آنتن مغناطیسی: دستگاه، اصل کار، هدف

2024 نویسنده: Trinity Chesterton | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-16 14:56

یک سیگنال حاوی اطلاعات مفید را می توان با استفاده از یک ژنراتور ایجاد کرد. توان آن را می توان با کمک یک تقویت کننده افزایش داد و در فاصله قابل توجهی به یک خبرنگار دیگر منتقل کرد. سیگنال توسط یک آنتن منتقل می شود.

آنتن وسیله ای است که موج الکترومغناطیسی را به سیگنال الکتریکی در فرکانس معینی در مسیر دریافت و همچنین تبدیل معکوس در مسیر انتقال را تبدیل می کند.

انواع زیادی آنتن وجود دارد. آنها را می توان بر اساس طراحی یا بر اساس اصل عملیات طبقه بندی کرد. در مورد دوم، آنتن های الکتریکی و مغناطیسی متمایز می شوند. اولی توسط جزء الکتریکی میدان الکترومغناطیسی (که از این پس به عنوان EMF نامیده می شود) و دومی به ترتیب توسط یک میدان مغناطیسی کنترل می شوند.

این مقاله بر روی آنتن مغناطیسی، طراحی آن و همچنین اصل عملکرد تمرکز خواهد کرد.

امواج رادیویی

همه آنتن ها با طیف خاصی از امواج کار می کنند. امواج را می توان بر اساس طول یا فرکانس طبقه بندی کرد. لازم به ذکر است که طول با فرکانس نسبت معکوس دارد.

در زیر جدولی از مطابقت بین انواع امواج رادیویی و پارامترهای طول و فرکانس آنها آمده است.

نوع امواج	طول موج، m	فرکانس
خیلی طولانی	105-104	3-30 کیلوهرتز
طولانی	104-103	30-300 کیلوهرتز
میانگین	103-102	300 کیلوهرتز - 3 مگاهرتز
کوتاه	100-10	3-30 مگاهرتز
متر	10-1	30-300MHz
دسیمتر	1-0، 1	300 مگاهرتز - 3 گیگاهرتز
سانتی متر	0, 1-0, 01	3-30GHz
میلی متر	0, 01-0, 001	30-300GHz

اغلب نام موج با نام محدوده جایگزین می شود. به عنوان مثال، باند موج کوتاه باند HF نامیده می شود.

امواج متر، دسی متر، سانتی متر و میلی متر در محدوده VHF - امواج فوق کوتاه گنجانده شده است. دستگاه‌هایی که با امواج دسی‌متری کار می‌کنند، آنتن‌های UHF نامیده می‌شوند (از این پس به قیاس)

برنامه

نوع آنتن هایی که به مولفه مغناطیسی میدان پاسخ می دهند، گسترده است.کاربرد در هر صنعتی به دلیل ابعاد کوچک و خاصیت گیرنده-انتقال. طراحی آنها اغلب بسیار ساده است و یک آنتن میله ای است (اغلب به عنوان آنتن برای ماشین استفاده می شود) که در مقایسه با آنتن های لگاریتمی مثلاً کوچک است. نوع دوم آنتن اغلب در ساختمان های مسکونی یافت می شود، جایی که آنها پخش تلویزیونی را ارائه می دهند.

مزیت اصلی آنتن های مغناطیسی مصونیت در برابر تداخل الکتریکی است. واقعیت اخیر به آنها اجازه می دهد تا در هر شهری که غلظت سیگنال های الکتریکی زیاد است استفاده شود.

طراحی

ساده ترین آنتن مغناطیسی شامل:

• هسته؛
• القاء;
• قاب سیم پیچ.

یک قاب روی هسته قرار می گیرد و یک سلف روی قاب پیچیده می شود.

هسته چنین آنتنی از مواد مغناطیسی ساخته شده است. اغلب از فریت، که خواص مغناطیسی خوبی دارد، که بعداً مورد بحث قرار خواهد گرفت.

سیم پیچ از مواد رسانا مانند مس ساخته شده است، در حالی که قاب از یک ماده عایق ساخته شده است تا از تماس های غیر ضروری بین پیچ های سیم پیچ و هسته جلوگیری کند.

در واقع، معلوم می شود که آنتن مغناطیسی یک خفه معمولی است که برای هر آماتور رادیویی یا شخصی حتی به طور غیرمستقیم با الکترونیک مرتبط است آشنا است.

نظریه میدان

برای درک اصل عملکرد چنین آنتنی، باید موارد اساسی را تکرار کنیداطلاعات در مورد همه چیز مربوط به انتقال سیگنال از راه دور.

اول اینکه میدان الکترومغناطیسی همانطور که از نامش پیداست شامل دو جزء مغناطیسی و الکتریکی است که به طور جدایی ناپذیری به هم مرتبط هستند و صفحات این میدان ها (اگر صحبت کنیم، جزییات اصطلاحی را حذف کنیم) بر یکدیگر عمود هستند.

ثانیاً جهت انتشار این میدان با بردار سرعت مشخص می شود که هم بر بردار شدت الکتریکی (القایی) و هم بر بردار شدت مغناطیسی (القایی) در فضای سه بعدی عمود است.

چرا می توان بردار شدت را با بردار القایی جایگزین کرد؟ زیرا مقادیر این پارامترها به طور مساوی میدان یک نوع یا دیگری را مشخص می کنند و با یکدیگر متناسب هستند.

اصل عملکرد آنتن L شکل

نوسانات (آنها توسط آنتن منتقل می شوند) توسط هر جسمی ساطع می شوند: هم یک چوب چوبی و هم یک سیم فلزی. تنها تفاوت این است که فلز الکتریسیته را بهتر هدایت می کند، بنابراین ارتعاشات ساطع شده از سیم بیشتر قابل توجه است.

بنابراین، ساده ترین آنتن را می توان از یک قطعه تقویت کننده مونتاژ کرد. آنتن L شکل برای همه آشنا خواهد شد. تحت تأثیر میدان الکترومغناطیسی، نیروی حرکتی الکتریکی در آرمیچر القا می شود که به نوعی (با حذف جزئیات نظری) علت نوسانات و همچنین مبنای تقویت سیگنال است.

فلز ماده ای با خواص الکتریکی خوب است. به همین دلیل است که نیروی الکتروموتور (EMF) در آرمیچر القا می شود. در نتیجه،آنتن L شکل جزء الکتریکی میدان کنترل می شود.

اصل عملکرد آنتنی که به میدان مغناطیسی پاسخ می دهد

منطقاً، اگر آنتن فلزی L شکل به جزء الکتریکی میدان پاسخ دهد، آنتن مغناطیسی به جزء مغناطیسی میدان الکترومغناطیسی پاسخ می دهد. به همین دلیل، دستگاه نام خود را گرفت.

البته یک آنتن را می توان از یک قطعه طولی فرومغناطیس ساخت، اما کارآمدتر است که به این ماده شکل یک قاب داده شود.

در این طرح، میدان مغناطیسی یک EMF اما یک متغیر ایجاد می کند. آنتن به یک سلف تبدیل می شود که در آن انرژی EMF به انرژی الکتریکی تبدیل می شود (این وظیفه اصلی آنتن است).

مقدار EMF القایی در قاب به موقعیت سازه نسبت به صفحه میدان بستگی دارد. اگر صفحه سیم پیچ های سازه به ایستگاهی که با سیگنال کار می کند هدایت شود، EMF حداکثر است. اگر آنتن را حول محور عمودی (نمای بالا) بچرخانید، در یک چرخش دو ماکزیمم و دو حداقل (مقدار صفر) EMF خواهد داشت.

الگوی تابش چنین آنتنی به شکل بی نهایت یا عدد هشت خواهد بود.

الگوی تابش یک نمایش گرافیکی از وابستگی بهره به جهت آنتن در یک صفحه خاص است.

Gain مقداری است که به عنوان نسبت مقدار سیگنال خروجی به مقدار سیگنال ورودی محاسبه می شود. مثلاً نسبت توان خروجی به ورودیبرق یا ولتاژ خروجی به ورودی.

فاکتور جهتی توانایی آنتن را برای هدایت سیگنال به یک نقطه خاص مشخص می کند. به عنوان مثال، برای یک آنتن پین که به عنوان آنتن خودرو استفاده می شود، این ضریب در سطح پایینی قرار دارد. موجی به شکل چنبره را در همه جهات ساطع می کند. اما برای آنتن های جهت دار مانند log-periodic یا انعکاسی، این ضریب بسیار بالاتر است.

آنتن به شکل قاب نیز دارای جهت دهی خوبی است. این ویژگی امکان استفاده از چنین وسایلی را در تجهیزات ویژه مانند تجهیزات شکار روباه می دهد.

ویژگی های طراحی

بزرگی EMF القایی تا حد زیادی توسط اندازه آنتن تعیین می شود. حتی اگر تعداد دورهای پیچ خورده روی آن قابل توجه باشد، با ابعاد کوچک، مقدار EMF همچنان برای عملکرد گیرنده های خاص کافی نیست.

اما اگر هسته های فریت را در داخل آنتن های مغناطیسی وارد کنید، مقدار EMF به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. هسته به بستن خطوط میدان بیشتری روی خود کمک می کند، یعنی به لطف هسته، میدان روی آنتن متمرکز می شود و شار مغناطیسی قوی تری ایجاد می کند و EMF قابل توجهی ایجاد می کند.

هسته مواد مغناطیسی

برای درک اینکه کدام هسته مغناطیسی باید در آنتن نصب شود، باید پارامتر نفوذپذیری مغناطیسی را مطالعه کنید، که نشان می دهد چند برابر میدان مغناطیسی در یک ماده خاص قوی تر از میدان خارجی است.

هر چه نرخ بالاتر باشدنفوذپذیری، ماده مغناطیسی بهتر میدان را روی خود متمرکز می کند.

هسته آنتن مغناطیسی گیرنده معمولاً دارای بخش مستطیلی یا گرد است. اول به دلیل سهولت تولید. ثانیا، به دلیل این واقعیت است که هسته های این شکل خطوط مغناطیسی را بهتر روی خود متمرکز می کنند.

آخرین واقعیت بر پارامتری مانند نفوذپذیری مغناطیسی مؤثر تأثیر می گذارد. ممکن است با نفوذپذیری مغناطیسی اولیه، که معمولاً در اسناد هسته نشان داده شده است، مطابقت نداشته باشد. با این حال، نفوذپذیری موثر به نفوذ اولیه بستگی دارد.

بنابراین، نفوذپذیری موثر هسته به شاخص های زیر بستگی دارد:

• ابعاد هسته؛
• شکل هسته؛
• نفوذپذیری مغناطیسی اولیه ماده ای که این هسته از آن ساخته شده است.

برای مثال، اگر هسته هایی با سطح مقطع یکسان اما طول های متفاوت را در نظر بگیریم، نمونه ای با طول بیشتر، مقدار نفوذپذیری موثر بیشتری خواهد داشت.

به هر حال، وابستگی نفوذپذیری مؤثر به طول یک هسته فریت، برای مثال، غیر خطی است. تا مقدار مشخصی از طول هسته، نفوذپذیری برای اکثر گریدهای فریت افزایش می‌یابد، اما سپس برخی از آنها به حالت اشباع می‌روند و رشد متوقف می‌شود. به عنوان مثال، محصولات با علامت گذاری 1000НН، 600НН و 400НН بر خلاف 100НН و 50ВЧ برای مدت طولانی در حالت اشباع قرار نمی گیرند. این مهم است که هنگام ایجاد آنتن خانگی در نظر گرفته شود.

کارایی آنتن

کارایی یک آنتن گیرنده که به میدان مغناطیسی پاسخ می دهد،ارتباط مستقیم با ارتفاع واقعی دارد. این ارتفاع نقطه ای است که از آن نوسان ساطع شده توسط آنتن خارج می شود، بالاتر از نقطه خاصی از سطح زمین.

ارتفاع واقعی بر EMF تولید شده در آنتن تأثیر می گذارد. بر این اساس، هر چه مقدار آن بیشتر باشد، EMF بیشتر است، سیگنال های ضعیف تری آنتن می تواند دریافت کند.

چه چیزی ارتفاع موثر آنتنی را که به جزء مغناطیسی EMF پاسخ می دهد تعیین می کند؟

1. از نفوذپذیری موثر.
2. منطقه بخش هسته.
3. تعداد چرخش سیم پیچ.
4. طول سیم پیچی که خود سیم پیچ را تشکیل می دهد.
5. قطر سیم پیچ.
6. طول موج عملیاتی.

ارتفاع موثر آنتن هر چه بیشتر باشد، چهار پارامتر اول لیست بالا بیشتر باشد و همچنین اختلاف بین قطر هسته آنتن و سیم سیم پیچ کمتر باشد. هر چه طول موج کوتاهتر باشد، ارتفاع نیز بیشتر است.

سیم پیچ آنتن

از داده‌های بالا، می‌توان در مورد اهمیت تأثیر سلف بر خواص دریافت و ارسال هر آنتنی (مثلاً یک آنتن مغناطیسی HF) که به یک میدان مغناطیسی پاسخ می‌دهد، نتیجه‌گیری کرد.

هر چه کیفیت سلف بالاتر باشد، آنتن بهتر کار می کند. پارامتر کیفیت سیم پیچ با استفاده از فاکتور کیفیت آن تخمین زده می شود. ضریب کیفیت پارامتری است که به عنوان نسبت مقاومت سیم پیچ به AC به مقاومت عنصر القایی به DC محاسبه می شود.

مقاومت یک سیم پیچ AC به هر دو بستگی دارداندوکتانس خود سیم پیچ و فرکانس جریان. برای افزایش ضریب کیفیت سیم پیچ و به همراه آن خاصیت ارسال و دریافت آنتنی که به میدان مغناطیسی پاسخ می دهد، می توانید مقاومت آن را در برابر جریان مستقیم تغییر دهید. به عنوان مثال، برای افزایش قطر پیچ های حاصل از سیم پیچ یا خود سیم، که از آن پیچیده شده است.

آنتن FM

این نوعی آنتن است که به میدان مغناطیسی پاسخ می دهد. موج FM سیگنالی با فرکانس بین 88 تا 108 مگاهرتز است.

برای ساخت این طرح به: نیاز دارید

• اتصال دهنده هایی که آنتن روی آنها نصب می شود (مثلاً یک لوله)؛
• هسته فریت که می توان روی ساختار (روی لوله) قرار داد؛
• سیم مسی برای سیم پیچ و کنتاکت؛
• پین های اتصال برای اتصال آنتن به دستگاه گیرنده؛
• فویل مس.

قبل از سیم پیچی سیم پیچ، لازم است آن را با نوار الکتریکی یا کاغذی که به دور فریت پیچیده شده از هسته جدا کنید. سپس یک لایه فویل روی عایق قرار می گیرد. یک چرخش 1 سانتی متری همپوشانی دارد و برای مثال با استفاده از همان نوار الکتریکی در ناحیه همپوشانی ایزوله می شود. به این ترتیب صفحه آنتن FM ایجاد می شود، که سپس 25 پیچ روی آن پیچیده می شود و یک سیم پیچ را تشکیل می دهد و در پیچ های 7، 12 و 25 سیم پیچ ها قرار می گیرد.

از بالا، سیم پیچ با صفحه فویل مشابهی پوشیده شده است. صفحه نمایش ها - خارجی و داخلی - به هم متصل هستند.

انتهای سیم سیم پیچ باید در کنتاکت های اتصال مرتب شوند. نتیجه گیری از پیچ های 12 و 25 باید به گیرنده و از پیچ 7 - به زمین متصل شود.

آنتن حلقه

با کمک یک کابل کواکسیال و چند لوازم جانبی می توانید این آنتن را بسازید که با باندهای فرکانسی مختلف کار می کند. این همه به ابعاد ساختار بستگی دارد. بر اساس این دستگاه، می توانید یک آنتن UHF ایجاد کنید.

می توان از آن برای انتقال سیگنال در فاصله 80 متری استفاده کرد و از مزایای آن می توان به سادگی ساخت و نصب و همچنین پایداری بالای انتقال سیگنال اشاره کرد.

برای ساخت آنتن حلقه به چه موادی نیاز دارید؟

1. کابل کواکسیال.
2. میله های چوبی.
3. یک خازن با ظرفیت 100pF.
4. اتصال کواکسیال.

برای اینکه آنتن به طور پایدار کار کند، باید از پایداری خازن اطمینان حاصل کرد، یعنی آن را از تأثیرات مکانیکی، آب و هوایی و سایر تأثیرات جدا کرد.

آنتن حلقه ای از کابل است که به یک خازن متصل است. می تواند با محدوده های فرکانس زیادی کار کند. مثلا با باند HF. هر چه مساحت حلقه بزرگتر باشد (اگر گرد باشد بهتر است)، پوشش سیگنال دریافتی بیشتر است.

طرح بر روی پایه چوبی ساخته شده از میله نصب شده است. چگونه آنتن را وصل کنیم؟ با یک کانکتور کواکسیال متصل به سیم خروجی.

همچنین، گاهی اوقات یک ترانسفورماتور منطبق در مدار گنجانده می شود.

استاندارد GSM

بر اساس آنتنی که به امواج مغناطیسی پاسخ می دهد، دستگاه هایی برای دریافت سیگنال استاندارد GSM ساخته می شوند.که در ارتباطات سیار استفاده می شود.

بسیاری از آماتورهای رادیویی به طور مستقل آنتن های مغناطیسی GSM را جمع آوری می کنند و آنها را در جایی نصب می کنند که سیگنال سلولی ضعیف دریافت می شود. برای مثال، در ویلاها.

یک آنتن برای کار با استاندارد ارتباط GSM را می توان از لوله آب پلاستیکی، فایبرگلاس فویل یک طرفه (ضخامت - 1.5-2 میلی متر، عرض - 10 میلی متر) و سیم مسی (قطر - 1.5-2) ساخت. ، 5 میلی متر).

قالب آنتن به صورت دوره‌ای است. چنین آنتن خانگی دارای بهره بالا و الگوی تشعشعی باریک است.

بعد باید ویبراتورهای آنتن (سیم برش) را با خطوط جمع آوری (دو نوار فایبرگلاس) وصل کنید. ویبراتورها باید به هر خط جمع آوری لحیم شوند و سپس خطوط با استفاده از کابل کواکسیال به یکدیگر متصل می شوند. خطوط روی یک لوله پلاستیکی ثابت شده اند.

چگونه این نوع آنتن را وصل کنیم؟ پریز کابل را می توان به شکل یک دستگاه تلویزیون به بار وصل کرد.

نتیجه گیری

بنابراین، مونتاژ آنتن خود که به جزء مغناطیسی EMF پاسخ می دهد، اصلاً دشوار نیست. کافی است تمام توصیه هایی که در بالا توضیح داده شد را دنبال کنید و ویژگی های الکترومغناطیسی مواد مختلف را در نظر بگیرید.

علاوه بر این، برای ایجاد چنین ساختاری به دانش خاصی نیاز نیست. اطلاعات اولیه در مورد فرآیندهای فیزیکی رخ داده در عناصر مختلف، مانند یک سلف، کافی است.