Antenas espirais: tipos e fotos

2024 Autor: Leah Sherlock | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 05:47

A antena espiral pertence à classe das antenas de ondas viajantes. Sua principal faixa de operação é decímetro e centímetro. Pertence à classe das antenas de superfície. Seu elemento principal é uma espiral conectada a uma linha coaxial. A espiral cria um padrão de radiação na forma de dois lóbulos emitidos ao longo de seu eixo em direções diferentes.

As antenas espirais são cilíndricas, planas e cônicas. Se a largura de faixa de operação necessária for de 50% ou menos, uma hélice cilíndrica é usada na antena. A hélice cônica dobra o alcance de recepção em comparação com a cilíndrica. E os planos já dão uma vantagem de vinte vezes. A mais popular para recepção na faixa de frequência VHF era uma antena de rádio cilíndrica com polarização circular e um alto ganho de sinal de saída.

Dispositivo Antena

A parte principal da antena é um condutor enrolado. Aqui, como regra, é usado fio de cobre, latão ou aço. Um alimentador está conectado a ele. Ele é projetado para transmitir um sinal da hélice para a rede (receptor) e vice-versa (transmissor). Os alimentadores são do tipo aberto e fechado. Os alimentadores do tipo aberto sãoguias de onda não blindados. Um tipo fechado possui uma blindagem especial contra interferências, o que torna o campo eletromagnético protegido de influências externas. Dependendo da frequência do sinal, o seguinte projeto de alimentadores é determinado:

- até 3 MHz: redes cabeadas blindadas e não blindadas;

- 3 MHz a 3 GHz: fios coaxiais;

- 3GHz a 300GHz: guias de onda de metal e dielétricos;

- acima de 300 GHz: linhas quase-ópticas.

Outro elemento da antena era o refletor. Seu objetivo é focar o sinal na hélice. É feito principalmente de alumínio. A base da antena é uma estrutura com baixa constante dielétrica, como espuma ou plástico.

Cálculo das principais dimensões da antena

O cálculo de uma antena espiral começa com a determinação das dimensões principais da hélice. São eles:

- número de voltas n;

- ângulo de giro a;

- diâmetro da espiral D;

- passo da espiral S;

- diâmetro do refletor 2D.

A primeira coisa a se entender ao projetar uma antena helicoidal é que ela é um ressonador (amplificador) de uma onda. Sua característica era a alta impedância de entrada.

O tipo de ondas excitadas nele depende das dimensões geométricas do circuito de amplificação. As voltas vizinhas da espiral têm uma influência muito forte na natureza da radiação. Proporções ideais:

D=λ/π, onde λ é o comprimento de onda, π=3, 14

S=0, 25 λ

a=12˚

Porqueλ é um valor que varia e depende da frequência, então os valores médios deste indicador calculados pelas fórmulas são tomados nos cálculos:

λ min=c/f max; λ max=c/f min, onde c=3×108 m/seg. (velocidade da luz) e f max, f min - o parâmetro máximo e mínimo da frequência do sinal.

λ cf=1/2(λ min+ λ max)

n=L/S, onde L é o comprimento total da antena, determinado pela fórmula:

L=(61˚/Ω)2 λ cf, onde Ω é a diretividade dependente da polarização da antena (retirada dos livros de referência).

Classificação por faixa de operação

De acordo com a faixa de frequência principal, os transceptores são:

1. Banda estreita. A largura do feixe e a impedância de entrada são altamente dependentes da frequência. Isso sugere que a antena pode operar sem reajustar apenas em um espectro de comprimento de onda estreito, aproximadamente 10% da largura de banda relativa.

2. Ampla variedade. Tais antenas podem operar em um amplo espectro de frequência. Mas seus principais parâmetros (SOI, padrão de radiação, etc.) ainda dependem da mudança no comprimento de onda, mas não tanto quanto os de banda estreita.

3. Independente de frequência. Acredita-se que aqui os principais parâmetros não mudam quando a frequência muda. Essas antenas têm uma região ativa. Ele tem a capacidade de se mover ao longo da antena sem alterar suas dimensões geométricas, dependendo da mudança no comprimento de onda.

As mais comuns são as antenas helicoidais do segundo e terceiro tipos. O primeiro tipo é usado quandoé necessário aumentar a "claridade" do sinal em uma determinada frequência.

Antena de fabricação própria

A indústria oferece uma grande variedade de antenas. Uma variedade de preços pode variar de algumas centenas a vários milhares de rublos. Existem antenas para televisão, recepção via satélite, telefonia. Mas você pode fazer uma antena espiral com suas próprias mãos. Não é tão difícil. As antenas Wi-Fi helicoidais são especialmente populares.

Eles são especialmente relevantes quando é necessário amplificar o sinal do roteador em alguma casa grande. Para fazer isso, você precisa de um fio de cobre com seção transversal de 2-3 mm 2 e comprimento de 120 cm. É necessário fazer 6 voltas com um diâmetro de 45 mm. Para fazer isso, você pode usar um tubo do tamanho apropriado. Um cabo de pá se encaixa bem (tem aproximadamente o mesmo diâmetro). Enrolamos o fio e obtemos uma espiral com seis voltas. Dobramos a extremidade restante de forma que ela passe exatamente pelo eixo da espiral, “repetindo-a”. Esticamos a parte do parafuso para que a distância entre as voltas seja de 28 a 30 mm. Em seguida, procedemos à fabricação do refletor.

Para isso, um pedaço de alumínio de 15 × 15 cm de tamanho e 1,5 mm de espessura serve. A partir deste espaço em branco, fazemos um círculo com um diâmetro de 120 mm, cortando bordas desnecessárias. Faça um furo de 2 mm no centro do círculo. Inserimos a extremidade da espiral nela e soldamos as duas partes uma à outra. A antena está pronta. Agora você precisa remover o fio de radiação do módulo de antena do roteador. E solde a ponta do fio comextremidade da antena saindo do refletor.

Recursos de antena de 433 MHz

Em primeiro lugar, deve-se dizer que as ondas de rádio com frequência de 433 MHz durante sua propagação são bem absorvidas pelo solo e vários obstáculos. Para sua retransmissão, são utilizados transmissores de baixa potência. Como regra, vários dispositivos de segurança usam essa frequência. É usado especialmente na Rússia, para não interferir no ar. A antena helicoidal de 433 MHz requer um ganho de saída maior.

Outra característica do uso desse equipamento transceptor é que as ondas dessa faixa têm a capacidade de adicionar as fases das ondas diretas e refletidas da superfície. Isso pode aumentar a intensidade do sinal ou enfraquecê-lo. Do exposto, podemos concluir que a escolha da "melhor" recepção depende da configuração individual da posição da antena.

Antena caseira de 433 MHz

É fácil fazer uma antena helicoidal de 433 MHz com suas próprias mãos. Ela é muito compacta. Para fazer isso, você precisa de um pequeno pedaço de fio de cobre, latão ou aço. Você também pode usar apenas fio. O diâmetro do fio deve ser de 1 mm. Enrolamos 17 voltas em um mandril com um diâmetro de 5 mm. Esticamos a hélice para que seu comprimento seja de 30 mm. Com essas dimensões, testamos a antena para recepção de sinal. Alterando a distância entre as voltas, alongando e comprimindo a hélice, conseguimos uma melhor qualidade de sinal. Mas você precisa saber que essa antena é muito sensível a vários objetos,trouxe para perto dela.

Antena receptora UHF

Antenas helicoidais UHF são necessárias para receber um sinal de televisão. Por seu design, eles consistem em duas partes: um refletor e uma espiral.

É melhor usar cobre para a hélice - tem menos resistência e, portanto, menos perda de sinal. Fórmulas para seu cálculo:

- comprimento total da espiral L=30000/f, onde f- frequência do sinal (MHz);

- passo da hélice S=0,24 L;

- diâmetro da bobina D=0, 31/L;

- diâmetro do fio espiral d ≈ 0,01L;

- diâmetro do refletor 0,8 nS, onde n- número de voltas;

- distância até a tela H=0, 2 L.

Ganho:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

O copo refletor é feito de alumínio.

Outros tipos de equipamentos transceptores

Antenas helicoidais cônicas e planas são menos comuns. Isso se deve à dificuldade de sua fabricação, embora tenham as melhores características em termos de transmissão e recepção de sinal. A radiação de tais transmissores é formada não por todas as espiras, mas apenas por aquelas cujo comprimento se aproxima do comprimento de onda.

Em uma antena plana, a linha helicoidal é feita na forma de uma linha de dois fios torcida em espiral. Neste caso, espiras adjacentes são excitadas em fase no modo de onda viajante. Isso leva ao fato de que um campo de radiação com polarização circular é criado em direção ao eixo da antena, permitindo criar uma ampla faixa de frequência. Existem antenas planas com a chamada espiralArquimedes. Esta forma complexa permite um aumento significativo na faixa de frequência de transmissão de 0,8 a 21 GHz.

Comparação de antenas helicoidais e altamente direcionais

A principal diferença entre uma antena helicoidal e uma direcional é que ela é menor. Isso o torna mais leve, o que permite a instalação com menor esforço físico. Sua desvantagem é uma faixa mais estreita de frequências de recepção e transmissão. Também possui um padrão de radiação mais estreito, o que exige uma "busca" da melhor posição no espaço para uma recepção satisfatória. Sua vantagem indiscutível é a simplicidade do design. Uma grande vantagem é a capacidade de sintonizar a antena alterando o tom da bobina e o comprimento total da espiral.

Antena Curta

Para melhor ressonância na antena, é necessário que o comprimento "alongado" da parte helicoidal seja o mais próximo possível do valor do comprimento de onda. Mas não deve ser inferior a ¼ de comprimento de onda (λ). Assim, λ pode atingir até 11 m. Isso é verdade para a banda de HF. Nesse caso, a antena será muito longa, o que é inaceitável. Uma forma de aumentar o comprimento do condutor é instalar uma bobina de extensão na base do receptor. Outra opção é alimentar o caminho do sintonizador no circuito. Sua tarefa é combinar o sinal de saída do transmissor de estações de rádio com a antena em todas as frequências operacionais. Falando em linguagem simples, o sintonizador atua como um amplificador para o sinal de entrada do receptor. Este esquema é usado em antenas de carros, onde o tamanho do elemento que recebe a onda de rádio é muito importante.

Conclusão

Antenas espirais tornaram-se muito populares em muitas áreas de comunicações eletrônicas. Graças a eles, a comunicação celular é realizada. Eles também são usados na televisão e até mesmo em comunicações de rádio no espaço profundo. Um dos desenvolvimentos promissores para reduzir o tamanho da antena foi o uso de um refletor cônico, que possibilita aumentar o comprimento do comprimento de onda receptor em relação a um refletor convencional. No entanto, há também uma desvantagem, expressa em uma diminuição no espectro da frequência de operação. Também um exemplo interessante é a antena helicoidal cônica "bidirecional", que permite trabalhar em um amplo espectro de frequência, devido à formação de um diafragma direcional isotrópico. Isso ocorre porque a linha de energia na forma de um cabo de dois fios fornece uma mudança suave na impedância.