а якість сигналу залишилася на тому ж стовідсотковому рівні.
 |
| Фото 7. Стара антена. |
 |
| Фото 8. Зміна конструкції. |
Давно хотів зробити антену, використовуючи як матеріал трубку. Зупиняла схожість із самогонним апаратом та висока собівартість. Але ось матеріал знайдений і вже випробуваний на простих антенах. Це трубка, що легко гнуться, з високоякісного алюмінію, обтягнутого з усіх боків пластиком, продається на всіх будівельних ринках для прокладання водопроводу.
 |
| Фото 10. Нова конструкція. |
 |
| Фото 9. Банку – оправлення. |
Економічний
розрахунок антени.
Цей складний розрахунок мені довелося зробити, зайшовши в магазин «Все для дому», на околиці Підмосков'я і побачивши металопласт за ціною 45 руб. Довжина хвилі, частоти мовлення, довжина кола, кількість витків, посилення антени.
4 метри випалив я на касі, підвівши підсумок економічної частини проекту. Собівартість антени має перевищити мінімальну акцизну вартість пляшки горілки.
Розрахунок антени.
Чисто з економічних міркувань вийшло 6,5 витків, на піввитку менше попередньої дротяної саморобки. Так само між витками я взяв відстань рівну четвертій частині довжини хвилі. Аналогічно підрахував довжину одного витка, але з практичних міркувань, вже маючи досвід з виготовлення простих петлевих антен, скоригував залежність металопласту від частоти, скоротив довжину витка на 1,5 см. Також підрахував діаметр оправки, поділивши скориговану довжину витка на 3,14. З урахуванням товщини трубки діаметр оправлення взяв на 8 мм менше.
Регулювання.
Вона полягала у вимірі КСВ (коефіцієнта стоячої хвилі) саморобним КСВ-метром. Спочатку я виміряв стару саморобку. Дивно, але прилад заявляв про гарне узгодження з 50 Ом навантаженням (КСВ = 1,5). З доопрацьованою антеною теж все співпало, щоправда, при запитці з краю полотна. Але конструктивно, вже згодом, я задіяв кабель центром і КСВ впав до 2. Дуже корисним виявився простенький саморобний КСВ-метр, суміщений з саморобним генератором, налаштованим на цифрові частоти мовлення. З його допомогою я зміг не тільки визначити КСВ антени, але й перевірити її працездатність, коли кожен виток реагував на кришку, що підноситься, від каструльки гойданням стрілки мікроамперметра.
Підсумки.
Зміна конструкції додала приріст посилення на 10 відсотків, і це при тому, що в антені на підлогу витка менше. Загалом вона приймає програми в дециметровому діапазоні, працюючи в аналоговому режимі, не гірше за антену типу «хвильовий канал» (Уда – Яги), що включає 12 директорів і підсилювач із заявленим посиленням не менше 26 дБ. Обидві антени розташовані в однакових умовах на одному рівні від землі. Різниця лише в тому, що робота покупної антени, при прийомі ефірного цифрового сигналу, залежить від погоди і часу дня, симулюючи погіршення проходження радіохвиль характерним звуком, що крякає, і зависанням телевізійних картинок, а то і повною відсутністю зображення. Радіоприйом із саморобною антеною завжди постійний.
Але в цілому я залишився незадоволений цією конструкцією, оскільки очікував від неї щось більшого, виходячи з її габаритів і витрачених коштів. Порівнюючи цю спіральну антену з попередньою конструкцією саморобною антеною для прийому ефірного цифрового телебаченнящо складається всього з двох фазованих кілець ідентичного діаметра, зроблену з того ж матеріалу, я не знайшов істотного виграшу, порівнюючи їх за рівнями прийому.
Два фазованих кільця та шість закручених у спіраль, дають посилення в теорії 6 дБ та 10 дБ. Два кільця на відкритому повітрі та 6,5 кілець під дахом, на однаковому рівні від землі та за практичного однакового рівня посилення у відсотках. Може дах і з'їв різницю 4 дБ, а може реально важко помітити цю різницю? Водночас не виставлятиме цей змійовик на вулицю, відкриваючи цим тему для зайвих розмов.
Чи впав я духом? Ні! Радіоаматорство – джерело задоволення. Займіться радіоаматорством, адже це цікаво. Можливо, результат у вас буде найкращим.
Швидше за все, я ще повернуся до цієї спіральної антени, адже не заснула ж вона, коли антена «хвильовий канал» перестала приймати ефір.
