En signal som innehåller användbar information kan skapas med en generator. Dess effekt kan ökas med hjälp av en förstärkare och sändas över ett betydande avstånd till en annan korrespondent. Signalen sänds av en antenn.
Antenn är en enhet som omvandlar en elektromagnetisk våg till en elektrisk signal vid en viss frekvens i mottagningsvägen, samt omvänd omvandling i överföringsvägen.
Det finns många typer av antenner. De kan till exempel klassificeras efter design eller funktionsprincip. I det senare fallet särskiljs elektriska och magnetiska antenner. De förra styrs av den elektriska komponenten i det elektromagnetiska fältet (hädanefter kallad EMF), respektive den senare av den magnetiska.
Den här artikeln kommer att fokusera på den magnetiska antennen, dess design, samt funktionsprincipen.
Radiovågor
Alla antenner fungerar med ett visst intervall av vågor. Vågor kan klassificeras efter längd eller frekvens. Det bör noteras att längden är omvänt proportionell mot frekvensen.
Följande är en tabell över överensstämmelse mellan typerna av radiovågor och deras parametrar för längd och frekvens.
| Typ av vågor |
Våglängd, m |
Frekvens |
| Extra Long | 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 |
| decimeter | 1-0, 1 | 300 MHz – 3 GHz |
| Centimeter | 0, 1-0, 01 | 3-30GHz |
| Millimeter | 0, 01-0, 001 | 30-300GHz |
Ofta ersätts vågnamn med intervallnamn. Till exempel kallas kortvågsbandet HF-band.
Meter-, decimeter-, centimeter- och millimetervågor ingår i VHF-området - ultrakorta vågor. Enheter som arbetar med decimetervågor kallas UHF-antenner (nedan - i analogi).
Application
Typen av antenner som svarar på den magnetiska komponenten i fältet har hittat en bredapplikation i alla typer av industrier på grund av små dimensioner och mottagnings-sändande egenskaper. Deras design är ofta väldigt enkel och är en spöantenn (används ofta som antenn för en bil), som är liten jämfört med till exempel logaritmiska antenner. Den senare typen av antenn finns ofta i bostadshus, där de tillhandahåller tv-sändningar.
Den största fördelen med magnetiska antenner är immunitet mot elektriska störningar. Det senare faktumet gör att de kan användas i alla städer där det finns en hög koncentration av elektriska signaler.
Design
Den enklaste magnetiska antennen innehåller:
- core;
- induktor;
- spolram.
En ram sätts på kärnan och en induktor är lindad på ramen.
Kärnan i en sådan antenn är gjord av magnetiskt material. Oftast från ferrit, som har goda magnetiska egenskaper, vilket kommer att diskuteras senare.
Lindningen är gjord av ett ledande material som koppar, medan ramen är gjord av ett isolerande material för att undvika onödiga kontakter mellan spolens varv och kärnan.
Det visar sig faktiskt att den magnetiska antennen är en typisk choke, bekant för varje radioamatör eller person som till och med är indirekt relaterad till elektronik.
Fältteori
För att förstå principen för driften av en sådan antenn bör du upprepa det grundläggandeinformation om allt som rör överföring av signaler på avstånd.
För det första inkluderar det elektromagnetiska fältet, som namnet antyder, två komponenter - magnetiska och elektriska, som är oupplösligt sammanlänkade, och dessa fälts plan (om vi pratar, utelämnar terminologiska detaljer) är vinkelräta mot varandra.
För det andra bestäms utbredningsriktningen för detta fält av hastighetsvektorn, som är vinkelrät mot både vektorn för elektrisk intensitet (induktion) och vektorn för magnetisk intensitet (induktion) i tredimensionellt rymd.
Varför kan intensitetsvektorn ersättas med induktionsvektorn? Eftersom värdena för dessa parametrar lika karaktäriserar fältet av ett eller annat slag och är proportionella mot varandra.
Funktionsprincipen för den L-formade antennen
Oscillationer (de överförs av antennen) avges av vilket föremål som helst: både en träpinne och en metalltråd. Den enda skillnaden är att metall leder elektricitet bättre, så vibrationerna som avges av tråden är mer märkbara.
Därför kan den enklaste antennen monteras av en förstärkningsbit. Det kommer att visa sig att den L-formade antennen är bekant för alla. Under inverkan av ett elektromagnetiskt fält induceras en elektromotorisk kraft i ankaret, vilket på något sätt (om man utelämnar teoretiska detaljer) är orsaken till svängningar, såväl som grunden för att förstärka signalen.
Metal är ett material med goda elektriska egenskaper. Det är därför en elektromotorisk kraft (EMF) induceras i ankaret. Följaktligen,den L-formade antennen för fältets elektriska komponent styrs.
Funktionsprincipen för en antenn som reagerar på ett magnetfält
Logiskt sett, om den L-formade metallantennen reagerar på den elektriska komponenten i fältet, så reagerar den magnetiska antennen på den magnetiska komponenten i det elektromagnetiska fältet. På grund av detta fick enheten sitt namn.
En antenn kan naturligtvis göras av en längsgående del av en ferromagnet, men det är mer effektivt att ge detta material formen av en ram.
I denna design kommer magnetfältet också att skapa en EMF, men en variabel. Antennen kommer att förvandlas till en induktor, i vilken EMF-energin omvandlas till elektrisk energi (detta är antennens huvuduppgift).
Värdet på den inducerade EMF i ramen beror på strukturens position i förhållande till fältplanet. EMF är maximal om planet för strukturens spolar riktas mot stationen som arbetar med signalen. Om du roterar antennen runt den vertikala axeln (vy ovanifrån), kommer den i ett varv att ha två maxima och två minima (nollvärden) av EMF.
Strålningsmönstret för en sådan antenn kommer att vara i form av oändlighet eller siffra åtta.
Strålningsmönstret är en grafisk representation av förstärkningens beroende av antennens riktning i ett visst plan.
Gain är ett värde som beräknas som förhållandet mellan värdet på utsignalen och värdet på insignalen. Till exempel förhållandet mellan uteffekt och ingångström eller utspänning till ingång.
Riktningsfaktorn kännetecknar en antenns förmåga att rikta en signal till en specifik punkt. Till exempel, för en stiftantenn som används som antenn för en bil, är denna koefficient på en låg nivå. Den utstrålar en torusformad våg i alla riktningar. Men för riktade antenner som log-periodisk eller reflekterande, är denna koefficient mycket högre.
Antennen i form av en ram har också en bra riktning. Den här egenskapen tillåter användning av sådana enheter i specialutrustning som rävjaktsutrustning.
Designfunktioner
Storleken på den inducerade EMF bestäms till stor del av antennens storlek. Även om antalet varv som lindats på den är betydande, kommer EMF-värdet fortfarande att vara otillräckligt för vissa mottagare med små dimensioner.
Men om du introducerar ferritkärnor inuti de magnetiska antennerna kommer EMF-värdet att öka avsevärt. Kärnan kommer att bidra till att stänga fler fältlinjer på sig själv, det vill säga tack vare kärnan kommer fältet att koncentreras på antennen, vilket skapar ett kraftfullare magnetiskt flöde och genererar en betydande EMF.
Magnetiskt materialkärna
För att förstå vilken magnetisk kärna som ska installeras i antennen behöver du studera den magnetiska permeabilitetsparametern, som visar hur många gånger magnetfältet i ett visst material är starkare än det yttre fältet.
Ju högre kurspermeabilitet, desto bättre koncentrerar det magnetiska materialet fältet på sig självt.
Kärnan i den mottagande magnetiska antennen har vanligtvis en rektangulär eller rund sektion. För det första på grund av den enkla produktionen. För det andra, på grund av det faktum att kärnor av denna form bättre koncentrerar magnetiska linjer på sig själva.
Det sista faktumet påverkar en sådan parameter som effektiv magnetisk permeabilitet. Det kanske inte sammanfaller med den initiala magnetiska permeabiliteten, vilket vanligtvis anges i dokumentationen för kärnan. Den effektiva permeabiliteten beror dock på den initiala.
Den effektiva permeabiliteten för kärnan beror alltså på följande indikatorer:
- kärnmått;
- kärnform;
- initial magnetisk permeabilitet för materialet som denna kärna är gjord av.
Till exempel, om vi betraktar kärnor med samma tvärsnittsarea men olika längder, kommer ett prov med en längre längd att ha ett högre värde på effektiv permeabilitet.
Förresten, beroendet av effektiv permeabilitet på längden av en ferritkärna, till exempel, är icke-linjärt. Upp till ett visst värde på kärnlängden ökar permeabiliteten för de flesta ferritkvaliteter, men sedan går en del av dem i mättnad och tillväxtstopp. Till exempel, produkter med markeringar 1000НН, 600НН och 400НН går inte in i mättnad under lång tid, till skillnad från 100НН och 50ВЧ. Detta är viktigt att tänka på när du skapar en hemmagjord antenn.
Antenneffektivitet
Effektiviteten hos en mottagande antenn som svarar på ett magnetfält,är direkt relaterad till den faktiska höjden. Detta är höjden på den punkt från vilken svängningen som sänds ut av antennen kommer ut, över en viss punkt på jordens yta.
Den faktiska höjden påverkar EMF som genereras i antennen. Följaktligen, ju högre dess värde, desto större EMF, desto svagare signaler kan antennen ta emot.
Vad bestämmer den effektiva höjden på antennen som svarar på den magnetiska komponenten i EMF?
- Från effektiv permeabilitet.
- Sektionsområde av kärnan.
- Antal spolvarv.
- Längden på lindningen som utgör själva spolen.
- Lindningsdiameter.
- Funktionsvåglängd.
Antennens effektiva höjd blir ju högre, desto större är de fyra första parametrarna i listan ovan, samt ju mindre skillnaden är mellan antennkärnan och lindningstrådens diametrar. Ju kortare våglängd, desto högre är höjden också.
Antennspole
Från ovanstående data kan vi dra slutsatser om betydelsen av induktorns inverkan på mottagnings- och sändningsegenskaperna hos alla antenner (till exempel en HF-magnetisk antenn) som reagerar på ett magnetfält.
Ju högre kvalitet induktorn har, desto bättre fungerar antennen. Kvalitetsparametern för spolen uppskattas med hjälp av dess kvalitetsfaktor. Kvalitetsfaktorn är en parameter som beräknas som förhållandet mellan spolens resistans och AC och resistansen hos det induktiva elementet till DC.
Motståndet hos en AC-spole beror på bådaspolens induktans och strömfrekvensen. För att öka spolens kvalitetsfaktor, och med den sändnings-mottagningsegenskaperna hos antennen som svarar på ett magnetfält, kan du ändra dess motstånd mot likström. Till exempel för att öka diametern på de resulterande varven på spolen eller själva tråden, från vilken den är lindad.
FM-antenn
Det här är en typ av antenn som reagerar på ett magnetfält. FM-vågen är en signal med en frekvens mellan 88 och 108 MHz.
För att göra den här designen behöver du:
- fästen som antennen kommer att installeras på (till exempel ett rör);
- ferritkärna som kan sättas på strukturen (på röret);
- koppartråd för lindning och kontakter;
- anslutningsstift för att ansluta antennen till den mottagande enheten;
- kopparfolie.
Innan du lindar spolen är det nödvändigt att isolera den från kärnan med eltejp eller papper lindat runt ferriten. Sedan läggs ett lager folie på isoleringen. Den överlappar ett varv på 1 cm och är isolerad i överlappningsområdet med till exempel samma eltejp. Så här skapas FM-antennskärmen, på vilken 25 varv sedan lindas, bildar en spole, med ledningar på det 7:e, 12:e och 25:e varvet.
Uppifrån är lindningen täckt med en liknande folieskärm. Skärmar - externa och interna - är sammankopplade.
Lindningstrådens ändar ska placeras i anslutningskontakter. Slutsatserna från det 12:e och 25:e varvet måste kopplas till mottagaren och från det 7:e varvet - till marken.
slingantenn
Med hjälp av en koaxialkabel och några tillbehör kan du göra denna antenn, som kan fungera med olika frekvensband. Allt beror på strukturens dimensioner. På basis av den här enheten kan du skapa en UHF-antenn.
Den kan användas för att sända en signal över ett avstånd på upp till 80 m, och dess fördelar inkluderar enkel tillverkning och installation, samt hög signalöverföringsstabilitet.
Vilka material behöver du för att göra en slingantenn?
- Koaxialkabel.
- Trästänger.
- En kondensator med en kapacitans på 100pF.
- Koaxialkontakt.
För att antennen ska fungera stabilt är det nödvändigt att säkerställa kondensatorns stabilitet, det vill säga att isolera den från mekaniska, väder- och andra influenser.
Antennen är en kabelslinga ansluten till en kondensator. Den kan fungera med många frekvensområden. Till exempel med HF-bandet. Ju större arean av slingan är (bättre om den är rund), desto större täckning har den mottagna signalen.
Designen är monterad på ett trästativ gjord av stänger. Hur ansluter man en antenn? Med en koaxialkontakt ansluten till utgångskabeln.
Också ibland ingår en matchande transformator i kretsen.
GSM-standard
Baserat på en antenn som svarar på magnetiska vågor skapas enheter för att ta emot en signal enligt GSM-standarden,som används i mobilkommunikation.
Många radioamatörer monterar självständigt magnetiska GSM-antenner och installerar dem där den cellulära signalen tas emot dåligt. Till exempel i dachas.
En antenn för att arbeta med GSM-kommunikationsstandarden kan vara gjord av ett vattenrör av plast, ensidig folieglasfiber (tjocklek - 1,5-2 mm, bredd - 10 mm) och koppartråd (diameter - 1,5-2, 5 mm).
Antennformatet är log-periodiskt. En sådan hemmagjord antenn har en hög förstärkning och ett sm alt strålningsmönster.
Nästa måste du ansluta antennvibratorerna (kapad tråd) med uppsamlingsledningarna (två remsor av glasfiber). Vibratorer måste lödas till varje uppsamlingsledning och sedan kopplas ledningarna till varandra med hjälp av en koaxialkabel. Ledningarna är fixerade på ett plaströr.
Hur ansluter man den här typen av antenn? Kabeluttaget kan anslutas till en last i form av en TV-enhet.
Slutsats
Det är alltså inte alls svårt att sätta ihop en egen antenn som svarar på den magnetiska komponenten i EMF. Det räcker att följa alla rekommendationer som beskrivs ovan och ta hänsyn till olika materials elektromagnetiska egenskaper.
Dessutom behövs ingen speciell kunskap för att skapa en sådan struktur. Grundläggande information om de fysiska processer som sker i olika element, såsom en induktor, räcker.
