Spiraalantennid: tüübid ja fotod

2024 Autor: Leah Sherlock | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 05:33

Spiraalantenn kuulub liikuvate lainete antennide klassi. Selle peamine töövahemik on detsimeeter ja sentimeeter. See kuulub pinnaantennide klassi. Selle põhielement on spiraal, mis on ühendatud koaksiaaljoonega. Spiraal loob kiirgusmustri kahe sagarina, mis kiirguvad piki selle telge eri suundades.

Spiraalantennid on silindrilised, lamedad ja koonilised. Kui nõutav tööulatuse laius on 50% või vähem, kasutatakse antennis silindrilist spiraali. Kooniline spiraal kahekordistab vastuvõtuulatust silindrilisega võrreldes. Ja lamedad annavad juba kahekümnekordse eelise. Kõige populaarsem VHF-sagedusalas vastuvõtmiseks oli ringpolarisatsiooni ja suure väljundsignaali võimendusega silindriline raadioantenn.

Antenniseade

Antenni põhiosa on mähitud juht. Siin kasutatakse reeglina vask-, messing- või terastraati. Sellega on ühendatud söötja. See on ette nähtud signaali edastamiseks heeliksist võrku (vastuvõtja) ja vastupidi (saatja). Sööturid on avatud ja suletud tüüpi. Avatud tüüpi söötjad onvarjestamata lainejuhid. Suletud tüüpidel on spetsiaalne häirete vastane kaitse, mis muudab elektromagnetvälja välismõjude eest kaitstuks. Sõltuv alt signaali sagedusest määratakse sööturite järgmine disain:

- kuni 3 MHz: varjestatud ja varjestamata traadiga võrgud;

- 3 MHz kuni 3 GHz: koaksiaaljuhtmed;

- 3 GHz kuni 300 GHz: metallist ja dielektrilised lainejuhid;

- üle 300 GHz: kvaasioptilised liinid.

Teine antenni element oli reflektor. Selle eesmärk on suunata signaal spiraalile. See on valmistatud peamiselt alumiiniumist. Antenni aluseks on madala dielektrilise konstandiga raam, näiteks vaht või plastik.

Antenni põhimõõtmete arvutamine

Spiraalantenni arvutamine algab spiraali põhimõõtmete määramisega. Need on:

- pöörete arv n;

- pöördenurk a;

- spiraali läbimõõt D;

- spiraali S samm;

- helkuri läbimõõt 2D.

Esimene asi, mida spiraalse antenni kujundamisel mõista, on see, et see on laine resonaator (võimendi). Selle eripäraks oli kõrge sisendtakistus.

Selles ergastavate lainete tüüp sõltub võimendusahela geomeetrilistest mõõtmetest. Spiraali naaberpöörded mõjutavad kiirguse olemust väga tugev alt. Optimaalsed suhted:

D=λ/π, kus λ on lainepikkus, π=3, 14

S=0, 25 λ

a=12˚

Sestλ on väärtus, mis varieerub ja sõltub sagedusest, siis võetakse arvutustes selle näitaja keskmised väärtused, mis on arvutatud valemitega:

λ min=c/f max; λ max=c/f min, kus c=3×108 m/sek. (valguse kiirus) ja f max, f min - signaali sageduse maksimaalne ja minimaalne parameeter.

λ cf=1/2(λ min+ λ max)

n=L/S, kus L on antenni kogupikkus, mis määratakse järgmise valemiga:

L=(61˚/Ω)2 λ cf, kus Ω on antenni polarisatsioonist sõltuv suund (võetud teatmeteostest).

Klassifikatsioon töövahemiku järgi

Vastav alt põhisagedusvahemikule on transiiverid järgmised:

1. Kitsasriba. Kiire laius ja sisendtakistus sõltuvad suuresti sagedusest. See viitab sellele, et antenn saab ilma ümberhäälestuseta töötada ainult kitsas lainepikkuse spektris, umbes 10% suhtelisest ribalaiusest.

2. Lai valik. Sellised antennid võivad töötada laias sagedusspektris. Kuid nende peamised parameetrid (SOI, kiirgusmuster jne) sõltuvad siiski lainepikkuse muutusest, kuid mitte nii palju kui kitsariba omad.

3. Sagedusest sõltumatu. Arvatakse, et siin ei muutu peamised parameetrid sageduse muutumisel. Nendel antennidel on aktiivne piirkond. Sellel on olenev alt lainepikkuse muutusest võimalus liikuda mööda antenni ilma selle geomeetrilisi mõõtmeid muutmata.

Kõige levinumad on teist ja kolmandat tüüpi spiraalsed antennid. Esimest tüüpi kasutatakse siis, kuion vaja suuremat signaali "selgust" teatud sagedusel.

Isevalmistatud antenn

Tööstus pakub laias valikus antenne. Erinevad hinnad võivad varieeruda mõnesajast kuni mitme tuhande rublani. Seal on antennid televisiooni, satelliidi vastuvõtu, telefoni jaoks. Kuid spiraalantenni saate teha oma kätega. See pole nii raske. Eriti populaarsed on spiraalsed WiFi-antennid.

Need on eriti asjakohased, kui mõnes suures majas on vaja ruuteri signaali võimendada. Selleks vajate vasktraati, mille ristlõige on 2-3 mm 2 ja pikkus 120 cm. On vaja teha 6 pööret läbimõõduga 45 mm. Selleks võite kasutada sobiva suurusega toru. Hästi sobib labida käepide (see on umbes sama läbimõõduga). Kerime traadi ja saame kuue pöördega spiraali. Ülejäänud otsa painutame nii, et see läbiks täpselt spiraali telje, seda “korrates”. Kruviosa venitame nii, et keerdude vahe jääb 28-30 mm piiresse. Seejärel jätkame helkuri valmistamisega.

Selleks sobib 15 × 15 cm suurune ja 1,5 mm paksune alumiiniumtükk. Sellest toorikust teeme 120 mm läbimõõduga ringi, lõigates ära mittevajalikud servad. Puurige ringi keskele 2 mm auk. Sisestame spiraali otsa sellesse ja jootame mõlemad osad üksteise külge. Antenn on valmis. Nüüd peate eemaldama ruuteri antennimooduli kiirgusjuhtme. Ja joota traadi ots sellegaantenni ots, mis väljub reflektorist.

433 MHz antenni funktsioonid

Esiteks tuleb öelda, et raadiolained sagedusega 433 MHz nende levimise ajal neelavad hästi maapind ja erinevad takistused. Selle taasedastamiseks kasutatakse väikese võimsusega saatjaid. Seda sagedust kasutavad reeglina erinevad turvaseadmed. Seda kasutatakse spetsiaalselt Venemaal, et eetrisse mitte sekkuda. 433 MHz spiraalne antenn nõuab suuremat väljundvõimendust.

Selliste transiiverseadmete kasutamise teine omadus on see, et selle ulatuse lainetel on võimalus lisada pinn alt otseste ja peegeldunud lainete faase. See võib signaali tugevust kas suurendada või nõrgendada. Eeltoodust võime järeldada, et "parima" vastuvõtu valik sõltub antenni asendi individuaalsest seadistusest.

Isetehtud 433 MHz antenn

433 MHz spiraalset antenni on lihtne oma kätega valmistada. Ta on väga kompaktne. Selleks vajate väikest vasest, messingist või terastraadist tükki. Võite kasutada ka lihts alt traati. Traadi läbimõõt peaks olema 1 mm. Kerime 17 pööret 5 mm läbimõõduga tornile. Venitame spiraali nii, et selle pikkus oleks 30 mm. Nende mõõtmetega testime antenni signaali vastuvõtmiseks. Pöörete vahekaugust muutes, spiraali venitades ja kokku surudes saavutame parema signaalikvaliteedi. Kuid peate teadma, et selline antenn on erinevate objektide suhtes väga tundlik,tõi talle lähedale.

UHF vastuvõtuantenn

UHF-spiraalsed antennid on vajalikud telesignaali vastuvõtmiseks. Oma disaini järgi koosnevad need kahest osast: helkurist ja spiraalist.

Heliksi jaoks on parem kasutada vaske - sellel on väiksem takistus ja seega ka signaalikadu. Selle arvutamise valemid:

- spiraali kogupikkus L=30000/f, kus f- signaali sagedus (MHz);

- spiraali samm S=0,24 L;

- mähise läbimõõt D=0, 31/L;

- spira altraadi läbimõõt d ≈ 0,01L;

- reflektori läbimõõt 0,8 nS, kus n- pöörete arv;

- kaugus ekraanist H=0, 2 L.

Kasum:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

Peegeldikups on valmistatud alumiiniumist.

Muud tüüpi transiiverseadmed

Koonilised ja lamedad spiraalsed antennid on vähem levinud. See on tingitud nende valmistamise keerukusest, kuigi neil on signaali edastamise ja vastuvõtmise osas parimad omadused. Selliste saatjate kiirgust ei moodusta kõik pöörded, vaid ainult need, mille pikkus on lainepikkusele lähedane.

Lameantennis on spiraalne joon tehtud kahejuhtmelise joonena, mis on keeratud spiraaliks. Sel juhul ergastatakse külgnevaid pöördeid faasis liikuva laine režiimis. See toob kaasa asjaolu, et antenni telje suunas tekib ringpolarisatsiooniga kiirgusväli, mis võimaldab luua laia sagedusriba. Seal on nn spiraaliga lamedad antennidArchimedes. See keeruline kuju võimaldab oluliselt suurendada edastussagedusvahemikku 0,8–21 GHz.

Spiraalsete ja tugev alt suunatud antennide võrdlus

Peamine erinevus spiraali ja suundantenni vahel on see, et see on väiksem. See muudab selle kergemaks, mis võimaldab paigaldada väiksema füüsilise pingutusega. Selle puuduseks on vastuvõtu- ja edastussageduste kitsam vahemik. Sellel on ka kitsam kiirgusmuster, mis nõuab rahuldava vastuvõtu tagamiseks ruumis parima asukoha "otsimist". Selle vaieldamatu eelis on disaini lihtsus. Suureks plussiks on antenni häälestamise võimalus, muutes mähise sammu ja spiraali kogupikkust.

Lühike antenn

Parema resonantsi saavutamiseks antennis on vajalik, et spiraalse osa "piklik" pikkus oleks võimalikult lähedane lainepikkuse väärtusele. Kuid see ei tohiks olla väiksem kui ¼ lainepikkust (λ). Seega võib λ ulatuda kuni 11 m. See kehtib HF-sagedusala kohta. Sel juhul on antenn liiga pikk, mis on vastuvõetamatu. Üks võimalus juhtme pikkuse suurendamiseks on paigaldada vastuvõtja põhjale pikendusmähis. Teine võimalus on sisestada tuuneri tee ahelasse. Selle ülesanne on sobitada raadiojaamade saatja väljundsignaal antenniga kõigil töösagedustel. Lihtsas keeles rääkides toimib tuuner vastuvõtjast sissetuleva signaali võimendina. Seda skeemi kasutatakse autoantennides, kus raadiolaineid vastuvõtva elemendi suurus on väga oluline.

Järeldus

Spiraalantennid on paljudes elektroonilise side valdkondades muutunud väga populaarseks. Tänu neile toimub mobiilside. Neid kasutatakse ka televisioonis ja isegi süvakosmose raadiosides. Üheks paljutõotavaks arenguks antenni mõõtmete vähendamisel oli koonusreflektori kasutamine, mis võimaldab suurendada vastuvõtu lainepikkuse pikkust võrreldes tavapärase reflektoriga. Siiski on ka puudus, mis väljendub töösageduse spektri vähenemises. Huvitav näide on ka "kahesuunaline" kooniline spiraalne antenn, mis võimaldab isotroopse suunddiafragma moodustumise tõttu töötada laias sagedusspektris. Selle põhjuseks on asjaolu, et kahejuhtmelise kaabli kujul olev toiteliin muudab impedantsi sujuv alt.