Un segnale contenente informazioni utili può essere creato utilizzando un generatore. La sua potenza può essere aumentata con l'ausilio di un amplificatore e trasmessa a notevole distanza ad un altro corrispondente. Il segnale viene trasmesso da un'antenna.
L'antenna è un dispositivo che converte un'onda elettromagnetica in un segnale elettrico a una certa frequenza nel percorso di ricezione, nonché la conversione inversa nel percorso di trasmissione.
Ci sono molti tipi di antenne. Possono essere classificati in base alla progettazione o al principio di funzionamento, ad esempio. In quest'ultimo caso si distinguono antenne elettriche e magnetiche. I primi sono controllati dalla componente elettrica del campo elettromagnetico (di seguito denominato EMF), e i secondi, rispettivamente, da quella magnetica.
Questo articolo si concentrerà sull'antenna magnetica, sul suo design e sul principio di funzionamento.
Onde radio
Tutte le antenne funzionano con una certa gamma di onde. Le onde possono essere classificate in base alla lunghezza o alla frequenza. Si noti che la lunghezza è inversamente proporzionale alla frequenza.
Quello che segue è una tabella di corrispondenza tra i tipi di onde radio ei loro parametri di lunghezza e frequenza.
| Tipo di onde | Lunghezza d'onda, m | Frequenza |
| Extra lungo | 105-104 | 3-30 kHz |
| Lungo | 104-103 | 30-300 kHz |
| Media | 103-102 | 300 kHz - 3 MHz |
| Breve | 100-10 | 3-30 MHz |
| Metro | 10-1 | 30-300MHz |
| Decimetri | 1-0, 1 | 300 MHz – 3 GHz |
| Centimetro | 0, 1-0, 01 | 3-30GHz |
| Millimetro | 0, 01-0, 001 | 30-300GHz |
Spesso i nomi delle onde vengono sostituiti dai nomi degli intervalli. Ad esempio, la banda delle onde corte è chiamata banda HF.
Le onde di metri, decimetri, centimetri e millimetri sono incluse nella gamma VHF - onde ultracorte. I dispositivi che funzionano con onde decimali sono chiamati antenne UHF (di seguito - per analogia).
Applicazione
Il tipo di antenne che rispondono alla componente magnetica del campo ha trovato un ampioapplicazione in qualsiasi tipo di industria per le ridotte dimensioni e le proprietà ricetrasmittenti. Il loro design è spesso davvero molto semplice ed è un'antenna a stelo (usata spesso come antenna per un'auto), che è piccola rispetto, ad esempio, alle antenne logaritmiche. Quest'ultimo tipo di antenna si trova spesso negli edifici residenziali, dove forniscono trasmissioni televisive.
Il principale vantaggio delle antenne magnetiche è l'immunità alle interferenze elettriche. Quest'ultimo infatti ne consente l'utilizzo in qualsiasi città dove vi sia un'elevata concentrazione di segnali elettrici.
Design
L'antenna magnetica più semplice contiene:
- core;
- induttore;
- telaio bobina.
Un telaio viene inserito nel nucleo e un induttore avvolto sul telaio.
Il nucleo di tale antenna è fatto di materiale magnetico. Molto spesso dalla ferrite, che ha buone proprietà magnetiche, di cui parleremo più avanti.
L'avvolgimento è in materiale conduttivo come il rame, mentre il telaio è in materiale isolante per evitare contatti inutili tra le spire della bobina e il nucleo.
In effetti, si scopre che l'antenna magnetica è una tipica strozzatura, familiare a ogni radioamatore o persona anche indirettamente legata all'elettronica.
Teoria del campo
Per comprendere il principio di funzionamento di tale antenna, dovresti ripetere le basiinformazioni su tutto ciò che riguarda la trasmissione di segnali a distanza.
In primo luogo, il campo elettromagnetico, come suggerisce il nome, include due componenti: magnetica ed elettrica, che sono indissolubilmente legate, e i piani di questi campi (se parliamo, omettendo i dettagli terminologici) sono perpendicolari tra loro.
In secondo luogo, la direzione di propagazione di questo campo è determinata dal vettore velocità, che è perpendicolare sia al vettore dell'intensità elettrica (induzione) che al vettore dell'intensità magnetica (induzione) nello spazio tridimensionale.
Perché il vettore di intensità può essere sostituito dal vettore di induzione? Perché i valori di questi parametri caratterizzano ugualmente il campo di un tipo o dell' altro e sono proporzionali tra loro.
Il principio di funzionamento dell'antenna a forma di L
Le oscillazioni (vengono trasmesse dall'antenna) sono emesse da qualsiasi oggetto: sia un bastoncino di legno che un filo metallico. L'unica differenza è che il metallo conduce meglio l'elettricità, quindi le vibrazioni emesse dal filo sono più evidenti.
Pertanto, l'antenna più semplice può essere assemblata da un pezzo di rinforzo. Risulterà l'antenna a forma di L familiare a tutti. Sotto l'azione di un campo elettromagnetico, nell'armatura viene indotta una forza elettromotrice, che è in qualche modo (tralasciando i dettagli teorici) la causa delle oscillazioni, nonché la base per amplificare il segnale.
Il metallo è un materiale con buone proprietà elettriche. Ecco perché nell'armatura viene indotta una forza elettromotrice (EMF). Di conseguenza,l'antenna a L della componente elettrica del campo è controllata.
Il principio di funzionamento di un'antenna che risponde a un campo magnetico
Logicamente, se l'antenna metallica a forma di L risponde alla componente elettrica del campo, l'antenna magnetica risponde alla componente magnetica del campo elettromagnetico. Per questo motivo, il dispositivo ha preso il nome.
Un'antenna, ovviamente, può essere ricavata da un pezzo longitudinale di un ferromagnete, ma è più efficiente dare a questo materiale la forma di una cornice.
In questo disegno, il campo magnetico creerà anche un EMF, ma una variabile. L'antenna si trasformerà in un induttore, in cui l'energia EMF viene convertita in energia elettrica (questo è il compito principale dell'antenna).
Il valore dell'EMF indotto nel frame dipende dalla posizione della struttura rispetto al piano di campo. L'EMF è massimo se il piano delle bobine della struttura è diretto alla stazione operante con il segnale. Se si ruota l'antenna attorno all'asse verticale (vista dall' alto), in un giro avrà due massimi e due minimi (valori zero) dell'EMF.
Il diagramma di radiazione di tale antenna sarà a forma di infinito o figura otto.
Il diagramma di radiazione è una rappresentazione grafica della dipendenza del guadagno dalla direzione dell'antenna su un determinato piano.
Gain è un valore calcolato come rapporto tra il valore del segnale in uscita e il valore del segnale in ingresso. Ad esempio, il rapporto tra potenza in uscita e ingressoalimentazione o tensione di uscita in ingresso.
Il fattore direzionale caratterizza la capacità di un'antenna di dirigere un segnale verso un punto specifico. Ad esempio, per un'antenna a perno utilizzata come antenna per un'auto, questo coefficiente è a un livello basso. Irradia un'onda a forma di toro in tutte le direzioni. Ma per antenne direzionali come log-periodiche o riflettenti, questo coefficiente è molto più alto.
Anche l'antenna a forma di cornice ha una buona direttività. Questa proprietà consente l'uso di tali dispositivi in attrezzature speciali come attrezzature per la caccia alla volpe.
Caratteristiche del design
L'intensità dell'EMF indotto è in gran parte determinata dalle dimensioni dell'antenna. Anche se il numero di spire avvolte su di esso è significativo, con dimensioni ridotte il valore EMF sarà comunque insufficiente per il funzionamento di alcuni ricevitori.
Ma se introduci nuclei di ferrite all'interno delle antenne magnetiche, il valore EMF aumenterà in modo significativo. Il nucleo contribuirà a chiudere più linee di campo su se stesso, ovvero, grazie al nucleo, il campo sarà concentrato sull'antenna, creando un flusso magnetico più potente e generando un EMF significativo.
Nucleo in materiale magnetico
Per capire quale nucleo magnetico dovrebbe essere installato nell'antenna, è necessario studiare il parametro della permeabilità magnetica, che mostra quante volte il campo magnetico in un particolare materiale è più forte del campo esterno.
Più alto è il tassopermeabilità, migliore è il materiale magnetico che concentra il campo su se stesso.
Il nucleo dell'antenna magnetica ricevente di solito ha una sezione rettangolare o rotonda. In primo luogo, per la facilità di produzione. In secondo luogo, per il fatto che i nuclei di questa forma concentrano meglio le linee magnetiche su se stessi.
L'ultimo fatto riguarda un parametro come la permeabilità magnetica effettiva. Potrebbe non coincidere con la permeabilità magnetica iniziale, solitamente indicata nella documentazione del nucleo. Tuttavia, la permeabilità effettiva dipende da quella iniziale.
Quindi, l'effettiva permeabilità del nucleo dipende dai seguenti indicatori:
- dimensioni centrali;
- forma centrale;
- permeabilità magnetica iniziale del materiale di cui è composto questo nucleo.
Ad esempio, se consideriamo carote con la stessa area della sezione trasversale ma lunghezze diverse, un campione con una lunghezza maggiore avrà un valore maggiore di permeabilità effettiva.
A proposito, la dipendenza della permeabilità effettiva dalla lunghezza di un nucleo di ferrite, ad esempio, non è lineare. Fino a un certo valore della lunghezza del nocciolo, la permeabilità aumenta per la maggior parte dei gradi di ferrite, ma poi alcuni di essi vanno in saturazione e si arresta la crescita. Ad esempio, i prodotti con i contrassegni 1000НН, 600НН e 400НН non vanno in saturazione per molto tempo, a differenza di 100НН e 50ВЧ. Questo è importante da considerare quando si crea un'antenna fatta in casa.
Efficienza dell'antenna
Efficienza di un'antenna ricevente che risponde a un campo magnetico,è direttamente correlato all' altezza effettiva. Questa è l' altezza del punto da cui fuoriesce l'oscillazione emessa dall'antenna, al di sopra di un certo punto della superficie terrestre.
L' altezza effettiva influisce sull'EMF generato nell'antenna. Di conseguenza, maggiore è il suo valore, maggiore è l'EMF, più deboli sono i segnali che l'antenna può ricevere.
Cosa determina l' altezza effettiva dell'antenna che risponde alla componente magnetica dell'EMF?
- Dalla permeabilità effettiva.
- Area della sezione del nucleo.
- Numero di giri della bobina.
- La lunghezza dell'avvolgimento che compone la bobina stessa.
- Diametro avvolgimento.
- Lunghezza d'onda operativa.
L' altezza effettiva dell'antenna sarà maggiore, maggiori saranno i primi quattro parametri dell'elenco sopra, nonché minore sarà la differenza tra i diametri del nucleo dell'antenna e del filo dell'avvolgimento. Più corta è la lunghezza d'onda, maggiore è anche l' altezza.
Bobina antenna
Dai dati di cui sopra, possiamo concludere sull'importanza dell'influenza dell'induttore sulle proprietà di ricezione e trasmissione di qualsiasi antenna (ad esempio, un'antenna magnetica HF) che risponde a un campo magnetico.
Più alta è la qualità dell'induttore, migliore sarà il funzionamento dell'antenna. Il parametro di qualità della bobina viene stimato utilizzando il suo fattore di qualità. Il fattore di qualità è un parametro calcolato come rapporto tra la resistenza della bobina in AC e la resistenza dell'elemento induttivo in DC.
La resistenza di una bobina CA dipende da entrambil'induttanza della bobina stessa e la frequenza della corrente. Per aumentare il fattore di qualità della bobina, e con esso le proprietà di trasmissione-ricezione dell'antenna che risponde a un campo magnetico, è possibile modificarne la resistenza alla corrente continua. Ad esempio per aumentare il diametro delle spire risultanti della bobina o del filo stesso da cui viene avvolto.
Antenna FM
Questo è un tipo di antenna che risponde a un campo magnetico. L'onda FM è un segnale a una frequenza compresa tra 88 e 108 MHz.
Per realizzare questo disegno, avrai bisogno di:
- elementi di fissaggio su cui verrà installata l'antenna (ad esempio un tubo);
- anima in ferrite da inserire sulla struttura (sul tubo);
- filo di rame per avvolgimenti e contatti;
- pin di collegamento per collegare l'antenna al dispositivo ricevente;
- lamina di rame.
Prima di avvolgere la bobina, è necessario isolarla dal nucleo con del nastro isolante o della carta avvolta attorno alla ferrite. Quindi uno strato di lamina viene posizionato sull'isolamento. Si sovrappone di un giro di 1 cm ed è isolato nella zona di sormonto utilizzando, ad esempio, lo stesso nastro isolante. Così si crea lo schermo dell'antenna FM, su cui vengono poi avvolti 25 spire, formando una bobina, con conduttori sul 7°, 12° e 25° giro.
Dall' alto, l'avvolgimento è coperto da uno schermo di alluminio simile. Gli schermi - esterni e interni - sono interconnessi.
Le estremità del filo dell'avvolgimento devono essere disposte nei contatti di collegamento. Le conclusioni del 12° e 25° giro devono essere collegate al ricevitore e dal 7° giro - a terra.
Antenna ad anello
Con l'aiuto di un cavo coassiale e alcuni accessori, puoi realizzare questa antenna, che può funzionare con diverse bande di frequenza. Tutto dipende dalle dimensioni della struttura. Sulla base di questo dispositivo, puoi creare un'antenna UHF.
Può essere utilizzato per trasmettere un segnale su una distanza fino a 80 m e i suoi vantaggi includono facilità di fabbricazione e installazione, nonché un'elevata stabilità di trasmissione del segnale.
Di quali materiali hai bisogno per realizzare un'antenna ad anello?
- Cavo coassiale.
- Barre di legno.
- Un condensatore con una capacità di 100 pF.
- Connettore coassiale.
Affinché l'antenna funzioni in modo stabile, è necessario garantire la stabilità del condensatore, ovvero isolarlo da influenze meccaniche, meteorologiche e di altro tipo.
L'antenna è un anello di cavo collegato a un condensatore. Può funzionare con molte gamme di frequenza. Ad esempio, con la banda HF. Maggiore è l'area del loop (meglio se è rotonda), maggiore è la copertura del segnale ricevuto.
Il design è montato su un supporto di legno fatto di barre. Come collegare un'antenna? Con un connettore coassiale collegato al cavo di uscita.
Inoltre, nel circuito è talvolta incluso un trasformatore adatto.
Norma GSM
Basati su un'antenna che risponde alle onde magnetiche, i dispositivi sono creati per ricevere un segnale dello standard GSM,che viene utilizzato nelle comunicazioni mobili.
Molti radioamatori assemblano autonomamente antenne GSM magnetiche e le installano dove il segnale cellulare è scarsamente ricevuto. Ad esempio, in dacie.
Un'antenna per lavorare con lo standard di comunicazione GSM può essere composta da un tubo dell'acqua in plastica, un foglio di fibra di vetro su un lato (spessore - 1,5-2 mm, larghezza - 10 mm) e filo di rame (diametro - 1,5-2, 5 mm).
Il formato dell'antenna è log-periodico. Tale antenna fatta in casa ha un guadagno elevato e un diagramma di radiazione stretto.
Successivamente, è necessario collegare i vibratori dell'antenna (filo tagliato) con le linee di raccolta (due strisce di fibra di vetro). I vibratori devono essere saldati a ciascuna linea di raccolta, quindi le linee sono collegate tra loro tramite un cavo coassiale. Le linee sono fissate su un tubo di plastica.
Come collegare questo tipo di antenna? L'uscita del cavo può essere collegata a un carico sotto forma di un dispositivo TV.
Conclusione
Quindi, non è affatto difficile assemblare la propria antenna che risponda alla componente magnetica dell'EMF. È sufficiente seguire tutte le raccomandazioni sopra descritte e tenere conto delle caratteristiche elettromagnetiche dei vari materiali.
Inoltre, non sono necessarie conoscenze speciali per creare una struttura del genere. Sono sufficienti informazioni di base sui processi fisici che si verificano in vari elementi, come un induttore.
