Za pomocą generatora można utworzyć sygnał zawierający przydatne informacje. Jego moc można zwiększyć za pomocą wzmacniacza i przesłać na znaczną odległość do innego korespondenta. Sygnał nadawany jest przez antenę.
Antena to urządzenie, które zamienia falę elektromagnetyczną na sygnał elektryczny o określonej częstotliwości w ścieżce odbiorczej, a także w odwrotną konwersję w ścieżce transmisyjnej.
Istnieje wiele rodzajów anten. Można je klasyfikować na przykład według projektu lub zasady działania. W tym ostatnim przypadku rozróżnia się anteny elektryczne i magnetyczne. Te pierwsze są kontrolowane przez elektryczną składową pola elektromagnetycznego (dalej określane jako EMF), a drugie odpowiednio przez magnetyczną.
Ten artykuł skupi się na antenie magnetycznej, jej konstrukcji oraz zasadzie działania.
Fale radiowe
Wszystkie anteny działają z określonym zakresem fal. Fale można klasyfikować według długości lub częstotliwości. Należy zauważyć, że długość jest odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości.
Poniżej znajduje się tabela korelacji pomiędzy rodzajami fal radiowych oraz ich parametrami długości i częstotliwości.
|
Rodzaj fal |
Długość fali, m | Częstotliwość |
| Bardzo długi | 105-104 | 3-30 kHz |
| Długie | 104-103 | 30-300 kHz |
| Średnia | 103-102 | 300 kHz - 3 MHz |
| Krótki | 100-10 | 3-30 MHz |
| Licznik | 10-1 | 30-300MHz |
| Decymetry | 1-0, 1 | 300 MHz – 3 GHz |
| Centymetr | 0, 1-0, 01 | 3-30GHz |
| Milimetr | 0, 01-0, 001 | 30-300GHz |
Często nazwy fal są zastępowane nazwami zakresów. Na przykład pasmo fal krótkich nazywa się pasmem HF.
Fale metrowe, decymetrowe, centymetrowe i milimetrowe należą do zakresu VHF - fal ultrakrótkich. Urządzenia działające z falami decymetrowymi nazywane są antenami UHF (dalej - przez analogię).
Aplikacja
Typ anten, które reagują na składową magnetyczną pola, okazał się szerokizastosowanie w każdym przemyśle ze względu na małe wymiary i właściwości odbiorczo-nadawcze. Ich konstrukcja jest często naprawdę bardzo prosta i jest to antena prętowa (często używana jako antena samochodowa), która jest niewielka w porównaniu np. z antenami logarytmicznymi. Ten drugi typ anten jest często spotykany w budynkach mieszkalnych, gdzie zapewniają transmisje telewizyjne.
Główną zaletą anten magnetycznych jest odporność na zakłócenia elektryczne. Ten ostatni fakt pozwala na ich stosowanie w każdym mieście, w którym występuje duża koncentracja sygnałów elektrycznych.
Projekt
Najprostsza antena magnetyczna zawiera:
- core;
- induktor;
- ramka cewki.
Rdzeń jest nakładany na rdzeń, a cewka indukcyjna jest nawinięta na ramę.
Rdzeń takiej anteny jest wykonany z materiału magnetycznego. Najczęściej z ferrytu, który ma dobre właściwości magnetyczne, co zostanie omówione później.
Uzwojenie jest wykonane z materiału przewodzącego, takiego jak miedź, podczas gdy rama jest wykonana z materiału izolującego, aby uniknąć niepotrzebnych kontaktów między zwojami cewki a rdzeniem.
W rzeczywistości okazuje się, że antena magnetyczna jest typowym dławikiem, znanym każdemu radioamatorowi lub osobie nawet pośrednio związanej z elektroniką.
Teoria pola
Aby zrozumieć zasadę działania takiej anteny, należy powtórzyć podstawoweinformacje o wszystkim związanym z przesyłaniem sygnałów na odległość.
Po pierwsze, pole elektromagnetyczne, jak sama nazwa wskazuje, zawiera dwa składniki - magnetyczny i elektryczny, które są ze sobą nierozerwalnie związane, a płaszczyzny tych pól (jeśli mówimy, pomijając szczegóły terminologiczne) są do siebie prostopadłe.
Po drugie, kierunek propagacji tego pola jest określony przez wektor prędkości, który jest prostopadły zarówno do wektora natężenia elektrycznego (indukcji) jak i wektora natężenia (indukcji) magnetycznego w przestrzeni trójwymiarowej.
Dlaczego wektor intensywności można zastąpić wektorem indukcyjnym? Ponieważ wartości tych parametrów jednakowo charakteryzują pole tego czy innego rodzaju i są do siebie proporcjonalne.
Zasada działania anteny w kształcie litery L
Oscylacje (są transmitowane przez antenę) są emitowane przez dowolny przedmiot: zarówno drewniany kij, jak i metalowy drut. Jedyną różnicą jest to, że metal lepiej przewodzi prąd, więc drgania emitowane przez drut są bardziej zauważalne.
Dlatego najprostszą antenę można zmontować z elementu wzmacniającego. Okaże się, że antena w kształcie litery L jest znana wszystkim. Pod wpływem pola elektromagnetycznego w tworniku indukowana jest siła elektromotoryczna, która jest niejako (pomijając szczegóły teoretyczne) przyczyną oscylacji, a także podstawą wzmocnienia sygnału.
Metal to materiał o dobrych właściwościach elektrycznych. Dlatego w tworniku indukowana jest siła elektromotoryczna (EMF). W konsekwencji,kontrolowana jest antena w kształcie litery L składowej elektrycznej pola.
Zasada działania anteny reagującej na pole magnetyczne
Logicznie, jeśli metalowa antena w kształcie litery L reaguje na składową elektryczną pola, antena magnetyczna reaguje na składową magnetyczną pola elektromagnetycznego. Z tego powodu urządzenie otrzymało swoją nazwę.
Antena, oczywiście, może być wykonana z podłużnego kawałka ferromagnesu, ale bardziej efektywne jest nadanie temu materiałowi kształtu ramy.
W tym projekcie pole magnetyczne również wytworzy EMF, ale zmienną. Antena zamieni się w cewkę indukcyjną, w której energia EMF jest zamieniana na energię elektryczną (jest to główne zadanie anteny).
Wartość indukowanego pola elektromagnetycznego w kadrze zależy od położenia konstrukcji względem płaszczyzny pola. Siła elektromotoryczna jest maksymalna, jeśli płaszczyzna cewek konstrukcji skierowana jest na stację obsługującą sygnał. Jeśli obrócisz antenę wokół osi pionowej (widok z góry), to w jednym obrocie będzie miała dwa maksima i dwa minima (wartości zerowe) pola elektromagnetycznego.
Wzorzec promieniowania takiej anteny będzie miał postać nieskończoności lub ósemki.
Wzór promieniowania jest graficzną reprezentacją zależności wzmocnienia od kierunku anteny w określonej płaszczyźnie.
Wzmocnienie to wartość obliczana jako stosunek wartości sygnału wyjściowego do wartości sygnału wejściowego. Na przykład stosunek mocy wyjściowej do wejściowejzasilanie lub napięcie wyjściowe do wejścia.
Współczynnik kierunkowości charakteryzuje zdolność anteny do kierowania sygnału do określonego punktu. Na przykład dla anteny kołkowej używanej jako antena samochodowa współczynnik ten jest na niskim poziomie. Emituje falę w kształcie torusa we wszystkich kierunkach. Ale w przypadku anten kierunkowych, takich jak logarytmiczna lub refleksyjna, współczynnik ten jest znacznie wyższy.
Antena w formie ramki ma również dobrą kierunkowość. Ta właściwość pozwala na stosowanie takich urządzeń w wyposażeniu specjalnym, takim jak sprzęt do polowania na lisy.
Cechy projektu
Wielkość indukowanego pola elektromagnetycznego jest w dużej mierze zdeterminowana przez rozmiar anteny. Nawet jeśli liczba zwojów na nim nawiniętych jest znaczna, to przy małych wymiarach wartość EMF nadal będzie niewystarczająca do działania niektórych odbiorników.
Ale jeśli wprowadzisz rdzenie ferrytowe do anten magnetycznych, wartość pola elektromagnetycznego znacznie wzrośnie. Rdzeń przyczyni się do zamknięcia na sobie większej liczby linii pola, to znaczy dzięki rdzeniowi pole będzie skoncentrowane na antenie, tworząc silniejszy strumień magnetyczny i generując znaczne pole elektromagnetyczne.
Rdzeń z materiału magnetycznego
Aby zrozumieć, który rdzeń magnetyczny powinien być zainstalowany w antenie, musisz zbadać parametr przepuszczalności magnetycznej, który pokazuje, ile razy pole magnetyczne w danym materiale jest silniejsze niż pole zewnętrzne.
Im wyższa stawkaprzepuszczalność, tym lepiej materiał magnetyczny koncentruje pole na sobie.
Rdzeń odbiorczej anteny magnetycznej ma zwykle przekrój prostokątny lub okrągły. Po pierwsze ze względu na łatwość produkcji. Po drugie ze względu na to, że rdzenie o takim kształcie lepiej skupiają na sobie linie magnetyczne.
Ostatni fakt wpływa na taki parametr, jak efektywna przepuszczalność magnetyczna. Może nie pokrywać się z początkową przepuszczalnością magnetyczną, która jest zwykle wskazywana w dokumentacji rdzenia. Jednak efektywna przepuszczalność zależy od pierwotnej.
Tak więc efektywna przepuszczalność rdzenia zależy od następujących wskaźników:
- wymiary rdzenia;
- kształt rdzenia;
- początkowa przenikalność magnetyczna materiału, z którego wykonany jest rdzeń.
Na przykład, jeśli weźmiemy pod uwagę rdzenie o tym samym polu przekroju poprzecznego, ale różnych długościach, wówczas próbka o większej długości będzie miała większą wartość efektywnej przepuszczalności.
Nawiasem mówiąc, zależność efektywnej przepuszczalności od długości np. rdzenia ferrytowego jest nieliniowa. Do pewnej wartości długości rdzenia przepuszczalność wzrasta dla większości gatunków ferrytu, ale potem niektóre z nich przechodzą w nasycenie i wzrost zatrzymuje się. Na przykład produkty z oznaczeniami 1000НН, 600НН i 400НН długo nie przechodzą w nasycenie, w przeciwieństwie do 100НН i 50ВЧ. Należy to wziąć pod uwagę podczas tworzenia domowej anteny.
Wydajność anteny
Sprawność anteny odbiorczej reagującej na pole magnetyczne,jest bezpośrednio związany z rzeczywistą wysokością. Jest to wysokość punktu, z którego wychodzą oscylacje emitowane przez antenę, powyżej pewnego punktu na powierzchni ziemi.
Rzeczywista wysokość wpływa na EMF generowane w antenie. W związku z tym, im wyższa wartość, tym większe pole elektromagnetyczne, tym słabsze sygnały antena może odbierać.
Co określa efektywną wysokość anteny, która reaguje na składową magnetyczną pola elektromagnetycznego?
- Od efektywnej przepuszczalności.
- Obszar przekroju rdzenia.
- Liczba zwojów cewki.
- Długość uzwojenia tworzącego samą cewkę.
- Średnica uzwojenia.
- Operacyjna długość fali.
Efektywna wysokość anteny będzie tym wyższa, im większe są pierwsze cztery parametry z powyższej listy, a także im mniejsza różnica między średnicami rdzenia anteny i drutu nawojowego. Im krótsza długość fali, tym wyższa jest również wysokość.
Cewka antenowa
Z powyższych danych możemy wnioskować o znaczeniu wpływu cewki indukcyjnej na właściwości odbiorcze i nadawcze dowolnej anteny (na przykład anteny magnetycznej HF), która reaguje na pole magnetyczne.
Im wyższa jakość cewki indukcyjnej, tym lepiej działa antena. Parametr jakości cewki szacowany jest na podstawie jej współczynnika jakości. Współczynnik jakości jest parametrem obliczanym jako stosunek rezystancji cewki do AC do rezystancji elementu indukcyjnego do DC.
Rezystancja cewki AC zależy od obuindukcyjność samej cewki i częstotliwość prądu. Aby zwiększyć współczynnik jakości cewki, a wraz z nią właściwości nadawczo-odbiorcze anteny reagującej na pole magnetyczne, można zmienić jej odporność na prąd stały. Na przykład, aby zwiększyć średnicę powstałych zwojów cewki lub samego drutu, z którego jest nawinięty.
Antena FM
Jest to rodzaj anteny, która reaguje na pole magnetyczne. Fala FM to sygnał o częstotliwości od 88 do 108 MHz.
Aby wykonać ten projekt, będziesz potrzebować:
- łączniki, na których zostanie zainstalowana antena (na przykład rura);
- rdzeń ferrytowy, który można umieścić na konstrukcji (na rurze);
- drut miedziany do uzwojenia i styków;
- piny łączące do podłączenia anteny do urządzenia odbiorczego;
- folia miedziana.
Przed nawinięciem cewki należy ją odizolować od rdzenia taśmą elektryczną lub papierem owiniętym wokół ferrytu. Następnie na izolację nakładana jest warstwa folii. Nakłada się na 1 cm i jest izolowana w obszarze zakładki, na przykład za pomocą tej samej taśmy izolacyjnej. W ten sposób powstaje ekran anteny FM, na którym następnie nawija się 25 zwojów, tworząc cewkę z wyprowadzeniami na 7, 12 i 25 zwojach.
Od góry uzwojenie jest pokryte podobnym ekranem foliowym. Ekrany – zewnętrzne i wewnętrzne – są ze sobą połączone.
Końce drutu nawojowego powinny być ułożone w stykach łączących. Wnioski z 12. i 25. zwoju muszą być podłączone do odbiornika, a od 7. zwoju - do ziemi.
Antena pętlowa
Za pomocą kabla koncentrycznego i kilku akcesoriów możesz wykonać tę antenę, która może pracować z różnymi pasmami częstotliwości. Wszystko zależy od wymiarów konstrukcji. Na bazie tego urządzenia możesz stworzyć antenę UHF.
Może być używany do przesyłania sygnału na odległość do 80 m, a jego zalety to łatwość produkcji i instalacji, a także wysoka stabilność transmisji sygnału.
Jakich materiałów potrzebujesz do wykonania anteny pętlowej?
- Kabel koncentryczny.
- Drewniane sztabki.
- Kondensator o pojemności 100pF.
- Złącze koncentryczne.
Aby antena działała stabilnie, konieczne jest zapewnienie stabilności kondensatora, czyli odizolowanie go od czynników mechanicznych, atmosferycznych i innych.
Antena to pętla kabla połączona z kondensatorem. Może pracować z wieloma zakresami częstotliwości. Na przykład z pasmem HF. Im większy obszar pętli (lepiej, jeśli jest okrągła), tym większy zasięg odbieranego sygnału.
Projekt jest zamontowany na drewnianym stojaku wykonanym z prętów. Jak podłączyć antenę? Ze złączem koncentrycznym podłączonym do przewodu wyjściowego.
Ponadto w obwodzie czasami znajduje się transformator dopasowujący.
Standard GSM
W oparciu o antenę, która reaguje na fale magnetyczne, tworzone są urządzenia do odbioru sygnału w standardzie GSM,który jest używany w komunikacji mobilnej.
Wielu radioamatorów niezależnie montuje magnetyczne anteny GSM i instaluje je tam, gdzie sygnał komórkowy jest słabo odbierany. Na przykład w daczy.
Antena do pracy w standardzie komunikacji GSM może być wykonana z plastikowej fajki wodnej, jednostronnej folii z włókna szklanego (grubość - 1,5-2 mm, szerokość - 10 mm) oraz drutu miedzianego (średnica - 1,5-2, 5 mm).
Format anteny to okres logarytmiczny. Taka antena domowej roboty ma wysoki zysk i wąską charakterystykę promieniowania.
Następnie musisz połączyć wibratory antenowe (przecięty drut) z liniami zbierającymi (dwa paski włókna szklanego). Wibratory należy przylutować do każdej linii zbiorczej, a następnie linie łączymy ze sobą kablem koncentrycznym. Linie są mocowane na plastikowej rurze.
Jak podłączyć ten typ anteny? Do gniazda kablowego można podłączyć obciążenie w postaci urządzenia TV.
Wniosek
W związku z tym montaż własnej anteny reagującej na składową magnetyczną pola elektromagnetycznego nie jest wcale trudny. Wystarczy postępować zgodnie ze wszystkimi zaleceniami opisanymi powyżej i uwzględnić właściwości elektromagnetyczne różnych materiałów.
Ponadto do stworzenia takiej struktury nie jest potrzebna żadna specjalna wiedza. Wystarczą podstawowe informacje o procesach fizycznych zachodzących w różnych elementach, takich jak cewka indukcyjna.
