Антенна с круговой поляризацией своими руками

Помимо антенн, излучающих и принимающих линейно поляризованные волны, на практике применяются антенны с круговой поляризацией, у которых электрический и маг­нитный векторы поля при распространении вращаются с ча­стотой, равной несущей.

По аналогии с оптикой антенны, у которых электрический вектор вращается по часовой стрелке, если рассматривать луч идущим на наблюдателя, называются левополяризованными, а антенны с противоположным вращением называ­ются правополяризованными.

Волну, поляризованную по кругу, можно рассматривать как результат наложения двух волн одинаковой амплитуды и частоты, линейно поляризованных в двух взаимно-перпен­дикулярных плоскостях и распространяющихся в рассматри­ваемом направлении со сдвигом фаз в 90°. Поэтому, если взять два взаимно-перпендикулярных вибратора, несущих токи равных амплитуд, но сдвинутых по фазе на 90°, то в направлении, перпендикулярном плоскости этих вибраторов, будут распространяться волны, поляризованные по кругу, как это показано на рис. 75. В других направлениях будет эллиптическая поляризация, а в плоскости вибраторов — ли­нейная, совпадающая с плоскостью вибраторов.

Волны, поляризованные по кругу, можно получить и по­средством синфазно питаемых небольшой круглой рамки (кольцевой антенны) с равномерным распределением тока и полуволнового вибратора, размещенного в ее центре, обеспе­чив при этом определенные соотношения токов в обеих антен­нах (рис. 76).

Синфазно питать кольцевую антенну и вибратор с соблю­дением требуемых соотношений токов весьма трудно. Однако модель антенны из вибратора и кольца подсказывает конст­рукцию в виде спирали.

Если спираль будет иметь такие размеры, при которых распределение тока в ней будет равномерным, то при соблюдении условия 2pR = , где R — радиус спирали, d — ее шаг, а l— длина волны, излучение ее в экваториальной пло­скости (плоскости, перпендикулярной ее оси) будет поляри­зованным по кругу.

При практическом осуществлении подобных антенн воз­никают трудности в получении равномерного распределения тока по спирали. Чтобы избежать их, спираль делают многозаходной из коротких проволочек. На рис. 77 приведены оптимальные размеры такой спиральной антенны, при соб­людении которых антенна обладает тороидальной характе­ристикой излучения (см. рис 8) с максимумами в направ­лениях, перпендикулярных ее оси.

Когда окружность спирали становится приблизительно равной длине рабочей волны, то излучение остается поляризованным по эллипсу и имеет максимум в направлении оси спирали.

Действительно, если выбрать радиус спирали таким обра­зом, чтобы в каждый момент времени области положитель­ных и отрицательных зарядов находились в противополож­ных точках диаметра витка спирали, то с течением времени заряды будут перемещаться вдоль спирали и электрическое поле, перпендикулярное оси спирали, будет вращаться, при­нимая круговую или близкую к ней поляризацию.

Если шаг спирали 8 (рис.78) выбран так, что излучения от отдельных элементов витков совпадают по фазе в беско­нечно далекой точке, лежащей на оси спирали, то макси­мальное ее излучение будет направлено вдоль оси.

Детальные экспериментальные исследования показывают, что подобные спиральные антенны с осевым излучением обладают хорошими диапазонными свойствами. На рис. 79 приведены экспериментально снятые диаграммы направлен­ности спиральной антенны, имеющей следующие размеры (в обозначениях, данных на рис. 78): D = 0,31l₀; d = 0,24l₀; S = 1,44l₀, где l₀ — средняя волна диапазона. Эта антенна обладает вполне удовлетворительными диаграммами при изменениях рабочей волны в пределах от 0,75 до 1,25l₀. Что же касается ее входного сопротивления, то результаты измере­ний показывают, что коэффициент бегущей волны (КБВ) в 125-омной линии изменяется в пределах от 0,7 до 0,97 в полосе частот ±25% от опти­мальной.

Приведенные выше размеры спирали не являются очень критичными, поэтому на практике можно встретиться со спи­ральными антеннами и других размеров. В 1953 г. индийским ученым Чаттерджи были предложены спи­ральные антенны с переменным диаметром намотки. Такие антенны по­лучили название конических спиралей. Достоинством конических спи­ральных антенн, является большая диапазонность, чем у цилиндриче­ских спиралей.

Коэффициент усиления спиральных антенн, работающих в режиме осевого излучения, может быть определен по сле­дующей приближенной формуле:

G = 15 (43)

где L — длина одного витка спирали;

d — ее шаг;

п — число витков;

l — длина волны.

При работе спиральной антенны с линейно поляризован­ной антенной ее коэффициент усиления будет ^{примерно} в два раза меньше, чем это дается формулой (8), так как в ней коэффициент усиления определен по отношению к изотропному излуча­телю с круговой поляризацией.

Что касается углов раствора главного лепестка и входных сопротивлений антенн, то они могут быть оценены по сле­дующим формулам:

1) угол раствора лепестка между точками половинного значения мощности

F₀ = q₀ = 52^о ; (44)

2) ширина диаграммы между первыми нулями

υ₀ =115^о(45)

3) входное сопротивление

R_А≈ 140 Ом (46)

Для получения более высоких коэффициентов усиления применяют параллельное включение нескольких синфазно питаемых спиралей (рис. 80). Спиральные антенны исполь­зуются также в качестве элементов возбуждения других ти­пов антенн.

На очень коротких волнах для получения волн с круговой поляризацией вместо спиралей применяют рупоры специаль­ной конструкции, схематическое устройство одного из вари­антов которых показано на рис. 81. Этот рупор возбуждается питающим волноводом 1 с основной магнитной волной Н₁₀, но между рупором и волноводом выставлены плавный пере­ход 2, поворачивающий рупор на 45° относительно оси волновода, и фазирующая секция 3. В результате поворота вол­новода на 45° волна, входящая в фазирующую секцию 3,разлагается на две взаимно-перпендикулярные составля­ющие.

Для получения круговой поляризации необходимо еще сдвинуть обе составляющие на 90° относительно друг друга. Эту задачу и выполняет фазирующая секция 3, помещенная между плавным переходом 2и рупором 4.

Существует два основных типа фазирующих секций. В первом из них нужный сдвиг фаз обеспечивается за счет разности фазовых скоростей обеих составляющих волн Н₁₀ и Н₀₁, получающейся за счет различия поперечных разме­ров фазирующей секции, представляющей в этом случае волновод прямоугольного, но не квадратного сечения.

При другом способе в фазирующую секцию вставляется продольная диэлектрическая пластинка 5, которая конструи­руется так, чтобы она влияла лишь на фазовую скорость одной из волн.

Фазирующие секции второго типа могут быть прямоуголь­ными, квадратными или круглыми.

Пиратство и технологии, йо-хо-хо!

Поиск по этому блогу

SATCOM и пираты

Итак, дорогие мои любители пошалить и доставить болей в части тела, где спина переходит в ноги, нашим спецслужбам. Сегодня мы будем говорить о резервных спутниках НАТО, которые хотели бы уйти на отдых, но мы им этого не позволим, ибо не положено таким хорошим вещам быть бесхозными и простаивать.

Есть такие геостационарные ретрансляторы SATCOM, первый из которых вывели на орбиту в 70тые годы и активно использовались ВМФ США, но позже за ненадобностью и ненадежностью списали в запас. Из себя эти спутники в грубом формате представляют ретрансляторы сигнала, что позволит нам общаться на довольно-таки дальних расстояниях, что невозможно с простыми рациями. Да, я помню что есть интернет, всякие телефоны и прочее. Но это решение автономно и оно будет работать даже если отрубят свет и интернеты благодаря простому генератору, который мы в одной из будущих статей соберём.

Эти спутники уже начали использовать южноамериканские фермеры ввиду отсутствия нормального покрытия сотовой связи и халявности данного решения, там они обсуждают свои урожаи и всякие бытовые мелочи по типу какая это боль, когда Аргентина-Ямайка 5-0

А почему это все не пресекается, почему нарушителей не наказывают? А все потому, что очень трудно отследить, и многие хулиганы как Неуловимые Джо из анекдотов. Пеленговать их сильно затратно и не окупается. Вот поэтому вояки смирились и запустили новую, защищенную систему связи на новых спутниках.
Спутник FLEETSATCOM-2 покрывает значительную часть Евразии и Африки, вот он нам и интересен. Его одно время использовали итальянские радиопираты, но вроде как им это поднадоело сейчас. На фото американские вояки и антенна для работы через спутники Satcom.

Для приема нам понадобится радиоприемник (радиостанция) диапазона 200 – 300 МГц и антенна типа Яги. Для уверенной работы нужна антенна типа кросс-яги либо спиралевидная, с круговой поляризацией (в идеале). Даже была найдена картинка как сделать такую приблуду своими очумелыми ручками.
Радиостанции диапазона 200 – 300 МГц должны быть в продаже у китайцев, так как этот диапазон в штатах является любительским. В прошлом году я пробовал принять сигнал с этих спутников при помощи китайца Baofeng UV5r раскрытого до 270МГц и 3 элементной портативной Яги. Однако, не услышал ничего, кроме несущей частоты (пустой сигнал, без модуляции). На этих частотах у радиостанции сильно упала чувствительность, так что нормальной работы не добиться без нужной антенны, кто желает может либо сделать сам либо купить готовые.
Частотный разнос, прием-передача у данных спутников бывает от 30 до 41 Мгц. Например: на спутник передача 297,950 Мгц, а слушать прием нужно на 256,950 Мгц, на этих частотах русскоговорящие часто слушают.
На картинке ниже карта покрытия и расположения американских спутников-геостационаров.

Все бы хорошо, вроде халявные ретрансляторы, покрывающие целые материки и все такое, НО! Частоты, которые используются этими спутниками на территории СНГ, не являются ни радиолюбительскими, ни гражданскими тем более. А значит есть шанс, что в случае самовольной передачи на этом диапазоне могут приехать из частотнадзора (или местного уполномоченного органа) на пативене и наказать хорошим штрафом термоанальной профилактикой с помощью паяльника. А вот слушать их можно сколько угодно, это вполне легально. Для приема подойдет RTL SDR приемник (который можно купить и китайцев за гроши) и направленная антенна. Судя по фоткам оборудования, с головой хватать должно 3 элементной Яги. Мощность бортового передатчика этих спутников – 50 ватт, сигнал должен быть мощным.

Поток естественно нигде не шифруется, хотите что бы ваш разговор был конфиденциальным и доставить ещё немного болей в черные шахты спецслужб, используйте скремблеры.

Ссылки частот транспондеров:
Раз
Два

Сделать антенну своими руками – это хорошая идея. Не придётся тратиться на покупку готового изделия, да и привлекать злоумышленников красивой тарелкой или добротной радиоустановкой не хочется.

Если вы имеете частный дом или дачный участок с маленьким гаражом, вы можете самостоятельно изготовить телевизионную антенну буквально за 20-30 минут. Телевизор – это не только источник информации, но и особенная атмосфера уюта и домашности.

Типы телевизионных антенн

Телевизионная антенна – это прибор, специально предназначенный для приёма эфирного вещания телевизионных сигналов, которые передаются на частотах от 41 до 250 МГц в УКВ диапазоне, и от 470 до 960 МГц в УВЧ группе.

Телевизионные антенны бывают двух видов:

• Внутренние – расположенные сверху или рядом с телевизором;
• Наружные – установленные на крыше или чердаке дома.

Наружные антенны более сложные в изготовлении и монтаже, но такие приборы необходимы для адекватного приёма в периферийных зонах, удалённых от телевизионных станций.

Также антенные приборы делятся на:

• Активные, которые дополняются усилителем и требуют подключения к источнику электрического питания;
• Пассивные, которые усиливают сигнал только благодаря особенностям конструкции.

Наружная телевизионная антенна представляет собой прибор с высокой мощностью на входе, она имеет однонаправленную интенсивность излучения, поэтому её дальний конец всегда должен смотреть на вещательную станцию.

По длине волн, которые способны принимать телеантенны, их делят на три группы:

• МВ-антенны – такие приборы принимают очень длинные метровые волны, размер которых может быть от 0,5 до 1,5 м;
• ДМВ-антенны – эти устройства работают в дециметровом диапазоне, в котором длина волн находится в диапазоне от 15 до 40 см. Именно в этом охвате подаётся цифровое телевидение (ДТВ);
• Широкополосные антенны – это гибридная конструкция, в которой устанавливают и МВ, и ДМВ элементы. Такие радиоустановки применяются для приёма цифрового и аналогового вещания одновременно.

Чаще всего используют конструкцию наружной телеантенны, основанной на лог-периодической дипольной матрице. Такие изделия состоят из нескольких полуволновых элементов, состоящих из металлических стержней. Они действуют как резонаторы, в которых энергия накапливается за счёт радиоволн, которые заставляют двигаться электроны и создают устойчивые волны колебательного напряжения. Антенна может иметь разное количество стержневых элементов: чем больше, тем выше её коэффициент усиления.

Другая популярная конструкция, используемая в основном для приёма УВЧ – это отражающая TV-антенна. Такой прибор состоит из вертикального металлического экрана с несколькими дипольными элементами, установленными перед ним.

Полосы телевизионного вещания, которые должны быть охвачены одной антенной, слишком широки по частоте, поэтому для диапазонов УКВ и УВЧ используются либо отдельные антенны, либо комбинированные устройства. В таких конструкциях имеются два типа элементов: длинные, которые улавливают МВ (они расположены сзади антенной стрелы и часто функционируют как лог-периодическая антенна) и короткие элементы, которые улавливают вещание УВЧ (их располагают спереди стрелы).

Когда вы слушаете радио, то замечаете, что местные каналы можно легко настроить в FM- или УКВ-диапазоне, а вот поймать на них далёкое зарубежное вещание не получится, для этого приёмник нужно переключить на режим СВ и КВ.

Это говорит о том, что метровые, средние и короткие волны хорошо передаются на большие расстояния, а ультракороткие и дециметровые сигналы имеют малую зону покрытия. Однако недостаток ДМВ-диапазона, в котором работает наше цифровое телевидение, сводится к минимуму благодаря двум вещам:

• Во-первых, наличию большого количества вышек;
• Во-вторых, способностью больших объектов отражать сигнал.

Если вы живёте в частном доме рядом с высоткой, то телеантенну правильнее направлять не на далёкую вышку, а на соседний дом, который отлично отражает волны. Правильный выбор направления во многом определяет качество TV-сигнала.

Материалы и расчёт

Как и из каких предметов и материалов можно сделать антенну в домашних условиях? Давайте рассмотрим ТОП-5 самых интересных вариантов:

• Мощная антенна из коаксиального кабеля;
• Всеволновая антенна из проволоки;
• «Бабочка»;
• «Восьмёрка» или зигзаг;
• Антенна из пивных банок.

Трубка, прут или проволочная нить из меди или алюминия – это отличные материалы для изготовления антенны. Они податливы, хорошо гнутся и отлично держат форму. Можно использовать любые токопроводящие металлические изделия: провода, уголки, прутья, полоски и т.д.

Коаксиальный кабель имеет те же свойства, что и медный, но стоит значительно дешевле, а, кроме того, коаксиал ещё и механически прочен, что немаловажно именно для антенной конструкции. Чтобы сэкономить, можно воспользоваться кусками провода, которые имеются в вашем домашнем хозяйстве или купить в магазине в отделе неликвида.

Прежде всего, давайте определимся с размером антенны. Длина антенного кабеля (L) рассчитывается в зависимости от частоты вещания. Для расчёта нам понадобится два значения:

• Скорость прохождения волны в вакууме ≈ 300 миллионов м/с;
• F – частота приёма (частоты цифрового телесигнала лежат, как правило, в диапазоне 500-800 МГц).

Если параметр частоты берём в МГц, то искомое значение длины волны будет в метрах. Расчётный параметр скорости света – 300. Рассчитать длину волны в кабеле можно по простой формуле:

Пример расчёта: пусть цифровое вещание ведётся на средней частоте 610,5 МГц. Тогда средняя длина волны = 300/610,5 = 0,491 м. Именно такой должна быть длина антенной петли.

Для приёма цифрового сигнала точно рассчитывать длину волны необязательно, можно просто сделать конструкцию изделия более широкополосной.

Изготовление и расположение

Сегодня всё телевидение подаётся в цифровом формате, от аналога скоро совсем откажутся. Старые антенны практически не функционируют с сигналами DVB, поэтому создавать нужно именно дециметровую антенну.

Передача цифрового ТВ в формате DVB-T2 проводится в диапазоне ДМВ, и так как сигнал вещается в цифре, то его приём будет всегда в хорошем качестве либо его попросту не получится поймать, и сигнала не будет совсем. Помехи, искажения или нечёткая картинка – это свойственно только аналоговому телевидению.

Кодирование DVB (Digital Video Broadcasting) нечувствительно к электромагнитным помехам, однако, при сильнозагрязнённом эфире в нём может происходить рассогласование сигнала, из-за чего изображение может зависнуть или полностью рассыпаться. Поэтому эффективнее антенну выводить за пределы дома: за окно, на крышу, на балкон.

Для уменьшения количества помех, сзади антенны можно соорудить отражатель (рефлектор). Для антенной конструкции подойдут самые простые материалы с металлизированной тонировкой: фольга, упаковка из-под кофе или сока, жестяная банка, компакт-диск и т.д. Чтобы отражатель имел узконаправленное действие, то форму рефлектора можно сделать параболической. Хотя это больше актуально для аналоговых приёмников, но при слабом уровне цифрового сигнала рефлекторы тоже выручают.

И последний совет: опытные инженеры рекомендуют все соединения антенны пропаивать, а не просто скручивать или привинчивать, так как со временем они будут окисляться и влиять на качество приёма. Внешние антенны, изготовленные своими руками, лучше покрывать краской, она более надёжно защитит вашу конструкцию от неблагоприятных погодных факторов.

Для соединения антенных элементов лучше использовать паяльные аппараты мощностью 36-40 ватт, флюс и мягкие припои.

Антенна из коаксиального кабеля

Для создания такого варианта антенны потребуется около 0,5 м самого обычного телевизионного кабеля маркировки «РК-75». Один конец изолированного провода нужно зачистить для подключения в гнездо ТВ (надевается F-коннектор и переходник для подключения к TV), а на втором будем создавать круглую антенну.

Отступите 5 см от края и уберите верхний слой изоляционного пропиточного состава. Затем снимите обмотку и с центральной токопроводящей жилы кабеля и плотно скрутите оставшиеся проволочные нити в один жгут.

Дальше, отступите 22 см от подготовленного края кабеля и снимите 2 см внешней изоляции вместе с экранированной фольгой и оплёткой, не затрагивая изоляцию центральной жилы.

От этого места отмерьте следующие 22 см и прорежьте внешний слой изоляции до экранированной фольги. Теперь нужно соединить кабель в кольцо: для этого первый подготовленный конец уверенно прикручиваем к только что созданному разрезу. Вот и всё – у вас в руках находится мощная антенна из коаксиального кабеля, изготовленная своими руками.

Подключите её к телевизору и запустите настройку каналов. Такая антенна считается хорошим вариантом для приёма цифрового телевидения. Установить антенну лучше за окном и со стороны телевышки, так как стены здания могут заглушать искомый сигнал. Вы можете самостоятельно экспериментировать с её положением.

Всеволновая антенна

ТВ-антенна может иметь разную форму. Например, из медной проволоки диаметром 2-5 мм можно соорудить всеволновую антенну в форме двух разносторонних элементов. Такие приборы отличаются частотонезависимостью, поэтому весьма популярны среди дачников. ЧНА-устройство можно соорудить буквально за час и получать хороший уровень сигнала вдали от телевизионных центров.

Для этого понадобится:

• Эмалированная медная проволока;
• 2 металлические конструкции в форме равнобедренного треугольника;
• 2 деревянные или пластиковые рейки.

Вместо металлических треугольников можно использовать упругий фольгированный слоистый пластик, из которого нужно будет вырезать треугольники (или оставить треугольную форму медного покрытия).

Ширина и высота антенны должна быть идентичной. Полотна устанавливаются под прямым углом и фиксируются с помощью паяльника. Прокладывать кабель ЧНА-антенны нужно к точке нулевого потенциала, которая находится на пересечении кабеля с вертикальной направляющей. Причём его необходимо привязать стяжкой, а не припаивать.

Расстояние между соседствующими проволочными нитями должно быть 25-30 мм, а между пластинами — не больше 10 мм. Антенную конструкцию лучше устанавливать внутри окна на 150 см. Уловитель сигнала в форме двух расширенных элементов, который вы только что самостоятельно изготовили, будет уверенно принимать все ДМВ и МВ каналы. Если вы живёте в зоне с плохим уровнем сигнала, такой прибор целесообразно будет дополнить усилителем.

Простая антенна для приёма цифрового ТВ

Ещё один полезный тип домашней антенны на дачу – «бабочка». Это совсем несложная конструкция, для создания которой понадобится:

• Доска или фанера около 60 см в длину и 7 см в ширину, толщина около 20 мм;
• Медный экранированный провод с 4-миллиметровым сечением жилы;
• Коаксиальный кабель «РК-75»;
• Шайбы, саморезы, паяльник.

Ниже мы приведём схему разметки, по которой нужно сделать основу антенны-бабочки.

После этого подготовьте 8 отрезков медной проволоки, длина каждого – 37,5 см. Отступите 17,75 см и в центре каждого отрезка снимите 2 см изоляционного слоя. Придайте им V-образную форму таким образом, чтобы концы элементов находились на расстоянии 7,5 см друг от друга (такая форма считается оптимальной для качественного и чёткого приёма телесигнала).

Следующий шаг – подготовьте ещё два проволочных элемента длиной около 22 см. Разметьте каждый элемент на 3 равные части и зачистите между полученными отрезками изоляцию провода.

Ещё два небольших отрезка провода нам потребуется для того, чтобы соединить антенну с гнездом.

Теперь остаётся просто собрать все подготовленные элементы в единую конструкцию и припаять кабель к штекеру.

Вот так легко можно самостоятельно изготовить эффективную антенну-бабочку для приёма цифрового телевещания.

Антенна «восьмёрка»

Следующий вариант создания простой телевизионной антенны дециметрового диапазона имеет название от формы своей конструкции «восьмёрка» или «зигзаг». Такое устройство будет надёжно улавливать сигнал даже в отдалённой деревне.

Для того чтобы изготовить наружную антенну для цифрового телевидения своими руками, вам понадобится:

• Усилитель (можно использовать любой старый);
• 2 куска медной проволоки (по 180 см каждый);
• Пластина (дерево или металл) 15*15;
• ТВ-кабель;
• Железная мачта для возвышения антенны.

Прежде всего, создаём тело уловителя: из медной проволоки формируем два ромба с оптимальным размером стороны 45 см каждая. Концы двух элементов крепим к пластине: формируем кольцо из жилы и слегка расплющиваем его, прикручиваем болтами или припаиваем посредством паяльного аппарата.

Подключаем усилитель и вставляем штекер кабеля в разъём. В общем-то, всё. Останется готовую конструкцию установить на возвышенную мачту, которую нужно надёжно вкопать в землю.

Для изготовления уличной антенны для телевизора подойдёт любой токопроводящий материал надлежащего сечения: медные или алюминиевые трубки, полосы или профильный элемент толщиной от 1 до 5 мм. Главное, придать телу антенны правильную форму.

Антенна из банок из-под пива

Эфирные антенные устройства можно создать из многих простых материалов, которые используются в домашнем обиходе, даже из обычных банок, в которых продают газированные напитки. Такой мини-приёмник не будет сильно мощным, но около 7 каналов вы сможете поймать, причём не только в ДМВ-диапазоне, но и в более длинном – МВ.

Есть одно важное условие: жестяные банки должны быть ровными, не ребристыми, чистыми и сухими. Суть такой конструкции очень проста: к кабелю нужно просто припаять 2 банки и расположить их по разные стороны на деревянной основе.

Количество банок можно использовать разное, считается, что оптимально создавать 3 или 4 линии банок, так как 1-2 линии улавливают сигнал слабо, а более 5 линий трудно согласовать. Кроме банок, нужно подготовить следующие материалы:

• Около 5 метров обычного ТВ-кабеля с маркировкой «РК-75»;
• Деревянная или пластиковая конструкция-основа;
• Несколько саморезов, изолента, и паяльный аппарат.

Для начала нужно подготовить ТВ-кабель: отступите 10 см от края, сделайте неглубокий надрез и снимите верхний слой изоляции. Внутренний плетёный экран аккуратно скрутите в единый жгут. С этой же стороны кабеля удалите пластиковую изоляцию и оголите центральную жилу. На противоположный конец кабеля нужно подсоединить штекер.

Далее, нам нужно будет соединить коаксиальный кабель с банками. Для этого лучше использовать маленькие саморезы-блошки для гипсокартона: прикрутите к одной банке скрученную оплётку кабеля, а ко второй банке – медную жилу. Для лучшего контакта соединения можно пропаять.

Теперь следует закрепить банки на деревянной планке-основе. Это можно сделать при помощи обычного скотча, изоленты или клея-пистолета, использовать для этого можно даже обычную вешалку для одежды или любую ровную подручную конструкцию. Главное, чтобы металлические банки были одной формы, одного размера (объёма) и располагались строго на одной линии. Расстояние между жестяными элементами, как и место установки антенны, подбирается экспериментальным методом.

Улучшить конструкцию можно, создав решётку из нескольких линий с банками, а если есть такая возможность, то подключить и усилитель. Если самодельная антенна из пивных банок будет стоять на улице, то её элементы придётся спрятать в пластиковые бутылки большего размера.

Длина кабеля влияет на гашение сигнала: чем длиннее размер шнура, тем сильнее гасится эфирная передача. Особенно это актуально для приёма метровых волн.

Настройка и поиск каналов

Сегодня цифровое телевидение предлагает нам целых 22 телевизионных канала в двух пакетах, а в некоторых столичных районах их даже больше. Настроить их в своём телевизоре или приставке будет достаточно просто.

В DTV-эфире на 1 частоте вещается не один канал, как когда-то было в аналоговом эфире, а до 10 каналов в одном пакете или мультиплексе. Например, на частоте 43 можно принимать 10 TV-каналов и 3 радиостанции. Поэтому настройка цифрового вещания задействует всего 2 частоты. Однако частотный параметр каналов будет разным для различных районов.

Если вы используете антенну, созданную своими руками, в зоне хорошего уровня сигнала, то особых рекомендаций по настройке каналов нет. Вы просто включаете в своём телевизоре функцию «Автоматический поиск каналов» и приёмник находит все доступные каналы в цифровом и аналоговом эфире.

Если зона вашего местонахождения не слишком благоприятная для ТВ-эфира, и автопоиск не дал результатов, тогда нужно выполнить такие действия:

1. Проверьте, в какую сторону смотрит ваша антенна. Она должна быть повёрнута в сторону телевизионной вышки или направлена на ближайший высотный дом. Если вы не знаете, в какой стороне стоит вещательная база, обратите внимание на антенны соседей (но не смотрите на спутниковые тарелки, которые ловят сигнал от спутников).
2. В настройке каналов установите ограничение: искать только цифровые каналы (или DTV). Хорошо, если вы знаете параметр частоты, тогда можно зайти в режим ручной настройки каналов, с пульта набрать номер канала, на котором ведётся трансляция пакета, и на дисплее должна появиться шкала уровня сигнала в процентах. Меняйте положение антенного прибора и смотрите, как будет меняться стабильность данного показателя.

Изменение уровня сигнала при повороте антенны будет меняться не моментально, а спустя 5-10 секунд. Поэтому делайте паузы при смене положения уловителя.

Когда вы получите наилучший уровень сигнала, запустите поиск цифровых каналов и сохраните настройки. Тот же алгоритм действий произведите для поиска второго мультиплекса. Если ситуация совсем печальная и ни один способ не дал результатов, возможно, потребуется сделать конструкцию вашей антенны помощнее или дополнить её усилителем.

Антенны бывают разных форм и размеров, каждая из которых предназначена для конкретной ситуации. Некоторые представляют собой узконаправленные устройства, в то время как другие предназначены для широкого радиомониторинга, с различными возможностями диапазона.

В антенне нет решения «единого размера для всех». Хорошо спроектированные антенны настроены на определённые частотные диапазоны и предназначены для индивидуальных географических задач. Только экспериментальный подход будет эффективным и увеличит ваши шансы на успех.

Общение

APRS, D-star и другие темы, более 15000 сообщений.

Личные сообщения

Можно общаться напрямую с интересными людьми.

Надежная защита форума

Мы следим за безопасностью форума, быстро реагируем на все заявки.

ТЕМА: Работа через спутники в поле

Работа через спутники в поле 22 Авг 2014 15:40 #1

ДМВ антенна своими руками

Для уверенного приема телепрограмм в диапазоне дециметровых волн рекомендую использовать двухспиральную антенну, изготовление которой своими руками под силу даже новичку. Имея линейную поляризацию, достаточно узкую диаграмму направленности (ширина лепестка в горизонтальной плоскости менее 35°) и коэффициент усиления, почти равный 22 dB, такое устройство компактнее широко известных многоэлементных конструкций типа «волновой канал», а по полосе пропускания значительно превосходит их!

Обычной спиральной антенне с числом витков более трех свойственна круговая поляризация. Возникает она там, где диаметр каждого из витков активного элемента приблизительно равняется (с учетом коэффициента укорочения) 0.31λ., где λ — длина волны, на которую должно рассчитываться данное устройство. Однако если воспользоваться не одним, а двумя активными элементами, имеющими противоположную друг другу навивку (когда одна спираль закручивается слева направо, а вторая, наоборот, справа налево), то появляется возможность достаточно эффективно излучать или принимать линейно поляризованные волны.

Для получения односторонней диаграммы направленности и увеличения коэффициента усиления такая антенна снабжается рефлектором. Устанавливается он, как правило, за 0,13 λ до места припайки (начала) спиралей.

К немаловажным конструктивным параметрам относится и угол навивки спиралей, который рекомендуется выбирать в пределах от 6 до 24°. Но чаще всего ограничиваются одинаковым подъемом в 14°, которому при диаметре витка 0,31 λ соответствует шаг спирали, равный 0,24 λ.

Устройство с такими геометрическими размерами обладает широкой полосой пропускания. При допущении максимального коэффициента стоячей волны соотношение частот, в пределах которых антенна работает удовлетворительно, определяется как 1:1,6. Ну а входное сопротивление почти не имеет реактивных составляющих и обычно составляет 120-150 Ом.

1 — стержень-фиксатор (гетинакс или текстолит, 2 или 4 шт.); 2 — спираль правая (медный провод диаметром 2…4, L6180); 3 — втулка приварная (2 или 4 шт.); 4 — рефлектор (стальной оцинкованный лист, s1); 5 — устройство согласующее (паяная конструкция из двух одинаковых отрезков коаксиального кабеля РК100); 6 — фидер (коаксиальный кабель РК75); 7 — спираль левая (медный провод диаметром 2…4, L6180);

Разумеется, практика вносит в эти обобщенные рекомендации свои коррективы, и предлагаемая разработка — не исключение. Примером уточнения могут служить, в частности, активные элементы. Ими в конструкции приемной антенны ДМВ являются две спирали из 6180-мм отрезков медного провода диаметром 2-4 мм. Каждая содержит по 12 витков. Навивка — противоположная, выполняется на трубе или цилиндрической болванке (например, банке из-под краски) с тем расчетом, чтобы впоследствии при шаге 127 мм внешний диаметр витков равнялся 164 мм.

В качестве опор для спиралей используются гетинаксовые или текстолитовые стержни (по одному или по два на спираль) с заранее просверленными под витки отверстиями. Стержни вставляются с натягом в металлические втулки, приваренные торцом к рефлектору — стальному оцинкованному листу размерами 1300x500x1 мм.

Согласование входа такой антенны с волновым сопротивлением 75-омного фидера осуществляется с помощью одинаковых отрезков коаксиального кабеля РК100. Оплетки соединяются симметрично с рефлектором, а спирали — со своей центральной жилой. Если оси обеих спиралей размещаются в горизонтальной плоскости, то антенна имеет горизонтальную поляризацию, а при расположении одна строго над другой — вертикальную.

Как утверждают специалисты, работающие в области теории антенно-фидерных устройств и распространения радиоволн, можно обойтись и без согласующих элементов, если вместо противоположной использовать одинаковую навивку обеих спиралей. Однако это будет уже другая антенна с круговой поляризацией.

---

Простейшая телевизионная антенна своими руками                  Петлевая антенна своими руками 

 

Считается, что спиральная антенна характеризуется круговой поляризацией, но мнение ошибочно. В действительности структура витков такова, что принимаются волны и с линейной поляризацией. Это удобно, когда присутствует возможность работать на любой структуре волны. И спиральные антенны используются как облучатель зеркал на спутнике. Для радиолюбителей недостаток в том, что волна с линейной поляризацией ослабляется на три децибела, как известно, в радио и телевещании другого не используется. В стране спиральный облучатель уместен лишь для ловли НТВ+ со спутника, там метод не используется. Ряд специальных применений указанных антенн обсуждать не станем. Впрочем, запросы по теме встречаются в сети. Кому пригодится спиральная антенна, свитая из проволоки и одетая на кусок трубы, ответить не беремся, даже в сборнике работ радиолюбителей этот класс изделий отсутствует напрочь.

Как собрать спиральную антенну

Спиральная антенная напоминает инфракрасный обогреватель специфической конструкции. В СССР военные заводы выпускали приборы бытового назначения. Отсюда сходство параболических тарелок и обогревателей. Для сборки понадобится узнать диаметр и шаг намотки проволоки, количество витков. Из материалов понадобятся:

1. Стальной лист для экрана, произвольной толщины, чтобы не гнулся от ветра и прочих коллизий.
2. Отрез проволоки, чтобы хватило намотать витки с запасом.
3. Питающий кабель: для телевидения 75 Ом, для радио 50 Ом.
4. Труба пластиковая нужного диаметра.

Спиральные антенны относятся к классу бегущей волны, сопротивление устройств велико, чтобы, правильно рассчитав устройство, подключить без согласования. Сначала размечается труба, с запасом, чтобы удалось воткнуть в экран и приклеить. Вдоль оси (лучше с двух сторон) размечается шаг намотки. В будущем риски используются для выравнивания. Отступите спереди пару-тройку сантиметров, начинайте работать маркером. Обратите внимание, что с обратной стороны виток смещается ровно на полшага.

Спираль наматывается на трубу без учета шага, с нужным числом витков. В дальнейшем, начиная с первой риски, нужно растянуть проволоку правильным образом. Чтобы не происходило смещения в дальнейшем, следует правильное положение зафиксировать каплями клея. Примерно по три-четыре на виток. Тем временем изготовим экран.

Выбирайте квадрат со стороной порядка пяти диаметров трубы намотки. Нет разницы, какова толщина стали, выдерживайте прочностные характеристики. В собранном виде экран перпендикулярен трубе.

Для электрической сборки следует в области окончания спирали (основание трубы) просверлить отверстие и проволоку пропустить внутрь. За экраном в боковине проделываем дополнительную дыру, куда пропускаем оплетку питающего кабель. Электрически центральная жила соединяется со спиралью, экран фидера с экраном антенны. Образуется конструкция для приема и передачи волн. Труба со стальным экраном соединяются клеем-герметиком по уголку, чтобы обеспечить строгую перпендикулярность деталей. Ключевые моменты:

• Спираль и экран изготавливаются из проводящего материала, к примеру, меди.
• Труба из диэлектрика.

Расчет спиральной антенны

Спиральные антенны хороши способностью ловить любой тип волны, используемый в наземном вещании. Однако для ловли радио следует ось направить вверх, экран же расположится горизонтально. Устройству присущи ярко выраженные направленные свойства, не ждите, что получится охватить ряд вышек из одной точки. Не так просто. Диаграмма направленности зависит от габаритов спиральной антенны и сильно:

1. Если длина витка много меньше длины волны, преобладает боковое излучение, поперек оси антенны. Причем поляризация не круговая.
2. В идеальном случае длина витка укладывается в рамки 0,75 – 1,3 длины волны. В этом случае наблюдаем главный лепесток диаграммы направленности, смотрящий вперед. Разумеется, необходим экран.
3. Если длина спирали больше 1,5 длины волны, образуется два лепестка, направленных в переднюю полуплоскость. Точнее говоря, получается нечто, напоминающее конусную поверхность.

Косвенно (по второму пункту) читатели уже составили представление о диапазоне. В два раза полосу расширим, применяя не цилиндрическую, а конусную спираль (коническая спиральная антенна). Рекомендуем онлайн калькулятор на сайте http://aerial.dxham.ru/onlajn-raschety/raschety-antenn/raschet-spiralnoj-antenny. Здесь предлагается задать частоту, шаг намотки спирали и длину излучателя:

• От длины намотки спирали зависит ширина главного лепестка диаграммы направленности. Варьируйте число витков и наблюдайте за параметром (находится в низу страницы калькулятора). Едва приметно меняется диаметр намотки спирали. Этому нет объяснения, создателям калькулятора виднее. Разумеется, понадобится больше меди, что отражается в соответствующих параметрах.
• Добавим, что с увеличением длины растет и усиление. Это типичный эффект: сужается лепесток – растет усиление. Площадь диаграммы направленности – величина постоянная. Как говорил Ломоносов, если в одном месте чего прибудет, в другом непременно убыть должно. Заметьте, что с ростом витков едва приметно падает ширина полосы пропускания.
• От шага намотки зависит усиление: чем больше цифра, тем ниже усиление, тем уже диаграмма направленности. На наш взгляд это ошибка авторов, потому что выходит, что выгоднее мотать плотно. Вдобавок проволоки уйдет меньше. Показаны исключительно преимущества, на практике подобное выглядит сомнительно.

Из полезных свойств этого онлайн калькулятора хотелось бы отметить расчет минимального размера экрана. А насчет шага уточните в справочниках, чем и займемся. Кстати, любопытен факт, что по умолчанию на сайте сразу стоит частота WiFi 2,45 ГГц. Здесь сегодня спиральные антенны часто применяются.

Нашли: усиление зависит только от числа витков. Шаг намотки рекомендуется выбирать 0,22 – 0,24 длины волны. На сайте это значение задаем в широких пределах. Предлагаем читателям выбрать шаг, варьируя число витков. Случается, что в отдельных калькуляторах встречаются ошибки, точной информацией владеет лишь веб-программист.

Кстати, в новом источнике сведения приведены, что экран размещается позади спирали на расстоянии 0,12 длины волны. При этом добавляется, что если диаметр экрана выбирается равным 0,8 длины волны и более, сторона квадрата еще больше: 1,1 λ. Ситуация не настолько очевидна, но представьте, что круг обязан вписаться внутрь – все встает на места.

Что касается согласования, сопротивление спиральной антенны сильно зависит от толщины проволоки и с ростом уменьшается. Возможно добиться цифры, равной 75 и даже 50 Ом. В данном случае согласования не требуется, что упрощает эксплуатацию. На высоких частотах это работает. К примеру, волновое сопротивление станет равным 75 Ом при толщине проволоки 5% длины волны. Получая 50 Ом, следует взять толщину проволоки 7% длины волны. Видите, что на частотах WiFi это реально, а значит, рассчитаем параметры так, избегая согласования.

Обратите внимание, в калькуляторе не дается возможности задать толщину провода, а с имеющимся волновое сопротивление равно 140 Ом. Вероятно, это профессиональная хитрость, по нашим сведениям кабель должен быть на 50 Ом на частотах WiFi. Зато легко проверить, выполняется ли зависимость от толщины провода. Приведем таблицу и сравним результат.

Итак, частота составляет 2450 МГц, находим длину волны по простой формуле:

λ = 299 792 458 / 2450 000 000 = 0,1223 метра.

Находим нужный диаметр провода для сопротивления 140 Ом:

0,1223 х 0,02 = 2,45 мм, проверим, совпадает ли это с онлайн калькулятором! Смотрим и видим: 2,4. Ну, если учесть, что без округления получилось 2,447 мм, то будем считать, что два источника повторяют друг друга, а значит указаниям по выбору шага намотки (см. выше) можно поверить. На этом считаем, что самодельная спиральная антенна готова, а также найдем толщину проволоки, при которой сопротивление станет равным 50 Ом: получается 8,5 мм. Причём на указанной высокой частоте сложно обеспечить требуемые условия. Посему целью самостоятельно сделать спиральную антенну чаще задаются компьютерщики.

Что касается нестыковок в калькуляторе, проверяйте читаемую в интернете техническую информацию несколько раз. Считаем, что ответили на вопрос, что такое спиральная антенна, и как сделать спиральную антенну. Плюс конструкции в простоте изготовления, если патчи нужно просчитывать, согласовывать, и не факт, что получится, здесь имеется неплохое устройство, удовлетворяющее заданным условиям, отсеивающее массу помех. С обеих сторон (на прием и передачу) стоят одинаковые антенны, чтобы работать с круговой поляризацией, в противном случае результат станет загадочно-непредсказуемым. Спиральная антенна, собранная самостоятельно – реальность.

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

Самодельная спиральная антенна для эфирного цифрового телевидения

  Этот тип антенн
хорошо подходит для дальнего приёма эфирного  телевизионного цифрового сигнала. Подкупает
простота изделия, всего две основные детали: отражатель из снегоуборочной
лопаты и спираль из мотка силового провода.

Ни одного паяного соединения, всё
на винтах и скрутке.  Нет сложных
согласующих элементов. Тем не менее, коэффициент усиления конструкции достигает
более 10 дБ, что позволяет использовать её в некоторых случаях без усилителя.

Именно на эту  антенну без усилителя я
принял за городом цифровой телевизионный сигнал.

Фото 1. Конструкция спиральной антенны.

 Хочу напомнить, что
любая дециметровая антенна годится для цифрового канала вещания, разница будет
только в дальности приёма.  Но не всякая
антенна обеспечит максимальный коэффициент усиления и согласования именно на нужной
частоте. Какая бы сложная антенна не была, она имеет провалы и пики усиления во
всём своём диапазоне принимаемых частот.

   Именно
спиральные антенны следили за полётом первого космонавта Юрия Гагарина.  Когда первые советские луноходы, ориентируя
спирали, бороздили поверхность Луны, я мечтал сделать такую же космическую
антенну.

 Нет ничего хуже
незавершенных дел. За основу выбираю самую простую из всех типов спиральных
антенн. Это однозаходная, спиральная, цилиндрическая (бывает ещё коническая),
регулярная, то есть с постоянным шагом намотки или одинаковым расстоянием между
витками. Таким образом, уже название антенны говорит о её конструкции. Именно
такую конструкцию впервые предложил  Kraus J.D.

«Helical  beam  antenna». – «Electronics»,
1947 год. V20, N4. Р. 109.

 Рекомендую для
радиолюбителей лучшую настольную книгу «Антенны»,
издание 11, том 2. Автор Карл Ротхаммель. В книге собрано много
практического материала почти всем видам антенн. Характеристики, параметры,
практические расчёты, рекомендации.

                
 Из этого издания я привожу характеристики
спиральной антенны.

 Необходимо узнать на
какой частоте в вашем регионе идёт цифровое вещание и значение этой частоты
перевести в метры. Длина волны в метрах = 300 / F (частота в МГц).

 Для московских частот
вещания двух цифровых пакетов, я выбрал среднюю частоту 522 МГц, что
соответствует длине волны  лямбда 57 см.
В этом случае диаметр витка равен D = 17,7 см, расстояние между витками
13,7 см, расстояние от экрана до витка 7,4 см, а ширина экрана должна уложиться
в 35 см.

   В
качестве экрана (отражателя) мне потребовалась неправильная снегоуборочная
лопата из красивой блестящей нержавейки, постоянно гнущейся под тяжестью снега.
Практика показывает, что отражатель не обязательно должен быть круглым, а
делать  сторону квадрата более двух
диаметров витка спирали нет смысла.

  Спираль
я сделал из сетевого силового провода диаметром около 2 мм, используя одну
из  его жил, не снимая с неё изоляцию,
так как она прозрачна для радиоволн, а медная проволока не окисляется в ней под
воздействием внешней среды. На практике толщина провода оказалась почти в 5 раз
меньше теоретической, вот почему диапазон антенны получился узким.

Не рекомендую сильно увлекаться длиной кабеля, особенно если антенна
без усилителя, так как в его каждом метре теряется от 0,5 до 1 дБ усиления и
длинному кабелю потребуется согласующее устройство. В своей конструкции я
использовал 3-и метра кабеля.

   Всего-то дел, намотать спираль, подсоединить к
проводнику спирали кабель и прикрепить всё это к полотну лопаты.

Но
диэлектрического цилиндра нужного диаметра для фиксации провода спирали у меня
не оказалось, и поэтому в качестве каркаса я использовал рейки и лист сухой
фанеры, перенеся на неё размеры антенны с эскиза.

Было бы круче, если бы
использовались черенки от лопат  вместо
реек и фанеры, но я собирал только макет, и мне было удобно сделать всё на
фанере. Когда обечайка стала обволакиваться проводом, самоделка была похожа на
корпус летательного аппарата.

Со стороны это выглядело менее безобидно, если бы
я стал гнуть витки из медной трубки, как хотел раньше. Как я уже говорил, такую
антенну удобно спрятать под конёк дома с крышей из мягкой кровли, андулина или
шифера, прозрачной для радиоволн.

Фото 3. Испытание макета антенны.

  Для проверки антенны я использовал комнату
мансарды, где с помощью лестницы приподнял самоделку поближе к потолку. В этом
месте раньше работала фазированная рамка с усилителем 35 дБ и с трудом покупная комнатная антенна с усилителем 30 дБ. Место испытание тоже. Владимирская
область, 90 км на восток от Останкино. Теперь здесь работает спиральная антенна
без усилителя. Она «видит» телецентр через: вагонку, пергамин, 10 см
базальтовой ваты, доску обрешётки, фанеру OSB, подстилочный ковёр, чешую мягкой кровли и сгусток гвоздей
разной длины.  Остаётся закрепить её ещё
выше, под конёк дома или разобрать, ведь это всего только макет.

Фото 4. Фанеру закрепил
пластмассовым уголком.

Фото 5. Размер и шаг предыдущих
конструкций антенн почти совпадают.

Фото 6. Регулировка согласующего устройства. 

Для улучшения
параметров антенны не помешает применить согласующее устройство –
трансформатор, обеспечивающий переход с сопротивления  антенны равного 180 Ом на коаксиальный кабель
с сопротивлением 75 Ом . Это пластинка из тонкой меди в виде треугольника,
расширяющегося к экрану.

Место крепления пластинки и её размеры я подобрал
экспериментальным путём, применив две пластмассовые прищепки. В домашних
условиях это легко сделать с помощью телевизора, спустив антенну на более
низкий уровень, при котором изображение будет «заснеженным».

Необходимо двигать,
поворачивая пластинку, и на слух, по уменьшению уровня шума в аудио канале при
приёме аналогового сигнала, близкого по частоте к цифровому пакету, определить
её местоположение. После чего запаять.

  Несмотря на нелепость
формы у этой антенны есть преимущество. Она без усилителя, который после
разрядов молний часто вылетает. На практике два раза усилители выходили из
строя во время грозы у наружных антенн, расположенных в 30-и метрах от столба
воздушной электропроводки, в который попадали молнии. У антенны расположенной
под крышей дома, в шести метрах от столба-разрядника, случаи выхода усилителя
из строя не зарегистрированы.

 Ещё одно преимущество
в том, что дальность этой антенны с усилителем будет больше, на сколько, проверьте
сами.

                                     Дополнение. Изменение конструкции антенны.

 В этом году (2015) я
решил доработать самодельную конструкцию спиральной антенны, используя вместо
провода металлопластиковую трубку (металлопласт) диаметром 16 мм.

Ранее
собранные антенны уже прошли аналогичную операцию и заметно оживились.

Претерпела оздоровление и спиральная антенна, но не обольщайтесь, прирост
уровня сигнала составил  только 10
процентов, а качество сигнала осталось на том же стопроцентном уровне.

Фото 8. Изменение конструкции.

 Давно хотел сделать
антенну, используя в качестве материала трубку. Останавливала схожесть с
самогонным аппаратом и высокая себестоимость. Но вот материал найден и уже
испытан на простых антеннах.  Это легко
гнущаяся трубка из высококачественного алюминия, обтянутого со всех сторон
пластиком, продаётся на всех строительных рынках  для прокладки водопровода.

Фото 10. Новая конструкция.

                                                 Экономический

 расчёт       антенны.

 Этот  сложный расчёт мне пришлось проделать, зайдя
в магазин «Всё для дома», на самой окраине Подмосковья и увидев металлопласт по
цене 45 руб.  Длина волны, частоты вещания,
длина круга, число витков, усиление антенны….

— 4 метра выпалил я на кассе, подведя итог экономической
части проекта. Себестоимость антенны не должна превысить минимальную акцизную
стоимость бутылки водки.

                                                              Расчёт антенны.

  Чисто по
экономическим соображениям получилось 6,5 витков, на полвитка меньше предыдущей
проволочной самоделки. Так же между витками я взял расстояние равное четвёртой
части длины волны.

Аналогичным образом подсчитал длину одного витка, но по
практическим соображениям, уже имея опыт по изготовлению простых  петлевых антенн, скорректировал  зависимость металлопласта от частоты, сократил
длину витка на 1,5 см.

                                                                          
Регулировка.

Фото 11. Самодельный КСВ-метр
 с генератором.

 Она заключалась в
измерении КСВ (коэффициента стоячей волны) самодельным КСВ-метром. Первоначально
я измерил старую самоделку. Странно, но прибор заявлял об отличном согласовании
с 50 Ом нагрузкой (КСВ = 1,5). С доработанной антенной тоже всё совпало,
правда, при запитке с края полотна. Но конструктивно, уже впоследствии, я
задействовал кабель по центру и КСВ упал до 2. Очень полезным оказался
простенький самодельный КСВ-метр, совмещённый с самодельным генератором,
настроенным на цифровые частоты вещания. С его помощью я смог не только
определить КСВ антенны, но и проверить её работоспособность, когда каждый виток
реагировал на подносимую крышку от кастрюльки качанием стрелки микроамперметра.

                                                                             
 Итоги.

 Изменение конструкции
добавило прирост усиления на 10 процентов, и это при том, что в антенне на
пол витка меньше. В целом она принимает программы в дециметровом диапазоне,
работая в аналоговом режиме, не хуже антенны типа «волновой канал» (Уда – Яги),
включающей  в себя 12 директоров и
усилитель с заявленным усилением не менее 26 дБ.

 Обе антенны расположены в одинаковых условиях
на одном уровне от земли. Разница лишь в том, что работа покупной антенны, при
приёме эфирного цифрового сигнала, зависит от погоды и времени дня, симулируя
ухудшение прохождения радиоволн характерным крякающим звуком и зависанием
телевизионных картинок, а то и полным отсутствием изображения.

 Радиоприём с самодельной антенной всегда
постоянен.

  Но в целом я остался
недоволен данной конструкцией, поскольку ожидал от неё нечто большего, исключительно
исходя из её габаритов и затраченных средств.

Фото 12. Антенна из дух колец.

Фото 13. Антенна из двух колец

 Два фазированных  кольца и шесть закрученных в спираль, дают усиление
в теории 6 дБ и 10 дБ.

Два кольца на открытом воздухе и 6,5 колец под крышей,
на одинаковом уровне от земли и при практическом одинаковом  уровне усиления в процентах. Может крыша и
съела разницу в 4 дБ, а может реально трудно заметить эту разницу? В тоже время
не выставлять же этот змеевик на улицу, открывая этим тему для лишних
разговоров.

 Упал ли я духом?
Нет!  Радиолюбительство —  источник удовольствия. Займитесь
радиолюбительством, ведь это интересно. Возможно, результат у вас будет лучшим.

 Скорее всего, я ещё
вернусь к этой спиральной  антенне, ведь
не заснула же она, кода антенна «волновой канал» перестала принимать эфир.

Фото 14. Все испытания антенн проводились под этой прозрачной для радиоволн крышей.

Источник: http://dedclub.blogspot.com/2014/07/blog-post.html

Изготовление спиральной антенны для беспроводных сетей диапазона 2.4 ГГц

Спиральную антенну, изобретенную в конце сороковых Джоном Краусом (John Kraus, W8JK), можно назвать самой простой реализацией антенны, которую можно представить, в особенности для частот в диапазоне 2-5 ГГц. Эта конструкция является очень простой, практичной и при этом надежной.

Эта статья описывает, как самостоятельно сделать спиральную антенну для частот в районе 2.4 ГГц которая может быть использована, например, для высокоскоростных радиочастотных (S5-PSK, 1.288 Мбит/сек), 2.4 ГГц беспроводных сетей и любительских спутниковых (AO40).

Развитие оборудования безпроводных сетей позволяет легко получить высокоскоростной радиодоступ с использованием стандарта IEEE 802.11b (также известного как Wi-Fi).

Краткий обзор теории

Спиральная антенна может быть описана как пружина с количеством витков N с отражателем. Окружность (C) витка составляет приблизительно длину волны (l), а дистанция (d) между витками составляет приблизительно 0.25C. Размер отражателя (R) составляет C или l и может иметь форму круга или квадрата.

Конструкция излучающего элемента вызывает круговую поляризацию (КП), которая может быть как право-, так и левосторонней (П и Л соответственно), в зависимости от того, как намотана спираль.

Для того, чтобы передать максимум энергии, обе стороны соединения должны иметь одинаковую направленность поляризации, кроме случаев, когда используется пассивный отражатель радиоволн на пути передачи сигнала.

Усиление (G) антенны относительно изотропии (dBi) может быть расчитана по следующей формуле:

G = 11.8 + 10 * log {(C/l)^2 * N * d} dBi               (1)

В соответствии с выводами Др. Даррела Эмерсона (Dr. Darrel Emerson, AA7FV) из Национальной Радиоастрономической Обсерватории, результат вычисления по формуле [1], также известной как формула Крауса (Kraus formula), 4-5 dB слишком оптимистичен. Др. Рей Кросс (Dr. Ray Cross, WK0O) проанализировал результаты исследования Эмерсона в программе анализа антенн ASAP.

Характеристика полного сопротивления (импенданса) (Z) полученной передающей линии эмпирически должна описываться формулой

Z = 140 * (C/l) Ohm                                    (2)

Реализация для частоты 2.43 ГГц (aka S-band, ISM band, 13 cm amateur band)

l = (0.3/2.43) = 0.1234567 m  (12.34 cm)            (3)

Диаметр витка (D) = (l/pi) = 39.3 mm         (4)

Стандартная канализационная пластиковая труба с внешним диаметром 40 мм является для нас превосходным решением и легкодоступна в магазинах «Сделай сам» или у любого сантехника ? Спираль может быть намотана из стандартного медного провода, который применяется в домашнем хозяйстве для цепей 220 В переменного тока. Этот провод имеет цветную поливинилхлоридную изоляцию и медный сердечник диаметром 1.5 мм. Обмотка проводом трубы даст результирующий диаметр D = 42 мм благодаря толщине изоляции.

D = 42 mm, C = 42*pi = 132 mm (which is 1.07 l)    (5)

d = 0.25C = 0.25*132 = 33 mm                       (6)

Для дистанций от 100 м до 2.5 км в пределах прямой видимости, 12 витков (N = 12) достаточно. Следовательно, длина трубы будет около 40 см (3.24 l). Обмотайте провод вокруг трубы и приклейте его поливинилхлоридным или любым другим, содержащим тетрагидрофуран (THF), клеем. Это даст очень прочную намотку вокруг трубы, как показано на рисунке 1 ниже.

Рисунок 1. Использованные материалы с размерами.

Сопротивление антенны:

Z = 140 * (C/l) = 140*{(42*pi)/123.4} = 150 Ом      (7)

требует соответствия сети для использования стандартного 50 Ом UHF/SHF коаксиала и коннекторов.

Обычно используется заглушка в 1/4 волны с сопротивлением (Zs)

Zs = sqrt(Z1*Z2) = sqrt(50*150) = 87 Ом               (8)

Первой мыслью было эмпирически увеличить d для первого и второго витка и добиться нужного значения методом проб и ошибок, измеряя результат при помощи направленного блока сопряжения и генератора сигнала.

После недолгих поисков в интернете были надены спирали, которые согласовывались таким способом, но неожиданно был найдена страница Джейсона Хеккера (Jason Hecker). Он действительно использовал элегантное решение согласования, используя медную лопатку в соответствии с ARRL Handbook.

Так что вся хвала — ARRL и Джейсону, для антенны были использованы его размеры. Честно говоря, эта страница практически копирует его страницу, за исключением того, что спираль намотана в противоположном направлении :)).

Рисунки 2a и 2b. Идея, размеры и монтаж согласователя. Гипотенуза треугольника должна быть продолжением провода.

Теперь необходимо припаять согласователь к спирали, приклеить их и приготовиться к соединению с колпачком, как показано на Рис. 3.

Рисунок 3. Почти законченная спиральная антенна.

Готово! (Рис. 4)

Рисунок 4. Законченная 12тивитковая 2.4 ГГц спиральная антенна, G = 17.5 dBi или 13.4 dBi (соответственно по Краусу или Эмерсону).

Характеристики антенны были измерены. Результаты — на Рис. 5a и 5b:

Рисунок 5a. Потери на отражении (dB) от 2300 до 2500 МГц

Рисунок 5b. Диаграмма Смита 2300-2500 МГц

Рисунок 6a Установка для измерения

Рисунок 6b «Спиральная антенна за час» и анализатор Rohde & Schwarz

И наконец, спиральная антенна в действии…

Рисунок 7a Излучает на мой LAP (Local Access Point ?

Рисунок 7b Вид снизу

Источник: http://www.wifiantenna.org.ua/antennas/helix/

Антенны для маломощных беспроводных систем

Журнал РАДИОЛОЦМАН, июль 2011

Telecontrolli, Италия

Небольшой обзор основных типов антенн, используемых в радиосистемах диапазона 433-866 МГц малого радиуса действия подготовили инженеры фирмы Telecontrolli. Поэтому в тексте и в иллюстрациях вы встретите ссылки на изделия, производимые этой фирмой.

Введение

Антенна – важнейший элемент маломощных беспроводных систем, в первую очередь определяющий их радиус действия. Передать информацию на значительное расстояние без антенны невозможно. В то же время, из всех элементов беспроводных систем, антенна труднее всего поддается расчету и оптимизации.

Кроме того, характеристики антенн сильно зависят от множества факторов, таких как диэлектрическая проницаемость материалов, близость и характер расположения других элементов. Наконец, измерение характеристик антенн требует наличия сложного и дорогостоящего оборудования, доступного далеко не всем.

Штыревая антенна

Простейший тип антенны – штыревая антенна. Эти антенны применяют, как правило, там, где радиус действия радиосистемы имеет первостепенное значение.

Штыревая антенна представляет собой четвертьволновый отрезок прямого провода или стержня (Рис. 1), подключаемого непосредственно к выводу RX/TX. Резонансная длина четвертьволновой штыревой антенны может быть вычислена по формуле:

L (см) = 7500 / частота (МГц)

Длина четвертьволнового отрезка для частоты 433.92 МГц равна 17 см.

Эта формула может служить лишь отправной точкой расчетов, так как антенна может быть короче, если стержень слишком толст или имеет какое-либо покрытие. Если же область «земли» на печатной плате слишком мала, антенну, возможно, придется делать длиннее.

Такие антенны очень просты в настройке – достаточно лишь слегка изменить длину провода.

Если антенна устанавливается на удалении от приемного/передающего модуля, для подключения можно использовать кабель с волновым сопротивлением 50 Ом (Рис. 2).

Экранирующая оплетка кабеля должна быть припаяна к «земле» возле антенного вывода модуля.

Штыревую антенну можно, также, изготовить в виде дорожки печатной платы (Рис. 3).

Длина дорожки должна быть на 10-20% меньше, чем дают расчеты. Насколько меньше – зависит от типа диэлектрика и толщины печатной платы. Если устройство портативное, антенну надо делать чуть короче, чтобы компенсировать влияние рук.

Дорожку антенны проводите на плате на расстоянии не менее 5 мм от остальных цепей.

Спиральная антенна

Спиральная антенна изготавливается, как правило, намоткой отрезка стального, медного или латунного провода (Рис. 4).

Из-за высокой добротности спиральных антенн их полоса пропускания очень мала, и межвитковое расстояние оказывает на характеристики антенн значительное влияние.

Число витков зависит от диаметра провода, диаметра намотки и межвиткового расстояния. Проще всего необходимое количество витков определять экспериментально, первоначально сделав антенну заведомо большей длины и укорачивая ее до обнаружения резонанса на требуемой частоте. Точная настройка антенны выполняется сжатием или растягиванием спирали.

Для изготовления антенны на частоту 433.92 МГц необходимо намотать 17 витков эмаль-провода диаметром 1 мм на оправке диаметром 5 мм и растянуть катушку так, чтобы ее длина равнялась 30 мм.

Рамочная антенна

Рамочные антенны находят применение, в основном, в передатчиках, в особенности, когда критичны размеры и вес конструкции. Рамочные антенны изготавливаются как часть печатной платы. Один конец антенны заземляется, а другой подключается к выводу TX/RX через конденсатор (Рис. 5). Конденсатор используется для согласования и настройки антенны.

Существенным преимуществом рамочных антенн является их слабая чувствительность к влиянию рук и независимость от топологии «земли». По этой причине рамочные антенны широко используются в передатчиках дистанционного открывания ворот, автосигнализациях и т.п.

Конструируя рамочную антенну, старайтесь сделать ее как можно больше, так как маленькая антенна имеет плохое усиление и очень узкую полосу пропускания. Крайне важна правильная настройка антенны. Для настройки часто используются подстроечные или постоянные конденсаторы.

Сравнение антенн различных типов

Подводя итог, можно сказать, что штыревая антенна имеет наибольшие физические размеры и должна использоваться там, где радиус действия имеет первостепенное значение.

Рамочные антенны из всех рассмотренных имеют самый маленький радиус действия.

Источник: https://www.rlocman.ru/review/article.html?di=111359

Спиральная WiFi антенна Helix

Спиральная антенна (Helix antenna) была изобретена еще в 1947 году основателем теории спиральных антенн Джоном Краусом. Конструкция такой wifi антенны имеет ряд преимуществ перед панельными антеннами, такие как маленькая парусность, легкость изготовления в сочетании с доступностью материалов и широкополосность.

WiFi антенна Helix имеет круговую поляризацию и в зависимости от направления намотки может быть право и левосторонней, поэтому важно помнить, что если мы делаем две wifi антенны для линка точка-точка, то намотку необходимо делать у обоих антенн в одинаковом направлении.

Такую антенну не рекомендуется ставить совместно с панельными, которые имеют горизонтальную и вертикальную поляризацию, что приведет к потере сигнала в 3db.

В сети попадались несколько озадаченных людей, которые применяли helix в качестве облучателя тарелок и не учли тот факт, что при отражении поляризация меняет направление, поэтому будьте внимательны.

Очень хочется собрать такую wifi антенну, тем более, что информации в сети достаточно, и в этой статье я постараюсь собрать из множества источников разные методы изготовления такой антенны своими руками. Самая распространенная конструкция хеликса на 2,4Ггц собирается на обычной ПВХ трубе диаметром 40мм, которую можно приобрести в любом магазине сантехники. Вот список необходимых деталей:

  — односторонний текстолит или любая металлическая пластина 13х13см
  — пластиковая труба диаметром 40мм
  — медный провод сечением 2мм в диаметре
  — клей, изолента
Для начала давайте определимся с исходными данными нашей будущей wifi антенны. Делать мы будем 24-х витковый хеликс, а центральную частоту для расчета возьмем равной 2437Мгц (шестой канал wifi диапазона).

Исходя из этого с помощью калькулятора (в разделе скачать) рассчитаем необходимые параметры и получаем, что длина конструкции составит 74см, расстояние между витками 3,2см, усиление 19,9db.
Отпиливаем трубу нужной длины и проставляем на ней отметки через каждые 32мм. Можно поступить другим способом, распечатать заранее нарисованный шаблон, обклеить им трубу и использовать как разметку.

Берем провод, желательно без изоляции и мотаем на трубу по разметке, причем последний виток должен заканчиваться точно, как бы являясь продолжением первого. Хотя эта wifi антенна и прощает “кривые руки”, я настоятельно рекомендую делать все аккуратно и по возможности точно. После того как намотали провод, фиксируем концы изолентой и приклеиваем каждый виток к трубе. Теперь нужно вырезать рефлектор, который может быть как квадратной, так и круглой формы размером 13х13см (диаметр 13см). Рассчитываем место установки разъема, просверливаем, прикручиваем. Можно обойтись и без разъема, просто высверлив дырку под кабель. Как прикрепить рефлектор к трубе каждый решает сам, я дам лишь общее направление, фото ниже.

Входное сопротивление антенны Helix составляет 120-170 Ом и чтобы согласовать с нашим 50Ом кабелем нам необходимо добавить линию согласования, которая представляет собой прямоугольный треугольник со сторонами 17 и 71мм. Вырезаем треугольник, укладываем на трубу так, что гипотенуза это продолжение витка и припаиваем зауженной стороной к спирали а широкой к разъему.

Все, антенна готова, теперь можно заняться эстетикой, обмотав изолентой или обтянуть термоусадкой. Такая антенна без труда покроет видимое расстояние в 2-5 километров.

Напоследок хочется обратить внимание на то, как все же правильно делать такую антенну.
Я советую отказаться от пластиковой трубы, которая вносит свой коэффициент укорочения и потери на ВЧ, но антенна в силу своей широкополосности прощает нам и это. Для примера на фото более “правильные” антенны.

Обращаю ваше внимание, что антенна получилась не короткозамкнутая, поэтому стоит уделить внимание защите от статики.
Как говорилось ранее, антенна обладает высоким входным сопротивлением, почему мы и применяли линию согласования на последнем витке. Существует несколько способов согласования, некоторые из них, я думаю будут интересны моим читателям. Все подробности на фото ниже.

Источник: http://WiFicenter.ru/spiralnaya-wifi-antenna-helix/

Изготовление спиральной антенны для Wi-Fi из подручных средств — asp24.ru

Так сложилось, что на работе мы остались без Интернета, это и послужило стимулом для изготовления антенны. Основным критерием было достигнуть результата при минимальных затратах. Таким образом, в ход пошло всё то, что было под рукой.

А под рукой было: два Wi-Fi модема TP-Link, не кривые руки, желание и цель. Расстояние между потенциальными точками доступа составило около 700 метров в пределах прямой видимости. Стандартный Wi-Fi модем способен преодолеть только до ста метров.

Для увеличения коэффициента усиления, необходимо сфокусировать узконаправленный сигнал. Для этих целей идеально подходит спиральная антенна Джона Крауса (John Kraus) для частот в диапазоне от 2 до 5 ГГц. В беспроводных сетях, с использованием стандарта IEEE 802.

11b, также известного как Wi-Fi, используется частота 2.43 ГГц.

Конструкция излучающего элемента вызывает круговую поляризацию (КП), которая может быть как право-, так и левосторонней (П и Л соответственно), в зависимости от того, как намотана спираль.

Для того, чтобы передать максимум энергии, обе антенны должны иметь одинаковую направленность поляризации, то есть намотаны в одну сторону.

Реализация для частоты 2.43 ГГц

 Для этих целей идеально подходит обычная сантехническая пластиковая труба с внешним диаметром 40 мм с учетом намотанного медного провода с изоляцией в 1 мм – это 42 мм (диаметр витка). Но мы собирали антенну из того, что под рукой, а под рукой имелись винипластовые стержни с наружным диаметром 35 мм. При этом диаметр витка выходит 37 мм, что так же не плохо.

Расчеты

Для пластиковой трубы с диаметром 40 мм

Окружность витка: 

• Для 2.5 км 12 витков достаточно (N=12).
• Длина трубы будет около 40 см (3.24 l).
• Размер отражателя (R) 42 не менее C или l – 14 см.

Для винипластового круглого стержня с диаметром 35 мм

Окружность витка:

• Длина трубы будет около 40 см (3.24 l).
• Размер отражателя (R) не менее C или l – 14 см.

Необходимые материалы:

• для отражателя использовался фольгированный гетинакс, но так же можно использовать любую медную или алюминиевую пластину любой толщины. Но не очень тонкую, т.к. отражатель является основной несущей базой антенны;
• медный одножильный провод не тоньше 1 мм в диаметре (нами использовался провод сечением в 1.5 квадрата) в ПХВ изоляции длинной около 1.5 м;
• круглый сердечник из винипласта диаметром 35 мм и длиной 40 см;
• полоска медной фольги для изготовления волнового генератора в виде треугольника. Размер малого катета 17 мм, длина гипотенузы 71 мм. Толщина не фиксированная, главное условие, что бы ее можно было обогнуть вокруг сердечника;
• для подключения коаксиального кабеля я использовал коннектор от старой сетевой 10 Мбит/с карты;
• крепления произвольные.

Процесс сборки

Для начала возьмем винипластовый сердечник. Нанесем на него разметку. Расстояние между метками, согласно нашим расчетам, должно быть 29 мм. Это расстояние между витками. Для выравнивания провода, я обычно использую один не хитрый способ. Зажав один конец провода в тиски, с силой натягиваем в струну за другой конец. Для того чтобы ровно уложить провод, я просверлил отверстие на крайней метке.

Диаметр отверстия равен диаметру провода с изоляцией, что позволит зафиксировать конец провода, вставив его в отверстие. После чего плотно наматываем провод на сердечник. Плавно растягиваем спираль и фиксируем с помощью клея витки на метках. В итоге должно получиться 12 витков с расстоянием в 29 мм. При использовании трубы в качестве сердечника, появляется проблема с креплением отражателя.

Возникает необходимость использовать дополнительные детали. В нашем случае сердечник из винипласта. Он легко крепится к отражателю с помощью обычного шурупа — самореза, длина которого около 50 мм. Я использовал шуруп со шляпкой под ключ, чтобы облегчить закручивание.

Для крепления отражателя делаем разметку под отверстие по центру пластины. Центр находим за счет пересечения диагоналей. Диаметр отверстия зависит от диаметра крепежного шурупа. Также отмеряем от центра расстояние равное радиусу сердечника. Здесь сверлим отверстие под коннектор.

При отсутствии коннектора, коаксиальный кабель можно припаять напрямую. Экранирующий контакт припаиваем к пластине отражателя, а центральную жилу к волновому генератору. Роль волнового генератора будет у нас выполнять треугольная пластинка из медной фольги.

К тонкому углу генератора припаиваем кончик нашей спирали. Гипотенуза треугольника из медной фольги должна быть продолжением спирали.

Так как антенна будет установлена на открытом воздухе, рекомендуется залить места паек силиконом, а на сердечник надеть термоусадку с диаметром 50 мм.

Монтаж и настройка

В качестве точек доступа использовались Wi-Fi модемы TP-LINK. На обоих ТД установлен MOD Point to Point с указанием MAC-адреса другого модема.

Эта настройка установлена из соображений безопасности, дабы отсечь не санкционированные подключения к нашей сети (халявщиков с ноутбуками и смартфонами).

Если не боитесь мародеров, то рекомендую ставить Wi-Fi модем возле антенны. Можно закрепить его на тыльной стороне отражателя. Естественно, поместив его в герметичную упаковку. Связь модема с компьютером осуществить по кабелю витой пары (Ethernet). Максимально укоротив коаксиальный кабель, Вы уменьшите затухание сигнала. 

© x-drivers

Источник: https://asp24.ru/sdelay-sam/izgotovlenie-spiralnoy-antenny-dlya-wi-fi-iz-podruchnyh-sredstv/

любительские антенны ew8au конструкции и описание радиолюбительских коротковолновых и ультрокоротковолновых антенн

Спиральные антенны

Спиральные антенны относятся к классу антенн бегущей
волны. Они представляют собой металлическую спираль, питаемую коаксиальной
линией. Спиральные антенны формируют диаграмму направленности, состоящую из
двух лепестков, расположенных вдоль оси спирали по разные стороны от нее.

На
практике обычно требуется одностороннее излучение, которое получают, помещая
спираль перед экраном или в отражающей полости. Существуют цилиндрические,
конические и плоские спиральные антенны. Вид спиральной антенны может быть
выбран по заданному диапазону волн.

Если ширина диапазона не превышает 50%, то
берется цилиндрическая спираль, коническая спираль обеспечивает диапазон в два
раза шире, чем цилиндрическая. Плоские спиральные антенны обладают двадцатикратным
перекрытием по рабочему диапазону.

При переотражении сигнала на длинных трассах, мы не знаем с
какой поляризацией (или с каким наклоном) приходит сигнал в точку приема, для
антенны с круговой поляризацией это не будет иметь никакого значения. Вообще
можно отметить, что изготовление в домашних условиях антенн с большим
коэффициентом усиления, типа ”волновой
канал”, сопряжено с рядом трудностей.

Даже имея хороший парк приборов, трудно
добиться расчетных значений. Необходимо строго выдерживать линейные размеры. При
настройке обычно корректируют не более двух – трех элементов, расположенных
рядом с активным вибратором. Расчет и настройка антенн типа “волновой канал” прост только для малого количества
элементов.

Параметры антенны могут значительно изменяться при небольшом
изменении размеров элементов и их взаимного расположения. С ростом числа
элементов, количество операций при настройке растет в геометрической
прогрессии. Большое количество элементов сужает полосу пропускания антенны,
уменьшает входное сопротивление.

Поэтому сужение диаграммы направленности директорной
антенны с увеличением ее длины происходит значительно медленнее, чем у антенны
бегущей волны, элементы которой возбуждаются с одинаковой интенсивностью. По
сравнению с директорными антеннами у спиральных антенн размеры являются менее
критичными. Не критичность спиральных антенн к точности изготовления – большое
их преимущество. При одном и том же усилении, спиральная антенна имеет меньшие
размеры, чем антенна волновой канал. Так как полоса пропускания спиральной
антенны, намного больше, чем любой любительский диапазон, нет необходимости
даже измерять резонансную частоту антенны, достаточно измерить только входное
сопротивление и рассчитать под него согласующее устройство, для оптимального
согласования антенны с фидером питания.

D  — диаметр спирали, S – шаг спирали
Рис. 1. Цилиндрическая
спиральная антенна.

Следует иметь в виду, что спиральные антенны имеют
излучение с вращающейся поляризацией. При работе на передачу спиральная антенна
излучает поле с вращающейся поляризацией, право или лево поляризованное, в
зависимости от направления намотки спирали.

При работе на прием она принимает
либо поле вращающейся поляризации с направлением вращения, как и при передаче,
либо поле любой линейной поляризации. При расчете К.Н.Д. антенны следует делать
поправку на круговую поляризацию и от результата отнимать 3 dВ.

Для приема излучения с линейной поляризацией, чтобы
не терять 3 dВ, можно применять антенну состоящую из двух близко расположенных
параллельных спиралей, намотанных в противоположные стороны.

Если антенна
предназначена для работы только на одном радиолюбительском диапазоне, например
430 / 435 МГц, желательно заузить полосу пропускания антенны при помощи
четвертьволнового короткозамкнутого шлейфа, выполненного из медного провода
диаметром 2-3 мм или медной шинки, соединяющей разъем и экран (Рис. 2).

Если спирали расположить в
горизонтальной плоскости, то возможен прием волн с горизонтальной поляризацией,
а при вертикальном расположении – с вертикальной поляризацией.

Антенна из двух
параллельно расположенных спиралей дает возможность при соединении спиралей
параллельно получать входное сопротивление Rвх = (65-80) Ом, что удобно
при питании ее обычным коаксиальным кабелем без согласующих устройств.

То есть делается
двухзаходная спираль на одном каркасе с противоположным направлением намотки
витков.

Спирали с противоположным направлением намотки
развязаны относительно друг друга на 40 dВ, меняя сдвиг по фазе между токами в
обеих обмотках можно управлять направлением поляризации.

В диапазонах 1200 мГц и выше антенну следует
помещать не над экраном, а в коническом рупоре, что увеличивает в четыре раза
коэффициент направленного действия такой антенны по сравнению с обычной
спиралью такой же длины, а уровень боковых лепестков становится на 15 – 20 dВ
ниже. Рис.

4

Цилиндрическая спиральная
антенна состоит из следующих основных частей: проволочной спирали,
сплошного или сетчатого экрана, согласующего устройства. В конструкцию антенны
могут входить так же диэлектрический каркас, на который наматывается спираль и
диэлектрические растяжки, придающие антенне жесткость.

Если спираль крепится на
сплошном каркасе из диэлектрика, то ее расчетные размеры должны быть уменьшены
в 1/v? раз. Спираль наматывается из
проволоки, трубки либо плоской ленты. Как витки, так и экран необязательно
делать круглыми, их можно делать квадратными или многоугольными.

Длина витка
спирали принимается равной средней длине волны заданного диапазона L=?cp.

   Рис.3 Двухзаходная спиральная антенна      Рис.4 Конический
рупор
  с противоположным направлением                       со спиральным
возбудителем
                         намотки витков

Шаг спирали находится из
условия S=0,22 ?cp, если необходимо получить круговую поляризацию поля, или из условия

если необходимо получить от антенны максимальный К.Н.Д. L – длина витка, S – шаг спирали, ?’- длина антенны. Входное сопротивление почти чисто активное.

Расстояние начала спирали от экрана выбирают равным 0,13 ?. Диаметр диска
экрана принимается равным (0.9 ? 1,1); диаметр провода спирали берется
порядка                    
(0,03 ? 0,05) ?cp.

            Если
необходимо иметь согласование в широкой полосе частот, например, в
телевизионном диапазоне ДМВ, можно применить широкополосной экспоненциальный
трансформатор, в полосковом исполнении.

Экспоненциальным трансформатором
называется линия, по длине которой волновое сопротивление изменяется по
экспоненциальному закону. См.Рис. 5 а.

Это достигается изменением расстояния
между проводниками или их диаметра и соответственно изменением погонной
индуктивности и емкости трансформатора по всей его длине.

На практике, особенно в
диапазоне сверхвысоких частот, широко применяются отрезки линий, поперечные
размеры которых изменяются по линейному закону. Изготовление таких
трансформаторов проще, чем экспоненциальных и они близки по эффективности
согласования к экспоненциальным. См. Рис.5Б.

                                   Рис. 5а                                                                
Рис.5б

Рис.6

            На рис. 6  показан вариант выполнения широкополосного
трансформатора в полосковом исполнении для спиральной антенны. Трансформатор
представляет собой полосковую линию, переменной ширины, расположенную над
экраном (рефлектором) антенны.

Полосок вырезается из тонкой листовой меди или
латуни толщиной 0,3-0,6 мм. Чтобы выдержать точное расстояние над экраном и
хорошо закрепить полосок, на экран приклеить кольцо из пенопласта и на это
кольцо приклеить полосок.

При расчете волнового сопротивления учитывается диэлектрическая
проницаемость пенопласта  1,1.

Толщина пенопласта 7 мм. В нашем примере
трансформатор трансформирует     120 Ом в
75 Ом. Согласно графику можно изготовить трансформатор с другим коэффициентом
трансформации. Рис.8.

            На рис.9
антенна дециметрового диапазона, несущая траверса склеена из двух частей,
прямоугольная стеклопластиковая труба от хоккейной клюшки, вторая часть круглая
стеклопластиковая труба от лыжной палки. Каждый виток спирали опирается на
четыре стеклотекстолитовые распорки.

В качестве распорок использовалась крайняя
секция от пластиковой телескопической удочки (хлыстик), который всегда можно
приобрести в продаже отдельно (без удочки). По длине траверсы с постоянным
шагом сверлятся отверстия, в которые вклеиваются на эпоксидный клей распорки.

Спираль выполнена из медной шинки прямоугольного сечения. Несмотря на большую
длину антенны, имеет хорошую жесткость. Антенна расчалена тонким капроновым
шнуром, это придает антенне дополнительную жесткость, а так же защищает от
птиц.

Для уравновешивания конструкции с задней стороны экрана  крепится металлическая труба с грузом на
конце.

Рис.8

Рис. 9

Согласование в узкой полосе
частот можно осуществить с помощью четвертьволнового трансформатора,
сопротивление которого рассчитывается по известной формуле

            При
приеме слабого сигнала, желательно применить согласование в узкой полосе
частот. Автором была изготовлена и испытана антенна в диапазоне 70 см которая
позволяла принимать станции не только в любительском диапазоне, и в телевизионном
ДМВ диапазоне.

O спирали 167 мм, расстояние между витками спирали 154 мм.

В точке
подключения широкополосного трансформатора к разъему СР-75, дополнительно
подключался короткозамкнутый четвертьволновой шлейф, который позволял заузить
полосу пропускания антенны в нужном участке диапазона, при этом наблюдалось
улучшение качества изображения на принимаемом канале.

EW8AU

Владимир Приходько

НА ГЛАВНУЮ

Сайт создан при поддержке дизайн студии Ok Soft, г.Гомель, 8-375-296-430412

Источник: http://ew8au.narod.ru/a10.html

Спиральные антенны (стр. 1 из 11)

Введение

Современное состояние техники связи радиодиапазона нельзя представить без спиральных антенн. Этот тип антенных систем используется благодаря своим характерным качеством: широкополосность, эллиптическая поляризация поля при малых габаритах и простой конструкции .

Спиральные антенны используются как самостоятельно, так и в качестве элементов антенной решётки, облучателя, например, зеркальной антенны, что к преимуществам спиральных антенн прибавляет и направленность.

Благодаря свойству эллиптической поляризации спиральные антенны нашли применение в техники космической связи, поскольку, в ряде случаев поляризация принимаемого сигнала может быть случайной, например, от объектов, положение которых в пространстве изменяется или может быть произвольным (эти объекты могут быть: самолёты, ракеты, спутники и т.д.)

Поле с вращающейся поляризацией может применяться также при работе одной и той же антенны на передачу и приёма для увеличения развязки между каналами ( при этом излучаемые и принимаемые поля должны иметь противоположное направление вращение).

В настоящие время спиральные антенны широко применяются в качестве антенн устройств личной связи. Значительная доля сотовых телефонов, транковых аппаратов, и мобильных радиостанций содержат в своей конструкции спиральные антенны, работающие в режиме перпендикулярной оси излучения.

В настоящие время я собираюсь исследовать диаграммы направленности плоских спиральных и цилиндрических СА, проанализировать их зависимость от длинны, проследить изменение направленности при изменении параметров антенны. Так же сравнить характеристики СА между собой и с другими типами антенн.

В начале каждого раздела берется определенный тип СА. И дальше будут идти результаты компьютерного анализа для разных режимов и типов. Все расчеты и построения графиков будут проведены в программе МаthCAD 2001i.

Предполагается включение в приложения программ простейшего расчета характеристик спиральной антенны.

Особенностью теории СА является сложность расчета поля антенны.

Из различных конструкций диапазонных антенн эллиптической поляризации наибольшее применение получила спиральная антенна, предложенная Краусом в 1947 году, и ее различные модификации.

Чтобы иметь возможность производить расчет перечисленных характеристик и параметров СА в широком интервале частот, необходимо установить зависимость фазовых скоростей волн тока, распространяющихся вдоль провода в спирали от геометрии и частоты возбуждающего спираль напряжения.

Глава 1. Типы спиральных антенн

1.1 Типы спиральных антенн

Среди различных типов широкополосных антенн важное место занимают разнообразные спиральные антенны. Спиральные антенны являются слабо- и средненаправленными широкополосными антеннами эллиптической и управляемой поляризации. Они применяются в качестве самостоятельных антенн, возбудителей волноводно-рупорных антенн эллиптической и управляемой поляризации, элементов антенных решеток.

Спиральные антенны – это антенны поверхностных волн. По виду направителя (замедляющей системы) и способу обеспечения работы в широком диапазоне частот их можно разделить на:

· цилиндрические регулярные, у которых геометрические параметры (шаг, радиус, диаметр провода) постоянны по всей длине и широкополосность обусловлена наличием дисперсии фазовой скорости;

· эквиугольные или частотно-независимые (конические, плоские);

· нерегулярные, к которым можно отнести все другие типы спиральных антенн.

Рис.1.1.1. Цилиндрические регулярные спиральные антенны:

а – однозаходная с односторонней намоткой;

б – многозаходная (четырехзаходная) с односторонней намоткой;

в – многозаходная (четырехзаходная) с двусторонней (встречной) намоткой.

Рис.1.1.2 Эквиугольные спиральные антенны:

а – коническая ;

б – плоская .

Рис.1.1. 3 Нерегулярные спиральные антенны:

а – плоская с постоянным шагом намотки (архимедова);

б – коническая с постоянным шагом намотки;

в – на поверхности эллипсоида вращения с постоянным углом намотки.

Рис.1.1.4 Нерегулярная цилиндрическая спиральная антенна (с переменным шагом)

По числу заходов (ветвей) и способу их намотки спиральные антенны могут быть одно- и многозаходные с односторонней или двусторонней (встречной) намотки.

· из гладкого провода в однородном диэлектрике (воздухе),

· из провода, обладающего собственным замедлением (импедансные спиральные антенны),

· из провода с собственным замедлением и с диэлектриком (импедансные спирально-диэлектрические антенны).

Рис. 1.1.5 Спиральные антенны с дополнительным замедлением:

а – импедансная;

б,в – спирально-диэлектрическая;

г – импедансная спирально-диэлектрическая.

Одним из основных свойств спиральных антенн является их способность работать в широкой полосе частот с коэффициентом перекрытия от 1.5 до 10 и более. Все спиральные антенны – это антенны бегущей волны, но одно обстоятельство само по себе не обуславливает работы спиральных антенн в диапазоне частот с таким коэффициентом перекрытия.

Работа однозаходных регулярных цилиндрических спиральных антенн и их модификаций в диапазоне частот возможна благодаря их дисперсионным свойствам, вследствие которых в широком диапазоне частот фазовая скорость поля вдоль оси спирали близка к скорости света, отражение от свободного конца спирали мало, длина волны в проводе спирали примерно равна длине витка.

В многозаходных цилиндрических спиральных антеннах рабочий диапазон дополнительно расширяется вследствие подавления в них ближайших низших и высших типов волн, искажающих диаграмму направленности основного типа.

Рис.1.1.6. Эквиугольные спиральные антенны с двусторонней (встречной) намоткой: а – коническая четырехзаходная; б – плоская трехзаходная.

Форма частотно-независимых (плоских и конических эквиугольных) спиральных антенн определяется только углами. Каждой длине волны в пределах рабочего диапазона соответствует излучающий участок неизменной формы и постоянных электрических размеров. Поэтому ширина диаграммы направленности и входного сопротивления приближенно остаются постоянными в весьма широких диапазонах частот (10:1 …20:1).

Для получения однонаправленного излучения с эллиптической поляризацией в меньших диапазонах частот (2:1 … 4:1) нет необходимости строго выдерживать форму антенны в соответствии с условием частотной независимости.

Если при переходе от одной длины волны к другой форма и электрические размеры излучающего элемента повторяются хотя бы приближенно, антенна работает в диапазоне частот с меньшим постоянством характеристик и параметров.

Следуя этому, можно построить очень широкое, не подчиняющееся точно принципу частотной независимости семейство антенн в виде одно- или многозаходных спиралей, навитых (по различным законам намотки) на различных поверхностях вращения. Иногда такие антенны называют квазичастотно-независимыми.

Квазичастотно-независимые спиральные антенны для получения управляемой и линейной поляризации также выполняются с двусторонней намоткой. Для получения управляемой, линейной и круговой поляризации могут также применяться различные (цилиндрические, эквиугольные и др.) двухзаходные спиральные антенны.

Рис.1.1.7. Квазичастотно-независимые спиральные антенны с двусторонней (встречной) намоткой и постоянным шагом: а – коническая четырехзаходная; б – полусферическая четырехзаходная; в – эллипсоидная четырехзаходная.

Источник: http://MirZnanii.com/a/121466/spiralnye-antenny