Спиральная антенна своими руками

Считается, что спиральная антенна характеризуется круговой поляризацией, но это не так. На самом деле структура витков такова, что принимаются волны и с линейной поляризацией. А это удобно иногда, 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, а, как известно, в радио и телевещании ничего другого и не используется. Проще говоря, в стране спиральный облучатель уместен только для ловли НТВ+ со спутника, но и там такой метод не используется. Ряд специальных применений таких антенн, но это обсуждать не будем. Однако же запросы по теме встречаются в сети. Кому может пригодиться спиральная антенна, своими руками свитая из проволоки и одетая на кусок трубы, ответить не беремся, потому что даже в сборнике работ радиолюбителей этот класс изделий отсутствует напрочь…

Конструкция спиральной антенны

Конструкция спиральной антенны

Как собрать спиральную антенну

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

  1. Стальной лист для экрана, произвольной толщины, но 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, и сопротивление устройств велико, чтобы, правильно рассчитав устройство, подключить без согласования. Сначала размечается труба, с запасом, чтобы можно было воткнуть в экран и приклеить. Вдоль оси (лучше с двух сторон) размечается шаг намотки. В будущем эти риски будут использоваться для выравнивания. Отступите спереди пару-тройку сантиметров и начинайте работать маркером. Обратите внимание, что с обратной стороны виток будет смещен ровно на полшага.

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

Выбирайте квадрат со стороной порядка пяти диаметров трубы намотки. Нет разницы, какова толщина стали, выдерживайте прочностные характеристики. В собранном виде экран перпендикулярен трубе.

Для электрической сборки следует в области окончания спирали (основание трубы) просверлить отверстие и проволоку пропустить внутрь. За экраном в боковине проделываем еще одну дыру, куда пропускаем оплетку питающего кабель. Электрически центральная жила соединяется со спиралью, а экран фидера с экраном антенны. Так 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, например, меди.
  • Труба из диэлектрика.
Читайте также:  Как настроить спутниковую антенну самостоятельно

Расчет спиральной антенны

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

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

Спиральная антенна

Косвенно (по второму пункту) читатели уже составили себе представление о диапазоне. В два раза полосу расширим, применяя не цилиндрическую, а конусную спираль (коническая спиральная антенна). Наконец, тем, кому не терпится в бой, рекомендуем онлайн калькулятор на сайте http://aerial.dxham.ru/onlajn-raschety/raschety-antenn/raschet-spiralnoj-antenny. Видите, что здесь предлагается задать частоту, а также шаг намотки спирали и длину излучателя… Так… на деле ничего сложного:

  • От длины намотки спирали, прежде всего, зависит ширина главного лепестка диаграммы направленности. Варьируйте число витков и наблюдайте за этим параметром (находится в самом низу страницы калькулятора). Едва приметно также меняется диаметр намотки спирали. Что ж, этому нет объяснения, создателям калькулятора виднее. Разумеется, понадобится больше меди, что и отражается в соответствующих параметрах.
  • Добавим также, что с увеличением длины растет и усиление. Это типичный эффект: сужается лепесток – растет усиление. Дело в том, что площадь диаграммы направленности величина постоянная. Как говорил Ломоносов, если в одном месте чего прибудет, то в другом непременно убыть должно. Заметьте также, что с ростом витков едва приметно падает ширина полосы пропускания.
  • От шага намотки зависит усиление: чем больше цифра, тем ниже усиление и тем уже диаграмма направленности. На наш взгляд это ошибка авторов, потому что выходит, что выгоднее мотать плотно. При этом еще и проволоки уйдет меньше. Одни преимущества, а так не бывает на практике.

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

Самодельная спиральная антенна

Самодельная спиральная антенна

И вот что нашли: усиление зависит только от числа витков. Шаг же намотки рекомендуется выбирать 0,22 – 0,24 длины волны. Тогда как на сайте это значение задаем в широких пределах. Предлагаем читателям не плыть против течения, а выбрать такой шаг, варьируя число витков. Случается, что в некоторых калькуляторах встречаются ошибки, а точнее об этом знает только веб-программист.

Читайте также:  Установка антенны Триколор своими руками

Кстати, в новом источнике также сведения приведены о том, что экран размещается позади спирали на расстоянии 0,12 длины волны. При этом добавляется, что если диаметр экрана следует выбирать равным 0,8 длины волны и более, то сторона квадрата еще больше: 1,1 λ. Это не так очевидно, но если представить себе, что круг вписаться внутрь обязан, то все встает на места.

Что касается согласования, то сопротивление спиральной антенны сильно зависит от толщины проволоки и с ростом уменьшается. Можно добиться, чтобы цифра была равна 75 и даже 50 Ом. В этом случае никакого согласования не требуется, что упрощает эксплуатацию. И нужно сказать, что на высоких частотах это работает. Например, волновое сопротивление станет равным 75 Ом при толщине проволоки 5% длины волны. А чтобы получить 50 Ом, следует взять толщину проволоки 7% длины волны. Видите, что на частотах WiFi это реально, а значит, рассчитаем параметры так, чтобы не нужно было ничего согласовывать.

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

Таблица расчётов

Таблица расчетов

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

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

Откуда 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. Видите, что даже на такой высокой частоте сложно обеспечить требуемые условия. Это причина, почему целью самостоятельно сделать спиральную антенну чаще задаются компьютерщики.


Что же касается нестыковок в калькуляторе, быть может выдумали, но в любом случае 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, то здесь имеется неплохое устройство, которое вроде бы удовлетворяет всем условиям, а также отсеивает большое количество помех. Понятно, что с обеих сторон (на прием и передачу) стоят одинаковые антенны, чтобы работать с круговой поляризацией, в противном случае результат станет загадочно-непредсказуемым. Так что спиральная антенна своими руками это реальность.