Spiraalantennes: soorten en foto's

2024 Auteur: Leah Sherlock | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 05:45

Spiraalantenne behoort tot de klasse van lopende golfantennes. Het belangrijkste werkbereik is decimeter en centimeter. Het behoort tot de klasse van oppervlakteantennes. Het belangrijkste element is een spiraal die is aangesloten op een coaxiale lijn. De spiraal creëert een stralingspatroon in de vorm van twee lobben die langs zijn as in verschillende richtingen worden uitgezonden.

Spiraalantennes zijn cilindrisch, plat en conisch. Als de vereiste werkbereikbreedte 50% of minder is, wordt in de antenne een cilindrische helix gebruikt. De conische helix verdubbelt het ontvangstbereik in vergelijking met de cilindrische. En platte geven al een twintigvoudig voordeel. De meest populaire ontvangst in het VHF-frequentiebereik was een cilindrische radioantenne met circulaire polarisatie en een hoge uitgangssignaalversterking.

Antenne-apparaat

Het grootste deel van de antenne is een opgerolde geleider. Hier wordt in de regel koper-, messing- of staaldraad gebruikt. Hierop is een feeder aangesloten. Het is ontworpen om een signaal van de helix naar het netwerk (ontvanger) en vice versa (zender) te verzenden. Feeders zijn van het open en gesloten type. Open type feeders zijn:onafgeschermde golfgeleiders. Een gesloten type heeft een speciale afscherming tegen interferentie, waardoor het elektromagnetische veld beschermd is tegen invloeden van buitenaf. Afhankelijk van de frequentie van het signaal wordt het volgende ontwerp van feeders bepaald:

- tot 3 MHz: afgeschermde en niet-afgeschermde bekabelde netwerken;

- 3 MHz tot 3 GHz: coaxiale draden;

- 3GHz tot 300GHz: metalen en diëlektrische golfgeleiders;

- meer dan 300 GHz: quasi-optische lijnen.

Een ander element van de antenne was de reflector. Het doel is om het signaal op de helix te concentreren. Het is voornamelijk gemaakt van aluminium. De basis voor de antenne is een frame met een lage diëlektrische constante, zoals schuim of plastic.

Berekening van de hoofdafmetingen van de antenne

De berekening van een spiraalantenne begint met het bepalen van de hoofdafmetingen van de helix. Ze zijn:

- aantal beurten n;

- draaihoek a;

- spiraaldiameter D;

- spoed van de spiraal S;

- reflectordiameter 2D.

Het eerste dat u moet begrijpen bij het ontwerpen van een spiraalvormige antenne, is dat het een resonator (versterker) van een golf is. Het kenmerk was de hoge ingangsimpedantie.

Het type golven dat erin wordt opgewekt, hangt af van de geometrische afmetingen van het versterkingscircuit. Naburige windingen van de spiraal hebben een zeer sterke invloed op de aard van de straling. Optimale verhoudingen:

D=λ/π, waarbij λ de golflengte is, π=3, 14

S=0, 25 λ

a=12˚

Omdatλ is een waarde die varieert en afhankelijk is van de frequentie, dan worden de gemiddelde waarden van deze indicator berekend door de formules in de berekeningen genomen:

λ min=c/f max; λ max=c/f min, waarbij c=3×108 m/sec. (lichtsnelheid) en f max, f min - de maximale en minimale parameter van de signaalfrequentie.

λ cf=1/2(λ min+ λ max)

n=L/S, waarbij L de totale lengte van de antenne is, bepaald door de formule:

L=(61˚/Ω)2 λ cf, waarbij Ω de polarisatie-afhankelijke richting van de antenne is (uit naslagwerken).

Classificatie naar werkbereik

Volgens het hoofdfrequentiebereik zijn zendontvangers:

1. Smalband. De straalbreedte en ingangsimpedantie zijn sterk frequentieafhankelijk. Dit suggereert dat de antenne alleen kan werken zonder opnieuw af te stemmen in een smal golflengtespectrum, ongeveer 10% van de relatieve bandbreedte.

2. Wijde selectie. Dergelijke antennes kunnen over een breed frequentiespectrum werken. Maar hun belangrijkste parameters (SOI, stralingspatroon, enz.) hangen nog steeds af van de verandering in golflengte, maar niet zoveel als smalbandige.

3. Frequentie onafhankelijk. Er wordt aangenomen dat hier de belangrijkste parameters niet veranderen wanneer de frequentie verandert. Deze antennes hebben een actief gebied. Het heeft de mogelijkheid om langs de antenne te bewegen zonder de geometrische afmetingen te veranderen, afhankelijk van de verandering in golflengte.

De meest voorkomende zijn spiraalvormige antennes van het tweede en derde type. Het eerste type wordt gebruikt wanneer:verhoogde "helderheid" van het signaal op een bepaalde frequentie is nodig.

Zelfgemaakte antenne

De industrie biedt een breed scala aan antennes. Een verscheidenheid aan prijzen kan variëren van een paar honderd tot enkele duizenden roebel. Er zijn antennes voor televisie, satellietontvangst, telefonie. Maar je kunt met je eigen handen een spiraalantenne maken. Het is niet zo moeilijk. Spiraalvormige Wi-Fi-antennes zijn vooral populair.

Ze zijn vooral relevant wanneer het nodig is om het signaal van de router in een groot huis te versterken. Om dit te doen, hebt u een koperdraad nodig met een doorsnede van 2-3 mm 2 en een lengte van 120 cm. Het is noodzakelijk om 6 windingen te maken met een diameter van 45 mm. Om dit te doen, kunt u een buis van de juiste maat gebruiken. Een schophandvat past goed (hij heeft ongeveer dezelfde diameter). We winden de draad op en krijgen een spiraal met zes windingen. We buigen het resterende uiteinde zo dat het precies door de as van de spiraal gaat en het "herha alt". We rekken het schroefgedeelte uit zodat de afstand tussen de windingen binnen 28-30 mm ligt. Daarna gaan we over tot de vervaardiging van de reflector.

Hiervoor is een stuk aluminium van 15 × 15 cm groot en 1,5 mm dik voldoende. Van deze plano maken we een cirkel met een diameter van 120 mm, waarbij onnodige randen worden afgesneden. Boor een gat van 2 mm in het midden van de cirkel. We steken het uiteinde van de spiraal erin en solderen beide delen aan elkaar. De antenne is klaar. Nu moet u de stralingsdraad van de antennemodule van de router verwijderen. En soldeer het uiteinde van de draad metuiteinde van de antenne dat uit de reflector komt.

433 MHz antenne kenmerken

Allereerst moet worden gezegd dat radiogolven met een frequentie van 433 MHz tijdens hun voortplanting goed worden geabsorbeerd door de grond en verschillende obstakels. Voor de doorgifte worden zenders met een laag vermogen gebruikt. In de regel gebruiken verschillende beveiligingsapparaten deze frequentie. Het wordt speciaal in Rusland gebruikt om de lucht niet te storen. De spiraalvormige antenne van 433 MHz vereist een hogere uitgangsversterking.

Een ander kenmerk van het gebruik van dergelijke zendontvangerapparatuur is dat de golven van dit bereik de mogelijkheid hebben om de fasen van de directe en gereflecteerde golven van het oppervlak toe te voegen. Dit kan de signaalsterkte verhogen of verzwakken. Uit het bovenstaande kunnen we concluderen dat de keuze van de "beste" ontvangst afhangt van de individuele instelling van de antennepositie.

Zelfgemaakte 433 MHz-antenne

Het is gemakkelijk om met uw eigen handen een 433 MHz spiraalvormige antenne te maken. Ze is erg compact. Hiervoor heb je een klein stukje koper-, messing- of staaldraad nodig. Je kunt ook gewoon draad gebruiken. De draaddiameter moet 1 mm zijn. We winden 17 windingen op een doorn met een diameter van 5 mm. We rekken de helix uit zodat de lengte 30 mm is. Met deze afmetingen testen we de antenne op signaalontvangst. Door de afstand tussen de windingen te veranderen, door de helix uit te rekken en samen te drukken, bereiken we een betere signaalkwaliteit. Maar je moet weten dat zo'n antenne erg gevoelig is voor verschillende objecten,dicht bij haar gebracht.

UHF-ontvangstantenne

UHF-spiraalvormige antennes zijn nodig voor het ontvangen van een televisiesignaal. Door hun ontwerp bestaan ze uit twee delen: een reflector en een spiraal.

Het is beter om koper te gebruiken voor de helix - het heeft minder weerstand en dus minder signaalverlies. Formules voor de berekening:

- totale lengte van de spiraal L=30000/f, waarbij f- signaalfrequentie (MHz);

- helixsteek S=0,24 L;

- spoeldiameter D=0, 31/L;

- spiraaldraaddiameter d ≈ 0,01L;

- reflectordiameter 0,8 nS, waarbij n- aantal windingen;

- afstand tot het scherm H=0, 2 L.

Gain:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

De reflectorkop is gemaakt van aluminium.

Andere soorten zendontvangerapparatuur

Conische en platte spiraalvormige antennes komen minder vaak voor. Dit komt door de moeilijkheid van hun fabricage, hoewel ze de beste eigenschappen hebben op het gebied van signaaloverdracht en -ontvangst. De straling van dergelijke zenders wordt niet gevormd door alle windingen, maar alleen door die waarvan de lengte dicht bij de golflengte ligt.

In een platte antenne wordt de spiraalvormige lijn gemaakt in de vorm van een tweedraadslijn die in een spiraal is gedraaid. In dit geval worden aangrenzende windingen in fase geëxciteerd in de lopende golfmodus. Hierdoor ontstaat er een stralingsveld met circulaire polarisatie richting de as van de antenne, waardoor je een brede frequentieband kunt creëren. Er zijn platte antennes met de zogenaamde spiralArchimedes. Deze complexe vorm maakt een aanzienlijke toename van het transmissiefrequentiebereik van 0,8 tot 21 GHz mogelijk.

Vergelijking van spiraalvormige en sterk gerichte antennes

Het belangrijkste verschil tussen een helix en een richtantenne is dat deze kleiner is. Dit maakt het lichter, waardoor installatie met minder fysieke inspanning mogelijk is. Het nadeel is een kleiner bereik van ontvangst- en zendfrequenties. Het heeft ook een smaller stralingspatroon, wat een "zoektocht" vereist naar de beste positie in de ruimte voor een bevredigende ontvangst. Het onbetwiste voordeel is de eenvoud van het ontwerp. Een groot pluspunt is de mogelijkheid om de antenne af te stemmen door de toonhoogte van de spoel en de totale lengte van de spiraal te veranderen.

Korte antenne

Voor een betere resonantie in de antenne is het noodzakelijk dat de "verlengde" lengte van het spiraalvormige deel zo dicht mogelijk bij de golflengtewaarde ligt. Maar het mag niet kleiner zijn dan ¼ golflengte (λ). Zo kan λ oplopen tot 11 m. Dit geldt voor de HF-band. In dit geval zal de antenne te lang zijn, wat onaanvaardbaar is. Een manier om de lengte van de geleider te vergroten, is door een verlengspoel aan de onderkant van de ontvanger te installeren. Een andere optie is om het tunerpad in het circuit te voeren. Zijn taak is om het uitgangssignaal van de zender van radiostations op alle werkfrequenties af te stemmen op de antenne. De tuner spreekt in duidelijke taal en fungeert als versterker voor het inkomende signaal van de ontvanger. Dit schema wordt gebruikt in autoantennes, waar de grootte van het element dat de radiogolf ontvangt erg belangrijk is.

Conclusie

Spiraalantennes zijn erg populair geworden in veel gebieden van elektronische communicatie. Dankzij hen wordt cellulaire communicatie uitgevoerd. Ze worden ook gebruikt in televisie en zelfs in radiocommunicatie in de verre ruimte. Een van de veelbelovende ontwikkelingen om de antenne te verkleinen was het gebruik van een kegelreflector, die het mogelijk maakt om de lengte van de ontvangstgolflengte te vergroten in vergelijking met een conventionele reflector. Er is echter ook een nadeel, uitgedrukt in een afname van het spectrum van de werkfrequentie. Een interessant voorbeeld is ook de "tweerichtings" conische helixantenne, waarmee je door de vorming van een isotroop directioneel diafragma in een breed frequentiespectrum kunt werken. Dit komt omdat de voedingslijn in de vorm van een tweedraads kabel zorgt voor een soepele verandering in impedantie.