Signál obsahující užitečné informace lze vytvořit pomocí generátoru. Jeho výkon lze zvýšit pomocí zesilovače a přenést na značnou vzdálenost k jinému korespondentovi. Signál je přenášen anténou.
Anténa je zařízení, které převádí elektromagnetickou vlnu na elektrický signál o určité frekvenci v přijímací cestě a také zpětnou konverzi v přenosové cestě.
Existuje mnoho typů antén. Mohou být klasifikovány například podle konstrukce nebo principu činnosti. V druhém případě se rozlišují elektrické a magnetické antény. První z nich jsou řízeny elektrickou složkou elektromagnetického pole (dále jen EMF), a druhé, respektive magnetickou.
Tento článek se zaměří na magnetickou anténu, její konstrukci a také princip fungování.
Rádiové vlny
Všechny antény pracují s určitým rozsahem vln. Vlny lze klasifikovat podle délky nebo podle frekvence. Je třeba poznamenat, že délka je nepřímo úměrná frekvenci.
Následuje tabulka shody mezi typy rádiových vln a jejich parametry délky a frekvence.
| Typ vln | Vlnová délka, m | Frekvence |
| Extra long |
105-104 |
3–30 kHz |
| Long | 104-103 | 30–300 kHz |
| Průměr | 103-102 | 300 kHz – 3 MHz |
| Short | 100-10 | 3–30 MHz |
| Meter | 10-1 | 30–300 MHz |
| Decimetry | 1-0, 1 | 300 MHz – 3 GHz |
| Centimeter | 0, 1-0, 01 | 3–30 GHz |
| Milimetr | 0, 01-0, 001 | 30–300 GHz |
Názvy vln jsou často nahrazeny názvy rozsahů. Například krátkovlnné pásmo se nazývá HF pásmo.
Metrové, decimetrové, centimetrové a milimetrové vlny jsou součástí řady VHF - ultrakrátké vlny. Zařízení pracující s decimetrovými vlnami se nazývají UHF antény (dále - analogicky).
Aplikace
Typ antén, které reagují na magnetickou složku pole, našel širokýpoužití v jakémkoli druhu průmyslu díky malým rozměrům a přijímacím-vysílacím vlastnostem. Jejich konstrukce je často opravdu velmi jednoduchá a jedná se o prutovou anténu (často používanou jako anténa do auta), která je oproti např. logaritmickým anténám malá. Druhý typ antény se často vyskytuje v obytných budovách, kde poskytují televizní vysílání.
Hlavní výhodou magnetických antén je odolnost vůči elektrickému rušení. Poslední skutečnost umožňuje jejich použití v jakémkoli městě, kde je vysoká koncentrace elektrických signálů.
Design
Nejjednodušší magnetická anténa obsahuje:
- core;
- inductor;
- rám cívky.
Na jádro je umístěn rám a na rám je navinut induktor.
Jádro takové antény je vyrobeno z magnetického materiálu. Nejčastěji z feritu, který má dobré magnetické vlastnosti, o čemž bude řeč později.
Vinutí je vyrobeno z vodivého materiálu, jako je měď, zatímco rám je vyroben z izolačního materiálu, aby se zabránilo zbytečným kontaktům mezi závity cívky a jádrem.
Ve skutečnosti se ukazuje, že magnetická anténa je typická tlumivka, kterou zná každý radioamatér nebo osoba, která má i nepřímý vztah k elektronice.
Teorie pole
Abyste pochopili princip fungování takové antény, měli byste si zopakovat základníinformace o všem, co souvisí s přenosem signálů na dálku.
Za prvé, elektromagnetické pole, jak název napovídá, zahrnuje dvě složky - magnetickou a elektrickou, které jsou nerozlučně spojeny a roviny těchto polí (pokud mluvíme, pomineme-li terminologické detaily) jsou na sebe kolmé.
Za druhé, směr šíření tohoto pole je určen vektorem rychlosti, který je kolmý jak na vektor elektrické intenzity (indukce), tak na vektor magnetické intenzity (indukce) v trojrozměrném prostoru.
Proč může být vektor intenzity nahrazen vektorem indukce? Protože hodnoty těchto parametrů stejně charakterizují pole toho či onoho druhu a jsou vzájemně úměrné.
Princip činnosti antény ve tvaru L
Oscilace (vysílá je anténa) vysílá jakýkoli předmět: jak dřevěná tyč, tak kovový drát. Jediný rozdíl je v tom, že kov lépe vede elektřinu, takže vibrace vyzařované drátem jsou znatelnější.
Proto lze nejjednodušší anténu sestavit z kusu výztuže. Ukázalo se, že anténa ve tvaru L je známá všem. Působením elektromagnetického pole se v kotvě indukuje elektromotorická síla, která je svým způsobem (pomineme-li teoretické detaily) příčinou kmitání, ale i základem pro zesílení signálu.
Kov je materiál s dobrými elektrickými vlastnostmi. Proto se v kotvě indukuje elektromotorická síla (EMF). Tudíž,anténa ve tvaru písmene L elektrické složky pole je řízena.
Princip činnosti antény, která reaguje na magnetické pole
Logicky, pokud kovová anténa ve tvaru L reaguje na elektrickou složku pole, pak magnetická anténa reaguje na magnetickou složku elektromagnetického pole. Díky této skutečnosti dostalo zařízení své jméno.
Anténu lze samozřejmě vyrobit z podélného kusu feromagnetu, ale efektivnější je dát tomuto materiálu tvar rámu.
V tomto návrhu bude magnetické pole také vytvářet EMF, ale proměnnou. Anténa se změní na induktor, ve kterém se energie EMF přemění na elektrickou energii (to je hlavní úkol antény).
Hodnota indukovaného EMF v rámci závisí na poloze struktury vzhledem k rovině pole. EMF je maximální, pokud rovina cívek konstrukce směřuje ke stanici pracující se signálem. Pokud otočíte anténu kolem svislé osy (pohled shora), pak bude mít při jedné otáčce dvě maxima a dvě minima (nulové hodnoty) EMF.
Vyzařovací diagram takové antény bude ve tvaru nekonečna nebo osmičky.
Vyzařovací diagram je grafické znázornění závislosti zisku na směru antény v určité rovině.
Zisk je hodnota vypočítaná jako poměr hodnoty výstupního signálu k hodnotě vstupního signálu. Například poměr výstupního výkonu ke vstupunapájení nebo výstupní napětí na vstupu.
Směrový faktor charakterizuje schopnost antény směrovat signál do určitého bodu. Například u kolíkové antény používané jako anténa pro automobil je tento koeficient na nízké úrovni. Vyzařuje vlnu ve tvaru torusu do všech směrů. Ale pro směrové antény, jako jsou logaritmicky periodické nebo reflexní, je tento koeficient mnohem vyšší.
Anténa ve formě rámu má také dobrou směrovost. Tato vlastnost umožňuje použití takových zařízení ve speciálních zařízeních, jako je zařízení na lov lišek.
Designové prvky
Velikost indukovaného EMF je do značné míry určena velikostí antény. I když je počet závitů navinutých na něm významný, pak při malých rozměrech bude hodnota EMF stále nedostatečná pro provoz určitých přijímačů.
Pokud ale do magnetických antén vložíte feritová jádra, hodnota EMF se výrazně zvýší. Jádro přispěje k uzavření více siločar na sobě, to znamená, že díky jádru se pole soustředí na anténu, vytvoří silnější magnetický tok a generuje významné EMF.
Magnetické jádro z materiálu
Abyste pochopili, které magnetické jádro by mělo být instalováno v anténě, musíte si prostudovat parametr magnetické permeability, který ukazuje, kolikrát je magnetické pole v konkrétním materiálu silnější než vnější pole.
Čím vyšší sazbapermeabilita, tím lépe magnetický materiál koncentruje pole na sebe.
Jádro přijímací magnetické antény má obvykle obdélníkový nebo kulatý průřez. Za prvé, kvůli snadné výrobě. Za druhé, díky skutečnosti, že jádra tohoto tvaru na sebe lépe soustředí magnetické linie.
Poslední skutečnost ovlivňuje takový parametr, jako je efektivní magnetická permeabilita. Nemusí se shodovat s počáteční magnetickou permeabilitou, která je obvykle uvedena v dokumentaci k jádru. Efektivní propustnost však závisí na počáteční.
Efektivní propustnost jádra tedy závisí na následujících ukazatelích:
- základní rozměry;
- tvar jádra;
- počáteční magnetická permeabilita materiálu, ze kterého je toto jádro vyrobeno.
Pokud například vezmeme v úvahu jádra se stejnou plochou průřezu, ale různými délkami, pak vzorek s delší délkou bude mít větší hodnotu efektivní propustnosti.
Mimochodem, závislost efektivní permeability na délce například feritového jádra je nelineární. Do určité hodnoty délky jádra se propustnost u většiny druhů feritu zvyšuje, ale pak se některé z nich nasytí a růst se zastaví. Například produkty s označením 1000HN, 600НН a 400НН nejdou do nasycení po dlouhou dobu, na rozdíl od 100НН a 50ВЧ. To je důležité vzít v úvahu při vytváření domácí antény.
Účinnost antény
Účinnost přijímací antény, která reaguje na magnetické pole,přímo souvisí se skutečnou výškou. Toto je výška bodu, ze kterého vychází kmitání vyzařované anténou, nad určitým bodem na zemském povrchu.
Skutečná výška ovlivňuje EMF generované v anténě. V souladu s tím, čím vyšší je jeho hodnota, tím větší je EMF, tím slabší signály může anténa přijímat.
Co určuje efektivní výšku antény, která reaguje na magnetickou složku EMF?
- Od efektivní propustnosti.
- Sekce jádra.
- Počet závitů cívky.
- Délka vinutí, která tvoří samotnou cívku.
- Průměr vinutí.
- Provozní vlnová délka.
Efektivní výška antény bude tím vyšší, čím větší budou první čtyři parametry výše uvedeného seznamu a čím menší bude rozdíl mezi průměry jádra antény a drátu vinutí. Čím kratší je vlnová délka, tím vyšší je také výška.
Antenní cívka
Z výše uvedených údajů můžeme vyvodit závěr o důležitosti vlivu induktoru na přijímací a vysílací vlastnosti jakékoli antény (například HF magnetické antény), která reaguje na magnetické pole.
Čím vyšší je kvalita induktoru, tím lépe anténa funguje. Parametr kvality cívky se odhaduje pomocí faktoru kvality. Faktor kvality je parametr vypočítaný jako poměr odporu cívky vůči střídavému proudu k odporu indukčního prvku vůči stejnosměrnému proudu.
Odpor AC cívky závisí na obouindukčnost samotné cívky a frekvence proudu. Chcete-li zvýšit faktor kvality cívky a tím i vlastnosti vysílání a příjmu antény, která reaguje na magnetické pole, můžete změnit její odpor vůči stejnosměrnému proudu. Například pro zvětšení průměru výsledných závitů cívky nebo samotného drátu, ze kterého je navinut.
FM anténa
Toto je typ antény, která reaguje na magnetické pole. FM vlna je signál na frekvenci mezi 88 a 108 MHz.
K vytvoření tohoto designu budete potřebovat:
- spojky, na které bude anténa instalována (například potrubí);
- feritové jádro, které lze nasadit na konstrukci (na potrubí);
- měděný drát pro vinutí a kontakty;
- propojovací kolíky pro připojení antény k přijímacímu zařízení;
- měděná fólie.
Před navinutím cívky je nutné ji izolovat od jádra elektrickou páskou nebo papírem namotaným kolem feritu. Poté se na izolaci položí vrstva fólie. Překrývá závit o 1 cm a je izolován v oblasti překrytí například pomocí stejné elektrické pásky. Takto se vytvoří stínění antény FM, na které se poté navine 25 závitů tvořících cívku s vodiči na 7., 12. a 25. závitu.
Shora je vinutí pokryto podobnou fólií. Obrazovky - vnější a vnitřní - jsou vzájemně propojeny.
Konce vodiče vinutí by měly být uspořádány ve spojovacích kontaktech. Závěry z 12. a 25. otáčky musí být spojeny s přijímačem a ze 7. otáčky - se zemí.
Smyčková anténa
Pomocí koaxiálního kabelu a několika doplňků si můžete vyrobit tuto anténu, která může pracovat s různými frekvenčními pásmy. Vše závisí na rozměrech konstrukce. Na základě tohoto zařízení můžete vytvořit UHF anténu.
Je možné jej použít k přenosu signálu na vzdálenost až 80 m a mezi jeho výhody patří snadná výroba a instalace a také vysoká stabilita přenosu signálu.
Jaké materiály potřebujete k výrobě smyčkové antény?
- Koaxiální kabel.
- Dřevěné tyče.
- Kondenzátor s kapacitou 100pF.
- Koaxiální konektor.
Aby anténa fungovala stabilně, je nutné zajistit stabilitu kondenzátoru, to znamená izolovat jej od mechanických, povětrnostních a jiných vlivů.
Anténa je smyčka kabelu připojená ke kondenzátoru. Dokáže pracovat s mnoha frekvenčními rozsahy. Například s KV pásmem. Čím větší je plocha smyčky (lepší, když je kulatá), tím větší je pokrytí přijímaného signálu.
Design je namontován na dřevěném stojanu vyrobeném z tyčí. Jak připojit anténu? S koaxiálním konektorem připojeným k výstupnímu vodiči.
Do obvodu je někdy zahrnut i přizpůsobovací transformátor.
GSM standard
Na základě antény, která reaguje na magnetické vlny, jsou zařízení vytvořena pro příjem signálu standardu GSM,který se používá v mobilní komunikaci.
Mnoho radioamatérů nezávisle montuje magnetické GSM antény a instaluje je tam, kde je špatně přijímán mobilní signál. Například v chatách.
Anténa pro práci s komunikačním standardem GSM může být vyrobena z plastové vodovodní trubky, jednostranné fólie ze sklolaminátu (tloušťka - 1,5-2 mm, šířka - 10 mm) a měděného drátu (průměr - 1,5-2, 5 mm).
Formát antény je log-periodický. Taková podomácku vyrobená anténa má vysoký zisk a úzký vyzařovací diagram.
Dále je potřeba propojit anténní vibrátory (přestřižený drát) se sběrnými vedeními (dva pruhy skelného vlákna). Ke každé sběrné lince je nutné připájet vibrátory a následně je k sobě linky propojit pomocí koaxiálního kabelu. Vedení jsou upevněna na plastové trubce.
Jak připojit tento typ antény? Kabelovou zásuvku lze připojit k zátěži v podobě televizního zařízení.
Závěr
Není tedy vůbec těžké sestavit si vlastní anténu, která reaguje na magnetickou složku EMF. Stačí dodržet všechna výše popsaná doporučení a vzít v úvahu elektromagnetické vlastnosti různých materiálů.
K vytvoření takové struktury navíc nejsou potřeba žádné speciální znalosti. Stačí základní informace o fyzikálních procesech probíhajících v různých prvcích, jako je induktor.
