Antena magnetică: design, principiu de funcționare, funcție

Un semnal care conține informații utile poate fi creat cu ajutorul unui generator. Puterea sa poate fi amplificată printr-un amplificator și transmisă pe o distanță considerabilă către un alt corespondent. Antena transmite semnalul.

O antenă este un dispozitiv care transformă o undă electromagnetică într-un semnal electric la o anumită frecvență în calea de recepție și îl transformă înapoi în calea de emisie.

Există mai multe tipuri de antene. Acestea pot fi clasificate în funcție de construcție sau de modul de funcționare, de exemplu. În acest din urmă caz se poate distinge o antenă electrică sau o antenă magnetică. Primele sunt acționate de componenta electrică a câmpului electromagnetic (denumit în continuare CEM), iar cele din urmă, respectiv de cea magnetică.

Acest articol se va ocupa de antena magnetică, construcția acesteia și principiul de funcționare.

Undele radio

Toate antenele funcționează pe o anumită gamă de lungimi de undă. Undele pot fi clasificate în funcție de lungime sau de frecvență. Rețineți că lungimea este invers proporțională cu frecvența.

Mai jos este prezentat un tabel de corespondență a tipurilor de unde radio cu parametrii lor de lungime și frecvență.

Numele valurilor sunt adesea înlocuite cu nume de trupe. De exemplu, gama de unde scurte a benzii KV este.

Undele metrice, decimetrice, centimetrice și milimetrice fac parte din gama VHF - unde ultra scurte. Dispozitivele care lucrează cu unde decimetrice se numesc antene DMV (denumite în continuare prin analogie).

Aplicație

Tipul de antenă care răspunde la componenta magnetică a câmpului a găsit o utilizare pe scară largă în toate tipurile de industrie datorită dimensiunilor sale mici și proprietăților de recepție și de transmisie. Designul lor este adesea foarte simplu, constând dintr-o antenă cu pin (adesea folosită ca antenă pentru mașini), care sunt de dimensiuni mici în comparație cu antenele logaritmice, de exemplu. Acest din urmă tip de antenă se găsește adesea în casă, unde asigură transmisia TV.

Principalul avantaj al antenelor magnetice este imunitatea lor la interferențe electrice. Acest din urmă fapt le face potrivite pentru utilizare în orice oraș în care există concentrații mari de semnale electrice.

Design

Cea mai simplă antenă magnetică are:

• miez;
• o bobină de inductor;
• corpul bobinei.

Un cadru de sârmă este atașat la miez și o bobină de inductor este înfășurată pe cadrul de sârmă.

miezul acestei antene este realizat din material magnetic. Cel mai adesea fabricate din ferită, care are proprietăți magnetice bune și care va fi discutată mai târziu.

Înfășurarea este confecționată dintr-un material conducător, cum ar fi cuprul și, invers, cadrul este confecționat dintr-un material izolator pentru a evita contactul inutil între înfășurările bobinei și miez.

De fapt, se pare că o antenă magnetică este un inductor tipic, familiar pentru orice radioamator sau pentru orice persoană care are o relație chiar și indirectă cu electronica.

Teoria câmpului

Pentru a înțelege funcționarea unei astfel de antene, trebuie repetate informațiile de bază privind toate aspectele transmisiunii pe distanțe lungi.

În primul rând, câmpul electromagnetic, așa cum îi spune și numele, include două componente, magnetică și electrică, care sunt indisolubil legate, iar planurile acestor câmpuri (dacă omitem detaliile terminologice) sunt perpendiculare între ele.

În al doilea rând, direcția de propagare a câmpului dat este determinată de vectorul viteză, care este perpendicular atât pe vectorul intensitate (inducție) electrică, cât și pe vectorul intensitate (inducție) magnetică în spațiul tridimensional.

De ce vectorul de intensitate poate fi înlocuit cu vectorul de inducție? Deoarece mărimile a acestor parametri caracterizează în mod egal un domeniu de un fel sau altul și sunt proporționale între ele.

Antena în formă de L funcționează

vibrațiile (care sunt exact ceea ce transmite antena) sunt radiate de orice obiect, fie că este vorba de un băț de lemn sau de o sârmă metalică. Singura diferență este că metalul conduce mai bine electricitatea, astfel încât vibrațiile emise de un fir sunt mai vizibile.

De aceea, cea mai simplă antenă poate fi făcută dintr-o bucată de armătură. Obținem antena în formă de L pe care o cunoaștem cu toții. Câmpul electromagnetic produce o forță electromotoare în armătură, care este într-un fel (omițând detaliile teoretice) Motivul este că antena în formă de L este un câmp electric de oscilație, precum și o bază pentru amplificarea semnalului.

Metalul este un material cu proprietăți electrice bune. De aceea, o forță electromotoare (EMF) este indusă în armătură. Prin urmare, antena în formă de L este acționată de componenta electrică a câmpului.

Principiul de funcționare a unei antene care răspunde la un câmp magnetic

Este logic că, dacă antena metalică în formă de L reacționează la componenta electrică a câmpului, antena magnetică reacționează la componenta magnetică a câmpului electromagnetic. Din acest motiv, dispozitivul se numește.

Antena ar putea, desigur, să fie realizată dintr-o bucată longitudinală de material feromagnetic, dar este mai eficient să se dea acestui material forma unui cadru.

În această construcție, câmpul magnetic va produce de asemenea un câmp electromagnetic, dar un câmp electromagnetic variabil. Antena se va transforma într-o bobină de inducție în care energia EMF este transformată în energie electrică (acesta este scopul principal al antenei).

Cantitatea de câmp electromagnetic indus în cadru depinde de care poziție construcția în raport cu planul câmpului. CEM este maximă atunci când planul bobinelor structurii este orientat spre stația care operează semnalul. Dacă antena este rotită în jurul axei sale verticale (vedere de sus), aceasta va prezenta două valori maxime și două valori minime (valori zero) ale câmpului electromagnetic la fiecare rotație.

Diagrama de directivitate a unei astfel de antene va avea forma unui infinit sau a unei figuri de opt.

Diagrama direcțională este o reprezentare grafică a dependenței câștigului de direcția antenei într-un anumit plan.

Câștigul este o valoare calculată ca raport între valoarea semnalului de ieșire și valoarea semnalului de intrare. De exemplu, raportul dintre puterea de ieșire și puterea de intrare sau dintre tensiunea de ieșire și tensiunea de intrare.

Coeficientul direcțional descrie capacitatea antenei de a direcționa semnalul către un anumit punct. De exemplu, o antenă de tip cuier care este utilizată ca antenă pentru automobile are un câmp electromagnetic scăzut. Acesta radiază o undă în formă de toroid în toate direcțiile. Pe de altă parte, o antenă direcțională, cum ar fi o antenă log-periodică sau o antenă în oglindă, are o valoare mult mai mare.

O antenă cadru are, de asemenea, un bun coeficient direcțional. Această proprietate permite utilizarea acestor dispozitive în aplicații speciale, cum ar fi echipamentele de vânătoare de vulpi.

Caracteristicile designului

Magnitudinea câmpului electromagnetic indus este determinată în mare măsură de dimensiunile antenei. Chiar dacă numărul de înfășurări înfășurate pe el este considerabil, câmpul electromagnetic tot nu va fi suficient pentru a face să funcționeze anumite receptoare, având în vedere dimensiunile sale mici.

Cu toate acestea, dacă antenelor magnetice li se adaugă miezuri de ferită, magnitudinea câmpului electromagnetic va fi mult mai mare. Miezul va ajuta la scurtcircuitarea mai multor linii de câmp, adică datorită miezului, câmpul se va concentra pe antenă, creând un flux magnetic mai puternic și generând o cantitate semnificativă de câmp electromagnetic.

Un miez realizat din material magnetic

Pentru a ști ce material de miez magnetic să se utilizeze într-o antenă, este necesar să se studieze parametrul permeabilitate magnetică, care indică de câte ori este mai puternic câmpul magnetic dintr-un anumit material decât câmpul extern.

Cu cât permeabilitatea magnetică este mai mare, cu atât materialul magnetic concentrează mai bine câmpul.

Miezul unei antene magnetice de receptor este de obicei dreptunghiular sau circular în secțiune transversală. În primul rând, datorită ușurinței de fabricare. În al doilea rând, deoarece miezurile de această formă concentrează mai bine liniile magnetice.

Aceasta din urmă are un efect asupra permeabilității magnetice efective. Este posibil să nu coincidă cu permeabilitatea magnetică inițială, care este de obicei indicată în documentația carotei. Cu toate acestea, permeabilitatea magnetică efectivă depinde de câmpul magnetic inițial.

Astfel, permeabilitatea efectivă a unui miez depinde de următorii parametri:

• dimensiunile miezului;
• forma miezului
• permeabilitatea magnetică inițială a materialului din care este confecționat miezul.

De exemplu, dacă luăm în considerare miezuri cu aceeași suprafață a secțiunii transversale, dar cu lungimi diferite, proba cu lungimea mai mare va avea o permeabilitate efectivă mai mare.

Apropo, dependența permeabilității efective de lungimea unui miez de ferită, de exemplu, are un caracter neliniar. Până la o anumită valoare a lungimii miezului, permeabilitatea crește pentru cele mai multe clase de ferită, dar apoi unele dintre ele intră în saturație și creșterea se oprește. De exemplu, produsele etichetate cu 1000HH, 600HH și 400HH nu ajung la saturație pentru mult timp, spre deosebire de 100HH și 50HH. Acest lucru este important de care trebuie să se țină seama la construirea antenei artizanale.

Eficiența antenei

Eficiența unei antene receptoare care răspunde la un câmp magnetic este direct legată de înălțimea efectivă. Altitudinea punctului la care radiația emană de la antenă într-un anumit punct de pe suprafața Pământului.

Înălțimea efectivă influențează câmpul electromagnetic generat în antenă. În consecință, cu cât valoarea este mai mare, cu atât mai mare este câmpul electromagnetic, cu atât mai slabe vor fi semnalele pe care antena le va putea recepționa.

De ce depinde înălțimea efectivă a antenei care răspunde la componenta magnetică a câmpului electromagnetic??

1. Permeabilitatea efectivă.
2. Aria secțiunii transversale a miezului.
3. Numărul de spire ale bobinei.
4. Lungimea înfășurării care constituie bobina propriu-zisă.
5. Diametrul înfășurării.
6. lungimea de undă efectivă.

Cu cât înălțimea efectivă a antenei va fi mai mare, cu atât mai mari sunt primii patru parametri din lista de mai sus și cu atât mai mică este diferența de diametru dintre miezul antenei și firul bobinei. Cu cât lungimea de undă este mai mică, cu atât înălțimea este mai mare.

Bobină de antenă

Din datele prezentate mai sus, se poate deduce că influența bobinei inductorului asupra proprietăților de recepție și emisie ale oricărei antene (cum ar fi o antenă SW magnetică) care răspunde la un câmp magnetic.

Cu cât calitatea bobinei de inducție este mai bună, cu atât mai bună este performanța antenei. Parametrul de calitate al bobinei este evaluat cu ajutorul factorului de calitate al acesteia. Factorul de calitate este o măsură a raportului dintre rezistența bobinei la curentul alternativ și rezistența elementului inductiv la curentul continuu.

Rezistența bobinei la curentul alternativ depinde atât de inductanța bobinei însăși, cât și de frecvența curentului. Pentru a crește factorul de calitate al bobinei și, odată cu acesta, proprietățile de recepție și emisie ale antenei care răspunde la câmpul magnetic, puteți modifica rezistența sa de curent continuu. De exemplu, măriți diametrul spirelor bobinei sau al sârmei din care este înfășurată bobina.

Antena FM

Aceasta este este un tip de antenă care răspunde la un câmp magnetic. Unda FM este un semnal cu o frecvență cuprinsă între 88 și 108 MHz.

Pentru a construi un astfel de design, veți avea nevoie de:

• instalația pe care va fi montată antena (de exemplu, o țeavă);
• un miez de ferită care poate fi așezat pe structură (pe tub);
• sârmă de cupru pentru înfășurare și contacte;
• Pini de conectare pentru conectarea antenei la receptor;
• folie de cupru.

Înainte de înfășurarea bobinei, trebuie să o izolați de miez folosind bandă electrică sau hârtie înfășurată în jurul feritei. Un strat de folie este apoi plasat peste izolație. Aceasta se suprapune peste bobină cu aproximativ 1 cm și este izolată în zona de suprapunere cu aceeași bucată de bandă, de exemplu. Acest lucru creează scutul antenei FM, pe care sunt înfășurate cele 25 de spire pentru a forma bobina, cu firele pe a 7-a, a 12-a și a 25-a spire.

Partea superioară a înfășurării este acoperită cu un ecran similar din folie. Shields - exterior și interior - sunt conectate între ele.

Capetele sârmei bobinei trebuie să fie modelate în pini de conectare. Cablurile de pe spirele 12 și 25 trebuie să fie conectate la receptor, iar cele de pe spirele 7 la masă.

Antena este o antenă cu buclă

Cu ajutorul unui cablu coaxial și a câtorva accesorii, această antenă poate fi făcută să funcționeze cu diferite intervale de frecvență. Totul depinde de mărimea construcției. De asemenea, puteți utiliza acest dispozitiv pentru a construi o antenă pentru banda DMV.

Cu ajutorul acestuia, poate transmite semnale pe distanțe de până la 80 m. Fabricarea și instalarea ușoară, precum și stabilitatea ridicată a semnalului sunt câteva dintre avantajele sale.

Ce materiale pentru Pentru antena de buclă aveți nevoie de?

1. Cablu coaxial.
2. Bare de lemn.
3. Condensator cu o capacitate de 100 pF.
4. Conector coaxial.

Condensatorul trebuie să fie izolat de influențele mecanice, meteorologice și de altă natură pentru a menține antena stabilă.

Antena este o buclă de cablu conectată la un condensator. Poate funcționa cu mai multe benzi de frecvență. De exemplu, cu banda SW. Cu cât este mai mare zona de buclă (mai bine dacă este circulară), cu atât mai mare este acoperirea semnalului recepționat.

Structura este montată pe un stâlp de lemn realizat din scânduri. Cum se conectează antena? Cu ajutorul unui conector coaxial conectat la firul de plumb.

Un transformator de potrivire este, de asemenea, uneori inclus în circuit.

GSM-standard

Pe baza antenei, care reacționează la undele magnetice, creați dispozitive pentru recepționarea semnalelor de standard GSM, care este utilizat în comunicațiile mobile.

Mulți radioamatori colectează în mod independent antene magnetice GSM și le instalează acolo unde semnalul celular este slab recepționat. De exemplu, la casele de vară.

Antena pentru muncă cu comunicație la standardul GSM poate fi realizat din țevi de apă din plastic, panouri de fibră de sticlă acoperite cu folie pe o singură față (grosime - 1,5-2 mm, lățime - 10 mm) și sârmă de cupru (diametru - 1,5-2,5 mm).

Formatul antenei este log-periodic. O astfel de antenă de casă are un câștig ridicat și un model de radiație îngustă.

Apoi, conectați vibratoarele antenei (sârmă tăiată) la liniile colectoare (două benzi de fibră de sticlă). Este necesar să lipiți vibratoarele la fiecare linie de asamblare și apoi să conectați liniile între ele cu un cablu coaxial. Fixați liniile pe tubul de plastic.

Cum se conectează acest tip de antenă? Priza de cablu poate fi conectată la o sarcină, cum ar fi un televizor.

Ieșire

Astfel, nu este dificil să vă confecționați propria antenă, care răspunde la componenta magnetică a câmpului electromagnetic. Este suficient să se urmeze recomandările de mai sus și să se țină seama de caracteristicile electromagnetice ale diferitelor materiale.

În plus, nu sunt necesare cunoștințe speciale pentru a construi un astfel de design. Informații de bază despre procesele fizice implicate în diferitele elemente, cum ar fi bobina de inductanță.