Signalą su naudingos informacijos galima sukurti naudojant generatorių. Jo galią galima padidinti stiprintuvo pagalba ir per nemažą atstumą perduoti kitam korespondentui. Signalas perduodamas antena.
Antena yra įtaisas, paverčiantis elektromagnetinę bangą į elektrinį signalą tam tikru dažniu priėmimo kelyje, taip pat atvirkštine konversija perdavimo kelyje.
Yra daugybė antenų tipų. Pavyzdžiui, juos galima klasifikuoti pagal dizainą arba veikimo principą. Pastaruoju atveju išskiriamos elektrinės ir magnetinės antenos. Pirmuosius valdo elektrinis elektromagnetinio lauko komponentas (toliau – EML), o antrieji atitinkamai – magnetiniu.
Šiame straipsnyje pagrindinis dėmesys bus skiriamas magnetinei antenai, jos konstrukcijai, taip pat veikimo principui.
Radijo bangos
Visos antenos veikia su tam tikru bangų diapazonu. Bangas galima klasifikuoti pagal ilgį arba dažnį. Reikėtų pažymėti, kad ilgis yra atvirkščiai proporcingas dažniui.
Toliau pateikiama radijo bangų tipų ir jų ilgio bei dažnio parametrų atitikties lentelė.
| Bangų tipas | Bangos ilgis, m | Dažnis |
|
Ypatingai ilgas |
105-104 | 3–30 kHz |
| Ilgas | 104-103 | 30–300 kHz |
| Vidutinis | 103-102 | 300 kHz – 3 MHz |
| Trumpas | 100-10 | 3–30 MHz |
| Metras | 10-1 | 30–300MHz |
| Decimetrai | 1-0, 1 | 300 MHz – 3 GHz |
| Centimetras | 0, 1-0, 01 | 3–30 GHz |
| Milimetras | 0, 01-0, 001 | 30–300 GHz |
Dažnai bangų pavadinimai pakeičiami diapazono pavadinimais. Pavyzdžiui, trumpųjų bangų juosta vadinama HF juosta.
Metrinės, decimetrinės, centimetrinės ir milimetrinės bangos įtrauktos į VHF diapazoną – ultratrumpąsias bangas. Prietaisai, veikiantys decimetrinėmis bangomis, vadinami UHF antenomis (toliau – pagal analogiją).
Programa
Antenų, kurios reaguoja į magnetinį lauko komponentą, tipas yra platuspritaikymas bet kokioje pramonėje dėl mažų matmenų ir priėmimo-perdavimo savybių. Jų konstrukcija dažnai yra tikrai labai paprasta ir yra strypinė antena (dažnai naudojama kaip antena automobiliui), kuri yra maža, palyginti su, pavyzdžiui, logaritminėmis antenomis. Pastarojo tipo antenos dažnai randamos gyvenamuosiuose pastatuose, kur jos transliuoja televizijos laidas.
Pagrindinis magnetinių antenų privalumas yra atsparumas elektriniams trukdžiams. Pastarasis faktas leidžia juos naudoti bet kuriame mieste, kur yra didelė elektros signalų koncentracija.
Dizainas
Paprasčiausioje magnetinėje antenoje yra:
- core;
- induktorius;
- ritės rėmas.
Rėmas uždedamas ant šerdies, o ant rėmo suvyniotas induktorius.
Tokios antenos šerdis pagamintas iš magnetinės medžiagos. Dažniausiai iš ferito, kuris pasižymi geromis magnetinėmis savybėmis, apie kurias bus kalbama vėliau.
Apvija pagaminta iš laidžios medžiagos, pvz., vario, o rėmas pagamintas iš izoliacinės medžiagos, kad būtų išvengta nereikalingų kontaktų tarp ritės vijų ir šerdies.
Iš tiesų paaiškėja, kad magnetinė antena yra tipinis droselis, pažįstamas kiekvienam radijo mėgėjui ar net netiesiogiai su elektronika susijusiam žmogui.
Lauko teorija
Norėdami suprasti tokios antenos veikimo principą, turėtumėte pakartoti pagrindinįinformacija apie viską, kas susiję su signalų perdavimu per atstumą.
Pirma, elektromagnetinis laukas, kaip rodo pavadinimas, apima du komponentus – magnetinį ir elektrinį, kurie yra neatsiejamai susiję, o šių laukų plokštumos (jei kalbėsime, praleidžiant terminologines detales) yra statmenos viena kitai.
Antra, šio lauko sklidimo kryptį lemia greičio vektorius, kuris yra statmenas ir elektrinio intensyvumo (indukcijos) vektoriui, ir magnetinio intensyvumo (indukcijos) vektoriui trimatėje erdvėje.
Kodėl intensyvumo vektorius gali būti pakeistas indukcijos vektoriumi? Kadangi šių parametrų reikšmės vienodai apibūdina vienos ar kitos rūšies lauką ir yra proporcingos viena kitai.
L formos antenos veikimo principas
Virpesius (juos perduoda antena) skleidžia bet koks objektas: ir medinis pagaliukas, ir metalinė viela. Vienintelis skirtumas yra tas, kad metalas geriau praleidžia elektrą, todėl laido skleidžiama vibracija yra labiau pastebima.
Todėl paprasčiausią anteną galima surinkti iš armatūros gabalo. Pasirodys visiems pažįstama L formos antena. Veikiant elektromagnetiniam laukui, armatūroje indukuojama elektrovaros jėga, kuri tam tikru būdu (atmetant teorines detales) yra svyravimų priežastis, o kartu ir signalo stiprinimo pagrindas.
Metalas yra gerų elektrinių savybių medžiaga. Štai kodėl armatūroje sukeliama elektrovaros jėga (EMF). Vadinasi,valdoma lauko elektrinio komponento L formos antena.
Antenos, kuri reaguoja į magnetinį lauką, veikimo principas
Logiškai mąstant, jei L formos metalinė antena reaguoja į elektrinį lauko komponentą, tai magnetinė antena reaguoja į elektromagnetinio lauko magnetinį komponentą. Dėl šio fakto įrenginys gavo savo pavadinimą.
Antena, žinoma, gali būti pagaminta iš išilginės feromagneto dalies, bet efektyviau šiai medžiagai suteikti rėmo formą.
Šioje konstrukcijoje magnetinis laukas taip pat sukurs EML, bet kintamąjį. Antena pavirs induktoriumi, kuriame EML energija paverčiama elektros energija (tai yra pagrindinė antenos užduotis).
Sukeltos EML vertė kadre priklauso nuo konstrukcijos padėties lauko plokštumos atžvilgiu. EMF yra didžiausias, jei konstrukcijos ritinių plokštuma nukreipta į stotį, veikiančią su signalu. Jei anteną pasuksite aplink vertikalią ašį (vaizdas iš viršaus), tada per vieną apsisukimą ji turės du EMF maksimumus ir du minimumus (nulinės reikšmės).
Tokios antenos spinduliuotės modelis bus begalybės arba aštuonių skaičių.
Spinduliavimo schema yra grafinis stiprinimo priklausomybės nuo antenos krypties tam tikroje plokštumoje vaizdas.
Gain yra reikšmė, apskaičiuojama kaip išėjimo signalo vertės ir įvesties signalo vertės santykis. Pavyzdžiui, išėjimo galios ir įvesties santykisgalia arba išėjimo įtampa į įvestį.
Krypties faktorius apibūdina antenos gebėjimą nukreipti signalą į konkretų tašką. Pavyzdžiui, kaiščių antenai, naudojamai kaip automobilio antena, šis koeficientas yra žemas. Jis skleidžia toro formos bangą visomis kryptimis. Tačiau kryptinėms antenoms, pvz., periodinėms arba atspindinčioms, šis koeficientas yra daug didesnis.
Rėmelio formos antena taip pat turi gerą kryptingumą. Ši savybė leidžia naudoti tokius įrenginius specialioje įrangoje, pvz., lapių medžioklės įrangoje.
Dizaino ypatybės
Sukeltos EML dydį daugiausia lemia antenos dydis. Net jei suvyniotų apsisukimų skaičius yra didelis, esant mažiems matmenims, EML vertės vis tiek nepakaks tam tikriems imtuvams veikti.
Bet jei į magnetinių antenų vidų įdėsite ferito šerdis, EML reikšmė žymiai padidės. Šerdis padės uždaryti daugiau lauko linijų, t. y. šerdies dėka laukas bus sutelktas ant antenos, sukuriant galingesnį magnetinį srautą ir sukuriant reikšmingą EML.
Magnetinės medžiagos šerdis
Norint suprasti, kokią magnetinę šerdį reikia įrengti antenoje, reikia ištirti magnetinio pralaidumo parametrą, kuris parodo, kiek kartų magnetinis laukas konkrečioje medžiagoje yra stipresnis už išorinį lauką.
Kuo didesnis tarifaspralaidumas, tuo geriau magnetinė medžiaga sutelkia lauką į save.
Priėmimo magnetinės antenos šerdis paprastai turi stačiakampę arba apvalią dalį. Pirma, dėl gamybos paprastumo. Antra, dėl to, kad tokios formos šerdys geriau sutelkia magnetines linijas į save.
Paskutinis faktas turi įtakos tokiam parametrui kaip efektyvusis magnetinis pralaidumas. Jis gali nesutapti su pradiniu magnetiniu pralaidumu, kuris paprastai nurodomas šerdies dokumentacijoje. Tačiau efektyvus pralaidumas priklauso nuo pradinio.
Taigi, efektyvus šerdies pralaidumas priklauso nuo šių rodiklių:
- pagrindiniai matmenys;
- pagrindinė forma;
- medžiagos, iš kurios pagaminta ši šerdis, pradinis magnetinis pralaidumas.
Pavyzdžiui, jei atsižvelgsime į šerdis, kurių skerspjūvio plotas yra toks pat, bet skirtingo ilgio, tada ilgesnio ilgio mėginio efektyvaus pralaidumo vertė bus didesnė.
Beje, efektyvaus pralaidumo priklausomybė, pavyzdžiui, nuo ferito šerdies ilgio, yra netiesinė. Iki tam tikros šerdies ilgio vertės daugumos ferito rūšių pralaidumas padidėja, tačiau kai kurie iš jų prisisotina ir augimas sustoja. Pavyzdžiui, gaminiai su žymenimis 1000НН, 600НН ir 400НН ilgą laiką neįsotina, skirtingai nei 100НН ir 50ВЧ. Į tai svarbu atsižvelgti kuriant savadarbę anteną.
Antenos efektyvumas
Priėmimo antenos, kuri reaguoja į magnetinį lauką, efektyvumas,yra tiesiogiai susijęs su tikruoju aukščiu. Tai yra taško, iš kurio išeina antenos skleidžiami virpesiai, aukštis virš tam tikro žemės paviršiaus taško.
Tikrasis aukštis turi įtakos antenoje sukuriamam EML. Atitinkamai, kuo didesnė jo vertė, tuo didesnis EML, tuo silpnesnius signalus antena gali priimti.
Kas lemia efektyvų antenos, kuri reaguoja į EML magnetinį komponentą, aukštį?
- Nuo efektyvaus pralaidumo.
- Šerdies sekcijos sritis.
- Ritės apsisukimų skaičius.
- Apvijos, sudarančios pačią ritę, ilgis.
- Apvijos skersmuo.
- Veikimo bangos ilgis.
Efektyvus antenos aukštis bus tuo didesnis, tuo didesni pirmieji keturi pirmiau pateikto sąrašo parametrai, taip pat tuo mažesnis skirtumas tarp antenos šerdies ir apvijos laido skersmenų. Kuo trumpesnis bangos ilgis, tuo didesnis ir aukštis.
Antenos ritė
Iš aukščiau pateiktų duomenų galime daryti išvadą apie induktoriaus įtakos bet kurios antenos (pvz., HF magnetinės antenos), kuri reaguoja į magnetinį lauką, priėmimo ir perdavimo savybėms svarbą.
Kuo aukštesnė induktoriaus kokybė, tuo geriau veikia antena. Ritės kokybės parametras įvertinamas naudojant jos kokybės koeficientą. Kokybės koeficientas yra parametras, apskaičiuojamas kaip ritės varžos kintamajai srovei ir indukcinio elemento varžos DC santykis.
Kintamosios srovės ritės varža priklauso nuo abiejųpačios ritės induktyvumas ir srovės dažnis. Norėdami padidinti ritės kokybės koeficientą, o kartu ir antenos, kuri reaguoja į magnetinį lauką, perdavimo ir priėmimo savybes, galite pakeisti jos atsparumą nuolatinei srovei. Pavyzdžiui, norint padidinti ritės arba pačios vielos, iš kurios ji suvyniota, gautų vijų skersmenį.
FM antena
Tai antenos tipas, reaguojantis į magnetinį lauką. FM banga yra signalas, kurio dažnis yra nuo 88 iki 108 MHz.
Norėdami sukurti šį dizainą, jums reikės:
- tvirtinimo detalės, ant kurių bus montuojama antena (pavyzdžiui, vamzdis);
- ferito šerdis, kurią galima uždėti ant konstrukcijos (ant vamzdžio);
- varinė viela apvijai ir kontaktams;
- jungiamieji kaiščiai, skirti antenai prijungti prie priėmimo įrenginio;
- vario folija.
Prieš apvyniojant ritę, būtina ją izoliuoti nuo šerdies elektrine juostele arba popieriumi, apvyniotu aplink feritą. Tada ant izoliacijos uždedamas folijos sluoksnis. Jis persidengia 1 cm posūkyje ir yra izoliuotas persidengimo srityje, pavyzdžiui, naudojant tą pačią elektros juostą. Taip sukuriamas FM antenos ekranas, ant kurio vėliau suvyniojami 25 posūkiai, suformuojant ritę, su išvadais ant 7, 12 ir 25 apsisukimų.
Iš viršaus apvija padengta panašiu folijos ekranu. Išoriniai ir vidiniai ekranai yra tarpusavyje sujungti.
Apvijos laido galai turi būti išdėstyti jungiamuose kontaktuose. Išvados iš 12 ir 25 posūkių turi būti prijungtos prie imtuvo, o nuo 7 posūkio - į žemę.
Kilpinė antena
Naudodami koaksialinį kabelį ir keletą priedų, galite pagaminti šią anteną, kuri gali veikti skirtingose dažnių juostose. Viskas priklauso nuo konstrukcijos matmenų. Remdamiesi šiuo įrenginiu galite sukurti UHF anteną.
Jis gali būti naudojamas perduoti signalą iki 80 m atstumu, o jo pranašumai yra gamybos ir montavimo paprastumas, taip pat didelis signalo perdavimo stabilumas.
Kokių medžiagų reikia kilpinei antenai pagaminti?
- Koaksialinis kabelis.
- Mediniai strypai.
- 100 pF talpos kondensatorius.
- Koaksialinė jungtis.
Kad antena veiktų stabiliai, būtina užtikrinti kondensatoriaus stabilumą, tai yra izoliuoti jį nuo mechaninio, oro ir kitokio poveikio.
Antena yra kabelio kilpa, prijungta prie kondensatoriaus. Jis gali dirbti su daugeliu dažnių diapazonų. Pavyzdžiui, su HF juosta. Kuo didesnis kilpos plotas (geriau, jei jis apvalus), tuo didesnė gaunamo signalo aprėptis.
Dizainas sumontuotas ant medinio stovo, pagaminto iš strypų. Kaip prijungti anteną? Su koaksialine jungtimi, prijungta prie išvesties laido.
Be to, kartais į grandinę įtraukiamas atitinkamas transformatorius.
GSM standartas
Remiantis antena, kuri reaguoja į magnetines bangas, sukurti įrenginiai priimti GSM standarto signalą,kuris naudojamas mobiliajame ryšyje.
Daugelis radijo mėgėjų savarankiškai surenka magnetines GSM antenas ir montuoja jas ten, kur prastai priimamas korinio ryšio signalas. Pavyzdžiui, vasarnamiuose.
Antena, skirta darbui su GSM ryšio standartu, gali būti pagaminta iš plastikinio vandens vamzdžio, vienpusio folijos stiklo pluošto (storis - 1,5-2 mm, plotis - 10 mm) ir varinės vielos (skersmuo - 1,5-2, 5 mm).
Antenos formatas yra žurnalinis periodinis. Tokia savadarbė antena turi didelį stiprinimą ir siaurą spinduliavimo modelį.
Toliau turite prijungti antenos vibratorius (nupjauti laidą) su surinkimo linijomis (dviem stiklo pluošto juostelėmis). Vibratoriai turi būti lituojami prie kiekvienos surinkimo linijos, o tada linijos sujungiamos viena su kita koaksialiniu kabeliu. Linijos pritvirtintos prie plastikinio vamzdžio.
Kaip prijungti šio tipo anteną? Kabelio lizdą galima prijungti prie apkrovos televizoriaus pavidalu.
Išvada
Taigi, visai nesunku surinkti savo anteną, kuri reaguotų į magnetinį EML komponentą. Pakanka laikytis visų aukščiau aprašytų rekomendacijų ir atsižvelgti į įvairių medžiagų elektromagnetines charakteristikas.
Be to, norint sukurti tokią struktūrą nereikia specialių žinių. Pakanka pagrindinės informacijos apie fizinius procesus, vykstančius įvairiuose elementuose, pavyzdžiui, induktoriuje.
