Спиральная антенна – Изготовление спиральной антенны для беспроводных сетей диапазона 2.4 ГГц

Содержание

Спиральная антенна — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 30 июня 2017; проверки требует 1 правка. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 30 июня 2017; проверки требует 1 правка. Типовая винтообразная антенна.
B: центральная опора,
C: коаксиальный кабель,
E: подпорка для спирали,
R: отражатель,
S: спираль Покрашенная спиральная антенна для работы с Wi-Fi шлюзом на частоте 2,5 ГГц Первый телекоммуникационный спутник «Телстар» с винтообразной антенной.

Спира́льная антенна — диапазонная антенна бегущей волны, основным элементом которой является проводник в форме винтовой линии или спирали. Характерной особенностью спиральных антенн является их высокое входное сопротивление, позволяющее в ряде случаев без использования дополнительных согласующих трансформаторов привести его к 50 Ом для передачи по обычному коаксиальному кабелю. Применяется, как правило, для приёма и передачи на высоких частотах.

Спиральные антенны подразделяют на пространственные и плоские[1]. Пространственные спиральные антенны часто называют винтообразной антенной.

По принципу работы винтообразные антенны подразделяют по направлению излучения на антенны с поперечным излучением (NMHA — Normal-Mode Helical Antenna)[2] и антенны с осевым излучением (AMHA — Axial-Mode Helical Antenna).

Винтообразные антенны с осевым излучением[править | править код]

Для работы в осевом режиме длина витков спирали должна быть порядка одной длины волны. Винтообразные антенны в осевом режиме предназначены для излучения и приёма электромагнитных волн с круговой поляризацией. Правая круговая поляризация используется

[3] для радиосвязи практически на всех орбитальных спутниках. Направление поляризации определяется направлением намотки спирали. Винтообразные антенны с осевым излучением характеризуются довольно узкой диаграммой направленности, приближённо равной:

HPBW≃52λ3/2CNS{\displaystyle HPBW\simeq {\frac {52\lambda ^{3/2}}{C{\sqrt {NS}}}}}

где λ{\displaystyle \lambda } — длина волны, C — длина окружности, N — число витков, S — шаг намотки спирали.

Винтообразные антенны с поперечным излучением[править | править код]

Для работы в режиме поперечного излучения длина витков спирали должна быть гораздо меньше длины волны. В зависимости от соотношения шага между витками и радиусом витка спирали при данной длине волны эллиптическая поляризация излучения может стремиться к вертикальной, горизонтальной, или быть круговой. Диаграмма направленности аналогична обычному несимметричному вибратору. Данный тип антенн широко используется в портативных радио-коммуникационных устройствах, в том числе в мобильных телефонах.

Плоская спиральная антенна обычно состоит[1] из двух спиралей, выполненных из проволоки или из фольги (например, по микрополосковой технологии), и расположенных центральносимметрично в плоскости антенны. Фидер подключают к этим плечам, аналогично подключению к симметричному вибратору. Рабочий диапазон антенны может превышать декаду[1].

» Спиральные антенны

Приветствую, дорогие друзья. На связи человек-антенна Тимур Гаранин.

Меня просили и сегодня я сделаю лекцию о принципах работы спиральных антенн.

 

Начнем с того, что такое Круговая поляризация. (КРУГОВАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ. РЕЖИМ ОСЕВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ)

Что такое линейная, или плоская поляризация, я думаю, все мы знаем. Это когда вектор напряженности электрического поля движется вверх вниз, или вправо влево.

Круговая поляризация подразумевает вращение вектора электрического поля. Причём вращение бывает правым и левым. Круговую поляризацию можно создать несколькими способами. Например, можно использовать систему из двух перпендикулярных вибраторов, сигнал в которых сдвинут на 90 градусов. Так работают многие антенны, например турникетная антенна или широкополосные логопериодическая и Вивальди.

А можно создать круговую поляризацию, направив сигнал на круговой виток полотна. Именно этот способ используют в спиральных антеннах, и сейчас мы детальнее рассмотрим, что происходит внутри витка спиральной антенны.

В спиральных антеннах длина витка примерно равна одной длине волны в полотне. Представим, что мы подаем на этот виток синусоидальный сигнал, и в начале витка у нас точка максимального потенциала. Соответственно, через половину длины волны, то есть на противоположном конце витка у нас точка минимального потенциала. Сигнал продолжает распространяться по полотну. Следовательно, точки минимума и максимума потенциала сдвигаются, что приводит к вращению вектора электрического поля между этими точками.

Мы рассмотрели, что происходит с одним витком. А теперь представим, что у нас много витков, длина каждого из которых равна длине волны.

В этом случае точки максимумов и минимумов потенциала во всех витках двигаются синхронно.

Но есть один очень важный нюанс.  Если поле витков будет синхронно, то антенна будет излучать в круговом режиме.

Для того, чтобы антенна излучала в осевом направлении, нам не нужно чтобы максимумы и минимумы потенциалов в витках двигались синхронно.  Нам нужно, чтобы максимум потенциала во втором витке появился в нужной точке не одновременно с первым витком, а тогда, когда электрическое поле от первого витка дойдет до второго. То есть с маленькой задержкой. В этом случае поле 1 витка и 2 витка складываются. Дальше суммарное поле двух витков достигает третьего витка, и только в этот момент максимум потенциала в третьем витке должен оказаться в нужном месте.

Если такая задержка правильно реализована, то, пройдя вдоль всех витков, электрическое поле значительно усилится в осевом направлении. Этим и объясняется очень узкая диаграмма направленности спиральной антенны.  Для того, чтобы реализовать подобную задержку, нужно либо немного увеличить длину витка, либо чуть-чуть повысить частоту.

Сколько витков нужно, чтобы спиральная антенна эффективно преобразовывала сигнал в электрическое поле? Так как спиральная антенна — это антенна бегущей волны, то теоретически, чем больше, тем лучше. Но на практике длина спиральной антенны в осевом направлении обычно составляет около 1 длины волны пространстве.

Всё, что мы говорили о передающей антенне, относится и к приёмной. Приёмная и передающая спиральные антенны конструктивно идентичны и взаимозаменяемы.

Одним из свойств сигнала с круговой поляризацией является то, что при отражении сигнала от объектов его поляризация меняется на противоположную. То есть левая поляризация меняется на правую, и наоборот. Это означает, что приёмная антенна не способна принимать отраженный сигналы. Спиральные антенны могут работать только в режиме прямой видимости.  Но зато они обладают выдающейся узкой диаграммой направленности, что очень выгодно  для межпланетных передач. Поэтому на многих космических аппаратах и планетоходах установлены именно спиральные антенны.

ПАУЗА

А теперь поговорим про работу спиральной антенны в режиме кругового излучения. Для этого режима необходимо, чтобы длина витков была абсолютно равна длине волны в полотне. Рассмотрим, как расположены точки максимумов и минимумов потенциала в полотне антенны в таком случае. Даже сейчас уже просматривается сходство с зигзагообразной антенной. Так и есть. В полотне спиральной антенны сигнал распределяется точно так же как в полотне зигзагообразной антенны. Но есть разница в их диаграммах направленности. Спиральная антенна излучает во все стороны по горизонту равномерно. В то время как у зигзагообразной антенны максимумы диаграммы направленности находятся спереди и сзади антенны.

Зато диаграмма направленности турникетный антенны полностью совпадает с диаграммой направленности спиральной антенны. В принципе, по характеристикам излучения турникетная и спиральная антенны — братья близнецы. Это как раз тот случай, когда конструктивно разные антенны полностью совпадают по характеристикам излучения. Спиральная антенна создаёт вращающаеся поле при помощи витков сплошного полотна, турникетная антенна создает такое же вращающееся поле при помощи отдельных перпендикулярных вибраторов.

В режиме кругового излучения поляризация сигнала совпадает с поляризацией элементарных излучателей. В данном случае поляризация сигнала будет горизонтальной. И принимать такой сигнал можно при помощи обыкновенного горизонтального диполя.

ПАУЗА (РЕЖИМ ПОПЕРЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ)

Режим осевого и кругового излучения это ещё не все режимы, в которых может работать спиральная антенна. (ПЕЧАТНАЯ КВАДРАТНАЯ ПЛОСКАЯ СПИРАЛЬ)

Представим, что у нас есть плоская спиральная антенна, и мы подаем на неё сигнал, длина волны которого сильно больше длины витка антенны. В идеальном случае длина всего  полотна антенны равняется четверти длины волны подаваемой частоты. В этом случае ток во всех витках антенны будет течь в одном направлении, и вся антенна будет работать как магнитная антенна вибраторного типа. Она будет создавать вокруг себя переменное магнитное поле. И максимумы диаграммы направленности будут расположены в плоскости витков антенны. Такой режим работы антенны называется поперечным.

 

Также форму спирали часто имеют укороченные стержневые антенны, напиример в некоторых мобильных устройствах. Но к спиральным антеннам их не стоит относить, т.к. их излучение аналогично излучению обычного несимметричного вибратора.

 

Мы рассмотрели 3 режима работы спиральных антенн, осевое излучение, круговое и поперечное излучение. Стоит отметить, что в 98% случаев спиральные антенны используются именно в режиме осевого излучения. Так как именно этот режим обеспечивает самую узкую диаграмму направленности и, соответственно, бОльшую дальность приема и передачи.

ПАУЗА (СОГЛАСОВАНИЕ)

Как спиральная антенна подключается к кабелю?

Оплетка кабеля подключается к рефлектору, а центральный провод — к полотну антенны. Но здесь есть один нюанс. Волновое сопротивление полотна спиральной антенны очень велико, около 300 ом. Это значительно больше, чем волновое сопротивление кабеля. Для того, чтобы согласовать их волновые сопротивления используют согласующее устройство, которое выглядит как вытянутый треугольник, либо просто полоска металла. Суть согласующего устройства состоит в том, что оно должно плавно перевести маленькое волновое сопротивление кабеля в высокое сопротивление полотна антенны.

Есть ещё один способ. Создание антенных решеток. Спиральные антенны можно очень легко включать параллельно, и при этом их волновое сопротивление будет разделено на количество антенн. То есть, если мы включим параллельно 4 спиральные антенны, каждая из которых имеет сопротивление 300 ом, то их суммарное сопротивление составит заветные 75 ом. Более того, аккуратно выполненная антенная решетка ещё больше сузит диаграмму направленности и увеличит дальность приёма.

Пару слов о рефлекторе. Я уже говорил, что отражение сигнала с круговой поляризацией меняет направление поляризации, и такой сигнал будет бесполезен для приёма. Но почему же тогда мы применяем рефлекторы? Дело в том, что рефлектор находящейся позади антенны меняет не только вращение круговой поляризации, но и само направление распространения волны. И в таком случае прямой и отраженный сигнал будут синфазны.

Рефлектор обычно представляет собой квадрат или круг диаметром около 1 длины волны.

Однако, спиральные антенны могут работать и без рефлектора. В космонавтике широко распространены антенны, в которых кабель подключается к двухпроводному полотну.  Такая антенна содержит две спирали, повернутые друг относительно друга на 180 градусов. Таким образом максимумы и минимумы потенциала в этих антеннах автоматически располагаются диаметрально. А концы спиралей замыкаются друг на друга, что исключает возникновение стоячих волн даже, если антенна содержит мало витков.

ПАУЗА (ВАРИАНТЫ КОНСТРУКЦИЙ СПИРАЛЬНЫХ АНТЕНН)

Классическая архитектура спиральной антенны очень чувствительна к частоте, то есть антенна очень узко диапазонная. Малейший сдвиг по частоте уже приводит к сдвигу максимумов и минимумов потенциала в витках.

Как можно расширить частотный диапазон спиральных антенн? Для этого начинают менять  длину, толщину витков и шаг между витками. Кроме того, спираль антенны могут выполнять на коническом, сферическом и даже плоском основаниях. Таким образом, получаются конические, плоские и другой геометрии спиральные антенны. Они всё также изучают в осевом направлении, но теперь их частотный диапазон значительно расширен. Фактически, на каждой конкретной частоте такие антенны излучают не всеми витками, а только теми, длина которых совпадает с длиной волны. Поэтому ради широкополосности жертвуют коэффициентом усиления на каждой конкретной частоте.

ПРИМЕНЕНИЕ ДИРЕКТОРОВ

Но иногда узкая диаграмма направленности и коэффициент усиления являются критически важными. Например, для межпланетной связи. В таком случае оправдано применение директорных систем. Директоры спиральных антенн работают точно так же как и в любых других антеннах. Это набор пассивных вибраторов, которые усиливают сигнал в заданном направлении.

ПАУЗА

А сейчас давайте закрепим, что мы сегодня узнали:

1. В режиме осевого излучения спиральная антенна создаёт сигнал с круговой поляризацией

2. В режиме осевого излучения длина витков спиральной антенны должна быть немного больше длины волны в полотне для создания фазового сдвига в осевом направлении

3. В режиме кругового излучения длина витка спиральной антенны должна быть точно равна длине волны сигнала в полотне.

4. В режиме кругового излучения сигнал спиральной антенны полностью аналогичен сигналу турникетной антенны.

5. Если длина витков спиральной антенны намного меньше длины волны сигнала, то антенна работает в режиме поперечного излучения, подобно магнитной антенне

6. Для согласования высокого волнового сопротивления спиральной антенны с низким сопротивлением кабеля используются либо согласующие устройства, либо включение нескольких антенн параллельно в антенной решётке

7. Спиральные антенны могут использоваться как с рефлектором, так и с двухпроводной схемой спирали.

8. Для расширения полосы частот применяют спиральные антенны с переменными длиной, толщиной витка и шагом между витками.

9.  Для увеличения дальности приёма и коэффициента усиления в заданном направлении используют директорные системы.

 

На этом я заканчиваю данное видео. Надеюсь, вы извлекли из него определённую пользу. Всем удачи!

Спиральная антенна своими руками: сборка и расчёты

Считается, что спиральная антенна характеризуется круговой поляризацией, но мнение ошибочно. В действительности структура витков такова, что принимаются волны и с линейной поляризацией. Это удобно, когда присутствует возможность работать на любой структуре волны. И спиральные антенны используются как облучатель зеркал на спутнике. Для радиолюбителей недостаток в том, что волна с линейной поляризацией ослабляется на три децибела, как известно, в радио и телевещании другого не используется. В стране спиральный облучатель уместен лишь для ловли НТВ+ со спутника, там метод не используется. Ряд специальных применений указанных антенн обсуждать не станем. Впрочем, запросы по теме встречаются в сети. Кому пригодится спиральная антенна, свитая из проволоки и одетая на кусок трубы, ответить не беремся, даже в сборнике работ радиолюбителей этот класс изделий отсутствует напрочь.

Конструкция спиральной антенны

Конструкция спиральной антенны

Как собрать спиральную антенну

Спиральная антенная напоминает инфракрасный обогреватель специфической конструкции. В СССР военные заводы выпускали приборы бытового назначения. Отсюда сходство параболических тарелок и обогревателей. Для сборки понадобится узнать диаметр и шаг намотки проволоки, количество витков. Из материалов понадобятся:

  1. Стальной лист для экрана, произвольной толщины, чтобы не гнулся от ветра и прочих коллизий.
  2. Отрез проволоки, чтобы хватило намотать витки с запасом.
  3. Питающий кабель: для телевидения 75 Ом, для радио 50 Ом.
  4. Труба пластиковая нужного диаметра.

Спиральные антенны относятся к классу бегущей волны, сопротивление устройств велико, чтобы, правильно рассчитав устройство, подключить без согласования. Сначала размечается труба, с запасом, чтобы удалось воткнуть в экран и приклеить. Вдоль оси (лучше с двух сторон) размечается шаг намотки. В будущем риски используются для выравнивания. Отступите спереди пару-тройку сантиметров, начинайте работать маркером. Обратите внимание, что с обратной стороны виток смещается ровно на полшага.

Спираль наматывается на трубу без учета шага, с нужным числом витков. В дальнейшем, начиная с первой риски, нужно растянуть проволоку правильным образом. Чтобы не происходило смещения в дальнейшем, следует правильное положение зафиксировать каплями клея. Примерно по три-четыре на виток. Тем временем изготовим экран.

Выбирайте квадрат со стороной порядка пяти диаметров трубы намотки. Нет разницы, какова толщина стали, выдерживайте прочностные характеристики. В собранном виде экран перпендикулярен трубе.

Для электрической сборки следует в области окончания спирали (основание трубы) просверлить отверстие и проволоку пропустить внутрь. За экраном в боковине проделываем дополнительную дыру, куда пропускаем оплетку питающего кабель. Электрически центральная жила соединяется со спиралью, экран фидера с экраном антенны. Образуется конструкция для приема и передачи волн. Труба со стальным экраном соединяются клеем-герметиком по уголку, чтобы обеспечить строгую перпендикулярность деталей. Ключевые моменты:

  • Спираль и экран изготавливаются из проводящего материала, к примеру, меди.
  • Труба из диэлектрика.

Расчет спиральной антенны

Спиральные антенны хороши способностью ловить любой тип волны, используемый в наземном вещании. Однако для ловли радио следует ось направить вверх, экран же расположится горизонтально. Устройству присущи ярко выраженные направленные свойства, не ждите, что получится охватить ряд вышек из одной точки. Не так просто. Диаграмма направленности зависит от габаритов спиральной антенны и сильно:

  1. Если длина витка много меньше длины волны, преобладает боковое излучение, поперек оси антенны. Причем поляризация не круговая.
  2. В идеальном случае длина витка укладывается в рамки 0,75 – 1,3 длины волны. В этом случае наблюдаем главный лепесток диаграммы направленности, смотрящий вперед. Разумеется, необходим экран.
  3. Если длина спирали больше 1,5 длины волны, образуется два лепестка, направленных в переднюю полуплоскость. Точнее говоря, получается нечто, напоминающее конусную поверхность.
Спиральная антенна

Спиральная антенна

Косвенно (по второму пункту) читатели уже составили представление о диапазоне. В два раза полосу расширим, применяя не цилиндрическую, а конусную спираль (коническая спиральная антенна). Рекомендуем онлайн калькулятор на сайте http://aerial.dxham.ru/onlajn-raschety/raschety-antenn/raschet-spiralnoj-antenny. Здесь предлагается задать частоту, шаг намотки спирали и длину излучателя:

  • От длины намотки спирали зависит ширина главного лепестка диаграммы направленности. Варьируйте число витков и наблюдайте за параметром (находится в низу страницы калькулятора). Едва приметно меняется диаметр намотки спирали. Этому нет объяснения, создателям калькулятора виднее. Разумеется, понадобится больше меди, что отражается в соответствующих параметрах.
  • Добавим, что с увеличением длины растет и усиление. Это типичный эффект: сужается лепесток – растет усиление. Площадь диаграммы направленности – величина постоянная. Как говорил Ломоносов, если в одном месте чего прибудет, в другом непременно убыть должно. Заметьте, что с ростом витков едва приметно падает ширина полосы пропускания.
  • От шага намотки зависит усиление: чем больше цифра, тем ниже усиление, тем уже диаграмма направленности. На наш взгляд это ошибка авторов, потому что выходит, что выгоднее мотать плотно. Вдобавок проволоки уйдет меньше. Показаны исключительно преимущества, на практике подобное выглядит сомнительно.

Из полезных свойств этого онлайн калькулятора хотелось бы отметить расчет минимального размера экрана. А насчет шага уточните в справочниках, чем и займемся. Кстати, любопытен факт, что по умолчанию на сайте сразу стоит частота WiFi 2,45 ГГц. Здесь сегодня спиральные антенны часто применяются.

Самодельная спиральная антенна

Самодельная спиральная антенна

Нашли: усиление зависит только от числа витков. Шаг намотки рекомендуется выбирать 0,22 – 0,24 длины волны. На сайте это значение задаем в широких пределах. Предлагаем читателям выбрать шаг, варьируя число витков. Случается, что в отдельных калькуляторах встречаются ошибки, точной информацией владеет лишь веб-программист.

Кстати, в новом источнике сведения приведены, что экран размещается позади спирали на расстоянии 0,12 длины волны. При этом добавляется, что если диаметр экрана выбирается равным 0,8 длины волны и более, сторона квадрата еще больше: 1,1 λ. Ситуация не настолько очевидна, но представьте, что круг обязан вписаться внутрь – все встает на места.

Что касается согласования, сопротивление спиральной антенны сильно зависит от толщины проволоки и с ростом уменьшается. Возможно добиться цифры, равной 75 и даже 50 Ом. В данном случае согласования не требуется, что упрощает эксплуатацию. На высоких частотах это работает. К примеру, волновое сопротивление станет равным 75 Ом при толщине проволоки 5% длины волны. Получая 50 Ом, следует взять толщину проволоки 7% длины волны. Видите, что на частотах WiFi это реально, а значит, рассчитаем параметры так, избегая согласования.

Обратите внимание, в калькуляторе не дается возможности задать толщину провода, а с имеющимся волновое сопротивление равно 140 Ом. Вероятно, это профессиональная хитрость, по нашим сведениям кабель должен быть на 50 Ом на частотах WiFi. Зато легко проверить, выполняется ли зависимость от толщины провода. Приведем таблицу и сравним результат.

Таблица расчётов

Таблица расчетов

Итак, частота составляет 2450 МГц, находим длину волны по простой формуле:

λ = 299 792 458 / 2450 000 000 = 0,1223 метра.

Находим нужный диаметр провода для сопротивления 140 Ом:

0,1223 х 0,02 = 2,45 мм, проверим, совпадает ли это с онлайн калькулятором! Смотрим и видим: 2,4. Ну, если учесть, что без округления получилось 2,447 мм, то будем считать, что два источника повторяют друг друга, а значит указаниям по выбору шага намотки (см. выше) можно поверить. На этом считаем, что самодельная спиральная антенна готова, а также найдем толщину проволоки, при которой сопротивление станет равным 50 Ом: получается 8,5 мм. Причём на указанной высокой частоте сложно обеспечить требуемые условия. Посему целью самостоятельно сделать спиральную антенну чаще задаются компьютерщики.

Что касается нестыковок в калькуляторе, проверяйте читаемую в интернете техническую информацию несколько раз. Считаем, что ответили на вопрос, что такое спиральная антенна, и как сделать спиральную антенну. Плюс конструкции в простоте изготовления, если патчи нужно просчитывать, согласовывать, и не факт, что получится, здесь имеется неплохое устройство, удовлетворяющее заданным условиям, отсеивающее массу помех. С обеих сторон (на прием и передачу) стоят одинаковые антенны, чтобы работать с круговой поляризацией, в противном случае результат станет загадочно-непредсказуемым. Спиральная антенна, собранная самостоятельно – реальность.

Спиральная антенна — это… Что такое Спиральная антенна?

Типовая винтообразная антенна.
B: центральная опора,
C: коаксиальный кабель,
E: подпорка для спирали,
R: отражатель,
S: спираль Покрашенная спиральная антенна для работы с Wi-Fi шлюзом на частоте 2,5 ГГц Первый телекоммуникационный спутник «Телстар» с винтообразной антенной.

Спира́льная антенна — диапазонная антенна бегущей волны, основным элементом которой является проводник в форме винтовой линии или спирали. Характерной особенностью спиральных антенн является их высокое входное сопротивление, позволяющее в ряде случаев без использования дополнительных согласующих трансформаторов привести его к 50 Ом для передачи по обычному коаксиальному кабелю. Применяется, как правило, для приёма и передачи на высоких частотах.

Классификация

Спиральные антенны подразделяют на пространственные и плоские[1]. Пространственные спиральные антенны часто называют винтообразной антенной.

По принципу работы винтообразные антенны подразделяют по направлению излучения на антенны с поперечным излучением (NMHA — Normal-Mode Helical Antenna)[2] и антенны с осевым излучением (AMHA — Axial-Mode Helical Antenna).

Винтообразные антенны с осевым излучением

Для работы в осевом режиме диаметр витков спирали должен быть порядка длины волны. Винтообразные антенны в осевом режиме предназначены для излучения и приёма электромагнитных волн с круговой поляризацией. Правая круговая поляризация используется[3] для радиосвязи практически на всех орбитальных спутниках. Направление поляризации определяется направлением намотки спирали. Винтообразные антенны с осевым излучением характеризуются довольно узкой диаграммой направленности, приближённо равной:

где  — длина волны, C — длина окружности, N — число витков, S — шаг намотки спирали.

Винтообразные антенны с поперечным излучением

Для работы в режиме поперечного излучения диаметр витков спирали должен быть гораздо меньше длины волны. В зависимости от соотношения шага между витками и радиусом витка спирали при данной длине волны эллиптическая поляризация излучения может стремится к вертикальной, горизонтальной, или быть круговой. Диаграмма направленности аналогична обычному несимметричному вибратору. Данный тип антенн широко используется в портативных радио-коммуникационных устройствах, в том числе в мобильных телефонах.

Плоские спиральные антенны

Плоская спиральная антенна обычно состоит[1] из двух спиралей, выполненных из проволоки или из фольги (например, по микрополосковой технологии), и расположенных центральносимметрично в плоскости антенны. Фидер подключают к этим плечам, аналогично подключению к симметричному вибратору. Рабочий диапазон антенны может превышать декаду[1].

Примечания

См. также

Ссылки

Спиральная антенна для Wi-Fi и 3G своими руками

спиральная антеннаНеобходимо отметить следующие плюсы спиральной антенны. Во-первых это, конечно, очень большая устойчивость к «кривым рукам», т.е. даже неаккуратно собранная антенна будет неплохо работать. Во-вторых это широкополосность, которая сочетается с неплохим коэффициентом усиления даже при малом числе витков спирали.

Полагаю, что спиральная антенна — лучший вариант самодельной направленной антенны для Wi-Fi, 3G и 4G! На диапазонах CDMA ее также можно использовать. Спиральную антенну в конце сороковых годов прошлого века изобрел Джон Краус (John Kraus, W8JK). Антенна  имеет круговую поляризацию, но может принимать как вертикально-поляризованную волну, так и горизонтально-поляризованную, усиление при этом снижается на 3 dB по сравнению с расчетным.

При организации Wi-Fi сети точка-точка с применением таких антенн важно чтобы направления вращения спиралей относительно вектора перемещения электромагнитного поля совпадали, иначе такая система работать не будет. Рассчитать геометрические размеры антенны можно,  воспользовавшись онлайн калькулятором на нашем сайте . Конструкция антенны сложнее, например баночной, но эта сложность окупается стабильностью результатов. Вот файлы MMANA для спиральной антенны из 4, 12 и 15 витков.

Конструкция антенны для диапазона 2,4 ГГц для Wi Fi сети следующая (усиление до 11dBi):

  1. Вырезаем круг из оргстекла диаметром 80 мм и толщиной 3 мм. Это будет основа рефлектора. В центре сверлим 4 мм отверстие для держателя антенны.  Из центра проводим круг диаметром 42 мм, вписываем в этот круг равносторонний треугольник и сверлим отверстия 3 мм в вершинах этого треугольника для держателей спирали. Чуть в стороне от одного из вершин треугольника, на этой же окружности, сверлим отверстия для крепления коннектора. Далее рефлектор надо покрыть медной фольгой. Выбор в качестве материала оргстекла некритичен, можно, даже с большим успехом, применить фольгированный  стеклотекстолит.
    Рефлектор спиральной антенны
  2. Присоединяем к рефлектору крепежный болт и N-коннектор. (вид сзади рефлектора)
    Рефлектор спиральной антенны с коннектором
  3. Вырезаем из тонкого 1,5-2 мм оргстекла верхний крепежный элемент для держателей спирали как на картинке. Важно, чтобы отверстия этого элемента совпадали с отверстиями для держателей спирали на рефлекторе.
    Крепежный элемент спиральной антенны
  4. Далее из медной проволоки диаметром 2 — 3 мм изготавливаем спираль. Намотаем 6 витков на любую трубку диаметром 40 мм  и  растянем ее потом на длину 177 мм.
    Спиральная антенна - спираль
  5. Из оргстекла толщиной 5 мм вырезаем держатели спирали шириной также 5 мм и длиной 180 мм. В торцах держателей сверлим отверстия и нарезаем метчиком резьбу для крепежных винтов 2,5 мм.
    Спиральная антенна - держатели спирали
  6. Из медной фольги толщиной 0,5 мм вырезаем прямоугольный треугольник со сторонами 71 и 17 мм. Поскольку входное сопротивление антенны составляет около 140 Ом, его надо согласовать с коаксиальным кабелем 50 Ом. Этот треугольник и будет согласующей линией. Автор этого плавного перехода Jason Hecker. Возможны и другие варианты согласования, например четвертьволновым отрезком длинной линии.
    Спиральная антенна - согласующий элемент
  7. Приложив к спирали шаблоны держателей, например из бумаги, отмечаем с их помощью места отверстий, через которые пропускается спираль. При этом главное не ошибиться. Сверлим держатели под спираль и получаем что то типа этого…
    Спиральная антенна - держатели
  8. Собираем готовую антенну. Прикручиваем держатели, пропускаем через них спираль, припаиваем к ней согласующую линию острым концом к спирали, широким к коннектору. Ставим верхний крепежный элемент. Готовая конструкция выглядит так:
    Спиральная антенна - внешний вид
  9. Спираль подключается к центральному выводу коннектора, это место можно сделать вот таким образом:спиральная антенна, подключение

Пожертвовав немного усилением антенны, можно упростить конструкцию, применив в качестве рефлектора CD или DVD диск, провод толщиной 1 мм и спираль из четырех витков. В остальном конструкция остается прежней. Такая антенна имеет усиление около 7 dBi.
Спиральная антенна 2,4 ГГц

Есть еще один вариант антенны. Спираль наматывается на пластмассовую трубку. В качестве рефлектора используется металлический диск. Но все же использование в качестве несущей конструкции пластиковой трубы не самый лучший выбор. Мы же делаем антенну для СВЧ диапазона. Если спираль мотается прямо на трубке, и тем более, если ее покрыть сверху компаундом, то ее резонансная частота уйдет вниз. Правда обычно спиральная антенна прощает такие «вольности» в силу своей широкополосности, но на частотах выше 2ГГц лучшим вариантом будет описанный здесь, а не изображенный на рисунке ниже.
Спиральная антенна 4G

Хотя, как говориться — возможны варианты. В этом блоге (по ссылке ниже) можно посмотреть неплохой вариант практической конструкции спиральной антенны для Wi-Fi сети. Как видите вариант исполнения может быть самый разнообразный из любых подручных материалов. Надо понимать, что размеры, полученные с помощью нашего онлайн калькулятора не подходят для конструкции на трубке.

Расчет спиральной антенны есть в андроид приложении Cantennator, доступном на Google play. Вы его можете загрузить на свое мобильное устройство, нажав на кнопку ниже или по QR-коду. Не забудьте оценить приложение…google play badgecantennator qr code


Самое главное в спиральной антенне то, что вам не надо «ловить миллиметры» при изготовлении. Это одна из немногих антенн, сочетающих в себе относительную широкополосность с большим коэффициентом усиления. Лучше — только параболическая.

 

Спиральная антенна — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Типовая винтообразная антенна.
B: центральная опора,
C: коаксиальный кабель,
E: подпорка для спирали,
R: отражатель,
S: спираль Покрашенная спиральная антенна для работы с Wi-Fi шлюзом на частоте 2,5 ГГц Первый телекоммуникационный спутник «Телстар» с винтообразной антенной.

Спира́льная антенна — диапазонная антенна бегущей волны, основным элементом которой является проводник в форме винтовой линии или спирали. Характерной особенностью спиральных антенн является их высокое входное сопротивление, позволяющее в ряде случаев без использования дополнительных согласующих трансформаторов привести его к 50 Ом для передачи по обычному коаксиальному кабелю. Применяется, как правило, для приёма и передачи на высоких частотах.

Классификация

Спиральные антенны подразделяют на пространственные и плоские[1]. Пространственные спиральные антенны часто называют винтообразной антенной.

По принципу работы винтообразные антенны подразделяют по направлению излучения на антенны с поперечным излучением (NMHA — Normal-Mode Helical Antenna)[2] и антенны с осевым излучением (AMHA — Axial-Mode Helical Antenna).

Винтообразные антенны с осевым излучением

Для работы в осевом режиме длина витков спирали должна быть порядка одной длины волны. Винтообразные антенны в осевом режиме предназначены для излучения и приёма электромагнитных волн с круговой поляризацией. Правая круговая поляризация используется[3] для радиосвязи практически на всех орбитальных спутниках. Направление поляризации определяется направлением намотки спирали. Винтообразные антенны с осевым излучением характеризуются довольно узкой диаграммой направленности, приближённо равной:

HPBW≃52λ3/2CNS{\displaystyle HPBW\simeq {\frac {52\lambda ^{3/2}}{C{\sqrt {NS}}}}}

где λ{\displaystyle \lambda } — длина волны, C — длина окружности, N — число витков, S — шаг намотки спирали.

Винтообразные антенны с поперечным излучением

Для работы в режиме поперечного излучения длина витков спирали должна быть гораздо меньше длины волны. В зависимости от соотношения шага между витками и радиусом витка спирали при данной длине волны эллиптическая поляризация излучения может стремиться к вертикальной, горизонтальной, или быть круговой. Диаграмма направленности аналогична обычному несимметричному вибратору. Данный тип антенн широко используется в портативных радио-коммуникационных устройствах, в том числе в мобильных телефонах.

Плоские спиральные антенны

Плоская спиральная антенна обычно состоит[1] из двух спиралей, выполненных из проволоки или из фольги (например, по микрополосковой технологии), и расположенных центральносимметрично в плоскости антенны. Фидер подключают к этим плечам, аналогично подключению к симметричному вибратору. Рабочий диапазон антенны может превышать декаду[1].

Примечания

Спиральная антенна — это… Что такое Спиральная антенна?


Спиральная антенна
        диапазонная Антенна бегущей волны, излучающая (принимающая) электромагнитные волны с эллиптической или круговой поляризацией волн. С. а. применяют преимущественно в дециметровом и сантиметровом диапазонах длин волн — как самостоятельно, так и в качестве облучателей зеркальных и линзовых антенн (например, в системах космической связи). Различают плоские и пространственные С. а.          Плоскую С. а. обычно выполняют в виде двухпроводной линии, каждый проводник (плечо) которой имеет форму архимедовой (рис. 1, а) или логарифмической (рис. 1, б) спирали (см. Линия).

         Передатчик (приёмник) подсоединяют к плечам в центральной части С. а. с помощью коаксиальной или открытой двухпроводной линии. Отношение максимальной частоты рабочего диапазона к минимальной (кратность диапазона) может достигать 20; коэффициент направленного действия обычно равен нескольким единицам.

         Пространственные С. а. цилиндрической (рис. 2, а) или конической (рис. 2, б) формы выполняют из металлического провода, который подсоединяется к центральному проводнику коаксиальной линии; внешний проводник линии — наружная оболочка — подсоединяется к плоскому металлическому экрану. Их обычно используют в диапазонах частот, имеющих кратность 2—3; коэффициент направленного действия достигает 100 и более.

         Г. К. Галимов.

        Рис. 1. Плоские спиральные антенны: а — архимедова спираль; б — логарифмическая спираль.

        Рис. 1. Плоские спиральные антенны: а — архимедова спираль; б — логарифмическая спираль.

        Рис. 2. Пространственные спиральные антенны: а — цилиндрическая; б — коническая; 1 — металлическая спираль; 2 — металлический экран; 3 — коаксиальная линия.

        Рис. 2. Пространственные спиральные антенны: а — цилиндрическая; б — коническая; 1 — металлическая спираль; 2 — металлический экран; 3 — коаксиальная линия.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

  • Спирализация хромосом
  • Спиральная камера гидротурбины

Смотреть что такое «Спиральная антенна» в других словарях:

  • СПИРАЛЬНАЯ АНТЕННА — антенна в виде провода, свёрнутого в спираль. Конфигурации спирали могут быть различными. Цилиндрич. С. а. излучает вдоль оси волны с круговой поляризацией. С. а. применяются на дециметровых волнах как широкополосные антенны осевого излучения,… …   Физическая энциклопедия

  • Спиральная антенна — Типовая винтообразная антенна. B: центральная опора, C: коаксиальный кабель, E: подпорка для спирали, R: отражатель, S: спираль …   Википедия

  • спиральная антенна — spiralinė antena statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. corkscrew antenna vok. Wendelantenne, f rus. спиральная антенна, f pranc. antenne hélicoïdale, f …   Radioelektronikos terminų žodynas

  • Спиральная антенна — 395. Спиральная антенна Источник: ГОСТ 24375 80: Радиосвязь. Термины и определения оригинал документа …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • СПИРАЛЬНАЯ АНТЕННА — антенна в виде металлич. цилиндрич., конич. или плоской спирали. Размеры витков и шаг намотки спирали подбирают так, чтобы излучение электромагн. волн каждым витком имело близкую к круговой поляризацию и требуемое направление максимума диаграммы… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • Спиральная антенна — 1. Антенна с вращающейся поляризацией, выполненная в виде металлической спирали Употребляется в документе: ГОСТ 24375 80 …   Телекоммуникационный словарь

  • коническая спиральная антенна — Антенна, состоящая из проволочной конической спирали, питаемой коаксиальным фидером, оболочка которого может соединяться с плоским металлическим экраном (круглым или прямоугольным) играющим роль противовеса, а также служащим рефлектором. [Л.М.… …   Справочник технического переводчика

  • Антенна —         устройство для излучения и приёма радиоволн. Передающая А. преобразует энергию электромагнитных колебаний высокой частоты, сосредоточенную в выходных колебательных цепях радиопередатчика, в энергию излучаемых радиоволн. Преобразование… …   Большая советская энциклопедия

  • Радио-антенна — Антенна радиотелескопа РТ 7.5 МГТУ им. Баумана. РФ, Московская область, Дмитровский район. Диаметр зеркала 7,5 метра, рабочий диапазон длин волн: 1 4 мм Антенна устройство для излучения и приёма радиоволн (разновидности электромагнитного… …   Википедия

  • ДИАПАЗОННАЯ АНТЕННА — антенна, осн. параметры к рой (диаграмма направленности, входное сопротивление и др.) не выходят из заданных пределов в широком диапазоне частот без к. л. перестроек. Д. а. на декаметровых и более коротких волнах Надененко диполь, ромбическая… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *