Спіральні антени свч. Плоска арифметична спіральна антена Спіральні антени для сшп зв'язку

Вважається, що спіральна антена характеризується круговою поляризацією, але думка хибна. Насправді структура витків така, що приймаються хвилі і з лінійною поляризацією. Це зручно, коли є можливість працювати на будь-якій структурі хвилі. І спіральні антени використовуються як опромінювач дзеркал на супутнику. Для радіоаматорів недолік у тому, що хвиля з лінійною поляризацією послаблюється на три децибели, як відомо, у радіо та телемовленні іншого не використовується. У країні спіральний опромінювач доречний лише для лову НТВ+ із супутника, там метод не використовується. Ряд спеціальних застосувань зазначених антен обговорювати не будемо. Втім, запити на тему зустрічаються в мережі. Кому стане в нагоді спіральна антена, звита з дроту і одягнена на шматок труби, відповісти не беремося, навіть у збірці робіт радіоаматорів цей клас виробів відсутній геть-чисто.

Як зібрати спіральну антену

Спіральна антена нагадує інфрачервоний обігрівач специфічної конструкції. У СРСР військові заводи випускали прилади побутового призначення. Звідси подібність параболічних тарілок та обігрівачів. Для складання знадобиться дізнатися діаметр і крок намотування дроту, кількість витків. З матеріалів знадобляться:

1. Сталевий лист для екрану, довільної товщини, щоб не гнувся від вітру та інших колізій.
2. Відріз дроту, щоб вистачило намотати витки із запасом.
3. Живильний кабель: для телебачення 75 Ом, для радіо 50 Ом.
4. Труба пластикова необхідного діаметру.

Спіральні антени відносяться до класу хвилі, що біжить, опір пристроїв велике, щоб, правильно розрахувавши пристрій, підключити без узгодження. Спочатку розмічається труба із запасом, щоб вдалося встромити в екран і приклеїти. Уздовж осі (краще з двох сторін) розмічається крок намотування. У майбутньому ризики використовуються для вирівнювання. Відступіть попереду пару-трійку сантиметрів, починайте працювати маркером. Зверніть увагу, що зі зворотного боку виток зміщується рівно на півкроку.

Спіраль намотується на трубу без урахування кроку, з необхідним числом витків. Надалі, починаючи з перших ризиків, потрібно розтягнути дріт правильним чином. Щоб не відбувалося усунення надалі, слід правильне положення зафіксувати краплями клею. Приблизно по три-чотири на виток. Тим часом виготовимо екран.

Вибирайте квадрат із стороною близько п'яти діаметрів труби намотування. Немає різниці, яка товщина сталі, витримуйте характеристики міцності. У зібраному вигляді екран перпендикулярний трубі.

Для електричної складання слід в області закінчення спіралі (основа труби) просвердлити отвір і пропустити дріт всередину. За екраном у боковині проробляємо додаткову дірку, куди пропускаємо обплетення кабелю живлення. Електрично центральна жила з'єднується зі спіраллю, фідерний екран з екраном антени. Утворюється конструкція для прийому та передачі хвиль. Труби зі сталевим екраном з'єднуються клеєм-герметиком по куточку, щоб забезпечити строгу перпендикулярність деталей. Ключові моменти:

• Спіраль і екран виготовляються з провідного матеріалу, наприклад, міді.
• Труби з діелектрика.

Розрахунок спіральної антени

Спіральні антени відмінні здатністю ловити будь-який тип хвилі, що використовується в наземному мовленні. Однак для лову радіо слід вісь направити вгору, екран розташується горизонтально. Пристрої притаманні яскраво виражені спрямовані властивості, не чекайте, що вдасться охопити ряд вишок з однієї точки. Не так просто. Діаграма спрямованості залежить від габаритів спіральної антени та сильно:

1. Якщо довжина витка набагато менша за довжину хвилі, переважає бічне випромінювання, поперек осі антени. Причому поляризація не кругова.
2. В ідеальному випадку довжина витка укладається у рамки 0,75 - 1,3 довжини хвилі. У цьому випадку спостерігаємо головну пелюсток діаграми спрямованості, що дивиться вперед. Зрозуміло, потрібний екран.
3. Якщо довжина спіралі більше 1,5 довжини хвилі, утворюється дві пелюстки, спрямованих у передню напівплощину. Точніше, виходить щось, що нагадує конусну поверхню.

Побічно (за другим пунктом) читачі вже склали уявлення про діапазон. Вдвічі смугу розширимо, застосовуючи не циліндричну, а конусну спіраль (конічна спіральна антена). Рекомендуємо онлайн калькулятор на сайті http://aerial.dxham.ru/onlajn-raschety/raschety-antenn/raschet-spiralnoj-antenny. Тут пропонується задати частоту, крок намотування спіралі та довжину випромінювача:

• Від довжини намотування спіралі залежить ширина головної пелюстки діаграми спрямованості. Варіювати число витків і спостерігати за параметром (перебуває внизу сторінки калькулятора). Ледве помітно змінюється діаметр намотування спіралі. Цьому немає пояснення, творцям калькулятора видніше. Зрозуміло, знадобиться більше міді, що відображається у відповідних параметрах.
• Додамо, що зі збільшенням довжини зростає та посилення. Це типовий ефект: звужується пелюстка – зростає посилення. Площа діаграми спрямованості – величина стала. Як говорив Ломоносов, якщо в одному місці чогось прибуде, в іншому неодмінно убути має. Зауважте, що зі зростанням витків ледь помітно падає ширина смуги пропускання.
• Від кроку намотування залежить посилення: що більше цифра, то нижче посилення, то вже діаграма спрямованості. На наш погляд, це помилка авторів, тому що виходить, що вигідніше мотати щільно. До того ж дроту піде менше. Показано винятково переваги, на практиці таке виглядає сумнівно.

З корисних властивостей цього онлайн-калькулятора хотілося б відзначити розрахунок мінімального розміру екрану. А щодо кроку уточніть у довідниках, чим і займемося. До речі, цікавий факт, що за умовчанням на сайті одразу стоїть частота WiFi 2,45 ГГц. Тут сьогодні спіральні антени часто використовуються.

Знайшли: посилення залежить лише від кількості витків. Крок намотування рекомендується вибирати 0,22 – 0,24 довжини хвилі. На сайті це значення задаємо у широких межах. Пропонуємо читачам вибрати крок, варіюючи кількість витків. Трапляється, що в окремих калькуляторах трапляються помилки, точною інформацією володіє лише веб-програміст.

До речі, у новому джерелі відомості наведено, що екран розміщується за спіраллю на відстані 0,12 довжини хвилі. При цьому додається, що якщо діаметр екрана вибирається рівним 0,8 довжини хвилі і більше, сторона квадрата ще більша: 1,1? Ситуація не настільки очевидна, але уявіть, що коло має вписатися всередину — все постає на місця.

Що стосується узгодження, опір спіральної антени залежить від товщини дроту і зі зростанням зменшується. Можливо досягти цифри, що дорівнює 75 і навіть 50 Ом. У разі погодження не потрібно, що спрощує експлуатацію. На найвищих частотах це працює. Наприклад, хвильовий опір дорівнюватиме 75 Ом при товщині дроту 5% довжини хвилі. Отримуючи 50 Ом слід взяти товщину дроту 7% довжини хвилі. Бачите, що на частотах WiFi це реально, а значить розрахуємо параметри так, уникаючи узгодження.

Зверніть увагу, що в калькуляторі не дається можливості задати товщину дроту, а з наявним хвильовий опір дорівнює 140 Ом. Ймовірно, це професійна хитрість, за даними кабель повинен бути на 50 Ом на частотах WiFi. Проте легко перевірити, чи виконується залежність від товщини дроту. Наведемо таблицю та порівняємо результат.

Таблиця розрахунків

Отже, частота становить 2450 МГц, знаходимо довжину хвилі за простою формулою:

λ = 299792458 / 2450000000 = 0,1223 метра.

Знаходимо потрібний діаметр дроту для опору 140 Ом:

0,1223 х 0,02 = 2,45 мм, перевіримо, чи збігається це з онлайн калькулятором! Дивимося та бачимо: 2,4. Ну, якщо врахувати, що без заокруглення вийшло 2,447 мм, то вважатимемо, що два джерела повторюють один одного, а значить вказівкам щодо вибору кроку намотування (див. вище) можна повірити. У цьому вважаємо, що саморобна спіральна антена готова, і навіть знайдемо товщину дроту, коли опір стане рівним 50 Ом: виходить 8,5 мм. Причому на зазначеній високій частоті складно забезпечити необхідні умови. Тому метою самостійно зробити спіральну антену частіше задаються комп'ютерники.

Що стосується нестиковок в калькуляторі, перевіряйте технічну інформацію, що читається в інтернеті, кілька разів. Вважаємо, що відповіли на запитання, що таке спіральна антена і як зробити спіральну антену. Плюс конструкції у простоті виготовлення, якщо патчі потрібно прораховувати, погоджувати, і не факт, що вийде, тут є непоганий пристрій, що задовольняє заданим умовам, що відсіває масу перешкод. З обох сторін (на прийом та передачу) стоять однакові антени, щоб працювати з круговою поляризацією, інакше результат стане загадково-непередбачуваним. Спіральна антена, зібрана самостійно – реальність.

Використання: в антеній техніці. Сутність винаходу: дано співвідношення для визначення діаметра провідника струмопровідної однозахідної циліндричної спіралі, числа її витків, кута намотування і довжини витка. 1 з. п. ф-ли, 3 іл. 1 табл.

Винахід відноситься до антеної техніки, а конкретно, до циліндричних спіральних багатовиткових антен з еліптичною і круговою поляризацією випромінювання і може бути використане в системах космічного зв'язку метрового, дециметрового і сантиметрового діапазонів довжин хвиль, зокрема, у відбивачах дзеркальних радіотелескопів, фаз т.п. Сучасний рівень техніки у цій галузі характеризується широким використанням циліндричних спіральних антен осьового випромінювання. Класичним технічним рішенням у цій галузі є циліндрична спіральна антена осьового випромінювання, що складається з активної циліндричної спіралі, розташованої над металевим екраном (див. Антени та пристрої НВЧ. Розрахунок та проектування антенних решіток та випромінюючих елементів. За ред. професора Д. І.Воскресенського. М. Радянське радіо, 1972, с.241, рис.9.5б). У такій антені переважає хвиля струму типу Т 1 фазова швидкість якої менше швидкості світла. У зазначеній антені діаметр диска екрану приймають рівним (0,9-11), а діаметр дроту спіралі (0,03-0,05) порівн, де середня довжина хвилі заданого діапазону (див. згадане джерело, с.256). Ширина діаграми спрямованості антени в силу зазначених конструктивних особливостей і особливості поширення хвилі струму, що біжить, розрахована за рівнем половинної потужності (див. там же, с.248) зазвичай не перевищує 60 про, що звужує область якісного прийому-передачі сигналів, наприклад, опромінювачів дзеркальних антен. Відомі циліндричні спіральні антени, як правило, розраховуються з урахуванням наведених вище рекомендацій, що накладає зазначені обмеження. Так відома спіральна антена, що містить однозахідну циліндричну спіраль, встановлену над металевим екраном, коаксіальний хвилевід, зовнішній провідник якого з'єднаний з екраном, а внутрішній з початком циліндричної однозахідної спіралі (див. а.с. СРСР N 1246196, кл. H 01 Q 1 88, опублік. 23.07.86). Наявна у відомій антені опорна діелектрична труба з товщиною, що змінюється, уповільнює і зменшує інтенсивності біжучих хвиль струму, перешкоджаючи тим самим збільшенню ширини діаграми спрямованості. А пропонований вибір традиційних співвідношень для розрахунку конструкції, зокрема діаметра провідника спіралі, не забезпечують можливості істотного збільшення ширини діаграми спрямованості. У відомій спіральній антені, що містить активну спіраль, з'єднану з фідером і розташовану над металевим екраном (див. а.с. СРСР N 1626294, кл. H 01 Q 3/24, опублік. 7.02.92), можлива незначна зміна, в тому числі і збільшення, ширини діаграми спрямованості (ДН) антени за рахунок нагріву активного діелектрика та зміни його діелектричної проникності. Однак використання нагріваючої діелектрик струмами низької частоти спіралі з одного боку ускладнює конструкцію антени, а з іншого призводить до спотворення ДН, збільшення рівня бічних пелюсток. Можливості розширення ДН при цьому незначні, оскільки вибір конструктивних елементів ґрунтується на традиційних підходах, а зміна діелектричної проникності не може бути здійснена в широких межах, причому даний параметр не є визначальним для конструкції та її характеристик, зокрема ширини ДН. Відомо, що ширина ДН за рівнем половинної потужності при фіксованій довжині хвилі визначається в основному довжиною витка спіралі та кроком циліндричної спіралі (див. наприклад, згадану книгу за ред. Д.І.Воскресенського, с. 248). Вплив інших конструктивних параметрів циліндричної спіралі, зокрема товщини провідника слабо досліджено. Передбачається, що провідник повинен бути досить тонким, щоб не враховувався вплив його товщини на розрахункові співвідношення, і в той же час провідник повинен бути жорстким та міцним, щоб не порушувати цілісність конструкції, зберігати її форму та міцність. Так у статті К. К. С.Джемвала та інших "Аналіз конструкції спіральних антен з оптимізованим посиленням для смуги частот у Х-діапазоні" рекомендується діаметр провідника спіралі вибирати рівним 0,017), де -довжина хвилі (див. K.K.S.Jamwal and Renu Vakil. Design analysis of gain-optimizedhelix antennas for X-band freguencies.// Microwave Jornal, 1985, september, р. 177-183). Для багатовиткових спіральних циліндричних антен дециметрового діапазону мінімальний діаметр провідника в частках довжини хвилі може бути обраний 0,005. Циліндрична спіральна антена, в якій використовується провідник зазначеної товщини, виконана у вигляді циліндричної спіралі, підключеної до фідера живлення і розміщеної над екраном, що відображає. Мінімальний рекомендований діаметр провідника спіралі є вирішальною ознакою при виборі зазначеної циліндричної спіральної антени як прототип. Відома циліндрична спіральна антена є багатовітковою з числом витків N більше 6 (6N15), і кутом намотування (підйому витка), що змінюється в межах 12 про 15 про, при довжині витка, близької до є антеною осьового випромінювання. Проведений у статті аналіз відомої антени свідчить, що ширина її ДН вбирається у 60 о. При цьому форма діаграми спрямованості істотно відрізняється від секторного типу, близького на вигляд до діаграми спрямованості ізотропного випромінювача, що в ряді випадків переважніше в техніці зв'язку. Даним технічним рішенням вперше вирішено та поставлено завдання створення циліндричної спіральної антени осьового випромінювання з круговою та еліптичною поляризацією випромінювання за рахунок використання надтонких провідників у циліндричній спіралі. Основний технічний результат досягається використання запропонованого рішення полягає у збільшенні ширини ДН антени за рівнем половинної потужності. Додатковий технічний результат пропонованої антени полягає у отриманні ДН секторного вигляду, тобто. близька за формою переднього фронту до діаграми спрямованості ізотропного випромінювача. Досягнення основного технічного результату забезпечується тим, що циліндрична спіральна антена, що містить струмопровідну однозахідну циліндричну спіраль, з'єднану з живильним фідером і розташовану над екраном, що відображає, має максимальний поперечний діаметр провідника d спіралі, що задовольняє співвідношенню100 - d1. Досягнення додаткового технічного результату забезпечується тим, що циліндрична спіральна антена має наступні параметри: 3N8,13 o 14,5 o ,0,95L 1,1, 110 -6 d110 -5 де d, N, L відповідно діаметр провідника, число витків , Кут намотування, довжина витків циліндричної спіралі, а довжина хвилі. У пропонованій циліндричній спіральній антені реалізований режим осьового випромінювання з еліптичною поляризацією випромінювання при досягненні максимально широкої діаграми спрямованості. Вперше теоретично та експериментально встановлено, що використання надтонких провідників циліндричної спіралі дозволяє суттєво збільшити ширину ДН по половинній потужності в діапазоні довжин хвиль від метрового до сантиметрового включно. Встановлено, що для багатовиткових циліндричних спіралей з числом витків не менше 3 розрахованих для довжини хвилі струму типу Т 1 використання надтонких провідників з діаметром 110 -4 і менше призводить до розширення ДН антени. Причому для діапазону 3N15,12 o 15 o ДН зберігає осьовий вигляд без суттєвих спотворень форми. Для крайніх значень N(N 1 =3,N до =15),( 1 =12 o , до =15 о) і L 1 ширина ДН у порівнянні з прототипом збільшується на 25-40% а зміна при цьому L від 0, 7 до 1,4 змінює ширину ДН на 10-12% Наведена таблиця ілюструє зміну ширини ДН циліндричної антени за рівнем половинної потужності 2 0,5 N 38, d=1314,5 o ; L (0,951,1) від діаметра d провідника циліндричної спіралі, вираженого в частках довжини хвилі, причому коефіцієнт еліптичності випромінювання не менше 0,5. На фіг.1 схематично зображена пропонована циліндрична спіральна антена; на фіг. 2 діаграма спрямованості антени у сферичній системі координат (крива 1) при N 6 = 14 про, L=1,d=110 -5 на фіг.3 залежність коефіцієнта еліптичності від кута спостереження (крива 2) в декартовій системі координат для антени з зазначеними на фіг.2 параметрами. Слід мати на увазі, що сектораня форма діаграми спрямованості, зображена на фіг. 2 зберігається для параметрів N, L, d, наведених у таблиці в діапазоні діаметрів d=(110 -5 110 -6) При інших значеннях d відбувається викривлення фронту ДН і витягування його вздовж осі. Пропонована циліндрична спіральна антена (див. фіг.1) містить однозахідну циліндричну спіраль 1 з металевого провідника діаметром d= (110 -4 -110 -7), з'єднану з центральним провідником фідера живлення 2, металевий екран 3, гальванічно пов'язаний з обмоткою фідера. Провідник з метою збереження жорсткості конструкції приклеєний до діелектричного циліндричного радіопрозорого каркаса (не показаний). Запропонована антена працює наступним чином. У запитуваної через фідер 2 циліндричної спіралі збуджується хвиля струму типу Т 1 спадаючої амплітуди, що біжить. Амплітуда хвилі струму, що біжить, до кінця другого витка рівномірно зменшується приблизно в 2,5 рази, а області від кінця другого витка до 0,5 від кінця спіралі зменшується приблизно в 3 рази. З відривом 0,5 від кінця спіралі виникає стояча хвиля, амплітуда якої вбирається у амплітуду струму кінці другого витка. При цьому вздовж усього провідника циліндричної спіралі від точки збудження до 0,5 вільного кінця хвиля струму поширюється з фазовою швидкістю, майже рівною швидкості світла. Хвиля струму, що біжить, і стояча хвиля струму випромінюють електромагнітні хвилі, які, складаючись в дальній зоні, формують діаграму спрямованості антени. Завдяки спадаючому характеру і поширенню хвилі струму, що біжить, зі швидкістю світла відбувається формування ширшої ДН, зокрема ДН секторного вигляду. Згідно з відомими умовами Хансена-Вуд'ярда (див. наприклад, Уолтер К. Х. Антени хвилі, що біжить. Під ред. А.Ф.Чапліна, М. Енергія, 1970, с.448) для формування гостроспрямованого випромінювання необхідно, щоб в антені хвилі, що біжить існувала уповільнена хвиля, тобто. був присутній набіг фаз. А в запропонованому випадку ця умова не виконується, оскільки в ЦС уздовж надтонкого провідника поширюється хвиля з фазовою швидкістю, що дорівнює швидкості світла. Це і приводить при певному співвідношенні параметрів антени до формування ДН у вигляді сектора майже рівномірним випромінюванням. Експериментально пропонована циліндрична спіральна антена перевірена для СР 1,5 м. Величина металевого екрану при цьому становила 1,1 СР. Широкополосність отриманої антени 10%

Цей коментар, який я наведу нижче, вирішив виділити окремою статтею. У його автора вийшла спіральна антена, яка у найгірших умовах прийому забезпечила роботу одночасно двом телевізорам, причому без підсилювачів та розгалужувачів. Він назвав свою конструкцію БІСПІРАЛЬНОЮ, хоча така назва вже поєднується з подвійною спіральною та з двома спіральною антенами, які представлені у різних варіантах та у різних функціональних призначеннях. Однак, з наведеного прикладу, ви зрозумієте, що це щось інше, якому ще необхідно придумати назву.

БІСПІРАЛЬНА
Продавець відмовляв від покупки приймача DVB-T2: "Принесеш назад - не ловиться у нас!" Між джерелом та моїм містом 35 км. Відстань не загрожує, але впоперек влаштовані три лінії ЛЕП-500, ЛЕП-750 - джерела перешкод. Крім цього, прямий сигнал загороджений височиною із щільною забудовою 16-поверхівками.31-й (551 МГц) та 51-й (714 МГц) частотні канали.
Першою була виготовлена ​​та випробувана двох кільцева антена. Вона допомогла намацати єдиний варіант напряму прийому, показала «проблиски» ТБ-сигналу, відбитого під гострим кутом від дев'ятиповерхового будинку, що стоїть упідлозі кілометрі.

Виготовив 7-виткову спіральну антену, розраховану на 31 канал. Основою каркасу служать 4 відрізки поліпропіленової водопровідної труби (малий тангенс!), Для квадратної спіралі - одиночний мідний багатожильний провід перетином 4 кв. мм у вінілової ізоляції, п'ятиметровий кабель. Результат цілком влаштував впевнений прийом обох пакетів. Пробував зробити подібну антену за розмірами 51 каналу (714 МГц), результат – 31 канал вона «не ловить». Звідси зробив висновок: розрахунок спіральної антени слід виконувати низькочастотний канал. Висновок номер два: широкосмугова спіральна антена зумовлена ​​її конструкцією (так стверджує Карл Ротхаммель), а не діаметром намотаного дроту.
Все було чудово до того часу, коли дружина попросила влаштувати їй телевізор ще й на кухні. Серйозна відстань (плюс 13 метрів) передачі високочастотного сигналу – проблема. Використання краба, а також включення приймачів «цугом» не спричинило результату. Випробував три моделі підсилювачів SWA, з найкращим із них інтенсивність сигналу підростала з 70 до 90, але якості на далекому не було зовсім! Окремо приймачі з цією антеною забезпечували впевнений прийом обох пакетів.

Будувати другу антену - захаращувати балкон.
Рішення прийшло. Що якщо на цьому ж каркасі влаштувати другу спіраль, помістивши витки між першими витками? Сказано-зроблено, доопрацювання було виконано о 1,5 годині. Результат чудовий! Для другої спіралі я використовував провід із срібною екранною обмоткою. Інтенсивність та якість сигналів на далекому (!) приймачі підросли на 15 пунктів. Не помічено впливу приймачів один на одного з такою антеною.
Відомо, що при додаванні сигналів від двох спіралей інтенсивність сигналу подвоюється. Поєднувати спіралі я не пробував, а було б цікаво. Цікаво також спробувати чотири спіралі на загальному каркасі.
Сподіваюся, що ця інформація виявиться корисною допитливим та рукостистим!

P.S. якби була кнопка «вставити зображення» - доклав би фото.

Ну, а тепер – мій вихід.

Важко не погодитись, що дуже потрібна інформація. Залишається лише шкодувати, що ресурс цього блогу не забезпечує супровід коментар фотографіями. Та й сам цей коментар не відразу виявився, а знайшов я його випадково в кулуарах блогу і втиснув у потрібне місце лише через два тижні.

Відразу по ходу коментаря просто уточню, що при додаванні двох спіралей, як і інших антен, що володіють спрямованими властивостями, їх загальний коефіцієнт посилення збільшується тільки на 3 дБ, якщо відлік посилення цих антен йде від напівхвильового вібратора (принаймні так стверджує автор двотомника Антени» Карл Ротхаммель та «Довідник радіоаматора конструктора» під загальною редакцією Р. М. Малініна).

Досвід автора доданого коментаря практично доводить, що гірші умови поширення радіохвиль, тим сильніше позначається перевага кругової поляризації, яку мають спіральні антени, і навіть з урахуванням втрат в 3 дБ у разі прийому сигналу від телевізійного передавача з горизонтальною поляризацією.

Тепер необхідно придумати назву цієї саморобної антени, яку випробував автор. Щоб не заплутатися в термінології спіральних антен, я вирішив поцікавитися вже відомими назвами, і, таким чином, вийшла

Відзначу також, що з усього різноманіття антен лише спіральні лідирують за кількістю геометричних форм і відповідних їм назв, а що стосується двох і більше спіралей, варіанти назв пропорційно збільшуються.

Спіральна антена із горизонтальною поляризацією.

Це дві спіралі, з протилежним кроком намотування, розташовані паралельно один одному в горизонтальній площині, з одним загальним відбивачем, з рекомендованою відстанню між осями, що дорівнює 1,5 величини довжини хвилі. Якщо спіралі розташовані в горизонтальній площині, то вони мають горизонтальну поляризацію, якщо в одній площині один над одним, то вертикальна поляризація.Дві спіралі по шість витків дають посилення 14 дБ, якщо порівнювати з напівхвильовим вібратором (нагадаю, що 6 витків згідно з таблицею цього ж видання – це 11 дБ). Перед одиночною спіраллю з хвильовим опором 120 Ом здвоєні спіралі мають перевагу, тому що їх загальний опір 60 Ом, і вони легше узгоджується з коаксіальним кабелем 50 або 75 Ом. При однотипному укладанні спіралей поляризація буде круговою.

Рідше використовують конструкцію спіральної антени з горизонтальною поляризацією, де дві спіралі з різним напрямком намотування з'єднуються по одній осі.

Подвійна спіральна антена.

У тому ж двотомнику (особливі типи антен для УКХ та ДМВ діапазонів, розділ 26. 8.) існує ще один термін « подвійна спіральна антена», насправді це антена за властивостями можна порівняти з чвертьхвильовим штирем, де останній виконаний у вигляді спіралі, а функцію противаги виконує спіраль більшого діаметра.

Супер просту і супер швидку у виготовленні антену з коаксіального кабелю для прийому каналів цифрового телебачення можна зробити своїми руками хвилин за 5. Для цього вам не потрібно абсолютно нічого, крім кабелю. І це найголовніший плюс цієї антени.
Без телевізора зараз нікуди.

Ця конструкція вас обов'язково виручить, наприклад, коли ви тільки в'їхали в житло і ще встигли ні протягнути кабель, ні поставити стаціонарну антену. Звичайно це не єдиний приклад, де допоможе ця по істині проста петлева антена.
Зараз у коментарях хтось обов'язково напише, що є антени ще простіше, на кшталт штирьової. Для виготовлення якої буде просто зняти дві ізоляції з кабелю і все буде працювати. Я звичайно з цим погоджуся, але петльова антена, яку зроблю я з коаксіального кабелю матиме набагато більше посилення, зважаючи на свою спрямованість і резонансно-замкнутий контур.

Виготовлення антени з коаксіального кабелю

Розташування антени

Перевірка показала чудовий результат роботи

Спіральна антена належить до класу антен з хвилею, що біжить. Її основний діапазон роботи – дециметровий та сантиметровий. Вона належить до класу поверхневих антен. Головним її елементом є спіраль, що підключена до коаксіальної лінії. Спіраль створює діаграму спрямованості у вигляді двох пелюсток, що випромінюються вздовж її осі в різні боки.

Спіральні антени бувають циліндричні, плоскі та конічні. Якщо необхідна ширина робочого діапазону становить 50% і менше, то в антені використовується гвинтова циліндрична лінія. Конічна спіраль збільшує діапазон прийому удвічі проти циліндричної. А пласкі дають уже двадцятикратну перевагу. Найбільшу популярність для прийому в частотному діапазоні УКХ набула циліндрична радіоантена з круговою поляризацією та великим коефіцієнтом посилення вихідного сигналу.

Влаштування антени

Головною деталлю антени є згорнутий у спіраль провідник. Тут застосовується, як правило, мідний, латунний або сталевий дріт. До нього приєднано фідер. Він призначений передачі сигналу від спіралі в мережу (приймач) й у порядку (передавач). Фідери бувають відкритого та закритого типу. Фідери відкритого типу є неекранованими хвилеводами. А закритого типу мають спеціальний екран від перешкод, що робить електромагнітне поле захищеним від зовнішнього впливу. Залежно від частоти сигналу визначається наступна конструкція фідерів:

До 3 МГц: екрановані та неекрановані провідні мережі;

Від 3 МГц до 3 ГГц: коаксіальні дроти;

Від 3ГГц до 300 ГГц: металеві та діелектричні хвилеводи;

Понад 300 ГГц: квазіоптичні лінії.

Ще одним елементом антени став відбивач. Його призначення - фокусування сигналу на спіраль. Він виготовляється здебільшого з алюмінію. Підставою для антени є каркас з маленькою діелектричною проникністю, наприклад, пінопласт або пластик.

Розрахунок основних розмірів антени

Розрахунок спіральної антени починається з визначення основних розмірів гвинтової лінії. Ними є:

Кількість витків n;

Кут підйому витка a;

Діаметр спіралі D;

Крок витка спіралі S;

Діаметр відбивача 2D.

Перше, що треба зрозуміти під час проектування спіральної антени, - вона є резонатором (підсилювачем) хвилі. Її особливістю став високий вхідний опір.

Від геометричних розмірів контуру посилення залежить тип хвиль, що збуджуються у ній. Сусідні витки спіралі дуже сильно впливають на характер випромінювання. Оптимальні співвідношення:

D=λ/π, де λ-довжина хвилі, π=3,14

Т.к. λ величина, що змінюється та залежить від частоти, то в розрахунках беруться середні значення цього показника, розрахованого за формулами:

λ min = c/f max; max = c/f min, де =3×10 8 м/сек. (швидкість світла) та f max, f min - максимальний та мінімальний параметр частоти сигналу.

λ ср=1/2(λ min+ λ max)

n= L/S, де L - загальна довжина антени, що визначається за формулою:

L= (61˚/Ω) 2 λ ср, де Ω - коефіцієнт спрямованої дії антени, що залежить від поляризації (береться з довідників).

Класифікація по робочому діапазону

За основним діапазоном частот, приймально-передавальні пристрої бувають:

1. Вузькосмугові. Ширина діаграми спрямованості та вхідний опір сильно залежать від частоти. Це говорить про те, що антена може працювати без перенастроювання лише у вузькому спектрі довжини хвилі, приблизно 10% відносної смуги частот.

2. Широкодіапазонні. Такі антени можуть працювати у великому діапазоні частоти. Але їх основні параметри (КНД, діаграма спрямованості тощо) все-таки залежать від зміни довжини хвилі, але не так сильно, як у вузькосмугових.

3. Частотнонезалежні. Вважається, що основні параметри не змінюються при зміні частоти. У таких антен є активна область. Вона може переміщатися вздовж антени, не змінюючи своїх геометричних розмірів, залежно від зміни довжини хвилі.

Найчастіше зустрічаються спіральні антени другого та третього типу. Перший тип застосовується, коли необхідна підвищена чіткість сигналу на певній частоті.

Самостійне виготовлення антени

Промисловість пропонує великий вибір антен. Різноманітність цін може варіювати від кількох сотень до кількох тисяч рублів. Існують антени для телебачення, супутникового прийому, телефонії. Але можна виготовити спіральну антену та своїми руками. Це не так складно. Особливою популярністю користуються спіральні антени для Wi-Fi.

Вони особливо актуальні, коли необхідно посилити сигнал від роутера у якомусь великому будинку. Для цього знадобиться мідний дріт, перерізом 2-3 мм2 і довжиною 120 см. Необхідно зробити 6 витків діаметром 45 мм. Для цього можна використовувати трубку, що відповідає розміру. Добре підходить живець від лопати (у нього приблизно такий самий діаметр). Намотуємо дріт і отримуємо спіраль із шістьма витками. кінець, Що Залишився, згинаємо таким чином, щоб він рівно проходив через вісь спіралі, «повторюючи» її. Розтягуємо гвинтову частину, щоб відстань між витками знаходилася в межах 28-30 мм. Потім приступаємо до виготовлення відбивача.

Для цього підійде шматок алюмінію розміром 15×15 см і товщиною 1,5 мм. Із цієї заготовки робимо коло діаметром 120 мм, обрізуючи непотрібні краї. У центрі кола просвердлюємо отвір на 2 мм. Вставляємо в нього кінець спіралі і припаюємо обидві деталі одна до одної. Антена готова. Тепер необхідно вивести провід випромінювання з модуля антени роутера. І кінець дроту спаяти з кінцем антени, що виходить з відбивача.

Особливості антени на 433 МГц

Насамперед, треба сказати, що радіохвилі з частотою 433 МГц при своєму поширенні добре поглинаються землею та різними перешкодами. Для її ретрансляції використовують передавачі малої потужності. Як правило, таку частоту застосовують різноманітні охоронні пристрої. Вона спеціально використовується в Росії, щоб не створювати перешкоди в ефірі. Спіральна антена на 433 МГц потребує більшого коефіцієнта вихідного сигналу.

Ще однією особливістю при використанні такої приймальної апаратури є те, що хвилі даного діапазону мають можливість складати фази прямої та відбитої хвилі від поверхні. Це може призвести або до посилення сигналу, або його ослаблення. З вищевикладеного можна дійти невтішного висновку, що вибір «кращого» прийому залежить від індивідуального налаштування положення антени.

Саморобна антена на 433 МГц

Спіральну антену на 433 МГц своїми руками зробити просто. Вона дуже компактна. Для цього знадобиться невеликий відрізок мідного, латунного чи сталевого дроту. Можна застосувати і просто дріт. Діаметр дроту має становити 1 мм. Намотуємо 17 витків на оправлення діаметром 5 мм. Розтягуємо гвинтову лінію, щоб її довжина становила 30 мм. При цих розмірах випробовуємо антену приймання сигналу. Змінюючи відстань між витками, шляхом розтягування та стиснення спіралі, досягаємо кращої якості сигналу. Але треба знати, що така антена дуже чутлива до різних предметів, що підносяться до неї близько.

Приймальна антена ДМВ

Спіральні антени ДМВ необхідні прийому телевізійного сигналу. За своєю конструкцією вони складаються з двох частин: відбивач і спіраль.

Для спіралі краще застосовувати мідь – вона має менший опір і, отже, меншу втрату сигналу. Формули для її розрахунку:

Загальна довжина спіралі L=30000/f де f- частота сигналу (МГц);

Крок спіралі S = 0,24 L;

Діаметр витка D=0,31/L;

Діаметр дроту спіралі d 0,01L;

Діаметр відбивача 0,8 nS, де n-кількість витків;

Відстань до екрану H = 0,2L.

Коефіціент посилення:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

Чашка відбивача виготовляється з алюмінію.

Інші види приймальної апаратури

Конічна та плоска спіральні антени зустрічаються рідше. Це з труднощами їх виготовлення, хоча вони мають кращі характеристики по діапазону передачі і прийому сигналу. Випромінювання таких передавачів формується не всіма витками, а лише тими, довжина яких близька до довжини хвилі.

У плоскій антені гвинтова лінія виконана у вигляді згорнутої у спіраль двопровідної лінії. У цьому випадку сусідні витки збуджуються синфазно в режимі хвилі, що біжить. Це призводить до того, що створюється поле випромінювання з круговою поляризацією у бік антени, дозволяючи створювати широку смугу частот. Трапляються плоскі антени з так званою спіраллю Архімеда. Ця складна форма дозволяє суттєво збільшити частотний діапазон передачі від 08 до 21 ГГц.

Порівняння спіральних та вузькоспрямованих антен

Основна відмінність спіральної антени від спрямованої полягає в тому, що вона менша за розмір. Це робить її легшою, що дозволяє проводити монтаж із меншими фізичними зусиллями. Її недоліком є ​​вужчий діапазон частот прийому та передачі. Також вона має вужчу діаграму спрямованості, що потребує «пошуку» кращого положення у просторі для задовільного прийому. Безперечна її перевага - простота конструкції. Великим плюсом є можливість налаштовувати антену за допомогою зміни кроку витка та загальної довжини спіралі.

Укорочена антена

Для кращого резонансу в антені потрібно, щоб «витягнута» довжина спіральної частини якомога ближче до значення довжини хвилі. Але вона не повинна бути меншою за ¼ довжини хвилі (λ). Таким чином, λ може сягати 11 м. Це актуально для КВ-діапазону. В цьому випадку антена буде надто довгою, що неприйнятно. Одним із способів збільшити довжину провідника є установка котушки, що подовжує, у підстави приймача. Ще один варіант - запитування у ланцюг тракту тюнера. Його завдання - узгодження вихідного сигналу передавача радіостанцій з антеною на всіх робочих частотах. Якщо говорити зрозумілою мовою, то тюнер виступає у ролі підсилювача вхідного сигналу з приймача. Така схема застосовується в автомобільних антенах, де дуже важливим є розмір елемента, що приймає радіохвилю.

Висновок

Спіральні антени здобули велику популярність у багатьох областях радіоелектронних комунікацій. Завдяки їм здійснюється стільниковий зв'язок. Також їх застосовують у телебаченні і навіть у далекому космічному радіозв'язку. Однією з перспективних розробок зменшення габаритів антени стало застосування конусного рефлектора, що дозволяє збільшити довжину хвилі, що приймає, в порівнянні зі звичайним відбивачем. Однак є недолік, виражений у зменшенні спектра робочої частоти. Також цікавим зразком є ​​«двозахідна» конічна спіральна антена, що дозволяє працювати в широкому спектрі частот завдяки формуванню ізотропної діафрагми спрямованості. Це тому, що лінія живлення як двопровідного кабелю забезпечує плавне зміна хвильового опору.