Σπειρικές κεραίες: τύποι και φωτογραφίες

2024 Συγγραφέας: Leah Sherlock | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 05:32

Η σπειροειδής κεραία ανήκει στην κατηγορία των κεραιών ταξιδιού κυμάτων. Το κύριο εύρος λειτουργίας του είναι δεκατόμετρο και εκατοστό. Ανήκει στην κατηγορία των επιφανειακών κεραιών. Το κύριο στοιχείο του είναι μια σπείρα που συνδέεται με μια ομοαξονική γραμμή. Η σπείρα δημιουργεί ένα σχέδιο ακτινοβολίας με τη μορφή δύο λοβών που εκπέμπονται κατά μήκος του άξονά της σε διαφορετικές κατευθύνσεις.

Οι σπειροειδείς κεραίες είναι κυλινδρικές, επίπεδες και κωνικές. Εάν το απαιτούμενο πλάτος εύρους λειτουργίας είναι 50% ή μικρότερο, τότε χρησιμοποιείται κυλινδρική έλικα στην κεραία. Η κωνική έλικα διπλασιάζει το εύρος λήψης σε σύγκριση με την κυλινδρική. Και οι επίπεδες δίνουν ήδη ένα εικοσαπλάσιο πλεονέκτημα. Το πιο δημοφιλές για λήψη στο εύρος συχνοτήτων VHF ήταν μια κυλινδρική κεραία ραδιοφώνου με κυκλική πόλωση και υψηλό κέρδος σήματος εξόδου.

Συσκευή κεραίας

Το κύριο μέρος της κεραίας είναι ένας τυλιγμένος αγωγός. Εδώ, κατά κανόνα, χρησιμοποιείται σύρμα χαλκού, ορείχαλκου ή χάλυβα. Ένας τροφοδότης είναι συνδεδεμένος σε αυτό. Είναι σχεδιασμένο να μεταδίδει ένα σήμα από την έλικα στο δίκτυο (δέκτης) και αντίστροφα (πομπός). Οι τροφοδότες είναι ανοιχτού και κλειστού τύπου. Οι τροφοδότες ανοιχτού τύπου είναιμη θωρακισμένοι κυματοδηγοί. Ένας κλειστός τύπος έχει ειδική ασπίδα έναντι παρεμβολών, η οποία καθιστά το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο προστατευμένο από εξωτερικές επιρροές. Ανάλογα με τη συχνότητα του σήματος, καθορίζεται η ακόλουθη σχεδίαση τροφοδοτικών:

- έως 3 MHz: θωρακισμένα και μη θωρακισμένα ενσύρματα δίκτυα;

- 3 MHz έως 3 GHz: ομοαξονικά καλώδια;

- 3GHz έως 300GHz: μεταλλικοί και διηλεκτρικοί κυματοδηγοί;

- πάνω από 300 GHz: οιονεί οπτικές γραμμές.

Ένα άλλο στοιχείο της κεραίας ήταν ο ανακλαστήρας. Ο σκοπός του είναι να εστιάσει το σήμα στην έλικα. Κατασκευάζεται κυρίως από αλουμίνιο. Η βάση για την κεραία είναι ένα πλαίσιο με χαμηλή διηλεκτρική σταθερά, όπως αφρός ή πλαστικό.

Υπολογισμός των κύριων διαστάσεων της κεραίας

Ο υπολογισμός μιας σπειροειδούς κεραίας ξεκινά με τον προσδιορισμό των κύριων διαστάσεων της έλικας. Είναι:

- αριθμός στροφών n;

- γωνία στροφής a;

- σπειροειδής διάμετρος D;

- βήμα της σπείρας S;

- διάμετρος ανακλαστήρα 2D.

Το πρώτο πράγμα που πρέπει να καταλάβετε όταν σχεδιάζετε μια ελικοειδή κεραία είναι ότι πρόκειται για αντηχείο (ενισχυτή) ενός κύματος. Το χαρακτηριστικό του ήταν η υψηλή αντίσταση εισόδου.

Ο τύπος των κυμάτων που διεγείρονται σε αυτό εξαρτάται από τις γεωμετρικές διαστάσεις του κυκλώματος ενίσχυσης. Οι γειτονικές στροφές της σπείρας έχουν πολύ ισχυρή επίδραση στη φύση της ακτινοβολίας. Βέλτιστες αναλογίες:

D=λ/π, όπου λ είναι το μήκος κύματος, π=3, 14

S=0, 25 λ

a=12˚

ΕπειδήΤο λ είναι μια τιμή που ποικίλλει και εξαρτάται από τη συχνότητα, τότε οι μέσες τιμές αυτού του δείκτη που υπολογίζονται από τους τύπους λαμβάνονται στους υπολογισμούς:

λ min=c/f max; λ max=c/f min, όπου c=3×108 m/sec. (ταχύτητα φωτός) και f max, f min - η μέγιστη και ελάχιστη παράμετρος της συχνότητας σήματος.

λ cf=1/2(λ min+ λ max)

n=L/S, όπου L είναι το συνολικό μήκος της κεραίας, που προσδιορίζεται από τον τύπο:

L=(61˚/Ω)2 λ cf, όπου Ω είναι η εξαρτώμενη από την πόλωση κατευθυντικότητα της κεραίας (λαμβανόμενη από βιβλία αναφοράς).

Ταξινόμηση κατά εύρος λειτουργίας

Σύμφωνα με το κύριο εύρος συχνοτήτων, οι πομποδέκτες είναι:

1. Στενής ζώνης. Το πλάτος της δέσμης και η σύνθετη αντίσταση εισόδου εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τη συχνότητα. Αυτό υποδηλώνει ότι η κεραία μπορεί να λειτουργήσει χωρίς επανασυντονισμό μόνο σε ένα στενό φάσμα μήκους κύματος, περίπου το 10% του σχετικού εύρους ζώνης.

2. Ευρύ φάσμα. Τέτοιες κεραίες μπορούν να λειτουργήσουν σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων. Αλλά οι κύριες παράμετροί τους (SOI, μοτίβο ακτινοβολίας κ.λπ.) εξακολουθούν να εξαρτώνται από την αλλαγή στο μήκος κύματος, αλλά όχι τόσο όσο οι στενής ζώνης.

3. Ανεξάρτητη συχνότητας. Πιστεύεται ότι εδώ οι κύριες παράμετροι δεν αλλάζουν όταν αλλάζει η συχνότητα. Αυτές οι κεραίες έχουν ενεργή περιοχή. Έχει τη δυνατότητα να κινείται κατά μήκος της κεραίας χωρίς να αλλάζει τις γεωμετρικές της διαστάσεις, ανάλογα με την αλλαγή στο μήκος κύματος.

Οι πιο συνηθισμένες είναι οι ελικοειδείς κεραίες δεύτερου και τρίτου τύπου. Ο πρώτος τύπος χρησιμοποιείται όταναπαιτείται αυξημένη "διαύγεια" του σήματος σε μια συγκεκριμένη συχνότητα.

Αυτοκατασκευασμένη κεραία

Η βιομηχανία προσφέρει μεγάλη ποικιλία κεραιών. Μια ποικιλία τιμών μπορεί να ποικίλλει από μερικές εκατοντάδες έως αρκετές χιλιάδες ρούβλια. Υπάρχουν κεραίες για τηλεόραση, δορυφορική λήψη, τηλεφωνία. Αλλά μπορείτε να φτιάξετε μια σπειροειδή κεραία με τα χέρια σας. Δεν είναι τόσο δύσκολο. Οι ελικοειδείς κεραίες Wi-Fi είναι ιδιαίτερα δημοφιλείς.

Είναι ιδιαίτερα σημαντικά όταν είναι απαραίτητο να ενισχυθεί το σήμα από το δρομολογητή σε κάποιο μεγάλο σπίτι. Για να γίνει αυτό, χρειάζεστε ένα χάλκινο σύρμα με διατομή 2-3 mm 2 και μήκος 120 εκ. Είναι απαραίτητο να κάνετε 6 στροφές με διάμετρο 45 mm. Για να το κάνετε αυτό, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα σωλήνα κατάλληλου μεγέθους. Μια λαβή φτυαριού ταιριάζει καλά (έχει περίπου την ίδια διάμετρο). Τυλίγουμε το σύρμα και παίρνουμε μια σπείρα με έξι στροφές. Λυγίζουμε το υπόλοιπο άκρο με τέτοιο τρόπο ώστε να περνά ακριβώς από τον άξονα της σπείρας, «επαναλαμβάνοντας». Τεντώνουμε το τμήμα της βίδας έτσι ώστε η απόσταση μεταξύ των στροφών να είναι εντός 28-30 mm. Στη συνέχεια προχωράμε στην κατασκευή του ανακλαστήρα.

Για αυτό, θα κάνει ένα κομμάτι αλουμινίου διαστάσεων 15 × 15 cm και πάχους 1,5 mm. Από αυτό το κενό κάνουμε έναν κύκλο με διάμετρο 120 mm, κόβοντας τις περιττές άκρες. Ανοίξτε μια τρύπα 2 mm στο κέντρο του κύκλου. Εισάγουμε το άκρο της σπείρας σε αυτό και κολλάμε και τα δύο μέρη μεταξύ τους. Η κεραία είναι έτοιμη. Τώρα πρέπει να αφαιρέσετε το καλώδιο ακτινοβολίας από τη μονάδα κεραίας του δρομολογητή. Και κολλήστε το άκρο του σύρματος μεάκρο της κεραίας που βγαίνει από τον ανακλαστήρα.

Χαρακτηριστικά κεραίας 433 MHz

Καταρχάς, πρέπει να πούμε ότι τα ραδιοκύματα με συχνότητα 433 MHz κατά τη διάδοσή τους απορροφώνται καλά από το έδαφος και από διάφορα εμπόδια. Για την αναμετάδοσή του χρησιμοποιούνται πομποί χαμηλής ισχύος. Κατά κανόνα, διάφορες συσκευές ασφαλείας χρησιμοποιούν αυτήν τη συχνότητα. Χρησιμοποιείται ειδικά στη Ρωσία, για να μην παρεμβαίνει στον αέρα. Η ελικοειδής κεραία 433 MHz απαιτεί υψηλότερο κέρδος εξόδου.

Ένα άλλο χαρακτηριστικό της χρήσης τέτοιου εξοπλισμού πομποδέκτη είναι ότι τα κύματα αυτού του εύρους έχουν την ικανότητα να προσθέτουν τις φάσεις των άμεσων και ανακλώμενων κυμάτων από την επιφάνεια. Αυτό μπορεί είτε να αυξήσει την ισχύ του σήματος είτε να το αποδυναμώσει. Από τα παραπάνω, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η επιλογή της «καλύτερης» λήψης εξαρτάται από τη μεμονωμένη ρύθμιση της θέσης της κεραίας.

Σπιτική κεραία 433 MHz

Είναι εύκολο να φτιάξετε μια ελικοειδή κεραία 433 MHz με τα χέρια σας. Είναι πολύ συμπαγής. Για να το κάνετε αυτό, χρειάζεστε ένα μικρό κομμάτι χαλκού, ορείχαλκου ή χαλύβδινου σύρματος. Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε μόνο σύρμα. Η διάμετρος του σύρματος πρέπει να είναι 1 mm. Τυλίγουμε 17 στροφές σε έναν άξονα διαμέτρου 5 mm. Τεντώνουμε την έλικα ώστε το μήκος της να είναι 30 χλστ. Με αυτές τις διαστάσεις, δοκιμάζουμε την κεραία για λήψη σήματος. Αλλάζοντας την απόσταση μεταξύ των στροφών, τεντώνοντας και συμπιέζοντας την έλικα, επιτυγχάνουμε καλύτερη ποιότητα σήματος. Αλλά πρέπει να ξέρετε ότι μια τέτοια κεραία είναι πολύ ευαίσθητη σε διάφορα αντικείμενα,έφερε κοντά της.

Κεραία λήψης UHF

Οι ελικοειδή κεραίες UHF είναι απαραίτητες για τη λήψη τηλεοπτικού σήματος. Με το σχεδιασμό τους, αποτελούνται από δύο μέρη: έναν ανακλαστήρα και μια σπείρα.

Είναι καλύτερο να χρησιμοποιείτε χαλκό για την έλικα - έχει λιγότερη αντίσταση και, επομένως, λιγότερη απώλεια σήματος. Τύποι για τον υπολογισμό του:

- συνολικό μήκος της σπείρας L=30000/f, όπου f- συχνότητα σήματος (MHz);

- βήμα έλικα S=0,24 L;

- διάμετρος πηνίου D=0, 31/L;

- διάμετρος σπειροειδούς σύρματος d ≈ 0,01L;

- διάμετρος ανακλαστήρα 0,8 nS, όπου n- αριθμός στροφών;

- απόσταση από την οθόνη H=0, 2 L.

Κέρδος:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

Το κύπελλο του ανακλαστήρα είναι κατασκευασμένο από αλουμίνιο.

Άλλοι τύποι εξοπλισμού πομποδέκτη

Οι κωνικές και επίπεδες ελικοειδείς κεραίες είναι λιγότερο συχνές. Αυτό οφείλεται στη δυσκολία κατασκευής τους, αν και έχουν τα καλύτερα χαρακτηριστικά ως προς τη μετάδοση και λήψη σήματος. Η ακτινοβολία τέτοιων πομπών δεν σχηματίζεται από όλες τις στροφές, αλλά μόνο από εκείνες των οποίων το μήκος είναι κοντά στο μήκος κύματος.

Σε μια επίπεδη κεραία, η ελικοειδής γραμμή γίνεται με τη μορφή μιας γραμμής δύο συρμάτων στριμμένη σε μια σπείρα. Σε αυτή την περίπτωση, οι παρακείμενες στροφές διεγείρονται σε φάση στον τρόπο λειτουργίας κύματος πορείας. Αυτό οδηγεί στο γεγονός ότι δημιουργείται ένα πεδίο ακτινοβολίας με κυκλική πόλωση προς τον άξονα της κεραίας, επιτρέποντάς σας να δημιουργήσετε μια ευρεία ζώνη συχνοτήτων. Υπάρχουν επίπεδες κεραίες με το λεγόμενο σπιράλΑρχιμήδης. Αυτό το περίπλοκο σχήμα επιτρέπει μια σημαντική αύξηση στο εύρος συχνοτήτων μετάδοσης από 0,8 έως 21 GHz.

Σύγκριση ελικοειδών και εξαιρετικά κατευθυντικών κεραιών

Η κύρια διαφορά μεταξύ μιας έλικας και μιας κατευθυντικής κεραίας είναι ότι είναι μικρότερη. Αυτό το καθιστά ελαφρύτερο, γεγονός που επιτρέπει την εγκατάσταση με λιγότερη σωματική προσπάθεια. Το μειονέκτημά του είναι ένα μικρότερο εύρος συχνοτήτων λήψης και εκπομπής. Έχει επίσης πιο στενό μοτίβο ακτινοβολίας, που απαιτεί «αναζήτηση» για την καλύτερη θέση στο χώρο για ικανοποιητική λήψη. Το αναμφισβήτητο πλεονέκτημά του είναι η απλότητα του σχεδιασμού. Ένα μεγάλο πλεονέκτημα είναι η δυνατότητα συντονισμού της κεραίας αλλάζοντας το βήμα του πηνίου και το συνολικό μήκος της σπείρας.

Short Antenna

Για καλύτερο συντονισμό στην κεραία, είναι απαραίτητο το «επιμήκη» μήκος του ελικοειδούς τμήματος να είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στην τιμή του μήκους κύματος. Αλλά δεν πρέπει να είναι μικρότερο από ¼ μήκος κύματος (λ). Έτσι, το λ μπορεί να φτάσει μέχρι τα 11 μ. Αυτό ισχύει για τη ζώνη HF. Σε αυτή την περίπτωση, η κεραία θα είναι πολύ μεγάλη, κάτι που είναι απαράδεκτο. Ένας τρόπος για να αυξήσετε το μήκος του αγωγού είναι να εγκαταστήσετε ένα πηνίο επέκτασης στη βάση του δέκτη. Μια άλλη επιλογή είναι να τροφοδοτήσετε τη διαδρομή του δέκτη στο κύκλωμα. Το καθήκον του είναι να ταιριάζει το σήμα εξόδου του πομπού των ραδιοφωνικών σταθμών με την κεραία σε όλες τις συχνότητες λειτουργίας. Μιλώντας σε απλή γλώσσα, ο δέκτης λειτουργεί ως ενισχυτής για το εισερχόμενο σήμα από τον δέκτη. Αυτό το σχήμα χρησιμοποιείται σε κεραίες αυτοκινήτων, όπου το μέγεθος του στοιχείου που δέχεται το ραδιοκύμα είναι πολύ σημαντικό.

Συμπέρασμα

Οι σπειροειδείς κεραίες έχουν γίνει πολύ δημοφιλείς σε πολλούς τομείς των ηλεκτρονικών επικοινωνιών. Χάρη σε αυτά, πραγματοποιείται η κυτταρική επικοινωνία. Χρησιμοποιούνται επίσης στην τηλεόραση και ακόμη και σε ραδιοεπικοινωνίες στο βαθύ διάστημα. Μία από τις πολλά υποσχόμενες εξελίξεις για τη μείωση του μεγέθους της κεραίας ήταν η χρήση ενός κωνικού ανακλαστήρα, ο οποίος καθιστά δυνατή την αύξηση του μήκους του μήκους κύματος λήψης σε σύγκριση με έναν συμβατικό ανακλαστήρα. Ωστόσο, υπάρχει επίσης ένα μειονέκτημα, που εκφράζεται σε μείωση του φάσματος της συχνότητας λειτουργίας. Επίσης, ένα ενδιαφέρον παράδειγμα είναι η "αμφίδρομη" κωνική ελικοειδής κεραία, η οποία σας επιτρέπει να εργάζεστε σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων, λόγω του σχηματισμού ενός ισότροπου κατευθυντικού διαφράγματος. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το καλώδιο τροφοδοσίας με τη μορφή καλωδίου δύο συρμάτων παρέχει ομαλή αλλαγή στην αντίσταση.