آنتن های مارپیچی: انواع و عکس ها

2024 نویسنده: Leah Sherlock | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 05:34

آنتن مارپیچی از دسته آنتن های موج مسافرتی است. محدوده عملیاتی اصلی آن دسی متر و سانتی متر است. متعلق به کلاس آنتن های سطحی است. عنصر اصلی آن یک مارپیچ است که به یک خط کواکسیال متصل است. مارپیچ یک الگوی تشعشعی به شکل دو لوب ایجاد می کند که در امتداد محور خود در جهات مختلف منتشر می شود.

آنتن های مارپیچی استوانه ای، تخت و مخروطی هستند. اگر عرض محدوده عملیاتی مورد نیاز 50٪ یا کمتر باشد، از مارپیچ استوانه ای در آنتن استفاده می شود. مارپیچ مخروطی در مقایسه با مارپیچ استوانه ای دامنه دریافت را دو برابر می کند. و مسطح ها در حال حاضر مزیت بیست برابری می دهند. محبوب ترین برای دریافت در محدوده فرکانس VHF یک آنتن رادیویی استوانه ای با قطبش دایره ای و افزایش سیگنال خروجی بالا بود.

دستگاه آنتن

بخش اصلی آنتن یک هادی سیم پیچ است. در اینجا، به عنوان یک قاعده، از سیم مس، برنج یا فولاد استفاده می شود. یک فیدر به آن متصل است. برای انتقال سیگنال از مارپیچ به شبکه (گیرنده) و بالعکس (فرستنده) طراحی شده است. فیدرها از نوع باز و بسته می باشند. فیدرهای نوع باز هستندموجبرهای بدون محافظ نوع بسته دارای یک سپر ویژه در برابر تداخل است که باعث می شود میدان الکترومغناطیسی از تأثیرات خارجی محافظت شود. بسته به فرکانس سیگنال، طراحی فیدرهای زیر تعیین می شود:

- تا 3 مگاهرتز: شبکه های سیمی محافظ و بدون محافظ؛

- 3 مگاهرتز تا 3 گیگاهرتز: سیم های کواکسیال؛

- 3GHz تا 300GHz: موجبرهای فلزی و دی الکتریک؛

- بیش از 300 گیگاهرتز: خطوط شبه نوری.

یکی دیگر از عناصر آنتن بازتابنده بود. هدف آن تمرکز سیگنال بر روی مارپیچ است. این عمدتا از آلومینیوم ساخته شده است. اساس آنتن یک قاب با ثابت دی الکتریک کم، مانند فوم یا پلاستیک است.

محاسبه ابعاد اصلی آنتن

محاسبه آنتن مارپیچ با تعیین ابعاد اصلی مارپیچ آغاز می شود. آنها عبارتند از:

- تعداد چرخش n;

- زاویه چرخش a;

- قطر مارپیچ D;

- گام مارپیچ S;

- قطر بازتابنده 2 بعدی.

اولین چیزی که هنگام طراحی آنتن مارپیچ باید بدانیم این است که تشدید کننده (تقویت کننده) موج است. ویژگی آن امپدانس ورودی بالا بود.

نوع امواج برانگیخته شده در آن به ابعاد هندسی مدار تقویت بستگی دارد. پیچ های مجاور مارپیچ تأثیر بسیار قوی بر ماهیت تابش دارند. نسبت های بهینه:

D=λ/π، که در آن λ طول موج است، π=3، 14

S=0، 25 λ

a=12˚

چونλ مقداری است که متغیر است و به فرکانس بستگی دارد، سپس مقادیر متوسط این شاخص محاسبه شده توسط فرمول ها در محاسبات گرفته می شود:

λ min=c/f max; λ max=c/f دقیقه، که در آن c=3×108 متر بر ثانیه. (سرعت نور) و f max، f min - پارامتر حداکثر و حداقل فرکانس سیگنال.

λ cf=1/2(λ min+ λ max)

n=L/S، که در آن L طول کل آنتن است که با فرمول تعیین می شود:

L=(61˚/Ω)2 λ cf، که در آن Ω جهت دهی وابسته به قطبش آنتن است (برگرفته از کتاب های مرجع).

طبقه بندی بر اساس محدوده عملیاتی

با توجه به محدوده فرکانس اصلی، فرستنده و گیرنده ها عبارتند از:

1. باند باریک. عرض پرتو و امپدانس ورودی بسیار وابسته به فرکانس هستند. این نشان می‌دهد که آنتن می‌تواند بدون تنظیم مجدد فقط در یک طیف طول موج باریک، تقریباً 10 درصد از پهنای باند نسبی، کار کند.

2. محدوده وسیع. چنین آنتن هایی می توانند در یک طیف فرکانس وسیع کار کنند. اما پارامترهای اصلی آنها (SOI، الگوی تابش و غیره) هنوز به تغییر طول موج بستگی دارد، اما نه به اندازه پارامترهای باند باریک.

3. مستقل از فرکانس اعتقاد بر این است که در اینجا پارامترهای اصلی با تغییر فرکانس تغییر نمی کنند. این آنتن ها دارای منطقه فعال هستند. این قابلیت حرکت در امتداد آنتن را بدون تغییر ابعاد هندسی آن بسته به تغییر طول موج دارد.

رایج ترین آنتن های مارپیچ از نوع دوم و سوم هستند. نوع اول زمانی استفاده می شود کهافزایش "شفافیت" سیگنال در یک فرکانس خاص مورد نیاز است.

آنتن خودساخته

این صنعت طیف گسترده ای از آنتن ها را ارائه می دهد. قیمت های مختلف می تواند از چند صد تا چند هزار روبل متفاوت باشد. آنتن های تلویزیون، دریافت ماهواره، تلفن وجود دارد. اما می توانید با دستان خود یک آنتن مارپیچ بسازید. آنقدرها هم سخت نیست. آنتن‌های Wi-Fi حلزونی بسیار محبوب هستند.

آنها به ویژه زمانی مرتبط هستند که لازم است سیگنال از روتر در خانه های بزرگ تقویت شود. برای این کار به یک سیم مسی با سطح مقطع 2-3 میلی متر 2 و طول 120 سانتی متر نیاز دارید که باید 6 دور به قطر 45 میلی متر بزنید. برای این کار می توانید از لوله ای با اندازه مناسب استفاده کنید. دسته بیل به خوبی جا می شود (قطر تقریباً یکسانی دارد). سیم را می پیچیم و یک مارپیچ با شش دور به دست می آوریم. انتهای باقی مانده را به گونه ای خم می کنیم که دقیقاً از محور مارپیچ عبور کند و آن را "تکرار" کند. قسمت پیچ را به گونه ای دراز می کنیم که فاصله بین پیچ ها در 28-30 میلی متر باشد. سپس به ساخت رفلکتور می رویم.

برای این کار، یک قطعه آلومینیومی به ابعاد 15 × 15 سانتی متر و ضخامت 1.5 میلی متر انجام می شود. از این قسمت خالی دایره ای به قطر 120 میلی متر می سازیم و لبه های غیر ضروری را برش می دهیم. یک سوراخ 2 میلی متری در مرکز دایره دریل کنید. انتهای مارپیچ را وارد آن می کنیم و هر دو قسمت را به هم لحیم می کنیم. آنتن آماده است. اکنون باید سیم تابش را از ماژول آنتن روتر جدا کنید. و انتهای سیم را با آن لحیم کنیدانتهای آنتن که از بازتابنده خارج می شود.

ویژگی های آنتن 433 مگاهرتز

در ابتدا باید گفت که امواج رادیویی با فرکانس 433 مگاهرتز در حین انتشار به خوبی جذب زمین و موانع مختلف می شوند. برای انتقال مجدد آن از فرستنده های کم توان استفاده می شود. به عنوان یک قاعده، دستگاه های امنیتی مختلف از این فرکانس استفاده می کنند. این به ویژه در روسیه استفاده می شود تا در هوا تداخل نداشته باشد. آنتن مارپیچ 433 مگاهرتز به بهره خروجی بالاتری نیاز دارد.

یکی دیگر از ویژگی های استفاده از چنین تجهیزات فرستنده گیرنده این است که امواج این محدوده قابلیت اضافه کردن فازهای امواج مستقیم و منعکس شده از سطح را دارند. این می تواند قدرت سیگنال را افزایش دهد یا آن را ضعیف کند. با توجه به موارد فوق، می توان نتیجه گرفت که انتخاب "بهترین" دریافت بستگی به تنظیمات فردی موقعیت آنتن دارد.

آنتن 433 مگاهرتز خانگی

ساخت آنتن مارپیچ 433 مگاهرتز با دستان خود آسان است. او بسیار جمع و جور است. برای این کار به یک تکه کوچک سیم مسی، برنجی یا فولادی نیاز دارید. شما همچنین می توانید فقط از سیم استفاده کنید. قطر سیم باید 1 میلی متر باشد. روی سنبه ای به قطر 5 میلی متر 17 دور می پیچیم. مارپیچ را طوری دراز می کنیم که طول آن 30 میلی متر باشد. با این ابعاد، آنتن را برای دریافت سیگنال تست می کنیم. با تغییر فاصله بین پیچ ها، با کشش و فشرده سازی مارپیچ، به کیفیت سیگنال بهتری دست پیدا می کنیم. اما باید بدانید که چنین آنتنی به اجسام مختلف بسیار حساس است.به او نزدیک شد.

آنتن گیرنده UHF

آنتن های مارپیچ UHF برای دریافت سیگنال تلویزیون ضروری هستند. آنها با طراحی خود از دو بخش تشکیل شده اند: یک بازتابنده و یک مارپیچ.

بهتر است از مس برای مارپیچ استفاده شود - مقاومت کمتری دارد و در نتیجه از دست دادن سیگنال کمتری دارد. فرمول های محاسبه آن:

- طول کل مارپیچ L=30000/f، که در آن f- فرکانس سیگنال (MHz);

- گام مارپیچ S=0.24 L;

- قطر سیم پیچ D=0، 31/L;

- قطر سیم مارپیچ d ≈ 0.01L;

- قطر بازتابنده 0.8 nS، که در آن n- تعداد چرخش؛

- فاصله تا صفحه نمایش H=0, 2 L.

سود:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

فنجان بازتابنده از آلومینیوم ساخته شده است.

انواع دیگر تجهیزات فرستنده گیرنده

آنتن های مارپیچ مخروطی و مسطح کمتر رایج هستند. این به دلیل سختی ساخت آنها است، اگرچه آنها بهترین ویژگی ها را از نظر انتقال و دریافت سیگنال دارند. تشعشع چنین فرستنده‌هایی نه با همه چرخش‌ها، بلکه فقط توسط آنهایی که طول آنها نزدیک به طول موج است، تشکیل می‌شود.

در یک آنتن مسطح، خط مارپیچ به شکل یک خط دو سیم پیچ خورده به شکل مارپیچ ساخته می شود. در این حالت، پیچ های مجاور به صورت فاز در حالت موج سیر تحریک می شوند. این منجر به این واقعیت می شود که یک میدان تابشی با قطبش دایره ای به سمت محور آنتن ایجاد می شود و به شما امکان می دهد یک باند فرکانسی گسترده ایجاد کنید. آنتن های مسطح با به اصطلاح مارپیچ وجود داردارشمیدس این شکل پیچیده باعث افزایش قابل توجه در محدوده فرکانس انتقال از 0.8 تا 21 گیگاهرتز می شود.

مقایسه آنتن های مارپیچ و بسیار جهت دار

تفاوت اصلی بین مارپیچ و آنتن جهت دار کوچکتر بودن آن است. این باعث سبک تر شدن آن می شود که امکان نصب با تلاش فیزیکی کمتر را فراهم می کند. نقطه ضعف آن محدوده باریک تر فرکانس های دریافت و ارسال است. همچنین دارای الگوی تشعشعی باریک تری است که برای دریافت رضایت بخش نیاز به "جستجو" برای بهترین موقعیت در فضا دارد. مزیت بدون شک آن سادگی طراحی است. یک مزیت بزرگ توانایی تنظیم آنتن با تغییر گام سیم پیچ و طول کل مارپیچ است.

آنتن کوتاه

برای رزونانس بهتر در آنتن، لازم است که طول "کشیده" قسمت مارپیچ تا حد امکان به مقدار طول موج نزدیک باشد. اما نباید کمتر از ¼ طول موج (λ) باشد. بنابراین، λ می تواند تا 11 متر برسد. این برای باند HF صادق است. در این مورد، آنتن بیش از حد طولانی خواهد بود، که غیرقابل قبول است. یکی از راه‌های افزایش طول هادی، نصب یک سیم پیچ در پایه گیرنده است. گزینه دیگر تغذیه مسیر تیونر به مدار است. وظیفه آن تطبیق سیگنال خروجی فرستنده ایستگاه های رادیویی با آنتن در تمام فرکانس های کاری است. با صحبت کردن به زبان ساده، تیونر به عنوان یک تقویت کننده برای سیگنال دریافتی از گیرنده عمل می کند. این طرح در آنتن های اتومبیل استفاده می شود، جایی که اندازه عنصر دریافت کننده موج رادیویی بسیار مهم است.

نتیجه گیری

آنتن های مارپیچی در بسیاری از زمینه های ارتباطات الکترونیکی بسیار محبوب شده اند. به لطف آنها، ارتباطات سلولی انجام می شود. آنها همچنین در تلویزیون و حتی در ارتباطات رادیویی در اعماق فضا استفاده می شوند. یکی از پیشرفت‌های امیدوارکننده برای کاهش اندازه آنتن، استفاده از بازتابنده مخروطی بود که افزایش طول موج دریافتی را در مقایسه با بازتابنده‌های معمولی ممکن می‌سازد. با این حال، یک اشکال نیز وجود دارد که در کاهش طیف فرکانس کاری بیان می شود. همچنین یک مثال جالب آنتن مارپیچ مخروطی "دو طرفه" است که به شما امکان می دهد در یک طیف فرکانس وسیع کار کنید، زیرا یک دیافراگم جهت همسانگرد تشکیل می شود. این به این دلیل است که خط برق به شکل یک کابل دو سیمه تغییر آرامی در امپدانس ایجاد می کند.