Antenne a spirale: tipi e foto

2024 Autore: Leah Sherlock | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 05:40

L'antenna a spirale appartiene alla classe delle antenne a onde mobili. La sua gamma operativa principale è decimetro e centimetro. Appartiene alla classe delle antenne di superficie. Il suo elemento principale è una spirale collegata ad una linea coassiale. La spirale crea un diagramma di radiazione sotto forma di due lobi emessi lungo il suo asse in direzioni diverse.

Le antenne a spirale sono cilindriche, piatte e coniche. Se la larghezza del campo operativo richiesta è del 50% o inferiore, nell'antenna viene utilizzata un'elica cilindrica. L'elica conica raddoppia il campo di ricezione rispetto a quello cilindrico. E quelli piatti danno già un vantaggio di venti volte. La più popolare per la ricezione nella gamma di frequenze VHF era un'antenna radio cilindrica con polarizzazione circolare e un elevato guadagno del segnale in uscita.

Dispositivo antenna

La parte principale dell'antenna è un conduttore a spirale. Qui, di regola, viene utilizzato filo di rame, ottone o acciaio. Ad esso è collegato un alimentatore. È progettato per trasmettere un segnale dall'elica alla rete (ricevitore) e viceversa (trasmettitore). Gli alimentatori sono di tipo aperto e chiuso. Gli alimentatori di tipo aperto sonoguide d'onda non schermate. Un tipo chiuso ha uno schermo speciale contro le interferenze, che rende il campo elettromagnetico protetto dalle influenze esterne. A seconda della frequenza del segnale, viene determinata la seguente progettazione di alimentatori:

- fino a 3 MHz: reti cablate schermate e non schermate;

- da 3 MHz a 3 GHz: cavi coassiali;

- Da 3GHz a 300GHz: guide d'onda metalliche e dielettriche;

- oltre 300 GHz: linee quasi ottiche.

Un altro elemento dell'antenna era il riflettore. Il suo scopo è focalizzare il segnale sull'elica. È realizzato principalmente in alluminio. La base per l'antenna è un telaio con una bassa costante dielettrica, come schiuma o plastica.

Calcolo delle dimensioni principali dell'antenna

Il calcolo di un'antenna a spirale inizia con la determinazione delle dimensioni principali dell'elica. Sono:

- numero di giri n;

- angolo di virata a;

- diametro spirale RE;

- altezza della spirale S;

- diametro riflettore 2D.

La prima cosa da capire quando si progetta un'antenna elicoidale è che si tratta di un risonatore (amplificatore) di un'onda. La sua caratteristica era l'elevata impedenza di ingresso.

Il tipo di onde eccitate in esso dipende dalle dimensioni geometriche del circuito di amplificazione. I giri vicini della spirale hanno un'influenza molto forte sulla natura della radiazione. Rapporti ottimali:

D=λ/π, dove λ è la lunghezza d'onda, π=3, 14

S=0, 25 λ

a=12˚

Perchéλ è un valore che varia e dipende dalla frequenza, quindi nei calcoli vengono presi i valori medi di questo indicatore calcolati dalle formule:

λ min=c/f max; λ max=c/f min, dove c=3×108 m/sec. (velocità della luce) e f max, f min - il parametro massimo e minimo della frequenza del segnale.

λ cf=1/2(λ min+ λ max)

n=L/S, dove L è la lunghezza totale dell'antenna, determinata dalla formula:

L=(61˚/Ω)2 λ cf, dove Ω è la direttività dell'antenna dipendente dalla polarizzazione (tratto dai libri di riferimento).

Classificazione per range operativo

Secondo la gamma di frequenza principale, i ricetrasmettitori sono:

1. Banda stretta. L'ampiezza del fascio e l'impedenza di ingresso dipendono fortemente dalla frequenza. Ciò suggerisce che l'antenna può funzionare senza risintonizzarsi solo in uno spettro di lunghezze d'onda ristretto, circa il 10% della larghezza di banda relativa.

2. Vasta gamma. Tali antenne possono operare su un ampio spettro di frequenze. Ma i loro parametri principali (SOI, diagramma di radiazione, ecc.) dipendono ancora dalla variazione della lunghezza d'onda, ma non tanto quanto quelli a banda stretta.

3. Indipendente dalla frequenza. Si ritiene che qui i parametri principali non cambino quando cambia la frequenza. Queste antenne hanno una regione attiva. Ha la capacità di muoversi lungo l'antenna senza cambiarne le dimensioni geometriche, a seconda della variazione della lunghezza d'onda.

Le più comuni sono le antenne elicoidali del secondo e terzo tipo. Il primo tipo viene utilizzato quandoè necessaria una maggiore "chiarezza" del segnale a una certa frequenza.

Antenna autocostruita

L'industria offre un'ampia varietà di antenne. Una varietà di prezzi può variare da poche centinaia a diverse migliaia di rubli. Sono presenti antenne per televisione, ricezione satellitare, telefonia. Ma puoi realizzare un'antenna a spirale con le tue mani. Non è così difficile. Le antenne Wi-Fi elicoidali sono particolarmente popolari.

Sono particolarmente rilevanti quando è necessario amplificare il segnale dal router in qualche grande casa. Per fare ciò, è necessario un filo di rame con una sezione trasversale di 2-3 mm 2 e una lunghezza di 120 cm È necessario eseguire 6 giri con un diametro di 45 mm. Per fare ciò, puoi utilizzare un tubo della dimensione appropriata. Un manico di pala si adatta bene (ha circa lo stesso diametro). Avvolgiamo il filo e otteniamo una spirale con sei giri. Pieghiamo l'estremità rimanente in modo tale che passi esattamente attraverso l'asse della spirale, "ripetendola". Allunghiamo la parte della vite in modo che la distanza tra le spire sia entro 28-30 mm. Quindi procediamo alla fabbricazione del riflettore.

Per questo, un pezzo di alluminio delle dimensioni di 15 × 15 cm e dello spessore di 1,5 mm andrà bene. Da questo bianco facciamo un cerchio con un diametro di 120 mm, tagliando i bordi non necessari. Praticare un foro di 2 mm al centro del cerchio. Inseriamo l'estremità della spirale al suo interno e saldiamo entrambe le parti l'una all' altra. L'antenna è pronta. Ora è necessario rimuovere il filo di radiazione dal modulo dell'antenna del router. E saldare l'estremità del filo conestremità dell'antenna che esce dal riflettore.

Caratteristiche dell'antenna 433 MHz

Innanzitutto c'è da dire che le onde radio con frequenza di 433 MHz durante la loro propagazione sono ben assorbite dal suolo e da vari ostacoli. Per la sua ritrasmissione vengono utilizzati trasmettitori a bassa potenza. Di norma, vari dispositivi di sicurezza utilizzano questa frequenza. È usato specialmente in Russia, per non interferire con l'aria. L'antenna elicoidale da 433 MHz richiede un guadagno di uscita maggiore.

Un' altra caratteristica dell'utilizzo di tali apparecchiature ricetrasmittenti è che le onde di questa gamma hanno la capacità di aggiungere le fasi delle onde dirette e riflesse dalla superficie. Questo può aumentare la potenza del segnale o indebolirlo. Da quanto sopra, possiamo concludere che la scelta della ricezione "migliore" dipende dall'impostazione individuale della posizione dell'antenna.

Antenna 433 MHz fatta in casa

È facile realizzare un'antenna elicoidale da 433 MHz con le proprie mani. È molto compatta. Per fare questo, hai bisogno di un piccolo pezzo di filo di rame, ottone o acciaio. Puoi anche usare solo filo. Il diametro del filo dovrebbe essere 1 mm. Avvolgiamo 17 giri su un mandrino con un diametro di 5 mm. Allunghiamo l'elica in modo che la sua lunghezza sia di 30 mm. Con queste dimensioni, testiamo l'antenna per la ricezione del segnale. Modificando la distanza tra le spire, allungando e comprimendo l'elica, otteniamo una migliore qualità del segnale. Ma devi sapere che un'antenna del genere è molto sensibile a vari oggetti,avvicinato a lei.

Antenna ricevente UHF

Le antenne elicoidali UHF sono necessarie per ricevere un segnale televisivo. In base al loro design, sono costituiti da due parti: un riflettore e una spirale.

È meglio usare il rame per l'elica: ha meno resistenza e, quindi, una minore perdita di segnale. Formule per il suo calcolo:

- lunghezza totale della spirale L=30000/f, dove f- frequenza del segnale (MHz);

- passo dell'elica S=0,24 L;

- diametro bobina D=0, 31/L;

- diametro filo spirale d ≈ 0,01L;

- diametro del riflettore 0,8 nS, dove n- numero di giri;

- distanza dallo schermo H=0, 2 L.

Guadagno:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

La calotta del riflettore è in alluminio.

Altri tipi di apparecchiature ricetrasmittenti

Le antenne coniche ed elicoidali piatte sono meno comuni. Ciò è dovuto alla difficoltà di fabbricazione, sebbene abbiano le migliori caratteristiche in termini di trasmissione e ricezione del segnale. La radiazione di tali trasmettitori non è formata da tutti i giri, ma solo da quelli la cui lunghezza è prossima alla lunghezza d'onda.

In un'antenna piatta, la linea elicoidale è realizzata sotto forma di una linea a due fili attorcigliata a spirale. In questo caso, le spire adiacenti sono eccitate in fase nella modalità ad onda mobile. Ciò porta al fatto che un campo di radiazione con polarizzazione circolare viene creato verso l'asse dell'antenna, consentendo di creare un'ampia banda di frequenza. Esistono antenne piatte con la cosiddetta spiraleArchimede. Questa forma complessa consente un aumento significativo della gamma di frequenza di trasmissione da 0,8 a 21 GHz.

Confronto tra antenne elicoidali e altamente direzionali

La principale differenza tra un'antenna elicoidale e un'antenna direzionale è che è più piccola. Questo lo rende più leggero, il che consente l'installazione con un minore sforzo fisico. Il suo svantaggio è una gamma più ristretta di frequenze di ricezione e trasmissione. Ha anche un diagramma di radiazione più stretto, che richiede una "ricerca" della migliore posizione nello spazio per una ricezione soddisfacente. Il suo indubbio vantaggio è la semplicità del design. Un grande vantaggio è la possibilità di accordare l'antenna modificando il passo della bobina e la lunghezza totale della spirale.

Antenna corta

Per una migliore risonanza nell'antenna, è necessario che la lunghezza "allungata" della parte elicoidale sia il più vicino possibile al valore della lunghezza d'onda. Ma non dovrebbe essere inferiore a ¼ di lunghezza d'onda (λ). Pertanto, λ può raggiungere fino a 11 m Questo è vero per la banda HF. In questo caso, l'antenna sarà troppo lunga, il che è inaccettabile. Un modo per aumentare la lunghezza del conduttore è installare una bobina di estensione alla base del ricevitore. Un' altra opzione è quella di alimentare il percorso del sintonizzatore nel circuito. Il suo compito è far corrispondere il segnale di uscita del trasmettitore di stazioni radio con l'antenna a tutte le frequenze operative. Parlando in un linguaggio semplice, il sintonizzatore funge da amplificatore per il segnale in ingresso dal ricevitore. Questo schema viene utilizzato nelle antenne per auto, dove la dimensione dell'elemento che riceve l'onda radio è molto importante.

Conclusione

Le antenne a spirale sono diventate molto popolari in molte aree delle comunicazioni elettroniche. Grazie a loro viene effettuata la comunicazione cellulare. Sono utilizzati anche in televisione e persino nelle comunicazioni radio nello spazio profondo. Uno degli sviluppi promettenti per ridurre le dimensioni dell'antenna è stato l'uso di un riflettore a cono, che consente di aumentare la lunghezza della lunghezza d'onda di ricezione rispetto a un riflettore convenzionale. Vi è però anche un inconveniente, espresso in una diminuzione dello spettro della frequenza operativa. Anche un esempio interessante è l'antenna elicoidale conica "bidirezionale", che consente di lavorare in un ampio spettro di frequenze, grazie alla formazione di un diaframma direzionale isotropo. Questo perché la linea di alimentazione sotto forma di un cavo a due fili fornisce una variazione graduale dell'impedenza.