Un semnal care conține informații utile poate fi creat folosind un generator. Puterea sa poate fi mărită cu ajutorul unui amplificator și transmisă pe o distanță considerabilă unui alt corespondent. Semnalul este transmis de o antenă.
Antena este un dispozitiv care convertește o undă electromagnetică într-un semnal electric la o anumită frecvență pe calea de recepție, precum și conversie inversă pe calea de transmisie.
Există multe tipuri de antene. Ele pot fi clasificate după proiectare sau după principiul de funcționare, de exemplu. În acest din urmă caz, se disting antenele electrice și magnetice. Primele sunt controlate de componenta electrică a câmpului electromagnetic (denumită în continuare EMF), iar cele din urmă, respectiv, de cea magnetică.
Acest articol se va concentra pe antena magnetică, designul acesteia, precum și principiul de funcționare.
Unde radio
Toate antenele funcționează cu o anumită gamă de unde. Undele pot fi clasificate după lungime sau după frecvență. Trebuie remarcat faptul că lungimea este invers proporțională cu frecvența.
Următorul este un tabel de corespondență între tipurile de unde radio și parametrii lor de lungime și frecvență.
| Tip de valuri | Lungime de undă, m | Frecvență |
| Extra lung | 105-104 | 3-30 kHz |
| Lung | 104-103 | 30-300 kHz |
| Medie | 103-102 | 300 kHz - 3 MHz |
| Scurt | 100-10 | 3-30 MHz |
| metru | 10-1 | 30-300MHz |
| Decimetri | 1-0, 1 | 300 MHz – 3 GHz |
| centimetru | 0, 1-0, 01 | 3-30GHz |
| milimetru | 0, 01-0, 001 | 30-300GHz |
Adesea, numele valurilor sunt înlocuite cu numele intervalului. De exemplu, banda de unde scurte se numește bandă HF.
Undele de metru, decimetru, centimetri și milimetri sunt incluse în gama VHF - unde ultrascurte. Dispozitivele care funcționează cu unde decimetrice se numesc antene UHF (în continuare - prin analogie).
Aplicație
Tipul de antene care răspund la componenta magnetică a câmpului a găsit o largăaplicare in orice fel de industrie datorita dimensiunilor reduse si proprietatilor de receptie-transmisie. Designul lor este adesea foarte simplu și este o antenă cu tijă (folosită adesea ca antenă pentru o mașină), care este mică în comparație cu, de exemplu, antenele logaritmice. Cel din urmă tip de antenă se găsește adesea în clădirile rezidențiale, unde oferă emisiuni de televiziune.
Principalul avantaj al antenelor magnetice este imunitatea la interferența electrică. Acest din urmă fapt le permite să fie utilizate în orice oraș în care există o concentrație mare de semnale electrice.
Design
Cea mai simplă antenă magnetică conține:
- core;
- inductor;
- cadru bobină.
Un cadru este pus pe miez, iar un inductor este înfășurat pe cadru.
Miezul unei astfel de antene este realizat din material magnetic. Cel mai adesea din ferită, care are proprietăți magnetice bune, despre care vom discuta mai târziu.
Înfășurarea este realizată dintr-un material conductiv precum cuprul, în timp ce cadrul este realizat dintr-un material izolator pentru a evita contactele inutile între spirele bobinei și miez.
De fapt, se dovedește că antena magnetică este o sufocare tipică, familiară oricărui radioamator sau persoană, chiar și indirect legată de electronică.
Teoria câmpurilor
Pentru a înțelege principiul de funcționare a unei astfel de antene, ar trebui să repetați principiul de bazăinformații despre tot ce ține de transmiterea semnalelor la distanță.
În primul rând, câmpul electromagnetic, după cum sugerează și numele, include două componente - magnetică și electrică, care sunt indisolubil legate, iar planurile acestor câmpuri (dacă vorbim, omițând detalii terminologice) sunt perpendiculare între ele.
În al doilea rând, direcția de propagare a acestui câmp este determinată de vectorul viteză, care este perpendicular atât pe vectorul intensității electrice (inducție), cât și pe vectorul intensității magnetice (inducției) în spațiul tridimensional.
De ce vectorul intensitate poate fi înlocuit cu vectorul de inducție? Deoarece valorile acestor parametri caracterizează în mod egal câmpul de un fel sau altul și sunt proporționale între ele.
Principiul de funcționare al antenei în formă de L
Oscilațiile (sunt transmise de antenă) sunt emise de orice obiect: atât un băț de lemn, cât și un fir de metal. Singura diferență este că metalul conduce mai bine electricitatea, astfel încât vibrațiile emise de fir sunt mai vizibile.
De aceea, cea mai simplă antenă poate fi asamblată dintr-o piesă de armare. Se va dovedi antena în formă de L familiară tuturor. Sub acțiunea unui câmp electromagnetic, în armătură este indusă o forță electromotoare, care este într-un fel (omițând detalii teoretice) cauza oscilațiilor, precum și baza pentru amplificarea semnalului.
Metalul este un material cu proprietăți electrice bune. De aceea, în armătură este indusă o forță electromotoare (EMF). Prin urmare,antena în formă de L a componentei electrice a câmpului este controlată.
Principiul de funcționare al unei antene care răspunde la un câmp magnetic
În mod logic, dacă antena metalică în formă de L răspunde la componenta electrică a câmpului, atunci antena magnetică răspunde la componenta magnetică a câmpului electromagnetic. Din acest motiv, dispozitivul și-a primit numele.
O antenă, desigur, poate fi făcută dintr-o bucată longitudinală a unui feromagnet, dar este mai eficient să dai acestui material forma unui cadru.
În acest design, câmpul magnetic va crea și un EMF, dar o variabilă. Antena se va transforma într-un inductor, în care energia EMF este convertită în energie electrică (aceasta este sarcina principală a antenei).
Valoarea EMF indusă în cadru depinde de poziția structurii față de planul câmpului. EMF este maxim dacă planul bobinelor structurii este direcționat către stația care funcționează cu semnal. Dacă rotiți antena în jurul axei verticale (vedere de sus), atunci într-o singură rotație va avea două maxime și două minime (valori zero) ale EMF.
Modelul de radiație al unei astfel de antene va fi sub forma infinitului sau a cifrei opt.
Diagrama de radiație este o reprezentare grafică a dependenței câștigului de direcția antenei într-un anumit plan.
Câștig este o valoare calculată ca raport dintre valoarea semnalului de ieșire și valoarea semnalului de intrare. De exemplu, raportul dintre puterea de ieșire și intrareaputere sau tensiune de ieșire la intrare.
Factorul direcțional caracterizează capacitatea unei antene de a direcționa un semnal către un anumit punct. De exemplu, pentru o antenă pin folosită ca antenă pentru o mașină, acest coeficient este la un nivel scăzut. Radiază o undă în formă de torus în toate direcțiile. Dar pentru antenele direcționale precum log-periodic sau reflective, acest coeficient este mult mai mare.
Antena sub formă de cadru are și o directivitate bună. Această proprietate permite utilizarea unor astfel de dispozitive în echipamente speciale, cum ar fi echipamente de vânătoare de vulpi.
Caracteristici de design
Mărimea EMF indusă este determinată în mare măsură de dimensiunea antenei. Chiar dacă numărul de spire înfășurate pe acesta este semnificativ, atunci cu dimensiuni mici, valoarea EMF va fi totuși insuficientă pentru funcționarea anumitor receptoare.
Dar dacă introduceți miezuri de ferită în interiorul antenelor magnetice, valoarea EMF va crește semnificativ. Miezul va contribui la închiderea mai multor linii de câmp pe sine, adică datorită miezului, câmpul va fi concentrat pe antenă, creând un flux magnetic mai puternic și generând un EMF semnificativ.
Miez de material magnetic
Pentru a înțelege ce miez magnetic trebuie instalat în antenă, trebuie să studiați parametrul de permeabilitate magnetică, care arată de câte ori câmpul magnetic dintr-un anumit material este mai puternic decât câmpul extern.
Cu cât este mai mare ratapermeabilitate, cu atât materialul magnetic concentrează mai bine câmpul asupra sa.
Miezul antenei magnetice de recepție are de obicei o secțiune dreptunghiulară sau rotundă. În primul rând, din cauza ușurinței producției. În al doilea rând, datorită faptului că nucleele de această formă concentrează mai bine liniile magnetice asupra lor.
Ultimul fapt afectează un astfel de parametru precum permeabilitatea magnetică efectivă. Este posibil să nu coincidă cu permeabilitatea magnetică inițială, care este de obicei indicată în documentația pentru miez. Totuși, permeabilitatea efectivă depinde de cea inițială.
Astfel, permeabilitatea efectivă a miezului depinde de următorii indicatori:
- dimensiuni principale;
- forma miez;
- permeabilitatea magnetică inițială a materialului din care este realizat acest miez.
De exemplu, dacă luăm în considerare miezuri cu aceeași arie de secțiune transversală, dar lungimi diferite, atunci o probă cu o lungime mai mare va avea o valoare mai mare a permeabilității efective.
Apropo, dependența permeabilității efective de lungimea unui miez de ferită, de exemplu, este neliniară. Până la o anumită valoare a lungimii miezului, permeabilitatea crește pentru majoritatea gradelor de ferită, dar apoi unele dintre ele intră în saturație și se oprește creșterea. De exemplu, produsele cu marcajele 1000НН, 600НН și 400НН nu intră în saturație mult timp, spre deosebire de 100НН și 50ВЧ. Acest lucru este important de luat în considerare atunci când creați o antenă de casă.
Eficiența antenei
Eficiența unei antene de recepție care răspunde la un câmp magnetic,este direct legată de înălțimea reală. Aceasta este înălțimea punctului din care iese oscilația emisă de antenă, deasupra unui anumit punct de pe suprafața pământului.
Înălțimea reală afectează EMF generat în antenă. În consecință, cu cât valoarea sa este mai mare, cu atât este mai mare EMF, cu atât semnalele mai slabe pe care le poate primi antena.
Ce determină înălțimea efectivă a antenei care răspunde la componenta magnetică a EMF?
- De la permeabilitatea efectivă.
- Zona de secțiune a miezului.
- Numărul de spire a bobinei.
- Lungimea înfășurării care formează bobina în sine.
- Diametrul înfășurării.
- Lungime de undă de operare.
Înălțimea efectivă a antenei va fi cu cât mai mare, cu atât primii patru parametri ai listei de mai sus sunt mai mari, precum și cu cât diferența dintre diametrele miezului antenei și firului de înfășurare este mai mică. Cu cât lungimea de undă este mai mică, cu atât înălțimea este mai mare.
Bobina antenă
Din datele de mai sus, putem concluziona despre importanța influenței inductorului asupra proprietăților de recepție și transmisie ale oricărei antene (de exemplu, o antenă magnetică HF) care răspunde la un câmp magnetic.
Cu cât calitatea inductorului este mai mare, cu atât antena funcționează mai bine. Parametrul de calitate al bobinei este estimat folosind factorul de calitate al acestuia. Factorul de calitate este un parametru calculat ca raportul dintre rezistența bobinei la AC și rezistența elementului inductiv la DC.
Rezistența unei bobine AC depinde de ambeleinductanța bobinei în sine și frecvența curentului. Pentru a crește factorul de calitate al bobinei și, odată cu acesta, proprietățile de transmisie-recepție ale antenei care răspunde la un câmp magnetic, îi puteți modifica rezistența la curentul continuu. De exemplu, pentru a crește diametrul spirelor rezultate ale bobinei sau a firului în sine, din care este înfășurat.
Antenă FM
Acesta este un tip de antenă care răspunde la un câmp magnetic. Unda FM este un semnal la o frecvență între 88 și 108 MHz.
Pentru a realiza acest design, veți avea nevoie de:
- elemente de fixare pe care va fi instalată antena (de exemplu, o țeavă);
- miez de ferită care poate fi pus pe structură (pe țeavă);
- sârmă de cupru pentru înfășurare și contacte;
- pini de conectare pentru conectarea antenei la dispozitivul de recepție;
- folie de cupru.
Înainte de a înfăşura bobina, este necesar să o izolaţi de miez cu bandă electrică sau hârtie înfăşurată în jurul feritei. Apoi se pune un strat de folie pe izolație. Se suprapune pe o tură de 1 cm și se izolează în zona de suprapunere folosind aceeași bandă electrică, de exemplu. Așa se creează ecranul antenei FM, pe care apoi se înfășoară 25 de spire, formând o bobină, cu cabluri pe spirele 7, 12 și 25.
De sus, înfășurarea este acoperită cu un ecran similar din folie. Ecranele - externe și interne - sunt interconectate.
Capetele firului de înfășurare trebuie aranjate în contacte de conectare. Concluziile din a 12-a și a 25-a tură trebuie conectate la receptor, iar din a 7-a tură - la sol.
Antenă buclă
Cu ajutorul unui cablu coaxial și a câtorva accesorii, puteți realiza această antenă, care poate funcționa cu benzi de frecvență diferite. Totul depinde de dimensiunile structurii. Pe baza acestui dispozitiv, puteți crea o antenă UHF.
Poate fi folosit pentru a transmite un semnal pe o distanță de până la 80 m, iar avantajele sale includ ușurința de fabricare și instalare, precum și stabilitate ridicată a transmisiei semnalului.
De ce materiale aveți nevoie pentru a face o antenă buclă?
- Cablu coaxial.
- Bare de lemn.
- Un condensator cu o capacitate de 100pF.
- Conector coaxial.
Pentru ca antena să funcționeze stabil, este necesar să se asigure stabilitatea condensatorului, adică să-l izoleze de influențe mecanice, meteorologice și de altă natură.
Antena este o buclă de cablu conectată la un condensator. Poate funcționa cu mai multe game de frecvență. De exemplu, cu banda HF. Cu cât aria buclei este mai mare (mai bine dacă este rotundă), cu atât este mai mare acoperirea semnalului primit.
Designul este montat pe un suport de lemn format din bare. Cum se conectează o antenă? Cu un conector coaxial conectat la firul de ieșire.
De asemenea, un transformator potrivit este uneori inclus în circuit.
GSM standard
Pe baza unei antene care răspunde la undele magnetice, dispozitivele sunt create pentru a primi un semnal conform standardului GSM,care este folosit în comunicațiile mobile.
Mulți radioamatori asamblează în mod independent antene GSM magnetice și le instalează acolo unde semnalul celular este recepționat slab. De exemplu, în dachas.
O antenă pentru lucrul cu standardul de comunicare GSM poate fi realizată dintr-o țeavă de apă din plastic, folie unilaterală din fibră de sticlă (grosime - 1,5-2 mm, lățime - 10 mm) și sârmă de cupru (diametru - 1,5-2), 5 mm).
Formatul antenei este jurnal-periodic. O astfel de antenă de casă are un câștig mare și un model de radiație îngust.
În continuare, trebuie să conectați vibratoarele antenei (sârmă tăiată) la liniile de colectare (două benzi de fibră de sticlă). Vibratoarele trebuie lipite la fiecare linie de colectare, iar apoi liniile sunt conectate între ele folosind un cablu coaxial. Conductele sunt fixate pe o țeavă de plastic.
Cum se conectează acest tip de antenă? Priza de cablu poate fi conectată la o sarcină sub forma unui dispozitiv TV.
Concluzie
Astfel, nu este deloc dificil să-ți asamblați propria antenă care să răspundă la componenta magnetică a EMF. Este suficient să urmați toate recomandările care sunt descrise mai sus și să țineți cont de caracteristicile electromagnetice ale diferitelor materiale.
În plus, nu sunt necesare cunoștințe speciale pentru a crea o astfel de structură. Informațiile de bază despre procesele fizice care au loc în diferite elemente, cum ar fi un inductor, sunt suficiente.
