Расчёт 3-х элементной антенны Yagi (OnLine калькулятор)

Содержание

Input data (design requirements)

Design frequency

MHz

Number of turns

Turn spacing

wavelengths

Формулы расчетов для диполя и штыря

Длина L трубки схемы согласования, смРасстояние А, смМаксимальное значение емкости переменного конденсатора C, пф216,5218

В таблице приведены приблизительные данные для y-образной схемы согласования. Указанные значения пригодны лишь в том случае, когда входное сопротивление антенны лежит в пределах от 15 до 30 Ом и согласование производится с коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50…70 Ом.

Расчет штыревой антенны ¼λ для КВ частот (1-50МГц)

Антенна своими руками для цифрового тв

Р¤РѕСЂРјСѓР»С‹ РґР»СЏ РґРёРїРѕР»СЏ Рё С€С‚С‹СЂСЏ

Р”Р»РёРЅР° L С‚СЂСѓР±РєРё СЃС…РµРјС‹
СЃРѕРіР»Р°СЃРѕРІР°РЅРёСЏ, СЃРјР Р°СЃСЃС‚РѕСЏРЅРёРµ Рђ, СЃРјРњР°РєСЃРёРјР°Р»СЊРЅРѕРµ Р·РЅР°С‡РµРЅРёРµ РµРјРєРѕСЃС‚Рё
РїРµСЂРµРјРµРЅРЅРѕРіРѕ РєРѕРЅРґРµРЅСЃР°С‚РѕСЂР° C, РїС„2

16,5

Р’ С‚Р°Р±Р»РёС†Рµ РїСЂРёРІРµРґРµРЅС‹ РїСЂРёР±Р»РёР·РёС‚РµР»СЊРЅС‹Рµ РґР°РЅРЅС‹Рµ РґР»СЏ y-РѕР±СЂР°Р·РЅРѕР№ СЃС…РµРјС‹ СЃРѕРіР»Р°СЃРѕРІР°РЅРёСЏ. РЈРєР°Р·Р°РЅРЅС‹Рµ Р·РЅР°С‡РµРЅРёСЏ РїСЂРёРіРѕРґРЅС‹ Р»РёС€СЊ РІ С‚РѕРј СЃР»СѓС‡Р°Рµ, РєРѕРіРґР° РІС…РѕРґРЅРѕРµ СЃРѕРїСЂРѕС‚РёРІР»РµРЅРёРµ Р°РЅС‚РµРЅРЅС‹ Р»РµР¶РёС‚ РІ РїСЂРµРґРµР»Р°С… РѕС‚ 15 РґРѕ 30 РћРј Рё СЃРѕРіР»Р°СЃРѕРІР°РЅРёРµ РїСЂРѕРёР·РІРѕРґРёС‚СЃСЏ СЃ РєРѕР°РєСЃРёР°Р»СЊРЅС‹Рј РєР°Р±РµР»РµРј СЃ РІРѕР»РЅРѕРІС‹Рј СЃРѕРїСЂРѕС‚РёРІР»РµРЅРёРµРј 50. 70 РћРј.

Р Р°СЃС‡РµС‚ С€С‚С‹СЂРµРІРѕР№ Р°РЅС‚РµРЅРЅС‹ РґР»СЏ РљР’ С‡Р°СЃС‚РѕС‚ (1-50РњР“С†)

Николай Большаков, RA3TOX
Январь 2022 г. 🛠 Антенна достаточно технологична, поэтому легка в изготовлении и настройке. Применение распространённого среди радиолюбителей прибора NanoVNA позволяет настроить её за несколько минут. После изготовления антенна не требует подгонки размеров элементов, что обусловлено относительной широкополосностью петлевого вибратора. Настройка проводится по минимуму КСВ, путем подгонки расстояния от петлевого вибратора до директора и рефлектора. Всё это подтолкнуло меня к написанию калькулятора для пересчёта размеров антенны на другие частоты. Как показала практика, расчёт достаточно точный. Схематично конструкция антенны показана на рисунке:

Примечания:
1. Для диапазонов 430 МГц аннтенна изготовлялась из провода диаметром около 2 мм. Причем я использовал как медный провод (наилучший вариант), так и железный оцинкованный провод Ø1,8 мм для садовых нужд (худший вариант, но более дешевый). Для частот выше 800 Мгц железный провод неприемлем — только медь или алюминий. При изготовлении антенн для низкочастотных диапазонов (например 145 МГц) диаметр элементов увеличивается пропорционально длине волны. Зазор в петлевом вибраторе для подключения кабеля желательно не превышать 0,01λ, что для диапазона 430 МГц составляет около 7 мм. Для радиолюбителей, имеющих опыт изготовления антенн, желательно сделать симметрирующее устройство. Но антенна вполне работоспособна и без него. Для антенны, изготовленной из медной проволоки усиление ещё выше (около 14 dBi). Программа MMANA позволяет провести расчёт для различных материалов (медь, алюминий, железо), что позволяет сравнивать эффективность применения того или иного материала. Следует отметить, что подавление заднего лепестка невелико. Но антенна оптимизирована для максимального усиления (раcчёты показали 12. 14 dBi !). В заключение приведу несколько фотографий изготовленных антенн:
Авторский вариант Игоря Лаврушова (UA6HJQ)Вариант антенны на диапазон 915 МГц для работы с устройствами LoRa (RA3TOX)Вариант антенны на 430 МГц для работы с устройствами LoRa(RA3TOX)»Оконный» вариант антенны на 430 МГц для работы в сети со спутниками LoRa (RA3TOX)Ссылки по теме:1. 3х-элементный волновой канал на 435 МГц с максимальным усилением для высокогорных экспедиций (Игорь Лаврушов — UA6HJQ)

2. Универсальная технология изготовления направленных антенн YAGI (Олег Лобачев — RV3TH, Николай Большаков — RA3TOX)

3. Файл модели антенны на 436 МГц в программе MMANA (RA3TOX)

JackZ сказал(-а):
23.03.2010 16:25

Расчёт спиральной антенны

приветствую всех.
у меня возникли проблемы с расчётом однонаправленной равноугольной спиральной антенны. посоветуйте пожалуйсто литературу с помощью которой я бы смог решить свою проблему.
заранее спасибо.

Последний раз редактировалось JackZ; 24.03.2010 в 00:29.
RU4UU сказал(-а):
23.03.2010 16:37

Если написать РАСЧЕТ то получим… А если РАЩЁТ…
JackZ сказал(-а):
24.03.2010 00:28

терь у меня есть возможность получить помощ?
UN7CI сказал(-а):
24.03.2010 14:44

Последний раз редактировалось UN7CI; 18.06.2012 в 14:02.

Борис
UR8LV сказал(-а):
24.03.2010 23:22

Спиральные антенны плотно иссследовал (можно сказать, что открыл) W8JK Джон Крауз. Полное описание со всемит формулами есть в учебнике, называемом в Америке «Антенна Библия». У меня он есть. Но подробные выдержки есть в любом Американском Антеннбуке. Там все один в один с книгой. Формулы работают. Проверил на днях с спиральной антеннкой на 2 ГГц. Если че- пишите.
73 ОлегДобавлено через 3 минуты
Да, название, «ANTENNAS» John D. Krause- это первоисточник. У меня есть еще переписка с лабораторией НАСА, там была доработка, но она не очень существенна и касается областей, где усиление антенны наибольшее. По сути, лабораторная работа.
73!!!

Последний раз редактировалось UR8LV; 24.03.2010 в 23:22.

Причина: Добавлено сообщение
JackZ сказал(-а):
25.03.2010 15:30

спасибо огромное! буду пробывать.
UR5GAW сказал(-а):
25.03.2010 15:49

Вопрос по теме….Есть трубки,думаю попробовать сделать спиралку на 144 МГц,рефлектор может быть решетка-из провода?и насколько в % смысле должна его площадь быть больше площади витка?Ну и наконец-поляризация,по идее круговая,то есть и для ФМ и для ССБ должно бы подойти или я сильно ошибаюсь в этом…Плиз не пиная об»яснить также,какое число витков при таком условии нужно дабы получить усиление,соизмеримое с 7 елементами?То есть,по сути-стоит или нет огород городить?

Последний раз редактировалось UR5GAW; 25.03.2010 в 15:52.
UR8LV сказал(-а):
25.03.2010 16:33

Если кратко, то спиралки имеют смысл при длине бума больше двух длин волн, т.е. для 144- больше 4 метров. И то, усиление будет меньше, чем, если сделать Ягу на такой длине. Так что игра не стоит свея. Эти антенны хороши своей широ-о-о-о-окой полосой и простотой с 800-900 МГц и выше.
А по тому, где расчеты искать уже писал ниже. Там все просто.
73!!!
RA3DQP сказал(-а):
25.03.2010 16:57

Вот такая книжка на любителя. Чуть попроще в Айзенберге, совсем просто в Беньковском, Ротхаммеле.

Вложения

73! Михаил (RA3DQP)
UR8LV сказал(-а):
25.03.2010 20:33

Убеждать особо не буду))
А выполнить круговую поляризацию можно по-разному: намотайте 6 витков в одну сторону, потом сразу 6 в другую, например. Или намотайте перехлестом в разные стороны.
Я тоже думал, чего это так не любят спирали, а когда попробовал, то понял, что ниже 1.2 ГГц делать смысла нет, т.к. в Яги после 10 элементов прирост усиления минимальный, а материалозатраты большие. На 1.2. проще намотать проводом 1,5 мм бесконечность витков и получить нормальное усиление, чем лепить элементы, а на 144- проще поставить 17-23 элемента, чем лепить спираль диаметром 85-90 см. Выбирать Вам, я бы не делал.
73!Добавлено через 4 минуты Сообщение от UR5GAW
чем больше антенна занимает места в пространстве тем она эффективнее,то спиральная имеет места больше.

Не совсем верно. Нужно смотреть еще и на КНД. Можно запитать треугольник 160 метров на 144 МГц и не получить прироста усиления. Вы же будете излучать вокруг системы, а не в каком-то одном направлении. Смысл в том, чтобы направить энергию в одном направлении. Недаром в спирали добиваются именно осевого излучения.

Последний раз редактировалось UR8LV; 25.03.2010 в 20:33.

Причина: Добавлено сообщение
UR5GAW сказал(-а):
25.03.2010 20:59

Сообщение от UR8LV
Я тоже думал, чего это так не любят спирали, а когда попробовал, то понял, что ниже 1.2 ГГц делать смысла нет, т.к. в Яги после 10 элементов прирост усиления минимальный, а материалозатраты большие.

То есть попытка всё таки была,и всё новое-хорошо забытое старое))))))))Если,не трудно пару слов,что у вас получилось-посмтрю на ваши «грабли» и «велосипед»(шучу),что б не наступать на ваши и не изобретать собственный.))))Если вас не затруднит,конечно,что это было,примерный размер и что получилось?
RA3POY сказал(-а):
25.03.2010 22:11

а чем плоха круговая поляризация?ну и пусть будет потеря 3дб при работе с линейной,но зато она одинаково будет работать и при вертикальной и при горизонтальной,на слух эти 3дб практически не заметны,что нельзя сказать когда один на штыре ,а другой в горизонте ,недостатки спиралок известны-намного больший расход материала и соотв-но больше вес,сложный конструктив и трудность согласования,если всё-таки задасться целью построить на 144 этот вариант и всё обдумать и просчитать, то я думаю что её плюсы перевесят недостаткиДобавлено через 19 минут
вот сейчас доделываю такую спираль на 145,длина стеклопластикового бума 6м,13 витков диаметром 71см,расчёт был под 150ом и наибольшее усилиние при необходимой длине бума и раскрыве диаграммы,в процессе изготовления было несколько изменений в конструктиве по поводу прочности и стабильности конструкции,сделал на работе-вышла страшногабаритная ,но красивая,теперь проблема доставить до дома и поднять на крышу 9ти этаж на поворотку,потому как она вышла неразборная

Последний раз редактировалось RA3POY; 25.03.2010 в 22:11.

Причина: Добавлено сообщение
UR8LV сказал(-а):
26.03.2010 00:17

У меня нет фото экспериментов. Сохранились расчеты. При длине бума 4 метра Яги имели усиление 13 дБд, спираль- 17 дБд, при длине бума 11 метров у Яги- 15 дБд, у спирали- 25 дБд. Меньше 4 метров- примерно одинаково.
Разница разительная, но количество материала плюс вопрос синхронности витков. Малейшее отклонение и спираль «сваливает» из режима осевого усиления. Нужно обязательно крепить двумя-тремя направляющими витки с сохранением расстояния между ними. Реальное усиление не получилось получить больше , чем у Яги.
И вопрос рефлектора. Если у Вас есть расчеты, то рефлектор равен длине волны, т.е. для 145- 2.07 метра диаметр или сторона квадрата. Я делал из оцинковки квадрат 2х2.
Согласование простое. Вообще, есть расчеты, но проще у разъема сделать запас согласования равный четверти волны. И, прижимая его к рефлектору, выгнать сопротивление к 50 Омам. Если не получается, то припаять к этой части «бабочку» из тонкой меди и прижимать к рефлектору до получения 50 Ом. Реально у меня заняло 10 минут для настройки.
Мне было просто интересно, как работает и как согласуется. Яги на 144 — проще. Сейчас у меня появился доступ к стеклопластику и я сделал спираль на 2 ГГц (частоты WI-FI). На неделе прогоню по диаграмме и могу выложить. Постараюсь с фото.
Удачи!Добавлено через 1 минуту
Интересно будет посмотреть и результаты измерений, хотя бы по «попугаям»))

Последний раз редактировалось UR8LV; 26.03.2010 в 00:17.

Причина: Добавлено сообщение
RA3POY сказал(-а):
26.03.2010 00:43

рефлектор сделал по-проще-диск из оцинковки диаметром 70см и закрепил на нём хомутами алюмин трубки с диаметром 8мм солнышком 12шт чтобы внешний диаметр по концам вышел около 2м и ещё отверстий насверлил в этой оцинковке(в качестве хомутов применил зажимы для троса)-после разных экспериментов эта конструкция вышла с мин парусностью и нормальной устойчивостью,один виток висит на 3х распорках из 20мм сантехтрубы,для спирали использую алюм провод АПВ-35 диаметром 8мм,распорки держатся в сантех тройниках ,насаженные на круглый бум,расчитываk под 150ом потому-что буду ставить две одинаковые и на выходе будет 75ом,а 75ом подгадал под нужный отличный кабель,потому как его нужно будет около 50м,50омный импортный слишком запредельно дорого обойдётся

Введите желаемую частоту в мгц. Разделитель целой и дробной части — точкаВ случае Inverted Vee, примерный угол к горизонтали. Кликнуть для расчёта илиВесь полуволновый дипольДля полноценной работы высота подвеса (опор) антенны должна быть не менее полуволны диполяInverted Vee дипольПолный размер Inverted VeeМинимальная высота точки питания в Инвертед Ви зависит от угла. Не забывайте добавлять высоту опор и (Внимание!) минимальная высота центральной опоры. Рассчитывается также проекция на землю — размер по горизонтали. Inverted Vee, каждое плечоМинимальная высота точки питанияРазмер по горизонтали (проекция)Квадратная рамкаПериметр волновой рамки Минимальная высота точки питания (опор нижней стороны) — четверть волны. Соответственно минимальная высота верхней части — полуволна. Каждая сторона Расстояние питания от угла Треугольная рамкаПериметр волновой рамки В данном случае важным является минимальная высота нижнего плеча (если треугольник равносторонний). Это четверть волны. С верхней частью (вершиной) возможны варианты). Ну и форма также можетт иметь модификации. Смотри чертёж. Каждая сторона Расстояние до точки питанияРасстояние от нижнего углаМинимальная высота над землей

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. Для сборки понадобится узнать диаметр и шаг намотки проволоки, количество витков. Из материалов понадобятся:

Стальной лист для экрана, произвольной толщины, чтобы не гнулся от ветра и прочих коллизий.
Отрез проволоки, чтобы хватило намотать витки с запасом.
Питающий кабель: для телевидения 75 Ом, для радио 50 Ом.
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.

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 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.

Расчет спиральной антенны

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:

Если длина витка много меньше длины волны, преобладает боковое излучение, поперек оси антенны. Причем поляризация не круговая.
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.
Если длина спирали больше 1,5 длины волны, образуется два лепестка, направленных в переднюю полуплоскость. Точнее говоря, получается нечто, напоминающее конусную поверхность.

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.

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. Посему целью самостоятельно сделать спиральную антенну чаще задаются компьютерщики.

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.

Антенные калькуляторы
Здесь собраны некоторые калькуляторы
наиболее часто применяемые для расчета антенн. Они помогут
облегчить вам расчеты при различных экспериментах с антеннами. Приведенные калькуляторы взяты из различных источников. Калькулятор для диполя и штыряJ-АнтеннаКалькулятор для антенны «Двойной квадрат»Калькулятор для антенны YAGIY-образная схема согласования антенн YAGIДлина L трубки схемы
согласования, смРасстояние А, смМаксимальное значение емкости
переменного конденсатора C, пф

В таблице приведены приблизительные данные для y-образной
схемы согласования. Указанные значения пригодны лишь в том случае,
когда входное сопротивление антенны лежит в пределах от 15 до 30 Ом
и согласование производится с коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением
50. 70 Ом.

Спиральная антенна своими руками

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. Кому пригодится спиральная антенна, свитая из проволоки и одетая на кусок трубы, ответить не беремся, даже в сборнике работ радиолюбителей этот класс изделий отсутствует напрочь.

Конструкция спиральной антенны

Как собрать спиральную антенну

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

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

Расчет спиральной антенны

Если длина витка много меньше длины волны, преобладает боковое излучение, поперек оси антенны. Причем поляризация не круговая.
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.
Если длина спирали больше 1,5 длины волны, образуется два лепестка, направленных в переднюю полуплоскость. Точнее говоря, получается нечто, напоминающее конусную поверхность.

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.

Самодельная спиральная антенна

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:

Автомобильная антенна на диапазон 2 метра (144 Мгц) | RUQRZ. COM

Вертикальные излучатели длиной полволны с несимметричным питанием, расположенные над небольшим металлическим экраном, находящимся вблизи земной поверхности, обладают лучшими параметрами, чем излучатели длиной четверть волны. Хотелось проверить на практике, насколько существенна эта разница при проведении местных радиосвязей в УКВ диапазоне.

Ко мне вместе с другими автомобильными антеннами CB диапазона (27 МГц) попала антенна с торговым названием «Cobra», которая и послужила основой для конструкции УКВ антенны диапазона 144…146 МГц. Её излучатель отличался повышенной упругостью, да и длина больше подходила к расчётной. Измерения, проведённые с целью обнаружить какой-либо резонанс антенны с приемлемым КСВ в диапазоне от 26 до 175 МГц, результатов не дали. Эта и аналогичные ей антенны «Hustler» несмотря на относительно низкую стоимость не пользуются большим спросом. Из-за малой площади магнита крепления они плохо держатся на корпусе автомобиля и при сильном ветре или резких толчках падают.

К тому же водители, стараясь не поцарапать свой автомобиль, дополнительно наклеивают на основание антенны скотч или ткань. А так как через основание осуществляется ёмкостная связь антенного согласующего устройства (АСУ) с корпусом автомобиля, это приводит к изменению резонансной частоты АСУ и потере мощности сигнала при передаче и приёме.

После несложной доработки антенна пригодна для работы в диапазоне 2 метра. Так как длина её излучателя, вес и парусность уменьшаются, антенна обладает достаточной механической устойчивостью. Конструкция антенны понятна из рис.

Длина излучателя уточнялась в процессе настройки. Схема и конструкция согласующего устройства антенны показаны на рис. 2 и рис

Монтаж выполнен на штатном гетинаксовом каркасе диаметром 16 и длиной 23 мм. Катушка L1 намотана проводом ПЭВ-2 диаметром 1 мм. Шаг намотки — 3 мм, число витков — 3—4 (уточняется в процессе настройки). В торцах каркаса 1 запрессованы бронзовые резьбовые шпильки 2 с резьбой М8 (рис.

3), которые служат для крепления излучателя и магнитного основания антенны. Эти шпильки имеют дополнительные крепления в каркасе в виде бронзовых поперечных шпилек, к которым припаивают выводы элементов АСУ. На боковой поверхности каркаса имеется дополнительный изолированный опорный контакт, также служащий для монтажа элементов.

Ёмкость конденсатора С1 подбиралась экспериментально. Вначале был установлен переменный конденсатор малой ёмкости с воздушным диэлектриком, который впоследствии был заменён постоянным керамическим. Подойдут конденсаторы КД-1 или КТ-1 и им подобные с малым или нулевым ТКЕ и номинальным напряжением не менее 250 В. Это необходимо даже при использовании УКВ радиостанций с выходной мощностью передатчика не более 10 Вт.

После окончательной настройки АСУ следует прочно закрепить выводы катушки на каркасе, хорошо пропаять все места соединений деталей и питающего кабеля. Конденсатор необходимо покрыть слоем хорошего влагостойкого лака, а также обеспечить хорошую защиту деталей всего устройства от проникновения влаги.

На рис. 4 приведён график КСВ антенны в зависимости от частоты, на рис. 5 — фрагмент её внешнего вида.

Внешнего вид антенны

Антенна более двух лет используется с подвижной автомобильной УКВ радиостанцией. При первичной проверке её работы было установлено несколько десятков двусторонних радиосвязей с корреспондентами, находящимися в разных пунктах нашего региона, на различных расстояниях и высоте относительно выбранного для эксперимента места. Большинство корреспондентов отметили повышение уровня сигнала около одного балла (по показаниям S-метра) в сравнении с четвертьволновой GP-антенной, использованной в этом эксперименте.

Подобную антенну можно изготовить самостоятельно, имея в наличии подходящий кольцевой магнит и металлическую пружинящую проволоку подходящего диаметра с хорошими проводящими свойствами для изготовления излучателя. Металлическое основание можно выточить на токарном станке, просверлив в его центре осевое отверстие для крепления АСУ.

Что еще почитать по теме:

Антенностроитель из меня просто никакой — я в этом успел убедиться после экспериментов с самодельными штырями и спиралями.

Поэтому я немного помучился, а когда понял, что многие проблемы с поделками на Arduino случаются именно по причине плохой связи, решил плюнуть на гордость, поддаться жабе и сдаться на милость профессионалам.

Результат — покупка готовых спиральных антенн диапазона 433 МГц, то есть для передатчиков и приемников, которые использую в домашней автоматике.

Общее впечатление: оно того стоило. Антенны меньше и аккуратнее, работают субъективно не хуже, а то и лучше моих самодельных.

Для понимания процесса немного той теории, что я усвоил. В портативной технике используются, в основном, три типа антенн:

1) Штыревые
2) Спиральные
3) Вытравленные непосредственно на печатной плате

Штыревые антенны обладают наилучшими характеристиками, но с рядом ограничений. Во-первых, на них сильно влияет окружение. Например, в ограниченном пространстве, в непосредственной близости от стен и подобных препятствий штыри могут работать не слишком хорошо из-за отражений и интерференции (вплоть до полного взаимного поглощения излученного и отраженного сигнала).

Во-вторых, оптимальная конструкция включает в себя расположение штыря перпендикулярно более-менее значимой заземленной пластине. Крошечная плата передатчика таковой, разумеется, не считается. Ценители, конечно, могут сделать отвод коаксиальным кабелем к нужной пластине с антенной, но для меня это как-то слишком.

Спиральные антенны несколько хуже штыревых и еще более зависимы от окружения, но у них неоспоримое преимущество. При сравнимом ухудшении характеристик они гораздо более компактны.

Наконец, антенны на печатных платах. Приемлемое сочетание характеристик и компактности, где не требуется сверхчувствительность. Поэтому часто используются в разных не слишком критичных приложениях — звонки всякие, автосигнализации.

По моему опыту вышло, что самодельные штыри и спирали, сделанные с максимумом нарушений всех рекомендаций все же ведут себя лучше, чем просто кусочек провода. Причем в ряде случаев спирали работали даже лучше штырей.

Именно поэтому, а также из-за компактности я остановился именно на спиральных антеннах.

Магазин выбрал наугад, просто посмотрел более-менее приемлемую цену и бесплатную доставку (включенную, разумеется, в цену). Отправка без трек-номера, так что даже успел забыть о заказе.

Тем не менее, доставка оказалась вполне быстрой: 21 августа заказал, а 16 сентября они приехали. Я приехал 17 сентября, и хотя 18-го все еще был в невменяемом состоянии после отпуска (ну разницы в часовых поясах), все же поменял самодельные спирали в домашнем контроллере на эти.

С некоторым замиранием сердца, между прочим, поменял. Мои-то посерьезнее выглядят 🙂

По виду антенны кажутся изготовленными из медной проволоки, но по факту это что-то другое. Поскольку они не деформируются, как медный провод, а, скорее, пружинят. Плюс в том, что при таком раскладе характеристики антенны будут более-менее стабильными. Минус — сложно поменять полосу пропускания, раздвигая витки. Если, конечно, для вас вдруг актуально менять полосу.

Кстати, приехали в обычном желтом мягком пакете, но в дороге не пострадали.

Длина спирали: 20 мм
Длина продолжения: 10 мм
Длина изгиба (перпендикулярная часть): 7 мм
Внешний диаметр: 5 мм
Внутренний диаметр: 3,5 мм (не знаю, почему так)
Диаметр проводника: 0. 5 мм

Просто в канифоли они не облуживаются, но старая добрая таблетка аспирина (самый простой какой найдете в аптеке, никаких шипучих!) справляется с этой задачей отлично (только не дышите парами). Кислотный флюс, разумеется, тоже подойдет — просто у меня его нет.

После распайки вернул контроллер на место и провел быстрый тест. Свет работает, все розетки работают, кормушка — работает. Из этого вывод: эти спиральки как минимум не хуже самодельных.

Для сравнения и масштаба бедствия: рядом с батарейкой АА и моим самодельным спиральным монстром:

А так как волномера у меня нет, то дальше только субъективизм. Первое впечатление — дистанционное управление стало более уверенным. В особенности это касается одной капризной радиорозетки, которая раньше включалась не каждый раз и кормушки для котов, которая капризничает почище радиорозетки.

В дальнейших планах — замена самодельных антенн на эти в старых поделках (кормушка, погодный датчик) и перспективных новых изделиях 🙂

Резюме: вполне могу рекомендовать для любой самодельной техники, где используются передатчики и приемники диапазона 433 МГц по какой-то причине не оснащенные антеннами. Ну или для замены громоздких телескопических антенн, которые китайцы любят ставить в особо дешевую технику (возможно, характеристики станут чуть хуже, но комфорт и эстетика вполне оправдывают).

Минусов, кроме цены, придумать не получается.

Q: Да кому это нужно?!
A: Если вы читаете ответ на этот вопрос, вам это, скорее всего, не нужно.

Q: А че так дорого за кусок проволоки?
A: Ценовую политику продавца обсуждать не готов.

Q: Купил бы моток эмалированного провода, накрутил бы себе сотни антенн за копейки. Слабо, что ли?
A: Слабо. Катушка провода стоит гораздо дороже этих десяти антенн, а больше десяти мне, пожалуй, пока не нужно. Ну и потом еще — найти оправку нужного диаметра, отмерять провод с максимальной точностью, на которую я не способен. Мне проще купить готовые.

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. 2 * N * d} dBi (1)

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.

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)

Из-за спиральной конструкции это соответствует 1/4 витка. Однако, с точки зрения механики, учитывая то, что необходимо позаботиться о водонепроницаемости, если антенна используется на открытом воздухе, есть более предпочтительные методы достижения сопротивления спиралью сопротивления в 50 Ом. 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.

Рисунок 3. Почти законченная спиральная антенна.

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