Спиральная антенна своими руками

Самодельная спиральная антенна для эфирного цифрового телевидения

  Этот тип антенн
хорошо подходит для дальнего приёма эфирного  телевизионного цифрового сигнала. Подкупает
простота изделия, всего две основные детали: отражатель из снегоуборочной
лопаты и спираль из мотка силового провода.

Ни одного паяного соединения, всё
на винтах и скрутке.  Нет сложных
согласующих элементов. Тем не менее, коэффициент усиления конструкции достигает
более 10 дБ, что позволяет использовать её в некоторых случаях без усилителя.

Именно на эту  антенну без усилителя я
принял за городом цифровой телевизионный сигнал.

Фото 1. Конструкция спиральной антенны.

 Хочу напомнить, что
любая дециметровая антенна годится для цифрового канала вещания, разница будет
только в дальности приёма.  Но не всякая
антенна обеспечит максимальный коэффициент усиления и согласования именно на нужной
частоте. Какая бы сложная антенна не была, она имеет провалы и пики усиления во
всём своём диапазоне принимаемых частот.

   Именно
спиральные антенны следили за полётом первого космонавта Юрия Гагарина.  Когда первые советские луноходы, ориентируя
спирали, бороздили поверхность Луны, я мечтал сделать такую же космическую
антенну.

Фото 2.

 Нет ничего хуже
незавершенных дел. За основу выбираю самую простую из всех типов спиральных
антенн. Это однозаходная, спиральная, цилиндрическая (бывает ещё коническая),
регулярная, то есть с постоянным шагом намотки или одинаковым расстоянием между
витками. Таким образом, уже название антенны говорит о её конструкции. Именно
такую конструкцию впервые предложил  Kraus J.D.

«Helical  beam  antenna». – «Electronics»,
1947 год. V20, N4. Р. 109.

 Рекомендую для
радиолюбителей лучшую настольную книгу «Антенны»,
издание 11, том 2. Автор Карл Ротхаммель. В книге собрано много
практического материала почти всем видам антенн. Характеристики, параметры,
практические расчёты, рекомендации.

                
 Из этого издания я привожу характеристики
спиральной антенны.

Рис. 1.

 Необходимо узнать на
какой частоте в вашем регионе идёт цифровое вещание и значение этой частоты
перевести в метры. Длина волны в метрах = 300 / F (частота в МГц).

 Для московских частот
вещания двух цифровых пакетов, я выбрал среднюю частоту 522 МГц, что
соответствует длине волны  лямбда 57 см.
В этом случае диаметр витка равен D = 17,7 см, расстояние между витками
13,7 см, расстояние от экрана до витка 7,4 см, а ширина экрана должна уложиться
в 35 см.

   В
качестве экрана (отражателя) мне потребовалась неправильная снегоуборочная
лопата из красивой блестящей нержавейки, постоянно гнущейся под тяжестью снега.
Практика показывает, что отражатель не обязательно должен быть круглым, а
делать  сторону квадрата более двух
диаметров витка спирали нет смысла.

  Спираль
я сделал из сетевого силового провода диаметром около 2 мм, используя одну
из  его жил, не снимая с неё изоляцию,
так как она прозрачна для радиоволн, а медная проволока не окисляется в ней под
воздействием внешней среды. На практике толщина провода оказалась почти в 5 раз
меньше теоретической, вот почему диапазон антенны получился узким.

Не рекомендую сильно увлекаться длиной кабеля, особенно если антенна
без усилителя, так как в его каждом метре теряется от 0,5 до 1 дБ усиления и
длинному кабелю потребуется согласующее устройство. В своей конструкции я
использовал 3-и метра кабеля.

Рис. 2.

   Всего-то дел, намотать спираль, подсоединить к
проводнику спирали кабель и прикрепить всё это к полотну лопаты.

Но
диэлектрического цилиндра нужного диаметра для фиксации провода спирали у меня
не оказалось, и поэтому в качестве каркаса я использовал рейки и лист сухой
фанеры, перенеся на неё размеры антенны с эскиза.

Было бы круче, если бы
использовались черенки от лопат  вместо
реек и фанеры, но я собирал только макет, и мне было удобно сделать всё на
фанере. Когда обечайка стала обволакиваться проводом, самоделка была похожа на
корпус летательного аппарата.

Со стороны это выглядело менее безобидно, если бы
я стал гнуть витки из медной трубки, как хотел раньше. Как я уже говорил, такую
антенну удобно спрятать под конёк дома с крышей из мягкой кровли, андулина или
шифера, прозрачной для радиоволн.

Фото 3. Испытание макета антенны.

  Для проверки антенны я использовал комнату
мансарды, где с помощью лестницы приподнял самоделку поближе к потолку. В этом
месте раньше работала фазированная рамка с усилителем 35 дБ и с трудом покупная комнатная антенна с усилителем 30 дБ. Место испытание тоже. Владимирская
область, 90 км на восток от Останкино. Теперь здесь работает спиральная антенна
без усилителя. Она «видит» телецентр через: вагонку, пергамин, 10 см
базальтовой ваты, доску обрешётки, фанеру OSB, подстилочный ковёр, чешую мягкой кровли и сгусток гвоздей
разной длины.  Остаётся закрепить её ещё
выше, под конёк дома или разобрать, ведь это всего только макет.

Фото 4. Фанеру закрепил пластмассовым уголком.

Фото 5. Размер и шаг предыдущих конструкций антенн почти совпадают.

Фото 6. Регулировка согласующего устройства.

Для улучшения
параметров антенны не помешает применить согласующее устройство –
трансформатор, обеспечивающий переход с сопротивления  антенны равного 180 Ом на коаксиальный кабель
с сопротивлением 75 Ом . Это пластинка из тонкой меди в виде треугольника,
расширяющегося к экрану.

Место крепления пластинки и её размеры я подобрал
экспериментальным путём, применив две пластмассовые прищепки. В домашних
условиях это легко сделать с помощью телевизора, спустив антенну на более
низкий уровень, при котором изображение будет «заснеженным».

Необходимо двигать,
поворачивая пластинку, и на слух, по уменьшению уровня шума в аудио канале при
приёме аналогового сигнала, близкого по частоте к цифровому пакету, определить
её местоположение. После чего запаять.

  Несмотря на нелепость
формы у этой антенны есть преимущество. Она без усилителя, который после
разрядов молний часто вылетает. На практике два раза усилители выходили из
строя во время грозы у наружных антенн, расположенных в 30-и метрах от столба
воздушной электропроводки, в который попадали молнии. У антенны расположенной
под крышей дома, в шести метрах от столба-разрядника, случаи выхода усилителя
из строя не зарегистрированы.

 Ещё одно преимущество
в том, что дальность этой антенны с усилителем будет больше, на сколько, проверьте
сами.

                                     Дополнение. Изменение конструкции антенны.

 В этом году (2015) я
решил доработать самодельную конструкцию спиральной антенны, используя вместо
провода металлопластиковую трубку (металлопласт) диаметром 16 мм.

Ранее
собранные антенны уже прошли аналогичную операцию и заметно оживились.

Претерпела оздоровление и спиральная антенна, но не обольщайтесь, прирост
уровня сигнала составил  только 10
процентов, а качество сигнала осталось на том же стопроцентном уровне.

Фото 7. Старая антенна.

Фото 8. Изменение конструкции.

 Давно хотел сделать
антенну, используя в качестве материала трубку. Останавливала схожесть с
самогонным аппаратом и высокая себестоимость. Но вот материал найден и уже
испытан на простых антеннах.  Это легко
гнущаяся трубка из высококачественного алюминия, обтянутого со всех сторон
пластиком, продаётся на всех строительных рынках  для прокладки водопровода.

Фото 10. Новая конструкция.

Фото 9. Банка — оправка.

                                                 Экономический

 расчёт       антенны.

 Этот  сложный расчёт мне пришлось проделать, зайдя
в магазин «Всё для дома», на самой окраине Подмосковья и увидев металлопласт по
цене 45 руб.  Длина волны, частоты вещания,
длина круга, число витков, усиление антенны….

— 4 метра выпалил я на кассе, подведя итог экономической
части проекта. Себестоимость антенны не должна превысить минимальную акцизную
стоимость бутылки водки.

                                                              Расчёт антенны.

  Чисто по
экономическим соображениям получилось 6,5 витков, на полвитка меньше предыдущей
проволочной самоделки. Так же между витками я взял расстояние равное четвёртой
части длины волны.

Аналогичным образом подсчитал длину одного витка, но по
практическим соображениям, уже имея опыт по изготовлению простых  петлевых антенн, скорректировал  зависимость металлопласта от частоты, сократил
длину витка на 1,5 см.

                                                                          
Регулировка.

Фото 11. Самодельный КСВ-метр  с генератором.

 Она заключалась в
измерении КСВ (коэффициента стоячей волны) самодельным КСВ-метром. Первоначально
я измерил старую самоделку. Странно, но прибор заявлял об отличном согласовании
с 50 Ом нагрузкой (КСВ = 1,5). С доработанной антенной тоже всё совпало,
правда, при запитке с края полотна. Но конструктивно, уже впоследствии, я
задействовал кабель по центру и КСВ упал до 2. Очень полезным оказался
простенький самодельный КСВ-метр, совмещённый с самодельным генератором,
настроенным на цифровые частоты вещания. С его помощью я смог не только
определить КСВ антенны, но и проверить её работоспособность, когда каждый виток
реагировал на подносимую крышку от кастрюльки качанием стрелки микроамперметра.

                                                                             
 Итоги.

 Изменение конструкции
добавило прирост усиления на 10 процентов, и это при том, что в антенне на
пол витка меньше. В целом она принимает программы в дециметровом диапазоне,
работая в аналоговом режиме, не хуже антенны типа «волновой канал» (Уда – Яги),
включающей  в себя 12 директоров и
усилитель с заявленным усилением не менее 26 дБ.

 Обе антенны расположены в одинаковых условиях
на одном уровне от земли. Разница лишь в том, что работа покупной антенны, при
приёме эфирного цифрового сигнала, зависит от погоды и времени дня, симулируя
ухудшение прохождения радиоволн характерным крякающим звуком и зависанием
телевизионных картинок, а то и полным отсутствием изображения.

 Радиоприём с самодельной антенной всегда
постоянен.

  Но в целом я остался
недоволен данной конструкцией, поскольку ожидал от неё нечто большего, исключительно
исходя из её габаритов и затраченных средств.

Фото 12. Антенна из дух колец.

Фото 13. Антенна из двух колец

 Два фазированных  кольца и шесть закрученных в спираль, дают усиление
в теории 6 дБ и 10 дБ.

Два кольца на открытом воздухе и 6,5 колец под крышей,
на одинаковом уровне от земли и при практическом одинаковом  уровне усиления в процентах. Может крыша и
съела разницу в 4 дБ, а может реально трудно заметить эту разницу? В тоже время
не выставлять же этот змеевик на улицу, открывая этим тему для лишних
разговоров.

 Упал ли я духом?
Нет!  Радиолюбительство —  источник удовольствия. Займитесь
радиолюбительством, ведь это интересно. Возможно, результат у вас будет лучшим.

 Скорее всего, я ещё
вернусь к этой спиральной  антенне, ведь
не заснула же она, кода антенна «волновой канал» перестала принимать эфир.

Фото 14. Все испытания антенн проводились под этой прозрачной для радиоволн крышей.

Источник: /dedclub.blogspot.com/2014/07/blog-post.html

Изготовление спиральной антенны для беспроводных сетей диапазона 2.4 ГГц

Спиральную антенну, изобретенную в конце сороковых Джоном Краусом (John Kraus, W8JK), можно назвать самой простой реализацией антенны, которую можно представить, в особенности для частот в диапазоне 2-5 ГГц. Эта конструкция является очень простой, практичной и при этом надежной.

Эта статья описывает, как самостоятельно сделать спиральную антенну для частот в районе 2.4 ГГц которая может быть использована, например, для высокоскоростных радиочастотных (S5-PSK, 1.288 Мбит/сек), 2.4 ГГц беспроводных сетей и любительских спутниковых (AO40).

Развитие оборудования безпроводных сетей позволяет легко получить высокоскоростной радиодоступ с использованием стандарта IEEE 802.11b (также известного как Wi-Fi).

Краткий обзор теории

Спиральная антенна может быть описана как пружина с количеством витков N с отражателем. Окружность (C) витка составляет приблизительно длину волны (l), а дистанция (d) между витками составляет приблизительно 0.25C. Размер отражателя (R) составляет C или l и может иметь форму круга или квадрата.

Конструкция излучающего элемента вызывает круговую поляризацию (КП), которая может быть как право-, так и левосторонней (П и Л соответственно), в зависимости от того, как намотана спираль.

Для того, чтобы передать максимум энергии, обе стороны соединения должны иметь одинаковую направленность поляризации, кроме случаев, когда используется пассивный отражатель радиоволн на пути передачи сигнала.

Усиление (G) антенны относительно изотропии (dBi) может быть расчитана по следующей формуле:

G = 11.8 + 10 * log {(C/l)^2 * N * d} dBi               (1)

В соответствии с выводами Др. Даррела Эмерсона (Dr. Darrel Emerson, AA7FV) из Национальной Радиоастрономической Обсерватории, результат вычисления по формуле [1], также известной как формула Крауса (Kraus formula), 4-5 dB слишком оптимистичен. Др. Рей Кросс (Dr. Ray Cross, WK0O) проанализировал результаты исследования Эмерсона в программе анализа антенн ASAP.

Характеристика полного сопротивления (импенданса) (Z) полученной передающей линии эмпирически должна описываться формулой

Z = 140 * (C/l) Ohm                                    (2)

Реализация для частоты 2.43 ГГц (aka S-band, ISM band, 13 cm amateur band)

l = (0.3/2.43) = 0.1234567 m  (12.34 cm)            (3)

Диаметр витка (D) = (l/pi) = 39.3 mm         (4)

Стандартная канализационная пластиковая труба с внешним диаметром 40 мм является для нас превосходным решением и легкодоступна в магазинах «Сделай сам» или у любого сантехника 🙂 Спираль может быть намотана из стандартного медного провода, который применяется в домашнем хозяйстве для цепей 220 В переменного тока. Этот провод имеет цветную поливинилхлоридную изоляцию и медный сердечник диаметром 1.5 мм. Обмотка проводом трубы даст результирующий диаметр D = 42 мм благодаря толщине изоляции.

D = 42 mm, C = 42*pi = 132 mm (which is 1.07 l)    (5)

d = 0.25C = 0.25*132 = 33 mm                       (6)

Для дистанций от 100 м до 2.5 км в пределах прямой видимости, 12 витков (N = 12) достаточно. Следовательно, длина трубы будет около 40 см (3.24 l). Обмотайте провод вокруг трубы и приклейте его поливинилхлоридным или любым другим, содержащим тетрагидрофуран (THF), клеем. Это даст очень прочную намотку вокруг трубы, как показано на рисунке 1 ниже.

Рисунок 1. Использованные материалы с размерами.

Сопротивление антенны:

Z = 140 * (C/l) = 140*{(42*pi)/123.4} = 150 Ом      (7)

требует соответствия сети для использования стандартного 50 Ом UHF/SHF коаксиала и коннекторов.

Обычно используется заглушка в 1/4 волны с сопротивлением (Zs)

Zs = sqrt(Z1*Z2) = sqrt(50*150) = 87 Ом               (8)

Первой мыслью было эмпирически увеличить d для первого и второго витка и добиться нужного значения методом проб и ошибок, измеряя результат при помощи направленного блока сопряжения и генератора сигнала.

После недолгих поисков в интернете были надены спирали, которые согласовывались таким способом, но неожиданно был найдена страница Джейсона Хеккера (Jason Hecker). Он действительно использовал элегантное решение согласования, используя медную лопатку в соответствии с ARRL Handbook.

Так что вся хвала — ARRL и Джейсону, для антенны были использованы его размеры. Честно говоря, эта страница практически копирует его страницу, за исключением того, что спираль намотана в противоположном направлении :)).

Рисунки 2a и 2b. Идея, размеры и монтаж согласователя. Гипотенуза треугольника должна быть продолжением провода.

Теперь необходимо припаять согласователь к спирали, приклеить их и приготовиться к соединению с колпачком, как показано на Рис. 3.

Рисунок 3. Почти законченная спиральная антенна.

Готово! (Рис. 4)

Рисунок 4. Законченная 12тивитковая 2.4 ГГц спиральная антенна, G = 17.5 dBi или 13.4 dBi (соответственно по Краусу или Эмерсону).

Характеристики антенны были измерены. Результаты — на Рис. 5a и 5b:

Рисунок 5a. Потери на отражении (dB) от 2300 до 2500 МГц

Рисунок 5b. Диаграмма Смита 2300-2500 МГц

Рисунок 6a Установка для измерения

Рисунок 6b «Спиральная антенна за час» и анализатор Rohde & Schwarz

И наконец, спиральная антенна в действии…

Рисунок 7a Излучает на мой LAP (Local Access Point 😉

Рисунок 7b Вид снизу

Источник: /wifiantenna.org.ua/antennas/helix/

Антенны для маломощных беспроводных систем

Журнал РАДИОЛОЦМАН, июль 2011

Telecontrolli, Италия

Небольшой обзор основных типов антенн, используемых в радиосистемах диапазона 433-866 МГц малого радиуса действия подготовили инженеры фирмы Telecontrolli. Поэтому в тексте и в иллюстрациях вы встретите ссылки на изделия, производимые этой фирмой.

Введение

Антенна – важнейший элемент маломощных беспроводных систем, в первую очередь определяющий их радиус действия. Передать информацию на значительное расстояние без антенны невозможно. В то же время, из всех элементов беспроводных систем, антенна труднее всего поддается расчету и оптимизации.

Кроме того, характеристики антенн сильно зависят от множества факторов, таких как диэлектрическая проницаемость материалов, близость и характер расположения других элементов. Наконец, измерение характеристик антенн требует наличия сложного и дорогостоящего оборудования, доступного далеко не всем.

Штыревая антенна

Простейший тип антенны – штыревая антенна. Эти антенны применяют, как правило, там, где радиус действия радиосистемы имеет первостепенное значение.

Штыревая антенна представляет собой четвертьволновый отрезок прямого провода или стержня (Рис. 1), подключаемого непосредственно к выводу RX/TX. Резонансная длина четвертьволновой штыревой антенны может быть вычислена по формуле:

L (см) = 7500 / частота (МГц)

Длина четвертьволнового отрезка для частоты 433.92 МГц равна 17 см.

Рисунок 1.

Эта формула может служить лишь отправной точкой расчетов, так как антенна может быть короче, если стержень слишком толст или имеет какое-либо покрытие. Если же область «земли» на печатной плате слишком мала, антенну, возможно, придется делать длиннее.

Такие антенны очень просты в настройке – достаточно лишь слегка изменить длину провода.

Если антенна устанавливается на удалении от приемного/передающего модуля, для подключения можно использовать кабель с волновым сопротивлением 50 Ом (Рис. 2).

Рисунок 2.

Экранирующая оплетка кабеля должна быть припаяна к «земле» возле антенного вывода модуля.

Штыревую антенну можно, также, изготовить в виде дорожки печатной платы (Рис. 3).

Рисунок 3.

Длина дорожки должна быть на 10-20% меньше, чем дают расчеты. Насколько меньше – зависит от типа диэлектрика и толщины печатной платы. Если устройство портативное, антенну надо делать чуть короче, чтобы компенсировать влияние рук.

Дорожку антенны проводите на плате на расстоянии не менее 5 мм от остальных цепей.

Спиральная антенна

Спиральная антенна изготавливается, как правило, намоткой отрезка стального, медного или латунного провода (Рис. 4).

Рисунок 4.

Из-за высокой добротности спиральных антенн их полоса пропускания очень мала, и межвитковое расстояние оказывает на характеристики антенн значительное влияние.

Число витков зависит от диаметра провода, диаметра намотки и межвиткового расстояния. Проще всего необходимое количество витков определять экспериментально, первоначально сделав антенну заведомо большей длины и укорачивая ее до обнаружения резонанса на требуемой частоте. Точная настройка антенны выполняется сжатием или растягиванием спирали.

Для изготовления антенны на частоту 433.92 МГц необходимо намотать 17 витков эмаль-провода диаметром 1 мм на оправке диаметром 5 мм и растянуть катушку так, чтобы ее длина равнялась 30 мм.

Рамочная антенна

Рамочные антенны находят применение, в основном, в передатчиках, в особенности, когда критичны размеры и вес конструкции. Рамочные антенны изготавливаются как часть печатной платы. Один конец антенны заземляется, а другой подключается к выводу TX/RX через конденсатор (Рис. 5). Конденсатор используется для согласования и настройки антенны.

Рисунок 5.

Существенным преимуществом рамочных антенн является их слабая чувствительность к влиянию рук и независимость от топологии «земли». По этой причине рамочные антенны широко используются в передатчиках дистанционного открывания ворот, автосигнализациях и т.п.

Конструируя рамочную антенну, старайтесь сделать ее как можно больше, так как маленькая антенна имеет плохое усиление и очень узкую полосу пропускания. Крайне важна правильная настройка антенны. Для настройки часто используются подстроечные или постоянные конденсаторы.

Сравнение антенн различных типов

Подводя итог, можно сказать, что штыревая антенна имеет наибольшие физические размеры и должна использоваться там, где радиус действия имеет первостепенное значение.

Рамочные антенны из всех рассмотренных имеют самый маленький радиус действия.

Источник: /rlocman.ru/review/article.html?di=111359

Спиральные антенны: виды и фото

Искусство и развлечения 27 декабря 2017

Спиральная антенна принадлежит к классу антенн с бегущей волной. Ее основной диапазон работы — дециметровый и сантиметровый. Она относится к классу поверхностных антенн. Главным ее элементом является спираль, подключенная к коаксиальной линии.

Спираль создает диаграмму направленности в виде двух лепестков, излучаемых вдоль ее оси в разные стороны. Спиральные антенны бывают цилиндрические, плоские и конические. Если необходимая ширина рабочего диапазона составляет 50% и меньше, то в антенне используется цилиндрическая винтовая линия.

Коническая спираль увеличивает диапазон приема в два раза по сравнению с цилиндрической. А плоские дают уже двадцатикратное преимущество.

Наибольшую популярность для приема в частотном диапазоне УКВ получила цилиндрическая радиоантенна с круговой поляризацией и большим коэффициентом усиления выходного сигнала.

Устройство антенны

Главной деталью антенны является свернутый в спираль проводник. Здесь применяется, как правило, медный, латунный или стальной провод. К нему подсоединен фидер. Он предназначен для передачи сигнала от спирали в сеть (приемник) и в обратном порядке (передатчик).

Фидеры бывают открытого и закрытого типа. Фидеры открытого типа представляют собой неэкранированные волноводы. А закрытого типа имеют специальный экран от помех, что делает электромагнитное поле защищенным от внешнего воздействия.

В зависимости от частоты сигнала, определяется следующая конструкция фидеров:

— до 3 МГц: экранированные и неэкранированные проводные сети;

— от 3 МГц до 3 ГГц: коаксиальные провода;

— от 3ГГц до 300 ГГц: металлические и диэлектрические волноводы;

— свыше 300 ГГц: квазиоптические линии.

Еще одним элементом антенны стал отражатель. Его предназчение – фокусирование сигнала на спираль. Он изготавливается в основном из алюминия. Основанием для антенны служит каркас с маленькой диэлектрической проницаемостью, например, пенопласт или пластик.

Расчет основных размеров антенны

Расчет спиральной антенны начинается с определения основных размеров винтовой линии. Ими являются:

— количество витков n;

— угол подъема витка a;

— диаметр спирали D;

— шаг витка спирали S;

— диаметр отражателя 2D.

Первое, что надо понять при проектировании спиральной антенны, – она является резонатором (усилителем) волны. Ее особенностью стало высокое входное сопротивление. От геометрических размеров контура усиления зависит тип волн, возбуждаемых в ней. Соседние витки спирали оказывают очень сильное влияние на характер излучения. Оптимальные соотношения:

D=λ/π, где λ-длина волны, π=3,14

S=0,25 λ

a=12˚

Т.к. λ величина, изменяющаяся и зависящая от частоты, то в расчетах берутся средние значения этого показателя, рассчитанного по формулам:

λ ср=1/2(λ min+ λ max)

n= L/S, где L – общая длина антенны, определяющаяся по формуле:

L= (61˚/Ω)2 λ ср, где Ω – коэффициент направленного действия антенны, зависящий от поляризации (берется из справочников).

Видео по теме

Классификация по рабочему диапазону

По основному диапазону частот, приемо-передающие устройства бывают:

1. Узкополосные. Ширина диаграммы направленности и входное сопротивление сильно зависят от частоты. Это говорит о том, что антенна может работать без перенастройки только в узком спектре длины волны, примерно 10% относительной полосы частот.

2. Широкодиапазонные. Такие антенны могут работать в большом спектре частоты. Но их основные параметры (КНД, диаграмма направленности и т. д.) все-таки зависят от изменения длины волны, но не так сильно, как у узкополосных.

3. Частотнонезависимые. Считается, что здесь основные параметры не меняются при изменении частоты. В таких антеннах имеется активная область. Она имеет возможность перемещаться вдоль антенны, не меняя своих геометрических размеров, в зависимости от изменения длины волны.

Чаще всего встречаются спиральные антенны второго и третьего типа. Первый тип применяется, когда необходима повышенная «четкость» сигнала на определенной частоте.

Самостоятельное изготовление антенны

Промышленность предлагает большой выбор антенн. Разнообразие цен может варьировать от несколько сотен до несколько тысяч рублей. Существуют антенны для телевидения, спутникового приема, телефонии. Но можно изготовить спиральную антенну и своими руками. Это не так сложно. Особой популярностью пользуются спиральные антенны для Wi-Fi.

Они особо актуальны, когда необходимо усилить сигнал от роутера в каком–нибудь большом доме. Для этого понадобится медная проволока, сечением 2-3 мм2 и длиной 120 см. Необходимо сделать 6 витков диаметром 45 мм. Для этого можно использовать трубку, соответствующего размера. Хорошо подходит черенок от лопаты (у него примерно такой же диаметр).

Наматываем проволоку и получаем спираль с шестью витками. Оставшийся конец сгибаем таким образом, чтобы он ровно проходил через ось спирали, «повторяя» ее. Растягиваем винтовую часть, чтобы расстояние между витками находилось в пределах 28-30 мм. Затем приступаем к изготовлению отражателя.

И конец провода спаять с выходящим из отражателя концом антенны.

Особенности антенны на 433 МГц

В первую очередь, надо сказать, что радиоволны с частотой 433 МГц при своем распространении хорошо поглощаются землей и различными препятствиями. Для ее ретрансляции используются передатчики малой мощности.

Как правило, такую частоту применяют различные охранные устройства. Она специально используется в России, с целью не создавать помехи в эфире. Спиральная антенна на 433 МГц требует большего коэффициента выходного сигнала.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что выбор «лучшего» приема зависит от индивидуальной настройки положения антенны.

Самодельная антенна на 433 МГц

Спиральную антенну на 433 МГц своими руками изготовить просто. Она очень компактна. Для этого понадобится небольшой отрезок медного, латунного или стального провода. Можно применить и просто проволоку. Диаметр провода должен составлять 1 мм. Наматываем 17 витков на оправку диаметром 5 мм.

Растягиваем винтовую линию, чтобы ее длина составила 30 мм. При этих размерах испытываем антенну на прием сигнала. Изменяя расстояние между витками, путем растяжения и сжатия спирали, добиваемся лучшего качества сигнала.

Но надо знать, что такая антенна очень чувствительна к различным предметам, подносимым к ней близко.

Приемная антенна ДМВ

Спиральные антенны ДМВ необходимы для приема телевизионного сигнала. По своей конструкции они состоят из двух частей: отражатель и спираль. Для спирали лучше применять медь – она имеет меньшее сопротивление и, следовательно, меньшую потерю сигнала. Формулы для ее расчета:

— общая длина спирали L=30000/f, где f- частота сигнала (МГц);

— шаг спирали S= 0,24 L;

— диаметр витка D=0,31/L;

— диаметр провода спирали d ≈ 0,01L;

— диаметр отражателя 0,8 nS, где n- количество витков;

— расстояние до экрана H= 0,2 L.

Коэффициент усиления:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

Чашка отражателя изготавливается из алюминия.

Другие виды приемопередающей аппаратуры

Коническая и плоская спиральные антенны встречаются реже. Это связано с трудностью их изготовления, хотя они и имеют лучшие характеристики по диапазону передачи и приема сигнала. Излучение таких передатчиков формируется не всеми витками, а лишь теми, длина которых близка к длине волны.

В плоской антенне винтовая линия выполнена в виде свернутой в спираль двухпроводной линии. В этом случае соседние витки возбуждаются синфазно в режиме бегущей волны. Это приводит к тому, что создается поле излучения с круговой поляризацией в сторону оси антенны, позволяя создавать широкую полосу частот. Встречаются плоские антенны с так называемой спиралью Архимеда.

Это сложная форма позволяет существенно увеличить частотный диапазон передачи от 0,8 до 21 ГГц.

Сравнение спиральных и узконаправленных антенн

Основное отличие спиральной антенны от направленной заключается в том, что она меньше размером. Это делает ее более легкой, что позволяет производить монтаж с меньшими физическими усилиями. Ее недостатком является более узкий диапазон частот приема и передачи.

Также она имеет более узкую диаграмму направленности, что требует «поиска» лучшего положения в пространстве для удовлетворительного приема. Несомненное ее преимущество – простота конструкции.

Большим плюсом является возможность настраивать антенну при помощи изменения шага витка и общей длины спирали.

Укороченная антенна

Для лучшего резонанса в антенне нужно, чтобы «вытянутая» длина спиральной части как можно ближе была к значению длины волны. Но она не должна быть меньше ¼ длины волны (λ). Таким образом, λ может доходить до 11 м. Это актуально для КВ-диапазона. В этом случае антенна будет слишком длинной, что неприемлемо.

Одним из способов увеличить длину проводника является установка удлиняющей катушки у основания приемника. Еще один вариант — запитывание в цепь тракта тюнера. Его задача – согласование выходного сигнала передатчика радиостанций, с антенной на всех рабочих частотах. Если говорить понятным языком, то тюнер выступает в роли усилителя входящего сигнала с приемника.

Такая схема применяется в автомобильных антеннах, где очень важен размер элемента, принимающего радиоволну.

Заключение

Спиральные антенны получили большую популярность во многих областях радиоэлектронных коммуникаций. Благодаря им осуществляется сотовая связь. Также их применяют в телевидении и даже в дальней космической радиосвязи.

Одной из перспективных разработок по уменьшению габаритов антенны стало применение конусного рефлектора, позволяющего увеличить длину принимающей волны, по сравнению с обычным отражателем. Однако есть и недостаток, выраженный в уменьшении спектра рабочей частоты.

Также интересным образцом является «двухзаходная» коническая спиральная антенна, позволяющая работать в широком спектре частот, благодаря формированию изотропной диафрагмы направленности.

Источник: fb.ru

Источник: /monateka.com/article/265736/

Изготовление спиральной антенны для Wi-Fi из подручных средств — asp24.ru

Так сложилось, что на работе мы остались без Интернета, это и послужило стимулом для изготовления антенны. Основным критерием было достигнуть результата при минимальных затратах. Таким образом, в ход пошло всё то, что было под рукой.

А под рукой было: два Wi-Fi модема TP-Link, не кривые руки, желание и цель. Расстояние между потенциальными точками доступа составило около 700 метров в пределах прямой видимости. Стандартный Wi-Fi модем способен преодолеть только до ста метров.

Для увеличения коэффициента усиления, необходимо сфокусировать узконаправленный сигнал. Для этих целей идеально подходит спиральная антенна Джона Крауса (John Kraus) для частот в диапазоне от 2 до 5 ГГц. В беспроводных сетях, с использованием стандарта IEEE 802.

11b, также известного как Wi-Fi, используется частота 2.43 ГГц.

Спиральная антенна может быть описана как пружина с количеством витков N с отражателем. Окружность (C) витка составляет приблизительно длину волны (l), а дистанция (d) между витками составляет приблизительно 0.25C. Размер отражателя (R) составляет C или l и может иметь форму круга или квадрата.

Конструкция излучающего элемента вызывает круговую поляризацию (КП), которая может быть как право-, так и левосторонней (П и Л соответственно), в зависимости от того, как намотана спираль.

Для того, чтобы передать максимум энергии, обе антенны должны иметь одинаковую направленность поляризации, то есть намотаны в одну сторону.

Реализация для частоты 2.43 ГГц

 Для этих целей идеально подходит обычная сантехническая пластиковая труба с внешним диаметром 40 мм с учетом намотанного медного провода с изоляцией в 1 мм – это 42 мм (диаметр витка). Но мы собирали антенну из того, что под рукой, а под рукой имелись винипластовые стержни с наружным диаметром 35 мм. При этом диаметр витка выходит 37 мм, что так же не плохо.

Расчеты

Для пластиковой трубы с диаметром 40 мм

Окружность витка: 

• Для 2.5 км 12 витков достаточно (N=12).
• Длина трубы будет около 40 см (3.24 l).
• Размер отражателя (R) 42 не менее C или l – 14 см.

Для винипластового круглого стержня с диаметром 35 мм

Окружность витка:

• Длина трубы будет около 40 см (3.24 l).
• Размер отражателя (R) не менее C или l – 14 см.

Необходимые материалы:

• для отражателя использовался фольгированный гетинакс, но так же можно использовать любую медную или алюминиевую пластину любой толщины. Но не очень тонкую, т.к. отражатель является основной несущей базой антенны;
• медный одножильный провод не тоньше 1 мм в диаметре (нами использовался провод сечением в 1.5 квадрата) в ПХВ изоляции длинной около 1.5 м;
• круглый сердечник из винипласта диаметром 35 мм и длиной 40 см;
• полоска медной фольги для изготовления волнового генератора в виде треугольника. Размер малого катета 17 мм, длина гипотенузы 71 мм. Толщина не фиксированная, главное условие, что бы ее можно было обогнуть вокруг сердечника;
• для подключения коаксиального кабеля я использовал коннектор от старой сетевой 10 Мбит/с карты;
• крепления произвольные.

Процесс сборки

Для начала возьмем винипластовый сердечник. Нанесем на него разметку. Расстояние между метками, согласно нашим расчетам, должно быть 29 мм. Это расстояние между витками. Для выравнивания провода, я обычно использую один не хитрый способ. Зажав один конец провода в тиски, с силой натягиваем в струну за другой конец. Для того чтобы ровно уложить провод, я просверлил отверстие на крайней метке.

Диаметр отверстия равен диаметру провода с изоляцией, что позволит зафиксировать конец провода, вставив его в отверстие. После чего плотно наматываем провод на сердечник. Плавно растягиваем спираль и фиксируем с помощью клея витки на метках. В итоге должно получиться 12 витков с расстоянием в 29 мм. При использовании трубы в качестве сердечника, появляется проблема с креплением отражателя.

Возникает необходимость использовать дополнительные детали. В нашем случае сердечник из винипласта. Он легко крепится к отражателю с помощью обычного шурупа — самореза, длина которого около 50 мм. Я использовал шуруп со шляпкой под ключ, чтобы облегчить закручивание.

При отсутствии коннектора, коаксиальный кабель можно припаять напрямую. Экранирующий контакт припаиваем к пластине отражателя, а центральную жилу к волновому генератору. Роль волнового генератора будет у нас выполнять треугольная пластинка из медной фольги.

К тонкому углу генератора припаиваем кончик нашей спирали. Гипотенуза треугольника из медной фольги должна быть продолжением спирали.

Так как антенна будет установлена на открытом воздухе, рекомендуется залить места паек силиконом, а на сердечник надеть термоусадку с диаметром 50 мм.

Монтаж и настройка

Мною было изготовлено две одинаковые антенны. Одна была установлена на крышу дома, где иметься Интернет. Вторая антенна установлена на крыше служебного здания. Для достижения максимального эффекта обе антенны должны быть направлены друг на друга и находиться в прямой видимости.

В качестве точек доступа использовались Wi-Fi модемы TP-LINK. На обоих ТД установлен MOD Point to Point с указанием MAC-адреса другого модема.

Эта настройка установлена из соображений безопасности, дабы отсечь не санкционированные подключения к нашей сети (халявщиков с ноутбуками и смартфонами).

Если не боитесь мародеров, то рекомендую ставить Wi-Fi модем возле антенны. Можно закрепить его на тыльной стороне отражателя. Естественно, поместив его в герметичную упаковку. Связь модема с компьютером осуществить по кабелю витой пары (Ethernet). Максимально укоротив коаксиальный кабель, Вы уменьшите затухание сигнала. 

© x-drivers

Источник: /asp24.ru/sdelay-sam/izgotovlenie-spiralnoy-antenny-dlya-wi-fi-iz-podruchnyh-sredstv/

Спиральная WiFi антенна Helix

Спиральная антенна (Helix antenna) была изобретена еще в 1947 году основателем теории спиральных антенн Джоном Краусом. Конструкция такой wifi антенны имеет ряд преимуществ перед панельными антеннами, такие как маленькая парусность, легкость изготовления в сочетании с доступностью материалов и широкополосность.

WiFi антенна Helix имеет круговую поляризацию и в зависимости от направления намотки может быть право и левосторонней, поэтому важно помнить, что если мы делаем две wifi антенны для линка точка-точка, то намотку необходимо делать у обоих антенн в одинаковом направлении.

Такую антенну не рекомендуется ставить совместно с панельными, которые имеют горизонтальную и вертикальную поляризацию, что приведет к потере сигнала в 3db.

В сети попадались несколько озадаченных людей, которые применяли helix в качестве облучателя тарелок и не учли тот факт, что при отражении поляризация меняет направление, поэтому будьте внимательны.

Очень хочется собрать такую wifi антенну, тем более, что информации в сети достаточно, и в этой статье я постараюсь собрать из множества источников разные методы изготовления такой антенны своими руками. Самая распространенная конструкция хеликса на 2,4Ггц собирается на обычной ПВХ трубе диаметром 40мм, которую можно приобрести в любом магазине сантехники. Вот список необходимых деталей:

  — односторонний текстолит или любая металлическая пластина 13х13см
  — пластиковая труба диаметром 40мм
  — медный провод сечением 2мм в диаметре
  — клей, изолента
Для начала давайте определимся с исходными данными нашей будущей wifi антенны. Делать мы будем 24-х витковый хеликс, а центральную частоту для расчета возьмем равной 2437Мгц (шестой канал wifi диапазона).

Берем провод, желательно без изоляции и мотаем на трубу по разметке, причем последний виток должен заканчиваться точно, как бы являясь продолжением первого. Хотя эта wifi антенна и прощает “кривые руки”, я настоятельно рекомендую делать все аккуратно и по возможности точно. После того как намотали провод, фиксируем концы изолентой и приклеиваем каждый виток к трубе. Теперь нужно вырезать рефлектор, который может быть как квадратной, так и круглой формы размером 13х13см (диаметр 13см). Рассчитываем место установки разъема, просверливаем, прикручиваем. Можно обойтись и без разъема, просто высверлив дырку под кабель. Как прикрепить рефлектор к трубе каждый решает сам, я дам лишь общее направление, фото ниже.

Входное сопротивление антенны Helix составляет 120-170 Ом и чтобы согласовать с нашим 50Ом кабелем нам необходимо добавить линию согласования, которая представляет собой прямоугольный треугольник со сторонами 17 и 71мм. Вырезаем треугольник, укладываем на трубу так, что гипотенуза это продолжение витка и припаиваем зауженной стороной к спирали а широкой к разъему.

Все, антенна готова, теперь можно заняться эстетикой, обмотав изолентой или обтянуть термоусадкой. Такая антенна без труда покроет видимое расстояние в 2-5 километров.

Напоследок хочется обратить внимание на то, как все же правильно делать такую антенну.
Я советую отказаться от пластиковой трубы, которая вносит свой коэффициент укорочения и потери на ВЧ, но антенна в силу своей широкополосности прощает нам и это. Для примера на фото более “правильные” антенны.

Обращаю ваше внимание, что антенна получилась не короткозамкнутая, поэтому стоит уделить внимание защите от статики.
Как говорилось ранее, антенна обладает высоким входным сопротивлением, почему мы и применяли линию согласования на последнем витке. Существует несколько способов согласования, некоторые из них, я думаю будут интересны моим читателям. Все подробности на фото ниже.

Источник: /WiFicenter.ru/spiralnaya-wifi-antenna-helix/

Спиральная антенна своими руками: сборка и расчёты

Считается, что спиральная антенна характеризуется круговой поляризацией, но мнение ошибочно. В действительности структура витков такова, что принимаются волны и с линейной поляризацией. Это удобно, когда присутствует возможность работать на любой структуре волны.

И спиральные антенны используются как облучатель зеркал на спутнике. Для радиолюбителей недостаток в том, что волна с линейной поляризацией ослабляется на три децибела, как известно, в радио и телевещании другого не используется.

В стране спиральный облучатель уместен лишь для ловли НТВ+ со спутника, там метод не используется. Ряд специальных применений указанных антенн обсуждать не станем. Впрочем, запросы по теме встречаются в сети.

Конструкция спиральной антенны

Спиральная антенная напоминает инфракрасный обогреватель специфической конструкции. В СССР военные заводы выпускали приборы бытового назначения. Отсюда сходство параболических тарелок и обогревателей. Для сборки понадобится узнать диаметр и шаг намотки проволоки, количество витков. Из материалов понадобятся:

1. Стальной лист для экрана, произвольной толщины, чтобы не гнулся от ветра и прочих коллизий.
2. Отрез проволоки, чтобы хватило намотать витки с запасом.
3. Питающий кабель: для телевидения 75 Ом, для радио 50 Ом.
4. Труба пластиковая нужного диаметра.

Спиральные антенны относятся к классу бегущей волны, сопротивление устройств велико, чтобы, правильно рассчитав устройство, подключить без согласования. Сначала размечается труба, с запасом, чтобы удалось воткнуть в экран и приклеить.

Вдоль оси (лучше с двух сторон) размечается шаг намотки. В будущем риски используются для выравнивания. Отступите спереди пару-тройку сантиметров, начинайте работать маркером.

Обратите внимание, что с обратной стороны виток смещается ровно на полшага.

Спираль наматывается на трубу без учета шага, с нужным числом витков. В дальнейшем, начиная с первой риски, нужно растянуть проволоку правильным образом. Чтобы не происходило смещения в дальнейшем, следует правильное положение зафиксировать каплями клея. Примерно по три-четыре на виток. Тем временем изготовим экран.

Для электрической сборки следует в области окончания спирали (основание трубы) просверлить отверстие и проволоку пропустить внутрь. За экраном в боковине проделываем дополнительную дыру, куда пропускаем оплетку питающего кабель.

Электрически центральная жила соединяется со спиралью, экран фидера с экраном антенны. Образуется конструкция для приема и передачи волн.

Труба со стальным экраном соединяются клеем-герметиком по уголку, чтобы обеспечить строгую перпендикулярность деталей. Ключевые моменты:

• Спираль и экран изготавливаются из проводящего материала, к примеру, меди.
• Труба из диэлектрика.

Спиральные антенны хороши способностью ловить любой тип волны, используемый в наземном вещании. Однако для ловли радио следует ось направить вверх, экран же расположится горизонтально. Устройству присущи ярко выраженные направленные свойства, не ждите, что получится охватить ряд вышек из одной точки. Не так просто. Диаграмма направленности зависит от габаритов спиральной антенны и сильно:

1. Если длина витка много меньше длины волны, преобладает боковое излучение, поперек оси антенны. Причем поляризация не круговая.
2. В идеальном случае длина витка укладывается в рамки 0,75 — 1,3 длины волны. В этом случае наблюдаем главный лепесток диаграммы направленности, смотрящий вперед. Разумеется, необходим экран.
3. Если длина спирали больше 1,5 длины волны, образуется два лепестка, направленных в переднюю полуплоскость. Точнее говоря, получается нечто, напоминающее конусную поверхность.

Косвенно (по второму пункту) читатели уже составили представление о диапазоне. В два раза полосу расширим, применяя не цилиндрическую, а конусную спираль (коническая спиральная антенна). Рекомендуем онлайн калькулятор на сайте /aerial.dxham.ru/onlajn-raschety/raschety-antenn/raschet-spiralnoj-antenny. Здесь предлагается задать частоту, шаг намотки спирали и длину излучателя:

• От длины намотки спирали зависит ширина главного лепестка диаграммы направленности. Варьируйте число витков и наблюдайте за параметром (находится в низу страницы калькулятора). Едва приметно меняется диаметр намотки спирали. Этому нет объяснения, создателям калькулятора виднее. Разумеется, понадобится больше меди, что отражается в соответствующих параметрах.
• Добавим, что с увеличением длины растет и усиление. Это типичный эффект: сужается лепесток – растет усиление. Площадь диаграммы направленности — величина постоянная. Как говорил Ломоносов, если в одном месте чего прибудет, в другом непременно убыть должно. Заметьте, что с ростом витков едва приметно падает ширина полосы пропускания.
• От шага намотки зависит усиление: чем больше цифра, тем ниже усиление, тем уже диаграмма направленности. На наш взгляд это ошибка авторов, потому что выходит, что выгоднее мотать плотно. Вдобавок проволоки уйдет меньше. Показаны исключительно преимущества, на практике подобное выглядит сомнительно.

Из полезных свойств этого онлайн калькулятора хотелось бы отметить расчет минимального размера экрана. А насчет шага уточните в справочниках, чем и займемся. Кстати, любопытен факт, что по умолчанию на сайте сразу стоит частота WiFi 2,45 ГГц. Здесь сегодня спиральные антенны часто применяются.

Самодельная спиральная антенна

Нашли: усиление зависит только от числа витков. Шаг намотки рекомендуется выбирать 0,22 – 0,24 длины волны. На сайте это значение задаем в широких пределах. Предлагаем читателям выбрать шаг, варьируя число витков. Случается, что в отдельных калькуляторах встречаются ошибки, точной информацией владеет лишь веб-программист.

Кстати, в новом источнике сведения приведены, что экран размещается позади спирали на расстоянии 0,12 длины волны. При этом добавляется, что если диаметр экрана выбирается равным 0,8 длины волны и более, сторона квадрата еще больше: 1,1 λ. Ситуация не настолько очевидна, но представьте, что круг обязан вписаться внутрь — все встает на места.

Что касается согласования, сопротивление спиральной антенны сильно зависит от толщины проволоки и с ростом уменьшается. Возможно добиться цифры, равной 75 и даже 50 Ом. В данном случае согласования не требуется, что упрощает эксплуатацию.

На высоких частотах это работает. К примеру, волновое сопротивление станет равным 75 Ом при толщине проволоки 5% длины волны. Получая 50 Ом, следует взять толщину проволоки 7% длины волны.

Видите, что на частотах WiFi это реально, а значит, рассчитаем параметры так, избегая согласования.

Обратите внимание, в калькуляторе не дается возможности задать толщину провода, а с имеющимся волновое сопротивление равно 140 Ом. Вероятно, это профессиональная хитрость, по нашим сведениям кабель должен быть на 50 Ом на частотах WiFi. Зато легко проверить, выполняется ли зависимость от толщины провода. Приведем таблицу и сравним результат.

Итак, частота составляет 2450 МГц, находим длину волны по простой формуле:

λ = 299 792 458 / 2450 000 000 = 0,1223 метра.

Находим нужный диаметр провода для сопротивления 140 Ом:

0,1223 х 0,02 = 2,45 мм, проверим, совпадает ли это с онлайн калькулятором! Смотрим и видим: 2,4. Ну, если учесть, что без округления получилось 2,447 мм, то будем считать, что два источника повторяют друг друга, а значит указаниям по выбору шага намотки (см. выше) можно поверить.

На этом считаем, что самодельная спиральная антенна готова, а также найдем толщину проволоки, при которой сопротивление станет равным 50 Ом: получается 8,5 мм. Причём на указанной высокой частоте сложно обеспечить требуемые условия.

Что касается нестыковок в калькуляторе, проверяйте читаемую в интернете техническую информацию несколько раз. Считаем, что ответили на вопрос, что такое спиральная антенна, и как сделать спиральную антенну.

Плюс конструкции в простоте изготовления, если патчи нужно просчитывать, согласовывать, и не факт, что получится, здесь имеется неплохое устройство, удовлетворяющее заданным условиям, отсеивающее массу помех.

С обеих сторон (на прием и передачу) стоят одинаковые антенны, чтобы работать с круговой поляризацией, в противном случае результат станет загадочно-непредсказуемым. Спиральная антенна, собранная самостоятельно — реальность.

Источник: /bez-tebya.ru/bytovaya-texnika/spiralnaya-antenna-svoimi-rukami-sborka-i-raschyoty