Izmantojot ģeneratoru, var izveidot signālu, kas satur noderīgu informāciju. Tā jaudu var palielināt ar pastiprinātāja palīdzību un ievērojamā attālumā pārraidīt citam korespondentam. Signālu pārraida antena.
Antena ir ierīce, kas pārvērš elektromagnētisko viļņu elektriskā signālā noteiktā frekvencē uztveršanas ceļā, kā arī reverso pārveidošanu pārraides ceļā.
Ir daudz dažādu antenu veidu. Tos var klasificēt, piemēram, pēc konstrukcijas vai darbības principa. Pēdējā gadījumā izšķir elektriskās un magnētiskās antenas. Pirmos kontrolē elektromagnētiskā lauka (turpmāk tekstā - EMF) elektriskā sastāvdaļa, bet otros attiecīgi - magnētiskā.
Šajā rakstā galvenā uzmanība tiks pievērsta magnētiskajai antenai, tās konstrukcijai, kā arī darbības principam.
Radio viļņi
Visas antenas darbojas ar noteiktu viļņu diapazonu. Viļņus var klasificēt pēc garuma vai frekvences. Jāņem vērā, ka garums ir apgriezti proporcionāls frekvencei.
Tālāk ir sniegta atbilstības tabula starp radioviļņu veidiem un to garuma un frekvences parametriem.
| Viļņu veids | Viļņa garums, m | Biežums |
|
Īpaši garš |
105-104 | 3–30 kHz |
| Gars | 104-103 | 30–300 kHz |
| Vidēji | 103-102 | 300 kHz - 3 MHz |
| Īss | 100-10 | 3–30 MHz |
| Metrs | 10-1 | 30-300MHz |
| Decimetri | 1-0, 1 | 300 MHz – 3 GHz |
| Centimetrs | 0, 1-0, 01 | 3–30 GHz |
| Millimetrs | 0, 01-0, 001 | 30–300 GHz |
Bieži viļņu nosaukumi tiek aizstāti ar diapazonu nosaukumiem. Piemēram, īsviļņu joslu sauc par HF joslu.
Metru, decimetru, centimetru un milimetru viļņi ir iekļauti VHF diapazonā - ultraīsie viļņi. Ierīces, kas darbojas ar decimetru viļņiem, sauc par UHF antenām (turpmāk - pēc analoģijas).
Pieteikums
Antenu veids, kas reaģē uz lauka magnētisko komponentu, ir atradis plašupielietojums jebkura veida nozarē mazo izmēru un uztveršanas-raidīšanas īpašību dēļ. To dizains bieži tiešām ir ļoti vienkāršs un ir stieņa antena (bieži tiek izmantota kā antena automašīnai), kas ir maza, salīdzinot, piemēram, ar logaritmiskajām antenām. Pēdējā veida antenas bieži sastopamas dzīvojamās ēkās, kur tās nodrošina televīzijas pārraides.
Galvenā magnētisko antenu priekšrocība ir imunitāte pret elektriskiem traucējumiem. Pēdējais fakts ļauj tos izmantot jebkurā pilsētā, kur ir augsta elektrisko signālu koncentrācija.
Dizains
Vienkāršākā magnētiskā antena satur:
- core;
- induktors;
- spoles rāmis.
Uz serdes ir uzlikts rāmis, un uz rāmja ir uztīts induktors.
Šādas antenas kodols ir izgatavots no magnētiska materiāla. Visbiežāk no ferīta, kam ir labas magnētiskās īpašības, par ko tiks runāts vēlāk.
Tinums ir izgatavots no vadoša materiāla, piemēram, vara, savukārt rāmis ir izgatavots no izolācijas materiāla, lai izvairītos no nevajadzīgiem kontaktiem starp spoles pagriezieniem un serdi.
Patiesībā izrādās, ka magnētiskā antena ir tipisks drosele, kas pazīstams ikvienam radioamatieram vai arī ar elektroniku netieši saistītam cilvēkam.
Lauka teorija
Lai saprastu šādas antenas darbības principu, jums vajadzētu atkārtot pamatainformācija par visu, kas saistīts ar signālu pārraidi no attāluma.
Pirmkārt, elektromagnētiskais lauks, kā norāda nosaukums, ietver divus komponentus - magnētisko un elektrisko, kas ir nesaraujami saistīti, un šo lauku plaknes (ja runājam, izlaižot terminoloģiskās detaļas) ir perpendikulāras viena otrai.
Otrkārt, šī lauka izplatīšanās virzienu nosaka ātruma vektors, kas ir perpendikulārs gan elektriskās intensitātes (indukcijas) vektoram, gan magnētiskās intensitātes (indukcijas) vektoram trīsdimensiju telpā.
Kāpēc intensitātes vektoru var aizstāt ar indukcijas vektoru? Tā kā šo parametru vērtības vienādi raksturo viena vai cita veida lauku un ir proporcionālas viena otrai.
L formas antenas darbības princips
Svārstības (tās pārraida antena) izstaro jebkurš priekšmets: gan koka nūja, gan metāla stieple. Vienīgā atšķirība ir tā, ka metāls labāk vada elektrību, tāpēc stieples izstarotās vibrācijas ir pamanāmākas.
Tāpēc visvienkāršāko antenu var salikt no stiegrojuma gabala. Izrādīsies visiem pazīstamā L-veida antena. Elektromagnētiskā lauka iedarbībā enkurā tiek inducēts elektromotora spēks, kas kaut kādā veidā (izlaižot teorētiskās detaļas) ir svārstību cēlonis, kā arī signāla pastiprināšanas pamats.
Metāls ir materiāls ar labām elektriskām īpašībām. Tāpēc armatūrā tiek inducēts elektromotora spēks (EMF). Sekojoši,tiek kontrolēta lauka elektriskās sastāvdaļas L formas antena.
Antenas darbības princips, kas reaģē uz magnētisko lauku
Loģiski, ja L-veida metāla antena reaģē uz lauka elektrisko komponenti, tad magnētiskā antena reaģē uz elektromagnētiskā lauka magnētisko komponenti. Šī fakta dēļ ierīce ieguva savu nosaukumu.
Antenu, protams, var izgatavot no feromagnēta gareniskā gabala, taču efektīvāk ir šim materiālam piešķirt rāmja formu.
Šajā dizainā magnētiskais lauks radīs arī EML, bet mainīgu. Antena pārvērtīsies par induktors, kurā EML enerģija tiek pārvērsta elektroenerģijā (tas ir galvenais antenas uzdevums).
Inducētās EML vērtība kadrā ir atkarīga no struktūras stāvokļa attiecībā pret lauka plakni. EMF ir maksimāla, ja konstrukcijas spoļu plakne ir vērsta uz staciju, kas darbojas ar signālu. Ja pagriežat antenu ap vertikālo asi (skats no augšas), tad vienā apgriezienā tai būs divi EMF maksimumi un divi minimumi (nulles vērtības).
Šādas antenas starojuma shēma būs bezgalības vai astotnieka formā.
Radiācijas shēma ir pastiprinājuma atkarības grafisks attēlojums no antenas virziena noteiktā plaknē.
Gain ir vērtība, ko aprēķina kā izejas signāla vērtības attiecību pret ievades signāla vērtību. Piemēram, izejas jaudas attiecība pret ievadiieejas jauda vai izejas spriegums.
Virziena faktors raksturo antenas spēju novirzīt signālu uz noteiktu punktu. Piemēram, tapas antenai, ko izmanto kā antenu automašīnai, šis koeficients ir zems. Tas izstaro tora formas vilni visos virzienos. Taču virziena antenām, piemēram, log-periodiskām vai atstarojošām antenām, šis koeficients ir daudz lielāks.
Antenai rāmja formā ir arī laba virziena spēja. Šis īpašums ļauj izmantot šādas ierīces īpašā aprīkojumā, piemēram, lapsu medību aprīkojumā.
Dizaina funkcijas
Inducētās EML lielumu lielā mērā nosaka antenas izmērs. Pat ja tam uztīto apgriezienu skaits ir ievērojams, tad ar maziem izmēriem EMF vērtība joprojām būs nepietiekama noteiktu uztvērēju darbībai.
Bet, ja magnētiskajās antenās ievietosiet ferīta serdeņus, EML vērtība ievērojami palielināsies. Kodols veicinās vairāk lauka līniju aizvēršanu uz sevi, tas ir, pateicoties kodolam, lauks tiks koncentrēts uz antenu, radot jaudīgāku magnētisko plūsmu un ģenerējot ievērojamu EML.
Magnētiskā materiāla serdenis
Lai saprastu, kuru magnētisko serdi vajadzētu uzstādīt antenā, jāizpēta magnētiskās caurlaidības parametrs, kas parāda, cik reižu magnētiskais lauks konkrētajā materiālā ir spēcīgāks par ārējo lauku.
Jo augstāka likmecaurlaidība, jo labāk magnētiskais materiāls koncentrē lauku uz sevi.
Uztverošās magnētiskās antenas kodolam parasti ir taisnstūrveida vai apaļa daļa. Pirmkārt, ražošanas vienkāršības dēļ. Otrkārt, tāpēc, ka šādas formas serdeņi labāk koncentrē magnētiskās līnijas uz sevi.
Pēdējais fakts ietekmē tādu parametru kā efektīvā magnētiskā caurlaidība. Tā var nesakrist ar sākotnējo magnētisko caurlaidību, kas parasti ir norādīta serdeņa dokumentācijā. Tomēr efektīvā caurlaidība ir atkarīga no sākotnējās.
Tādējādi kodola efektīvā caurlaidība ir atkarīga no šādiem rādītājiem:
- pamatizmēri;
- kodola forma;
- materiāla, no kura izgatavots šis serdenis, sākotnējā magnētiskā caurlaidība.
Piemēram, ja ņemam vērā serdes ar vienādu šķērsgriezuma laukumu, bet atšķirīgu garumu, tad paraugam ar garāku garumu būs lielāka efektīvās caurlaidības vērtība.
Starp citu, efektīvās caurlaidības atkarība, piemēram, no ferīta serdes garuma, ir nelineāra. Līdz noteiktai serdes garuma vērtībai lielākajai daļai ferīta šķiru caurlaidība palielinās, bet pēc tam daži no tiem piesātinās un augšana apstājas. Piemēram, produkti ar marķējumu 1000НН, 600НН un 400НН atšķirībā no 100НН un 50ВЧ ilgstoši nepāriet piesātināšanā. Tas ir svarīgi ņemt vērā, veidojot paštaisītu antenu.
Antenas efektivitāte
Uztverošas antenas, kas reaģē uz magnētisko lauku, efektivitāte,ir tieši saistīts ar faktisko augstumu. Tas ir tā punkta augstums, no kura izplūst antenas izstarotās svārstības, virs noteikta punkta uz zemes virsmas.
Faktiskais augstums ietekmē antenā radīto EML. Attiecīgi, jo augstāka ir tā vērtība, jo lielāks ir EMF, jo vājākus signālus var uztvert antena.
Kas nosaka antenas efektīvo augstumu, kas reaģē uz EML magnētisko komponentu?
- No efektīvas caurlaidības.
- Kodola sadaļas apgabals.
- Spoles apgriezienu skaits.
- Tinuma garums, kas veido pašu spoli.
- Tinuma diametrs.
- Darbības viļņa garums.
Antenas efektīvais augstums būs jo lielāks, jo lielāki būs pirmie četri iepriekšminētā saraksta parametri, kā arī jo mazāka būs atšķirība starp antenas serdes un tinuma stieples diametru. Jo īsāks viļņa garums, jo augstāks ir arī augstums.
Antenas spole
No iepriekšminētajiem datiem var secināt, cik svarīga ir induktora ietekme uz jebkuras antenas (piemēram, HF magnētiskās antenas), kas reaģē uz magnētisko lauku, uztveršanas un raidīšanas īpašībām.
Jo augstāka induktora kvalitāte, jo labāk darbojas antena. Spoles kvalitātes parametrs tiek novērtēts, izmantojot tā kvalitātes koeficientu. Kvalitātes koeficients ir parametrs, ko aprēķina kā attiecību starp spoles pretestību pret maiņstrāvu un induktīvā elementa pretestību pret līdzstrāvu.
Maiņstrāvas spoles pretestība ir atkarīga no abiempašas spoles induktivitāte un strāvas frekvence. Lai palielinātu spoles kvalitātes koeficientu un līdz ar to arī antenas, kas reaģē uz magnētisko lauku, raidīšanas un uztveršanas īpašības, varat mainīt tās pretestību līdzstrāvai. Piemēram, lai palielinātu iegūto spoles vai paša stieples, no kuras tas tiek uztīts, vijumu diametru.
FM antena
Šis ir antenas veids, kas reaģē uz magnētisko lauku. FM vilnis ir signāls ar frekvenci no 88 līdz 108 MHz.
Lai izveidotu šo dizainu, jums būs nepieciešams:
- stiprinājumi, uz kuriem tiks uzstādīta antena (piemēram, caurule);
- ferīta serde, ko var likt uz konstrukcijas (uz caurules);
- vara stieple tinumam un kontaktiem;
- savienojuma tapas antenas pievienošanai uztvērējai ierīcei;
- vara folija.
Pirms spoles uztīšanas ir nepieciešams izolēt to no serdes ar elektrisko lenti vai papīru, kas aptīts ap ferītu. Pēc tam uz izolācijas tiek uzlikts folijas slānis. Tas pārklājas par 1 cm pagriezienu un ir izolēts pārklāšanās zonā, piemēram, izmantojot to pašu elektrisko lenti. Šādi tiek izveidots FM antenas ekrāns, uz kura pēc tam tiek uzvilkti 25 apgriezieni, veidojot spoli, ar vadiem uz 7., 12. un 25. vijumu.
No augšas tinums ir pārklāts ar līdzīgu folijas sietu. Ekrāni - ārējie un iekšējie - ir savstarpēji saistīti.
Tinuma stieples galiem jābūt izvietotiem savienojošajos kontaktos. Secinājumi no 12. un 25. pagrieziena jāpievieno uztvērējam, bet no 7. pagrieziena - uz zemi.
Cilpas antena
Izmantojot koaksiālo kabeli un dažus piederumus, varat izveidot šo antenu, kas var darboties dažādās frekvenču joslās. Tas viss ir atkarīgs no konstrukcijas izmēriem. Pamatojoties uz šo ierīci, varat izveidot UHF antenu.
To var izmantot, lai pārraidītu signālu attālumā līdz 80 m, un tā priekšrocības ietver vieglu izgatavošanu un uzstādīšanu, kā arī augstu signāla pārraides stabilitāti.
Kādi materiāli ir nepieciešami cilpas antenas izgatavošanai?
- Koaksiālais kabelis.
- Koka stieņi.
- Kondensators ar kapacitāti 100pF.
- Koaksiālais savienotājs.
Lai antena strādātu stabili, nepieciešams nodrošināt kondensatora stabilitāti, tas ir, izolēt to no mehāniskām, laikapstākļu un citām ietekmēm.
Antena ir kabeļa cilpa, kas savienota ar kondensatoru. Tas var darboties ar daudziem frekvenču diapazoniem. Piemēram, ar HF joslu. Jo lielāks cilpas laukums (labāk, ja tas ir apaļš), jo lielāks ir uztvertā signāla pārklājums.
Dizains ir uzstādīts uz koka statīva, kas izgatavots no stieņiem. Kā pieslēgt antenu? Ar izejas vadam pievienotu koaksiālo savienotāju.
Arī ķēdē dažreiz ir iekļauts atbilstošs transformators.
GSM standarts
Pamatojoties uz antenu, kas reaģē uz magnētiskajiem viļņiem, ierīces ir izveidotas, lai uztvertu GSM standarta signālu,ko izmanto mobilajos sakaros.
Daudzi radioamatieri neatkarīgi montē magnētiskās GSM antenas un uzstāda tās vietās, kur mobilo sakaru signāls tiek uztverts slikti. Piemēram, dachas.
Antenu darbam ar GSM sakaru standartu var izgatavot no plastmasas ūdensvada, vienpusējas folijas stikla šķiedras (biezums - 1,5-2 mm, platums - 10 mm) un vara stieples (diametrs - 1,5-2, 5 mm).
Antenas formāts ir žurnāla periodiskums. Šādai paštaisītai antenai ir liels pastiprinājums un šaurs starojuma modelis.
Tālāk ir jāsavieno antenas vibratori (nogriezts vads) ar savākšanas līnijām (divām stiklplasta sloksnēm). Vibratori jāpielodē pie katras savākšanas līnijas, un pēc tam līnijas tiek savienotas viena ar otru, izmantojot koaksiālo kabeli. Līnijas ir piestiprinātas pie plastmasas caurules.
Kā pieslēgt šāda veida antenu? Kabeļa izvadu var pievienot slodzei TV ierīces veidā.
Secinājums
Tādējādi nemaz nav grūti samontēt savu antenu, kas reaģē uz EMF magnētisko komponentu. Pietiek ievērot visus iepriekš aprakstītos ieteikumus un ņemt vērā dažādu materiālu elektromagnētiskās īpašības.
Turklāt šādas struktūras izveidei nav nepieciešamas īpašas zināšanas. Pietiek ar pamatinformāciju par fizikālajiem procesiem, kas notiek dažādos elementos, piemēram, induktors.
