เสาอากาศแบบเกลียว: ชนิดและรูปถ่าย

2024 ผู้เขียน: Leah Sherlock | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 05:50

เสาอากาศแบบเกลียวอยู่ในคลาสของเสาอากาศแบบคลื่นที่เคลื่อนที่ได้ ช่วงการทำงานหลักคือเดซิเมตรและเซนติเมตร มันอยู่ในคลาสของเสาอากาศพื้นผิว องค์ประกอบหลักคือเกลียวที่เชื่อมต่อกับสายโคแอกเซียล เกลียวสร้างรูปแบบการแผ่รังสีในรูปแบบของสองแฉกที่ปล่อยออกมาตามแกนในทิศทางที่ต่างกัน

เสาอากาศเกลียวเป็นทรงกระบอก แบน และทรงกรวย หากความกว้างของช่วงการทำงานที่ต้องการคือ 50% หรือน้อยกว่า เสาอากาศจะใช้เกลียวทรงกระบอกในเสาอากาศ เกลียวทรงกรวยเพิ่มช่วงการรับเป็นสองเท่าเมื่อเทียบกับช่วงทรงกระบอก และแบนราบได้เปรียบยี่สิบเท่าแล้ว ที่นิยมมากที่สุดสำหรับการรับสัญญาณในช่วงความถี่ VHF คือเสาอากาศวิทยุทรงกระบอกที่มีโพลาไรซ์แบบวงกลมและรับสัญญาณเอาท์พุตสูง

เสาอากาศ

เสาอากาศหลักเป็นตัวนำแบบม้วน ตามกฎแล้วจะใช้ลวดทองแดงทองเหลืองหรือเหล็ก ตัวป้อนเชื่อมต่อกับมัน ได้รับการออกแบบมาเพื่อส่งสัญญาณจากเกลียวไปยังเครือข่าย (เครื่องรับ) และในทางกลับกัน (เครื่องส่ง) ตัวป้อนเป็นแบบเปิดและปิด ตัวป้อนแบบเปิดคือท่อนำคลื่นที่ไม่มีฉนวนหุ้ม ชนิดปิดมีเกราะป้องกันพิเศษป้องกันการรบกวน ซึ่งทำให้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าได้รับการปกป้องจากอิทธิพลภายนอก การออกแบบตัวป้อนต่อไปนี้ขึ้นอยู่กับความถี่ของสัญญาณ:

- สูงสุด 3 MHz: เครือข่ายแบบมีสายแบบมีสายและไม่หุ้มฉนวน;

- 3 MHz ถึง 3 GHz: สายโคแอกเซียล;

- 3GHz ถึง 300GHz: ท่อนำคลื่นโลหะและไดอิเล็กทริก

- เกิน 300 GHz: เส้นกึ่งออปติคัล

อีกองค์ประกอบหนึ่งของเสาอากาศคือรีเฟลกเตอร์ จุดประสงค์คือเพื่อเน้นสัญญาณไปที่เกลียว ส่วนใหญ่ทำจากอลูมิเนียม พื้นฐานของเสาอากาศคือโครงที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำ เช่น โฟมหรือพลาสติก

การคำนวณขนาดหลักของเสาอากาศ

การคำนวณเสาอากาศแบบเกลียวเริ่มต้นด้วยการกำหนดขนาดหลักของเกลียว พวกเขาคือ:

- จำนวนรอบ n;

- มุมเลี้ยว a;

- เส้นผ่านศูนย์กลางเกลียว D;

- ระยะพิทช์ของเกลียว S;

- เส้นผ่านศูนย์กลางสะท้อนแสง 2D.

สิ่งแรกที่ต้องเข้าใจเมื่อออกแบบเสาอากาศแบบเกลียวก็คือมันเป็นเครื่องสะท้อนเสียง (แอมพลิฟายเออร์) ของคลื่น คุณสมบัติของมันคืออิมพีแดนซ์อินพุตสูง

ประเภทของคลื่นที่ตื่นเต้นนั้นขึ้นอยู่กับขนาดเรขาคณิตของวงจรขยายสัญญาณ เกลียวข้างเคียงมีอิทธิพลอย่างมากต่อธรรมชาติของการแผ่รังสี อัตราส่วนที่เหมาะสม:

D=λ/π โดยที่ λ คือความยาวคลื่น π=3, 14

S=0, 25 λ

a=12˚

เพราะλเป็นค่าที่แตกต่างกันและขึ้นอยู่กับความถี่ จากนั้นค่าเฉลี่ยของตัวบ่งชี้นี้ที่คำนวณโดยสูตรจะถูกนำมาคำนวณ:

λ นาที=c/f สูงสุด; λ max=c/f min โดยที่ c=3×108 m/sec (ความเร็วแสง) และ f max, f min - พารามิเตอร์สูงสุดและต่ำสุดของความถี่สัญญาณ

λ cf=1/2(λ min+ λ max)

n=L/S โดยที่ L คือความยาวทั้งหมดของเสาอากาศ กำหนดโดยสูตร:

L=(61˚/Ω)2 λ cf โดยที่ Ω คือทิศทางที่ขึ้นกับโพลาไรซ์ของเสาอากาศ (นำมาจากหนังสืออ้างอิง)

จำแนกตามช่วงการใช้งาน

ตามช่วงความถี่หลัก ตัวรับส่งสัญญาณคือ:

1. วงแคบ ความกว้างของลำแสงและอิมพีแดนซ์อินพุตขึ้นอยู่กับความถี่สูง นี่แสดงให้เห็นว่าเสาอากาศสามารถทำงานได้โดยไม่ต้องปรับจูนใหม่เฉพาะในสเปกตรัมที่มีความยาวคลื่นแคบ ประมาณ 10% ของแบนด์วิดท์สัมพัทธ์

2. ช่วงกว้าง เสาอากาศดังกล่าวสามารถทำงานบนคลื่นความถี่กว้าง แต่พารามิเตอร์หลัก (SOI, รูปแบบการแผ่รังสี ฯลฯ) ยังคงขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของความยาวคลื่น แต่ไม่มากเท่ากับคลื่นความถี่แคบ

3. ความถี่อิสระ เป็นที่เชื่อกันว่าพารามิเตอร์หลักที่นี่จะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อความถี่เปลี่ยนแปลง เสาอากาศเหล่านี้มีพื้นที่ใช้งาน มีความสามารถในการเคลื่อนที่ไปตามเสาอากาศโดยไม่เปลี่ยนขนาดเรขาคณิต ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของความยาวคลื่น

ที่พบมากที่สุดคือเสาอากาศแบบขดลวดประเภทที่สองและสาม ประเภทแรกใช้เมื่อจำเป็นต้องเพิ่ม "ความชัดเจน" ของสัญญาณที่ความถี่ที่แน่นอน

เสาอากาศทำเอง

อุตสาหกรรมมีเสาอากาศที่หลากหลาย ราคาที่หลากหลายสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตั้งแต่ไม่กี่ร้อยถึงหลายพันรูเบิล มีเสาอากาศสำหรับโทรทัศน์ รับสัญญาณดาวเทียม โทรศัพท์ แต่คุณสามารถสร้างเสาอากาศแบบเกลียวด้วยมือของคุณเอง มันไม่ได้ยากขนาดนั้น เสาอากาศ Wi-Fi แบบเกลียวเป็นที่นิยมเป็นพิเศษ

พวกมันมีความเกี่ยวข้องเป็นพิเศษเมื่อจำเป็นต้องขยายสัญญาณจากเราเตอร์ในบ้านหลังใหญ่ ในการทำเช่นนี้ คุณต้องใช้ลวดทองแดงที่มีหน้าตัดขนาด 2-3 มม. 2 และยาว 120 ซม. จำเป็นต้องหมุน 6 รอบด้วยเส้นผ่านศูนย์กลาง 45 มม. ในการทำเช่นนี้คุณสามารถใช้ท่อที่มีขนาดเหมาะสม ด้ามพลั่วเข้ากันได้ดี (มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากัน) เราม้วนลวดแล้วได้เกลียวหกรอบ เรางอปลายที่เหลือในลักษณะที่ผ่านแกนของเกลียว "ซ้ำ" มัน เรายืดส่วนสกรูเพื่อให้ระยะห่างระหว่างการหมุนอยู่ภายใน 28-30 มม. จากนั้นเราก็ดำเนินการผลิตแผ่นสะท้อนแสง

สำหรับสิ่งนี้ ชิ้นงานอะลูมิเนียมขนาด 15 × 15 ซม. และหนา 1.5 มม. จากช่องว่างนี้ เราสร้างวงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 120 มม. โดยตัดขอบที่ไม่จำเป็นออก เจาะรู 2 มม. ที่กึ่งกลางวงกลม เราใส่ปลายเกลียวเข้าไปแล้วประสานทั้งสองส่วนเข้าด้วยกัน เสาอากาศพร้อม ตอนนี้คุณต้องถอดสายรังสีออกจากโมดูลเสาอากาศของเราเตอร์ และบัดกรีปลายลวดด้วยปลายเสาอากาศออกมาจากรีเฟลกเตอร์

คุณสมบัติเสาอากาศ 433 MHz

ก่อนอื่นต้องบอกว่าคลื่นวิทยุที่มีความถี่ 433 MHz ระหว่างการแพร่กระจายจะถูกดูดซับอย่างดีจากพื้นดินและสิ่งกีดขวางต่างๆ สำหรับการส่งสัญญาณซ้ำจะใช้เครื่องส่งกำลังต่ำ ตามกฎแล้วอุปกรณ์รักษาความปลอดภัยต่างๆ จะใช้ความถี่นี้ มันถูกใช้ในรัสเซียโดยเฉพาะเพื่อไม่ให้รบกวนอากาศ เสาอากาศขดลวด 433 MHz ต้องการอัตราขยายเอาต์พุตที่สูงกว่า

คุณลักษณะอื่นของการใช้อุปกรณ์รับส่งสัญญาณดังกล่าวคือคลื่นของช่วงนี้มีความสามารถในการเพิ่มเฟสของคลื่นโดยตรงและคลื่นสะท้อนจากพื้นผิว สิ่งนี้สามารถเพิ่มความแรงของสัญญาณหรือทำให้สัญญาณอ่อนลง จากด้านบนนี้ เราสามารถสรุปได้ว่าการเลือกการรับสัญญาณที่ "ดีที่สุด" ขึ้นอยู่กับการตั้งค่าตำแหน่งเสาอากาศแต่ละตำแหน่ง

เสาอากาศ 433 MHz ทำเอง

ทำเสาอากาศแบบเกลียว 433 MHz ด้วยมือของคุณเอง เธอเป็นคนกะทัดรัดมาก ในการทำเช่นนี้ คุณต้องใช้ลวดทองแดง ทองเหลือง หรือเหล็กเส้นเล็กๆ คุณยังสามารถใช้เพียงแค่ลวด เส้นผ่านศูนย์กลางลวดควรเป็น 1 มม. เราหมุน 17 หมุนบนแมนเดรลที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 5 มม. เรายืดเกลียวให้มีความยาว 30 มม. ด้วยขนาดเหล่านี้ เราทดสอบเสาอากาศสำหรับการรับสัญญาณ โดยการเปลี่ยนระยะห่างระหว่างทางเลี้ยว โดยการยืดและบีบอัดเกลียว เราจะได้คุณภาพสัญญาณที่ดีขึ้น แต่คุณต้องรู้ว่าเสาอากาศนั้นไวต่อวัตถุต่าง ๆ มากเข้ามาใกล้เธอ

เสาอากาศรับสัญญาณ UHF

เสาอากาศแบบเกลียว UHF จำเป็นสำหรับการรับสัญญาณโทรทัศน์ ด้วยการออกแบบ พวกเขาประกอบด้วยสองส่วน: รีเฟลกเตอร์และเกลียว

ควรใช้ทองแดงสำหรับเกลียว - มีความต้านทานน้อยกว่าและสูญเสียสัญญาณน้อยลง สูตรสำหรับการคำนวณ:

- ความยาวรวมของเกลียว L=30000/f โดยที่ความถี่สัญญาณ f- (MHz);

- เกลียว pitch S=0.24 L;

- เส้นผ่านศูนย์กลางคอยล์ D=0, 31/L;

- เส้นผ่านศูนย์กลางลวดเกลียว d ≈ 0.01L;

- เส้นผ่านศูนย์กลางตัวสะท้อนแสง 0.8 nS โดยที่ n- จำนวนรอบ;

- ระยะห่างจากหน้าจอ H=0, 2 L.

กำไร:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

ถ้วยสะท้อนแสงทำจากอลูมิเนียม

อุปกรณ์รับส่งสัญญาณแบบอื่นๆ

เสาอากาศทรงกรวยและเกลียวแบนพบได้น้อย เนื่องจากความยากในการผลิต แม้ว่าจะมีคุณลักษณะที่ดีที่สุดในแง่ของการส่งสัญญาณและการรับสัญญาณ รังสีของเครื่องส่งสัญญาณดังกล่าวไม่ได้เกิดขึ้นจากการเลี้ยวทั้งหมด แต่เกิดจากรังสีที่มีความยาวใกล้กับความยาวคลื่นเท่านั้น

ในเสาอากาศแบบแบน เส้นเฮลิคอลทำขึ้นในรูปของเส้นลวดสองเส้นที่บิดเป็นเกลียว ในกรณีนี้ การเลี้ยวที่อยู่ติดกันจะตื่นเต้นเป็นเฟสในโหมดคลื่นเคลื่อนที่ สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าสนามรังสีที่มีโพลาไรซ์แบบวงกลมถูกสร้างขึ้นที่แกนของเสาอากาศ ช่วยให้คุณสร้างแถบความถี่กว้างได้ มีเสาอากาศแบนที่เรียกว่าเกลียวอาร์คิมิดีส รูปร่างที่ซับซ้อนนี้ช่วยให้ช่วงความถี่ในการส่งข้อมูลเพิ่มขึ้นอย่างมากจาก 0.8 เป็น 21 GHz

การเปรียบเทียบเสาอากาศแบบเกลียวและแบบมีทิศทางสูง

ความแตกต่างหลักระหว่างเฮลิกส์และเสาอากาศแบบมีทิศทางคือมีขนาดเล็กกว่า ทำให้เบาลง ซึ่งช่วยให้ติดตั้งได้โดยไม่ต้องใช้แรงมาก ข้อเสียของมันคือช่วงความถี่รับและส่งที่แคบกว่า นอกจากนี้ยังมีรูปแบบการแผ่รังสีที่แคบกว่า ซึ่งต้อง "ค้นหา" สำหรับตำแหน่งที่ดีที่สุดในพื้นที่เพื่อการรับสัญญาณที่น่าพอใจ ข้อได้เปรียบที่ไม่อาจปฏิเสธได้คือความเรียบง่ายของการออกแบบ ข้อดีอีกอย่างคือความสามารถในการปรับเสาอากาศโดยการเปลี่ยนระยะพิทช์ของคอยล์และความยาวรวมของเกลียว

เสาอากาศสั้น

เพื่อการสั่นพ้องที่ดีขึ้นในเสาอากาศ จำเป็นที่ความยาว "ยาว" ของส่วนเกลียวจะต้องใกล้เคียงกับค่าความยาวคลื่นมากที่สุด แต่ความยาวคลื่นไม่ควรน้อยกว่า ¼ (λ) ดังนั้น λ สามารถเข้าถึงได้สูงสุด 11 ม. นี่เป็นจริงสำหรับแบนด์ HF ในกรณีนี้เสาอากาศจะยาวเกินไปซึ่งไม่สามารถยอมรับได้ วิธีหนึ่งในการเพิ่มความยาวของตัวนำคือการติดตั้งคอยล์ต่อที่ฐานของตัวรับ อีกทางเลือกหนึ่งคือการป้อนเส้นทางจูนเนอร์เข้าไปในวงจร หน้าที่ของมันคือการจับคู่สัญญาณเอาท์พุตของเครื่องส่งสัญญาณสถานีวิทยุกับเสาอากาศที่ความถี่การทำงานทั้งหมด พูดในภาษาธรรมดา จูนเนอร์ทำหน้าที่เป็นเครื่องขยายเสียงสำหรับสัญญาณขาเข้าจากเครื่องรับ รูปแบบนี้ใช้ในเสาอากาศรถยนต์ ซึ่งขนาดขององค์ประกอบที่รับคลื่นวิทยุมีความสำคัญมาก

สรุป

เสาอากาศแบบเกลียวได้รับความนิยมอย่างมากในหลายๆ ด้านของการสื่อสารทางอิเล็กทรอนิกส์ ต้องขอบคุณพวกเขาที่ทำให้การสื่อสารผ่านมือถือเกิดขึ้น พวกเขายังใช้ในโทรทัศน์และแม้กระทั่งในการสื่อสารทางวิทยุในห้วงอวกาศ หนึ่งในการพัฒนาที่มีแนวโน้มว่าจะลดขนาดของเสาอากาศคือการใช้ตัวสะท้อนแสงทรงกรวย ซึ่งทำให้สามารถเพิ่มความยาวของความยาวคลื่นที่รับได้เมื่อเทียบกับตัวสะท้อนแสงทั่วไป อย่างไรก็ตาม ยังมีข้อเสียคือแสดงความถี่ในการทำงานที่ลดลง ตัวอย่างที่น่าสนใจอีกอย่างหนึ่งก็คือ เสาอากาศทรงกรวยรูปกรวย "สองทาง" ซึ่งช่วยให้คุณทำงานในสเปกตรัมความถี่กว้าง อันเนื่องมาจากการก่อตัวของไดอะแฟรมทิศทางแบบไอโซโทรปิก นี่เป็นเพราะสายไฟในรูปแบบของสายเคเบิลสองเส้นให้การเปลี่ยนแปลงอิมพีแดนซ์อย่างราบรื่น