Antennes spirales : types et photos

2024 Auteur: Leah Sherlock | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 05:35

L'antenne spirale appartient à la classe des antennes à ondes progressives. Sa plage de fonctionnement principale est le décimètre et le centimètre. Elle appartient à la classe des antennes de surface. Son élément principal est une spirale reliée à une ligne coaxiale. La spirale crée un diagramme de rayonnement sous la forme de deux lobes émis le long de son axe dans des directions différentes.

Les antennes en spirale sont cylindriques, plates et coniques. Si la largeur de plage de fonctionnement requise est de 50% ou moins, une hélice cylindrique est utilisée dans l'antenne. L'hélice conique double la plage de réception par rapport à la cylindrique. Et les plats donnent déjà un avantage vingt fois supérieur. La plus populaire pour la réception dans la gamme de fréquences VHF était une antenne radio cylindrique à polarisation circulaire et un gain de signal de sortie élevé.

Dispositif d'antenne

La partie principale de l'antenne est un conducteur enroulé. Ici, en règle générale, on utilise du fil de cuivre, de laiton ou d'acier. Un chargeur y est connecté. Il est conçu pour transmettre un signal de l'hélice vers le réseau (récepteur) et vice versa (émetteur). Les mangeoires sont de type ouvert et fermé. Les mangeoires de type ouvert sontguides d'ondes non blindés. Un type fermé a un bouclier spécial contre les interférences, ce qui protège le champ électromagnétique des influences extérieures. En fonction de la fréquence du signal, la conception suivante des départs est déterminée:

- jusqu'à 3 MHz: réseaux câblés blindés et non blindés;

- 3 MHz à 3 GHz: fils coaxiaux;

- 3GHz à 300GHz: guides d'ondes métalliques et diélectriques;

- au-delà de 300 GHz: lignes quasi-optiques.

Un autre élément de l'antenne était le réflecteur. Son but est de focaliser le signal sur l'hélice. Il est fabriqué principalement en aluminium. La base de l'antenne est un cadre à faible constante diélectrique, comme de la mousse ou du plastique.

Calcul des dimensions principales de l'antenne

Le calcul d'une antenne spirale commence par la détermination des dimensions principales de l'hélice. Ce sont:

- nombre de tours n;

- angle de braquage a;

- diamètre de la spirale D;

- pas de la spirale S;

- diamètre du réflecteur 2D.

La première chose à comprendre lors de la conception d'une antenne hélicoïdale est qu'il s'agit d'un résonateur (amplificateur) d'une onde. Sa caractéristique était l'impédance d'entrée élevée.

Le type d'ondes qui y sont excitées dépend des dimensions géométriques du circuit d'amplification. Les spires voisines de la spirale ont une très forte influence sur la nature du rayonnement. Rapports optimaux:

D=λ/π, où λ est la longueur d'onde, π=3, 14

S=0, 25 λ

a=12˚

Parce queλ est une valeur qui varie et dépend de la fréquence, alors les valeurs moyennes de cet indicateur calculées par les formules sont prises dans les calculs:

λ min=c/f max; λ max=c/f min, où c=3×108 m/sec. (vitesse de la lumière) et f max, f min - le paramètre maximum et minimum de la fréquence du signal.

λ cf=1/2(λ min+ λ max)

n=L/S, où L est la longueur totale de l'antenne, déterminée par la formule:

L=(61˚/Ω)2 λ cf, où Ω est la directivité dépendante de la polarisation de l'antenne (extraite d'ouvrages de référence).

Classement par plage de fonctionnement

Selon la gamme de fréquences principale, les émetteurs-récepteurs sont:

1. Bande étroite. La largeur du faisceau et l'impédance d'entrée dépendent fortement de la fréquence. Cela suggère que l'antenne peut fonctionner sans réaccorder uniquement dans un spectre de longueur d'onde étroit, environ 10 % de la bande passante relative.

2. Large éventail. De telles antennes peuvent fonctionner sur un large spectre de fréquences. Mais leurs principaux paramètres (SOI, diagramme de rayonnement, etc.) dépendent toujours du changement de longueur d'onde, mais pas autant que ceux à bande étroite.

3. Fréquence indépendante. On pense qu'ici, les principaux paramètres ne changent pas lorsque la fréquence change. Ces antennes ont une région active. Il a la capacité de se déplacer le long de l'antenne sans changer ses dimensions géométriques, en fonction du changement de longueur d'onde.

Les plus courantes sont les antennes hélicoïdales des deuxième et troisième types. Le premier type est utilisé lorsqueune "clarté" accrue du signal à une certaine fréquence est nécessaire.

Antenne faite maison

L'industrie propose une grande variété d'antennes. Une variété de prix peut varier de quelques centaines à plusieurs milliers de roubles. Il y a des antennes pour la télévision, la réception satellite, la téléphonie. Mais vous pouvez fabriquer une antenne en spirale de vos propres mains. Ce n'est pas si dur. Les antennes Wi-Fi hélicoïdales sont particulièrement populaires.

Ils sont particulièrement pertinents lorsqu'il est nécessaire d'amplifier le signal du routeur dans une grande maison. Pour ce faire, vous avez besoin d'un fil de cuivre d'une section de 2-3 mm 2 et d'une longueur de 120 cm Il est nécessaire de faire 6 tours d'un diamètre de 45 mm. Pour ce faire, vous pouvez utiliser un tube de la taille appropriée. Un manche de pelle s'adapte bien (il a à peu près le même diamètre). Nous enroulons le fil et obtenons une spirale à six tours. Nous plions l'extrémité restante de manière à ce qu'elle passe exactement par l'axe de la spirale, en la "répétant". Nous étirons la partie vissée de sorte que la distance entre les spires soit comprise entre 28 et 30 mm. Ensuite, nous procédons à la fabrication du réflecteur.

Pour cela, un morceau d'aluminium de 15 × 15 cm et de 1,5 mm d'épaisseur fera l'affaire. À partir de ce flan, nous faisons un cercle d'un diamètre de 120 mm, en coupant les bords inutiles. Percez un trou de 2 mm au centre du cercle. Nous y insérons l'extrémité de la spirale et soudons les deux parties l'une à l'autre. L'antenne est prête. Vous devez maintenant retirer le fil de rayonnement du module d'antenne du routeur. Et souder l'extrémité du fil avecextrémité de l'antenne sortant du réflecteur.

Caractéristiques de l'antenne 433 MHz

Tout d'abord, il faut dire que les ondes radio d'une fréquence de 433 MHz lors de leur propagation sont bien absorbées par le sol et divers obstacles. Pour sa retransmission, des émetteurs de faible puissance sont utilisés. En règle générale, divers dispositifs de sécurité utilisent cette fréquence. Il est spécialement utilisé en Russie, afin de ne pas interférer sur les ondes. L'antenne hélicoïdale de 433 MHz nécessite un gain de sortie plus élevé.

Une autre caractéristique de l'utilisation d'un tel équipement émetteur-récepteur est que les ondes de cette gamme ont la capacité d'ajouter les phases des ondes directes et réfléchies de la surface. Cela peut soit augmenter la puissance du signal, soit l'affaiblir. De ce qui précède, nous pouvons conclure que le choix de la "meilleure" réception dépend du réglage individuel de la position de l'antenne.

Antenne 433 MHz maison

Il est facile de fabriquer une antenne hélicoïdale 433 MHz de vos propres mains. Elle est très compacte. Pour ce faire, vous avez besoin d'un petit morceau de fil de cuivre, de laiton ou d'acier. Vous pouvez également utiliser uniquement du fil. Le diamètre du fil doit être de 1 mm. Nous enroulons 17 tours sur un mandrin de 5 mm de diamètre. Nous étirons l'hélice pour que sa longueur soit de 30 mm. Avec ces dimensions, nous testons l'antenne pour la réception du signal. En modifiant la distance entre les virages, en étirant et en comprimant l'hélice, nous obtenons une meilleure qualité de signal. Mais il faut savoir qu'une telle antenne est très sensible à divers objets,amené près d'elle.

Antenne de réception UHF

Les antennes hélicoïdales UHF sont nécessaires pour recevoir un signal de télévision. De par leur conception, ils se composent de deux parties: un réflecteur et une spirale.

Il est préférable d'utiliser du cuivre pour l'hélice - il a moins de résistance et, par conséquent, moins de perte de signal. Formules pour son calcul:

- longueur totale de la spirale L=30000/f, où f- fréquence du signal (MHz);

- pas d'hélice S=0,24 L;

- diamètre de bobine D=0, 31/L;

- diamètre du fil spiralé d ≈ 0.01L;

- diamètre du réflecteur 0,8 nS, où n- nombre de tours;

- distance à l'écran H=0, 2 L.

Gain:

K=10×lg(15(1/L)2nS/L)

La coupelle du réflecteur est en aluminium.

Autres types d'équipements émetteurs-récepteurs

Les antennes hélicoïdales coniques et plates sont moins courantes. Cela est dû à la difficulté de leur fabrication, bien qu'ils présentent les meilleures caractéristiques en termes d'émission et de réception du signal. Le rayonnement de tels émetteurs n'est pas formé par toutes les spires, mais uniquement par celles dont la longueur est proche de la longueur d'onde.

Dans une antenne plate, la ligne hélicoïdale se présente sous la forme d'une ligne à deux fils torsadée en spirale. Dans ce cas, les spires adjacentes sont excitées en phase en mode d'onde progressive. Cela conduit au fait qu'un champ de rayonnement à polarisation circulaire est créé vers l'axe de l'antenne, ce qui vous permet de créer une large bande de fréquences. Il existe des antennes plates avec la soi-disant spiraleArchimède. Cette forme complexe permet une augmentation significative de la gamme de fréquences de transmission de 0,8 à 21 GHz.

Comparaison des antennes hélicoïdales et hautement directionnelles

La principale différence entre une antenne hélicoïdale et une antenne directionnelle est qu'elle est plus petite. Cela le rend plus léger, ce qui permet une installation avec moins d'effort physique. Son inconvénient est une gamme plus étroite de fréquences de réception et d'émission. Il a également un diagramme de rayonnement plus étroit, ce qui nécessite une "recherche" de la meilleure position dans l'espace pour une réception satisfaisante. Son avantage incontestable est la simplicité de conception. Un gros plus est la possibilité de régler l'antenne en modifiant le pas de la bobine et la longueur totale de la spirale.

Antenne courte

Pour une meilleure résonance dans l'antenne, il faut que la longueur "allongée" de la partie hélicoïdale soit la plus proche possible de la valeur de la longueur d'onde. Mais elle ne doit pas être inférieure à ¼ de longueur d'onde (λ). Ainsi, λ peut atteindre jusqu'à 11 m, ce qui est vrai pour la bande HF. Dans ce cas, l'antenne sera trop longue, ce qui est inacceptable. Une façon d'augmenter la longueur du conducteur consiste à installer une bobine d'extension à la base du récepteur. Une autre option consiste à alimenter le chemin du tuner dans le circuit. Sa tâche est de faire correspondre le signal de sortie de l'émetteur des stations de radio avec l'antenne à toutes les fréquences de fonctionnement. Parlant en langage clair, le tuner agit comme un amplificateur pour le signal entrant du récepteur. Ce schéma est utilisé dans les antennes de voiture, où la taille de l'élément qui reçoit l'onde radio est très importante.

Conclusion

Les antennes en spirale sont devenues très populaires dans de nombreux domaines des communications électroniques. Grâce à eux, la communication cellulaire est réalisée. Ils sont également utilisés à la télévision et même dans les communications radio spatiales lointaines. L'un des développements prometteurs pour réduire la taille de l'antenne a été l'utilisation d'un réflecteur conique, qui permet d'augmenter la longueur de la longueur d'onde de réception par rapport à un réflecteur classique. Cependant, il existe également un inconvénient, qui se traduit par une diminution du spectre de la fréquence de fonctionnement. Un autre exemple intéressant est l'antenne hélicoïdale conique "bidirectionnelle", qui vous permet de travailler dans un large spectre de fréquences, grâce à la formation d'un diaphragme directionnel isotrope. En effet, la ligne électrique sous la forme d'un câble à deux fils permet un changement d'impédance en douceur.