Магнитна антена: конструкция, принцип на действие, функция

С помощта на генератор може да се създаде сигнал, съдържащ полезна информация. Мощността му може да се увеличи с помощта на усилвател и да се предаде на значително разстояние до друг кореспондент. Антената е предавател на сигнала.

Антената е устройство, което преобразува електромагнитните вълни в електрически сигнали с определена честота по пътя на приемане и ги преобразува обратно по пътя на предаване.

Съществуват много видове антени. Те могат да бъдат класифицирани според конструкцията или принципа на действие, напр. В последния случай се прави разграничение между електрически и магнитни антени. Първите се задвижват от електрическата компонента на електромагнитното поле (наричано по-нататък "ЕМП"), докато вторите се задвижват съответно от магнитната компонента.

В тази статия ще бъдат описани магнитната антена, нейната конструкция, както и принцип на работа.

Радиовълни

Всички антени работят в определен диапазон от дължини на вълните. Вълните могат да се класифицират по дължина или честота. Обърнете внимание, че дължината е обратно пропорционална на честотата.

Следната таблица показва видовете радиовълни по отношение на тяхната дължина и честота.

Често имената на вълните се заменят с имена на групи. Например, КВ диапазонът е диапазон от къси вълни.

Метровите, дециметровите, сантиметровите и милиметровите вълни са част от честотната лента VHF/UHF. Устройствата, работещи с дециметрови вълни, се наричат DMV антени (наричани по-нататък по аналогия).

Приложения

Антените, които реагират на магнитната компонента на полето, намират широко приложение във всички видове индустрии поради малкия си размер и свойствата си за приемане и предаване. Конструкцията им често е много проста и се състои от щифтова антена (често използвана като антена за автомобили), което е малко в сравнение например с логаритмична антена. Последният вид антена често се намира в жилищни сгради, където осигурява телевизионно излъчване.

Основното предимство на магнитните антени е тяхната устойчивост на електрически смущения. Последният факт ги прави подходящи за използване във всеки град, където има висока концентрация на електрически сигнали.

Дизайн

Най-простата магнитна антена се състои от:

• ядро;
• индукционна бобина;
• тяло на бобината.

Върху сърцевината е поставена рамка и индуктивната намотка е навита върху рамката.

Сърцевината на такава антена е изработена от магнитен материал. Най-често се изработва от ферит, който има добри магнитни свойства, както е посочено по-долу.

Намотката е изработена от проводящ материал като мед, а рамката, напротив, е изработена от изолационен материал, за да се избегне ненужен контакт между намотката и сърцевината.

Всъщност се оказва, че магнитната антена е типичен дросел, познат на всеки радиолюбител или човек, който дори бегло се е запознал с електрониката.

Теория на полето

За да се разбере принципът на действие на такава антена, е необходимо да се повтори основната информация за всичко, свързано с предаването на сигнали на разстояние.

Първо, електромагнитното поле, както подсказва името му, има два компонента - магнитен и електрически, които са неразривно свързани, а равнините на тези полета са (за да пропуснем терминологичните подробности) перпендикулярни една на друга.

Второ, посоката на разпространение на това поле се определя от вектора на скоростта, който е перпендикулярен както на вектора на електрическата сила (индукция), така и на вектора на магнитната сила (индукция) в триизмерното пространство.

Защо векторът на интензивността може да се замени с вектора на индукцията? Тъй като стойностите на на тези параметри характеризират полето на единия или другия и са пропорционални един на друг.

Как работи L-образната антена

Вибрациите (които се предават от антената) могат да се излъчват от всеки предмет, независимо дали е дървена пръчка или метална тел. Единствената разлика е, че металът провежда по-добре електричеството, така че вибрациите, излъчвани от проводника, са по-забележими.

Затова най-простата антена може да се сглоби от парче арматурно желязо. Г-образната антена, която всички познаваме, е. Под действието на електромагнитното поле в приспособлението се индуцира електродвижеща сила, която по някакъв начин (пропускайки теоретичните подробности) което в известен смисъл (без да се вземат предвид теоретичните подробности) е причина за появата на трептенията, както и усилването на сигнала.

Металът е материал с добри електрически свойства. Ето защо в арматурата се индуцира електродвижеща сила (ЕДН). Следователно L-образната антена се управлява от електрическата компонента на полето.

Принцип на действие на антена, реагираща на магнитно поле

Логично, ако Г-образната метална антена реагира на електрическата компонента на полето, то магнитната антена реагира на магнитната компонента на електромагнитното поле. Поради този факт устройството се нарича.

Антената, разбира се, може да бъде направена от надлъжно парче феромагнитен материал, но е по-ефективно материалът да има рамка.

При тази конструкция магнитното поле също ще създава ЕМП, но променлива. Антената се превръща в индуктивна бобина, в която енергията на ЕМП се преобразува в електрическа енергия (това е основното предназначение на антената).

Стойността на индуцираното ЕМП в рамката зависи от каква позиция конструкцията по отношение на равнината на полето. ЕМП е максимална, когато равнината на намотките на конструкцията е насочена към станцията, която управлява сигнала. При завъртане на антената около вертикалната ѝ ос (изглед отгоре) ще се наблюдават два максимума и два минимума (нулеви стойности) на емоциите за едно завъртане.

Моделът на излъчване на такава антена ще бъде безкрайност или осмица.

Диаграмата на насоченост е графично представяне на връзката между усилването и посоката на антената в дадена равнина.

Коефициентът на усилване е мярка, която се изчислява като отношение на изходния сигнал към входния сигнал. Например съотношението на изходната мощност към входната мощност или на изходното напрежение към входното напрежение.

Коефициентът на насоченост описва способността на антената да насочва сигнала към определена точка. Например антена с щифт, използвана като антена за автомобили, има нисък коефициент. Той излъчва вълна с форма на торс във всички посоки. Но при насочените антени, като логпериодичните и огледалните антени, коефициентът е много по-висок.

Рамковата антена има и много добър коефициент на насочено излъчване. Това свойство позволява използването на такива устройства в специални приложения, като например оборудване за лов на лисици.

Специални характеристики на дизайна

Големината на индуцираната ЕМП се определя до голяма степен от размера на антената. Дори ако броят на навивките на него е значителен, големината на ЕМП ще бъде недостатъчна за работата на някои приемници, предвид малкия му размер.

Ако обаче в магнитните антени се въведат феритни ядра, големината на ЕМП ще се увеличи драстично. Сърцевината ще се стреми да къса повече полеви линии, така че сърцевината ще концентрира полето над антената, произвеждайки по-голям магнитен поток и генерирайки повече ЕМП.

Ядро от магнитен материал

За да се разбере какъв материал за магнитна сърцевина да се използва в една антена, е необходимо да се изследва параметърът магнитна проницаемост, който показва колко пъти магнитното поле в даден материал е по-силно от външното поле.

Колкото по-висока е магнитната проницаемост, толкова по-добре магнитният материал концентрира полето.

Сърцевината на приемната магнитна антена обикновено е с правоъгълно или кръгло сечение. Първо, поради лесното производство. Второ, тъй като тези оформени ядра концентрират по-добре магнитните линии.

Последният факт влияе върху ефективната магнитна проницаемост. Тя може да не съвпада с първоначалната магнитна проницаемост, която обикновено се посочва в документацията на ядрото. Ефективната магнитна проницаемост обаче зависи от първоначалния.

Следователно ефективната пропускливост на ядрото зависи от следните фактори:

• размерите на ядрото;
• форма на ядрото;
• е първоначалната магнитна проницаемост на материала, от който е направена сърцевината.

Например, ако разгледаме ядра с еднаква площ на напречното сечение, но с различна дължина, най-дългият образец ще има по-голяма ефективна пропускливост.

Между другото, зависимостта на ефективната проницаемост от дължината на феритното ядро например има нелинеен характер. До определена стойност на дължината на сърцевината пропускливостта нараства за повечето марки ферити, но след това някои от тях се насищат и нарастването спира. Например продукти с маркировки 1000NH, 600NH и 400NH достатъчно дълго не се насищат, за разлика от 100NH и 50VH. Това е важно да се вземат предвид при изграждането на импровизирана антена.

Ефективност на антените

Ефективността на приемната антена, реагираща на магнитно поле, е пряко свързана с ефективната височина. Това е височината, на която точката, от която се излъчват трептенията на антената, се намира над определена точка от земната повърхност.

Ефективната височина влияе върху ЕМП, създавана в антената. Колкото по-висока е стойността, толкова по-високо е ЕМП, толкова по-слаби са сигналите, които антената може да приеме.

От какво зависи ефективната височина на антената, която реагира на магнитната компонента на ЕМП??

1. От ефективната пропускливост.
2. Колкото по-голяма е площта на напречното сечение на сърцевината.
3. Броят на навивките на намотката.
4. Дължината на намотката, съставляваща самата намотка.
5. Диаметърът на намотката.
6. Работна дължина на вълната.

Колкото по-голяма е ефективната височина на антената, толкова по-големи са първите четири параметъра от горния списък и толкова по-малка е разликата в диаметъра между сърцевината на антената и проводника на намотката. Колкото по-малка е дължината на вълната, толкова по-голяма е височината.

Антенна бобина

От данните, дадени по-горе, може да се заключи, че влиянието на индуктивната намотка върху приемните и предавателните свойства на всяка антена (като магнитна KV антена), която реагира на магнитно поле.

Колкото по-високо е качеството на индуктивната бобина, толкова по-добри са характеристиките на антената. Мярката за качество на намотката се оценява чрез нейния коефициент на качество. Коефициентът на качество е параметър, който се изчислява като съотношение между съпротивлението на намотка за променлив ток и съпротивлението на индуктивен елемент за постоянен ток.

Съпротивлението на намотката към променливия ток зависи както от индуктивността на самата намотка, така и от честотата на тока. За да увеличите коефициента на качество на намотката, а с това и приемните и предавателните свойства на антената, която реагира на магнитното поле, можете да промените нейното съпротивление на постоянен ток. Например за увеличаване на диаметъра на навивките на намотката или на самия проводник, от който тя е навита.

Антена за FM вълни

Той е един от видовете антени, които реагират на магнитно поле. FM вълната е сигнал с честота между 88 и 108 MHz.

За да изградите такава конструкция, ще ви е необходимо:

• крепежни елементи, към които трябва да се монтира антената (например тръба);
• феритна сърцевина, която може да се нахлузи върху структурата (тръбата);
• меден проводник за навиване и контакти;
• свързващи щифтове за свързване на антената към приемното устройство;
• медно фолио.

Преди да навиете намотката, тя трябва да се изолира от сърцевината с помощта на електрическа лента или хартия, увита около ферита. След това върху изолацията се поставя слой фолио. Той се припокрива с примката от 1 cm и се изолира в зоната на припокриване със същото парче лента, например. Щитът на FM антената се навива на 25-те навивки, които образуват намотката, като изводите са на 7-ия, 12-ия и 25-ия навивки.

Горната част на намотката е покрита с подобно фолио. Щитове - външен и вътрешен - да се свързват помежду си.

Краищата на навиващия се проводник трябва да бъдат оформени като свързващи щифтове. Изводите на обороти 12 и 25 трябва да бъдат свързани към приемника, а изводите на оборот 7 - към земята.

Антена тип "примка

С помощта на коаксиален кабел и няколко допълнителни елемента тази антена може да работи с различни честотни диапазони. Зависи от размера на структурата. Устройството може да се използва и за конструиране на антена за лентата DMV.

NiMH батерията е най-леката и най-лесна за използване, може да предава сигнал на разстояние до 80 метра и има предимството, че е лесна за изработване и инсталиране и има стабилен сигнал.

Какво материали за За построяването на антена с примка ще ви трябват?

1. Коаксиален кабел.
2. Дървени пръти.
3. Кондензатор, капацитет 100 pF.
4. Коаксиален конектор.

За да осигурите стабилност на антената, трябва да осигурите стабилност на кондензатора, т.е. да го изолирате от механични, атмосферни и други влияния.

Антената представлява кабелна примка, свързана с кондензатора. Той може да работи с много честотни ленти. Напр. KV лента. Колкото по-голяма е площта на примката (по-добре е тя да е кръгла), толкова по-голямо е покритието на приемания сигнал.

Антената трябва да се монтира на дървен стълб, изработен от дървени блокчета. Как да свържете антената? Използване на коаксиален съединител, свързан с водещ проводник.

Понякога включва и съгласуващ трансформатор във веригата.

Стандарт GSM

На базата на антена, която реагира на магнитни вълни, се създават устройства за приемане на сигнала по стандарта GSM, който се използва в мобилните комуникации.

Много радиолюбители сами сглобяват магнитни GSM антени и ги монтират на места, където клетъчният сигнал се приема слабо. Например, в летните къщи.

Антена да работи с GSM стандарт за комуникация може да бъде изработен от пластмасова водопроводна тръба, едностранно фолиран стъклопласт (дебелина 1,5-2 мм, ширина 10 мм) и меден проводник (диаметър 1,5-2,5 мм).

Антената е логаритмична антена. Тази импровизирана антена има висок коефициент на усилване и тесен модел на излъчване.

След това е необходимо да се свържат вибраторите на антената (отрязан проводник) към събирателните линии (две ленти от фибростъкло). Припояване на вибратори към всяка колекторна линия и свързване на линиите една към друга с коаксиален кабел. Закрепването на линиите се извършва с пластмасова тръба.

Как да свържете антената от този тип? Изходът на кабела може да се свърже към товар под формата на телевизионно устройство.

Заключение

Така че не е никак трудно да сглобите своя собствена антена, която да реагира на магнитната компонента на ЕМП. Достатъчно е да се спазват всички препоръки, описани по-горе, и да се отчитат електромагнитните характеристики на различните материали.

Освен това не са необходими специални познания за изграждането на такава конструкция. Достатъчно е да имате основна информация за физичните процеси в различните елементи, като например индуктора.