Спиральная антенна своими руками
Centr86.ru

Ремонт бытовой техники

Спиральная антенна своими руками

Спиральная антенна своими руками

Необходимо отметить следующие плюсы спиральной антенны. Во-первых это, конечно, очень большая устойчивость к “кривым рукам”, т.е. даже неаккуратно собранная антенна будет неплохо работать. Во-вторых это широкополосность, которая сочетается с неплохим коэффициентом усиления даже при малом числе витков спирали.

Полагаю, что спиральная антенна – лучший вариант самодельной направленной антенны для Wi-Fi, 3G и 4G! На диапазонах CDMA ее также можно использовать. Спиральную антенну в конце сороковых годов прошлого века изобрел Джон Краус (John Kraus, W8JK). Антенна имеет круговую поляризацию, но может принимать как вертикально-поляризованную волну, так и горизонтально-поляризованную, усиление при этом снижается на 3 dB по сравнению с расчетным.

При организации Wi-Fi сети точка-точка с применением таких антенн важно чтобы направления вращения спиралей относительно вектора перемещения электромагнитного поля совпадали, иначе такая система работать не будет. Рассчитать геометрические размеры антенны можно, воспользовавшись онлайн калькулятором на нашем сайте . Конструкция антенны сложнее, например баночной, но эта сложность окупается стабильностью результатов. Вот файлы MMANA для спиральной антенны из 4, 12 и 15 витков .

Конструкция антенны для диапазона 2,4 ГГц для Wi Fi сети следующая (усиление до 11dBi):

  1. Вырезаем круг из оргстекла диаметром 80 мм и толщиной 3 мм. Это будет основа рефлектора. В центре сверлим 4 мм отверстие для держателя антенны. Из центра проводим круг диаметром 42 мм, вписываем в этот круг равносторонний треугольник и сверлим отверстия 3 мм в вершинах этого треугольника для держателей спирали. Чуть в стороне от одного из вершин треугольника, на этой же окружности, сверлим отверстия для крепления коннектора. Далее рефлектор надо покрыть медной фольгой. Выбор в качестве материала оргстекла некритичен, можно, даже с большим успехом, применить фольгированный стеклотекстолит.
  2. Присоединяем к рефлектору крепежный болт и N-коннектор. (вид сзади рефлектора)
  3. Вырезаем из тонкого 1,5-2 мм оргстекла верхний крепежный элемент для держателей спирали как на картинке. Важно, чтобы отверстия этого элемента совпадали с отверстиями для держателей спирали на рефлекторе.
  4. Далее из медной проволоки диаметром 2 – 3 мм изготавливаем спираль. Намотаем 6 витков на любую трубку диаметром 40 мм и растянем ее потом на длину 177 мм.
  5. Из оргстекла толщиной 5 мм вырезаем держатели спирали шириной также 5 мм и длиной 180 мм. В торцах держателей сверлим отверстия и нарезаем метчиком резьбу для крепежных винтов 2,5 мм.
  6. Из медной фольги толщиной 0,5 мм вырезаем прямоугольный треугольник со сторонами 71 и 17 мм. Поскольку входное сопротивление антенны составляет около 140 Ом, его надо согласовать с коаксиальным кабелем 50 Ом. Этот треугольник и будет согласующей линией. Автор этого плавного перехода Jason Hecker. Возможны и другие варианты согласования, например четвертьволновым отрезком длинной линии.
  7. Приложив к спирали шаблоны держателей, например из бумаги, отмечаем с их помощью места отверстий, через которые пропускается спираль. При этом главное не ошибиться. Сверлим держатели под спираль и получаем что то типа этого.
  8. Собираем готовую антенну. Прикручиваем держатели, пропускаем через них спираль, припаиваем к ней согласующую линию острым концом к спирали, широким к коннектору. Ставим верхний крепежный элемент. Готовая конструкция выглядит так:
  9. Спираль подключается к центральному выводу коннектора, это место можно сделать вот таким образом:

Пожертвовав немного усилением антенны, можно упростить конструкцию, применив в качестве рефлектора CD или DVD диск, провод толщиной 1 мм и спираль из четырех витков. В остальном конструкция остается прежней. Такая антенна имеет усиление около 7 dBi.

Есть еще один вариант антенны. Спираль наматывается на пластмассовую трубку. В качестве рефлектора используется металлический диск. Но все же использование в качестве несущей конструкции пластиковой трубы не самый лучший выбор. Мы же делаем антенну для СВЧ диапазона. Если спираль мотается прямо на трубке, и тем более, если ее покрыть сверху компаундом, то ее резонансная частота уйдет вниз. Правда обычно спиральная антенна прощает такие “вольности” в силу своей широкополосности, но на частотах выше 2ГГц лучшим вариантом будет описанный здесь, а не изображенный на рисунке ниже.

Хотя, как говориться – возможны варианты. В этом блоге (по ссылке ниже) можно посмотреть неплохой вариант практической конструкции спиральной антенны для Wi-Fi сети. Как видите вариант исполнения может быть самый разнообразный из любых подручных материалов. Надо понимать, что размеры, полученные с помощью нашего онлайн калькулятора не подходят для конструкции на трубке.

Расчет спиральной антенны есть в андроид приложении Cantennator, доступном на Google play. Вы его можете загрузить на свое мобильное устройство, нажав на кнопку ниже или по QR-коду. Не забудьте оценить приложение.

Самое главное в спиральной антенне то, что вам не надо “ловить миллиметры” при изготовлении. Это одна из немногих антенн, сочетающих в себе относительную широкополосность с большим коэффициентом усиления. Лучше – только параболическая.

Спиральная антенна своими руками

Так сложилось, что на работе мы остались без Интернета, это и послужило стимулом для изготовления антенны. Основным критерием было достигнуть результата при минимальных затратах. Таким образом, в ход пошло всё то, что было под рукой. А под рукой было: два Wi-Fi модема TP-Link, не кривые руки, желание и цель. Расстояние между потенциальными точками доступа составило около 700 метров в пределах прямой видимости. Стандартный Wi-Fi модем способен преодолеть только до ста метров. Для увеличения коэффициента усиления, необходимо сфокусировать узконаправленный сигнал. Для этих целей идеально подходит спиральная антенна Джона Крауса (John Kraus) для частот в диапазоне от 2 до 5 ГГц. В беспроводных сетях, с использованием стандарта IEEE 802.11b, также известного как Wi-Fi, используется частота 2.43 ГГц.

Спиральная антенна может быть описана как пружина с количеством витков N с отражателем. Окружность (C) витка составляет приблизительно длину волны (l), а дистанция (d) между витками составляет приблизительно 0.25C. Размер отражателя (R) составляет C или l и может иметь форму круга или квадрата. Конструкция излучающего элемента вызывает круговую поляризацию (КП), которая может быть как право-, так и левосторонней (П и Л соответственно), в зависимости от того, как намотана спираль. Для того, чтобы передать максимум энергии, обе антенны должны иметь одинаковую направленность поляризации, то есть намотаны в одну сторону.

Реализация для частоты 2.43 ГГц

Для этих целей идеально подходит обычная сантехническая пластиковая труба с внешним диаметром 40 мм с учетом намотанного медного провода с изоляцией в 1 мм – это 42 мм (диаметр витка). Но мы собирали антенну из того, что под рукой, а под рукой имелись винипластовые стержни с наружным диаметром 35 мм. При этом диаметр витка выходит 37 мм, что так же не плохо.

Расчеты

Для пластиковой трубы с диаметром 40 мм

Окружность витка:

  • Для 2.5 км 12 витков достаточно (N=12).
  • Длина трубы будет около 40 см (3.24 l).
  • Размер отражателя (R) 42 не менее C или l – 14 см.

Для винипластового круглого стержня с диаметром 35 мм

Окружность витка:

  • Длина трубы будет около 40 см (3.24 l).
  • Размер отражателя (R) не менее C или l – 14 см.

  • для отражателя использовался фольгированный гетинакс, но так же можно использовать любую медную или алюминиевую пластину любой толщины. Но не очень тонкую, т.к. отражатель является основной несущей базой антенны;
  • медный одножильный провод не тоньше 1 мм в диаметре (нами использовался провод сечением в 1.5 квадрата) в ПХВ изоляции длинной около 1.5 м;
  • круглый сердечник из винипласта диаметром 35 мм и длиной 40 см;
  • полоска медной фольги для изготовления волнового генератора в виде треугольника. Размер малого катета 17 мм, длина гипотенузы 71 мм. Толщина не фиксированная, главное условие, что бы ее можно было обогнуть вокруг сердечника;
  • для подключения коаксиального кабеля я использовал коннектор от старой сетевой 10 Мбит/с карты;
  • крепления произвольные.

Процесс сборки

Для начала возьмем винипластовый сердечник. Нанесем на него разметку. Расстояние между метками, согласно нашим расчетам, должно быть 29 мм. Это расстояние между витками. Для выравнивания провода, я обычно использую один не хитрый способ. Зажав один конец провода в тиски, с силой натягиваем в струну за другой конец. Для того чтобы ровно уложить провод, я просверлил отверстие на крайней метке. Диаметр отверстия равен диаметру провода с изоляцией, что позволит зафиксировать конец провода, вставив его в отверстие. После чего плотно наматываем провод на сердечник. Плавно растягиваем спираль и фиксируем с помощью клея витки на метках. В итоге должно получиться 12 витков с расстоянием в 29 мм. При использовании трубы в качестве сердечника, появляется проблема с креплением отражателя.

Читать еще:  Почему течет холодильник

Возникает необходимость использовать дополнительные детали. В нашем случае сердечник из винипласта. Он легко крепится к отражателю с помощью обычного шурупа – самореза, длина которого около 50 мм. Я использовал шуруп со шляпкой под ключ, чтобы облегчить закручивание. Для крепления отражателя делаем разметку под отверстие по центру пластины. Центр находим за счет пересечения диагоналей. Диаметр отверстия зависит от диаметра крепежного шурупа. Также отмеряем от центра расстояние равное радиусу сердечника. Здесь сверлим отверстие под коннектор. При отсутствии коннектора, коаксиальный кабель можно припаять напрямую. Экранирующий контакт припаиваем к пластине отражателя, а центральную жилу к волновому генератору. Роль волнового генератора будет у нас выполнять треугольная пластинка из медной фольги. К тонкому углу генератора припаиваем кончик нашей спирали. Гипотенуза треугольника из медной фольги должна быть продолжением спирали.

Так как антенна будет установлена на открытом воздухе, рекомендуется залить места паек силиконом, а на сердечник надеть термоусадку с диаметром 50 мм.

Монтаж и настройка

Мною было изготовлено две одинаковые антенны. Одна была установлена на крышу дома, где иметься Интернет. Вторая антенна установлена на крыше служебного здания. Для достижения максимального эффекта обе антенны должны быть направлены друг на друга и находиться в прямой видимости. В качестве точек доступа использовались Wi-Fi модемы TP-LINK. На обоих ТД установлен MOD Point to Point с указанием MAC-адреса другого модема. Эта настройка установлена из соображений безопасности, дабы отсечь не санкционированные подключения к нашей сети (халявщиков с ноутбуками и смартфонами).

Если не боитесь мародеров, то рекомендую ставить Wi-Fi модем возле антенны. Можно закрепить его на тыльной стороне отражателя. Естественно, поместив его в герметичную упаковку. Связь модема с компьютером осуществить по кабелю витой пары (Ethernet). Максимально укоротив коаксиальный кабель, Вы уменьшите затухание сигнала.

Антенны для маломощных беспроводных систем

Небольшой обзор основных типов антенн, используемых в радиосистемах диапазона 433-866 МГц малого радиуса действия подготовили инженеры фирмы Telecontrolli. Поэтому в тексте и в иллюстрациях вы встретите ссылки на изделия, производимые этой фирмой.

Введение

Антенна – важнейший элемент маломощных беспроводных систем, в первую очередь определяющий их радиус действия. Передать информацию на значительное расстояние без антенны невозможно. В то же время, из всех элементов беспроводных систем, антенна труднее всего поддается расчету и оптимизации.

Кроме того, характеристики антенн сильно зависят от множества факторов, таких как диэлектрическая проницаемость материалов, близость и характер расположения других элементов. Наконец, измерение характеристик антенн требует наличия сложного и дорогостоящего оборудования, доступного далеко не всем.

В статье дается краткий обзор основных типов антенн, используемых в маломощных беспроводных системах.

Штыревая антенна

Простейший тип антенны – штыревая антенна. Эти антенны применяют, как правило, там, где радиус действия радиосистемы имеет первостепенное значение.

Штыревая антенна представляет собой четвертьволновый отрезок прямого провода или стержня (Рис. 1), подключаемого непосредственно к выводу RX/TX. Резонансная длина четвертьволновой штыревой антенны может быть вычислена по формуле:

L (см) = 7500 / частота (МГц)

Длина четвертьволнового отрезка для частоты 433.92 МГц равна 17 см.

Рисунок 1.

Эта формула может служить лишь отправной точкой расчетов, так как антенна может быть короче, если стержень слишком толст или имеет какое-либо покрытие. Если же область «земли» на печатной плате слишком мала, антенну, возможно, придется делать длиннее.

Такие антенны очень просты в настройке – достаточно лишь слегка изменить длину провода.

Если антенна устанавливается на удалении от приемного/передающего модуля, для подключения можно использовать кабель с волновым сопротивлением 50 Ом (Рис. 2).

Рисунок 2.

Экранирующая оплетка кабеля должна быть припаяна к «земле» возле антенного вывода модуля.

Штыревую антенну можно, также, изготовить в виде дорожки печатной платы (Рис. 3).

Рисунок 3.

Длина дорожки должна быть на 10-20% меньше, чем дают расчеты. Насколько меньше – зависит от типа диэлектрика и толщины печатной платы. Если устройство портативное, антенну надо делать чуть короче, чтобы компенсировать влияние рук.

Дорожку антенны проводите на плате на расстоянии не менее 5 мм от остальных цепей.

Спиральная антенна

Спиральная антенна изготавливается, как правило, намоткой отрезка стального, медного или латунного провода (Рис. 4).

Рисунок 4.

Из-за высокой добротности спиральных антенн их полоса пропускания очень мала, и межвитковое расстояние оказывает на характеристики антенн значительное влияние.

Число витков зависит от диаметра провода, диаметра намотки и межвиткового расстояния. Проще всего необходимое количество витков определять экспериментально, первоначально сделав антенну заведомо большей длины и укорачивая ее до обнаружения резонанса на требуемой частоте. Точная настройка антенны выполняется сжатием или растягиванием спирали.

Для изготовления антенны на частоту 433.92 МГц необходимо намотать 17 витков эмаль-провода диаметром 1 мм на оправке диаметром 5 мм и растянуть катушку так, чтобы ее длина равнялась 30 мм.

Большим недостатком спиральных антенн является их высокая чувствительность к любым предметам, подносимым к антенне, в частности, к рукам, поэтому такие антенны плохо подходят для портативной аппаратуры.

Рамочная антенна

Рамочные антенны находят применение, в основном, в передатчиках, в особенности, когда критичны размеры и вес конструкции. Рамочные антенны изготавливаются как часть печатной платы. Один конец антенны заземляется, а другой подключается к выводу TX/RX через конденсатор (Рис. 5). Конденсатор используется для согласования и настройки антенны.

Рисунок 5.

Существенным преимуществом рамочных антенн является их слабая чувствительность к влиянию рук и независимость от топологии «земли». По этой причине рамочные антенны широко используются в передатчиках дистанционного открывания ворот, автосигнализациях и т.п.

Конструируя рамочную антенну, старайтесь сделать ее как можно больше, так как маленькая антенна имеет плохое усиление и очень узкую полосу пропускания. Крайне важна правильная настройка антенны. Для настройки часто используются подстроечные или постоянные конденсаторы.

Сравнение антенн различных типов

Подводя итог, можно сказать, что штыревая антенна имеет наибольшие физические размеры и должна использоваться там, где радиус действия имеет первостепенное значение.

Спиральная антенна является неплохим компромиссом, в особенности в тех случаях, когда важны габариты устройства. Конструкция должна заключатся в корпус, и может быть сделана весьма компактной. В установке и настройке спиральные антенны сложнее, чем штыревые, так как на них оказывают сильное влияние соседние объекты.

Рамочные антенны из всех рассмотренных имеют самый маленький радиус действия.

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

КВ антенны для радиолюбителей своими руками

Работ различных современных средств связи невозможна без таких устройств приема и передачи радиоволн, как коротковолновые антенны (сокращенно кв антенны). Востребованность и популярность данных устройств обусловлены большим разнообразием их видов, а также возможностью самостоятельного изготовления. Особенно распространены они в любительской радиосвязи с разрешенным диапазоном для вещания от 1,81 до 29,7 МГц.

Диполь Герца

Диполь Герца (полуволновой вибратор) – простейшее устройство данного вида, состоящее из вертикальной опоры и двух плеч общей длиной 1/2 от принимаемой или излучаемой волны. Так, при длине волны 160 метров длина двух плеч диполя должна быть 80 метров. При монтаже на крыше высотного дома вертикальные стойки не используют, закрепляя плечи диполя на коротких опорах.

Укороченный диполь Герца

Такая антенна кв отличается от предыдущей более короткой длиной плеч (до 1/5 от длины принимаемой или излучаемой волны), а также установленными на них катушками индуктивности и концевыми емкостными нагрузками в виде металлических дисков или «звездочек» из проводов или проволоки.

Спиральные антенны

Классическое устройство данного вида («Спираль Тесла») состоит из двух спиралей, расположенных на крестовинах, соединенных между собой перемычкой (траверсом).

Питание антенны

Соединяют такое устройство с трансивером (приемо-передающей аппаратурой) толстым коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50-75 Ом.

Сборка антенны

Собирают небольшое устройство данного вида, наматывая две плоские спирали диаметром 90 см на каркас из полипропиленовой трубы, состоящий из двух крестовин и соединяющей их 90-92-сантиметровой перекладины (траверса). В качестве материала для спиралей используют одножильный изолированный медный провод диаметром 1,5 мм.

Трансформатор

Для данного устройства используют воздушный трансформатор с рабочим диапазоном волн от 10 до 100-160 метров. Делают его, наматывая на полый 140-миллиметровый каркас диаметром 25 мм 16 витков сдвоенного провода толщиной 1,5 мм. Длина намотки провода при этом должна быть 95-100 мм.

Настройка антенны

Процесс настройки включает в себя следующие операции:

  • Настройка КВС (коэффициента стоячей волны) – выполняется при помощи специального прибора или зажимами-крокодильчиками, фиксируемыми на спиралях вибратора и перемещаемыми по ним, что приводит к изменению положения точки питания. Полученное в процессе настройки на найденной частоте значение КВС должно быть в пределах 1,0-1,2.
  • Настройка частоты резонанса – осуществляется изменением длины проводов вибраторов с помощью тех же зажимов, что и в предыдущем пункте. Настройку производят, передвигая зажимы по изолированному проводу спиралей.
Читать еще:  Как разобрать электронную сигарету ijust, разборка аккумулятора и атомайзера ego

Усиление антенны, полоса пропускания и угол излучения

Размещают спиральную передающую антенну горизонтально на высоте, равной 1/8 длины излучаемой ею волны.

Магнитные антенны

Наиболее распространенной конструкцией кв антенны является магнитная-рамочная петля (magnetic loop), состоящая из:

  • Дюралюминиевого или медного излучающего кольца диаметром 25-80 см;
  • Петли связи, диаметр которой в 5 раз меньше, чем у излучающего кольца;
  • Питающего кабеля (фидера) с волновым сопротивлением 50 Ом;
  • Мощного конденсатора настройки резонансной частоты.

Устанавливают такие простые самодельные передающие устройства как на высоких мачтах, крышах многоэтажек, так и на балконах или подоконниках квартир. Благодаря настроечному конденсатору, способному работать при мощности до 100 Вт, такие радиолюбительские коротковолновые антенны работают в диапазонах от 1,8 до 27 Мгц.

Емкостные антенны

Многодиапазонная антенна

Многодиапазонная антенна – устройство, позволяющее производить вещание во всех разрешенных для любителей диапазонах коротких волн. Благодаря данному свойству, многодиапазонки приобрели большую популярность и распространение.

Одна из многодиапазонок типа UA1DZ имеет следующую конструкцию:

  • Вибратор длиной 9,3 м
  • З-х метровая подставка;
  • 4-5 оттяжек;
  • 10-14 дополнительных гибких противовесов-оттяжек длиной 9,4 м.

Соединение таких антенн и передатчиков производят при помощи коаксиального кабеля на 50 Ом.

Основными недостатками, которыми обладают такие многодиапазонные конструкции, являются их громоздкость, высокая парусность и риск поражения молнией при установке на крыше высотного дома или другой многоэтажной постройки.

Вертикальная антенна (Ground Plane)

Вертикальные антенны типа Ground Plane – устройства, предназначенные для вещания на диапазонах от 14 до 24-28 Мгц. Основными составляющими таких вертикальных кв антенн являются 2-х метровая мачта, дюралевый вибратор длиной от 2 до 5 метров, 4-5 противовесов длиной 2,5-3 метра и питающий коаксиальный 50-ти омный кабель.

Устанавливают их как на крышах высоток, так и на фронтонах частных домов.

Укороченная дипольная антенна

Самое простое устройство данного вида на 7 мгц представляет собой конструкцию, состоящую из следующих частей:

  • Разделенный на два 3-х метровых плеча проволочный вибратор с изоляторами и оттяжками на концах. В качестве изоляторов используют небольшие кусочки текстолита, для оттяжек применяют прочный бельевой капроновый шнур.
  • Две удлинительных 140-ка витковых катушки из медного провода толщиной 0,5-0,6 мм;
  • Центральный узел с трансформатором (балуном);
  • Фидер – питающий коаксиальный кабель на 50 Ом.

Используют такую укороченную диполь, как в стационарных, так и в полевых условиях, закрепляя ее на высоте от 3 до 4 метров.

На заметку. Для того чтобы произвести настройку такого устройства по резонансу, необходимо равномерно укорачивать длину расположенных горизонтальных или под углом плеч вибратора. После изменения длины плеча укорачивающая ее оттяжка крепится к ближайшему дереву или другой устойчивой опоре.

Вертикальная кв антенна своими руками

Наиболее популярны для самостоятельного изготовления такие передающие коротковолновые устройства, как вертикальные антенны.

Наиболее простую и эффективную из них делают следующим образом:

  1. В землю вкапывают деревянный столбик высотой 2,5-3 метра;
  2. На вкопанном столбике при помощи саморезов закрепляют распределительную коробку;
  3. В закрепленной коробке помещают высокочастотный дроссель – катушку с намотанными на нее витками изолированного коаксиального кабеля;
  4. К выходу дросселя подключают двухжильный многопроволочный медный кабель сечением 2 мм;
  5. Провод продевают через пропускные кольца дешевого 6-ти метрового углепластикового удилища;
  6. Конец провода закрепляют на вершинке удилища при помощи обычного пластикового хомута-стяжки;
  7. Посередине удилища закрепляют круглую площадку с проволочными оттяжками;
  8. На верхней части столба крепят 2 клипсы и один хомут-держатель (КТР) для полипропиленовых труб диаметром 32 мм;
  9. При помощи клипс и держателя удилище с излучателем (продетым сквозь пропускные кольца проводом) закрепляется на столбе;
  10. Оттяжками мачта с излучателем выравнивается и надежно фиксируется. Оттяжки при этом закрепляются на устойчивых, расположенных рядом столбах, деревьях, вкрученных в несущие конструкции зданий и капитальных построек крюках.

Питающий провод для кв антенн такого вида используют с волновым сопротивлением 50 Ом.

Обслуживание такого устройства сводится к периодической проверке целостности излучателя путем его прозвонки мультиметром, замене сломанных ветром колен мачты, корректировке натяжения оттяжек.

Выбор первого кв трансивера

При выборе первого передающего устройства (трансивера) начинающим радиолюбителям необходимо учитывать:

  • Габариты и вес – радиостанция должна иметь такие размеры и вес, чтобы ее можно достаточно легко переносить в руках или походном рюкзаке.
  • Функционал – для начинающего радиолюбителя достаточно трансивера, имеющего небольшое количество основных настроек (резонансная частота, мощность, КСВ);
  • Надежность и наличие гарантии – как и любая другая аппаратура, коротковолновая радиостанция должна иметь гарантийный срок обслуживания;
  • Возможность программирования аппаратуры с использованием персонального компьютера.

Не рекомендуют начинающим радиолюбителям приобретать дорогостоящие и очень сложные в эксплуатации, обслуживании коротковолновые радиостанции. Новичку, заинтересовавшемуся радиолюбительством, будет очень тяжело разобраться в такой аппаратуре, при утрате интереса к данному делу продажа такой дорогостоящей радиостанции за ту же сумму, что она была куплена, будет очень затруднительной.

Другие конструктивы антенн

Из других конструкций антенн кв диапазона внимание заслуживает вертикальный спиральный полуволновой вибратор для волн длиной 80 метров, состоящий из:

  • 120-ти сантиметровой спирали из медного изолированного провода диаметром 1-1,5 мм;
  • Траверса высотой 150 см;
  • Противовеса длиной не менее 80 см;
  • Согласующего устройства;
  • Высокочастотного автотрансформатора;
  • Питающей линии из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом.

Применяют такие вертикальные антенны в условиях ограниченного пространства небольших приусадебных участков, на крышах многоэтажных домов и других высотных построек.

Простейшие самодельные антенны

Самыми простыми в изготовлении коротковолновыми устройствами из описанных выше являются:

  • Магнитно-рамочная петля;
  • Штыревая антенна;
  • Укороченная диполь;
  • Полноразмерная диполь.

Изготовить их можно самостоятельно из подручных недорогих материалов, не используя при этом специальные инструменты и оборудование.

Немного слов о коротковолновиках

Коротковолновики – радиолюбители, занимающиеся вещанием в коротковолновом диапазоне. Занимающиеся конструированием, изготовлением и ремонтом передающих устройств люди проводят сеансы связи из различных уголков планеты. При этом для каждого из них достижением считается самая дальняя точка, с которой был проведен сеанс радиосвязи.

На заметку. Согласно действующему законодательству РФ, для радиолюбителей-коротковолновиков доступно вещание на 10 коротковолновых диапазонах со следующей длиной волн: 2200 м, 160 м, 80 м, 40 м, 30 м, 20 м, 16 м, 15 м, 12 м, 10 м. Использование высокочастотных диапазонов запрещено.

Антенны мобильных телефонов

Еще не так давно во многих моделях мобильных телефонов использовались достаточно крупные для данных устройств направленные антенны. Однако по мере развития телекоммуникационных технологий работа мобильных средств связи постепенно перешла из коротковолнового в вч диапазоны до 2500 МГц. Такая рабочая частота соответствует длине волны всего 12 см, благодаря чему для проведения эффективных сеансов связи достаточно небольшого встроенного в телефон передающего устройства.

Таким образом, правильно собранная, установленная и настроенная коротковолновая антенна – это залог устойчивой и качественной связи с живущими в самых отдаленных уголках планеты радиолюбителями. Благодаря большому разнообразию конструкций и моделей, собираемое из подручных материалов такое передающее устройство может быть установлено практически в любом доступном месте: на крыше, балконе и даже внутри жилого помещения.

Видео

Спиральные антенны

Приветствую, дорогие друзья. На связи человек-антенна Тимур Гаранин.

Меня просили и сегодня я сделаю лекцию о принципах работы спиральных антенн.

Начнем с того, что такое Круговая поляризация. (КРУГОВАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ. РЕЖИМ ОСЕВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ)

Что такое линейная, или плоская поляризация, я думаю, все мы знаем. Это когда вектор напряженности электрического поля движется вверх вниз, или вправо влево.

Круговая поляризация подразумевает вращение вектора электрического поля. Причём вращение бывает правым и левым. Круговую поляризацию можно создать несколькими способами. Например, можно использовать систему из двух перпендикулярных вибраторов, сигнал в которых сдвинут на 90 градусов. Так работают многие антенны, например турникетная антенна или широкополосные логопериодическая и Вивальди.

А можно создать круговую поляризацию, направив сигнал на круговой виток полотна. Именно этот способ используют в спиральных антеннах, и сейчас мы детальнее рассмотрим, что происходит внутри витка спиральной антенны.

В спиральных антеннах длина витка примерно равна одной длине волны в полотне. Представим, что мы подаем на этот виток синусоидальный сигнал, и в начале витка у нас точка максимального потенциала. Соответственно, через половину длины волны, то есть на противоположном конце витка у нас точка минимального потенциала. Сигнал продолжает распространяться по полотну. Следовательно, точки минимума и максимума потенциала сдвигаются, что приводит к вращению вектора электрического поля между этими точками.

Мы рассмотрели, что происходит с одним витком. А теперь представим, что у нас много витков, длина каждого из которых равна длине волны.

В этом случае точки максимумов и минимумов потенциала во всех витках двигаются синхронно.

Читать еще:  Компанией black shark представлен новый геймерский смартфон

Но есть один очень важный нюанс. Если поле витков будет синхронно, то антенна будет излучать в круговом режиме.

Для того, чтобы антенна излучала в осевом направлении, нам не нужно чтобы максимумы и минимумы потенциалов в витках двигались синхронно. Нам нужно, чтобы максимум потенциала во втором витке появился в нужной точке не одновременно с первым витком, а тогда, когда электрическое поле от первого витка дойдет до второго. То есть с маленькой задержкой. В этом случае поле 1 витка и 2 витка складываются. Дальше суммарное поле двух витков достигает третьего витка, и только в этот момент максимум потенциала в третьем витке должен оказаться в нужном месте.

Если такая задержка правильно реализована, то, пройдя вдоль всех витков, электрическое поле значительно усилится в осевом направлении. Этим и объясняется очень узкая диаграмма направленности спиральной антенны. Для того, чтобы реализовать подобную задержку, нужно либо немного увеличить длину витка, либо чуть-чуть повысить частоту.

Сколько витков нужно, чтобы спиральная антенна эффективно преобразовывала сигнал в электрическое поле? Так как спиральная антенна — это антенна бегущей волны, то теоретически, чем больше, тем лучше. Но на практике длина спиральной антенны в осевом направлении обычно составляет около 1 длины волны пространстве.

Всё, что мы говорили о передающей антенне, относится и к приёмной. Приёмная и передающая спиральные антенны конструктивно идентичны и взаимозаменяемы.

Одним из свойств сигнала с круговой поляризацией является то, что при отражении сигнала от объектов его поляризация меняется на противоположную. То есть левая поляризация меняется на правую, и наоборот. Это означает, что приёмная антенна не способна принимать отраженный сигналы. Спиральные антенны могут работать только в режиме прямой видимости. Но зато они обладают выдающейся узкой диаграммой направленности, что очень выгодно для межпланетных передач. Поэтому на многих космических аппаратах и планетоходах установлены именно спиральные антенны.

А теперь поговорим про работу спиральной антенны в режиме кругового излучения. Для этого режима необходимо, чтобы длина витков была абсолютно равна длине волны в полотне. Рассмотрим, как расположены точки максимумов и минимумов потенциала в полотне антенны в таком случае. Даже сейчас уже просматривается сходство с зигзагообразной антенной. Так и есть. В полотне спиральной антенны сигнал распределяется точно так же как в полотне зигзагообразной антенны. Но есть разница в их диаграммах направленности. Спиральная антенна излучает во все стороны по горизонту равномерно. В то время как у зигзагообразной антенны максимумы диаграммы направленности находятся спереди и сзади антенны.

Зато диаграмма направленности турникетный антенны полностью совпадает с диаграммой направленности спиральной антенны. В принципе, по характеристикам излучения турникетная и спиральная антенны — братья близнецы. Это как раз тот случай, когда конструктивно разные антенны полностью совпадают по характеристикам излучения. Спиральная антенна создаёт вращающаеся поле при помощи витков сплошного полотна, турникетная антенна создает такое же вращающееся поле при помощи отдельных перпендикулярных вибраторов.

В режиме кругового излучения поляризация сигнала совпадает с поляризацией элементарных излучателей. В данном случае поляризация сигнала будет горизонтальной. И принимать такой сигнал можно при помощи обыкновенного горизонтального диполя.

ПАУЗА (РЕЖИМ ПОПЕРЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ)

Режим осевого и кругового излучения это ещё не все режимы, в которых может работать спиральная антенна. (ПЕЧАТНАЯ КВАДРАТНАЯ ПЛОСКАЯ СПИРАЛЬ)

Представим, что у нас есть плоская спиральная антенна, и мы подаем на неё сигнал, длина волны которого сильно больше длины витка антенны. В идеальном случае длина всего полотна антенны равняется четверти длины волны подаваемой частоты. В этом случае ток во всех витках антенны будет течь в одном направлении, и вся антенна будет работать как магнитная антенна вибраторного типа. Она будет создавать вокруг себя переменное магнитное поле. И максимумы диаграммы направленности будут расположены в плоскости витков антенны. Такой режим работы антенны называется поперечным.

Также форму спирали часто имеют укороченные стержневые антенны, напиример в некоторых мобильных устройствах. Но к спиральным антеннам их не стоит относить, т.к. их излучение аналогично излучению обычного несимметричного вибратора.

Мы рассмотрели 3 режима работы спиральных антенн, осевое излучение, круговое и поперечное излучение. Стоит отметить, что в 98% случаев спиральные антенны используются именно в режиме осевого излучения. Так как именно этот режим обеспечивает самую узкую диаграмму направленности и, соответственно, бОльшую дальность приема и передачи.

Как спиральная антенна подключается к кабелю?

Оплетка кабеля подключается к рефлектору, а центральный провод — к полотну антенны. Но здесь есть один нюанс. Волновое сопротивление полотна спиральной антенны очень велико, около 300 ом. Это значительно больше, чем волновое сопротивление кабеля. Для того, чтобы согласовать их волновые сопротивления используют согласующее устройство, которое выглядит как вытянутый треугольник, либо просто полоска металла. Суть согласующего устройства состоит в том, что оно должно плавно перевести маленькое волновое сопротивление кабеля в высокое сопротивление полотна антенны.

Есть ещё один способ. Создание антенных решеток. Спиральные антенны можно очень легко включать параллельно, и при этом их волновое сопротивление будет разделено на количество антенн. То есть, если мы включим параллельно 4 спиральные антенны, каждая из которых имеет сопротивление 300 ом, то их суммарное сопротивление составит заветные 75 ом. Более того, аккуратно выполненная антенная решетка ещё больше сузит диаграмму направленности и увеличит дальность приёма.

Пару слов о рефлекторе. Я уже говорил, что отражение сигнала с круговой поляризацией меняет направление поляризации, и такой сигнал будет бесполезен для приёма. Но почему же тогда мы применяем рефлекторы? Дело в том, что рефлектор находящейся позади антенны меняет не только вращение круговой поляризации, но и само направление распространения волны. И в таком случае прямой и отраженный сигнал будут синфазны.

Рефлектор обычно представляет собой квадрат или круг диаметром около 1 длины волны.

Однако, спиральные антенны могут работать и без рефлектора. В космонавтике широко распространены антенны, в которых кабель подключается к двухпроводному полотну. Такая антенна содержит две спирали, повернутые друг относительно друга на 180 градусов. Таким образом максимумы и минимумы потенциала в этих антеннах автоматически располагаются диаметрально. А концы спиралей замыкаются друг на друга, что исключает возникновение стоячих волн даже, если антенна содержит мало витков.

ПАУЗА (ВАРИАНТЫ КОНСТРУКЦИЙ СПИРАЛЬНЫХ АНТЕНН)

Классическая архитектура спиральной антенны очень чувствительна к частоте, то есть антенна очень узко диапазонная. Малейший сдвиг по частоте уже приводит к сдвигу максимумов и минимумов потенциала в витках.

Как можно расширить частотный диапазон спиральных антенн? Для этого начинают менять длину, толщину витков и шаг между витками. Кроме того, спираль антенны могут выполнять на коническом, сферическом и даже плоском основаниях. Таким образом, получаются конические, плоские и другой геометрии спиральные антенны. Они всё также изучают в осевом направлении, но теперь их частотный диапазон значительно расширен. Фактически, на каждой конкретной частоте такие антенны излучают не всеми витками, а только теми, длина которых совпадает с длиной волны. Поэтому ради широкополосности жертвуют коэффициентом усиления на каждой конкретной частоте.

Но иногда узкая диаграмма направленности и коэффициент усиления являются критически важными. Например, для межпланетной связи. В таком случае оправдано применение директорных систем. Директоры спиральных антенн работают точно так же как и в любых других антеннах. Это набор пассивных вибраторов, которые усиливают сигнал в заданном направлении.

А сейчас давайте закрепим, что мы сегодня узнали:

1. В режиме осевого излучения спиральная антенна создаёт сигнал с круговой поляризацией

2. В режиме осевого излучения длина витков спиральной антенны должна быть немного больше длины волны в полотне для создания фазового сдвига в осевом направлении

3. В режиме кругового излучения длина витка спиральной антенны должна быть точно равна длине волны сигнала в полотне.

4. В режиме кругового излучения сигнал спиральной антенны полностью аналогичен сигналу турникетной антенны.

5. Если длина витков спиральной антенны намного меньше длины волны сигнала, то антенна работает в режиме поперечного излучения, подобно магнитной антенне

6. Для согласования высокого волнового сопротивления спиральной антенны с низким сопротивлением кабеля используются либо согласующие устройства, либо включение нескольких антенн параллельно в антенной решётке

7. Спиральные антенны могут использоваться как с рефлектором, так и с двухпроводной схемой спирали.

8. Для расширения полосы частот применяют спиральные антенны с переменными длиной, толщиной витка и шагом между витками.

9. Для увеличения дальности приёма и коэффициента усиления в заданном направлении используют директорные системы.

На этом я заканчиваю данное видео. Надеюсь, вы извлекли из него определённую пользу. Всем удачи!

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector