Зміст:
- Як зібрати спіральну антену
- Розрахунок спіральної антени
Вважається, що спіральна антена має круговою поляризацією, але це не зовсім так. Насправді структура витків така, що приймаються хвилі і з лінійною поляризацією. А це дуже зручно іноді, коли є можливість працювати на будь-якій структурі хвилі. І спіральні антени використовуються не тільки в якості опромінювачів дзеркал на супутнику. Для радіоаматорів недолік в тому, що хвиля з лінійною поляризацією послаблюється на три децибела, а, як відомо, в радіо-та телемовленні нічого іншого і не використовується. Простіше кажучи, у нас в країні спіральний опромінювач був би доречним лише для лову НТВ+ з супутника, але і там такий метод не використовується. Є ряд спеціальних застосувань таких антен, але це ми обговорювати не будемо. Однак запити по темі зустрічаються в мережі. Кому може знадобитися спіральна антена, своїми руками свитая з дроту і одягнена на шматок труби, ми відповісти не беремося, тому що навіть у збірнику робіт радіоаматорів цей клас виробів відсутнє…
Конструкція спіральної антени
Як зібрати спіральну антену
Отже, беремо бика за роги. Для складання знадобиться дізнатися діаметр і крок намотування дроту, кількість витків. З матеріалів знадобляться:
Спіральні антени відносяться до класу біжучої хвилі, і їх опір достатньо велика, щоб, правильно розрахувавши пристрій, підключити його без узгодження. Спочатку розмічається труба, з запасом, щоб можна було її увіткнути в екран і приклеїти. Уздовж осі (краще з двох сторін) розмічається крок намотування. В майбутньому ці ризики будуть використовуватися для вирівнювання. Відступіть спереду пару-трійку сантиметрів і починайте працювати маркером. Зверніть увагу, що зі зворотного боку виток буде зміщений рівно на півкроку. (Див. також: Магнітна антена своїми руками)
Спіраль намотується на трубу без урахування кроку, але з потрібним числом витків. Надалі, починаючи з першої ризики, потрібно розтягнути дріт мають чином. Щоб не відбувалося зміщення в подальшому, слід правильне положення зафіксувати краплями клею. Приблизно за три-чотири на виток. Тим часом якраз можна виготовити екран.
Вибирайте квадрат зі стороною близько п’яти діаметрів труби намотування. Все одно, яка товщина сталі, витримуйте міцнісні характеристики. В зібраному вигляді екран строго перпендикулярний трубі.
Для електричної складання слід в районі закінчення спіралі (підстава труби) просвердлити отвір і дріт пропустити всередину. За екраном в боковині робимо ще одну дірку, куди пропускаємо оплітку напруги кабель. Електрично центральна жила з’єднується зі спіраллю, а екран фідера з екраном антени. Так утворюється система для прийому і передачі хвиль. Труба зі сталевим екраном з’єднуються клеєм-герметиком по кутку, щоб забезпечити строгу перпендикулярність деталей. Ключові моменти:
- Спіраль і екран виготовляються з провідного матеріалу, наприклад, міді.
- Труба повинна бути з діелектрика.
Розрахунок спіральної антени
Спіральні антени дуже хороші тим, що ловлять будь-який тип хвилі, використовуваний в наземному мовленні. Однак для лову радіо слід вісь направити вгору, екран при цьому розташується горизонтально. При цьому пристрою притаманні яскраво виражені спрямовані властивості, тому не чекайте, що вийде охопити кілька вишок з однієї точки. Однак тут не все так просто. Діаграма спрямованості залежить від габаритів спіральної антени і досить сильно:
Спіральна антена
Побічно (по другому пункту) читачі вже склали собі уявлення про діапазоні. У два рази смугу можна розширити, застосовуючи не циліндричну, а конусну спіраль (конічна спіральна антена). Ну, і, нарешті, тим, кому зовсім не терпиться в бій, ми рекомендуємо онлайн калькулятор на сайті http://aerial.dxham.ru/onlajn-raschety/raschety-antenn/raschet-spiralnoj-antenny. Ви бачите, що тут пропонується встановити частоту, а також крок намотування спіралі і довжину випромінювача… Так… насправді нічого складного:
- Від довжини намотування спіралі насамперед залежить ширина основної пелюстки діаграми спрямованості. Варіюйте число витків і спостерігайте за цим параметром (він знаходиться в самому низу сторінки). Незначно змінюється діаметр намотування спіралі. Що ж, у нас цього немає пояснення, творцям калькулятора видніше. Зрозуміло, знадобиться більше дроти, що і відображається у відповідних параметрах.
- Додамо також, що із збільшенням довжини зростає і посилення. Це абсолютно типовий ефект: звужується пелюстка – зростає посилення. Справа в тому, що площа діаграми спрямованості є величина постійна. Як казав Ломоносов, якщо в одному місці чогось прибуде, то в іншому неодмінно має відбути. Зауважте також, що із зростанням витків незначно падає ширина смуги пропускання.
- Від кроку намотування залежить посилення: чим він більше, тим нижче посилення і тим вже діаграма спрямованості. На наш погляд це якась помилка, тому що виходить, що вигідніше всього мотати щільно. При цьому ще й дроту піде менше. Одні переваги, а так не буває.
З безумовно корисних властивостей цього онлайн калькулятора хотілося б відзначити розрахунок мінімального розміру екрана. А щодо кроку треба, звичайно ж, уточнити в довідниках, чим ми зараз і займемося. До речі, цікавий той факт, що за замовчуванням на сайті відразу варто частота WiFi 2,45 ГГц. Так, сьогодні спіральні антени часто застосовуються саме тут.
Саморобна спіральна антена
І ось що ми знайшли: посилення повинно залежати тільки від числа витків. Крок ж намотування рекомендується вибирати порядку 0,22 – 0,24 довжини хвилі. Тоді як на сайті це значення можна задавати в широких межах. Ми пропонуємо читачам не плисти проти течії, а вибрати саме такий крок, а варіювати саме число витків. Трапляється, що в деяких калькуляторах зустрічаються помилки, а чи точно про це може знати тільки програміст. (Див. також: Всехвильова антена своїми руками)
До речі, в новому джерелі також є відомості про те, що екран розміщується позаду спіралі на відстані 0,12 довжини хвилі. При цьому додається, що якщо діаметр екрана слід вибирати рівним від 0,8 довжини хвилі і більше, то сторона квадрата ще більше: 1,1 від ?. Це не так очевидно, але якщо уявити собі, що коло повинен вписатися всередину, то все встає на свої місця.
Що стосується узгодження, то опір спіральної антени дуже сильно залежить від товщини дроту і з зростанням її зменшується. Можна домогтися, щоб воно було 75 і навіть 50 Ом. У цьому випадку ніякого узгодження не потрібно, що багато в чому спрощує експлуатацію. І потрібно сказати, що на високих частотах це в загальному-то працює. Наприклад, хвильовий опір стане рівним 75 Ом при товщині дроту 5% від довжини хвилі. А щоб отримати 50 Ом, слід взяти товщину дроту 7% від довжини хвилі. Ви бачите, що на частотах WiFi це цілком реально, а значить, можна розрахувати параметри так, щоб не потрібно було нічого погоджувати.
Зверніть увагу, що в калькуляторі не дається можливості задати товщину дроту, а з наявними хвильовий опір дорівнює 140 Ом. Напевно, це якась хитрість, тому що за нашими відомостями кабель повинен бути на 50 Ом на частотах WiFi. Зате можна перевірити чи виконується залежність від товщини дроту. Давайте наведемо повністю таблиці і порівняємо з нею результат.
Таблиця розрахунків
Отже, частота становить 2450 МГц, знаходимо довжину хвилі за відомою формулою:
? = 299 792 458 / 2450 000 000 = 0,1223 метра.
Звідки знаходимо потрібний діаметр дроту для опору 140 Ом:
0,1223 х 0,02 = 2,45 мм, перевіримо чи збігається це з онлайн калькулятором! Дивимося і бачимо: 2,4. Ну, якщо врахувати, що без округлення у нас вийшло 2,447 мм, то будемо вважати, що два джерела повторюють один одного, а значить вказівками щодо вибору кроку намотування (див. вище) цілком можна довіряти. На цьому вважаємо, що саморобна спіральна антена готова, а також знайдемо товщину дроту, при якій опір стане рівним 50 Ом: виходить приблизно 8,5 мм. Ви бачите, що навіть на такій високій частоті складно забезпечити необхідні умови. Це одна з причин, чому метою самостійно зробити спіральну антену найчастіше задаються комп’ютерники.
Що ж стосується нестиковок в калькуляторі, бути може, ми їх вигадали, але в будь-якому випадку перевіряйте будь-яку технічну інформацію кілька разів. Ми вважаємо, що відповіли на питання, що таке спіральна антена, і як зробити спіральну антену. Плюс конструкції в простоті виготовлення, якщо патчі потрібно прораховувати, погоджувати, і не факт, що вийде, то тут є непогане пристрій, який начебто задовольняє всім умовам, а також відсіває велика кількість перешкод. Зрозуміло, що з обох сторін повинні стояти однакові антени, щоб працювати з круговою поляризацією, в іншому випадку результат стане загадково-непередбачуваним. Так що спіральна антена своїми руками це реальність.
