Spiraaliantennit: tyypit ja valokuvat

2024 Kirjoittaja: Leah Sherlock | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 05:35

Spiraaliantenni kuuluu liikkuvien a altojen antennien luokkaan. Sen pääkäyttöalue on desimetri ja senttimetri. Se kuuluu pinta-antennien luokkaan. Sen pääelementti on spiraali, joka on yhdistetty koaksiaalilinjaan. Spiraali luo säteilykuvion kahden keilan muodossa, jotka säteilevät sen akselia pitkin eri suuntiin.

Spiraaliantennit ovat sylinterimäisiä, litteitä ja kartiomaisia. Jos vaadittu toiminta-alueen leveys on 50% tai vähemmän, käytetään antennissa sylinterimäistä heliksiä. Kartiomainen helix kaksinkertaistaa vastaanottoalueen sylinterimäiseen verrattuna. Ja litteät antavat jo kaksikymmentäkertaisen edun. Suosituin vastaanotto VHF-taajuusalueella oli sylinterimäinen radioantenni, jossa oli pyöreä polarisaatio ja korkea lähtösignaalin vahvistus.

Antennilaite

Antennin pääosa on kierretty johdin. Täällä käytetään yleensä kupari-, messinki- tai teräslankaa. Siihen on kytketty syöttölaite. Se on suunniteltu lähettämään signaali helixistä verkkoon (vastaanotin) ja päinvastoin (lähetin). Syöttöt ovat avoimia ja suljettuja. Avoin tyyppiset syöttölaitteet ovatsuojaamattomat a altoputket. Suljetussa tyypissä on erityinen häiriösuoja, joka suojaa sähkömagneettista kenttää ulkoisilta vaikutuksilta. Signaalin taajuudesta riippuen määritetään seuraava syöttölaitteiden rakenne:

- 3 MHz asti: suojatut ja suojaamattomat kiinteät verkot;

- 3 MHz - 3 GHz: koaksiaalijohdot;

- 3 GHz - 300 GHz: metalliset ja dielektriset a altoputket;

- yli 300 GHz: näennäisoptiset linjat.

Toinen antennin elementti oli heijastin. Sen tarkoitus on kohdistaa signaali heliksiin. Se on valmistettu pääasiassa alumiinista. Antennin perustana on kehys, jolla on pieni dielektrisyysvakio, kuten vaahtoa tai muovia.

Antennin päämittojen laskeminen

Spiraaliantennin laskenta alkaa kierteen päämittojen määrittämisellä. Ne ovat:

- kierrosten määrä n;

- kääntökulma a;

- spiraalin halkaisija D;

- spiraalin nousu S;

- heijastimen halkaisija 2D.

Ensimmäinen asia, joka on ymmärrettävä suunniteltaessa kierteistä antennia, on, että se on aallon resonaattori (vahvistin). Sen ominaisuus oli korkea tuloimpedanssi.

Siellä virittyvien a altojen tyyppi riippuu vahvistuspiirin geometrisista mitoista. Kierteen vierekkäisillä kierroksilla on erittäin vahva vaikutus säteilyn luonteeseen. Optimaaliset suhteet:

D=λ/π, missä λ on aallonpituus, π=3, 14

S=0, 25 λ

a=12˚

Koskaλ on arvo, joka vaihtelee ja riippuu taajuudesta, sitten laskelmissa otetaan tämän indikaattorin kaavoilla lasketut keskiarvot:

λ min=c/f max; λ max=c/f min, missä c=3×108 m/s. (valon nopeus) ja f max, f min - signaalitaajuuden maksimi- ja minimiparametri.

λ cf=1/2(λ min+ λ max)

n=L/S, jossa L on antennin kokonaispituus määritettynä kaavalla:

L=(61˚/Ω)2 λ cf, missä Ω on antennin polarisaatiosta riippuva suuntaavuus (otettu hakuteosista).

Luokittelu toiminta-alueen mukaan

Päätaajuusalueen mukaan lähetin-vastaanottimet ovat:

1. Kapeakaistainen. Säteen leveys ja tuloimpedanssi ovat erittäin riippuvaisia taajuudesta. Tämä viittaa siihen, että antenni voi toimia ilman uudelleenviritystä vain kapealla aallonpituusspektrillä, noin 10 % suhteellisesta kaistanleveydestä.

2. Laaja valikoima. Tällaiset antennit voivat toimia laajalla taajuusspektrillä. Mutta niiden pääparametrit (SOI, säteilykuvio jne.) riippuvat edelleen aallonpituuden muutoksesta, mutta eivät niin paljon kuin kapeakaistaiset.

3. Taajuudesta riippumaton. Uskotaan, että tässä pääparametrit eivät muutu taajuuden muuttuessa. Näillä antenneilla on aktiivinen alue. Sillä on kyky liikkua antennia pitkin muuttamatta sen geometrisia mittoja aallonpituuden muutoksesta riippuen.

Yleisimpiä ovat toisen ja kolmannen tyyppiset kierreantennit. Ensimmäistä tyyppiä käytetään, kuntarvitaan lisää signaalin "selkeyttä" tietyllä taajuudella.

Itse tehty antenni

Teollisuus tarjoaa laajan valikoiman antenneja. Erilaiset hinnat voivat vaihdella muutamasta sadasta useisiin tuhansiin ruplaihin. On antenneja televisiota, satelliittivastaanottoa ja puhelinta varten. Mutta voit tehdä spiraaliantennin omin käsin. Se ei ole niin vaikeaa. Kierteiset Wi-Fi-antennit ovat erityisen suosittuja.

Ne ovat erityisen tärkeitä, kun on tarpeen vahvistaa reitittimen signaalia jossain suuressa talossa. Tätä varten tarvitset kuparilangan, jonka poikkileikkaus on 2-3 mm 2 ja pituus 120 cm. On tarpeen tehdä 6 kierrosta, joiden halkaisija on 45 mm. Voit tehdä tämän käyttämällä sopivan kokoista putkea. Lapion kahva sopii hyvin (sillä on suunnilleen sama halkaisija). Käärimme lankaa ja saamme kuusikierrosta spiraalin. Taivutamme jäljellä olevan pään siten, että se kulkee tarkalleen spiraalin akselin läpi "toistaen" sitä. Ruuviosa venytetään siten, että kierrosten välinen etäisyys on 28-30 mm. Sitten siirrymme heijastimen valmistukseen.

Tätä varten 15 × 15 cm:n kokoinen ja 1,5 mm paksu alumiinipala käy. Tästä aihiosta teemme ympyrän, jonka halkaisija on 120 mm, leikkaamalla pois tarpeettomat reunat. Poraa 2 mm:n reikä ympyrän keskelle. Asetamme spiraalin pään siihen ja juotamme molemmat osat toisiinsa. Antenni on valmis. Nyt sinun on poistettava säteilyjohto reitittimen antennimoduulista. Ja juota langan pääantennin pää tulee ulos heijastimesta.

433 MHz antennin ominaisuudet

Ensinnäkin on sanottava, että radioaallot, joiden taajuus on 433 MHz niiden etenemisen aikana, imeytyvät hyvin maahan ja erilaisiin esteisiin. Sen uudelleenlähetykseen käytetään pienitehoisia lähettimiä. Useat turvalaitteet käyttävät yleensä tätä taajuutta. Sitä käytetään erityisesti Venäjällä, jotta se ei häiritse ilmaa. 433 MHz:n kierreantenni vaatii suuremman lähtövahvistuksen.

Toinen tällaisten lähetin-vastaanotinlaitteiden käytön ominaisuus on, että tämän alueen aallot pystyvät lisäämään pinnasta suorien ja heijastuneiden a altojen vaiheet. Tämä voi joko lisätä tai heikentää signaalin voimakkuutta. Yllä olevasta voimme päätellä, että "parhaan" vastaanoton valinta riippuu antennin sijainnin yksilöllisestä asetuksesta.

Kotitekoinen 433 MHz antenni

433 MHz:n kierreantenni on helppo valmistaa omin käsin. Hän on erittäin kompakti. Tätä varten tarvitset pienen palan kupari-, messinki- tai teräslankaa. Voit käyttää myös pelkkää lankaa. Langan halkaisijan tulee olla 1 mm. Kääritään 17 kierrosta tuurnalle, jonka halkaisija on 5 mm. Venytetään heliksiä niin, että sen pituus on 30 mm. Näillä mitoilla testaamme antennin signaalin vastaanottoa. Muuttamalla kierrosten välistä etäisyyttä, venyttämällä ja puristamalla heliksiä saavutamme paremman signaalin laadun. Mutta sinun on tiedettävä, että tällainen antenni on erittäin herkkä erilaisille esineille,tuonut hänet lähelle.

UHF-vastaanottoantenni

UHF-kierreantennit ovat välttämättömiä televisiosignaalin vastaanottamiseksi. Suunnittelultaan ne koostuvat kahdesta osasta: heijastimesta ja spiraalista.

Helixissä on parempi käyttää kuparia - sen vastus on pienempi ja siten signaalihäviö pienempi. Laskekaavat:

- spiraalin kokonaispituus L=30000/f, missä f- signaalin taajuus (MHz);

- kierteen nousu S=0,24 L;

- kelan halkaisija D=0, 31/L;

- spiraalilangan halkaisija d ≈ 0,01L;

- heijastimen halkaisija 0,8 nS, missä n- kierrosten lukumäärä;

- etäisyys näyttöön H=0, 2 L.

Hyöty:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

Heijastinkuppi on valmistettu alumiinista.

Muut lähetin-vastaanotinlaitteet

Kartiomaiset ja litteät kierreantennit ovat harvinaisempia. Tämä johtuu niiden valmistuksen vaikeudesta, vaikka niillä on parhaat signaalin lähetyksen ja vastaanoton ominaisuudet. Tällaisten lähettimien säteilyä eivät muodosta kaikki käännökset, vaan vain ne, joiden pituus on lähellä aallonpituutta.

Litteässä antennissa kierteinen linja on tehty kaksijohtimisen linjan muodossa, joka on kierretty spiraaliksi. Tässä tapauksessa vierekkäiset kierrokset viritetään vaiheittain liikkuvassa a altotilassa. Tämä johtaa siihen, että antennin akselia kohti luodaan pyöreäpolarisaatiolla varustettu säteilykenttä, jonka avulla voit luoda laajan taajuuskaistan. On litteitä antenneja, joissa on niin sanottu spiraaliArchimedes. Tämä monimutkainen muoto mahdollistaa merkittävän lisäyksen lähetystaajuusalueella 0,8:sta 21 GHz:iin.

Kierukkamaisten ja erittäin suuntaavien antennien vertailu

Pääasiallinen ero helix- ja suunta-antennin välillä on, että se on pienempi. Tämä tekee siitä kevyemmän, mikä mahdollistaa asennuksen pienemmällä fyysisellä vaivalla. Sen haittana on kapeampi vastaanotto- ja lähetystaajuuksien alue. Sillä on myös kapeampi säteilykuvio, mikä edellyttää "etsintä" parhaan sijainnin avaruudessa tyydyttävään vastaanottoon. Sen kiistaton etu on suunnittelun yksinkertaisuus. Iso plussa on mahdollisuus virittää antennia muuttamalla kelan nousua ja spiraalin kokonaispituutta.

Lyhyt antenni

Paremman resonanssin saamiseksi antennissa on välttämätöntä, että kierteisen osan "pidennetty" pituus on mahdollisimman lähellä aallonpituuden arvoa. Mutta sen ei pitäisi olla pienempi kuin ¼ aallonpituutta (λ). Siten λ voi olla jopa 11 m. Tämä pätee HF-kaistaan. Tässä tapauksessa antenni on liian pitkä, mikä ei ole hyväksyttävää. Yksi tapa pidentää johtimen pituutta on asentaa jatkokäämi vastaanottimen pohjaan. Toinen vaihtoehto on syöttää virittimen polku piiriin. Sen tehtävänä on sovittaa radioasemien lähettimen lähtösignaali antenniin kaikilla toimintataajuuksilla. Selkeällä kielellä puhuen viritin toimii vahvistimena vastaanottimesta tulevalle signaalille. Tätä mallia käytetään autoantenneissa, joissa radioa altoa vastaanottavan elementin koko on erittäin tärkeä.

Johtopäätös

Spiraaliantenneista on tullut erittäin suosittuja monilla sähköisen viestinnän alueilla. Niiden ansiosta matkapuhelinviestintä tapahtuu. Niitä käytetään myös televisiossa ja jopa syvän avaruuden radioviestinnässä. Yksi lupaavista antennin koon pienentämiskeinoista oli kartioheijastimen käyttö, joka mahdollistaa vastaanottavan aallonpituuden lisäämisen tavanomaiseen heijastimeen verrattuna. On kuitenkin myös haittapuoli, joka ilmaistaan toimintataajuuden spektrin pienentymisenä. Mielenkiintoinen esimerkki on myös "kaksisuuntainen" kartiomainen kierreantenni, jonka avulla voit työskennellä laajalla taajuusspektrillä isotrooppisen suuntakalvon muodostumisen vuoksi. Tämä johtuu siitä, että kaksijohtimisen kaapelin muodossa oleva voimajohto tarjoaa tasaisen muutoksen impedanssissa.