Spiralantennen: Typen und Fotos

2024 Autor: Leah Sherlock | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 05:31

Spiralantennen gehören zur Klasse der Wanderwellenantennen. Sein Hauptbetriebsbereich beträgt Dezimeter und Zentimeter. Sie gehört zur Klasse der Oberflächenantennen. Sein Hauptelement ist eine Spirale, die mit einer Koaxialleitung verbunden ist. Die Spirale erzeugt ein Strahlungsmuster in Form von zwei Keulen, die entlang ihrer Achse in unterschiedliche Richtungen emittiert werden.

Spiralantennen sind zylindrisch, flach und konisch. Wenn die erforderliche Betriebsbereichsbreite 50% oder weniger beträgt, wird in der Antenne eine zylindrische Wendel verwendet. Die konische Wendel verdoppelt die Empfangsreichweite gegenüber der zylindrischen. Und flache geben bereits einen zwanzigfachen Vorteil. Am beliebtesten für den Empfang im VHF-Frequenzbereich war eine zylindrische Radioantenne mit zirkularer Polarisation und einer hohen Ausgangssignalverstärkung.

Antennengerät

Der Hauptteil der Antenne ist ein gewickelter Leiter. Hier wird in der Regel Kupfer-, Messing- oder Stahldraht verwendet. Daran ist ein Zubringer angeschlossen. Es dient zur Übertragung eines Signals von der Wendel zum Netzwerk (Empfänger) und umgekehrt (Sender). Es gibt offene und geschlossene Feeder. Offene Feeder sindungeschirmte Wellenleiter. Ein geschlossener Typ hat eine spezielle Abschirmung gegen Interferenzen, die das elektromagnetische Feld vor äußeren Einflüssen schützt. Abhängig von der Frequenz des Signals wird die folgende Ausführung der Abzweige festgelegt:

- bis 3 MHz: geschirmte und ungeschirmte kabelgebundene Netzwerke;

- 3 MHz bis 3 GHz: Koaxialkabel;

- 3 GHz bis 300 GHz: metallische und dielektrische Wellenleiter;

- über 300 GHz: quasioptische Leitungen.

Ein weiteres Element der Antenne war der Reflektor. Sein Zweck besteht darin, das Signal auf die Helix zu fokussieren. Es besteht hauptsächlich aus Aluminium. Basis für die Antenne ist ein Rahmen mit niedriger Dielektrizitätskonstante, z. B. Schaumstoff oder Kunststoff.

Berechnung der Hauptabmessungen der Antenne

Die Berechnung einer Spiralantenne beginnt mit der Bestimmung der Hauptabmessungen der Wendel. Sie sind:

- Windungszahl n;

- Drehwinkel a;

- Spiraldurchmesser D;

- Steigung der Spirale S;

- Reflektordurchmesser 2D.

Das erste, was man beim Entwerfen einer Wendelantenne verstehen muss, ist, dass es sich um einen Resonator (Verstärker) einer Welle handelt. Sein Merkmal war die hohe Eingangsimpedanz.

Die Art der darin angeregten Wellen hängt von den geometrischen Abmessungen der Verstärkersch altung ab. Benachbarte Windungen der Spirale haben einen sehr starken Einfluss auf die Art der Strahlung. Optimale Verhältnisse:

D=λ/π, wobei λ die Wellenlänge ist, π=3, 14

S=0, 25 λ

a=12˚

Weilλ ist ein Wert, der variiert und von der Häufigkeit abhängt, dann werden die durch die Formeln berechneten Durchschnittswerte dieses Indikators in die Berechnungen aufgenommen:

λ min=c/f max; λ max=c/f min, wobei c=3×108 m/sec. (Lichtgeschwindigkeit) und f max, f min - der maximale und minimale Parameter der Signalfrequenz.

λ cf=1/2(λ min+ λ max)

n=L/S, wobei L die Gesamtlänge der Antenne ist, bestimmt durch die Formel:

L=(61˚/Ω)2 λ cf, wobei Ω die polarisationsabhängige Richtwirkung der Antenne ist (aus Nachschlagewerken entnommen).

Einteilung nach Reichweite

Nach dem Hauptfrequenzbereich sind Transceiver:

1. Schmalband. Strahlbreite und Eingangsimpedanz sind stark frequenzabhängig. Dies deutet darauf hin, dass die Antenne nur in einem schmalen Wellenlängenspektrum, etwa 10 % der relativen Bandbreite, ohne Neuabstimmung betrieben werden kann.

2. Große Auswahl. Solche Antennen können über ein breites Frequenzspektrum arbeiten. Aber ihre Hauptparameter (SOI, Strahlungsdiagramm usw.) hängen immer noch von der Wellenlängenänderung ab, aber nicht so sehr wie die schmalbandigen.

3. Frequenzunabhängig. Es wird angenommen, dass sich hier die Hauptparameter nicht ändern, wenn sich die Frequenz ändert. Diese Antennen haben einen aktiven Bereich. Es hat die Fähigkeit, sich entlang der Antenne zu bewegen, ohne ihre geometrischen Abmessungen zu ändern, abhängig von der Änderung der Wellenlänge.

Am gebräuchlichsten sind Spiralantennen des zweiten und dritten Typs. Der erste Typ wird verwendet, wennEs wird eine erhöhte "Klarheit" des Signals bei einer bestimmten Frequenz benötigt.

Selbstgebaute Antenne

Die Industrie bietet eine Vielzahl von Antennen an. Eine Vielzahl von Preisen kann von einigen hundert bis zu mehreren tausend Rubel variieren. Es gibt Antennen für Fernsehen, Satellitenempfang, Telefonie. Aber Sie können eine Spiralantenne mit Ihren eigenen Händen herstellen. Es ist nicht so schwer. Spiralförmige WLAN-Antennen sind besonders beliebt.

Sie sind besonders relevant, wenn es notwendig ist, das Signal vom Router in einem großen Haus zu verstärken. Dazu benötigen Sie einen Kupferdraht mit einem Querschnitt von 2-3 mm 2 und einer Länge von 120 cm. Es müssen 6 Windungen mit einem Durchmesser von 45 mm gemacht werden. Dazu können Sie einen Schlauch der entsprechenden Größe verwenden. Ein Schaufelstiel passt gut (er hat ungefähr den gleichen Durchmesser). Wir wickeln den Draht und erh alten eine Spirale mit sechs Windungen. Wir biegen das verbleibende Ende so, dass es genau durch die Spiralachse verläuft und es „wiederholt“. Wir dehnen den Schraubenteil so, dass der Abstand zwischen den Windungen innerhalb von 28-30 mm liegt. Dann fahren wir mit der Herstellung des Reflektors fort.

Hierfür reicht ein 15 × 15 cm großes und 1,5 mm dickes Stück Aluminium. Aus diesem Rohling machen wir einen Kreis mit einem Durchmesser von 120 mm und schneiden unnötige Kanten ab. Bohren Sie ein 2 mm großes Loch in die Mitte des Kreises. Wir stecken das Ende der Spirale hinein und löten beide Teile miteinander. Fertig ist die Antenne. Jetzt müssen Sie den Strahlungsdraht vom Antennenmodul des Routers entfernen. Und löten Sie das Ende des Drahtes mitEnde der Antenne aus dem Reflektor.

433-MHz-Antennenfunktionen

Zunächst einmal muss gesagt werden, dass Funkwellen mit einer Frequenz von 433 MHz während ihrer Ausbreitung vom Boden und verschiedenen Hindernissen gut absorbiert werden. Für die Weiterleitung werden Sender mit geringer Leistung verwendet. In der Regel verwenden verschiedene Sicherheitsgeräte diese Frequenz. Es wird speziell in Russland eingesetzt, um in der Luft nicht zu stören. Die 433-MHz-Spiralantenne erfordert eine höhere Ausgangsverstärkung.

Ein weiteres Merkmal der Verwendung solcher Transceiver-Geräte ist, dass die Wellen dieses Bereichs die Fähigkeit haben, die Phasen der direkten und reflektierten Wellen von der Oberfläche zu addieren. Dadurch kann die Signalstärke entweder erhöht oder abgeschwächt werden. Daraus lässt sich schließen, dass die Wahl des „besten“Empfangs von der individuellen Einstellung der Antennenposition abhängt.

Hausgemachte 433-MHz-Antenne

Es ist einfach, eine 433-MHz-Wendelantenne mit eigenen Händen herzustellen. Sie ist sehr kompakt. Dazu benötigen Sie ein kleines Stück Kupfer-, Messing- oder Stahldraht. Sie können auch nur Draht verwenden. Der Drahtdurchmesser sollte 1 mm betragen. Wir wickeln 17 Windungen auf einen Dorn mit einem Durchmesser von 5 mm. Wir dehnen die Spirale so, dass ihre Länge 30 mm beträgt. Mit diesen Maßen testen wir die Antenne auf Signalempfang. Durch Veränderung des Windungsabstandes, durch Strecken und Stauchen der Helix erreichen wir eine bessere Signalqualität. Aber Sie müssen wissen, dass eine solche Antenne sehr empfindlich auf verschiedene Objekte reagiert,zu ihr gebracht.

UHF-Empfangsantenne

UHF-Spiralantennen sind für den Empfang eines Fernsehsignals notwendig. Aufgrund ihres Designs bestehen sie aus zwei Teilen: einem Reflektor und einer Spirale.

Es ist besser, Kupfer für die Wendel zu verwenden - es hat weniger Widerstand und daher weniger Signalverlust. Formeln für seine Berechnung:

- Gesamtlänge der Spirale L=30000/f, wobei f- Signalfrequenz (MHz);

- Spiralsteigung S=0,24 L;

- Spulendurchmesser D=0, 31/L;

- Spiraldrahtdurchmesser d ≈ 0,01L;

- Reflektordurchmesser 0,8 nS, wobei n- Windungszahl;

- Entfernung zum Bildschirm H=0, 2 L.

Gewinn:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

Der Reflektorbecher ist aus Aluminium.

Andere Arten von Transceivern

Konische und flache Wendelantennen sind weniger verbreitet. Dies liegt an der schwierigen Herstellung, obwohl sie die besten Eigenschaften in Bezug auf Signalübertragung und -empfang aufweisen. Die Strahlung solcher Sender wird nicht von allen Windungen gebildet, sondern nur von denen, deren Länge nahe der Wellenlänge liegt.

Bei einer Flachantenne ist die Wendelleitung in Form einer spiralförmig verdrillten Zweidrahtleitung ausgeführt. Dabei werden benachbarte Windungen im Wanderwellenmodus gleichphasig angeregt. Dies führt dazu, dass ein Strahlungsfeld mit zirkularer Polarisation in Richtung der Antennenachse erzeugt wird, wodurch Sie ein breites Frequenzband erzeugen können. Es gibt Flachantennen mit der sogenannten SpiraleArchimedes. Diese komplexe Form ermöglicht eine deutliche Erhöhung des Sendefrequenzbereichs von 0,8 bis 21 GHz.

Vergleich von Helix- und Richtantennen

Der Hauptunterschied zwischen einer Helix und einer Richtantenne besteht darin, dass sie kleiner ist. Dadurch wird es leichter, was eine Montage mit weniger Kraftaufwand ermöglicht. Sein Nachteil ist ein schmalerer Bereich von Empfangs- und Sendefrequenzen. Es hat auch ein schmaleres Strahlungsmuster, was eine "Suche" nach der besten Position im Raum für einen zufriedenstellenden Empfang erfordert. Sein unbestrittener Vorteil ist die Einfachheit des Designs. Ein großes Plus ist die Möglichkeit, die Antenne abzustimmen, indem man die Steigung der Spule und die Gesamtlänge der Spirale ändert.

Kurzantenne

Für eine bessere Resonanz in der Antenne ist es notwendig, dass die "gestreckte" Länge des helikalen Teils so nah wie möglich am Wellenlängenwert liegt. Sie sollte aber nicht kleiner als ¼ Wellenlänge (λ) sein. Somit kann λ bis zu 11 m erreichen, dies gilt für das HF-Band. In diesem Fall wird die Antenne zu lang, was nicht akzeptabel ist. Eine Möglichkeit, die Länge des Leiters zu erhöhen, besteht darin, eine Verlängerungsspule an der Basis des Empfängers zu installieren. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Tunerpfad in die Sch altung einzuspeisen. Seine Aufgabe ist es, das Ausgangssignal des Senders von Radiosendern bei allen Betriebsfrequenzen an die Antenne anzupassen. Im Klartext gesprochen fungiert der Tuner als Verstärker für das eingehende Signal des Receivers. Dieses Schema wird in Autoantennen verwendet, wo die Größe des Elements, das die Funkwelle empfängt, sehr wichtig ist.

Schlussfolgerung

Spiralantennen sind in vielen Bereichen der elektronischen Kommunikation sehr beliebt geworden. Dank ihnen wird die Mobilfunkkommunikation durchgeführt. Sie werden auch im Fernsehen und sogar in der Funkkommunikation im Weltraum eingesetzt. Eine der vielversprechenden Entwicklungen zur Verkleinerung der Antenne war die Verwendung eines Kegelreflektors, der es ermöglicht, die Länge der Empfangswellenlänge im Vergleich zu einem herkömmlichen Reflektor zu erhöhen. Es gibt jedoch auch einen Nachteil, der sich in einer Abnahme des Spektrums der Betriebsfrequenz ausdrückt. Ein interessantes Beispiel ist auch die "Zwei-Wege"-Kegelwendelantenne, die durch die Ausbildung einer isotropen Richtblende das Arbeiten in einem breiten Frequenzspektrum ermöglicht. Denn die Stromleitung in Form einer zweiadrigen Leitung sorgt für eine sanfte Impedanzänderung.