אנטנות ספירליות: סוגים ותמונות

2024 מְחַבֵּר: Leah Sherlock | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 05:36

אנטנת ספירלה שייכת למחלקת אנטנות גל נודדות. טווח הפעולה העיקרי שלו הוא דצימטר וסנטימטר. זה שייך למעמד של אנטנות פני השטח. המרכיב העיקרי שלו הוא ספירלה המחוברת לקו קואקסיאלי. הספירלה יוצרת תבנית קרינה בצורת שתי אונות הנפלטות לאורך ציריה בכיוונים שונים.

אנטנות ספירליות הן גליליות, שטוחות וקרוטיות. אם רוחב טווח הפעולה הנדרש הוא 50% או פחות, אזי נעשה שימוש בסליל גלילי באנטנה. הסליל הקוני מכפיל את טווח הקליטה בהשוואה לגלילי. ושטוחים כבר נותנים יתרון של פי עשרים. הפופולרית ביותר עבור קליטה בתחום תדרי ה-VHF הייתה אנטנת רדיו גלילית עם קיטוב מעגלי והגברת אות פלט גבוהה.

מכשיר אנטנה

החלק העיקרי של האנטנה הוא מוליך מפותל. כאן, ככלל, נעשה שימוש בחוטי נחושת, פליז או פלדה. מזין מחובר אליו. הוא מיועד לשדר אות מההליקס לרשת (מקלט) ולהיפך (משדר). מזינים הם מסוג פתוח וסגור. מזינים מסוג פתוח הםמובילי גל לא ממוגנים. סוג סגור יש מגן מיוחד מפני הפרעות, מה שהופך את השדה האלקטרומגנטי מוגן מפני השפעות חיצוניות. בהתאם לתדר האות, העיצוב הבא של המזינים נקבע:

- עד 3 מגה-הרץ: רשתות קוויות מסוככות ולא מסוככות;

- 3 מגה-הרץ עד 3 ג'יגה-הרץ: חוטים קואקסיאליים;

- 3GHz עד 300GHz: מוליכי גל מתכת ודיאלקטריים;

- מעל 300 GHz: קווים מעין אופטיים.

אלמנט נוסף של האנטנה היה הרפלקטור. מטרתו היא למקד את האות אל הסליל. הוא עשוי בעיקר מאלומיניום. הבסיס לאנטנה הוא מסגרת בעלת קבוע דיאלקטרי נמוך, כגון קצף או פלסטיק.

חישוב הממדים העיקריים של האנטנה

חישוב של אנטנה ספירלית מתחיל בקביעת הממדים העיקריים של הסליל. הם:

- מספר פניות n;

- זווית סיבוב a;

- קוטר ספירלה D;

- גובה הספירלה S;

- קוטר מחזיר אור 2D.

הדבר הראשון שצריך להבין בעת תכנון אנטנה סלילנית הוא שזהו תהודה (מגבר) של גל. התכונה שלו הייתה עכבת הכניסה הגבוהה.

סוג הגלים הנרגשים בו תלוי בממדים הגיאומטריים של מעגל ההגברה. לסיבובים הסמוכים של הספירלה יש השפעה חזקה מאוד על אופי הקרינה. יחסים אופטימליים:

D=λ/π, כאשר λ הוא אורך הגל, π=3, 14

S=0, 25 λ

a=12˚

בגללλ הוא ערך משתנה ותלוי בתדירות, ואז הערכים הממוצעים של מחוון זה המחושבים לפי הנוסחאות נלקחים בחישובים:

λ min=c/f max; λ max=c/f min, כאשר c=3×108 m/sec. (מהירות האור) ו-f max, f min - הפרמטר המקסימלי והמינימלי של תדר האות.

λ cf=1/2(λ min+ λ max)

n=L/S, כאשר L הוא האורך הכולל של האנטנה, שנקבע על ידי הנוסחה:

L=(61˚/Ω)2 λ cf, כאשר Ω היא הכיוון התלוי בקיטוב של האנטנה (נלקחה מספרי עיון).

סיווג לפי טווח פעולה

בהתאם לטווח התדרים הראשי, משדרים הם:

1. פס צר. רוחב האלומה ועכבת הכניסה תלויים מאוד בתדר. זה מצביע על כך שהאנטנה יכולה לפעול ללא כוונון מחדש רק בספקטרום אורך גל צר, בערך 10% מרוחב הפס היחסי.

2. טווח רחב. אנטנות כאלה יכולות לפעול על פני ספקטרום תדרים רחב. אבל הפרמטרים העיקריים שלהם (SOI, דפוס קרינה וכו') עדיין תלויים בשינוי באורך הגל, אבל לא כמו אלה בפס צר.

3. בלתי תלוי בתדר. הוא האמין כי כאן הפרמטרים העיקריים אינם משתנים כאשר התדירות משתנה. לאנטנות אלו יש אזור פעיל. יש לו את היכולת לנוע לאורך האנטנה מבלי לשנות את הממדים הגיאומטריים שלה, בהתאם לשינוי באורך הגל.

הנפוצות ביותר הן אנטנות סליליות מהסוג השני והשלישי. הסוג הראשון משמש כאשריש צורך ב"בהירות" מוגברת של האות בתדר מסוים.

אנטנה תוצרת עצמית

התעשייה מציעה מגוון רחב של אנטנות. מגוון מחירים יכול לנוע בין כמה מאות לכמה אלפי רובלים. ישנן אנטנות לטלוויזיה, קליטת לווין, טלפוניה. אבל אתה יכול לעשות אנטנה ספירלית במו ידיך. זה לא כל כך קשה. אנטנות Wi-Fi סליליות פופולריות במיוחד.

הם רלוונטיים במיוחד כאשר יש צורך להגביר את האות מהנתב באיזה בית גדול. כדי לעשות זאת, אתה צריך חוט נחושת עם חתך של 2-3 מ"מ 2 ואורך של 120 ס"מ. יש צורך לעשות 6 סיבובים בקוטר של 45 מ"מ. לשם כך, אתה יכול להשתמש בצינור בגודל המתאים. ידית חפירה מתאימה היטב (יש לה בערך אותו קוטר). אנחנו סוללים את החוט ומקבלים ספירלה עם שישה סיבובים. אנחנו מכופפים את הקצה הנותר בצורה כזו שהוא עובר בדיוק דרך ציר הספירלה, "חוזרים" עליו. אנו מותחים את חלק הבורג כך שהמרחק בין הסיבובים הוא 28-30 מ"מ. לאחר מכן נמשיך לייצור המשקף.

בשביל זה, חתיכת אלומיניום בגודל 15 × 15 ס"מ ובעובי 1.5 מ"מ תתאים. מהריק הזה אנחנו יוצרים עיגול בקוטר של 120 מ"מ, חותכים קצוות מיותרים. קדחו חור של 2 מ"מ במרכז המעגל. אנו מכניסים לתוכו את קצה הספירלה ומלחמים את שני החלקים זה לזה. האנטנה מוכנה. כעת עליך להסיר את חוט הקרינה ממודול האנטנה של הנתב. ולהלחים את קצה החוט עםקצה האנטנה יוצא מהמשקף.

תכונות אנטנה של 433 מגה-הרץ

קודם כל, יש לומר שגלי רדיו בתדר של 433 מגה-הרץ במהלך התפשטותם נספגים היטב בקרקע ובמכשולים שונים. לשידור החוזר שלו, נעשה שימוש במשדרי הספק נמוך. ככלל, התקני אבטחה שונים משתמשים בתדר זה. הוא משמש במיוחד ברוסיה, כדי לא להפריע באוויר. האנטנה הסלילית של 433 מגה-הרץ דורשת רווח פלט גבוה יותר.

תכונה נוספת של שימוש בציוד משדר כזה היא שלגלים של טווח זה יש את היכולת להוסיף את השלבים של הגלים הישירים והמושתקפים מפני השטח. זה יכול להגביר את עוצמת האות או להחליש אותו. מהאמור לעיל, אנו יכולים להסיק שהבחירה בקליטה "הטובה ביותר" תלויה בהגדרה האישית של מיקום האנטנה.

אנטנה תוצרת בית של 433 מגה-הרץ

קל ליצור אנטנה סליל של 433 מגה-הרץ במו ידיך. היא מאוד קומפקטית. כדי לעשות זאת, אתה צריך חתיכה קטנה של נחושת, פליז או חוט פלדה. אתה יכול גם להשתמש רק בחוט. קוטר החוט צריך להיות 1 מ"מ. אנו מתפתלים 17 סיבובים על מדרל בקוטר של 5 מ"מ. אנו מותחים את הסליל כך שאורכו יהיה 30 מ"מ. עם ממדים אלה, אנו בודקים את האנטנה לקבלת אות. על ידי שינוי המרחק בין הסיבובים, על ידי מתיחה ודחיסה של הסליל, אנו משיגים איכות אות טובה יותר. אבל אתה צריך לדעת שאנטנה כזו רגישה מאוד לאובייקטים שונים,התקרב אליה.

אנטנת קליטה של UHF

אנטנות סליליות של UHF נחוצות לקבלת אות טלוויזיה. לפי העיצוב שלהם, הם מורכבים משני חלקים: רפלקטור וספירלה.

עדיף להשתמש בנחושת עבור הסליל - יש לו פחות התנגדות, ולכן, פחות אובדן אות. נוסחאות לחישוב שלה:

- האורך הכולל של הספירלה L=30000/f, כאשר תדר האות f- (MHz);

- גובה סליל S=0.24 L;

- קוטר סליל D=0, 31/L;

- קוטר חוט ספירלה d ≈ 0.01L;

- קוטר המשקף 0.8 nS, כאשר n- מספר סיבובים;

- מרחק למסך H=0, 2 L.

רווח:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

כוס המשקף עשויה מאלומיניום.

סוגים אחרים של ציוד משדר

אנטנות חרוטיות וסליליות שטוחות פחות נפוצות. זה נובע מהקושי בייצור שלהם, אם כי יש להם את המאפיינים הטובים ביותר מבחינת שידור וקליטה של אותות. הקרינה של משדרים כאלה נוצרת לא על ידי כל הסיבובים, אלא רק על ידי אלה שאורכם קרוב לאורך הגל.

באנטנה שטוחה, הקו הסליל עשוי בצורה של קו דו-חוטי מפותל לספירלה. במקרה זה, פניות סמוכות מתרגשות בשלב במצב גל נוסע. זה מוביל לעובדה ששדה קרינה עם קיטוב מעגלי נוצר לכיוון ציר האנטנה, מה שמאפשר ליצור פס תדרים רחב. יש אנטנות שטוחות עם מה שנקרא ספירלהארכימדס. צורה מורכבת זו מאפשרת הגדלה משמעותית של טווח תדרי השידור בין 0.8 ל-21 GHz.

השוואה בין אנטנות סליליות ובעלות כיווניות גבוהה

ההבדל העיקרי בין סליל לאנטנה כיוונית הוא שהיא קטנה יותר. זה הופך אותו לקל יותר, מה שמאפשר התקנה בפחות מאמץ פיזי. החיסרון שלו הוא טווח צר יותר של תדרי קליטה ושידור. יש לו גם דפוס קרינה צר יותר, המצריך "חיפוש" אחר המיקום הטוב ביותר בחלל לקליטה משביעת רצון. היתרון הבלתי מעורער שלו הוא פשטות העיצוב. יתרון גדול הוא היכולת לכוון את האנטנה על ידי שינוי גובה הסליל והאורך הכולל של הספירלה.

אנטנה קצרה

לתהודה טובה יותר באנטנה, יש צורך שהאורך ה"מוארך" של החלק הסליל יהיה קרוב ככל האפשר לערך אורך הגל. אבל זה לא צריך להיות פחות מ-¼ אורך גל (λ). לפיכך, λ יכול להגיע עד 11 מ' זה נכון לרצועת HF. במקרה זה, האנטנה תהיה ארוכה מדי, וזה לא מקובל. אחת הדרכים להגדיל את אורך המוליך היא התקנת סליל מאריך בבסיס המקלט. אפשרות נוספת היא להזין את נתיב הטיונר לתוך המעגל. המשימה שלו היא להתאים את אות המוצא של משדר תחנות הרדיו עם האנטנה בכל תדרי ההפעלה. אם מדברים בשפה פשוטה, הטיונר משמש כמגבר לאות הנכנס מהמקלט. תוכנית זו משמשת באנטנות לרכב, שבהן גודל האלמנט שמקבל את גל הרדיו חשוב מאוד.

מסקנה

אנטנות ספירליות הפכו פופולריות מאוד בתחומים רבים של תקשורת אלקטרונית. בזכותם מתבצעת תקשורת סלולרית. הם משמשים גם בטלוויזיה ואפילו בתקשורת רדיו בחלל העמוק. אחד הפיתוחים המבטיחים להקטנת גודל האנטנה היה שימוש ברפלקטור חרוט, המאפשר להגדיל את אורך אורך הגל הקולט בהשוואה לרפלקטור רגיל. עם זאת, ישנו גם חיסרון המתבטא בירידה בספקטרום של תדר ההפעלה. כמו כן, דוגמה מעניינת היא האנטנה הסלילית החרוטית "דו-כיוונית", המאפשרת לעבוד בספקטרום תדרים רחב, עקב היווצרות דיאפרגמה כיוונית איזוטרית. הסיבה לכך היא שקו החשמל בצורת כבל דו-חוטי מספק שינוי חלק בעכבה.