Một tín hiệu chứa thông tin hữu ích có thể được tạo ra bằng cách sử dụng bộ tạo. Sức mạnh của nó có thể được tăng lên với sự trợ giúp của một bộ khuếch đại và được truyền qua một khoảng cách đáng kể đến một người trao đổi khác. Tín hiệu được truyền bởi một ăng-ten.
Ăng-ten là thiết bị chuyển đổi sóng điện từ thành tín hiệu điện ở một tần số nhất định trong đường truyền nhận, cũng như chuyển đổi ngược lại trong đường truyền.
Có nhiều loại anten. Ví dụ, chúng có thể được phân loại theo thiết kế hoặc theo nguyên tắc hoạt động. Trong trường hợp thứ hai, ăng ten điện và ăng ten từ được phân biệt. Cái trước được điều khiển bởi thành phần điện của trường điện từ (sau đây gọi là EMF), và cái sau, tương ứng, bởi từ trường.
Bài viết này sẽ tập trung vào ăng-ten từ tính, thiết kế của nó cũng như nguyên lý hoạt động.
Sóng radio
Tất cả các ăng-ten đều hoạt động với một dải sóng nhất định. Sóng có thể được phân loại theo độ dài hoặc theo tần số. Cần lưu ý rằng độ dài tỷ lệ nghịch với tần số.
Sau đây là bảng tương ứng giữa các loại sóng vô tuyến và các thông số về độ dài và tần số của chúng.
| Loại sóng | Bước sóng, m | Tần suất |
|
Cực dài |
105-104 | 3-30 kHz |
| Dài | 104-103 | 30-300 kHz |
| Trung bình | 103-102 | 300 kHz - 3 MHz |
| Ngắn | 100-10 | 3-30 MHz |
| Mét | 10-1 | 30-300MHz |
| Decimeters | 1-0, 1 | 300 MHz - 3 GHz |
| Centimet | 0, 1-0, 01 | 3-30GHz |
| Milimet | 0, 01-0, 001 | 30-300GHz |
Thường thì tên sóng được thay thế bằng tên dải. Ví dụ, dải sóng ngắn được gọi là dải HF.
Các sóngMét, decimet, centimet và milimet được bao gồm trong dải VHF - sóng siêu ngắn. Các thiết bị hoạt động với sóng decimeter được gọi là ăng-ten UHF (sau đây gọi là - tương tự).
Đơn
Loại ăng-ten đáp ứng với thành phần từ trường củaứng dụng trong bất kỳ loại hình công nghiệp nào do kích thước nhỏ và đặc tính truyền - nhận. Thiết kế của chúng thường thực sự rất đơn giản và là một ăng-ten hình que (thường được sử dụng làm ăng-ten cho ô tô), nhỏ so với, ví dụ, ăng-ten logarit. Loại ăng-ten thứ hai thường được tìm thấy trong các tòa nhà dân cư, nơi chúng cung cấp các chương trình phát sóng truyền hình.
Ưu điểm chính của ăng-ten từ tính là khả năng chống nhiễu điện. Thực tế thứ hai cho phép chúng được sử dụng ở bất kỳ thành phố nào có nồng độ tín hiệu điện cao.
Thiết kế
Ăng-ten từ tính đơn giản nhất chứa:
- lõi;
- cuộn cảm;
- khung cuộn.
Một khung được đặt trên lõi và một cuộn cảm được quấn trên khung.
Lõi của một ăng-ten như vậy được làm bằng vật liệu từ tính. Thông thường nhất là từ ferit, có tính chất từ tính tốt, sẽ được thảo luận ở phần sau.
Cuộn dây được làm bằng vật liệu dẫn điện như đồng, trong khi khung được làm bằng vật liệu cách điện để tránh các tiếp xúc không cần thiết giữa các vòng của cuộn dây và lõi.
Trên thực tế, hóa ra ăng-ten từ tính là một thiết bị ngắt điện điển hình, quen thuộc với mọi nghiệp dư về radio hoặc những người thậm chí có liên quan gián tiếp đến điện tử.
Lý thuyết trường
Để hiểu nguyên lý hoạt động của một ăng-ten như vậy, bạn nên nhắc lại những điều cơ bảnthông tin về mọi thứ liên quan đến việc truyền tín hiệu ở khoảng cách xa.
Thứ nhất, trường điện từ, như tên gọi của nó, bao gồm hai thành phần - từ trường và điện, liên kết chặt chẽ với nhau và mặt phẳng của những trường này (nếu chúng ta nói chuyện, bỏ qua các chi tiết thuật ngữ) vuông góc với nhau.
Thứ hai, hướng truyền của trường này được xác định bởi vectơ vận tốc, vuông góc với cả vectơ cường độ điện (cảm ứng) và vectơ cường độ từ (cảm ứng) trong không gian ba chiều.
Tại sao có thể thay vectơ cường độ bằng vectơ cảm ứng? Bởi vì các giá trị của các tham số này đều đặc trưng cho trường của loại này hay loại khác và tỷ lệ với nhau.
Nguyên lý hoạt động của anten chữ L
Dao động (chúng được truyền bởi ăng-ten) được phát ra bởi bất kỳ vật nào: cả thanh gỗ và dây kim loại. Sự khác biệt duy nhất là kim loại dẫn điện tốt hơn, do đó, các rung động phát ra từ dây dẫn dễ nhận thấy hơn.
Vì vậy, ăng ten đơn giản nhất có thể được lắp ráp từ một mảnh gia cố. Nó sẽ bật ra ăng-ten hình chữ L quen thuộc với mọi người. Dưới tác dụng của điện từ trường, một suất điện động được cảm ứng trong phần ứng, về mặt nào đó (bỏ qua các chi tiết lý thuyết) là nguyên nhân gây ra dao động, cũng như là cơ sở để khuếch đại tín hiệu.
Kim loại là vật liệu có tính chất dẫn điện tốt. Đó là lý do tại sao một suất điện động (EMF) được cảm ứng trong phần ứng. Do đó,ăng ten hình chữ L của thành phần điện trường được điều khiển.
Nguyên lý hoạt động của anten phản ứng với từ trường
Về mặt logic, nếu ăng ten kim loại hình chữ L phản ứng với thành phần điện của trường, thì ăng ten từ sẽ phản ứng với thành phần từ của trường điện từ. Vì thực tế, thiết bị có tên.
Tất nhiên, một ăng-ten có thể được làm từ một mảnh dọc của một nam châm, nhưng sẽ hiệu quả hơn nếu tạo cho vật liệu này hình dạng của một khung.
Trong thiết kế này, từ trường cũng sẽ tạo ra EMF, nhưng là một biến số. Ăng-ten sẽ biến thành một cuộn cảm, trong đó năng lượng EMF được chuyển thành năng lượng điện (đây là nhiệm vụ chính của ăng-ten).
Giá trị của EMF cảm ứng trong khung phụ thuộc vào vị trí của cấu trúc so với mặt phẳng trường. EMF là cực đại nếu mặt phẳng của các cuộn dây của kết cấu hướng đến trạm hoạt động với tín hiệu. Nếu bạn xoay ăng-ten quanh trục thẳng đứng (chế độ xem trên), thì trong một vòng quay nó sẽ có hai cực đại và hai cực tiểu (giá trị bằng không) của EMF.
Dạng bức xạ của một ăng-ten như vậy sẽ ở dạng vô cực hoặc hình số tám.
Mẫu bức xạ là một biểu diễn đồ họa của sự phụ thuộc của độ lợi vào hướng của ăng-ten trong một mặt phẳng nhất định.
Gain là một giá trị được tính bằng tỷ số giữa giá trị của tín hiệu đầu ra và giá trị của tín hiệu đầu vào. Ví dụ, tỷ lệ giữa công suất đầu ra và đầu vàonguồn hoặc điện áp đầu ra cho đầu vào.
Yếu tố định hướng đặc trưng cho khả năng của ăng-ten hướng tín hiệu đến một điểm cụ thể. Ví dụ, đối với ăng-ten chân cắm dùng làm ăng-ten cho ô tô, hệ số này ở mức thấp. Nó phát ra một làn sóng hình xuyến theo mọi hướng. Nhưng đối với các ăng-ten định hướng như log-tuần hoàn hoặc phản xạ, hệ số này cao hơn nhiều.
Ăng-ten ở dạng khung cũng có khả năng định hướng tốt. Thuộc tính này cho phép sử dụng các thiết bị đó trong các thiết bị đặc biệt như thiết bị săn cáo.
Tính năng thiết kế
Độ lớn của EMF cảm ứng phần lớn được xác định bởi kích thước của ăng-ten. Ngay cả khi số lượng vòng quấn trên nó là đáng kể, thì với kích thước nhỏ, giá trị EMF sẽ vẫn không đủ cho hoạt động của một số bộ thu nhất định.
Nhưng nếu bạn đưa lõi ferit vào bên trong ăng-ten từ tính, giá trị EMF sẽ tăng lên đáng kể. Lõi sẽ góp phần đóng nhiều đường sức hơn trên chính nó, tức là nhờ lõi, trường sẽ tập trung vào ăng-ten, tạo ra từ thông mạnh hơn và tạo ra EMF đáng kể.
Lõi vật liệu từ tính
Để hiểu nên lắp lõi từ tính nào trong ăng-ten, bạn cần nghiên cứu thông số từ thẩm, cho biết từ trường trong một vật liệu cụ thể mạnh hơn từ trường bên ngoài bao nhiêu lần.
Tỷ lệ càng caođộ thẩm thấu, vật liệu từ tính càng tập trung trường càng tốt.
Lõi của anten thu từ thường có tiết diện hình chữ nhật hoặc hình tròn. Thứ nhất, vì tính dễ sản xuất. Thứ hai, do các lõi có hình dạng này tập trung các đường sức từ vào chính chúng tốt hơn.
Thực tế cuối cùng ảnh hưởng đến một thông số như độ từ thẩm hiệu quả. Nó có thể không trùng với độ từ thẩm ban đầu, thường được chỉ ra trong tài liệu về lõi. Tuy nhiên, hiệu quả thẩm thấu phụ thuộc vào độ thẩm thấu ban đầu.
Vì vậy, khả năng thẩm thấu hiệu quả của lõi phụ thuộc vào các chỉ số sau:
- kích thước cốt lõi;
- hình dạng lõi;
- từ tính ban đầu của vật liệu mà từ đó lõi này được tạo ra.
Ví dụ: nếu chúng ta xem xét các lõi có cùng diện tích mặt cắt ngang nhưng chiều dài khác nhau, thì mẫu có chiều dài lớn hơn sẽ có giá trị thấm hiệu quả lớn hơn.
Nhân tiện, ví dụ, sự phụ thuộc của độ thấm hiệu quả vào chiều dài của lõi ferit là phi tuyến tính. Lên đến một giá trị nhất định của chiều dài lõi, độ thấm tăng lên đối với hầu hết các loại ferit, nhưng sau đó một số chúng đi vào trạng thái bão hòa và ngừng tăng trưởng. Ví dụ, các sản phẩm có nhãn hiệu 1000НН, 600НН và 400НН không bị bão hòa trong một thời gian dài, không giống như 100НН và 50ВЧ. Đây là điều quan trọng cần cân nhắc khi tạo ăng-ten tự chế.
Hiệu suất ăng-ten
Hiệu quả của ăng-ten thu phản ứng với từ trường,có liên quan trực tiếp đến chiều cao thực tế. Đây là độ cao của điểm mà từ đó dao động do ăng-ten phát ra, trên một điểm nhất định trên bề mặt trái đất.
Chiều cao thực tế ảnh hưởng đến EMF được tạo ra trong ăng-ten. Theo đó, giá trị của nó càng cao, EMF càng lớn, thì ăng-ten có thể nhận được tín hiệu yếu hơn.
Điều gì xác định độ cao hiệu dụng của ăng-ten đáp ứng với thành phần từ tính của EMF?
- Từ độ thẩm thấu hiệu quả.
- Diện tích phần của lõi.
- Số vòng cuộn dây.
- Chiều dài của cuộn dây tạo nên chính cuộn dây đó.
- Đường kính quanh co.
- Bước sóng hoạt động.
Chiều cao hiệu dụng của ăng-ten sẽ càng cao, bốn thông số đầu tiên của danh sách trên càng lớn, cũng như sự khác biệt giữa đường kính của lõi ăng-ten và dây quấn càng nhỏ. Bước sóng càng ngắn thì chiều cao cũng tăng lên.
Cuộn dây anten
Từ dữ liệu trên, chúng ta có thể kết luận về tầm quan trọng của ảnh hưởng của cuộn cảm đối với đặc tính thu và phát của bất kỳ ăng-ten nào (ví dụ: ăng-ten từ trường HF) phản ứng với từ trường.
Chất lượng cuộn cảm càng cao thì ăng ten hoạt động càng tốt. Thông số chất lượng của cuộn dây được ước tính bằng cách sử dụng hệ số chất lượng của nó. Hệ số chất lượng là một tham số được tính bằng tỷ số giữa điện trở của cuộn dây với điện trở xoay chiều với điện trở của phần tử cảm ứng với điện một chiều.
Điện trở của cuộn dây xoay chiều phụ thuộc vào cả haiđộ tự cảm của cuộn dây và tần số của dòng điện. Để tăng hệ số chất lượng của cuộn dây và cùng với đó là các đặc tính truyền-nhận của ăng-ten phản ứng với từ trường, bạn có thể thay đổi điện trở của nó thành dòng điện một chiều. Ví dụ: để tăng đường kính của các vòng tạo thành của cuộn dây hoặc chính dây dẫn mà từ đó nó được quấn.
Ăng-ten FM
Đây là một loại ăng-ten phản ứng với từ trường. Sóng FM là tín hiệu ở tần số từ 88 đến 108 MHz.
Để thực hiện thiết kế này, bạn sẽ cần:
- ốc vít mà ăng-ten sẽ được lắp đặt trên đó (ví dụ: một đường ống);
- lõi ferit có thể được đặt trên cấu trúc (trên đường ống);
- dây đồng để quấn và tiếp điểm;
- chân kết nối để kết nối ăng-ten với thiết bị thu sóng;
- lá đồng.
Trước khi quấn cuộn dây, cần phải cách ly nó khỏi lõi bằng băng dính điện hoặc giấy quấn quanh ferit. Sau đó, một lớp giấy bạc được đặt trên lớp cách nhiệt. Ví dụ, nó chồng lên nhau một đoạn 1 cm và được cách ly trong khu vực chồng chéo bằng cách sử dụng cùng một băng dính điện. Đây là cách màn hình ăng ten FM được tạo ra, trên đó 25 vòng được quấn lại, tạo thành một cuộn dây, với các dây dẫn ở các vòng thứ 7, 12 và 25.
Từ trên cao, cuộn dây được bao phủ bởi một màn hình giấy bạc tương tự. Màn hình - bên ngoài và bên trong - được kết nối với nhau.
Các đầu của dây quấn phải được bố trí trong các tiếp điểm kết nối. Kết luận từ lượt thứ 12 và 25 phải được kết nối với đầu thu, và từ lượt thứ 7 - xuống đất.
Vòng Antenna
Với sự trợ giúp của cáp đồng trục và một vài phụ kiện, bạn có thể tạo ra ăng-ten này, có thể hoạt động với các dải tần số khác nhau. Tất cả phụ thuộc vào kích thước của cấu trúc. Trên cơ sở thiết bị này, bạn có thể tạo một ăng-ten UHF.
Nó có thể được sử dụng để truyền tín hiệu trong khoảng cách lên đến 80 m và ưu điểm của nó là dễ sản xuất và lắp đặt cũng như độ ổn định truyền tín hiệu cao.
Bạn cần những vật liệu gì để làm ra một ăng-ten vòng?
- Cáp đồng trục.
- Thanh gỗ.
- Một tụ điện có điện dung 100pF.
- Đầu nối đồng trục.
Để anten hoạt động ổn định, cần phải đảm bảo tính ổn định của tụ điện, tức là cách ly khỏi các tác động cơ học, thời tiết và các ảnh hưởng khác.
Ăng-ten là một vòng cáp nối với tụ điện. Nó có thể hoạt động với nhiều dải tần số. Ví dụ, với băng tần HF. Diện tích của vòng lặp càng lớn (càng tốt nếu là vòng), thì độ phủ của tín hiệu thu được càng lớn.
Thiết kế được gắn trên một giá đỡ bằng gỗ làm bằng các thanh. Làm thế nào để kết nối một ăng-ten? Với đầu nối đồng trục được kết nối với dây đầu ra.
Ngoài ra, một máy biến áp phù hợp đôi khi được bao gồm trong mạch.
Tiêu chuẩn GSM
Dựa trên một ăng-ten phản ứng với sóng từ trường, các thiết bị được tạo ra để nhận tín hiệu theo tiêu chuẩn GSM,được sử dụng trong liên lạc di động.
Nhiều nhà đài nghiệp dư lắp ráp ăng-ten GSM từ tính một cách độc lập và lắp đặt chúng ở nơi tín hiệu di động kém nhận được. Ví dụ: trong dachas.
Một ăng-ten để làm việc với tiêu chuẩn giao tiếp GSM có thể được làm bằng ống nước nhựa, sợi thủy tinh lá một mặt (độ dày - 1,5-2 mm, chiều rộng - 10 mm) và dây đồng (đường kính - 1,5-2, 5 mm).
Định dạng ăng-ten là log-tuần hoàn. Một ăng-ten tự chế như vậy có độ lợi cao và dạng bức xạ hẹp.
Tiếp theo, bạn cần kết nối bộ rung anten (dây cắt) với các dây thu (hai dải sợi thủy tinh). Bộ rung phải được hàn vào từng dây thu, và sau đó các dây được kết nối với nhau bằng cáp đồng trục. Các đường được cố định trên một ống nhựa.
Làm thế nào để kết nối loại ăng-ten này? Ổ cắm cáp có thể được kết nối với tải dưới dạng thiết bị TV.
Kết
Vì vậy, không khó để lắp ráp ăng-ten của riêng bạn đáp ứng với thành phần từ tính của EMF. Chỉ cần tuân theo tất cả các khuyến nghị được mô tả ở trên và tính đến các đặc tính điện từ của các vật liệu khác nhau là đủ.
Hơn nữa, không cần kiến thức đặc biệt nào để tạo ra một cấu trúc như vậy. Thông tin cơ bản về các quá trình vật lý xảy ra trong các phần tử khác nhau, chẳng hạn như cuộn cảm, là đủ.
