Kasulikku teavet sisaldava signaali saab luua generaatori abil. Selle võimsust saab suurendada võimendi abil ja edastada märkimisväärse vahemaa tagant teisele korrespondendile. Signaali edastab antenn.
Antenn on seade, mis teisendab elektromagnetlaine elektrisignaaliks teatud sagedusel vastuvõtuteel, aga ka pöördkonversiooni ülekandeteel.
Antenne on mitut tüüpi. Neid saab klassifitseerida näiteks disaini või tööpõhimõtte järgi. Viimasel juhul eristatakse elektri- ja magnetantenne. Esimesi juhib elektromagnetvälja (edaspidi EMF) elektriline komponent ja teisi vastav alt magnetiline komponent.
See artikkel keskendub magnetantennile, selle disainile ja tööpõhimõttele.
Raadiolained
Kõik antennid töötavad teatud lainevahemikuga. Laineid saab liigitada pikkuse või sageduse järgi. Tuleb märkida, et pikkus on pöördvõrdeline sagedusega.
Järgmine on raadiolainete tüüpide ning nende pikkuse ja sageduse parameetrite vastavustabel.
| Lainete tüüp | Lainepikkus, m | Sagedus |
| Eriti pikk | 105-104 | 3–30 kHz |
| Pikk |
104-103 |
30–300 kHz |
| Keskmine | 103-102 | 300 kHz – 3 MHz |
| Lühike | 100-10 | 3–30 MHz |
| Meeter | 10-1 | 30-300MHz |
| Detsimeetrid | 1-0, 1 | 300 MHz – 3 GHz |
| Sentimeeter | 0, 1-0, 01 | 3–30 GHz |
| Millimeeter | 0, 01-0, 001 | 30–300 GHz |
Tihti asendatakse lainenimed vahemikunimedega. Näiteks lühilaineala nimetatakse HF-sagedusalaks.
Meetrik-, detsimeeter-, sentimeetri- ja millimeeterlained kuuluvad VHF-vahemikku – ultralühilained. Detsimeeterlainetega töötavaid seadmeid nimetatakse UHF-antennideks (edaspidi - analoogia põhjal).
Rakendus
Antennitüüp, mis reageerib välja magnetilisele komponendile, on leidnud laiaVäikeste mõõtmete ja vastuvõtu-edastusomaduste tõttu saab seda kasutada igasuguses tööstuses. Nende disain on sageli tõesti väga lihtne ja kujutab endast varrasantenni (kasutatakse sageli auto antennina), mis on väike võrreldes näiteks logaritmiliste antennidega. Viimast tüüpi antenne leidub sageli elamutes, kus nad edastavad telesaateid.
Magnetantennide peamine eelis on vastupidavus elektrilistele häiretele. Viimane asjaolu võimaldab neid kasutada igas linnas, kus on kõrge elektrisignaalide kontsentratsioon.
Disain
Lihtsaim magnetantenn sisaldab:
- core;
- induktor;
- spiraalraam.
Südamikule pannakse raam ja raamile keritakse induktiivpool.
Sellise antenni südamik on valmistatud magnetmaterjalist. Kõige sagedamini ferriidist, millel on head magnetilised omadused, millest tuleb juttu hiljem.
Mähis on valmistatud juhtivast materjalist nagu vask, samas kui raam on valmistatud isolatsioonimaterjalist, et vältida tarbetuid kontakte pooli keerdude ja südamiku vahel.
Tegelikult selgub, et magnetantenn on tüüpiline drossel, mis on tuttav igale raadioamatöörile või isegi kaudselt elektroonikaga seotud inimesele.
Välja teooria
Sellise antenni tööpõhimõtte mõistmiseks peaksite kordama põhitõdesidteave kõige kohta, mis on seotud signaalide edastamisega kaugemal.
Esiteks sisaldab elektromagnetväli, nagu nimigi ütleb, kahte komponenti – magnetilist ja elektrilist, mis on omavahel lahutamatult seotud ning nende väljade tasapinnad (kui me räägime, terminoloogilised üksikasjad välja jättes) on üksteisega risti.
Teiseks määrab selle välja levimise suuna kiirusvektor, mis on risti nii elektrilise intensiivsuse (induktsiooni) vektori kui ka magnetintensiivsuse (induktsiooni) vektoriga kolmemõõtmelises ruumis.
Miks saab intensiivsusvektorit asendada induktsioonivektoriga? Kuna nende parameetrite väärtused iseloomustavad üht või teist tüüpi välja võrdselt ja on üksteisega võrdelised.
L-kujulise antenni tööpõhimõte
Võnkumisi (neid edastab antenn) kiirgavad kõik objektid: nii puupulk kui ka metalltraat. Ainus erinevus seisneb selles, et metall juhib paremini elektrit, mistõttu on traadi poolt tekitatud vibratsioon märgatavam.
Seetõttu saab kõige lihtsama antenni kokku panna tugevdusetükist. Selgub kõigile tuttav L-kujuline antenn. Elektromagnetvälja toimel indutseeritakse armatuuris elektromotoorjõud, mis on mingil moel (teoreetilised detailid välja jättes) võnkumiste põhjuseks, aga ka signaali võimendamise aluseks.
Metall on heade elektriliste omadustega materjal. Seetõttu indutseeritakse armatuuris elektromotoorjõud (EMF). Järelikultjuhitakse välja elektrikomponendi L-kujulist antenni.
Magnetväljale reageeriva antenni tööpõhimõte
Loogiliselt võttes, kui L-kujuline metallantenn reageerib välja elektrilisele komponendile, siis magnetantenn reageerib elektromagnetvälja magnetkomponendile. Selle asjaolu tõttu sai seade oma nime.
Antenni saab loomulikult valmistada ferromagneti pikisuunalisest tükist, kuid tõhusam on anda sellele materjalile raami kuju.
Selles konstruktsioonis tekitab magnetväli ka EMF, kuid muutuja. Antenn muutub induktiivpooliks, milles EMF-energia muundatakse elektrienergiaks (see on antenni põhiülesanne).
Indutseeritud EMF väärtus kaadris oleneb konstruktsiooni asendist välja tasapinna suhtes. EMF on maksimaalne, kui konstruktsiooni mähiste tasapind on suunatud signaaliga töötavale jaamale. Kui pöörate antenni ümber vertika altelje (pe altvaade), on sellel ühe pöörde jooksul kaks EMF-i maksimumi ja kaks miinimumi (nullväärtust).
Sellise antenni kiirgusmuster on lõpmatuse või numbri kaheksa kujul.
Kiirgusmuster on graafiline esitus võimenduse sõltuvusest antenni suunast teatud tasapinnal.
Gain on väärtus, mis arvutatakse väljundsignaali väärtuse ja sisendsignaali väärtuse suhtena. Näiteks väljundvõimsuse ja sisendi suhesisendi võimsus või väljundpinge.
Suunategur iseloomustab antenni võimet suunata signaal kindlasse punkti. Näiteks auto antennina kasutatava pin-antenni puhul on see koefitsient madal. See kiirgab igas suunas torusekujulist lainet. Kuid selliste suundantennide puhul nagu logi-perioodilised või peegeldavad antennid on see koefitsient palju suurem.
Kaadri kujul oleval antennil on ka hea suunatavus. See omadus võimaldab kasutada selliseid seadmeid erivarustuses, näiteks rebaste jahivarustuses.
Disainifunktsioonid
Indutseeritud EMF-i suuruse määrab suuresti antenni suurus. Isegi kui sellele keritud pöörete arv on märkimisväärne, on väikeste mõõtmetega EMF-i väärtus teatud vastuvõtjate tööks siiski ebapiisav.
Kuid kui sisestate magnetantennidesse ferriitsüdamikud, suureneb EMF-i väärtus märkimisväärselt. Tuum aitab endal sulgeda rohkem jõujooni, st tänu südamikule koondub väli antennile, luues võimsama magnetvoo ja tekitades märkimisväärse EMF-i.
Magnetilisest materjalist südamik
Selleks, et mõista, milline magnetsüdamik tuleks antenni paigaldada, tuleb uurida magnetilise läbilaskvuse parameetrit, mis näitab, mitu korda on konkreetse materjali magnetväli tugevam kui välisväli.
Mida kõrgem on määrläbilaskvus, seda paremini kontsentreerib magnetiline materjal välja endasse.
Vastuvõtva magnetantenni südamikul on tavaliselt ristkülikukujuline või ümmargune osa. Esiteks tootmise lihtsuse tõttu. Teiseks tänu sellele, et sellise kujuga südamikud koondavad magnetilisi jooni paremini enda peale.
Viimane asjaolu mõjutab sellist parameetrit nagu efektiivne magnetiline läbilaskvus. See ei pruugi kattuda esialgse magnetilise läbilaskvusega, mis on tavaliselt näidatud südamiku dokumentatsioonis. Efektiivne läbilaskvus sõltub aga algsest.
Seega sõltub südamiku efektiivne läbilaskvus järgmistest näitajatest:
- põhimõõtmed;
- tuuma kuju;
- materjali esialgne magnetiline läbilaskvus, millest see südamik on valmistatud.
Näiteks kui võtta arvesse sama ristlõike pindalaga, kuid erineva pikkusega südamikke, on pikema pikkusega proovi efektiivse läbilaskvuse väärtus suurem.
Muide, efektiivse läbilaskvuse sõltuvus näiteks ferriitsüdamiku pikkusest on mittelineaarne. Südamiku pikkuse teatud väärtuseni suureneb läbilaskvus enamiku ferriidi klasside puhul, kuid siis osa neist küllastub ja kasv peatub. Näiteks märgistusega 1000НН, 600НН ja 400НН tooted ei lähe erinev alt 100НН ja 50ВЧ pikka aega küllastusse. Seda on oluline omatehtud antenni loomisel arvestada.
Antenni efektiivsus
Magnetväljale reageeriva vastuvõtuantenni efektiivsus,on otseselt seotud tegeliku kõrgusega. See on punkti kõrgus, kust antenni võnkumine väljub, maapinna teatud punktist kõrgemal.
Tegelik kõrgus mõjutab antennis tekkivat EMF-i. Seega, mida suurem on selle väärtus, seda suurem on EMF, seda nõrgemaid signaale antenn vastu võtta suudab.
Mis määrab antenni efektiivse kõrguse, mis reageerib EMF-i magnetkomponendile?
- Tõhusast läbilaskvusest.
- Tuuma osa ala.
- Mooli pöörete arv.
- Mähise pikkus, mis moodustab mähise enda.
- Mähise läbimõõt.
- Töölainepikkus.
Antenni efektiivne kõrgus on seda suurem, mida suurem on ül altoodud loendi neli esimest parameetrit, samuti seda väiksem on erinevus antenni südamiku ja mähise traadi läbimõõtude vahel. Mida lühem on lainepikkus, seda suurem on ka kõrgus.
Antenni mähis
Eelnimetatud andmete põhjal võime järeldada, kui oluline on induktiivpooli mõju iga antenni (näiteks HF magnetantenni) vastuvõtu- ja edastamisomadustele, mis reageerivad magnetväljale.
Mida kõrgem on induktiivpooli kvaliteet, seda paremini antenn töötab. Mähise kvaliteediparameetrit hinnatakse selle kvaliteediteguri abil. Kvaliteeditegur on parameeter, mis arvutatakse mähise vahelduvvoolu takistuse ja induktiivse elemendi takistuse suhtena alalisvoolule.
Vahelduvvoolu pooli takistus sõltub mõlemastpooli enda induktiivsus ja voolu sagedus. Mähise kvaliteediteguri ja koos sellega magnetväljale reageeriva antenni edastus-vastuvõtuomaduste suurendamiseks saate muuta selle takistust alalisvoolule. Näiteks selleks, et suurendada mähise või traadi enda keerdude läbimõõtu, millest see on keritud.
FM-antenn
See on teatud tüüpi antenn, mis reageerib magnetväljale. FM-laine on signaal sagedusel 88–108 MHz.
Selle kujunduse tegemiseks vajate:
- kinnitused, millele antenn paigaldatakse (näiteks toru);
- ferriidist südamik, mida saab konstruktsioonile (torule) panna;
- vasktraat mähise ja kontaktide jaoks;
- ühendustihvtid antenni ühendamiseks vastuvõtuseadmega;
- vaskfoolium.
Enne mähise kerimist on vaja see südamikust isoleerida elektrilindi või paberiga, mis on keritud ümber ferriidi. Seejärel asetatakse isolatsioonile fooliumikiht. See kattub 1 cm pöörde võrra ja isoleeritakse ülekattepiirkonnas näiteks sama elektrilindi abil. Nii luuakse FM-antenni ekraan, millele keritakse seejärel 25 pööret, moodustades mähise, juhtmetega 7., 12. ja 25. pöördel.
Ülev alt on mähis kaetud sarnase fooliumekraaniga. Ekraanid – välised ja sisemised – on omavahel ühendatud.
Mähkimisjuhtme otsad tuleks paigutada ühenduskontaktidesse. 12. ja 25. pöörde järeldused tuleb ühendada vastuvõtjaga ja 7. pöördest - maapinnaga.
silmusantenn
Koaksiaalkaabli ja mõne lisaseadme abil saate teha selle antenni, mis töötab erinevatel sagedusaladel. Kõik sõltub konstruktsiooni mõõtmetest. Selle seadme põhjal saate luua UHF-antenni.
Seda saab kasutada signaali edastamiseks kuni 80 m kaugusele ning selle eeliste hulka kuulub valmistamise ja paigaldamise lihtsus ning signaali edastamise kõrge stabiilsus.
Milliseid materjale on vaja silmusantenni valmistamiseks?
- Koaksiaalkaabel.
- Puitvardad.
- Kondensaator, mille mahtuvus on 100 pF.
- Koaksiaalpistik.
Antenni stabiilseks töötamiseks on vaja tagada kondensaatori stabiilsus ehk isoleerida see mehaaniliste, ilmastiku- ja muude mõjude eest.
Antenn on kondensaatoriga ühendatud kaablisilmus. See võib töötada paljude sagedusvahemikega. Näiteks HF-sagedusalaga. Mida suurem on ahela ala (parem, kui see on ümmargune), seda suurem on vastuvõetud signaali leviala.
Disain on kinnitatud vardadest valmistatud puidust alusele. Kuidas antenni ühendada? Väljundjuhtmega ühendatud koaksiaalpistikuga.
Samuti on mõnikord vooluringis kaasas sobiv trafo.
GSM-standard
Tuginedes magnetlainetele reageerivale antennile, luuakse seadmed GSM-standardi signaali vastuvõtmiseks,mida kasutatakse mobiilsides.
Paljud raadioamatöörid panevad iseseisv alt kokku magnetilised GSM-antennid ja paigaldavad need kohtadesse, kus mobiilsidesignaali vastuvõtt on halb. Näiteks dachas.
GSM-sidestandardiga töötamiseks mõeldud antenni saab valmistada plastikust veetorust, ühepoolsest fooliumist klaaskiust (paksus - 1,5-2 mm, laius - 10 mm) ja vasktraadist (läbimõõt - 1,5-2, 5 mm).
Antenni formaat on logimisperiood. Sellisel omatehtud antennil on kõrge võimendus ja kitsas kiirgusmuster.
Järgmisena peate ühendama antennivibraatorid (lõigatud traat) kogumisliinidega (kaks klaaskiudriba). Vibraatorid tuleb joota iga kogumisliini külge ja seejärel ühendatakse liinid omavahel koaksiaalkaabli abil. Liinid on kinnitatud plasttoru külge.
Kuidas seda tüüpi antenni ühendada? Kaabli pistikupesa saab ühendada teleri kujul oleva koormusega.
Järeldus
Seega ei ole üldse raske kokku panna oma antenni, mis reageerib EMF-i magnetkomponendile. Piisab kõigi ülalkirjeldatud soovituste järgimisest ja erinevate materjalide elektromagnetiliste omaduste arvestamisest.
Lisaks pole sellise struktuuri loomiseks vaja eriteadmisi. Piisab põhiteabest erinevates elementides, näiteks induktiivpoolis, toimuvate füüsikaliste protsesside kohta.
