Et signal, der indeholder nyttig information, kan oprettes ved hjælp af en generator. Dens effekt kan øges ved hjælp af en forstærker og sendes over en betydelig afstand til en anden korrespondent. Signalet transmitteres af en antenne.
Antenne er en enhed, der konverterer en elektromagnetisk bølge til et elektrisk signal ved en bestemt frekvens i modtagestien, samt omvendt konvertering i transmissionsvejen.
Der er mange typer antenner. De kan for eksempel klassificeres efter design eller funktionsprincip. I sidstnævnte tilfælde skelnes der mellem elektriske og magnetiske antenner. Førstnævnte styres af den elektriske komponent af det elektromagnetiske felt (herefter benævnt EMF), og sidstnævnte henholdsvis af den magnetiske.
Denne artikel vil fokusere på den magnetiske antenne, dens design samt funktionsprincippet.
Radiobølger
Alle antenner arbejder med et bestemt bølgeområde. Bølger kan klassificeres efter længde eller frekvens. Det skal bemærkes, at længden er omvendt proportional med frekvensen.
Det følgende er en tabel over korrespondance mellem typerne af radiobølger og deres parametre for længde og frekvens.
| Type bølger |
Bølgelængde, m |
Frekvens |
| Ekstra lang | 105-104 | 3-30 kHz |
| Long | 104-103 | 30-300 kHz |
| Average | 103-102 | 300 kHz - 3 MHz |
| Kort | 100-10 | 3-30 MHz |
| Meter | 10-1 | 30-300MHz |
| decimeter | 1-0, 1 | 300 MHz – 3 GHz |
| Centimeter | 0, 1-0, 01 | 3-30GHz |
| millimeter | 0, 01-0, 001 | 30-300GHz |
Ofte erstattes bølgenavne med områdenavne. For eksempel kaldes kortbølgebånd HF-bånd.
Meter-, decimeter-, centimeter- og millimeterbølger er inkluderet i VHF-området - ultrakorte bølger. Enheder, der arbejder med decimeterbølger, kaldes UHF-antenner (i det følgende - i analogi).
Application
Typen af antenner, der reagerer på den magnetiske komponent i feltet, har fundet en bredanvendelse i enhver form for industri på grund af små dimensioner og modtage-transmitterende egenskaber. Deres design er ofte rigtig meget simpelt og er en stangantenne (ofte brugt som antenne til en bil), som er lille i forhold til fx logaritmiske antenner. Sidstnævnte type antenne findes ofte i beboelsesejendomme, hvor de leverer tv-udsendelser.
Den største fordel ved magnetiske antenner er immunitet over for elektrisk interferens. Sidstnævnte gør det muligt at bruge dem i enhver by, hvor der er en høj koncentration af elektriske signaler.
Design
Den enkleste magnetiske antenne indeholder:
- core;
- induktor;
- spoleramme.
En ramme sættes på kernen, og en induktor er viklet på rammen.
Kernen i sådan en antenne er lavet af magnetisk materiale. Oftest fra ferrit, som har gode magnetiske egenskaber, hvilket vil blive diskuteret senere.
Viklingen er lavet af et ledende materiale som kobber, mens rammen er lavet af et isolerende materiale for at undgå unødvendige kontakter mellem spolens vindinger og kernen.
Faktisk viser det sig, at den magnetiske antenne er en typisk choker, kendt for enhver radioamatør eller person selv indirekte relateret til elektronik.
Felteori
For at forstå princippet om drift af en sådan antenne, bør du gentage det grundlæggendeinformation om alt relateret til transmission af signaler på afstand.
For det første omfatter det elektromagnetiske felt, som navnet antyder, to komponenter - magnetiske og elektriske, som er uløseligt forbundet, og disse felters planer (hvis vi taler, udeladt terminologiske detaljer) er vinkelrette på hinanden.
For det andet bestemmes udbredelsesretningen for dette felt af hastighedsvektoren, som er vinkelret på både vektoren for elektrisk intensitet (induktion) og vektoren for magnetisk intensitet (induktion) i tredimensionelt rum.
Hvorfor kan intensitetsvektoren erstattes af induktionsvektoren? Fordi værdierne af disse parametre på samme måde karakteriserer feltet af den ene eller anden art og er proportionale med hinanden.
Princippet for driften af den L-formede antenne
Oscillationer (de transmitteres af antennen) udsendes af enhver genstand: både en træpind og en met altråd. Den eneste forskel er, at metal leder elektricitet bedre, så vibrationerne fra ledningen er mere mærkbare.
Derfor kan den enkleste antenne samles af et stykke forstærkning. Det vil vise sig, at den L-formede antenne er kendt for alle. Under påvirkning af et elektromagnetisk felt induceres en elektromotorisk kraft i ankeret, som på en eller anden måde (udeladt teoretiske detaljer) er årsagen til svingninger, samt grundlaget for forstærkning af signalet.
Metal er et materiale med gode elektriske egenskaber. Det er derfor en elektromotorisk kraft (EMF) induceres i ankeret. Følgelig,den L-formede antenne for feltets elektriske komponent styres.
Princippet for drift af en antenne, der reagerer på et magnetfelt
Logisk, hvis den L-formede metalantenne reagerer på den elektriske komponent af feltet, så reagerer den magnetiske antenne på den magnetiske komponent af det elektromagnetiske felt. På grund af dette faktum fik enheden sit navn.
En antenne kan selvfølgelig laves af et langsgående stykke af en ferromagnet, men det er mere effektivt at give dette materiale form som en ramme.
I dette design vil magnetfeltet også skabe en EMF, men en variabel. Antennen bliver til en induktor, hvor EMF-energien omdannes til elektrisk energi (dette er antennens hovedopgave).
Værdien af den inducerede EMF i rammen afhænger af strukturens position i forhold til feltplanet. EMF er maksimal, hvis planet af spolerne i strukturen er rettet mod stationen, der arbejder med signalet. Hvis du drejer antennen rundt om den lodrette akse (set ovenfra), vil den i én omdrejning have to maksima og to minima (nulværdier) af EMF.
Strålingsmønsteret for en sådan antenne vil være i form af uendeligt eller ottetal.
Strålingsmønsteret er en grafisk repræsentation af forstærkningens afhængighed af retningen af antennen i et bestemt plan.
Gain er en værdi, der beregnes som forholdet mellem værdien af udgangssignalet og værdien af inputsignalet. For eksempel forholdet mellem udgangseffekt og inputstrøm eller udgangsspænding til input.
Retningsfaktoren karakteriserer en antennes evne til at dirigere et signal til et bestemt punkt. For en stiftantenne, der f.eks. bruges som antenne til en bil, er denne koefficient på et lavt niveau. Det udstråler en torus-formet bølge i alle retninger. Men for retningsbestemte antenner som log-periodiske eller reflekterende, er denne koefficient meget højere.
Antennen i form af en ramme har også en god retningsbestemmelse. Denne egenskab tillader brug af sådanne enheder i specialudstyr, såsom udstyr til rævejagt.
Designfunktioner
Størrelsen af den inducerede EMF bestemmes i vid udstrækning af antennens størrelse. Selvom antallet af omdrejninger, der er viklet på den, er betydeligt, vil EMF-værdien med små dimensioner stadig være utilstrækkelig til driften af visse modtagere.
Men hvis du indfører ferritkerner inde i de magnetiske antenner, vil EMF-værdien stige betydeligt. Kernen vil bidrage til at lukke flere feltlinjer på sig selv, det vil sige takket være kernen vil feltet blive koncentreret om antennen, hvilket skaber en kraftigere magnetisk flux og genererer en betydelig EMF.
Magnetisk materialekerne
For at forstå, hvilken magnetisk kerne der skal installeres i antennen, skal du studere den magnetiske permeabilitetsparameter, som viser, hvor mange gange magnetfeltet i et bestemt materiale er stærkere end det eksterne felt.
Jo højere kurspermeabilitet, jo bedre koncentrerer det magnetiske materiale feltet om sig selv.
Kernen i den modtagende magnetiske antenne har norm alt en rektangulær eller rund sektion. For det første på grund af den lette produktion. For det andet på grund af det faktum, at kerner af denne form bedre koncentrerer magnetiske linjer om sig selv.
Det sidste faktum påvirker en sådan parameter som effektiv magnetisk permeabilitet. Det falder muligvis ikke sammen med den indledende magnetiske permeabilitet, som norm alt er angivet i dokumentationen for kernen. Den effektive permeabilitet afhænger dog af den oprindelige.
Dermed afhænger kernens effektive permeabilitet af følgende indikatorer:
- kernedimensioner;
- kerneform;
- initial magnetisk permeabilitet af materialet, som denne kerne er lavet af.
For eksempel, hvis vi betragter kerner med det samme tværsnitsareal, men forskellige længder, vil en prøve med en længere længde have en større værdi af effektiv permeabilitet.
I øvrigt er afhængigheden af effektiv permeabilitet af længden af en ferritkerne, for eksempel, ikke-lineær. Op til en vis værdi af kernelængden øges permeabiliteten for de fleste ferritkvaliteter, men så går nogle af dem i mætning og vækststop. For eksempel går produkter med markeringer 1000НН, 600НН og 400НН ikke i mætning i lang tid, i modsætning til 100НН og 50ВЧ. Dette er vigtigt at overveje, når du laver en hjemmelavet antenne.
Antenneeffektivitet
Effektiviteten af en modtageantenne, der reagerer på et magnetfelt,er direkte relateret til den faktiske højde. Dette er højden af det punkt, hvorfra den svingning, der udsendes af antennen, kommer ud over et bestemt punkt på jordens overflade.
Den faktiske højde påvirker den EMF, der genereres i antennen. Følgelig, jo højere dens værdi, jo større EMF, jo svagere signaler kan antennen modtage.
Hvad bestemmer den effektive højde af antennen, der reagerer på den magnetiske komponent af EMF?
- Fra effektiv permeabilitet.
- Sektionsområde af kernen.
- Antal spoleomdrejninger.
- Længden af viklingen, der udgør selve spolen.
- Viklediameter.
- Driftsbølgelængde.
Antennens effektive højde vil være jo højere, jo større de første fire parametre på ovenstående liste er, samt jo mindre forskellen mellem antennekernens og viklingstrådens diametre er. Jo kortere bølgelængden er, jo højere er højden også.
Antennespole
Ud fra ovenstående data kan vi konkludere om betydningen af induktorens indflydelse på modtage- og sendeegenskaberne for enhver antenne (f.eks. en HF-magnetisk antenne), der reagerer på et magnetfelt.
Jo højere kvalitet induktoren er, jo bedre virker antennen. Kvalitetsparameteren for spolen estimeres ved hjælp af dens kvalitetsfaktor. Kvalitetsfaktoren er en parameter beregnet som forholdet mellem spolens modstand og AC og modstanden af det induktive element til DC.
Modstanden af en AC-spole afhænger af beggeinduktansen af selve spolen, og frekvensen af strømmen. For at øge spolens kvalitetsfaktor og dermed sende-modtageegenskaberne for den antenne, der reagerer på et magnetfelt, kan du ændre dens modstand mod jævnstrøm. For eksempel for at øge diameteren af de resulterende vindinger af spolen eller selve tråden, hvorfra den er viklet.
FM-antenne
Dette er en type antenne, der reagerer på et magnetfelt. FM-bølgen er et signal med en frekvens mellem 88 og 108 MHz.
For at lave dette design skal du bruge:
- fastgørelseselementer, som antennen vil blive installeret på (for eksempel et rør);
- ferritkerne, der kan sættes på strukturen (på røret);
- kobbertråd til vikling og kontakter;
- tilslutningsben til tilslutning af antennen til den modtagende enhed;
- kobberfolie.
Før spolen vikles, er det nødvendigt at isolere den fra kernen med elektrisk tape eller papir viklet rundt om ferriten. Derefter lægges et lag folie på isoleringen. Den overlapper en omgang på 1 cm og er isoleret i overlapningsområdet ved hjælp af f.eks. samme elektriske tape. Sådan skabes FM-antenneskærmen, hvorpå der så er viklet 25 vindinger, der danner en spole, med ledninger på 7., 12. og 25. vinding.
Overfra er viklingen dækket af en lignende folieskærm. Skærme - eksterne og interne - er forbundet.
Enderne af viklingstråden skal placeres i forbindelseskontakter. Konklusionerne fra 12. og 25. drejning skal forbindes til modtageren, og fra 7. drejning - til jorden.
Rammeantenne
Ved hjælp af et koaksialkabel og lidt tilbehør kan du lave denne antenne, som kan arbejde med forskellige frekvensbånd. Det hele afhænger af strukturens dimensioner. På basis af denne enhed kan du oprette en UHF-antenne.
Den kan bruges til at sende et signal over en afstand på op til 80 m, og dens fordele omfatter let fremstilling og installation samt høj signaloverførselsstabilitet.
Hvilke materialer skal du bruge til at lave en rammeantenne?
- Koaksialkabel.
- Træstænger.
- En kondensator med en kapacitans på 100pF.
- Koaksialstik.
For at antennen kan fungere stabilt, er det nødvendigt at sikre kondensatorens stabilitet, det vil sige at isolere den fra mekaniske, vejrlige og andre påvirkninger.
Antennen er en kabelsløjfe forbundet til en kondensator. Det kan arbejde med mange frekvensområder. For eksempel med HF-båndet. Jo større areal af sløjfen er (bedre hvis den er rund), jo større er dækningen af det modtagne signal.
Designet er monteret på et træstativ lavet af stænger. Hvordan tilsluttes en antenne? Med et koaksi alt stik forbundet til udgangsledningen.
Også er der nogle gange inkluderet en matchende transformer i kredsløbet.
GSM-standard
Baseret på en antenne, der reagerer på magnetiske bølger, er enheder skabt til at modtage et signal af GSM-standarden,som bruges i mobilkommunikation.
Mange radioamatører samler uafhængigt magnetiske GSM-antenner og installerer dem, hvor det cellulære signal modtages dårligt. For eksempel i dachas.
En antenne til at arbejde med GSM-kommunikationsstandarden kan være lavet af et plastikvandrør, ensidet foliefiber (tykkelse - 1,5-2 mm, bredde - 10 mm) og kobbertråd (diameter - 1,5-2), 5 mm).
Antenneformatet er log-periodisk. Sådan en hjemmelavet antenne har en høj forstærkning og et sm alt strålingsmønster.
Dernæst skal du forbinde antennevibratorerne (skåret ledning) med opsamlingsledningerne (to strimler af glasfiber). Vibratorer skal loddes til hver opsamlingsledning, og derefter forbindes ledningerne med hinanden ved hjælp af et koaksialkabel. Linerne er fastgjort på et plastikrør.
Hvordan tilsluttes denne type antenne? Kabeludtaget kan tilsluttes en belastning i form af en tv-enhed.
Konklusion
Det er altså slet ikke svært at samle din egen antenne, der reagerer på den magnetiske komponent i EMF. Det er nok at følge alle de anbefalinger, der er beskrevet ovenfor og tage højde for de elektromagnetiske egenskaber af forskellige materialer.
Desuden er der ingen særlig viden nødvendig for at skabe en sådan struktur. Grundlæggende information om de fysiske processer, der forekommer i forskellige elementer, såsom en induktor, er nok.
