Magnetická anténa: zariadenie, princíp činnosti, účel

Signál obsahujúci užitočné informácie je možné vytvoriť pomocou generátora. Jeho výkon je možné zvýšiť pomocou zosilňovača a prenášať na značnú vzdialenosť k inému korešpondentovi. Signál je prenášaný anténou.

Anténa je zariadenie, ktoré prevádza elektromagnetickú vlnu na elektrický signál pri určitej frekvencii v prijímacej ceste, ako aj reverznú konverziu v prenosovej ceste.

Existuje mnoho typov antén. Môžu byť klasifikované podľa návrhu alebo podľa princípu činnosti, napríklad. V druhom prípade sú izolované elektrické a magnetické antény. Prvé sú riadené elektrickou zložkou elektromagnetického poľa (ďalej len EMF) a druhé magnetickým.

V tomto článku budeme hovoriť o magnetickej anténe, jej dizajne ako princíp fungovania.

Rádiové vlny

Všetky antény pracujú s určitým rozsahom vĺn. Vlny možno klasifikovať podľa dĺžky alebo frekvencie. Zároveň stojí za zváženie, že dĺžka je nepriamo úmerná frekvencii.

V nasledujúcej tabuľke je uvedená zhoda typov rádiových vĺn s ich dĺžkovými a frekvenčnými parametrami.

Názvy vĺn sa často nahrádzajú názvami rozsahov. Napríklad vysokofrekvenčné pásmo sa nazýva pásmo krátkych vĺn.

Metrové, decimetrové, centimetrové a milimetrové vlny sú zahrnuté v rozsahu ultrakrátkych vĺn VHF. Zariadenia pracujúce s decimetrovými vlnami sa nazývajú DMV-pásmové antény (ďalej len analogicky).

Aplikácia

Typ antén reagujúcich na magnetickú zložku poľa našiel široké uplatnenie vo všetkých druhoch priemyslu vďaka svojim malým rozmerom a prijímacím a vysielacím vlastnostiam. Ich dizajn je najčastejšie veľmi jednoduchý a je to kolíková anténa (často používaná ako anténa pre autá), ktorý má malé rozmery v porovnaní napríklad s logaritmickými anténami. Druhý typ antén sa často nachádza v obytných budovách, kde poskytujú televízne vysielanie.

Hlavnou výhodou magnetických antén je ich odolnosť voči elektrickému rušeniu. Posledná uvedená skutočnosť umožňuje ich použitie v akýchkoľvek mestách, kde je vysoká koncentrácia elektrických signálov.

Konštrukcia

Najjednoduchšia magnetická anténa vo svojom zložení má:

• jadro;
• induktor;
• rám cievky.

Na jadro sa nasadí rám a na rám sa navinie indukčná cievka.

Jadro takejto antény je vyrobené z magnetického materiálu. Najčastejšie z feritu, ktorý má dobré magnetické vlastnosti, o ktorých sa bude diskutovať neskôr.

Vinutie je vyrobené z vodivého materiálu, ako je meď, a rám je naopak vyrobený z izolačného materiálu, ktorý eliminuje zbytočné kontakty medzi cievkami cievky a jadrom.

V skutočnosti sa ukazuje, že magnetická anténa je typická tlmivka, ktorú pozná každý amatérsky radista alebo osoba, ktorá má dokonca nepriamy vzťah k elektronike.

Teória poľa

Aby ste pochopili princíp fungovania takejto antény, mali by ste zopakovať základné informácie o všetkom, čo súvisí s prenosom signálov na diaľku.

Po prvé, elektromagnetické pole, ako už názov napovedá, obsahuje dve zložky-magnetické a elektrické, ktoré sú neoddeliteľne spojené ,a roviny týchto polí (ak uvažujeme, vynecháme terminologické podrobnosti) sú na seba kolmé.

Po druhé, smer šírenia tohto poľa je určený vektorom rýchlosti, ktorý je kolmý na vektor elektrickej intenzity (indukcia) aj na vektor magnetickej intenzity (indukcia) v trojrozmernom priestore.

Prečo je možné vektor napätia nahradiť indukčným vektorom? Pretože hodnoty tieto parametre rovnako charakterizujú pole jedného alebo druhého druhu a sú navzájom úmerné.

Princíp činnosti antény v tvare L

Vibrácie (sú prenášané anténou) vyžarujú akýkoľvek predmet: drevenú palicu aj kovový drôt. Jediný rozdiel je v tom, že kov vedie elektrinu lepšie, takže vibrácie emitované drôtom sú zreteľnejšie.

Preto môže byť najjednoduchšia anténa zostavená z kusu výstuže. Ukáže sa známa anténa v tvare L. Pod vplyvom elektromagnetického poľa je v kotve indukovaná elektromotorická sila, ktorá je nejakým spôsobom (vynechaním teoretických detailov) príčina oscilácie, ako aj základ pre zosilnenie signálu.

Kov je materiál s dobrými elektrickými vlastnosťami. Preto je v kotve indukovaná elektromotorická sila (EMF. preto je riadená anténa elektrickej zložky poľa v tvare L.

Princíp činnosti antény reagujúcej na magnetické pole

Logicky, ak kovová anténa v tvare L reaguje na elektrickú zložku poľa, potom magnetická anténa reaguje na magnetickú zložku elektromagnetického poľa. Z tohto dôvodu bolo zariadenie pomenované.

Anténa môže byť samozrejme vyrobená z pozdĺžneho kusu feromagnetu, ale je efektívnejšie dať tomuto materiálu tvar rámu.

V takomto dizajne magnetické pole tiež vytvorí EMF, ale premennú. Anténa sa zmení na indukčnú cievku, v ktorej sa energia EMF premení na elektrickú energiu (to je hlavná úloha antény).

Veľkosť indukovaného EMF v rámci závisí od pozícia štruktúry vzhľadom na rovinu poľa. EMF je maximálny, ak je rovina závitov konštrukcie nasmerovaná na stanicu pracujúcu so signálom. Ak otočíte anténu okolo zvislej osi (pohľad zhora), potom v jednej otáčke budú v nej dve maximá a dve minimá (nulové hodnoty.

Radiačný vzor takejto antény bude mať formu nekonečna alebo osem.

Radiačný vzor 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 vstupnému výkonu alebo výstupného napätia k vstupu.

Smerový koeficient charakterizuje schopnosť antény nasmerovať signál do určitého bodu. Napríklad kolíková anténa, ktorá sa používa ako anténa pre automobily, má tento koeficient na nízkej úrovni. Vyžaruje vlnu vo forme torusu vo všetkých smeroch. Ale pre smerové antény ako logoperiodické alebo zrkadlové je tento koeficient oveľa vyšší.

Anténa vo forme rámu má tiež dobrý smerový koeficient. Táto vlastnosť vám umožňuje používať takéto zariadenia v špeciálnych zariadeniach, ako sú zariadenia na lov líšok.

Konštrukčné prvky

Veľkosť indukovaného EMF je väčšinou určená veľkosťou antény. Aj keď je počet závitov navinutých na ňom značný, potom pri malých rozmeroch bude hodnota EMF stále nedostatočná na prevádzku určitých prijímačov.

Ak sa však feritové jadrá vložia do magnetických antén, hodnota EMF sa výrazne zvýši. Jadro prispeje k uzavretiu väčšieho počtu siločiar, to znamená, že vďaka jadru sa pole sústredí na anténu, vytvorí silnejší magnetický tok a vytvorí významný EMF.

Jadro vyrobené z magnetického materiálu

Aby ste pochopili, ktoré jadro magnetického materiálu 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 vyšší je index magnetickej permeability, tým lepšie pole koncentruje tento magnetický materiál na seba.

Jadro prijímacej magnetickej antény má zvyčajne obdĺžnikový alebo kruhový prierez. Po prvé, kvôli jednoduchosti výroby. Po druhé, vzhľadom na skutočnosť, že jadrá tohto tvaru lepšie koncentrujú magnetické čiary na seba.

Táto skutočnosť ovplyvňuje taký parameter, ako je účinná magnetická permeabilita. Nemusí sa zhodovať s počiatočnou magnetickou permeabilitou, ktorá je zvyčajne uvedená v dokumentácii k jadru. Účinná magnetická permeabilita však závisí od počiatočnej.

Účinná priepustnosť jadra teda závisí od nasledujúcich ukazovateľov:

• rozmery jadra;
• tvar jadra;
• počiatočná magnetická permeabilita materiálu, z ktorého je toto jadro vyrobené.

Napríklad, ak vezmeme do úvahy jadrá s rovnakou plochou prierezu, ale s rôznymi dĺžkami, potom vzorka s dlhšou dĺžkou bude mať väčšiu hodnotu efektívnej priepustnosti.

Mimochodom, závislosť účinnej priepustnosti na dĺžke feritového jadra je napríklad nelineárna. Až do určitej hodnoty dĺžky jadra sa priepustnosť zvyšuje pre väčšinu feritových tried, ale potom niektoré z nich idú do nasýtenia a rast sa zastaví. Napríklad Výrobky označené 1000NH, 600NH a 400NH neprechádzajú do sýtosti po dlhú dobu, na rozdiel od 100nh a 50H. To je dôležité zvážiť pri vytváraní domácej antény.

Účinnosť antény

Účinnosť prijímacej antény reagujúcej na magnetické pole priamo súvisí s efektívnou výškou. Toto je výška umiestnenia bodu, z ktorého vychádza oscilácia vyžarovaná anténou, nad určitým bodom na zemskom povrchu.

Efektívna výška ovplyvňuje EMF generované v anténe. Čím vyššia je jeho hodnota, tým väčší je EMF, tým slabšie signály je anténa schopná prijímať.

Čo určuje efektívnu výšku antény reagujúcej na magnetickú zložku EMF?

1. Z efektívnej priepustnosti.
2. Plocha prierezu jadra.
3. Počet závitov cievky.
4. Dĺžka vinutia, ktoré tvorí samotnú cievku.
5. Priemer vinutia.
6. Pracovná Vlnová dĺžka.

Efektívna výška antény bude vyššia, tým väčšie sú prvé štyri parametre vyššie uvedeného zoznamu, ako aj menší rozdiel v priemeroch jadra antény a navíjacieho drôtu. Čím kratšia je vlnová dĺžka, tým vyššia je aj výška.

Anténna Cievka

Z vyššie uvedených údajov možno vyvodiť záver, že dôležitosť vplyvu induktora na prijímacie a vysielacie vlastnosti akejkoľvek antény (napríklad magnetickej antény v pásme KV) reagujúcej na magnetické pole.

Čím vyššia je kvalita induktora, tým lepšie funguje anténa. Kvalitatívny parameter cievky sa hodnotí pomocou jej Q-faktora. Q-faktor je parameter vypočítaný ako pomer odporu cievky k striedavému prúdu k odporu indukčného prvku k jednosmernému prúdu.

Odpor cievky voči striedavému prúdu závisí tak od indukčnosti samotnej cievky, ako aj od frekvencie prúdu. Ak chcete zvýšiť Q-faktor cievky a tým aj prijímacie a vysielacie vlastnosti antény reagujúcej na magnetické pole, môžete zmeniť jej jednosmerný odpor. Napríklad na zvýšenie priemeru výsledných cievok cievky alebo samotného drôtu, z ktorého je navinutý.

Anténa pre FM vlny

Tento je jednou z odrôd antén, ktoré reagujú na magnetické pole. FM vlna je signál s frekvenciou od 88 do 108 MHz.

Na vytvorenie takejto štruktúry budete potrebovať:

• upevňovacie prvky, na ktoré bude anténa nainštalovaná (napríklad potrubie);
• feritové jadro, ktoré je možné nasadiť na konštrukciu (na potrubie);
• medený drôt na navíjanie a kontakty;
• pripojenie kontaktov na pripojenie antény k prijímaču;
• medená fólia.

Pred navíjaním cievky je potrebné ju izolovať od jadra pomocou elektrickej pásky alebo papiera navinutého na Ferit. Potom sa na izoláciu položí vrstva fólie. Prekrýva otočenie o 1 cm a je izolovaný na prekrývajúcej sa časti pomocou rovnakej elektrickej pásky, napríklad. Takto sa vytvorí obrazovka antény FM, ktorá sa potom navinie 25 cievkami tvoriacimi cievku, so svorkami na 7., 12. a 25. závite.

Z vyššie uvedeného sa vinutie prekrýva podobnou fóliou. Obrazovka – vonkajšie a vnútorné - sú navzájom prepojené.

Konce navíjacieho drôtu by mali byť usporiadané v spojovacích kontaktoch. Svorky z 12. a 25. zákruty musia byť pripojené k prijímaču a zo 7. zákruty k zemi.

Anténa typu rámu

Pomocou koaxiálneho kábla a niekoľkých ďalších zariadení je možné vyrobiť túto anténu, ktorá môže pracovať s rôznymi frekvenčnými rozsahmi. Všetko závisí od rozmerov konštrukcie. Na základe tohto zariadenia môžete vytvoriť anténu v pásme DMV.

S jeho pomocou je možné prenášať signál na vzdialenosť až 80 m a medzi jeho výhody patrí ľahká výroba a inštalácia, ako aj vysoká stabilita prenosu signálu.

Čo materiály budú potrebné na vytvorte rámovú anténu?

1. Koaxiálny kábel.
2. Drevené tyče.
3. Kondenzátor, ktorého kapacita je 100 pF.
4. 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. Môže pracovať s mnohými frekvenčnými rozsahmi. Napríklad s pásmom KV. Čím väčšia je plocha slučky (je lepšie, ak je okrúhla), tým väčšie je pokrytie prijatého signálu.

Konštrukcia je namontovaná na drevenom stojane z tyčí. Ako pripojiť anténu? Použitie koaxiálneho konektora pripojeného k výstupnému vodiču.

V obvode je niekedy zahrnutý aj zodpovedajúci transformátor.

GSM štandard

Na základe antény, ktorá reaguje na magnetické vlny, sa vytvárajú zariadenia na príjem signálu štandardu GSM, ktorý sa používa v mobilnej komunikácii.

Mnoho rádioamatérov nezávisle zostavuje magnetické GSM antény a inštaluje ich tam, kde je bunkový signál zle prijímaný. Napríklad v chatkách.

Anténa pre prevádzku s komunikačným štandardom GSM môže byť vyrobený z plastového vodovodného potrubia, jednostranného fóliového sklolaminátu (hrúbka - 1,5 - 2 mm, šírka - 10 mm) a medeného drôtu (priemer - 1,5-2,5 mm).

Formát antény-logoperiodický. Takáto domáca anténa má vysoký zisk a úzky smerový vzor.

Ďalej je potrebné pripojiť anténne vibrátory (rezaný drôt) so zbernými linkami (dva pásy zo sklenených vlákien). Vibrátory musia byť spájkované ku každej zbernej linke a potom musia byť vedenia navzájom spojené pomocou koaxiálneho kábla. Linky sú upevnené na plastovej rúre.

Ako pripojiť anténu tohto typu? Káblový výstup je možné pripojiť k záťaži vo forme televízneho zariadenia.

Záver

Nie je teda ťažké zostaviť si vlastnú anténu, ktorá reaguje na magnetickú zložku EMF. Stačí dodržiavať všetky vyššie uvedené odporúčania a brať do úvahy elektromagnetické vlastnosti rôznych materiálov.

Na vytvorenie takéhoto dizajnu navyše nie sú potrebné žiadne špeciálne znalosti. Postačujú základné informácie o fyzikálnych procesoch prebiehajúcich v rôznych prvkoch, ako je napríklad induktor.