Antenas espirales: tipos y fotos

2024 Autor: Leah Sherlock | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 05:33

La antena espiral pertenece a la clase de antenas de onda viajera. Su principal rango de operación es decímetro y centímetro. Pertenece a la clase de antenas de superficie. Su elemento principal es una espiral conectada a una línea coaxial. La espiral crea un patrón de radiación en forma de dos lóbulos emitidos a lo largo de su eje en diferentes direcciones.

Las antenas espirales son cilíndricas, planas y cónicas. Si el ancho del rango operativo requerido es del 50% o menos, entonces se usa una hélice cilíndrica en la antena. La hélice cónica duplica el rango de recepción en comparación con la cilíndrica. Y los planos ya dan una ventaja de veinte veces. La más popular para la recepción en el rango de frecuencia VHF era una antena de radio cilíndrica con polarización circular y una alta ganancia de señal de salida.

Dispositivo de antena

La parte principal de la antena es un conductor enrollado. Aquí, por regla general, se utiliza alambre de cobre, latón o acero. Un alimentador está conectado a él. Está diseñado para transmitir una señal desde la hélice a la red (receptor) y viceversa (transmisor). Los alimentadores son de tipo abierto y cerrado. Los alimentadores de tipo abierto songuías de ondas sin blindaje. Un tipo cerrado tiene un escudo especial contra interferencias, lo que hace que el campo electromagnético esté protegido de influencias externas. En función de la frecuencia de la señal se determina el siguiente diseño de alimentadores:

- hasta 3 MHz: redes cableadas blindadas y no blindadas;

- 3 MHz a 3 GHz: cables coaxiales;

- 3GHz a 300GHz: guías de ondas metálicas y dieléctricas;

- más de 300 GHz: líneas cuasi-ópticas.

Otro elemento de la antena era el reflector. Su propósito es enfocar la señal en la hélice. Está hecho principalmente de aluminio. La base de la antena es un marco con una constante dieléctrica baja, como espuma o plástico.

Cálculo de las dimensiones principales de la antena

El cálculo de una antena espiral comienza determinando las dimensiones principales de la hélice. Ellos son:

- número de vueltas n;

- ángulo de giro a;

- diámetro espiral D;

- paso de la espiral S;

- diámetro del reflector 2D.

Lo primero que hay que entender al diseñar una antena helicoidal es que es un resonador (amplificador) de una onda. Su característica era la alta impedancia de entrada.

El tipo de ondas excitadas en él depende de las dimensiones geométricas del circuito de amplificación. Las vueltas vecinas de la espiral tienen una influencia muy fuerte en la naturaleza de la radiación. Proporciones óptimas:

D=λ/π, donde λ es la longitud de onda, π=3, 14

S=0, 25 λ

a=12˚

Porqueλ es un valor que varía y depende de la frecuencia, entonces los valores promedio de este indicador calculados por las fórmulas se toman en los cálculos:

λ mín=c/f máx; λ max=c/f min, donde c=3×108 m/seg. (velocidad de la luz) y f max, f min - el parámetro máximo y mínimo de la frecuencia de la señal.

λ cf=1/2(λ min+ λ max)

n=L/S, donde L es la longitud total de la antena, determinada por la fórmula:

L=(61˚/Ω)2 λ cf, donde Ω es la directividad de la antena dependiente de la polarización (tomada de libros de referencia).

Clasificación por rango de operación

Según el rango de frecuencia principal, los transceptores son:

1. Banda estrecha. El ancho del haz y la impedancia de entrada dependen en gran medida de la frecuencia. Esto sugiere que la antena puede operar sin resintonizar solo en un espectro de longitud de onda estrecho, aproximadamente el 10% del ancho de banda relativo.

2. Amplia gama. Estas antenas pueden operar en un amplio espectro de frecuencias. Pero sus parámetros principales (SOI, patrón de radiación, etc.) aún dependen del cambio en la longitud de onda, pero no tanto como los de banda estrecha.

3. Independiente de la frecuencia. Se cree que aquí los parámetros principales no cambian cuando cambia la frecuencia. Estas antenas tienen una región activa. Tiene la capacidad de moverse a lo largo de la antena sin cambiar sus dimensiones geométricas, dependiendo del cambio en la longitud de onda.

Las más comunes son las antenas helicoidales del segundo y tercer tipo. El primer tipo se utiliza cuandose necesita una mayor "claridad" de la señal a una determinada frecuencia.

Antena hecha a sí misma

La industria ofrece una amplia variedad de antenas. Una variedad de precios puede variar desde unos pocos cientos hasta varios miles de rublos. Hay antenas para televisión, recepción de satélite, telefonía. Pero puedes hacer una antena en espiral con tus propias manos. No es tan dificil. Las antenas Wi-Fi helicoidales son especialmente populares.

Son especialmente relevantes cuando es necesario amplificar la señal del router en alguna casa grande. Para hacer esto, necesita un cable de cobre con una sección transversal de 2-3 mm 2 y una longitud de 120 cm, es necesario hacer 6 vueltas con un diámetro de 45 mm. Para hacer esto, puede usar un tubo del tamaño apropiado. El mango de una pala encaja bien (tiene aproximadamente el mismo diámetro). Enrollamos el cable y obtenemos una espiral con seis vueltas. Doblamos el extremo restante de tal manera que pase exactamente a través del eje de la espiral, "repitiéndolo". Estiramos la parte del tornillo para que la distancia entre las vueltas sea de 28-30 mm. Luego se procede a la fabricación del reflector.

Para esto, una pieza de aluminio de 15 × 15 cm de tamaño y 1,5 mm de espesor servirá. De este espacio en blanco hacemos un círculo con un diámetro de 120 mm, cortando bordes innecesarios. Haz un agujero de 2 mm en el centro del círculo. Insertamos el extremo de la espiral en él y soldamos ambas partes entre sí. La antena está lista. Ahora debe quitar el cable de radiación del módulo de antena del enrutador. Y suelde el extremo del cable conextremo de la antena saliendo del reflector.

Características de la antena de 433 MHz

En primer lugar, hay que decir que las ondas de radio con una frecuencia de 433 MHz durante su propagación son bien absorbidas por el suelo y diversos obstáculos. Para su retransmisión se utilizan transmisores de baja potencia. Por regla general, varios dispositivos de seguridad utilizan esta frecuencia. Se usa especialmente en Rusia, para no interferir en el aire. La antena helicoidal de 433 MHz requiere una mayor ganancia de salida.

Otra característica del uso de dicho equipo transceptor es que las ondas de este rango tienen la capacidad de sumar las fases de las ondas directas y reflejadas desde la superficie. Esto puede aumentar la intensidad de la señal o debilitarla. De lo anterior, podemos concluir que la elección de la "mejor" recepción depende de la configuración individual de la posición de la antena.

Antena casera de 433 MHz

Es fácil hacer una antena helicoidal de 433 MHz con tus propias manos. Ella es muy compacta. Para hacer esto, necesita un pequeño trozo de alambre de cobre, latón o acero. También puede usar solo alambre. El diámetro del alambre debe ser de 1 mm. Enrollamos 17 vueltas en un mandril con un diámetro de 5 mm. Estiramos la hélice para que su longitud sea de 30 mm. Con estas dimensiones, probamos la antena para la recepción de la señal. Cambiando la distancia entre las vueltas, estirando y comprimiendo la hélice, conseguimos una mejor calidad de señal. Pero debe saber que dicha antena es muy sensible a varios objetos,acercado a ella.

Antena receptora UHF

Las antenas helicoidales UHF son necesarias para recibir una señal de televisión. Por su diseño, constan de dos partes: un reflector y una espiral.

Es mejor usar cobre para la hélice, tiene menos resistencia y, por lo tanto, menos pérdida de señal. Fórmulas para su cálculo:

- longitud total de la espiral L=30000/f, donde f- frecuencia de la señal (MHz);

- paso de hélice S=0,24 L;

- diámetro de bobina D=0, 31/L;

- diámetro del alambre espiral d ≈ 0.01L;

- diámetro del reflector 0,8 nS, donde n- número de vueltas;

- distancia a la pantalla H=0, 2 L.

Ganancia:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

La copa del reflector está hecha de aluminio.

Otros tipos de equipos transceptores

Las antenas cónicas y helicoidales planas son menos comunes. Esto se debe a la dificultad de su fabricación, aunque son los que mejores características tienen en cuanto a transmisión y recepción de señal. La radiación de tales transmisores no está formada por todos los giros, sino solo por aquellos cuya longitud es cercana a la longitud de onda.

En una antena plana, la línea helicoidal tiene la forma de una línea de dos hilos retorcida en espiral. En este caso, las vueltas adyacentes se excitan en fase en el modo de onda viajera. Esto lleva al hecho de que se crea un campo de radiación con polarización circular hacia el eje de la antena, lo que le permite crear una amplia banda de frecuencia. Hay antenas planas con la llamada espiral. Arquímedes. Esta forma compleja permite un aumento significativo en el rango de frecuencia de transmisión de 0,8 a 21 GHz.

Comparación de antenas helicoidales y altamente direccionales

La principal diferencia entre una antena helicoidal y una direccional es que es más pequeña. Esto lo hace más ligero, lo que permite una instalación con menor esfuerzo físico. Su desventaja es un rango más estrecho de frecuencias de recepción y transmisión. También tiene un patrón de radiación más estrecho, lo que requiere una "búsqueda" de la mejor posición en el espacio para una recepción satisfactoria. Su ventaja indudable es la simplicidad del diseño. Una gran ventaja es la capacidad de sintonizar la antena cambiando el tono de la bobina y la longitud total de la espiral.

Antena corta

Para una mejor resonancia en la antena, es necesario que la longitud "alargada" de la parte helicoidal sea lo más cercana posible al valor de la longitud de onda. Pero no debe ser inferior a ¼ de longitud de onda (λ). Por lo tanto, λ puede alcanzar hasta 11 m, lo cual es cierto para la banda de HF. En este caso, la antena será demasiado larga, lo cual es inaceptable. Una forma de aumentar la longitud del conductor es instalar una bobina de extensión en la base del receptor. Otra opción es alimentar la ruta del sintonizador al circuito. Su tarea es hacer coincidir la señal de salida del transmisor de estaciones de radio con la antena en todas las frecuencias operativas. Hablando en un lenguaje sencillo, el sintonizador actúa como un amplificador para la señal entrante del receptor. Este esquema se utiliza en antenas de coche, donde el tamaño del elemento que recibe la onda de radio es muy importante.

Conclusión

Las antenas en espiral se han vuelto muy populares en muchas áreas de las comunicaciones electrónicas. Gracias a ellos se lleva a cabo la comunicación celular. También se utilizan en televisión e incluso en comunicaciones de radio en el espacio profundo. Uno de los desarrollos prometedores para reducir el tamaño de la antena fue el uso de un reflector de cono, que permite aumentar la longitud de la longitud de onda de recepción en comparación con un reflector convencional. Sin embargo, también existe un inconveniente, expresado en una disminución del espectro de la frecuencia de funcionamiento. También un ejemplo interesante es la antena helicoidal cónica "bidireccional", que le permite trabajar en un amplio espectro de frecuencias, debido a la formación de un diafragma direccional isotrópico. Esto se debe a que la línea de alimentación en forma de cable de dos hilos proporciona un cambio suave en la impedancia.