Отметим два недостатка конструкции:

1. Питание нужно вести в идеале двухпроводной линией, хотя любители паяют кабель, как показано на рисунке. Никто не жалуется.
2. Начиная делать антенну собственноручно, убедитесь, что сумеете точно выравнять плечи. Они лежат чётко по одной линии, согласующие участки возможно чуть гнуть (китайцы вообще делают катушки, учитывая индуктивность при изготовлении антенны).

Расчет антенны Франклина не считается простым делом, в исходном виде не всегда получается использовать указанный тип устройств. Рекомендуется копировать китайские модели, измерить которые поможет штангенциркуль. В этом случае самодельная антенна гарантированно показывает хорошие характеристики. Даже на форумах коллинеарные линии не изучены толком. Это явно не лучший путь сделать простую антенну.

Добро пожаловать в Антенны 101 | Electronic Design

Эта статья является частью TechXchange: Antenna Design 101

Загрузите эту статью в формате .PDF

Антенны — это гораздо больше, чем просто устройства, подключенные к каждому радио. Это преобразователи, которые преобразуют напряжение от передатчика в радиосигнал. И они улавливают радиосигналы из эфира и преобразуют их в напряжение для восстановления в приемнике.

Обычно принимаемые как должное и оставляемые на последнюю минуту в проекте, антенны, тем не менее, имеют решающее значение для установления и поддержания надежного радиосоединения. Большинству инженеров они могут показаться сложными и загадочными, особенно тем, кто впервые работает с беспроводными приложениями, не говоря уже о том, что они бывают, казалось бы, бесконечного разнообразия размеров и форм. Тем не менее, краткий обзор основных моментов может помочь развеять любые опасения по поводу дизайна.

Что такое радиоволна?

Радиоволна представляет собой комбинацию магнитного поля под прямым углом к ​​электрическому полю. Оба колеблются с определенной частотой и движутся вместе в направлении, перпендикулярном обоим полям (рис. 1) . Эти электромагнитные поля движутся со скоростью света (около 300 миллионов метров в секунду или около 186 400 миль в секунду) в свободном пространстве. Согласно известным уравнениям Максвелла, они поддерживают и регенерируют друг друга по пути, но ослабевают с расстоянием.

Каковы некоторые характеристики радиоволн?
Одной из ключевых особенностей является ориентация полей с землей. Это называется поляризацией. Антенна имеет вертикальную поляризацию, если электрическое поле направлено вертикально к поверхности земли. Антенна имеет горизонтальную поляризацию, если она расположена горизонтально по отношению к поверхности земли.

Существуют ли другие важные характеристики радиоволн?
Как правило, радиоволны имеют ближнее и дальнее поле. Ближнее поле близко к антенне, обычно в пределах нескольких длин волн (λ). Дальнее поле находится примерно в 10 или более длинах волн от антенны.

Такие приложения, как радиочастотная связь (RFID) и связь ближнего поля (NFC), используют ближнее поле, которое больше похоже на магнитное поле вокруг первичной обмотки трансформатора. Но в целом дальнее поле — самая полезная радиоволна.

Как работает антенна?
Антенна передатчика генерирует радиоволны. На антенну подается напряжение нужной частоты. Напряжение на элементах антенны и ток через них создают соответственно электрические и магнитные волны. В приемнике электромагнитная волна, проходящая через антенну, индуцирует небольшое напряжение. Таким образом, антенна становится источником сигнала для входа приемника.

Будет ли одна и та же антенна работать и для передачи, и для приема?
Да. Мы называем это взаимностью антенн. Любая антенна будет работать как на передачу, так и на прием. Во многих беспроводных приложениях антенна переключается между передатчиком и приемником.

Будет ли вертикальная антенна принимать горизонтально поляризованный сигнал или наоборот?

При более точном контроле поляризацию можно использовать для мультиплексирования двух сигналов на одной частоте. В некоторых спутниках антенна с вертикальной поляризацией может передавать один сигнал, одновременно передавая или принимая на отдельной антенне с горизонтальной поляризацией на той же частоте. Если поляризация является проблемой в приложении, круговая поляризация может предложить решение.

Что такое круговая поляризация?
Как видно из названия, во время передачи поляризация постоянно меняется, что позволяет использовать для приема как горизонтальные, так и вертикальные антенны. Для максимального приема необходима приемная антенна с круговой поляризацией.

Вы также можете приобрести антенну с правой или левой круговой поляризацией (RHCP или LHCP). Это снова позволяет повторно использовать частоты, используя разные поляризации для двух разных сигналов. Часто применяют спиральную антенну из спирального проводника и рефлектора. Круговая поляризация чаще всего встречается у спутников.

Как радиосигнал распространяется от передатчика к приемнику?
Сигналы передаются от одной антенны к другой несколькими способами в зависимости от частоты радиоволн. На низких частотах (менее 3 МГц) распространение осуществляется земной волной, когда сигнал касается земной поверхности. Расстояние ограничено сотней миль или около того. AM-радиоволны являются хорошим примером низкочастотного распространения.

На частотах в диапазоне от 3 до 30 МГц (короткие волны) сигналы распространяются на расстояние от 30 до 250 миль в ионосферу, где преломляются обратно на землю.

Однако сегодня для большинства беспроводных сетей диапазон сигналов составляет от 100 МГц до 10 ГГц. Эти сигналы, называемые небесными волнами, распространяются прямолинейно, как световые волны. Вам нужен путь прямой видимости (LOS) от одной антенны к другой, чтобы установить связь. Очевидно, что дальность сигнала во многом зависит от высоты антенны.

Какая форма антенны наиболее распространена?
Диполь состоит из двух линейных проводников встык длиной в половину длины волны (λ/2)

Передатчик или приемник подключается к центру антенны, как правило, линией передачи, например коаксиальным кабелем. В этой точке антенна имеет эквивалентное активное сопротивление 73 Ом. Однако это будет зависеть от высоты антенны и станет комплексным импедансом выше или ниже рабочей частоты. Таким образом, антенна действует как резонансный контур.

Каковы некоторые другие характеристики диполя?
Обычно диполь ориентирован горизонтально к земле, что дает горизонтально поляризованную волну. Кроме того, излучение антенны неравномерно во всех направлениях. Идеальная антенна, называемая изотропным источником, излучает сферически или одинаково хорошо во всех направлениях.

В диполе диаграмма направленности имеет форму бублика. Посмотрев вниз на антенну, вы увидите диаграмму направленности в виде цифры 8 9.0022 (рис. 2б) . Наибольшее излучение или лучший прием происходит под прямым углом к ​​антенне. На эту диаграмму направленности сильно влияют близлежащие проводящие и непроводящие объекты.

Какие еще существуют физические формы антенн?
Популярным вариантом диполя является плоскость заземления или антенна Маркони. Он состоит из одного элемента λ/4, установленного вертикально, и работает с землей или металлическим основанием, называемым плоскостью заземления (рис. 3) . Антенна заземления представляет собой половину диполя, а другой элемент диполя представляет собой заземление. Поляризация вертикальная, а диаграмма направленности круговая или всенаправленная.

Существуют ли другие распространенные формы?
Да. Патч- или микрополосковая антенна широко распространена на микроволновых частотах (более 1 ГГц). Это квадратный или круглый участок проводящего материала шириной около половины длины волны. Создать его несложно, поскольку обычно он реализуется на печатной плате (PCB) (рис. 4) . Рамочная антенна также популярна в некоторых некритических приложениях. Это просто непрерывная петля проводника, провода или печатной платы с окружностью от 0,1 до 1,0 λ.

Могут ли антенны показывать усиление?
Обязательно. Антенна может повысить уровень сигнала так же эффективно, как если бы сигнал был усилен электронным усилителем. Он не усиливается как таковой, но усиление формируется в результате концентрации сигнала в более узком луче. Антенна становится более направленной.

Например, диполь концентрирует сигнал в двух лепестках. Следовательно, диполь имеет усиление по мощности на 1,64 дБ по сравнению с изотропной антенной. Это называется усилением в дБи по отношению к изотропному источнику. Но поскольку в реальной жизни не существует такого понятия, как изотропный источник, мы обычно относим любое усиление антенны к коэффициенту усиления диполя (дБд). Например, 0 дБд = 2,15 дБи.

Как выражается усиление антенны?
Обычно выражается в дБ мощности на диполь. Другим выражением является эффективная излучаемая мощность (ERP) — фактическая мощность, которую диполь должен излучать, чтобы произвести тот же эффект, что и антенна с усилением. Вы вычисляете ERP, умножая выходную мощность передатчика на усиление антенны, где усиление представляет собой отношение мощностей, эквивалентное цифре усиления в дБ. Иногда усиление относится к изотропному излучателю, а не к диполю. В этом случае подходящим термином является эффективная изотропная излучаемая мощность (ЭИИМ).

Какую антенну вы используете для усиления?
Существует множество различных способов получения усиления. Большинство конфигураций основано на использовании нескольких антенных элементов, таких как несколько диполей или диполь плюс один или несколько паразитных элементов, на которые сигнал не подается напрямую. Знакомый пример — популярная Yagi (рис. 5) .

Ведомый элемент — диполь. Он используется с чуть более длинным элементом, называемым отражателем, и тремя более короткими элементами, называемыми директорами. Паразитные элементы фокусируют луч вперед с направлением излучения от директора. Такая антенна может обеспечить эффективное усиление мощности около 10 дБ.

Добавив больше директоров, можно добиться еще большего усиления. При наличии семи и более директоров возможно усиление до 20 дБ. Ширина луча излучения очень мала, что может помочь свести к минимуму помехи от других станций поблизости.

Как работает параболическая или параболическая антенна?
Антенна с максимальным направленным усилением, тарелка, использует дипольную или подобную антенну, но добавляет параболическую тарелку в качестве отражателя. Размещение антенны в фокусе параболы приводит к тому, что тарелка фокусирует входящий сигнал на антенне или сигнал, излучаемый диполем, фокусируется тарелкой в ​​очень узкий луч (рис. 6) .

Обычно ширина луча менее 1°. Усиление может быть более 50 дБ, в зависимости от диаметра тарелки. Этот тип антенны отлично подходит для очень слабых сигналов, например, от спутников.

Существуют ли другие распространенные направленные антенны?
Другой прекрасной антенной с направленным усилением является фазированная решетка, которая представляет собой группу диполей или эквивалентных антенн (патч, щелевая и т. д.), установленных в прямоугольную решетку. Типичные решетки могут быть четыре на четыре или 16 на 16. Антенны питаются линиями передачи определенной длины для создания синфазных сигналов на элементах антенны. Добавление задержек или фазовых сдвигов создает сигналы на каждой антенне, которые могут усиливать или компенсировать друг друга. Это позволяет формировать, перемещать или иным образом управлять общей диаграммой направленности антенны.

Управляя фазами антенн, можно управлять диаграммой направленности в широком диапазоне ширины луча. С помощью специальных регулируемых фазовращателей луч антенны можно расширить, сузить или направить в определенном направлении. Это называется формированием луча. Фазированные решетки широко используются в военных радарах, но эти методы также применяются в сотовой радиосвязи для управления направленностью антенн сотовой связи с целью улучшения качества сигнала.

Ускорьте процесс проектирования от концепции до реализации с помощью DKRed, специального сервиса печатных плат от Digi-Key.

{}»>Подробнее

Если антенна действует как настроенная цепь, как я могу быть уверен, что она имеет необходимую полосу пропускания?
Антенны резонансные, поэтому у них есть Q и соответствующая полоса пропускания (BW). Для большинства антенн эта полоса пропускания составляет примерно от 10% до 15% резонансной частоты. Важно, чтобы антенна имела достаточно широкий отклик, чтобы пропустить все необходимые боковые полосы, чтобы избежать искажений. Большинство антенн являются избирательными, поэтому они могут избавиться от шума и некоторых гармоник, но вам не нужна обрезка боковой полосы. Если вы используете коммерческую антенну, посмотрите характеристики селективности или полосы пропускания, чтобы убедиться, что она подходит. В конструкции антенн физические размеры влияют на BW.

Если сделать элементы дипольной антенны очень тонкими с помощью проволоки, получится очень узкая полоса пропускания. Но если сделать их широкими с помощью трубок или развести веером, скажем, в конфигурации «бабочка», это значительно увеличит пропускную способность.

Как антенна подключена к передатчику или приемнику?
Линия передачи соединяет антенну с передатчиком или приемником. Для коротких расстояний это, вероятно, будет короткая микрополосковая или полосковая линия на печатной плате. Коаксиальный кабель чаще всего используется для больших расстояний в несколько футов и более. Полное сопротивление линии передачи должно соответствовать полному сопротивлению антенны и передатчика/приемника, чтобы обеспечить передачу максимальной мощности.

Большинство цепей рассчитаны на импеданс 50 Ом, что хорошо подходит для коаксиального кабеля 50 Ом. С помощью микрополосковой линии вы можете придать линии любое желаемое характеристическое сопротивление. Сложность заключается в согласовании линии с антенной, импеданс которой может составлять от нескольких Ом до нескольких тысяч Ом, в зависимости от типа и других условий. В большинстве приложений для согласования антенны с линией или линии с цепью используется некоторая форма сети согласования импеданса LC.

Если импедансы не согласованы, будут отражения и высокий коэффициент стоячей волны (КСВ), что приведет к значительным потерям. Кроме того, старайтесь избегать коаксиального кабеля, потому что его затухание очень велико на микроволновых частотах. Доступен кабель с низкими потерями, но он все равно сильно ослабляет сигнал. Старайтесь, чтобы длина была как можно короче, и компенсируйте в передатчике или приемнике потери в кабеле за счет большего усиления.

Что такое эффективность антенны?
Эффективность антенны похожа на эффективность в целом — отношение выходной мощности к входной. Однако она обозначается несколькими способами. В большинстве случаев эффективность учитывает потери I2R, потери в любом диэлектрике и потери, связанные с подключением к другим устройствам. Что может быть не включено, так это любые потери, связанные с потерями, связанными с рассогласованием антенны и линии передачи, что приводит к отраженной мощности и более высокому КСВ.

Однако некоторые меры эффективности учитывают любое изменение сопротивления излучения антенны. Большинство маленьких антенн не так эффективны. Все, что выше от 50% до 60%, обычно хорошо, но всегда стремитесь улучшить его, если можете.

Должен ли я попытаться разработать свои собственные антенны?
Если вы не радиоинженер, возможно, нет. Конструкция антенны очень специфична и более чем сложна. Это также одна из тех ниш, где работает черная магия. Конструкция антенны очень теоретическая, но в значительной степени она основана на эмпирической работе и большом количестве экспериментов.

Если антенна простая, например дипольная, заземляющая или петлевая, она может вам подойти. Кроме того, на рынке существует множество коммерческих антенн, способных удовлетворить практически любые потребности. В приложениях с большим объемом можно даже разработать специальную антенну. Для достижения наилучших результатов лучше покупать, а не строить. 1010022 The ARRL Antenna Book , 1991.

Frenzel, Louis, E., Principles of Electronic Communications Systems , 3-е издание, McGraw Hill, 2008. , McGraw Hill, 2007.

Как сделать радиоантенну из медного провода

Windupradio поддерживается своей аудиторией. Когда вы покупаете по нашим ссылкам, мы можем получить комиссию. Узнать больше

3 ноября 2022 г. 2 ноября 2022 г.

Нелегко сделать антенну для радио, если у вас нет идей, чтобы начать с нуля. Однако, как только вы уже поняли, как сделать радиоантенну из медного провода (а это самый простой способ), вы не столкнетесь со значительными трудностями при ее изготовлении своими руками.

Если вы ищете экономичный способ сэкономить свой ограниченный бюджет, сегодняшняя статья подробно расскажет вам обо всех шагах по изготовлению антенны из медного провода. Следите за обновлениями!

Содержание

• Как сделать радиоантенну из медного провода (подробные инструкции)
• Почему мы должны использовать медные провода для радиоантенн
• Медь против медной проволоки? Нержавеющая сталь против. Алюминиевый провод: какой выбрать для радиоантенны
• Заключение

среди самых популярных моделей. Используя минимальное оборудование и расходные материалы, даже самые неуклюжие мастера могут легко собрать дипольную антенну.

• Сначала измерьте характеристики желаемой антенны. Можно быстро оценить длину их антенн, разделив 143 на частоты, на которые они хотят настроить диполь в мегагерцах. Затем возьмите это число и разделите его на 2 для получения окончательных результатов. Например, если вы хотите, чтобы антенна настраивалась на частоту 88 МГц, разделите 143 на 88. Затем получите результаты и разделите их пополам — это даст вам длину в метрах каждого штыря вашей антенны.

• Во-вторых, вставьте деревянные болты. После расчета размеров вашей антенны пришло время действовать. На расстоянии одного дюйма от другого вставьте 2 деревянных болта в кусок дерева, прежде чем надеть один конец каждого шнура на деревянный болт.
• В-третьих, вставьте клиновые провода трансформатора под деревянные штифты, по одному проводу на каждый болт. Когда вы закончите, затяните болты, чтобы надежно закрепить кабели и дистанционные заглушки преобразователя на деревянной доске.
• Затем прикрепите шнур RV-6. Вы можете начать с одной стороны шнура RG-6, чтобы другой конец антенного гнезда приемника. Небольшое замечание на этом этапе: на каждую жилу кабеля должна быть накручена крошечная петля.
• Наконец, намотайте часть пряжи на каждый круг и подвесьте диполь на веревках.

Медь остается предпочтительным выбором для силовой проводки в течение почти 200 лет. Люди постоянно использовали этот элемент в электрических проводах после появления электромагнитного поля и телеграфа в начале 18 века.

В настоящее время в телекоммуникациях и электроснабжении, распределении и передаче все еще используются медные кабельные провода в качестве основного элемента электропроводки. И вот почему:

Поскольку все металлы обладают определенным сопротивлением электрическим волнам, им нужен источник энергии, чтобы провести электричество. Другими словами, чем ниже степень импеданса, тем больше электричества у металла. Поскольку медь обладает высокой проводимостью, это отличный материал для подачи электричества.

Кроме того, медь является оптимальным выбором для базовой установки или стационарной антенны с точки зрения энергоэффективности. Это связано с тем, что доступ к большему количеству сообщений осуществляется через окружение, а собственный импеданс меди преобразует меньшую радиочастотную мощность в тепло, снижая вероятность перегрева.

Кроме того, этот металл также может похвастаться более низким окислительным потенциалом, чем большинство элементов. Когда кислород и влажность в атмосфере реагируют на внешний вид металла, происходит окисление. Подобно ржавчине на стали, это событие разрушает металл и оставляет пленочное покрытие.

Однако медь не тускнеет, а вместо этого образует зеленоватый налет, известный как оксид меди. Однако, в отличие от ржавчины, этот слой защищает металл от дополнительного окисления, позволяя ему проводить электричество так же эффективно, как и изначально.

По сравнению с другими элементами медь также очень экономична. Действительно, единственный природный материал с большей проводимостью, чем медь, — это серебро. Тем не менее, сделать антенну из серебра — это не то, что обычные люди, такие как мы, могли бы сделать. Вы можете сказать, сколько будет стоить серебряная антенна.

Медь действительно лучший передатчик тока и тепла из всех, за исключением ценных элементов. Таким образом, неудивительно, что примерно 60% общего потребления меди приходится на такие приложения.

По сравнению с алюминием и сталью проводимость этого материала в два раза выше, чем у алюминия, и в 6 раз лучше, чем у стали. В результате медь, несомненно, является идеальным материалом для антенн.

Благодаря улучшенным характеристикам подачи электроэнергии больший процент радиочастотной энергии будет направляться вверх и выходить из передатчика, а не захватываться и преобразовываться в тепловую энергию.

Действительно, медная антенна обеспечивает пользователям лучшую эффективность излучения, чем другие конструкционные материалы, позволяя им работать на более высоких уровнях мощности, которые не могут превзойти многие различные элементы.

По этой причине в настоящее время люди больше не выбирают алюминиевые кабели. Вместо этого они предпочитают использовать медные. Действительно, нет причин, по которым мы не должны использовать более энергоэффективный вариант. Кроме того, медь также помогает снизить потребление энергии на глобальном уровне, поскольку она выделяет меньше тепла.

Поскольку нержавеющая сталь обеспечивает более высокую жесткость при растяжении, она позволяет использовать более тонкую нить. В результате сталь лучше подходит для портативных штыревых антенн, требующих большой мобильности.