Et signal som inneholder nyttig informasjon kan opprettes ved hjelp av en generator. Effekten kan økes ved hjelp av en forsterker og overføres over en betydelig avstand til en annen korrespondent. Signalet sendes av en antenne.
Antenne er en enhet som konverterer en elektromagnetisk bølge til et elektrisk signal ved en bestemt frekvens i mottaksbanen, samt omvendt konvertering i overføringsveien.
Det finnes mange typer antenner. De kan klassifiseres etter design eller etter operasjonsprinsipp, for eksempel. I sistnevnte tilfelle skilles elektriske og magnetiske antenner. De førstnevnte styres av den elektriske komponenten i det elektromagnetiske feltet (heretter referert til som EMF), og sistnevnte, henholdsvis av den magnetiske.
Denne artikkelen vil fokusere på den magnetiske antennen, dens design, samt operasjonsprinsippet.
Radiobølger
Alle antenner fungerer med et visst bølgeområde. Bølger kan klassifiseres etter lengde eller frekvens. Det skal bemerkes at lengden er omvendt proporsjonal med frekvensen.
Det følgende er en tabell over samsvar mellom typene radiobølger og deres parametere for lengde og frekvens.
| Type bølger |
Bølgelengde, m |
Frekvens |
| Ekstra lang | 105-104 | 3–30 kHz |
| Long | 104-103 | 30–300 kHz |
| Average | 103-102 | 300 kHz - 3 MHz |
| Short | 100-10 | 3-30 MHz |
| Meter | 10-1 | 30–300MHz |
| Desimeter | 1-0, 1 | 300 MHz – 3 GHz |
| Centimeter | 0, 1-0, 01 | 3-30GHz |
| millimeter | 0, 01-0, 001 | 30–300GHz |
Ofte erstattes bølgenavn med områdenavn. Kortbølgebånd kalles for eksempel HF-bånd.
Meter-, desimeter-, centimeter- og millimeterbølger er inkludert i VHF-serien - ultrakorte bølger. Enheter som opererer med desimeterbølger kalles UHF-antenner (heretter - i analogi).
Application
Typen antenner som reagerer på den magnetiske komponenten i feltet har funnet en bredbruk i alle typer industri på grunn av små dimensjoner og mottaks-overføringsegenskaper. Designet deres er ofte veldig enkelt og er en stangantenne (ofte brukt som antenne for en bil), som er liten sammenlignet med for eksempel logaritmiske antenner. Sistnevnte type antenner finnes ofte i bolighus, der de leverer TV-sendinger.
Den største fordelen med magnetiske antenner er immunitet mot elektrisk interferens. Sistnevnte faktum gjør at de kan brukes i alle byer der det er en høy konsentrasjon av elektriske signaler.
Design
Den enkleste magnetiske antennen inneholder:
- core;
- induktor;
- spoleramme.
En ramme settes på kjernen, og en induktor er viklet på rammen.
Kjernen i en slik antenne er laget av magnetisk materiale. Oftest fra ferritt, som har gode magnetiske egenskaper, som vil bli omt alt senere.
Viklingen er laget av et ledende materiale som kobber, mens rammen er laget av et isolerende materiale for å unngå unødvendige kontakter mellom viklingene på spolen og kjernen.
Faktisk viser det seg at den magnetiske antennen er en typisk choke, kjent for enhver radioamatør eller person selv indirekte relatert til elektronikk.
Felteori
For å forstå driftsprinsippet til en slik antenne, bør du gjenta det grunnleggendeinformasjon om alt relatert til overføring av signaler på avstand.
For det første inkluderer det elektromagnetiske feltet, som navnet tilsier, to komponenter - magnetiske og elektriske, som er uløselig knyttet sammen, og planene til disse feltene (hvis vi snakker, utelater terminologiske detaljer) er vinkelrett på hverandre.
For det andre bestemmes forplantningsretningen til dette feltet av hastighetsvektoren, som er vinkelrett på både vektoren for elektrisk intensitet (induksjon) og vektoren for magnetisk intensitet (induksjon) i tredimensjon alt rom.
Hvorfor kan intensitetsvektoren erstattes av induksjonsvektoren? Fordi verdiene til disse parameterne likt karakteriserer feltet av en eller annen type og er proporsjonale med hverandre.
Prinsippet for drift av den L-formede antennen
Oscillasjoner (de overføres av antennen) sendes ut av en hvilken som helst gjenstand: både en trepinne og en metalltråd. Den eneste forskjellen er at metall leder elektrisitet bedre, så vibrasjonene som sendes ut av ledningen er mer merkbare.
Derfor kan den enkleste antennen settes sammen av et stykke armering. Det vil vise seg at den L-formede antennen er kjent for alle. Under påvirkning av et elektromagnetisk felt induseres en elektromotorisk kraft i ankeret, som på en eller annen måte (utelatelse av teoretiske detaljer) er årsaken til svingninger, samt grunnlaget for å forsterke signalet.
Metal er et materiale med gode elektriske egenskaper. Det er derfor en elektromotorisk kraft (EMF) induseres i ankeret. Følgeligden L-formede antennen til feltets elektriske komponent styres.
Prinsippet for drift av en antenne som reagerer på et magnetfelt
Logisk, hvis den L-formede metallantennen reagerer på den elektriske komponenten i feltet, så reagerer den magnetiske antennen på den magnetiske komponenten i det elektromagnetiske feltet. På grunn av dette har enheten fått navnet sitt.
En antenne kan selvfølgelig lages av et langsgående stykke av en ferromagnet, men det er mer effektivt å gi dette materialet formen som en ramme.
I denne utformingen vil magnetfeltet også skape en EMF, men en variabel. Antennen vil bli til en induktor, der EMF-energien omdannes til elektrisk energi (dette er hovedoppgaven til antennen).
Verdien av den induserte EMF i rammen avhenger av posisjonen til strukturen i forhold til feltplanet. EMF er maksimal hvis planet til spolene til strukturen er rettet mot stasjonen som opererer med signalet. Hvis du roterer antennen rundt den vertikale aksen (ovenfra), vil den i én omdreining ha to maksima og to minima (nullverdier) av EMF.
Strålingsmønsteret til en slik antenne vil være i form av uendelig eller åtte.
Strålingsmønsteret er en grafisk representasjon av forsterkningens avhengighet av retningen til antennen i et bestemt plan.
Gain er en verdi beregnet som forholdet mellom verdien av utgangssignalet og verdien av inngangssignalet. For eksempel forholdet mellom utgangseffekt og inngangstrøm eller utgangsspenning til inngang.
Retningsfaktoren karakteriserer en antennes evne til å rette et signal til et spesifikt punkt. For eksempel, for en pinneantenne som brukes som en antenne for en bil, er denne koeffisienten på et lavt nivå. Den utstråler en torusformet bølge i alle retninger. Men for retningsbestemte antenner som log-periodisk eller reflekterende, er denne koeffisienten mye høyere.
Antennen i form av en ramme har også en god retningsevne. Denne egenskapen tillater bruk av slike enheter i spesialutstyr som revejaktutstyr.
Designfunksjoner
Størrelsen på den induserte EMF bestemmes i stor grad av størrelsen på antennen. Selv om antallet omdreininger viklet på den er betydelig, vil EMF-verdien med små dimensjoner fortsatt være utilstrekkelig for driften av visse mottakere.
Men hvis du introduserer ferrittkjerner inne i de magnetiske antennene, vil EMF-verdien øke betydelig. Kjernen vil bidra til å lukke flere feltlinjer på seg selv, det vil si at takket være kjernen vil feltet bli konsentrert om antennen, skape en kraftigere magnetisk fluks og generere en betydelig EMF.
Kjerne for magnetisk materiale
For å forstå hvilken magnetisk kjerne som skal installeres i antennen, må du studere parameteren for magnetisk permeabilitet, som viser hvor mange ganger magnetfeltet i et bestemt materiale er sterkere enn det eksterne feltet.
Jo høyere kurspermeabilitet, jo bedre konsentrerer det magnetiske materialet feltet om seg selv.
Kjernen til den mottakende magnetiske antennen har vanligvis et rektangulært eller rundt snitt. For det første på grunn av den enkle produksjonen. For det andre, på grunn av det faktum at kjerner med denne formen bedre konsentrerer magnetiske linjer om seg selv.
Det siste faktum påvirker en slik parameter som effektiv magnetisk permeabilitet. Det kan ikke være sammenfallende med den innledende magnetiske permeabiliteten, som vanligvis er angitt i dokumentasjonen for kjernen. Den effektive permeabiliteten avhenger imidlertid av den første.
Dermed avhenger den effektive permeabiliteten til kjernen av følgende indikatorer:
- kjernedimensjoner;
- kjerneform;
- innledende magnetisk permeabilitet for materialet som denne kjernen er laget av.
For eksempel, hvis vi vurderer kjerner med samme tverrsnittsareal, men forskjellige lengder, vil en prøve med lengre lengde ha en større verdi for effektiv permeabilitet.
Forresten, avhengigheten av effektiv permeabilitet på lengden av en ferrittkjerne, for eksempel, er ikke-lineær. Opp til en viss verdi av kjernelengden øker permeabiliteten for de fleste ferrittkvaliteter, men da går noen av dem over i metning og vekststopp. For eksempel går ikke produkter med markeringer 1000НН, 600НН og 400НН inn i metning over lang tid, i motsetning til 100НН og 50ВЧ. Dette er viktig å vurdere når du lager en hjemmelaget antenne.
Antenneeffektivitet
Effektiviteten til en mottakerantenne som reagerer på et magnetfelt,er direkte relatert til den faktiske høyden. Dette er høyden på punktet som oscillasjonen som sendes ut av antennen kommer ut fra, over et bestemt punkt på jordoverflaten.
Den faktiske høyden påvirker EMF generert i antennen. Følgelig, jo høyere verdi, jo større EMF, jo svakere signaler kan antennen motta.
Hva bestemmer den effektive høyden til antennen som reagerer på den magnetiske komponenten til EMF?
- Fra effektiv permeabilitet.
- Seksjonsområde av kjernen.
- Antall spoleomdreininger.
- Lengden på viklingen som utgjør selve spolen.
- Viklediameter.
- Opererende bølgelengde.
Den effektive høyden til antennen vil være jo høyere, jo større de fire første parameterne i listen ovenfor, samt jo mindre forskjellen mellom diameteren på antennekjernen og viklingstråden er. Jo kortere bølgelengden er, jo høyere er høyden også.
Antennespole
Fra dataene ovenfor kan vi konkludere om betydningen av induktorens påvirkning på mottaks- og sendeegenskapene til enhver antenne (for eksempel en HF-magnetisk antenne) som reagerer på et magnetfelt.
Jo høyere kvalitet på induktoren er, desto bedre fungerer antennen. Kvalitetsparameteren til spolen estimeres ved å bruke dens kvalitetsfaktor. Kvalitetsfaktoren er en parameter beregnet som forholdet mellom motstanden til spolen og AC og motstanden til det induktive elementet til DC.
Motstanden til en AC-spole avhenger av beggeinduktansen til selve spolen, og frekvensen til strømmen. For å øke kvalitetsfaktoren til spolen, og med den sender-mottaksegenskapene til antennen som reagerer på et magnetfelt, kan du endre motstanden mot likestrøm. For eksempel for å øke diameteren på de resulterende vindingene på spolen eller selve ledningen, som den er viklet fra.
FM-antenne
Dette er en type antenne som reagerer på et magnetfelt. FM-bølgen er et signal med en frekvens mellom 88 og 108 MHz.
For å lage dette designet trenger du:
- festemidler som antennen skal installeres på (for eksempel et rør);
- ferrittkjerne som kan settes på strukturen (på røret);
- kobbertråd for vikling og kontakter;
- tilkoblingsstifter for tilkobling av antennen til mottakerenheten;
- kobberfolie.
Før spolen vikles, er det nødvendig å isolere den fra kjernen med elektrisk tape eller papir viklet rundt ferritten. Deretter legges et lag med folie på isolasjonen. Den overlapper en vending på 1 cm og er isolert i overlappingsområdet ved hjelp av for eksempel samme elektriske tape. Slik lages FM-antenneskjermen, som så vikles 25 omdreininger og danner en spole med ledninger på 7., 12. og 25. omdreining.
Ovenfra er viklingen dekket med en lignende folieskjerm. Skjermer – eksterne og interne – er sammenkoblet.
Endene av viklingstråden skal plasseres i forbindelseskontakter. Konklusjonene fra 12. og 25. sving må kobles til mottakeren, og fra 7. sving - til bakken.
sløyfeantenne
Ved hjelp av en koaksialkabel og litt tilbehør kan du lage denne antennen, som kan fungere med forskjellige frekvensbånd. Alt avhenger av dimensjonene til strukturen. På grunnlag av denne enheten kan du lage en UHF-antenne.
Den kan brukes til å sende et signal over en avstand på opptil 80 m, og fordelene inkluderer enkel produksjon og installasjon, samt høy signaloverføringsstabilitet.
Hvilke materialer trenger du for å lage en slyngeantenne?
- Koaksialkabel.
- Trebarer.
- En kondensator med en kapasitans på 100pF.
- Koaksialkontakt.
For at antennen skal fungere stabilt, er det nødvendig å sikre stabiliteten til kondensatoren, det vil si å isolere den fra mekanisk, vær og annen påvirkning.
Antennen er en kabelsløyfe koblet til en kondensator. Den kan fungere med mange frekvensområder. For eksempel med HF-båndet. Jo større arealet av sløyfen er (bedre hvis den er rund), jo større er dekningen til det mottatte signalet.
Designet er montert på et trestativ laget av stenger. Hvordan koble til en antenne? Med en koaksialkontakt koblet til utgangsledningen.
I tillegg er en matchende transformator noen ganger inkludert i kretsen.
GSM-standard
Basert på en antenne som reagerer på magnetiske bølger, er enheter laget for å motta et signal av GSM-standarden,som brukes i mobilkommunikasjon.
Mange radioamatører monterer uavhengig magnetiske GSM-antenner og installerer dem der mobilsignalet mottas dårlig. For eksempel i dachas.
En antenne for arbeid med GSM-kommunikasjonsstandarden kan være laget av et vannrør av plast, ensidig folieglassfiber (tykkelse - 1,5-2 mm, bredde - 10 mm) og kobbertråd (diameter - 1,5-2, 5 mm).
Antenneformatet er log-periodisk. En slik hjemmelaget antenne har høy forsterkning og et sm alt strålingsmønster.
Deretter må du koble antennevibratorene (kuttet ledning) med samleledningene (to strimler av glassfiber). Vibratorer skal loddes til hver samlelinje, og deretter kobles linjene til hverandre ved hjelp av en koaksialkabel. Ledningene er festet på et plastrør.
Hvordan kobler jeg til denne typen antenner? Kabeluttaket kan kobles til en last i form av en TV-enhet.
Konklusjon
Dermed er det slett ikke vanskelig å sette sammen din egen antenne som reagerer på den magnetiske komponenten i EMF. Det er nok å følge alle anbefalingene som er beskrevet ovenfor og ta hensyn til de elektromagnetiske egenskapene til forskjellige materialer.
Dessuten trengs ingen spesiell kunnskap for å lage en slik struktur. Grunnleggende informasjon om de fysiske prosessene som skjer i ulike elementer, for eksempel en induktor, er nok.
