Signál obsahujúci užitočné informácie možno vytvoriť pomocou generátora. Jeho výkon je možné zvýšiť pomocou zosilňovača a preniesť na značnú vzdialenosť k inému korešpondentovi. Signál je prenášaný anténou.
Anténa je zariadenie, ktoré konvertuje elektromagnetické vlnenie na elektrický signál s určitou frekvenciou v ceste príjmu, ako aj spätnú konverziu v ceste prenosu.
Existuje mnoho typov antén. Môžu byť klasifikované napríklad podľa konštrukcie alebo princípu činnosti. V druhom prípade sa rozlišujú elektrické a magnetické antény. Prvé sú riadené elektrickou zložkou elektromagnetického poľa (ďalej len EMF) a druhé sú riadené magnetickým.
Tento článok sa zameria na magnetickú anténu, jej dizajn, ako aj princíp činnosti.
Rádiové vlny
Všetky antény pracujú s určitým rozsahom vĺn. Vlny možno klasifikovať podľa dĺžky alebo podľa frekvencie. Treba poznamenať, že dĺžka je nepriamo úmerná frekvencii.
Nasleduje tabuľka zhody medzi typmi rádiových vĺn a ich parametrami dĺžky a frekvencie.
| Typ vĺn | Vlnová dĺžka, m | Frekvencia |
| Extra Long |
105-104 |
3-30 kHz |
| Long | 104-103 | 30 – 300 kHz |
| Priemer | 103-102 | 300 kHz – 3 MHz |
| Short | 100-10 | 3-30 MHz |
| Meter | 10-1 | 30-300MHz |
| Decimetre | 1-0, 1 | 300 MHz – 3 GHz |
| Centimeter | 0, 1-0, 01 | 3-30GHz |
| Milimeter | 0, 01-0, 001 | 30 – 300 GHz |
Názvy vĺn sú často nahradené názvami rozsahov. Napríklad krátkovlnné pásmo sa nazýva HF pásmo.
Metrové, decimetrové, centimetrové a milimetrové vlny sú zahrnuté v rozsahu VHF - ultrakrátke vlny. Zariadenia pracujúce s decimetrovými vlnami sa nazývajú UHF antény (ďalej - analogicky).
Aplikácia
Typ antén, ktoré reagujú na magnetickú zložku poľa, našiel široké uplatneniepoužitie v akomkoľvek odvetví vďaka malým rozmerom a prijímacím-vysielacím vlastnostiam. Ich konštrukcia je často naozaj veľmi jednoduchá a ide o prútovú anténu (často používanú ako anténu do auta), ktorá je v porovnaní napríklad s logaritmickými anténami malá. Druhý typ antény sa často nachádza v obytných budovách, kde poskytujú televízne vysielanie.
Hlavnou výhodou magnetických antén je odolnosť voči elektrickému rušeniu. Posledný fakt umožňuje ich použitie v akomkoľvek meste, kde je vysoká koncentrácia elektrických signálov.
Design
Najjednoduchšia magnetická anténa obsahuje:
- core;
- inductor;
- rám cievky.
Na jadro je nasadený rám a na rám je navinutý induktor.
Jadro takejto antény je vyrobené z magnetického materiálu. Najčastejšie z feritu, ktorý má dobré magnetické vlastnosti, o ktorých bude reč neskôr.
Vinutie je vyrobené z vodivého materiálu, ako je meď, zatiaľ čo rám je vyrobený z izolačného materiálu, aby sa predišlo zbytočným kontaktom medzi závitmi cievky a jadrom.
Ukazuje sa v skutočnosti, že magnetická anténa je typická tlmivka, ktorú pozná každý rádioamatér alebo osoba, ktorá je dokonca nepriamo spojená s elektronikou.
Teória poľa
Aby ste pochopili princíp fungovania takejto antény, mali by ste si zopakovať základinformácie o všetkom, čo súvisí s prenosom signálov na diaľku.
Po prvé, elektromagnetické pole, ako už názov napovedá, zahŕňa dve zložky – magnetickú a elektrickú, ktoré sú neoddeliteľne spojené a roviny týchto polí (ak hovoríme, vynecháme terminologické detaily) sú na seba kolmé.
Po druhé, smer šírenia tohto poľa je určený vektorom rýchlosti, ktorý je kolmý na vektor elektrickej intenzity (indukcia) aj vektor magnetickej intenzity (indukcia) v trojrozmernom priestore.
Prečo môže byť vektor intenzity nahradený vektorom indukcie? Pretože hodnoty týchto parametrov rovnako charakterizujú pole jedného alebo druhého druhu a sú navzájom úmerné.
Princíp činnosti antény v tvare L
Oscilácie (vysiela ich anténa) vyžaruje akýkoľvek predmet: drevená palica aj kovový drôt. Jediný rozdiel je v tom, že kov lepšie vedie elektrinu, takže vibrácie vyžarované drôtom sú zreteľnejšie.
Preto najjednoduchšiu anténu možno zostaviť z kusu výstuže. Ukáže sa, že anténa v tvare L je každému známa. Pôsobením elektromagnetického poľa sa v kotve indukuje elektromotorická sila, ktorá je istým spôsobom (po vynechaní teoretických detailov) príčinou kmitov, ako aj základom pre zosilnenie signálu.
Kov je materiál s dobrými elektrickými vlastnosťami. Preto sa v kotve indukuje elektromotorická sila (EMF). v dôsledku tohoanténa v tvare písmena L elektrickej zložky poľa je riadená.
Princíp činnosti antény, ktorá reaguje na magnetické pole
Logicky, ak kovová anténa v tvare L reaguje na elektrickú zložku poľa, potom magnetická anténa reaguje na magnetickú zložku elektromagnetického poľa. Vďaka tejto skutočnosti dostalo zariadenie svoje meno.
Anténa, samozrejme, môže byť vyrobená z pozdĺžneho kusu feromagnetika, ale efektívnejšie je dať tomuto materiálu tvar rámu.
V tomto dizajne magnetické pole tiež vytvorí EMP, ale premennú. Anténa sa zmení na induktor, v ktorom sa energia EMF premení na elektrickú energiu (to je hlavná úloha antény).
Hodnota indukovaného EMF v rámci závisí od polohy konštrukcie vzhľadom na rovinu poľa. EMF je maximálne, ak rovina cievok konštrukcie smeruje k stanici pracujúcej so signálom. Ak otočíte anténu okolo vertikálnej osi (pohľad zhora), potom bude mať pri jednej otáčke dve maximá a dve minimá (nulové hodnoty) EMF.
Vyžarovací diagram takejto antény bude mať tvar nekonečna alebo osmičky.
Vyžarovací diagram je grafické znázornenie závislosti zisku od smeru antény v určitej rovine.
Zisk je hodnota vypočítaná ako pomer hodnoty výstupného signálu k hodnote vstupného signálu. Napríklad pomer výstupného výkonu k príkonuvýkon alebo výstupné napätie na vstupe.
Smerový faktor charakterizuje schopnosť antény nasmerovať signál do konkrétneho bodu. Napríklad pre kolíkovú anténu používanú ako anténa pre auto je tento koeficient na nízkej úrovni. Vyžaruje vlnu v tvare torusu do všetkých strán. Ale pre smerové antény, ako sú log-periodické alebo reflexné, je tento koeficient oveľa vyšší.
Anténa vo forme rámu má tiež dobrú smerovosť. Táto vlastnosť umožňuje použitie takýchto zariadení v špeciálnych zariadeniach, ako sú zariadenia na lov líšok.
Dizajnové funkcie
Veľkosť indukovaného EMF je do značnej miery určená veľkosťou antény. Aj keď je počet závitov navinutých na ňom významný, potom pri malých rozmeroch bude hodnota EMF stále nedostatočná na prevádzku určitých prijímačov.
Ak však do magnetických antén vložíte feritové jadrá, hodnota EMF sa výrazne zvýši. Jadro prispeje k uzavretiu väčšieho počtu siločiar na seba, to znamená, že vďaka jadru sa pole sústredí na anténu, čím sa vytvorí silnejší magnetický tok a vytvorí sa významné EMF.
Magnetické materiálové jadro
Aby ste pochopili, ktoré magnetické jadro by malo byť nainštalované v anténe, musíte si preštudovať parameter magnetickej permeability, ktorý ukazuje, koľkokrát je magnetické pole v konkrétnom materiáli silnejšie ako vonkajšie pole.
Čím vyššia sadzbapermeabilita, tým lepšie magnetický materiál koncentruje pole na seba.
Jadro prijímacej magnetickej antény má zvyčajne obdĺžnikovú alebo okrúhlu časť. Po prvé, kvôli jednoduchosti výroby. Po druhé, vďaka tomu, že jadrá tohto tvaru lepšie sústreďujú magnetické čiary na seba.
Posledná skutočnosť ovplyvňuje taký parameter, akým je efektívna magnetická permeabilita. Nemusí sa zhodovať s počiatočnou magnetickou permeabilitou, ktorá je zvyčajne uvedená v dokumentácii k jadru. Efektívna priepustnosť však závisí od počiatočnej.
Efektívna priepustnosť jadra teda závisí od nasledujúcich ukazovateľov:
- základné rozmery;
- tvar jadra;
- počiatočná magnetická permeabilita materiálu, z ktorého je toto jadro vyrobené.
Ak napríklad vezmeme do úvahy jadrá s rovnakou plochou prierezu, ale rôznymi dĺžkami, potom vzorka s dlhšou dĺžkou bude mať väčšiu hodnotu efektívnej priepustnosti.
Mimochodom, závislosť efektívnej permeability napríklad od dĺžky feritového jadra je nelineárna. Do určitej hodnoty dĺžky jadra sa priepustnosť pre väčšinu druhov feritu zvyšuje, ale potom sa niektoré z nich sýtia a rast sa zastaví. Napríklad výrobky s označením 1 000 НН, 600 НН a 400 НН neprechádzajú dlho do nasýtenia, na rozdiel od 100 НН a 50 ВЧ. Toto je dôležité zvážiť pri vytváraní domácej antény.
Účinnosť antény
Účinnosť prijímacej antény, ktorá reaguje na magnetické pole,priamo súvisí so skutočnou výškou. Toto je výška bodu, z ktorého vychádza oscilácia vyžarovaná anténou, nad určitým bodom na zemskom povrchu.
Skutočná výška ovplyvňuje EMF generované v anténe. V súlade s tým, čím vyššia je jeho hodnota, tým väčšie je EMF, tým slabšie signály môže anténa prijímať.
Čo určuje efektívnu výšku antény, ktorá reaguje na magnetickú zložku EMF?
- Od efektívnej priepustnosti.
- Oblasť sekcie jadra.
- Počet závitov cievky.
- Dĺžka vinutia, ktoré tvorí samotnú cievku.
- Priemer vinutia.
- Prevádzková vlnová dĺžka.
Efektívna výška antény bude tým vyššia, čím väčšie budú prvé štyri parametre z vyššie uvedeného zoznamu a čím menší bude rozdiel medzi priemerom jadra antény a drôtu vinutia. Čím kratšia je vlnová dĺžka, tým vyššia je aj výška.
Anténová cievka
Z vyššie uvedených údajov môžeme vyvodiť záver o dôležitosti vplyvu induktora na prijímacie a vysielacie vlastnosti akejkoľvek antény (napríklad HF magnetickej antény), ktorá reaguje na magnetické pole.
Čím vyššia je kvalita induktora, tým lepšie funguje anténa. Parametre kvality cievky sa odhadujú pomocou faktora kvality. Faktor kvality je parameter vypočítaný ako pomer odporu cievky k AC k odporu indukčného prvku k DC.
Odpor AC cievky závisí od obochindukčnosť samotnej cievky a frekvencia prúdu. Ak chcete zvýšiť kvalitatívny faktor cievky a tým aj prenosovo-prijímacie vlastnosti antény, ktorá reaguje na magnetické pole, môžete zmeniť jej odpor voči jednosmernému prúdu. Napríklad na zväčšenie priemeru výsledných závitov cievky alebo samotného drôtu, z ktorého je navinutý.
FM anténa
Toto je typ antény, ktorá reaguje na magnetické pole. FM vlna je signál s frekvenciou medzi 88 a 108 MHz.
Na vytvorenie tohto dizajnu budete potrebovať:
- spojky, na ktoré bude anténa inštalovaná (napríklad potrubie);
- feritové jadro, ktoré možno nasadiť na konštrukciu (na potrubie);
- medený drôt na vinutie a kontakty;
- spojovacie kolíky na pripojenie antény k prijímaciemu zariadeniu;
- medená fólia.
Pred navinutím cievky je potrebné ju izolovať od jadra elektrickou páskou alebo papierom navinutým okolo feritu. Potom sa na izoláciu položí vrstva fólie. Prekrýva závit o 1 cm a je izolovaný v oblasti prekrytia napríklad pomocou rovnakej elektrickej pásky. Takto sa vytvorí obrazovka antény FM, na ktorú sa potom navinie 25 závitov, čím sa vytvorí cievka, s vodičmi na 7., 12. a 25. závite.
Zhora je vinutie prekryté podobnou fóliovou clonou. Obrazovky – externé a interné – sú vzájomne prepojené.
Konce drôtu vinutia by mali byť usporiadané v spojovacích kontaktoch. Závery z 12. a 25. otáčky musia byť spojené s prijímačom a zo 7. otáčky - so zemou.
Slučková anténa
Pomocou koaxiálneho kábla a niekoľkých doplnkov si môžete vyrobiť túto anténu, ktorá dokáže pracovať s rôznymi frekvenčnými pásmami. Všetko závisí od rozmerov konštrukcie. Na základe tohto zariadenia môžete vytvoriť UHF anténu.
Je možné ho použiť na prenos signálu na vzdialenosť až 80 m a medzi jeho výhody patrí jednoduchosť výroby a inštalácie, ako aj vysoká stabilita prenosu signálu.
Aké materiály potrebujete na výrobu slučkovej antény?
- Koaxiálny kábel.
- Drevené bary.
- Kondenzátor s kapacitou 100pF.
- Koaxiálny konektor.
Aby anténa fungovala stabilne, je potrebné zabezpečiť stabilitu kondenzátora, to znamená izolovať ho od mechanických, poveternostných a iných vplyvov.
Anténa je slučka kábla pripojená ku kondenzátoru. Dokáže pracovať s mnohými frekvenčnými rozsahmi. Napríklad s KV pásmom. Čím väčšia je plocha slučky (lepšie, ak je okrúhla), tým väčšie je pokrytie prijímaného signálu.
Design je namontovaný na drevenom stojane vyrobenom z tyčí. Ako pripojiť anténu? S koaxiálnym konektorom pripojeným k výstupnému káblu.
Do obvodu je niekedy zahrnutý aj zodpovedajúci transformátor.
GSM štandard
Na základe antény, ktorá reaguje na magnetické vlny, sú vytvorené zariadenia na príjem signálu štandardu GSM,ktorý sa používa v mobilnej komunikácii.
Mnoho rádioamatérov nezávisle zostavuje magnetické GSM antény a inštalujú ich tam, kde je slabo prijímaný mobilný signál. Napríklad v chatkách.
Anténa pre prácu s komunikačným štandardom GSM môže byť vyrobená z plastovej vodovodnej rúrky, jednostrannej sklolaminátovej fólie (hrúbka - 1,5-2 mm, šírka - 10 mm) a medeného drôtu (priemer - 1,5-2, 5 mm).
Formát antény je log-periodický. Takáto domáca anténa má vysoký zisk a úzky diagram žiarenia.
Ďalej je potrebné prepojiť anténne vibrátory (strihaný drôt) so zbernými vedeniami (dva prúžky sklolaminátu). Na každú zbernú linku je potrebné prispájkovať vibrátory a následne linky navzájom spojiť pomocou koaxiálneho kábla. Vedenia sú upevnené na plastovom potrubí.
Ako pripojiť tento typ antény? Káblovú zásuvku je možné pripojiť k záťaži v podobe televízneho zariadenia.
Záver
Nie je teda vôbec ťažké zostaviť si vlastnú anténu, ktorá reaguje na magnetickú zložku EMF. Stačí dodržiavať všetky vyššie popísané odporúčania a brať do úvahy elektromagnetické vlastnosti rôznych materiálov.
Naviac na vytvorenie takejto štruktúry nie sú potrebné žiadne špeciálne znalosti. Postačia základné informácie o fyzikálnych procesoch vyskytujúcich sa v rôznych prvkoch, ako je napríklad induktor.
