Hyödyllistä tietoa sisältävä signaali voidaan luoda generaattorilla. Sen tehoa voidaan lisätä vahvistimen avulla ja siirtää huomattavan matkan päähän toiselle kirjeenvaihtajalle. Signaali lähetetään antennin kautta.
Antenni on laite, joka muuntaa sähkömagneettisen aallon sähköiseksi signaaliksi tietyllä taajuudella vastaanottotiellä sekä käänteisen muunnoksen siirtotiellä.
Anteneja on monenlaisia. Ne voidaan luokitella esimerkiksi suunnittelun tai toimintaperiaatteen mukaan. Jälkimmäisessä tapauksessa erotetaan sähköiset ja magneettiset antennit. Ensiksi mainittuja ohjaa sähkömagneettisen kentän sähkökomponentti (jäljempänä EMF) ja jälkimmäisiä vastaavasti magneettinen komponentti.
Tässä artikkelissa keskitytään magneettiseen antenniin, sen suunnitteluun sekä toimintaperiaatteeseen.
Radioaallot
Kaikki antennit toimivat tietyllä a altoalueella. Aallot voidaan luokitella pituuden tai taajuuden mukaan. On huomattava, että pituus on kääntäen verrannollinen taajuuteen.
Seuraava on taulukko radioa altotyyppien sekä niiden pituus- ja taajuuden parametrien vastaavuudesta.
| A altojen tyyppi | Aallonpituus, m |
Taajuus |
| Eripitkä | 105-104 | 3-30 kHz |
| Pitkä | 104-103 | 30-300 kHz |
| Keskiverto | 103-102 | 300 kHz - 3 MHz |
| Lyhyt | 100-10 | 3-30 MHz |
| mittari | 10-1 | 30-300MHz |
| Desimetrit | 1-0, 1 | 300 MHz – 3 GHz |
| Senttimetri | 0, 1-0, 01 | 3-30 GHz |
| Millimetri | 0, 01-0, 001 | 30-300 GHz |
Usein a altojen nimet korvataan alueen nimillä. Esimerkiksi lyhyta altokaistaa kutsutaan HF-kaistaksi.
Metri-, desimetri-, senttimetri- ja millimetriaallot sisältyvät VHF-alueeseen - ultralyhyet aallot. Desimetriaaloilla toimivia laitteita kutsutaan UHF-antenneiksi (jäljempänä - analogisesti).
Hakemus
Antennityypit, jotka reagoivat kentän magneettiseen komponenttiin, ovat löytäneet laajansovellus kaikilla teollisuudenaloilla pienten mittojen ja vastaanotto-lähetysominaisuuksien ansiosta. Niiden muotoilu on usein todella yksinkertainen ja on sauvaantenni (käytetään usein auton antennina), joka on pieni verrattuna esimerkiksi logaritmiin antenneihin. Jälkimmäistä antennityyppiä löytyy usein asuinrakennuksista, joissa ne tarjoavat televisiolähetyksiä.
Magneettisten antennien tärkein etu on sähköhäiriöiden kestävyys. Jälkimmäinen seikka mahdollistaa niiden käytön missä tahansa kaupungissa, jossa on paljon sähköisiä signaaleja.
Design
Yksinkertaisin magneettinen antenni sisältää:
- ydin;
- induktori;
- kelakehys.
Kehys laitetaan ytimeen ja kehikkoon kelataan kela.
Tällaisen antennin ydin on valmistettu magneettisesta materiaalista. Useimmiten ferriitistä, jolla on hyvät magneettiset ominaisuudet, josta keskustellaan myöhemmin.
Käämitys on valmistettu johtavasta materiaalista, kuten kuparista, kun taas runko on valmistettu eristävästä materiaalista, jotta vältetään tarpeettomat kosketukset kelan kierrosten ja sydämen välillä.
Itse asiassa käy ilmi, että magneettiantenni on tyypillinen kuristin, joka on tuttu jokaiselle radioamatöörille tai epäsuorastikin elektroniikkaan liittyvälle henkilölle.
Kenttäteoria
Ymmärtääksesi tällaisen antennin toimintaperiaatteen, sinun tulee toistaa perusasiattietoa kaikesta, joka liittyy signaalien lähettämiseen etäältä.
Ensinnäkin sähkömagneettinen kenttä sisältää nimensä mukaisesti kaksi komponenttia - magneettisen ja sähköisen, jotka liittyvät erottamattomasti toisiinsa, ja näiden kenttien tasot (jos puhumme, terminologisia yksityiskohtia jättäen pois) ovat kohtisuorassa toisiinsa nähden.
Toiseksi tämän kentän etenemissuunnan määrittää nopeusvektori, joka on kohtisuorassa sekä sähköisen intensiteetin (induktio) vektorin että magneettisen intensiteetin (induktio) vektorin kanssa kolmiulotteisessa avaruudessa.
Miksi intensiteettivektori voidaan korvata induktiovektorilla? Koska näiden parametrien arvot luonnehtivat samalla tavalla jonkinlaista kenttää ja ovat verrannollisia toisiinsa.
L-muotoisen antennin toimintaperiaate
Värähdyksiä (ne välittyvät antennilla) lähettävät kaikki esineet: sekä puutikku että metallilanka. Ainoa ero on, että metalli johtaa sähköä paremmin, joten langan lähettämät tärinät ovat havaittavampia.
Siksi yksinkertaisin antenni voidaan koota vahvistuskappaleesta. Siitä tulee kaikille tuttu L-muotoinen antenni. Sähkömagneettisen kentän vaikutuksesta ankkuriin indusoituu sähkömotorinen voima, joka on jollain tavalla (teoreettisia yksityiskohtia huomioimatta) värähtelyjen syy sekä signaalin vahvistamisen perusta.
Metalli on materiaali, jolla on hyvät sähköominaisuudet. Tästä syystä ankkuriin indusoituu sähkömotorinen voima (EMF). Näin ollenkentän sähkökomponentin L-muotoista antennia ohjataan.
Antennin toimintaperiaate, joka reagoi magneettikenttään
Loogisesti, jos L-muotoinen metalliantenni reagoi kentän sähkökomponenttiin, niin magneettinen antenni reagoi sähkömagneettisen kentän magneettiseen komponenttiin. Tästä syystä laite sai nimensä.
Antennin voidaan tietysti valmistaa ferromagneetin pitkittäiskappaleesta, mutta on tehokkaampaa antaa tälle materiaalille kehyksen muoto.
Tässä mallissa magneettikenttä luo myös EMF:n, mutta muuttujan. Antenni muuttuu induktoriksi, jossa EMF-energia muunnetaan sähköenergiaksi (tämä on antennin päätehtävä).
Indusoituneen EMF:n arvo kehyksessä riippuu rakenteen sijainnista suhteessa kenttätasoon. EMF on maksimi, jos rakenteen käämien taso on suunnattu signaalilla toimivalle asemalle. Jos pyörität antennia pystyakselin ympäri (ylhäältä katsottuna), siinä on yhdessä kierrossa kaksi EMF:n maksimi- ja kaksi minimiä (nolla-arvoa).
Tällaisen antennin säteilykuvio on äärettömän tai kahdeksasluvun muodossa.
Säteilykuvio on graafinen esitys vahvistuksen riippuvuudesta antennin suunnasta tietyssä tasossa.
Vahvistus on arvo, joka lasketaan lähtösignaalin arvon ja tulosignaalin arvon suhteena. Esimerkiksi lähtötehon suhde tuloonteho tai lähtöjännite tuloon.
Suuntatekijä kuvaa antennin kykyä ohjata signaali tiettyyn pisteeseen. Esimerkiksi auton antennina käytettävälle nasta-antennille tämä kerroin on matalalla tasolla. Se säteilee toruksen muotoista a altoa kaikkiin suuntiin. Mutta suunta-antenneilla, kuten log-jaksollisilla tai heijastavilla antenneilla, tämä kerroin on paljon suurempi.
Kehyksisen antennin suuntaavuus on myös hyvä. Tämä ominaisuus sallii tällaisten laitteiden käytön erikoisvarusteissa, kuten ketunmetsästysvarusteissa.
Suunnitteluominaisuudet
Indusoituneen EMF:n suuruus määräytyy suurelta osin antennin koon mukaan. Vaikka siihen käärittyjen kierrosten määrä on merkittävä, pienillä mitoilla EMF-arvo ei silti riitä tiettyjen vastaanottimien toimintaan.
Mutta jos laitat ferriittiytimiä magneettisten antennien sisään, EMF-arvo kasvaa merkittävästi. Ydin auttaa sulkemaan enemmän kenttälinjoja itsestään, eli ytimen ansiosta kenttä keskittyy antenniin, mikä luo tehokkaamman magneettivuon ja synnyttää merkittävän EMF:n.
Magneettista materiaalia oleva ydin
Ymmärtääksesi, mikä magneettisydän tulisi asentaa antenniin, sinun on tutkittava magneettisen permeabiliteettiparametri, joka osoittaa, kuinka monta kertaa tietyn materiaalin magneettikenttä on vahvempi kuin ulkoinen kenttä.
Mitä korkeampi hintapermeabiliteetti, sitä paremmin magneettinen materiaali keskittää kentän itseensä.
Vastaanottavan magneettisen antennin ytimessä on yleensä suorakaiteen muotoinen tai pyöreä osa. Ensinnäkin tuotannon helppouden vuoksi. Toiseksi, koska tämän muotoiset ytimet keskittävät paremmin magneettiset viivat itseensä.
Viimeinen tosiasia vaikuttaa sellaiseen parametriin kuin tehollinen magneettinen permeabiliteetti. Se ei välttämättä vastaa alkuperäistä magneettista permeabiliteettia, joka yleensä ilmoitetaan ytimen dokumentaatiossa. Tehokas läpäisevyys riippuu kuitenkin alkuperäisestä.
Siten ytimen tehokas läpäisevyys riippuu seuraavista indikaattoreista:
- ydinmitat;
- ytimen muoto;
- materiaalin, josta tämä ydin on valmistettu, alkuperäinen magneettinen läpäisevyys.
Jos tarkastelemme esimerkiksi ytimiä, joilla on sama poikkileikkauspinta-ala, mutta eri pituudet, niin pidemmällä näytteellä on suurempi tehollisen läpäisevyyden arvo.
Muuten, tehokkaan permeabiliteetin riippuvuus esimerkiksi ferriittisydämen pituudesta on epälineaarinen. Tiettyyn sydämen pituuden arvoon asti läpäisevyys kasvaa useimmilla ferriittilaaduilla, mutta sitten osa niistä kyllästyy ja kasvu pysähtyy. Esimerkiksi tuotteet, joissa on merkinnät 1000НН, 600НН ja 400НН, eivät kyllästy pitkään aikaan, toisin kuin 100НН ja 50ВЧ. Tämä on tärkeää ottaa huomioon kotitekoista antennia luotaessa.
Antennin tehokkuus
Magneettikenttään reagoivan vastaanottoantennin tehokkuus,liittyy suoraan todelliseen korkeuteen. Tämä on sen pisteen korkeus, josta antennin lähettämä värähtely tulee ulos tietyn pisteen yläpuolella maan pinnalla.
Todellinen korkeus vaikuttaa antennissa syntyvään EMF:ään. Vastaavasti mitä suurempi sen arvo, sitä suurempi EMF, sitä heikompia signaaleja antenni voi vastaanottaa.
Mikä määrittää EMF:n magneettiseen komponenttiin reagoivan antennin tehollisen korkeuden?
- Tehokkaasta läpäisevyydestä.
- Ytimen osa-alue.
- Kerojen kierrosten määrä.
- Käämin pituus, josta itse käämi muodostuu.
- Käämin halkaisija.
- Toimintaaallonpituus.
Antennin tehollinen korkeus on sitä suurempi, mitä suurempi on yllä olevan luettelon neljä ensimmäistä parametria, sekä sitä pienempi ero antennin sydämen ja käämilangan halkaisijoiden välillä. Mitä lyhyempi aallonpituus, sitä suurempi on myös korkeus.
Antennin kela
Yllä olevista tiedoista voimme päätellä induktorin vaikutuksen merkityksestä minkä tahansa magneettikenttään reagoivan antennin (esimerkiksi HF-magneettiantennin) vastaanotto- ja lähetysominaisuuksiin.
Mitä korkeampi laatu kelan, sitä paremmin antenni toimii. Kelan laatuparametri arvioidaan sen laatutekijän avulla. Laatukerroin on parametri, joka lasketaan kelan vaihtovirtaresistanssin suhteena induktiivisen elementin resistanssiin DC:lle.
AC-käämin resistanssi riippuu molemmistaitse kelan induktanssi ja virran taajuus. Voit lisätä kelan laatutekijää ja sen myötä magneettikenttään reagoivan antennin lähetys-vastaanotto-ominaisuuksia muuttamalla sen tasavirtavastusta. Esimerkiksi kelan tai itse langan, josta se kierretään, kierrosten halkaisijan lisäämiseksi.
FM-antenni
Tämä on eräänlainen antenni, joka reagoi magneettikenttään. FM-a alto on signaali taajuudella 88-108 MHz.
Tämän mallin tekemiseen tarvitset:
- kiinnikkeet, joihin antenni asennetaan (esim. putki);
- ferriittiydin, joka voidaan laittaa rakenteeseen (putkeen);
- kuparilanka käämitykseen ja koskettimiin;
- liitäntänastat antennin liittämiseksi vastaanottavaan laitteeseen;
- kuparifolio.
Ennen kelan käämitystä on tarpeen eristää se ytimestä sähköteipillä tai paperilla, joka on kierretty ferriitin ympärille. Sitten eristeen päälle asetetaan kerros kalvoa. Se menee päällekkäin 1 cm:n kierroksen verran ja on eristetty limitysalueelta esimerkiksi samalla sähköteipillä. Näin syntyy FM-antennin näyttö, jolle sitten kierretään 25 kierrosta muodostaen kelan ja johdot 7., 12. ja 25. kierroksella.
Ylhäältä katsottuna käämitys on peitetty samanlaisella kalvoverkolla. Näytöt - ulkoiset ja sisäiset - ovat yhteydessä toisiinsa.
Käämilangan päät tulee järjestää liitäntäkoskettimiin. Johtopäätökset 12. ja 25. kierroksesta on kytkettävä vastaanottimeen ja 7. kierrosta - maahan.
silmukkaantenni
Koaksiaalikaapelin ja muutamien lisävarusteiden avulla voit tehdä tämän antennin, joka toimii eri taajuuskaistoilla. Kaikki riippuu rakenteen mitoista. Tämän laitteen pohj alta voit luoda UHF-antennin.
Sitä voidaan käyttää signaalin lähettämiseen jopa 80 metrin etäisyydellä, ja sen etuja ovat valmistuksen ja asennuksen helppous sekä hyvä signaalinsiirron vakaus.
Mitä materiaaleja tarvitset silmukka-antennin tekemiseen?
- Koaksiaalikaapeli.
- Puiset tangot.
- Kondensaattori, jonka kapasitanssi on 100 pF.
- Koaksiaaliliitin.
Antennin toimimiseksi vakaasti on varmistettava kondensaattorin vakaus eli eristettävä se mekaanisilta, sää- ja muilta vaikutuksilta.
Antenni on kaapelisilmukka, joka on kytketty kondensaattoriin. Se voi toimia useilla taajuusalueilla. Esimerkiksi HF-kaistalla. Mitä suurempi silmukan pinta-ala (parempi jos se on pyöreä), sitä suurempi on vastaanotetun signaalin peitto.
Muotoilu on kiinnitetty tangoista tehdylle puiselle jalustalle. Kuinka kytkeä antenni? Koaksiaaliliittimellä, joka on kytketty lähtöjohtoon.
Lisäksi sovitettu muuntaja sisältyy joskus piiriin.
GSM-standardi
Magneettisiin aalloille reagoivan antennin perusteella luodaan laitteet vastaanottamaan GSM-standardin mukaista signaalia,jota käytetään matkaviestinnässä.
Monet radioamatöörit kokoavat itsenäisesti magneettisia GSM-antenneja ja asentavat ne paikkaan, jossa solukkosignaali vastaanotetaan huonosti. Esimerkiksi dachas.
GSM-viestintästandardin kanssa työskentelevä antenni voidaan valmistaa muovista vesiputkesta, yksipuolisesta foliolasikuidusta (paksuus - 1,5-2 mm, leveys - 10 mm) ja kuparilangasta (halkaisija - 1,5-2), 5 mm).
Antennin muoto on log-jaksollinen. Tällaisella kotitekoisella antennilla on korkea vahvistus ja kapea säteilykuvio.
Seuraavaksi sinun on liitettävä antennivärähtimet (katkaistu lanka) keräyslinjoihin (kaksi lasikuituliuskaa). Täryttimet on juotettava jokaiseen keräyslinjaan ja sitten johdot liitetään toisiinsa koaksiaalikaapelilla. Johdot on kiinnitetty muoviputkeen.
Kuinka tämäntyyppinen antenni kytketään? Kaapelin ulostulo voidaan liittää televisiolaitteen muodossa olevaan kuormaan.
Johtopäätös
Siten ei ole ollenkaan vaikeaa koota omaa antennia, joka reagoi EMF:n magneettiseen komponenttiin. Riittää, kun noudatat kaikkia yllä kuvattuja suosituksia ja otat huomioon eri materiaalien sähkömagneettiset ominaisuudet.
Lisäksi tällaisen rakenteen luomiseen ei tarvita erityistä tietoa. Perustietoa eri elementeissä, kuten induktorissa, tapahtuvista fysikaalisista prosesseista riittää.
