Generátor segítségével hasznos információkat tartalmazó jel hozható létre. Teljesítménye erősítő segítségével növelhető és jelentős távolságra továbbítható egy másik levelezőhöz. A jelet egy antenna továbbítja.
Az antenna olyan eszköz, amely az elektromágneses hullámot elektromos jellé alakítja át bizonyos frekvencián a vételi úton, valamint fordított átalakítást az átviteli úton.
Sokféle antenna létezik. Besorolhatók például tervezés vagy működési elv szerint. Ez utóbbi esetben megkülönböztetünk elektromos és mágneses antennákat. Az előbbieket az elektromágneses tér elektromos komponense (a továbbiakban EMF), az utóbbiakat pedig a mágneses vezérli.
Ez a cikk a mágneses antennára, a kialakítására, valamint a működési elvre összpontosít.
Rádióhullámok
Minden antenna egy bizonyos hullámtartományban működik. A hullámok hossz vagy frekvencia szerint osztályozhatók. Meg kell jegyezni, hogy a hossza fordítottan arányos a frekvenciával.
A következő táblázat a rádióhullámok típusai, valamint azok hossz- és frekvenciaparaméterei közötti megfelelési táblázatot tartalmazza.
| Hullámok típusa | Hullámhossz, m |
Frekvencia |
| Extra hosszú | 105-104 | 3-30 kHz |
| Hosszú | 104-103 | 30-300 kHz |
| Átlagos | 103-102 | 300 kHz – 3 MHz |
| Rövid | 100-10 | 3-30 MHz |
| Méter | 10-1 | 30-300MHz |
| Deciméterek | 1-0, 1 | 300 MHz – 3 GHz |
| Centiméter | 0, 1-0, 01 | 3-30 GHz |
| Milliméter | 0, 01-0, 001 | 30-300 GHz |
A hullámneveket gyakran tartománynevek váltják fel. Például a rövidhullámú sávot HF sávnak nevezik.
A méteres, deciméteres, centiméteres és milliméteres hullámok a VHF tartományba tartoznak – ultrarövid hullámok. A deciméteres hullámokkal működő eszközöket UHF-antennáknak nevezzük (a továbbiakban - analógia szerint).
Alkalmazás
A mező mágneses összetevőjére reagáló antennák széles skáláját találtákBármilyen iparágban alkalmazható kis méretek és vételi-átviteli tulajdonságai miatt. A kialakításuk gyakran tényleg nagyon egyszerű, és egy rúdantenna (gyakran autóantennaként használják), ami például a logaritmikus antennákhoz képest kicsi. Az utóbbi típusú antenna gyakran megtalálható lakóépületekben, ahol televíziós adást biztosítanak.
A mágneses antennák fő előnye az elektromos interferencia elleni védelem. Ez utóbbi tény lehetővé teszi, hogy minden olyan városban használhatók, ahol magas az elektromos jelek koncentrációja.
Dizájn
A legegyszerűbb mágneses antenna a következőket tartalmazza:
- core;
- induktor;
- tekercskeret.
Egy keretet helyeznek a magra, és egy tekercset a keretre.
Egy ilyen antenna magja mágneses anyagból készül. Leggyakrabban ferritből, amely jó mágneses tulajdonságokkal rendelkezik, amiről később lesz szó.
A tekercs vezetőképes anyagból, például rézből készül, míg a keret szigetelőanyagból készül, hogy elkerüljük a felesleges érintkezéseket a tekercs menetei és a mag között.
Valójában kiderült, hogy a mágneses antenna egy tipikus fojtó, amelyet minden rádióamatőr vagy akár közvetve az elektronikához kapcsolódó személy ismer.
Térelmélet
Egy ilyen antenna működési elvének megértéséhez ismételje meg az alapelveketinformáció mindenről, ami a jelek távolról történő továbbításával kapcsolatos.
Először is, az elektromágneses tér, ahogy a neve is sugallja, két összetevőből áll - mágneses és elektromos, amelyek elválaszthatatlanul összefüggenek, és ezeknek a mezőknek a síkjai (ha beszélünk, a terminológiai részleteket kihagyva) merőlegesek egymásra.
Másodszor ennek a mezőnek az irányát a sebességvektor határozza meg, amely merőleges mind az elektromos intenzitás (indukció) vektorra, mind a mágneses intenzitás (indukció) vektorra a háromdimenziós térben.
Miért helyettesíthető az intenzitásvektor az indukciós vektorral? Mivel ezeknek a paramétereknek az értékei egyformán jellemzik az egyik vagy olyan mezőt, és arányosak egymással.
Az L alakú antenna működési elve
Rezgéseket (az antenna közvetíti) bármilyen tárgy bocsát ki: fapálca és fémhuzal egyaránt. Az egyetlen különbség az, hogy a fém jobban vezeti az elektromosságot, így a huzal által kibocsátott rezgések észrevehetőbbek.
Ezért a legegyszerűbb antenna egy darab erősítésből is összeállítható. Kiderül, hogy az L-alakú antenna mindenki számára ismerős. Az elektromágneses tér hatására az armatúrában elektromotoros erő indukálódik, ami valamilyen módon (az elméleti részletek mellőzésével) az ingadozások oka, egyben a jel felerősítésének alapja.
A fém jó elektromos tulajdonságokkal rendelkező anyag. Ezért az armatúrában elektromotoros erő (EMF) indukálódik. Következésképpen,a mező elektromos komponensének L alakú antennája vezérelt.
A mágneses térre reagáló antenna működési elve
Logikusan, ha az L alakú fémantenna a tér elektromos komponensére reagál, akkor a mágneses antenna az elektromágneses tér mágneses komponensére reagál. Emiatt kapta az eszköz a nevét.
Antenna természetesen készíthető egy ferromágnes hosszirányú darabjából is, de hatékonyabb, ha ezt az anyagot keret alakot adjuk.
Ebben a kialakításban a mágneses tér szintén EMF-et hoz létre, de változót. Az antenna induktorrá alakul, amelyben az EMF energiája elektromos energiává alakul (ez az antenna fő feladata).
Az indukált EMF értéke a keretben a szerkezet térsíkhoz viszonyított helyzetétől függ. Az EMF akkor maximális, ha a szerkezet tekercseinek síkja a jellel működő állomásra irányul. Ha az antennát a függőleges tengely körül forgatja (felülnézet), akkor egy fordulat alatt az EMF két maximuma és két minimuma (nulla értéke) lesz.
Egy ilyen antenna sugárzási mintája végtelen vagy nyolcadik alakja lesz.
A sugárzási minta grafikusan ábrázolja az erősítés függését az antenna irányától egy bizonyos síkban.
A Gain egy olyan érték, amelyet a kimeneti jel értékének a bemeneti jel értékéhez viszonyított arányaként számítanak ki. Például a kimeneti teljesítmény és a bemenet arányatáp- vagy kimeneti feszültség a bemenetre.
Az iránytényező az antenna azon képességét jellemzi, hogy jelet egy adott pontra irányítson. Például egy autó antennájaként használt tűs antenna esetében ez az együttható alacsony szinten van. Tórusz alakú hullámot sugároz minden irányba. De az olyan irányított antennák esetében, mint a log-periodikus vagy a reflektív antennák, ez az együttható sokkal magasabb.
A keret formájú antenna is jó irányítással rendelkezik. Ez a tulajdonság lehetővé teszi az ilyen eszközök használatát speciális felszerelésekben, például rókavadász felszerelésben.
Dizájnjellemzők
Az indukált EMF nagyságát nagyrészt az antenna mérete határozza meg. Még ha jelentős is a rajta feltekercselt fordulatok száma, kis méreteknél az EMF-érték még mindig nem lesz elegendő bizonyos vevőkészülékek működéséhez.
De ha ferrit magokat helyez a mágneses antennákba, az EMF értéke jelentősen megnő. A mag hozzájárul majd ahhoz, hogy több erővonalat lezárjon önmagán, vagyis a magnak köszönhetően a mező az antennára összpontosul, erősebb mágneses fluxust hozva létre, és jelentős EMF-et generál.
Mágneses anyagú mag
Ahhoz, hogy megértsük, melyik mágneses magot kell beépíteni az antennába, tanulmányoznia kell a mágneses permeabilitási paramétert, amely megmutatja, hogy egy adott anyag mágneses tere hányszor erősebb, mint a külső tér.
Minél magasabb az árfolyampermeabilitás, annál jobban koncentrálja magára a mágneses anyag a mezőt.
A vevő mágneses antenna magja általában négyszögletes vagy kerek keresztmetszetű. Először is a gyártás egyszerűsége miatt. Másodszor, annak a ténynek köszönhetően, hogy az ilyen alakú magok jobban koncentrálják magukra a mágneses vonalakat.
Az utolsó tény olyan paramétert érint, mint az effektív mágneses permeabilitás. Előfordulhat, hogy nem esik egybe a kezdeti mágneses permeabilitással, amelyet általában a mag dokumentációjában jeleznek. Az effektív permeabilitás azonban a kezdeti értéktől függ.
Így a mag effektív permeabilitása a következő mutatóktól függ:
- alapméretek;
- magforma;
- annak az anyagnak a kezdeti mágneses permeabilitása, amelyből ez a mag készült.
Ha például azonos keresztmetszeti területű, de különböző hosszúságú magokat vesszük figyelembe, akkor egy hosszabb minta effektív permeabilitása nagyobb lesz.
A effektív permeabilitás függése például a ferritmag hosszától nem lineáris. A maghossz egy bizonyos értékéig a legtöbb ferritfajtánál megnő az áteresztőképesség, de utána néhányuk telítődik és a növekedés leáll. Például az 1000НН, 600НН és 400НН jelölésű termékek hosszú ideig nem telítődnek, ellentétben a 100НН és 50ВЧ. Ezt fontos figyelembe venni házi készítésű antenna létrehozásakor.
Antenna hatékonysága
A mágneses mezőre reagáló vevőantenna hatékonysága,közvetlenül kapcsolódik a tényleges magassághoz. Ez annak a pontnak a magassága, ahonnan az antenna által kibocsátott oszcilláció kilép, a földfelszín egy bizonyos pontja felett.
A tényleges magasság befolyásolja az antennában generált EMF-et. Ennek megfelelően minél nagyobb az értéke, annál nagyobb az EMF, annál gyengébb jeleket tud fogadni az antenna.
Mi határozza meg az EMF mágneses összetevőjére reagáló antenna effektív magasságát?
- A hatékony permeabilitástól.
- A mag szakaszterülete.
- Tekercsfordulatok száma.
- A tekercset magát alkotó tekercs hossza.
- Tekercs átmérője.
- Működési hullámhossz.
Az antenna effektív magassága minél nagyobb, minél nagyobb a fenti lista első négy paramétere, valamint minél kisebb a különbség az antennamag és a tekercshuzal átmérője között. Minél rövidebb a hullámhossz, annál nagyobb a magasság is.
Antennatekercs
A fenti adatokból arra következtethetünk, hogy az induktor milyen fontos hatással van a mágneses térre reagáló antennák (például egy HF mágneses antenna) vételi és adási tulajdonságaira.
Minél jobb az induktor minősége, annál jobban működik az antenna. A tekercs minőségi paraméterét a minőségi tényező segítségével becsüljük meg. A minőségi tényező a tekercs váltóáramhoz viszonyított ellenállásának és az induktív elem egyenáramhoz viszonyított ellenállásának arányaként számítható paraméter.
Az AC tekercs ellenállása mindkettőtől függmagának a tekercsnek az induktivitását és az áram frekvenciáját. A tekercs minőségi tényezőjének és ezzel együtt a mágneses térre reagáló antenna adás-vételi tulajdonságainak növelése érdekében megváltoztathatja az egyenárammal szembeni ellenállását. Például a tekercs vagy magának a huzalnak az átmérőjének növelésére, amelyről feltekercselik.
FM antenna
Ez egy olyan típusú antenna, amely reagál a mágneses mezőre. Az FM hullám 88 és 108 MHz közötti frekvenciájú jel.
A terv elkészítéséhez a következőkre lesz szüksége:
- rögzítőelemek, amelyekre az antennát felszerelik (például egy cső);
- ferrit mag, amely a szerkezetre (a csőre) helyezhető;
- rézhuzal tekercseléshez és érintkezőkhöz;
- csatlakozó tűk az antenna és a vevőkészülék csatlakoztatásához;
- rézfólia.
A tekercs feltekerése előtt el kell választani a magtól elektromos szalaggal vagy papírral, amelyet a ferrit köré tekercseltek. Ezután egy fóliaréteget helyezünk a szigetelésre. 1 cm-es fordulatot átfed, és az átfedési területen például ugyanazzal az elektromos szalaggal van leválasztva. Így jön létre az FM antenna képernyője, amelyre 25 menetet tekercselve, a 7., 12. és 25. meneten vezetnek.
Felülről a tekercselést egy hasonló fóliaszűrő borítja. A külső és belső képernyők össze vannak kötve.
A tekercsvezeték végeit összekötő érintkezőkben kell elhelyezni. A 12. és 25. kanyarból származó következtetéseket a vevőhöz, a 7. kanyartól pedig a talajhoz kell csatlakoztatni.
Hurokantenna
Egy koaxiális kábel és néhány tartozék segítségével elkészítheti ezt az antennát, amely különböző frekvenciasávokkal tud működni. Minden a szerkezet méretétől függ. Az eszköz alapján létrehozhat egy UHF antennát.
Akár 80 m távolságra is használható jel továbbítására, és előnyei közé tartozik a könnyű gyártás és telepítés, valamint a jelátvitel nagy stabilitása.
Milyen anyagokra van szükség hurokantenna készítéséhez?
- Koaxiális kábel.
- Fa rudak.
- 100pF kapacitású kondenzátor.
- Koaxiális csatlakozó.
Annak érdekében, hogy az antenna stabilan működjön, biztosítani kell a kondenzátor stabilitását, azaz el kell szigetelni a mechanikai, időjárási és egyéb hatásoktól.
Az antenna egy kondenzátorhoz csatlakoztatott kábelhurok. Számos frekvencia tartományban tud működni. Például a HF sávval. Minél nagyobb a hurok területe (jobb, ha kerek), annál nagyobb a vett jel lefedettsége.
A design egy rúdból készült fa állványra van felszerelve. Hogyan kell antennát csatlakoztatni? A kimeneti vezetékhez csatlakoztatott koaxiális csatlakozóval.
Az áramkörben néha egy megfelelő transzformátor is szerepel.
GSM szabvány
A mágneses hullámokra reagáló antenna alapján olyan eszközöket hoznak létre, amelyek a GSM szabványnak megfelelő jelet vesznek,amelyet a mobilkommunikációban használnak.
Sok rádióamatőr egymástól függetlenül szerel fel mágneses GSM antennákat, és telepíti azokat olyan helyekre, ahol a cella jelét rosszul veszi. Például a dachas.
A GSM kommunikációs szabvánnyal való munkához antenna készülhet műanyag vízcsőből, egyoldalas fólia üvegszálból (vastagság - 1,5-2 mm, szélesség - 10 mm) és rézhuzalból (átmérő - 1,5-2, 5 mm).
Az antenna formátuma log-periodikus. Egy ilyen házi készítésű antenna nagy nyereséggel és szűk sugárzási mintával rendelkezik.
Ezután csatlakoztatnia kell az antennavibrátorokat (levágott vezeték) a gyűjtővezetékekhez (két üvegszál csík). Minden gyűjtővezetékre vibrátort kell forrasztani, majd a vezetékeket koaxiális kábellel össze kell kötni egymással. A vezetékek műanyag csőre vannak rögzítve.
Hogyan csatlakoztatható az ilyen típusú antenna? A kábelkimenet csatlakoztatható egy TV-eszköz formájú terheléshez.
Következtetés
Így egyáltalán nem nehéz összeszerelni saját antennát, amely reagál az EMF mágneses összetevőjére. Elég betartani a fent leírt összes ajánlást, és figyelembe venni a különböző anyagok elektromágneses jellemzőit.
Egy ilyen szerkezet létrehozásához ráadásul nincs szükség speciális ismeretekre. Elegendő az alapvető információ a különböző elemekben, például az induktorban végbemenő fizikai folyamatokról.
