Spiralantenner: typer och foton

2024 Författare: Leah Sherlock | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 05:49

Spiralantenn tillhör klassen av resande vågantenner. Dess huvudsakliga arbetsområde är decimeter och centimeter. Den tillhör klassen av ytantenner. Dess huvudelement är en spiral ansluten till en koaxial linje. Spiralen skapar ett strålningsmönster i form av två lober som sänds ut längs dess axel i olika riktningar.

Spiralantenner är cylindriska, platta och koniska. Om den erforderliga arbetsbredden är 50 % eller mindre, används en cylindrisk spiral i antennen. Den koniska helixen fördubblar mottagningsområdet jämfört med den cylindriska. Och platta ger redan en tjugofaldig fördel. Den mest populära för mottagning i VHF-frekvensområdet var en cylindrisk radioantenn med cirkulär polarisation och hög utsignalförstärkning.

Antennenhet

Huvuddelen av antennen är en lindad ledare. Här används som regel koppar, mässing eller ståltråd. En matare är ansluten till den. Den är utformad för att överföra en signal från helixen till nätverket (mottagaren) och vice versa (sändaren). Matare är av öppen och stängd typ. Matare av öppen typ äroskärmade vågledare. En sluten typ har en speciell skärm mot störningar, vilket gör det elektromagnetiska fältet skyddat från yttre påverkan. Beroende på signalens frekvens bestäms följande utformning av matare:

- upp till 3 MHz: skärmade och oskärmade trådbundna nätverk;

- 3 MHz till 3 GHz: koaxialledningar;

- 3GHz till 300GHz: metall och dielektriska vågledare;

- över 300 GHz: kvasioptiska linjer.

Ett annat element i antennen var reflektorn. Dess syfte är att fokusera signalen på helixen. Den är huvudsakligen gjord av aluminium. Grunden för antennen är en ram med låg dielektricitetskonstant, som skum eller plast.

Beräkning av antennens huvudmått

Beräkning av en spiralantenn börjar med att bestämma spiralens huvuddimensioner. De är:

- antal varv n;

- svängvinkel a;

- spiraldiameter D;

- spiralens S;

- reflektordiameter 2D.

Det första man bör förstå när man designar en spiralantenn är att det är en resonator (förstärkare) av en våg. Dess funktion var den höga ingångsimpedansen.

Typen av vågor som exciteras i den beror på förstärkningskretsens geometriska dimensioner. Närliggande svängar av spiralen har ett mycket starkt inflytande på strålningens karaktär. Optimala förhållanden:

D=λ/π, där λ är våglängden, π=3, 14

S=0, 25 λ

a=12˚

För attλ är ett värde som varierar och beror på frekvens, sedan tas medelvärdena för denna indikator beräknade med formlerna i beräkningarna:

λ min=c/f max; λ max=c/f min, där c=3×108 m/sek. (ljushastighet) och f max, f min - max- och minimiparametern för signalfrekvensen.

λ cf=1/2(λ min+ λ max)

n=L/S, där L är den totala längden av antennen, bestäms av formeln:

L=(61˚/Ω)2 λ cf, där Ω är den polarisationsberoende riktningen för antennen (hämtad från referensböcker).

Klassificering efter driftintervall

I enlighet med huvudfrekvensområdet är sändtagare:

1. Smalband. Strålbredd och ingångsimpedans är mycket frekvensberoende. Detta tyder på att antennen kan fungera utan återinställning endast i ett sm alt våglängdsspektrum, ungefär 10 % av den relativa bandbredden.

2. Brett utbud. Sådana antenner kan fungera över ett brett frekvensspektrum. Men deras huvudparametrar (SOI, strålningsmönster, etc.) beror fortfarande på förändringen i våglängd, men inte lika mycket som smalbandiga.

3. Frekvensoberoende. Man tror att här inte huvudparametrarna ändras när frekvensen ändras. Dessa antenner har ett aktivt område. Den har förmågan att röra sig längs antennen utan att ändra dess geometriska dimensioner, beroende på förändringen i våglängd.

De vanligaste är spiralantenner av den andra och tredje typen. Den första typen används närökad "tydlighet" av signalen vid en viss frekvens behövs.

Självgjord antenn

Branschen erbjuder ett brett utbud av antenner. En mängd olika priser kan variera från några hundra till flera tusen rubel. Det finns antenner för tv, satellitmottagning, telefoni. Men du kan göra en spiralantenn med dina egna händer. Det är inte så svårt. Spiralformade Wi-Fi-antenner är särskilt populära.

De är särskilt relevanta när det är nödvändigt att förstärka signalen från routern i något stort hus. För att göra detta behöver du en koppartråd med ett tvärsnitt på 2-3 mm 2 och en längd på 120 cm. Det är nödvändigt att göra 6 varv med en diameter på 45 mm. För att göra detta kan du använda ett rör av lämplig storlek. Ett spadehandtag passar bra (det har ungefär samma diameter). Vi lindar tråden och får en spiral med sex varv. Vi böjer den återstående änden på ett sådant sätt att den passerar exakt genom spiralens axel och "upprepar" den. Vi sträcker skruvdelen så att avståndet mellan varven är inom 28-30 mm. Sedan fortsätter vi till tillverkningen av reflektorn.

För detta räcker en bit aluminium 15 × 15 cm i storlek och 1,5 mm tjock. Från detta ämne gör vi en cirkel med en diameter på 120 mm och skär av onödiga kanter. Borra ett 2 mm hål i mitten av cirkeln. Vi sätter in spiralens ände i den och löder båda delarna till varandra. Antennen är klar. Nu måste du ta bort strålningstråden från routerns antennmodul. Och löd änden av tråden medänden av antennen kommer ut ur reflektorn.

433 MHz antennfunktioner

Först och främst måste det sägas att radiovågor med en frekvens på 433 MHz under sin utbredning absorberas väl av marken och olika hinder. För dess återsändning används lågeffektsändare. Som regel använder olika säkerhetsanordningar denna frekvens. Det används speciellt i Ryssland för att inte störa luften. Den 433 MHz spiralformade antennen kräver en högre uteffekt.

En annan egenskap med att använda sådan transceiverutrustning är att vågorna i detta område har förmågan att lägga till faserna för de direkta och reflekterade vågorna från ytan. Detta kan antingen öka signalstyrkan eller försvaga den. Av ovanstående kan vi dra slutsatsen att valet av den "bästa" mottagningen beror på den individuella inställningen av antennpositionen.

Hemgjord 433 MHz-antenn

Det är lätt att göra en 433 MHz spiralantenn med egna händer. Hon är väldigt kompakt. För att göra detta behöver du en liten bit koppar, mässing eller ståltråd. Du kan också använda bara tråd. Tråddiametern bör vara 1 mm. Vi lindar 17 varv på en dorn med en diameter på 5 mm. Vi sträcker spiralen så att dess längd är 30 mm. Med dessa mått testar vi antennen för signalmottagning. Genom att ändra avståndet mellan varven, genom att sträcka och komprimera helixen, uppnår vi en bättre signalkvalitet. Men du måste veta att en sådan antenn är mycket känslig för olika föremål,fördes nära henne.

UHF-mottagningsantenn

UHF spiralantenner är nödvändiga för att ta emot en TV-signal. Till sin design består de av två delar: en reflektor och en spiral.

Det är bättre att använda koppar för helixen - den har mindre motstånd och därför mindre signalförlust. Formler för dess beräkning:

- spiralens totala längd L=30000/f, där f- signalfrekvens (MHz);

- spiraldelning S=0,24 L;

- spolediameter D=0, 31/L;

- spir altrådsdiameter d ≈ 0,01L;

- reflektordiameter 0,8 nS, där n- antal varv;

- avstånd till skärmen H=0, 2 L.

Gain:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

Reflektorkoppen är gjord av aluminium.

Andra typer av transceiverutrustning

Koniska och platta spiralformade antenner är mindre vanliga. Detta beror på svårigheten med deras tillverkning, även om de har de bästa egenskaperna när det gäller signalöverföring och mottagning. Strålningen från sådana sändare bildas inte av alla varv, utan endast av de vars längd är nära våglängden.

I en platt antenn är den spiralformade linjen gjord i form av en tvåtrådsledning tvinnad till en spiral. I detta fall exciteras intilliggande svängar i fas i färdvågsläget. Detta leder till att ett strålningsfält med cirkulär polarisation skapas mot antennens axel, vilket gör att du kan skapa ett brett frekvensband. Det finns platta antenner med den så kallade spiralenArkimedes. Denna komplexa form tillåter en betydande ökning av sändningsfrekvensområdet från 0,8 till 21 GHz.

Jämförelse av spiralformade och starkt riktade antenner

Den största skillnaden mellan en helix och en riktad antenn är att den är mindre. Detta gör den lättare, vilket möjliggör installation med mindre fysisk ansträngning. Dess nackdel är ett smalare intervall av mottagnings- och sändningsfrekvenser. Den har också ett smalare strålningsmönster, vilket kräver en "sökning" efter den bästa positionen i rymden för tillfredsställande mottagning. Dess otvivelaktiga fördel är designens enkelhet. Ett stort plus är möjligheten att ställa in antennen genom att ändra spolens stigning och spiralens totala längd.

Kort antenn

För bättre resonans i antennen är det nödvändigt att den "förlängda" längden på den spiralformade delen är så nära våglängdsvärdet som möjligt. Men det bör inte vara mindre än ¼ våglängd (λ). Således kan λ nå upp till 11 m. Detta gäller för HF-bandet. I det här fallet kommer antennen att vara för lång, vilket är oacceptabelt. Ett sätt att öka längden på ledaren är att installera en förlängningsspole vid basen av mottagaren. Ett annat alternativ är att mata in tunervägen in i kretsen. Dess uppgift är att matcha utsignalen från sändarens radiostationer med antennen vid alla driftsfrekvenser. På ett enkelt språk fungerar tunern som en förstärkare för den inkommande signalen från mottagaren. Detta schema används i bilantenner, där storleken på elementet som tar emot radiovågen är mycket viktigt.

Slutsats

Spiralantenner har blivit mycket populära inom många områden av elektronisk kommunikation. Tack vare dem utförs cellulär kommunikation. De används också i TV och till och med i radiokommunikation i djupa rymd. En av de lovande utvecklingarna för att minska storleken på antennen var användningen av en konreflektor, som gör det möjligt att öka längden på den mottagande våglängden jämfört med en konventionell reflektor. Det finns emellertid också en nackdel, uttryckt i en minskning av spektrumet av arbetsfrekvensen. Ett intressant exempel är också den "tvåvägs" koniska spiralformade antennen, som gör att du kan arbeta i ett brett frekvensspektrum, på grund av bildandet av ett isotropiskt riktat membran. Detta beror på att kraftledningen i form av en tvåtrådskabel ger en jämn förändring av impedansen.