אנטנה מגנטית: מכשיר, עקרון הפעולה, מטרה

2024 מְחַבֵּר: Trinity Chesterton | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-16 14:58

ניתן ליצור אות המכיל מידע שימושי באמצעות מחולל. ניתן להגביר את הספק שלו בעזרת מגבר ולשדר על פני מרחק ניכר לכתב אחר. האות מועבר באמצעות אנטנה.

אנטנה היא מכשיר הממיר גל אלקטרומגנטי לאות חשמלי בתדר מסוים בנתיב הקליטה, וכן המרה הפוכה בנתיב השידור.

ישנם סוגים רבים של אנטנות. ניתן לסווג אותם לפי עיצוב או לפי עקרון הפעולה, למשל. במקרה האחרון, אנטנות חשמליות ומגנטיות נבדלות. הראשונים נשלטים על ידי הרכיב החשמלי של השדה האלקטרומגנטי (להלן EMF), והאחרון, בהתאמה, על ידי המגנטי.

מאמר זה יתמקד באנטנה המגנטית, בעיצוב שלה, כמו גם בעקרון הפעולה.

גלי רדיו

כל האנטנות עובדות עם טווח מסוים של גלים. ניתן לסווג גלים לפי אורך או לפי תדירות. יש לציין שהאורך הוא ביחס הפוך לתדר.

להלן טבלת התאמה בין סוגי גלי הרדיו והפרמטרים של אורך ותדר שלהם.

סוג של גלים	אורך גל, m	תדירות
Extra Long	105-104	3-30 kHz
Long	104-103	30-300 kHz
Average	103-102	300 קילו-הרץ - 3 מגה-הרץ
Short	100-10	3-30 MHz
מטר	10-1	30-300MHz
דצימטרים	1-0, 1	300 מגה-הרץ – 3 GHz
סנטימטר	0, 1-0, 01	3-30GHz
מילימטר	0, 01-0, 001	30-300GHz

לעיתים קרובות שמות גלים מוחלפים בשמות טווחים. לדוגמה, רצועת גלים קצרים נקראת רצועת HF.

גלי מטר, דצימטר, סנטימטר ומילימטר כלולים בטווח ה-VHF - גלי אולטרה קצרים. התקנים הפועלים עם גלי דצימטר נקראים אנטנות UHF (להלן - באנלוגיה).

Application

סוג האנטנות המגיבות למרכיב המגנטי של השדה מצא טווח רחביישום בכל סוג של תעשייה בשל מימדים קטנים ותכונות קליטה-שידור. העיצוב שלהם הוא לרוב מאוד פשוט והוא אנטנת מוט (לרוב משמשת כאנטנה לרכב), שהיא קטנה בהשוואה למשל לאנטנות לוגריתמיות. הסוג האחרון של אנטנה נמצא לעתים קרובות בבנייני מגורים, שם הם מספקים שידורי טלוויזיה.

היתרון העיקרי של אנטנות מגנטיות הוא חסינות בפני הפרעות חשמליות. העובדה האחרונה מאפשרת להשתמש בהם בכל עיר שבה יש ריכוז גבוה של אותות חשמליים.

עיצוב

האנטנה המגנטית הפשוטה ביותר מכילה:

• core;
• inductor;
• מסגרת סליל.

שמים מסגרת על הליבה, ומשרן נרתם על המסגרת.

הליבה של אנטנה כזו עשויה מחומר מגנטי. לרוב מפריט, בעל תכונות מגנטיות טובות, עליהן נדון בהמשך.

הפיתול עשוי מחומר מוליך כמו נחושת, ואילו המסגרת עשויה מחומר מבודד כדי למנוע מגע מיותר בין סיבובי הסליל לליבה.

למעשה, מסתבר שהאנטנה המגנטית היא משנק טיפוסי, המוכר לכל חובב רדיו או אדם הקשור אפילו בעקיפין לאלקטרוניקה.

תורת השדה

כדי להבין את עקרון הפעולה של אנטנה כזו, עליך לחזור על הבסיסמידע על כל מה שקשור להעברת אותות מרחוק.

ראשית, השדה האלקטרומגנטי, כשמו כן הוא, כולל שני מרכיבים - מגנטי וחשמלי, הקשורים זה לזה באופן בלתי נפרד, והמישורים של השדות הללו (אם נדבר, תוך השמטת פרטים טרמינולוגיים) מאונכים זה לזה.

שנית, כיוון ההתפשטות של שדה זה נקבע על ידי וקטור המהירות, המאונך הן לווקטור העוצמה החשמלית (אינדוקציה) והן לוקטור העוצמה המגנטית (אינדוקציה) במרחב התלת מימדי.

מדוע ניתן להחליף את וקטור העוצמה בווקטור האינדוקציה? כי הערכים של פרמטרים אלה מאפיינים באותה מידה את השדה כזה או אחר והם פרופורציונליים זה לזה.

עקרון הפעולה של האנטנה בצורת L

תנודות (הן משודרות על ידי האנטנה) נפלטות מכל חפץ: גם מקל עץ וגם חוט מתכת. ההבדל היחיד הוא שמתכת מוליכה חשמל טוב יותר, כך שהרעידות הנפלטות מהחוט מורגשות יותר.

לכן, ניתן להרכיב את האנטנה הפשוטה ביותר מחתיכת חיזוק. זה יתברר שהאנטנה בצורת L מוכרת לכולם. תחת פעולת שדה אלקטרומגנטי, מושרה באבזור כוח אלקטרו-מוטיבי, שהוא בדרך כלשהי (השמטת פרטים תיאורטיים) הגורם לתנודות, כמו גם הבסיס להגברת האות.

מתכת היא חומר בעל תכונות חשמליות טובות. זו הסיבה שכוח אלקטרו-מנוע (EMF) מושרה באבזור. כתוצאה מכך,האנטנה בצורת L של הרכיב החשמלי של השדה נשלטת.

עקרון הפעולה של אנטנה המגיבה לשדה מגנטי

באופן הגיוני, אם אנטנת המתכת בצורת L מגיבה לרכיב החשמלי של השדה, אזי האנטנה המגנטית מגיבה לרכיב המגנטי של השדה האלקטרומגנטי. בגלל עובדה זו, המכשיר קיבל את שמו.

ניתן ליצור אנטנה, כמובן, מחתיכה אורכית של פרומגנט, אבל יעיל יותר לתת לחומר הזה צורה של מסגרת.

בעיצוב זה, השדה המגנטי יוצר גם EMF, אך משתנה. האנטנה תהפוך למשרן, שבו אנרגיית EMF מומרת לאנרגיה חשמלית (זו המשימה העיקרית של האנטנה).

ערך ה-EMF המושרה במסגרת תלוי במיקום המבנה ביחס למישור השדה. EMF הוא מקסימלי אם מישור הסלילים של המבנה מופנה לתחנה הפועלת עם האות. אם תסובב את האנטנה סביב הציר האנכי (מבט עליון), אז בסיבוב אחד יהיו לה שתי מקסימום ושני מינימה (ערכי אפס) של EMF.

דפוס הקרינה של אנטנה כזו תהיה בצורת אינסוף או דמות שמונה.

דפוס הקרינה הוא ייצוג גרפי של התלות של ההגבר בכיוון האנטנה במישור מסוים.

Gain הוא ערך המחושב כיחס בין הערך של אות המוצא לערך של אות הקלט. לדוגמה, היחס בין הספק הפלט לקלטמתח או מתח מוצא לקלט.

הגורם הכיווני מאפיין את יכולתה של אנטנה לכוון אות לנקודה מסוימת. לדוגמה, עבור אנטנת סיכה המשמשת כאנטנה לרכב, מקדם זה הוא ברמה נמוכה. הוא מקרין גל בצורת טורוס לכל הכיוונים. אבל עבור אנטנות כיווניות כמו לוג-מחזוריות או רפלקטיביות, מקדם זה גבוה בהרבה.

לאנטנה בצורה של מסגרת יש גם כיווניות טובה. נכס זה מאפשר שימוש במכשירים כאלה בציוד מיוחד כגון ציוד לציד שועלים.

תכונות עיצוב

גודל ה-EMF המושרה נקבע במידה רבה על ידי גודל האנטנה. גם אם מספר הסיבובים המפותלים עליו הוא משמעותי, אז עם ממדים קטנים, ערך ה-EMF עדיין לא יספיק לפעולה של מקלטים מסוימים.

אבל אם תכניס ליבות פריט בתוך האנטנות המגנטיות, ערך EMF יגדל באופן משמעותי. הליבה תתרום לסגירת קווי שדה נוספים על עצמה, כלומר הודות לליבה השדה יתרכז באנטנה, תוך יצירת שטף מגנטי חזק יותר ויצירת EMF משמעותי.

ליבת חומר מגנטי

כדי להבין איזו ליבה מגנטית כדאי להתקין באנטנה, צריך ללמוד את פרמטר החדירות המגנטית, שמראה כמה פעמים השדה המגנטי בחומר מסוים חזק יותר מהשדה החיצוני.

ככל שהתעריף גבוה יותרחדירות, ככל שהחומר המגנטי מרכז את השדה בעצמו טוב יותר.

לליבת האנטנה המגנטית המקבלת יש בדרך כלל חתך מלבני או עגול. ראשית, בגלל קלות הייצור. שנית, בשל העובדה שלייבות של צורה זו טוב יותר לרכז קווים מגנטיים בעצמן.

העובדה האחרונה משפיעה על פרמטר כמו חדירות מגנטית יעילה. ייתכן שזה לא עולה בקנה אחד עם החדירות המגנטית הראשונית, המצוינת בדרך כלל בתיעוד של הליבה. עם זאת, החדירות האפקטיבית תלויה בזו הראשונית.

לכן, החדירות האפקטיבית של הליבה תלויה באינדיקטורים הבאים:

• מידות ליבה;
• צורת ליבה;
• חדירות מגנטית ראשונית של החומר שממנו עשויה הליבה הזו.

לדוגמה, אם ניקח בחשבון ליבות בעלות שטח חתך זהה אך באורכים שונים, אז למדגם באורך ארוך יותר יהיה ערך חדירות אפקטיבי גדול יותר.

אגב, התלות של חדירות אפקטיבית באורך ליבת פריט, למשל, היא לא ליניארית. עד ערך מסוים של אורך הליבה, החדירות גדלה עבור רוב דרגות הפריט, אבל אז חלקן נכנסות לרוויה ועצירת גדילה. לדוגמה, מוצרים עם סימונים 1000НН, 600НН ו-400НН אינם נכנסים לרוויה במשך זמן רב, בניגוד ל- 100НН ו- 50ВЧ. חשוב לקחת זאת בחשבון בעת יצירת אנטנה תוצרת בית.

יעילות אנטנה

יעילות של אנטנת קליטה המגיבה לשדה מגנטי,קשור ישירות לגובה בפועל. זהו גובה הנקודה ממנה יוצאת התנודה שפולטת האנטנה, מעל נקודה מסוימת על פני כדור הארץ.

הגובה בפועל משפיע על EMF שנוצר באנטנה. בהתאם לכך, ככל שהערך שלו גבוה יותר, ככל שה-EMF גדול יותר, כך האנטנה יכולה לקבל אותות חלשים יותר.

מה קובע את הגובה האפקטיבי של האנטנה המגיבה לרכיב המגנטי של ה-EMF?

1. מחדירות יעילה.
2. אזור החתך של הליבה.
3. מספר סיבובי הסליל.
4. אורך הפיתול המרכיב את הסליל עצמו.
5. קוטר מתפתל.
6. אורך גל הפעלה.

הגובה האפקטיבי של האנטנה יהיה גבוה יותר, ככל שארבעת הפרמטרים הראשונים של הרשימה לעיל יהיו גדולים יותר, וכן ככל שההפרש בין הקטרים של ליבת האנטנה והחוט המתפתל קטן יותר. ככל שאורך הגל קצר יותר, כך גם הגובה גבוה יותר.

סליל אנטנה

מהנתונים לעיל, אנו יכולים להסיק לגבי חשיבות ההשפעה של המשרן על תכונות הקליטה והשידור של כל אנטנה (לדוגמה, אנטנה מגנטית HF) המגיבה לשדה מגנטי.

ככל שהאיכות של המשרן גבוהה יותר, כך האנטנה עובדת טוב יותר. פרמטר האיכות של הסליל מוערך באמצעות גורם האיכות שלו. גורם האיכות הוא פרמטר המחושב כיחס בין ההתנגדות של הסליל ל-AC לבין ההתנגדות של האלמנט האינדוקטיבי ל-DC.

ההתנגדות של סליל AC תלויה בשניהםהשראות של הסליל עצמו, ותדירות הזרם. כדי להגדיל את מקדם האיכות של הסליל, ואיתו את תכונות השידור-קליטה של האנטנה המגיבה לשדה מגנטי, ניתן לשנות את ההתנגדות שלה לזרם ישר. לדוגמה, כדי להגדיל את קוטר הסיבובים הנוצרים של הסליל או החוט עצמו, שממנו הוא מלופף.

אנטנה FM

זהו סוג של אנטנה המגיבה לשדה מגנטי. גל ה-FM הוא אות בתדר שבין 88 ל-108 מגה-הרץ.

כדי ליצור עיצוב זה, תזדקק ל:

• מחברים שעליהם תותקן האנטנה (לדוגמה, צינור);
• ליבת פריט שניתן לשים על המבנה (על הצינור);
• חוט נחושת לליפוף ומגעים;
• סיכות חיבור לחיבור האנטנה למכשיר המקבל;
• נייל נחושת.

לפני סלילת הסליל, יש צורך לבודד אותו מהליבה בעזרת סרט חשמלי או נייר מלופף סביב הפריט. לאחר מכן מניחים שכבת נייר כסף על הבידוד. הוא חופף סיבוב של 1 ס מ ומבודד באזור החפיפה באמצעות אותו סרט חשמלי, למשל. כך נוצר מסך אנטנת FM, שעליו מתפתלים לאחר מכן 25 סיבובים, יוצרים סליל, עם מובילים בסיבובים 7, 12 ו-25.

מלמעלה, הפיתול מכוסה במסך נייר כסף דומה. מסכים - חיצוניים ופנימיים - מחוברים זה לזה.

יש לסדר את קצוות החוט המתפתל במגעי חיבור. המסקנות מהסיבוב ה-12 וה-25 חייבות להיות מחוברות למקלט, ומהסיבוב ה-7 - לאדמה.

אנטנה לולאה

בעזרת כבל קואקסיאלי וכמה אביזרים, אתה יכול ליצור אנטנה זו, שיכולה לעבוד עם פסי תדרים שונים. הכל תלוי במידות המבנה. על בסיס התקן זה, אתה יכול ליצור אנטנת UHF.

ניתן להשתמש בו להעברת אות למרחק של עד 80 מ', ויתרונותיו כוללים קלות ייצור והתקנה, כמו גם יציבות גבוהה של העברת אותות.

אילו חומרים אתה צריך כדי ליצור אנטנת לולאה?

1. כבל קואקסיאלי.
2. ברים מעץ.
3. קבל עם קיבול של 100pF.
4. מחבר קואקסיאלי.

כדי שהאנטנה תעבוד ביציבות, יש צורך להבטיח את יציבות הקבל, כלומר לבודד אותו מהשפעות מכניות, מזג אוויר ואחרות.

האנטנה היא לולאה של כבל המחוברת לקבל. זה יכול לעבוד עם טווחי תדרים רבים. לדוגמה, עם רצועת HF. ככל ששטח הלולאה גדול יותר (עדיף אם היא עגולה), כך הכיסוי של האות המתקבל גדול יותר.

העיצוב מותקן על מעמד עץ עשוי סורגים. איך מחברים אנטנה? עם מחבר קואקסיאלי המחובר לחוט הפלט.

כמו כן, שנאי תואם כלול לפעמים במעגל.

GSM standard

בהתבסס על אנטנה המגיבה לגלים מגנטיים, מכשירים נוצרים כדי לקבל אות בתקן GSM,המשמש בתקשורת סלולרית.

חובבי רדיו רבים מרכיבים באופן עצמאי אנטנות GSM מגנטיות ומתקינים אותן במקום שבו האות הסלולרי מתקבל בצורה גרועה. לדוגמה, בדאצ'ס.

אנטנה לעבודה עם תקן תקשורת GSM יכולה להיות עשויה מצינור מים מפלסטיק, פיברגלס נייר כסף חד צדדי (עובי - 1.5-2 מ"מ, רוחב - 10 מ"מ) וחוט נחושת (קוטר - 1.5-2, 5 מ"מ).

פורמט האנטנה הוא יומן-מחזורי. לאנטנה תוצרת בית כזו יש רווח גבוה ודפוס קרינה צר.

לאחר מכן, עליך לחבר את רטט האנטנה (חוט חתוך) עם קווי האיסוף (שתי רצועות פיברגלס). יש להלחים ויברטורים לכל קו איסוף, ולאחר מכן מחברים את הקווים זה לזה באמצעות כבל קואקסיאלי. הקווים מקובעים על צינור פלסטיק.

איך לחבר סוג זה של אנטנה? ניתן לחבר את שקע הכבל לעומס בצורה של מכשיר טלוויזיה.

מסקנה

לכן, זה בכלל לא קשה להרכיב אנטנה משלך המגיבה לרכיב המגנטי של EMF. די לעקוב אחר כל ההמלצות המתוארות לעיל ולקחת בחשבון את המאפיינים האלקטרומגנטיים של חומרים שונים.

יתר על כן, אין צורך בידע מיוחד כדי ליצור מבנה כזה. מספיק מידע בסיסי על התהליכים הפיזיקליים המתרחשים באלמנטים שונים, כגון משרן.