Un senyal que contingui informació útil es pot crear mitjançant un generador. La seva potència es pot augmentar amb l'ajuda d'un amplificador i transmetre a una distància considerable a un altre corresponsal. El senyal es transmet per una antena.
L'antena és un dispositiu que converteix una ona electromagnètica en un senyal elèctric a una freqüència determinada a la ruta de recepció, així com la conversió inversa a la ruta de transmissió.
Hi ha molts tipus d'antenes. Es poden classificar per disseny o per principi de funcionament, per exemple. En aquest darrer cas, es distingeixen antenes elèctriques i magnètiques. Els primers estan controlats pel component elèctric del camp electromagnètic (d'ara endavant anomenat EMF), i els segons, respectivament, pel magnètic.
Aquest article se centrarà en l'antena magnètica, el seu disseny i el principi de funcionament.
Ones de ràdio
Totes les antenes funcionen amb un determinat rang d'ones. Les ones es poden classificar per longitud o per freqüència. Cal tenir en compte que la longitud és inversament proporcional a la freqüència.
A continuació es mostra una taula de correspondència entre els tipus d'ones de ràdio i els seus paràmetres de longitud i freqüència.
| Tipus d'ones | Longitud d'ona, m | Freqüència |
| Extra llarg | 105-104 | 3-30 kHz |
| Llarg | 104-103 | 30-300 kHz |
| Mitjana | 103-102 | 300 kHz - 3 MHz |
| curt | 100-10 | 3-30 MHz |
| Metre | 10-1 | 30-300MHz |
| decímetres | 1-0, 1 | 300 MHz – 3 GHz |
| Centimetre | 0, 1-0, 01 | 3-30GHz |
| Milímetre | 0, 01-0, 001 | 30-300GHz |
Sovint els noms d'onades es substitueixen per noms d'interval. Per exemple, la banda d'ona curta s'anomena banda HF.
Les ones de metres, decímetres, centímetres i mil·límetres s'inclouen a la gamma VHF: ones ultracurtes. Els dispositius que funcionen amb ones decímètriques s'anomenen antenes UHF (d'ara endavant, per analogia).
Aplicació
El tipus d'antenes que responen al component magnètic del camp ha trobat una àmpliaaplicació en qualsevol tipus d'indústria a causa de les seves petites dimensions i propietats receptor-transmissor. El seu disseny sovint és realment molt senzill i és una antena de varilla (sovint s'utilitza com a antena per a un cotxe), que és petita en comparació, per exemple, amb les antenes logarítmiques. Aquest darrer tipus d'antena es troba sovint als edificis residencials, on ofereixen emissions de televisió.
El principal avantatge de les antenes magnètiques és la immunitat a les interferències elèctriques. Aquest darrer fet permet que es puguin utilitzar a qualsevol ciutat on hi hagi una alta concentració de senyals elèctrics.
Disseny
L'antena magnètica més senzilla conté:
- core;
- inductor;
- marc de bobina.
Es posa un marc al nucli i s'enrotlla un inductor al marc.
El nucli d'aquesta antena està fet de material magnètic. Molt sovint de ferrita, que té bones propietats magnètiques, de les quals parlarem més endavant.
El bobinatge està fet d'un material conductor com el coure, mentre que el marc està fet d'un material aïllant per evitar contactes innecessaris entre les espires de la bobina i el nucli.
De fet, resulta que l'antena magnètica és un asfixia típic, familiar per a tots els radioaficionats o persones fins i tot relacionades indirectament amb l'electrònica.
Teoria de camps
Per entendre el principi de funcionament d'aquesta antena, hauríeu de repetir el bàsicinformació sobre tot el relacionat amb la transmissió de senyals a distància.
En primer lloc, el camp electromagnètic, com el seu nom indica, inclou dos components: el magnètic i l'elèctric, que estan indisolublement lligats, i els plans d'aquests camps (si parlem, ometent detalls terminològics) són perpendiculars entre si.
En segon lloc, la direcció de propagació d'aquest camp ve determinada pel vector velocitat, que és perpendicular tant al vector d'intensitat elèctrica (inducció) com al vector d'intensitat magnètica (inducció) en l'espai tridimensional.
Per què es pot substituir el vector intensitat pel vector d'inducció? Perquè els valors d'aquests paràmetres caracteritzen igualment el camp d'un tipus o un altre i són proporcionals entre si.
El principi de funcionament de l'antena en forma de L
Les oscil·lacions (es transmeten per l'antena) són emeses per qualsevol objecte: tant un pal de fusta com un fil metàl·lic. L'única diferència és que el metall condueix millor l'electricitat, de manera que les vibracions emeses pel cable són més notables.
Per tant, l'antena més senzilla es pot muntar a partir d'una peça de reforç. Resultarà l'antena en forma de L familiar per a tothom. Sota l'acció d'un camp electromagnètic, s'indueix una força electromotriu a l'induït, que és d'alguna manera (ometint detalls teòrics) la causa de les oscil·lacions, així com la base per amplificar el senyal.
El metall és un material amb bones propietats elèctriques. És per això que s'indueix una força electromotriu (EMF) a l'induït. Conseqüentment,es controla l'antena en forma de L del component elèctric del camp.
El principi de funcionament d'una antena que respon a un camp magnètic
Lògicament, si l'antena metàl·lica en forma de L respon al component elèctric del camp, aleshores l'antena magnètica respon al component magnètic del camp electromagnètic. A causa d'aquest fet, el dispositiu va rebre el seu nom.
Una antena, per descomptat, es pot fer a partir d'una peça longitudinal d'un ferroimant, però és més eficient donar a aquest material la forma d'un marc.
En aquest disseny, el camp magnètic també crearà un EMF, però una variable. L'antena es convertirà en un inductor, en el qual l'energia EMF es converteix en energia elèctrica (aquesta és la tasca principal de l'antena).
El valor de l'EMF induït en el marc depèn de la posició de l'estructura respecte al pla de camp. L'EMF és màxim si el pla de les bobines de l'estructura es dirigeix a l'estació que opera amb el senyal. Si gireu l'antena al voltant de l'eix vertical (vista superior), aleshores en una revolució tindrà dos màxims i dos mínims (valors zero) de l'EMF.
El patró de radiació d'aquesta antena tindrà forma d'infinit o figura de vuit.
El patró de radiació és una representació gràfica de la dependència del guany de la direcció de l'antena en un pla determinat.
Guany és un valor calculat com la relació entre el valor del senyal de sortida i el valor del senyal d'entrada. Per exemple, la relació entre la potència de sortida i l'entradapotència o tensió de sortida a l'entrada.
El factor direccional caracteritza la capacitat d'una antena per dirigir un senyal a un punt específic. Per exemple, per a una antena de pin usada com a antena per a un cotxe, aquest coeficient és a un nivell baix. Irradia una ona en forma de toro en totes direccions. Però per a antenes direccionals com ara periòdiques o reflexives, aquest coeficient és molt més alt.
L'antena en forma de marc també té una bona directivitat. Aquesta propietat permet l'ús d'aquests dispositius en equips especials, com ara equips de caça de guineus.
Funcions de disseny
La magnitud de l'EMF induït està determinada en gran mesura per la mida de l'antena. Fins i tot si el nombre de voltes enrotllades és important, amb dimensions reduïdes, el valor EMF encara serà insuficient per al funcionament de determinats receptors.
Però si introduïu nuclis de ferrita dins de les antenes magnètiques, el valor EMF augmentarà significativament. El nucli contribuirà a tancar més línies de camp sobre si mateix, és a dir, gràcies al nucli, el camp es concentrarà a l'antena, creant un flux magnètic més potent i generant un EMF important.
Nucli de material magnètic
Per entendre quin nucli magnètic s'ha d'instal·lar a l'antena, cal estudiar el paràmetre de permeabilitat magnètica, que mostra quantes vegades el camp magnètic d'un material concret és més fort que el camp extern.
Com més alta sigui la tarifapermeabilitat, millor és el material magnètic que concentra el camp sobre si mateix.
El nucli de l'antena magnètica receptora sol tenir una secció rectangular o rodona. En primer lloc, per la facilitat de producció. En segon lloc, a causa del fet que els nuclis d'aquesta forma concentren millor les línies magnètiques sobre ells mateixos.
L'últim fet afecta un paràmetre com la permeabilitat magnètica efectiva. Pot ser que no coincideixi amb la permeabilitat magnètica inicial, que normalment s'indica a la documentació del nucli. Tanmateix, la permeabilitat efectiva depèn de la inicial.
Així, la permeabilitat efectiva del nucli depèn dels següents indicadors:
- dimensions bàsiques;
- forma principal;
- permeabilitat magnètica inicial del material del qual està fet aquest nucli.
Per exemple, si considerem nuclis amb la mateixa àrea de secció transversal però de longituds diferents, aleshores una mostra amb una longitud més llarga tindrà un valor més gran de permeabilitat efectiva.
Per cert, la dependència de la permeabilitat efectiva de la longitud d'un nucli de ferrita, per exemple, no és lineal. Fins a un cert valor de la longitud del nucli, la permeabilitat augmenta per a la majoria de graus de ferrita, però després alguns d'ells entren en saturació i s'atura el creixement. Per exemple, els productes amb les marques 1000НН, 600НН i 400НН no entren en saturació durant molt de temps, a diferència de 100НН i 50ВЧ. Això és important tenir en compte a l'hora de crear una antena casolana.
Eficiència de l'antena
Eficiència d'una antena receptora que respon a un camp magnètic,està directament relacionada amb l'alçada real. Aquesta és l'alçada del punt des del qual surt l'oscil·lació emesa per l'antena, per sobre d'un punt determinat de la superfície terrestre.
L'alçada real afecta l'EMF generat a l'antena. En conseqüència, com més gran sigui el seu valor, més gran sigui l'EMF, més febles els senyals que pot rebre l'antena.
Què determina l'alçada efectiva de l'antena que respon al component magnètic de l'EMF?
- De la permeabilitat efectiva.
- Àrea de la secció del nucli.
- Nombre de voltes de bobina.
- La longitud del bobinatge que forma la bobina en si.
- Diàmetre de bobinatge.
- Longitud d'ona de funcionament.
L'alçada efectiva de l'antena serà com més gran sigui, majors siguin els quatre primers paràmetres de la llista anterior, així com menor sigui la diferència entre els diàmetres del nucli de l'antena i el cable de bobinat. Com més curta sigui la longitud d'ona, més gran també serà l'alçada.
Bobina d'antena
A partir de les dades anteriors, podem concloure sobre la importància de la influència de l'inductor en les propietats de recepció i transmissió de qualsevol antena (per exemple, una antena magnètica HF) que respon a un camp magnètic.
Com més gran sigui la qualitat de l'inductor, millor funciona l'antena. El paràmetre de qualitat de la bobina s'estima utilitzant el seu factor de qualitat. El factor de qualitat és un paràmetre calculat com la relació entre la resistència de la bobina a la CA i la resistència de l'element inductiu a la CC.
La resistència d'una bobina de CA depèn de totes duesla inductància de la pròpia bobina i la freqüència del corrent. Per augmentar el factor de qualitat de la bobina, i amb ell les propietats de transmissió-recepció de l'antena que respon a un camp magnètic, podeu canviar la seva resistència al corrent continu. Per exemple, per augmentar el diàmetre de les espires resultants de la bobina o del propi cable, a partir del qual s'enrotlla.
Antena FM
Aquest és un tipus d'antena que respon a un camp magnètic. L'ona FM és un senyal a una freqüència entre 88 i 108 MHz.
Per fer aquest disseny, necessitareu:
- elements de fixació on s'instal·larà l'antena (per exemple, una canonada);
- nucli de ferrita que es pot posar a l'estructura (a la canonada);
- filferro de coure per a bobinats i contactes;
- pins de connexió per connectar l'antena al dispositiu receptor;
- làmina de coure.
Abans d'enrotllar la bobina, cal aïllar-la del nucli amb cinta elèctrica o paper enrotllat al voltant de la ferrita. A continuació, es col·loca una capa de paper d'alumini sobre l'aïllament. Se solapa una volta d'1 cm i s'aïlla a la zona de solapament utilitzant la mateixa cinta elèctrica, per exemple. Així és com es crea la pantalla de l'antena FM, sobre la qual després s'enrotllen 25 voltes, formant una bobina, amb cables als girs 7, 12 i 25.
Des de d alt, el bobinatge es cobreix amb una pantalla similar. Les pantalles, externes i internes, estan interconnectades.
Els extrems del cable de bobina s'han de disposar en contactes de connexió. Les conclusions dels torns 12 i 25 s'han de connectar al receptor i, a partir del torn 7, a terra.
Antena de bucle
Amb l'ajuda d'un cable coaxial i uns quants accessoris, podeu fer aquesta antena, que pot funcionar amb diferents bandes de freqüència. Tot depèn de les dimensions de l'estructura. A partir d'aquest dispositiu, podeu crear una antena UHF.
Es pot utilitzar per transmetre un senyal a una distància de fins a 80 m, i els seus avantatges inclouen la facilitat de fabricació i instal·lació, així com una gran estabilitat de transmissió del senyal.
Quins materials necessiteu per fer una antena de bucle?
- Cable coaxial.
- Barres de fusta.
- Un condensador amb una capacitat de 100pF.
- Conector coaxial.
Per tal que l'antena funcioni de manera estable, cal garantir l'estabilitat del condensador, és a dir, aïllar-lo de les influències mecàniques, meteorològiques i altres.
L'antena és un bucle de cable connectat a un condensador. Pot funcionar amb molts rangs de freqüència. Per exemple, amb la banda HF. Com més gran sigui l'àrea del bucle (millor si és rodó), més gran serà la cobertura del senyal rebut.
El disseny està muntat sobre un suport de fusta fet de barres. Com connectar una antena? Amb un connector coaxial connectat al cable de sortida.
A més, de vegades s'inclou un transformador coincident al circuit.
GSM estàndard
A partir d'una antena que respon a les ones magnètiques, els dispositius es creen per rebre un senyal de l'estàndard GSM,que s'utilitza en comunicacions mòbils.
Molts radioaficionats munten de manera independent antenes GSM magnètiques i les instal·len on el senyal cel·lular és mal rebut. Per exemple, a les dachas.
Una antena per treballar amb l'estàndard de comunicació GSM pot estar feta d'una canonada d'aigua de plàstic, fibra de vidre d'una sola cara (gruix - 1,5-2 mm, amplada - 10 mm) i cable de coure (diàmetre - 1,5-2, 5 mm).
El format de l'antena és periòdic de registre. Aquesta antena casolana té un guany elevat i un patró de radiació estret.
A continuació, heu de connectar els vibradors de l'antena (filferro tallat) amb les línies de recollida (dues tires de fibra de vidre). Els vibradors s'han de soldar a cada línia de recollida i, a continuació, les línies es connecten entre si mitjançant un cable coaxial. Les línies es fixen en una canonada de plàstic.
Com connectar aquest tipus d'antena? La presa de cable es pot connectar a una càrrega en forma de dispositiu de televisió.
Conclusió
Per tant, no és gens difícil muntar la vostra pròpia antena que respongui al component magnètic de l'EMF. N'hi ha prou amb seguir totes les recomanacions que es descriuen anteriorment i tenir en compte les característiques electromagnètiques dels diferents materials.
A més, no calen coneixements especials per crear aquesta estructura. La informació bàsica sobre els processos físics que es produeixen en diversos elements, com ara un inductor, és suficient.
