Antenes espirals: tipus i fotos

2024 Autora: Leah Sherlock | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 05:30

L'antena en espiral pertany a la classe d'antenes d'ona mòbil. El seu rang de funcionament principal és el decímetre i el centímetre. Pertany a la classe de les antenes de superfície. El seu element principal és una espiral connectada a una línia coaxial. L'espiral crea un patró de radiació en forma de dos lòbuls emesos al llarg del seu eix en diferents direccions.

Les antenes en espiral són cilíndriques, planes i còniques. Si l'amplada del rang de funcionament requerit és del 50% o menys, s'utilitza una hèlix cilíndrica a l'antena. L'hèlix cònica duplica el rang de recepció en comparació amb la cilíndrica. I els plans ja donen un avantatge de vint vegades. La més popular per a la recepció en el rang de freqüències VHF era una antena de ràdio cilíndrica amb polarització circular i un gran guany de senyal de sortida.

Dispositiu d'antena

La part principal de l'antena és un conductor en espiral. Aquí, per regla general, s'utilitza filferro de coure, llautó o acer. Hi ha connectat un alimentador. Està dissenyat per transmetre un senyal des de l'hèlix a la xarxa (receptor) i viceversa (emissor). Els alimentadors són de tipus obert i tancat. Els alimentadors de tipus obert sónguies d'ones no blindades. Un tipus tancat té un escut especial contra les interferències, que fa que el camp electromagnètic estigui protegit de les influències externes. En funció de la freqüència del senyal, es determina el següent disseny d'alimentadors:

- fins a 3 MHz: xarxes amb cable blindades i sense blindatge;

- 3 MHz a 3 GHz: cables coaxials;

- 3GHz a 300GHz: guies d'ones metàl·liques i dielèctriques;

- més de 300 GHz: línies quasi òptiques.

Un altre element de l'antena era el reflector. El seu propòsit és enfocar el senyal a l'hèlix. Està fet principalment d'alumini. La base de l'antena és un marc amb una constant dielèctrica baixa, com ara escuma o plàstic.

Càlcul de les dimensions principals de l'antena

El càlcul d'una antena espiral comença amb la determinació de les dimensions principals de l'hèlix. Són:

- nombre de girs n;

- angle de gir a;

- diàmetre espiral D;

- pas de l'espiral S;

- diàmetre del reflector 2D.

El primer que cal entendre quan es dissenya una antena helicoïdal és que és un ressonador (amplificador) d'una ona. La seva característica era l' alta impedància d'entrada.

El tipus d'ones que s'hi exciten depèn de les dimensions geomètriques del circuit d'amplificació. Els girs veïnats de l'espiral tenen una influència molt forta en la naturalesa de la radiació. Relacions òptimes:

D=λ/π, on λ és la longitud d'ona, π=3, 14

S=0, 25 λ

a=12˚

Perquèλ és un valor que varia i depèn de la freqüència, llavors els valors mitjans d'aquest indicador calculats per les fórmules es prenen en els càlculs:

λ min=c/f màx; λ màx=c/f min, on c=3×108 m/s. (velocitat de la llum) i f max, f min: el paràmetre màxim i mínim de la freqüència del senyal.

λ cf=1/2(λ min+ λ màx)

n=L/S, on L és la longitud total de l'antena, determinada per la fórmula:

L=(61˚/Ω)2 λ cf, on Ω és la directivitat de l'antena depenent de la polarització (pres dels llibres de referència).

Classificació per rang operatiu

Segons el rang de freqüències principal, els transceptors són:

1. Banda estreta. L'amplada del feix i la impedància d'entrada depenen molt de la freqüència. Això suggereix que l'antena pot funcionar sense tornar a sintonitzar només en un espectre de longitud d'ona estret, aproximadament el 10% de l'amplada de banda relativa.

2. Àmplia gamma. Aquestes antenes poden funcionar en un ampli espectre de freqüències. Però els seus paràmetres principals (SOI, patró de radiació, etc.) encara depenen del canvi de longitud d'ona, però no tant com els de banda estreta.

3. Freqüència independent. Es creu que aquí els paràmetres principals no canvien quan canvia la freqüència. Aquestes antenes tenen una regió activa. Té la capacitat de moure's per l'antena sense canviar les seves dimensions geomètriques, en funció del canvi de longitud d'ona.

Les més habituals són les antenes helicoïdals del segon i tercer tipus. El primer tipus s'utilitza quancal augmentar la "claritat" del senyal a una freqüència determinada.

Antena feta per si mateix

La indústria ofereix una gran varietat d'antenes. Una varietat de preus pot variar des d'uns quants centenars a diversos milers de rubles. Hi ha antenes per a televisió, recepció satèl·lit, telefonia. Però podeu fer una antena espiral amb les vostres pròpies mans. No és tan difícil. Les antenes Wi-Fi helicoïdals són especialment populars.

Són especialment rellevants quan cal amplificar el senyal del router en alguna casa gran. Per fer-ho, necessiteu un cable de coure amb una secció transversal de 2-3 mm 2 i una longitud de 120 cm Cal fer 6 voltes amb un diàmetre de 45 mm. Per fer-ho, podeu utilitzar un tub de la mida adequada. Un mànec de pala encaixa bé (té aproximadament el mateix diàmetre). Enrotllem el cable i obtenim una espiral de sis voltes. Doblem l'extrem restant de manera que passi exactament per l'eix de l'espiral, "repetint-lo". Estirem la part del cargol de manera que la distància entre girs estigui entre 28 i 30 mm. Després procedim a la fabricació del reflector.

Per a això, servirà una peça d'alumini de 15 × 15 cm de mida i 1,5 mm de gruix. A partir d'aquest espai en blanc fem un cercle amb un diàmetre de 120 mm, tallant les vores innecessàries. Perforar un forat de 2 mm al centre del cercle. Hi introduïm l'extrem de l'espiral i soldem les dues parts entre si. L'antena està preparada. Ara heu de treure el cable de radiació del mòdul d'antena de l'encaminador. I soldeu l'extrem del cable ambextrem de l'antena que surt del reflector.

Característiques de l'antena de 433 MHz

En primer lloc, cal dir que les ones de ràdio amb una freqüència de 433 MHz durant la seva propagació són ben absorbides pel terra i diversos obstacles. Per a la seva retransmissió s'utilitzen transmissors de baixa potència. Com a regla general, diversos dispositius de seguretat utilitzen aquesta freqüència. S'utilitza especialment a Rússia per no interferir en l'aire. L'antena helicoïdal de 433 MHz requereix un guany de sortida més elevat.

Una altra característica de l'ús d'aquests equips de transceptor és que les ones d'aquest rang tenen la capacitat d'afegir les fases de les ones directes i reflectides de la superfície. Això pot augmentar la força del senyal o debilitar-la. De l'anterior, podem concloure que l'elecció de la "millor" recepció depèn de la configuració individual de la posició de l'antena.

Antena casolana de 433 MHz

És fàcil fer una antena helicoïdal de 433 MHz amb les teves pròpies mans. És molt compacta. Per fer-ho, necessiteu un petit tros de filferro de coure, llautó o acer. També podeu utilitzar només cable. El diàmetre del cable ha de ser d'1 mm. Enrotllem 17 voltes sobre un mandril de 5 mm de diàmetre. Estirem l'hèlix de manera que la seva longitud sigui de 30 mm. Amb aquestes dimensions, provem l'antena per a la recepció del senyal. Canviant la distància entre girs, estirant i comprimint l'hèlix, aconseguim una millor qualitat del senyal. Però heu de saber que aquesta antena és molt sensible a diversos objectes,s'hi va acostar.

Antena receptora UHF

Les antenes helicoïdals UHF són necessàries per rebre un senyal de televisió. Pel seu disseny, consten de dues parts: un reflector i una espiral.

És millor utilitzar coure per a l'hèlix: té menys resistència i, per tant, menys pèrdua de senyal. Fórmules per al seu càlcul:

- longitud total de l'espiral L=30000/f, on f- freqüència del senyal (MHz);

- pas de l'hèlix S=0,24 L;

- diàmetre de la bobina D=0, 31/L;

- diàmetre de fil espiral d ≈ 0,01 L;

- diàmetre del reflector 0,8 nS, on n- nombre de voltes;

- distància a la pantalla H=0, 2 L.

Guany:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

La copa reflectora està feta d'alumini.

Altres tipus d'equips de transceptor

Les antenes còniques i planes helicoïdals són menys habituals. Això es deu a la dificultat de la seva fabricació, encara que presenten les millors característiques pel que fa a la transmissió i recepció del senyal. La radiació d'aquests transmissors no està formada per tots els girs, sinó només per aquells la longitud dels quals és propera a la longitud d'ona.

En una antena plana, la línia helicoïdal es fa en forma de línia de dos fils retorçada en espiral. En aquest cas, els girs adjacents s'exciten en fase en el mode d'ona viatgera. Això porta al fet que es crea un camp de radiació amb polarització circular cap a l'eix de l'antena, el que permet crear una banda de freqüència àmplia. Hi ha antenes planes amb l'anomenada espiralArquimedes. Aquesta forma complexa permet un augment significatiu del rang de freqüències de transmissió de 0,8 a 21 GHz.

Comparació d'antenes helicoïdals i altament direccionals

La principal diferència entre una hèlix i una antena direccional és que és més petita. Això el fa més lleuger, la qual cosa permet la instal·lació amb menys esforç físic. El seu desavantatge és un rang més estret de freqüències de recepció i transmissió. També té un patró de radiació més estret, que requereix una "cerca" de la millor posició a l'espai per a una recepció satisfactòria. El seu avantatge indubtable és la senzillesa del disseny. Un gran avantatge és la possibilitat de sintonitzar l'antena canviant el to de la bobina i la longitud total de l'espiral.

Antena curta

Per a una millor ressonància a l'antena, és necessari que la longitud "allargada" de la part helicoïdal sigui el més propera possible al valor de la longitud d'ona. Però no hauria de ser inferior a ¼ de longitud d'ona (λ). Així, λ pot arribar fins a 11 m. Això és cert per a la banda HF. En aquest cas, l'antena serà massa llarga, la qual cosa és inacceptable. Una manera d'augmentar la longitud del conductor és instal·lar una bobina d'extensió a la base del receptor. Una altra opció és introduir el camí del sintonitzador al circuit. La seva tasca és fer coincidir el senyal de sortida del transmissor de les estacions de ràdio amb l'antena a totes les freqüències de funcionament. Parlant en llenguatge senzill, el sintonitzador actua com a amplificador del senyal entrant del receptor. Aquest esquema s'utilitza a les antenes d'automòbils, on la mida de l'element que rep l'ona de ràdio és molt important.

Conclusió

Les antenes espirals s'han tornat molt populars en moltes àrees de les comunicacions electròniques. Gràcies a ells es realitza la comunicació cel·lular. També s'utilitzen a la televisió i fins i tot a les comunicacions de ràdio de l'espai profund. Un dels desenvolupaments prometedors per reduir la mida de l'antena va ser l'ús d'un reflector de con, que permet augmentar la longitud de la longitud d'ona receptora en comparació amb un reflector convencional. Tanmateix, també hi ha un inconvenient, expressat en una disminució de l'espectre de la freqüència de funcionament. També un exemple interessant és l'antena helicoïdal cònica "bidireccional", que permet treballar en un ampli espectre de freqüències, a causa de la formació d'un diafragma direccional isòtrop. Això es deu al fet que la línia elèctrica en forma de cable de dos fils proporciona un canvi suau d'impedància.