Introdução

O estado atual da tecnologia de comunicação por rádio não pode ser imaginado sem antenas helicoidais. Este tipo de sistema de antenas é utilizado devido às suas qualidades características: banda larga, polarização de campo elíptico com pequenas dimensões e design simples.

As antenas espirais são usadas de forma independente e como elementos de um conjunto de antenas, alimentando, por exemplo, uma antena espelhada, o que adiciona diretividade às vantagens das antenas espirais.

Devido à propriedade de polarização elíptica, as antenas espirais têm encontrado aplicação na tecnologia de comunicações espaciais, pois, em alguns casos, a polarização do sinal recebido pode ser aleatória, por exemplo, de objetos cuja posição no espaço muda ou pode ser arbitrária (estes os objetos podem ser: aviões, foguetes, satélites etc.)

No radar, as antenas com polarização rotativa permitem reduzir as interferências criadas pelos reflexos da precipitação e da superfície terrestre, devido ao fato de a direção do vetor de intensidade do campo elétrico ser invertida.

Um campo com polarização rotativa também pode ser utilizado quando a mesma antena estiver operando para transmissão e recepção para aumentar o isolamento entre os canais (neste caso, os campos emitidos e recebidos devem ter sentido de rotação oposto).

Atualmente, antenas helicoidais são amplamente utilizadas como antenas para dispositivos de comunicação pessoal. Participação significativa telefones celulares, dispositivos tronco e estações de rádio móveis contêm em seu projeto antenas helicoidais operando no modo perpendicular ao eixo de radiação.

Atualmente, vou estudar os padrões de radiação de SAs espirais planas e cilíndricas, analisar sua dependência do comprimento e traçar mudanças na direcionalidade ao alterar os parâmetros da antena. Compare também as características do SA entre si e com outros tipos de antenas.

No início de cada seção é feita certo tipo SA. E ainda serão apresentados os resultados da análise computacional para diferentes modos e tipos. Todos os cálculos e plotagens serão realizados no programa MathCAD 2001i.

Está prevista a inclusão de programas para o cálculo mais simples das características de uma antena helicoidal nas aplicações.

Uma característica da teoria SA é a complexidade do cálculo do campo da antena.

Dos vários designs de antenas de banda de polarização elíptica, o mais utilizado é a antena helicoidal proposta por Kraus em 1947 e suas diversas modificações.

Para poder calcular as características e parâmetros listados do SA em uma ampla faixa de frequência, é necessário estabelecer a dependência das velocidades de fase das ondas de corrente que se propagam ao longo do fio em espiral na geometria e frequência da tensão excitando a espiral.

Muitos trabalhos foram dedicados ao cálculo da velocidade de fase de uma onda de corrente que se propaga ao longo de um fio espiral e ao estabelecimento da dependência das velocidades de fase na geometria e frequência da tensão que excita a espiral. A primeira tentativa de resolver este problema pertence a Pocklington, que; já em 1897, tendo resolvido o problema de determinação da velocidade de fase de uma onda eletromagnética, propagando-se ao longo de um fio reto e ao longo de um anel, tentou considerar a questão da propagação de uma onda eletromagnética ao longo de uma espiral. Ele conseguiu fazer isso em vários casos especiais. Além de trabalhos individuais nesta direção relacionados à propagação de ondas eletromagnéticas em bobinas, o interesse por este tema surgiu no final dos anos 40 em conexão com o uso generalizado de espirais como estruturas de desaceleração.

Capítulo 1. Tipos de antenas helicoidais

1.1 Tipos de antenas helicoidais

Entre os vários tipos de antenas de banda larga, diversas antenas helicoidais ocupam um lugar importante. Antenas helicoidais são antenas de banda larga de baixa e média direção com polarização elíptica e controlada. Eles são usados ​​​​como antenas independentes, excitadores de antenas de guia de ondas de polarização elíptica e controlada e elementos de arranjos de antenas.

Antenas helicoidais são antenas de ondas superficiais. Com base no tipo de guia (sistema de desaceleração) e na forma de garantir o funcionamento em uma ampla faixa de frequência, eles podem ser divididos em:

· cilíndricos regulares, nos quais os parâmetros geométricos (passo, raio, diâmetro do fio) são constantes ao longo de todo o comprimento e a banda larga se deve à presença de dispersão da velocidade de fase;

· equiangular ou independente de frequência (cônico, plano);

· irregular, que inclui todos os outros tipos de antenas helicoidais.

Figura 1.1. 3 Antenas helicoidais irregulares:

a – plano com passo sinuoso constante (Arquimediano);

b – cônico com passo de enrolamento constante;

c – na superfície de um elipsóide de revolução com ângulo de enrolamento constante.

Fig.1.1.4 Antena de hélice cilíndrica irregular (passo variável)

Dependendo do número de passagens (ramos) e do método de enrolamento, as antenas helicoidais podem ser de condutor único ou múltiplo com enrolamento unilateral ou bilateral (contra).

A ausência ou presença de desaceleração adicional da velocidade de fase e o método de sua implementação permitem dividir as antenas helicoidais nos seguintes tipos:

· de um fio liso em um dielétrico homogêneo (ar),

· de um fio com desaceleração própria (antenas helicoidais de impedância),

· fabricado em fio com desaceleração própria e com dielétrico (antenas dielétricas helicoidais de impedância).

Arroz. 1.1.5 Antenas helicoidais com desaceleração adicional:

a – impedância;

b,c – espiral-dielétrico;

d – impedância espiral-dielétrica.

Uma das principais propriedades das antenas helicoidais é a capacidade de operar em uma ampla faixa de frequência com coeficiente de sobreposição de 1,5 a 10 ou mais. Todas as antenas helicoidais são antenas de ondas viajantes, mas uma circunstância por si só não determina a operação de antenas helicoidais na faixa de frequência com tal coeficiente de sobreposição.

A operação de antenas espirais cilíndricas regulares de passagem única e suas modificações na faixa de frequência é possível devido às suas propriedades de dispersão, devido às quais, em uma ampla faixa de frequência, a velocidade de fase do campo ao longo do eixo da espiral é próxima de a velocidade da luz, a reflexão da extremidade livre da espiral é pequena, o comprimento de onda no fio espiral é aproximadamente igual ao comprimento da volta.

Em antenas helicoidais cilíndricas com múltiplos condutores, o alcance operacional é ainda mais expandido devido à supressão dos tipos de ondas inferiores e superiores mais próximos nelas, distorcendo o padrão de radiação do tipo principal.

Antenas espirais com enrolamento unidirecional emitem um campo com polarização elíptica, quase circular. A direção de rotação do vetor campo corresponde à direção de enrolamento da espiral. Para obter polarização linear e controlada, são utilizadas antenas espirais com enrolamento bilateral (contra).

Figura 1.1.6. Antenas espirais equiangulares com enrolamento bilateral (contra): a – cônico de quatro condutores; b – plano de três vias.

A forma das antenas helicoidais independentes de frequência (planas e equiangulares cônicas) é determinada apenas pelos ângulos. Cada comprimento de onda dentro da faixa operacional corresponde a uma seção radiante de formato constante e dimensões elétricas constantes. Portanto, a largura do padrão de radiação e a impedância de entrada permanecem aproximadamente constantes em faixas de frequência muito amplas (10:1...20:1).

Para obter radiação unidirecional com polarização elíptica em faixas de frequência menores (2:1 ... 4:1), não há necessidade de manter estritamente o formato da antena de acordo com a condição de independência de frequência. Se, ao passar de um comprimento de onda para outro, a forma e dimensões elétricas elemento radiante são repetidos pelo menos aproximadamente, a antena opera na faixa de frequência com menos constância de características e parâmetros. A partir daí, é possível construir uma família muito ampla de antenas, não estritamente sujeitas ao princípio da independência de frequência, na forma de espirais simples ou multifilares enroladas (de acordo com diferentes leis de enrolamento) em diferentes superfícies de rotação. Às vezes, essas antenas são chamadas de quase independentes de frequência.

Antenas helicoidais quase independentes de frequência para obtenção de polarização controlada e linear também são fabricadas com enrolamento dupla face. Para obter polarização controlada, linear e circular, também podem ser utilizadas diversas antenas helicoidais de duplo filamento (cilíndricas, equiangulares, etc.).

Figura 1.1.7. Antenas helicoidais quase independentes de frequência com enrolamento bilateral (contra) e passo constante: a – cônica de quatro condutores; b – quadridirecional hemisférico; c – elipsoidal de quatro vias.

Comprar boa antena nem sempre é aconselhável ir à dacha. Principalmente se ela for visitada de vez em quando. A questão não é tanto o custo, mas o fato de que depois de um tempo ele pode não existir. Portanto, muitas pessoas preferem fazer elas mesmas uma antena para sua dacha. Os custos são mínimos, a qualidade é boa. E o mais importante é que uma antena de TV pode ser feita com as próprias mãos em meia hora ou uma hora e depois, se necessário, pode ser facilmente repetida...

A televisão digital no formato DVB-T2 é transmitida na faixa UHF, podendo haver sinal digital ou não. Se o sinal for recebido, a imagem aparecerá boa qualidade. Devido a isso. para recepção televisão digital qualquer um é adequado antena decimétrica. Muitos rádios amadores estão familiarizados com a antena de TV, que é chamada de “zigue-zague” ou “figura oito”. Esta antena de TV DIY pode ser montada literalmente em questão de minutos.

Para reduzir a quantidade de interferência, um refletor é colocado atrás da antena. A distância entre a antena e o refletor é selecionada experimentalmente - de acordo com a “pureza” da imagem
Você pode colocar papel alumínio no vidro e obter um bom sinal...
Tubo de cobre ou fio - melhor opção, dobra bem, fácil de dobrar

É muito simples de fazer; o material é qualquer metal condutor: tubo, haste, fio, tira, canto. Apesar da simplicidade, ela aceita bem. Parecem dois quadrados (losangos) conectados entre si. No original, há um refletor atrás do quadrado para uma recepção de sinal mais confiável. Mas ele é mais necessário para sinais analógicos. Para receber televisão digital, você pode prescindir dela ou instalá-la posteriormente se a recepção for muito fraca.

Materiais

Fio de cobre ou alumínio com diâmetro de 2 a 5 mm é ideal para esta antena de TV caseira. Nesse caso, tudo pode ser feito literalmente em uma hora. Você também pode usar um tubo, canto, tira de cobre ou alumínio, mas precisará de algum tipo de dispositivo para dobrar as molduras no formato desejado. O fio pode ser dobrado com um martelo, prendendo-o em um torno.

Você também precisará de um cabo de antena coaxial com o comprimento necessário, um plugue adequado para o conector da sua TV e algum tipo de suporte para a própria antena. O cabo pode ser levado com resistência de 75 Ohms e 50 Ohms (a segunda opção é pior). Se você estiver fazendo uma antena de TV com as próprias mãos para instalação externa, preste atenção na qualidade do isolamento.

A montagem depende de onde você vai pendurar sua antena caseira para televisão digital. Nos andares superiores, você pode tentar usá-lo como decoração de casa e pendurá-lo em cortinas. Então você precisa de alfinetes grandes. Na dacha ou se você levar uma antena de TV caseira para o telhado, será necessário fixá-la em um poste. Para este caso, procure fixadores adequados. Para funcionar, você também precisará de um ferro de solda, uma lixa e/ou uma lima, uma lima agulha.

Você precisa de um cálculo?

Para recepção sinal digital não há necessidade de contar o comprimento de onda. É simplesmente aconselhável tornar a antena mais banda larga para receber o máximo de sinais possível. Para isso, foram feitas algumas alterações no design original (foto acima) (mais adiante no texto).

Se desejar, você pode fazer um cálculo. Para fazer isso, você precisa descobrir em qual comprimento de onda o sinal é transmitido, dividir por 4 e obter o lado desejado do quadrado. Para obter a distância necessária entre as duas partes da antena, deixe os lados externos dos diamantes um pouco mais longos e os internos mais curtos.

Desenho de uma antena em forma de oito para recepção de TV digital

• O comprimento do lado “interno” do retângulo (B2) é 13 cm,
• “externo” (B1) - 14 cm.

Devido à diferença de comprimentos, forma-se uma distância entre os quadrados (eles não devem ser conectados). As duas seções extremas são alongadas em 1 cm para que você possa dobrar o laço ao qual o cabo da antena coaxial é soldado.

Fazendo uma moldura

Se você contar todos os comprimentos, obtém 112 cm. Corte o fio ou qualquer material que tenha, pegue um alicate e uma régua e comece a dobrar. Os ângulos devem ser de 90° ou mais. Você pode cometer um pequeno erro com o comprimento dos lados - isso não é fatal. Acontece assim:

• A primeira seção tem 13 cm + 1 cm por volta. O laço pode ser dobrado imediatamente.
• Duas seções de 14 cm cada.
• Dois de 13 cm cada, mas com giro na direção oposta - esse é o ponto de inflexão para o segundo quadrado.
• Novamente dois de 14 cm cada.
• O último tem 13 cm + 1 cm por volta.

A própria estrutura da antena está pronta. Se tudo for feito corretamente, haverá uma distância de 1,5-2 cm entre as duas metades do meio. Pode haver pequenas discrepâncias. Em seguida, limpamos as alças e o ponto de dobra até o metal descoberto (tratamos com lixa de grão fino) e estanhamos. Conecte os dois laços e prenda-os com um alicate para prendê-los firmemente.

Preparação de cabos

Pegamos o cabo da antena e o limpamos cuidadosamente. Como fazer isso é mostrado na foto passo a passo. Você precisa descascar o cabo em ambos os lados. Uma borda será anexada à antena. Aqui a gente tira para que o fio fique 2 cm para fora. Se sair mais, o excesso (depois) pode ser cortado. Torça a tela (folha) e faça uma trança em um pacote. Descobriu-se que eram dois condutores. Um é o monocore central do cabo, o segundo é trançado com vários fios trançados. Ambos são necessários e precisam ser enlatados.

Soldamos o plugue na segunda borda. Um comprimento de cerca de 1 cm é suficiente aqui. Forme também dois condutores e estanhe-os.

Limpe o plugue nos locais onde vamos soldar com álcool ou solvente e limpe com esmeril (pode-se usar uma lima de agulha). Coloque a parte plástica do plugue no cabo, agora você pode começar a soldar. Soldamos um monocore na saída central do plugue e um multicore na saída lateral. A última coisa é apertar a alça ao redor do isolamento.

Depois você pode simplesmente parafusar a ponta de plástico e preenchê-la com cola ou selante não condutor (isso é importante). Enquanto a cola/selante não endurecer, monte rapidamente o tampão (parafuse a parte plástica) e retire o excesso de composto. Então o plug será quase eterno.

Antena de TV DIY DVB-T2: montagem

Agora só falta conectar o cabo e a moldura. Como não estávamos vinculados a um canal específico, soldaremos o cabo no ponto médio. Isso aumentará a banda larga da antena - mais canais serão recebidos. Portanto, soldamos a segunda extremidade cortada do cabo nos dois lados do meio (aqueles que foram descascados e estanhados). Outra diferença da “versão original” é que o cabo não precisa ser passado na moldura e soldado na parte inferior. Isso também expandirá o alcance de recepção.

A antena montada pode ser verificada. Se a recepção for normal, você pode finalizar a montagem - preencher as juntas de solda com selante. Se a recepção for fraca, tente primeiro encontrar um local onde a pesca seja melhor. Se não houver alterações positivas, você pode tentar substituir o cabo. Para simplificar o experimento, você pode usar macarrão telefônico normal. Custa um centavo. Solde o plugue e a moldura nele. Experimente com ela. Se pegar melhor, é um cabo ruim. Em princípio, você pode trabalhar com “macarrão”, mas não por muito tempo - eles rapidamente se tornarão inutilizáveis. É melhor, claro, instalar um cabo de antena normal.

Para proteger a junção do cabo e a estrutura da antena das influências atmosféricas, os pontos de solda podem ser enrolados com fita isolante comum. Mas este método não é confiável. Se você se lembra, você pode colocar vários tubos termorretráteis antes de soldá-los para isolá-los. Mas o mais maneira confiável- preencha tudo com cola ou selante (não devem conduzir corrente). Como “estojo” você pode usar tampas para cilindros de água de 5 a 6 litros, tampas de plástico comuns para potes, etc. Fazemos recortes nos lugares certos - para que a moldura “assente” neles, não se esqueça da saída do cabo. Encha-o com um composto de vedação e espere até endurecer. É isso, sua antena de TV DIY para recepção de televisão digital está pronta.

Antena quadrada dupla e tripla caseira

Esta é uma antena de banda estreita, usada se você precisar receber um sinal fraco. Pode até ajudar se um sinal mais fraco for “obstruído” por um sinal mais forte. A única desvantagem é que você precisa de orientação precisa em relação à fonte. O mesmo design pode ser feito para receber televisão digital.

Você também pode fazer cinco quadros - para uma recepção mais confiante
Não é aconselhável pintar ou envernizar - a recepção deteriora-se. Isto só é possível nas proximidades do transmissor

As vantagens deste design são que a recepção será confiável mesmo a uma distância considerável do repetidor. Você só precisa descobrir especificamente a frequência de transmissão, manter as dimensões dos quadros e o dispositivo correspondente.

Construção e materiais

É feito de tubos ou arame:

• Faixa MV de 1 a 5 canais de TV - tubos (cobre, latão, alumínio) com diâmetro de 10 a 20 mm;
• Faixa MV de 6 a 12 canais de TV - tubos (cobre, latão, alumínio) 8 a 15 mm;
• Faixa UHF - fio de cobre ou latão com diâmetro de 3-6 mm.

Antena quadrado duplo consiste em dois quadros conectados por duas setas - superior e inferior. A moldura menor é um vibrador, a maior é um refletor. Uma antena composta por três quadros proporciona um ganho maior. O terceiro e menor quadrado é chamado de diretor.

A lança superior conecta o meio das armações e pode ser feita de metal. O inferior é feito de material isolante (textolite, gettinax, prancha de madeira). As molduras devem ser instaladas de forma que seus centros (pontos de intersecção das diagonais) fiquem na mesma linha reta. E esta linha reta deve ser direcionada para o transmissor.

A estrutura ativa - o vibrador - está em circuito aberto. Suas extremidades são aparafusadas a uma placa textolite medindo 30*60 mm. Se as molduras forem feitas de tubo, as bordas são achatadas, são feitos furos nelas e a seta inferior é fixada através delas.

O mastro desta antena deve ser de madeira. Pelo menos a parte superior dela. Além disso, a parte de madeira deve começar a uma distância de pelo menos 1,5 metros do nível das armações da antena.

Dimensões

Todas as dimensões para fazer esta antena de TV com as próprias mãos são fornecidas nas tabelas. A primeira tabela é para a faixa de metros, a segunda é para a faixa de decímetros.

Nas antenas de três quadros, a distância entre as extremidades do quadro do vibrador (intermediário) é maior - 50 mm. Outros tamanhos são fornecidos nas tabelas.

Conectando uma estrutura ativa (vibrador) por meio de um cabo em curto-circuito

Como o quadro é um dispositivo simétrico e deve ser conectado a um cabo de antena coaxial assimétrico, é necessário um dispositivo correspondente. Neste caso, geralmente é usado um loop de balanceamento em curto-circuito. É feito de pedaços cabo de antena. O segmento direito é chamado de “loop”, o segmento esquerdo é chamado de “alimentador”. Um cabo é conectado à junção do alimentador e do cabo que vai até a TV. O comprimento dos segmentos é selecionado com base no comprimento de onda do sinal recebido (ver tabela).

Um pequeno pedaço de fio (laço) é cortado em uma extremidade removendo a tela de alumínio e torcendo a trança em um feixe apertado. Seu condutor central pode ser reduzido para isolamento, já que isso não importa. O alimentador também está cortado. Aqui também a tela de alumínio é removida e a trança é torcida em um feixe, mas o condutor central permanece.

A montagem adicional prossegue assim:

• A trança do cabo e o condutor central do alimentador são soldados na extremidade esquerda da estrutura ativa (vibrador).
• A trança do alimentador é soldada na extremidade direita do vibrador.
• A extremidade inferior do cabo (trança) é conectada à trança do alimentador por meio de um jumper de metal rígido (pode-se usar fio, apenas certifique-se de que haja um bom contato com a trança). Além da conexão elétrica, também define a distância entre seções do dispositivo correspondente. Em vez de um jumper de metal, você pode torcer a trança da parte inferior do cabo em um feixe (remova o isolamento nesta área, remova a tela, enrole-o em um feixe). Para garantir bom contato Solde os feixes com solda de baixo ponto de fusão.
• As peças do cabo devem estar paralelas. A distância entre eles é de cerca de 50 mm (alguns desvios são possíveis). Para fixar a distância, são utilizados grampos feitos de material dielétrico. Você também pode conectar um dispositivo correspondente a uma placa textolite, por exemplo.
• O cabo que vai para a TV é soldado na parte inferior do alimentador. A trança está conectada à trança, o condutor central está conectado ao condutor central. Para reduzir o número de conexões, o alimentador e o cabo da TV podem ser simples. Somente no local onde deve terminar o alimentador deve-se retirar o isolamento para que o jumper possa ser instalado.

Este dispositivo correspondente permite que você se livre de interferências, de um circuito desfocado, de um segundo imagem borrada. Será especialmente útil para longa distância do transmissor quando o sinal fica obstruído com interferência.

Outra variação do quadrado triplo

Para não conectar um cabo em curto-circuito, o vibrador da antena quadrado triplo torná-lo mais longo. Neste caso, você pode conectar o cabo diretamente ao quadro conforme mostrado na figura. Somente a altura na qual o fio da antena é soldado é determinada individualmente em cada caso. Após a montagem da antena, é realizado o “teste”. Conecte o cabo à TV, mova o condutor central e faça a trança para cima/para baixo, conseguindo melhor imagem. Na posição onde a imagem ficará mais nítida, as ramificações do cabo da antena são soldadas e os pontos de solda são isolados. A posição pode ser qualquer - do jumper inferior ao ponto de transição para o quadro.

Às vezes, uma antena não produz o efeito desejado. O sinal é uma imagem fraca - preto e branco. Neste caso, a solução padrão é instalar um amplificador de sinal de televisão.

A antena mais simples para uma residência de verão é feita de latas de metal

Para fazer essa antena de televisão, além do cabo, você só vai precisar de duas latas de alumínio ou lata e um pedaço de tábua de madeira ou cano de plástico. As latas devem ser de metal. Você pode levar cervejas de alumínio ou de lata. A principal condição é que as paredes sejam lisas (não nervuradas).

Os frascos são lavados e secos. A extremidade do fio coaxial é cortada - torcendo os fios trançados e limpando o núcleo central do isolamento, são obtidos dois condutores. Eles estão ligados aos bancos. Se você souber como, poderá soldá-lo. Não - pegue dois pequenos parafusos auto-roscantes com cabeças planas (você pode usar “pulgas” para drywall), torça um laço nas extremidades dos condutores, passe um parafuso auto-roscante com uma arruela instalada nele e aparafuse para a lata. Pouco antes disso você precisa limpar o metal da lata removendo os depósitos com uma lixa de grão fino.

As latas são fixadas na barra. A distância entre eles é selecionada individualmente - de acordo com melhor foto. Você não deve esperar um milagre - haverá um ou dois canais com qualidade normal, mas talvez não... Depende da posição do repetidor, da “limpeza” do corredor, da orientação correta da antena.. Mas como é a saída? situação de emergência- esta é uma ótima opção.

Uma antena Wi-Fi simples feita de uma lata de metal

Antena para recepção Sinal Wi-Fi Você também pode fazer isso de meios improvisados ​​​​- de uma lata. Esta antena de TV DIY pode ser montada em meia hora. Isso se você fizer tudo devagar. O jarro deve ser de metal, com paredes lisas. Frascos de conserva altos e estreitos funcionam muito bem. Se for instalar uma antena caseira na rua, encontre um pote com tampa de plástico (como na foto). O cabo é uma antena, coaxial, com resistência de 75 Ohms.

Além da lata e do cabo, você também precisará de:

• Conector RF-N;
• um pedaço de fio de cobre ou latão com diâmetro de 2 mm e comprimento de 40 mm;
• cabo com um soquete adequado para uma placa ou adaptador Wi-Fi.

Os transmissores Wi-Fi operam a uma frequência de 2,4 GHz com comprimento de onda de 124 mm. Portanto, é aconselhável escolher um frasco tal que sua altura seja de pelo menos 3/4 do comprimento de onda. Para este caso, é melhor que seja superior a 93 mm. O diâmetro da lata deve ser o mais próximo possível da metade do comprimento de onda - 62 mm para um determinado canal. Pode haver alguns desvios, mas quanto mais próximo do ideal, melhor.

Dimensões e montagem

Na montagem, é feito um furo no frasco. Deve ser colocado estritamente no ponto desejado. Então o sinal será amplificado várias vezes. Depende do diâmetro do frasco selecionado. Todos os parâmetros são mostrados na tabela. Você mede o diâmetro exato da sua lata, encontra o ponto certo e tem todas as dimensões corretas.

D - diâmetro	Limite inferior de atenuação	Limite superior de atenuação	LG	1/4 Lg	3/4 Lg
73 milímetros	2407.236	3144.522	752.281	188.070	564.211
74 milímetros	2374.706	3102.028	534.688	133.672	401.016
75mm	2343.043	3060.668	440.231	110.057	330.173
76 milímetros	2312.214	3020.396	384.708	96.177	288.531
77 milímetros	2282.185	2981.170	347.276	86.819	260.457
78 milímetros	2252.926	2942.950	319.958	79.989	239.968
79 milímetros	2224.408	2905.697	298.955	74.738	224.216
80mm	2196.603	2869.376	282.204	070.551	211.653
81 milímetros	2169.485	2833.952	268.471	67.117	201.353
82 milímetros	2143.027	2799.391	256.972	64.243	192.729
83 milímetros	2117.208	2765.664	247.178	61.794	185.383
84 milímetros	2092.003	2732.739	238.719	59.679	179.039
85 milímetros	2067.391	2700.589	231.329	57.832	173.497
86 milímetros	2043.352	2669.187	224.810	56.202	168.607
87 milímetros	2019.865	2638.507	219.010	54.752	164.258
88 milímetros	1996.912	2608.524	213.813	53.453	160.360
89 milímetros	1974.475	2579.214	209.126	52.281	156.845
90mm	1952.536	2550.556	204.876	51.219	153.657
91 milímetros	1931.080	2522.528	201.002	50.250	150.751
92 milímetros	1910.090	2495.110	197.456	49.364	148.092
93 milímetros	1889.551	2468.280	194.196	48.549	145.647
94 milímetros	1869.449	2442.022	191.188	47.797	143.391
95mm	1849.771	2416.317	188.405	47.101	141.304
96 milímetros	1830.502	2391.147	185.821	46.455	139.365
97 milímetros	1811.631	2366.496	183.415	45.853	137.561
98 milímetros	1793.145	2342.348	181.169	45.292	135.877
99 milímetros	1775.033	2318.688	179.068	44.767	134.301

O procedimento é o seguinte:

Você pode ficar sem um conector RF, mas com ele tudo é muito mais simples - é mais fácil posicionar o emissor verticalmente para cima, conectar o cabo que vai para o roteador ou placa Wi-Fi.

Em frequências acima de 300 MHz e superiores, antenas cilíndricas de ondas viajantes helicoidais são amplamente utilizadas. Uma das versões da antena helicoidal é mostrada na Fig. É uma espiral com diâmetro D e passo sinuoso S, e um refletor de metal feito em forma de disco ou quadrado com tamanho ≈ 2D.

Dependendo dos parâmetros geométricos (comprimento elétrico do perímetro da bobina Com e comprimento do passo da hélice elétrica S) antena espiral, pode excitar vários tipos ondas (moda). A relação de fase entre voltas adjacentes da espiral tem maior impacto na natureza da radiação da antena.

Estamos interessados ​​​​na onda T1 (Fig. 2), que se caracteriza por uma diferença de 360 ​​graus na fase das correntes nas espiras adjacentes.

A onda T1 é formada quando o comprimento elétrico do perímetro da bobina está próximo do comprimento de onda λ , enquanto a antena espiral opera no modo de radiação axial (a radiação máxima coincide com o eixo da espiral).

Dimensões ideais de uma antena helicoidal:

• Diâmetro da bobina D=λ/π
• Passo espiral S=0,25λ
• Ângulo espiral α=12°

Impedância de entrada da antena, sujeita a 12°≤α≤15°, 0,75λ<с<1,33 λ e número de voltas n>3é igual a:

AR ≈140 s/λ(ohm)

Largura do lóbulo principal do padrão de radiação a meio nível de potência:

θ0,5 =52· λ/s· √nS/λ (graus)

A Figura 3 mostra o resultado do cálculo do padrão de radiação de uma antena helicoidal nos planos vertical e horizontal utilizando o programa MMANA.

Fig.3 Padrão de radiação de uma antena helicoidal.

Antenas helicoidais cilíndricas operando no modo de onda T1 são polarizadas circularmente. Ao receber um sinal com uma antena com polarização linear (vertical ou horizontal), o sinal será atenuado em 3 dB (duas vezes). Para evitar isso, pode-se utilizar um sistema de duas antenas helicoidais com sentido oposto de enrolamento da hélice e alimentadas em fase, localizadas a uma distância de 0,5 λ ou 1,5 λ (Fig. 4).

A impedância de entrada de tal sistema de antena será igual a 67,6 ohms, o que está de acordo com a impedância característica de um cabo coaxial (SWR 1,1 e 1,35 para cabos de 75 e 50 ohms, respectivamente). Impedância característica de uma linha monofilar (Fig. 5) da seção ab deve corresponder à impedância de entrada da antena helicoidal (≈140 ohm). Para fazer isso, é necessário manter a proporção e/d igual a ≈2,75.

Para combinar uma única antena ou um sistema de antena composto por três ou mais antenas, neste caso você pode usar um transformador de correspondência exponencial, projetado na forma de uma linha de tira (Fig. 6). Para uma linha exponencial, a impedância da onda muda ao longo do seu comprimento de acordo com a lei:

Z 0 (x)=Z 01 e bx , Onde

Z 01- impedância característica da linha na entrada

Z0(x)- impedância característica da linha em um trecho localizado à distância X desde o seu início

b- parâmetro que mostra a taxa de mudança da impedância da linha

Dependendo do ROE e da relação conhecida Z02 /Z01 das impedâncias das ondas no final e no início da linha, seu comprimento mínimo é calculado usando a fórmula:

, Onde ;

A Figura 7 mostra um transformador de correspondência exponencial projetado para combinar resistências de 140 ohms e 50 ohms a uma frequência de 2.450 MHz com uma ROE de 1,2. Distância e igual a 7 mm, dielétrico - ar (ε=1), espessura do material d 1mm.

Devido ao alto ganho e estabilidade dos parâmetros elétricos, devido à baixa sensibilidade a fatores externos e desvios de geometria, as antenas helicoidais cilíndricas podem ser amplamente utilizadas em sistemas de comunicação e segurança para comunicações de longa distância.

Literatura

Sazonov D.M. Antenas e dispositivos de microondas.

Benkovsky Z., Lipinsky E. Antenas amadoras de HF e VHF.

Uronov L.G.

TechnoSphere LLC, 2011

A antena espiral pertence à classe das antenas de ondas viajantes. Sua principal faixa operacional é decímetro e centímetro. Pertence à classe das antenas de superfície. Seu elemento principal é uma espiral conectada a uma linha coaxial. A espiral cria um padrão de radiação na forma de dois lóbulos emitidos ao longo do seu eixo em direções diferentes.

As antenas helicoidais vêm em tipos cilíndricos, planos e cônicos. Se a largura da faixa operacional necessária for 50% ou menos, uma hélice cilíndrica será usada na antena. A espiral cônica aumenta o alcance de recepção em duas vezes em comparação com a cilíndrica. E os planos já dão uma vantagem vinte vezes maior. A mais popular para recepção na faixa de frequência VHF é uma antena de rádio cilíndrica com polarização circular e alto ganho do sinal de saída.

Dispositivo de antena

A parte principal da antena é um condutor enrolado. Aqui, via de regra, utiliza-se fio de cobre, latão ou aço. Um alimentador está conectado a ele. Ele é projetado para transmitir um sinal da espiral para a rede (receptor) e na ordem inversa (transmissor). Os alimentadores são do tipo aberto e fechado. Os alimentadores do tipo aberto são guias de ondas não blindados. E o tipo fechado possui uma blindagem especial contra interferências, o que torna o campo eletromagnético protegido de influências externas. Dependendo da frequência do sinal, o seguinte projeto do alimentador é determinado:

Até 3 MHz: redes cabeadas blindadas e não blindadas;

3 MHz a 3 GHz: fios coaxiais;

De 3 GHz a 300 GHz: guias de onda metálicos e dielétricos;

Acima de 300 GHz: linhas quase ópticas.

Outro elemento da antena era o refletor. Seu objetivo é focar o sinal na espiral. É feito principalmente de alumínio. A base da antena é uma moldura com baixa constante dielétrica, por exemplo, espuma ou plástico.

Cálculo das principais dimensões da antena

O cálculo de uma antena helicoidal começa com a determinação das principais dimensões da hélice. Eles são:

Número de voltas n;

Ângulo de hélice a;

Diâmetro espiral D;

Passo espiral S;

Diâmetro do refletor 2D.

A primeira coisa a entender ao projetar uma antena helicoidal é que ela é um ressonador de onda (amplificador). Sua característica era sua alta impedância de entrada.

O tipo de ondas excitadas depende das dimensões geométricas do circuito de amplificação. As voltas adjacentes da espiral têm uma influência muito forte na natureza da radiação. Proporções ideais:

D=λ/π, onde λ é o comprimento de onda, π=3,14

Porque λ é um valor que varia e depende da frequência, então os cálculos tomam os valores médios deste indicador, calculados através das fórmulas:

λ min = c/f máx; λ max= c/f min, onde c=3×10 8 m/seg. (velocidade da luz) e f max, f min - parâmetro de frequência máxima e mínima do sinal.

λ av = 1/2 (λ min + λ máx)

n= L/S, onde L é o comprimento total da antena, determinado pela fórmula:

L= (61˚/Ω) 2 λ avg, onde Ω é o coeficiente de diretividade da antena, dependendo da polarização (retirado de livros de referência).

Classificação por faixa operacional

De acordo com a faixa de frequência principal, os dispositivos de transmissão e recepção são:

1. Banda estreita. A largura do feixe e a impedância de entrada são altamente dependentes da frequência. Isto sugere que a antena pode operar sem sintonização apenas em um espectro de comprimento de onda estreito, aproximadamente 10% da banda de frequência relativa.

2. Amplo alcance. Essas antenas podem operar em um amplo espectro de frequências. Mas seus principais parâmetros (ganho direcional, padrão de radiação, etc.) ainda dependem de mudanças no comprimento de onda, mas não tanto quanto os de banda estreita.

3. Independente de frequência. Acredita-se que aqui os parâmetros principais não mudam quando a frequência muda. Essas antenas possuem uma região ativa. Tem a capacidade de se mover ao longo da antena sem alterar suas dimensões geométricas, dependendo das mudanças no comprimento de onda.

As mais comuns são as antenas espirais do segundo e terceiro tipos. O primeiro tipo é usado quando é necessária maior “claridade” do sinal em uma determinada frequência.

Fazendo sua própria antena

A indústria oferece uma grande seleção de antenas. A variedade de preços pode variar de várias centenas a vários milhares de rublos. Existem antenas para televisão, recepção de satélite e telefonia. Mas você pode fazer uma antena espiral com suas próprias mãos. Não é tão difícil. Antenas helicoidais para Wi-Fi são especialmente populares.

Eles são especialmente relevantes quando é necessário fortalecer o sinal de um roteador em uma casa grande. Para isso, será necessário um fio de cobre com seção transversal de 2-3 mm 2 e comprimento de 120 cm. É necessário fazer 6 voltas com diâmetro de 45 mm. Para fazer isso, você pode usar um tubo de tamanho adequado. O cabo de uma pá funciona bem (tem aproximadamente o mesmo diâmetro). Enrolamos o fio e obtemos uma espiral com seis voltas. Dobramos a extremidade restante para que passe uniformemente pelo eixo da espiral, “repetindo-a”. Esticamos a parte do parafuso para que a distância entre as voltas fique entre 28-30 mm. Em seguida, procedemos à fabricação do refletor.

Um pedaço de alumínio medindo 15 × 15 cm e 1,5 mm de espessura é adequado para isso. A partir deste blank fazemos um círculo com diâmetro de 120 mm, cortando arestas desnecessárias. Faça um furo de 2 mm no centro do círculo. Inserimos a extremidade da espiral nela e soldamos as duas partes uma na outra. A antena está pronta. Agora você precisa remover o fio de radiação do módulo da antena do roteador. E solde a ponta do fio na ponta da antena que sai do refletor.

Características da antena de 433 MHz

Em primeiro lugar, é preciso dizer que as ondas de rádio com frequência de 433 MHz, ao se propagarem, são bem absorvidas pelo solo e por diversos obstáculos. Transmissores de baixa potência são usados ​​para retransmiti-lo. Via de regra, essa frequência é utilizada por diversos dispositivos de segurança. É usado especificamente na Rússia para não criar interferência no ar. A antena helicoidal de 433 MHz requer uma relação de sinal de saída mais alta.

Outra característica ao usar esse equipamento transceptor é que ondas dessa faixa têm a capacidade de somar as fases das ondas diretas e refletidas da superfície. Isso pode fortalecer ou enfraquecer o sinal. Do exposto podemos concluir que a escolha da “melhor” recepção depende do ajuste individual da posição da antena.

Antena caseira em 433 MHz

É fácil fazer uma antena helicoidal de 433 MHz com suas próprias mãos. É muito compacto. Para fazer isso você precisará de um pequeno pedaço de fio de cobre, latão ou aço. Você também pode usar apenas fio. O diâmetro do fio deve ser de 1 mm. Enrolamos 17 voltas em um mandril com diâmetro de 5 mm. Esticamos a linha do parafuso para que seu comprimento seja de 30 mm. Com estas dimensões testamos a antena para recepção de sinal. Ao alterar a distância entre as voltas, ao esticar e comprimir a espiral, conseguimos uma melhor qualidade do sinal. Mas você precisa saber que tal antena é muito sensível a vários objetos aproximados dela.

Antena receptora UHF

Antenas espirais UHF são necessárias para receber sinal de televisão. Por design, eles consistem em duas partes: um refletor e uma espiral.

É melhor usar cobre para a espiral - tem menos resistência e, portanto, menos perda de sinal. Fórmulas para seu cálculo:

O comprimento total da espiral é L=30000/f, onde f é a frequência do sinal (MHz);

Passo espiral S= 0,24 L;

Diâmetro da bobina D=0,31/L;

Diâmetro do fio espiral d ≈ 0,01L;

Diâmetro do refletor 0,8 nS, onde n é o número de voltas;

Distância até a tela H= 0,2 L.

Ganho:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

O copo refletor é feito de alumínio.

Outros tipos de equipamento transceptor

Antenas helicoidais cônicas e planas são menos comuns. Isso se deve à dificuldade de sua fabricação, embora apresentem melhores características em termos de transmissão e alcance de recepção de sinal. A radiação de tais transmissores não é formada por todas as espiras, mas apenas por aquelas cujo comprimento está próximo do comprimento de onda.

Em uma antena plana, a hélice é feita na forma de uma linha de dois fios enrolada em espiral. Neste caso, as espiras adjacentes são excitadas em fase no modo de onda progressiva. Isto resulta na criação de um campo de radiação circularmente polarizado em direção ao eixo da antena, permitindo a criação de uma ampla banda de frequência. Existem antenas planas com a chamada espiral de Arquimedes. Esta forma complexa permite aumentar significativamente a faixa de frequência de transmissão de 0,8 a 21 GHz.

Comparação de antenas helicoidais e de feixe estreito

A principal diferença entre uma antena helicoidal e uma direcional é que ela é menor. Isso o torna mais leve, o que permite a instalação com menor esforço físico. Sua desvantagem é a faixa mais estreita de frequências de recepção e transmissão. Também possui um padrão de radiação mais estreito, o que exige a “busca” da melhor posição no espaço para uma recepção satisfatória. Sua vantagem indiscutível é a simplicidade de design. Uma grande vantagem é a capacidade de sintonizar a antena alterando o passo da bobina e o comprimento total da espiral.

Antena curta

Para melhor ressonância na antena, é necessário que o comprimento “alongado” da parte espiral seja o mais próximo possível do valor do comprimento de onda. Mas não deve ser inferior a ¼ do comprimento de onda (λ). Assim, λ pode atingir até 11 m. Isto é relevante para a faixa de HF. Neste caso, a antena será muito longa, o que é inaceitável. Uma maneira de aumentar o comprimento do condutor é instalar uma bobina de extensão na base do receptor. Outra opção é alimentar o sintonizador no circuito. Sua tarefa é combinar o sinal de saída do transmissor da estação de rádio com a antena em todas as frequências operacionais. Em termos simples, o sintonizador atua como um amplificador para o sinal que chega do receptor. Este esquema é utilizado em antenas de automóveis, onde o tamanho do elemento que recebe a onda de rádio é muito importante.

Conclusão

As antenas helicoidais ganharam grande popularidade em muitas áreas das comunicações eletrônicas. Graças a eles é realizada a comunicação celular. Eles também são usados ​​na televisão e até mesmo em comunicações de rádio no espaço profundo. Um dos desenvolvimentos promissores para reduzir o tamanho da antena é a utilização de um refletor cônico, que permite aumentar o comprimento de onda de recepção em comparação com um refletor convencional. No entanto, existe também uma desvantagem expressa na redução do espectro de frequências de operação. Também um exemplo interessante é uma antena helicoidal cônica “filar duplo”, que permite operação em uma ampla faixa de frequências devido à formação de um diafragma direcional isotrópico. Isso acontece porque a linha de energia na forma de um cabo de dois fios proporciona uma mudança suave na impedância da onda.

3.1. No processo de desenvolvimento da tecnologia de rádio, são cada vez mais necessários dispositivos alimentadores de antenas, projetados para operar em uma faixa de frequência muito ampla e, além disso, sem qualquer ajuste. A independência de frequência de tais dispositivos alimentadores de antena é baseada no princípio da similaridade eletrodinâmica.

Este princípio é que os principais parâmetros da antena (padrão e impedância de entrada) permanecem inalterados se uma mudança no comprimento de onda for acompanhada por uma mudança diretamente proporcional nas dimensões lineares da região ativa da antena. Se esta condição for atendida, a antena pode ser independente de frequência em uma faixa de onda ilimitada. No entanto, as dimensões da estrutura radiante são finitas e a faixa de comprimento de onda operacional de qualquer antena também é limitada.

Deste grupo de antenas consideraremos espirais aritméticas planas e equiangulares e antenas logaritmicamente periódicas.

Figura 4.

3.2. A espiral aritmética é feita na forma de tiras metálicas planas ou fendas em uma tela metálica (Fig. 4). A equação desta espiral em coordenadas polares

onde está o vetor raio medido a partir do pólo O; a é um coeficiente que caracteriza o incremento do vetor raio para cada unidade de incremento do ângulo polar; b é o valor inicial do vetor raio.

A espiral pode ser bidirecional, quadridirecional, etc. Se a espiral for bidirecional, então para a fita (ranhura) /, mostrada por linhas tracejadas, o ângulo é contado a partir de zero, e para a fita //, mostrado por linhas sólidas, a partir de 180°, ou seja, a espiral é formada por fitas completamente idênticas giradas 180° uma em relação à outra.

Os pontos iniciais da fita / correspondem aos vetores de raio, que denotamos por e. Portanto, a largura da fita. Tendo descrito uma revolução, a fita assume a posição D, na qual o vetor raio é maior que o inicial. Neste segmento ВD são colocadas duas fitas e duas lacunas, e se a largura delas for a mesma, então, A partir daqui determinamos o coeficiente.

3.3. A fonte de alimentação em espiral pode ser antifásica, como na Fig. 4, ou em fase. No primeiro caso, as correntes que passam pelos terminais A, B, conectando as fitas ao alimentador, possuem fases opostas. O caminho atual na fita / é maior que na fita // em meia volta. Por exemplo, na seção CD, a fita // cai, tendo descrito meia volta, e a fita / - uma volta, na seção EF - uma volta e meia e duas voltas, respectivamente, etc. a volta aumenta à medida que a espiral se desdobra, a divergência de fase das correntes nas fitas aumenta. Tendo designado o diâmetro médio da volta, encontramos a mudança de fase correspondente ao comprimento da meia volta:

Se adicionarmos a isso um deslocamento inicial igual a

Devido ao segundo termo, o ângulo é diferente e, nessas condições, são emitidas ondas eletromagnéticas, mesmo que a distância entre as fitas seja pequena em comparação com o comprimento de onda.

Somente aquela parte da espiral em que as correntes dos elementos adjacentes de ambas as tiras estão em fase é irradiada intensamente:

Substituindo, descobrimos que o diâmetro médio do primeiro anel “ressonante” e o perímetro deste anel são o diâmetro e o perímetro médios do segundo (. k=2), terceiro ( k=3) etc. anéis “ressonantes” são respectivamente três, cinco, ... vezes maiores. Como a emissão de ondas de rádio por uma espiral causa uma grande atenuação da corrente do início ao fim, então apenas o primeiro anel ressonante irradia intensamente, e o resto, a parte externa da espiral, é, por assim dizer, “cortada” (o fenômeno do corte das correntes radiantes).

3.4. A parte ativa da hélice é de maior interesse por outro motivo. A atenuação da corrente causada pela radiação é tão grande que praticamente não há reflexão no final da espiral, ou seja, a corrente na espiral é distribuída de acordo com a lei das ondas viajantes. Além disso, o perímetro do primeiro anel ressonante é igual ao comprimento de onda. Sob tais condições, conforme mostrado no parágrafo 1, ocorre radiação axial com polarização rotativa, o que neste caso é mais desejável.

O diâmetro da espiral deve ser grande o suficiente para que na onda máxima da faixa o primeiro anel “ressonante” () seja preservado, e à medida que o comprimento de onda diminui, este anel deve encolher até () até que ainda possa ser completamente colocado ao redor a unidade de energia. Então dentro a relação entre o perímetro médio do primeiro anel “ressonante” e o comprimento de onda permanece constante e, portanto, a principal condição para manter as propriedades direcionais da antena em uma ampla faixa de ondas é satisfeitaÉ verdade que a direção da espiral aritmética é pequena (60 ... 80°), pois essencialmente apenas a parte da espiral que tem perímetro médio está envolvida na radiação das ondas.

A segunda condição para obter uma antena de alcance – constância da impedância de entrada – é alcançada aqui pelo fato de a espiral operar no modo de uma onda de corrente viajante. Esta resistência está ativa (100-200 Ohms). Quando alimentado por um alimentador coaxial (Ohm), a correspondência é realizada por meio de um transformador escalonado ou suave.

3.5. A espiral irradia em ambos os lados do seu eixo. Para tornar a antena unidirecional, uma espiral de fita é colocada sobre uma placa dielétrica espessa, cujo outro lado é metalizado. Se a espiral tiver fenda, ela será recortada na parede de uma caixa de metal; então a parede oposta da caixa desempenha o papel de uma tela reflexiva, e a própria caixa é um ressonador. Para reduzir sua profundidade, a caixa é preenchida com dielétrico.

Uma das espirais típicas tem diâmetro de 76 mm, é feita sobre uma placa dielétrica epóxi, equipada com ressonador de 26 mm de profundidade, opera na faixa de onda de 7,5 ... 15 cm com largura de padrão de radiação de 2" = 60 ... 80° e um coeficiente de elipticidade na direção do máximo do lóbulo principal é inferior a 3 dB, ou seja, a polarização pode ser considerada praticamente circular. Antenas helicoidais planas podem ser convenientemente produzidas por impressão em folhas finas de dielétrico. com baixas perdas em altas frequências.