Um sinal contendo informações úteis pode ser criado usando um gerador. Sua potência pode ser aumentada com a ajuda de um amplificador e transmitida a uma distância considerável para outro correspondente. O sinal é transmitido por uma antena.
Antena é um dispositivo que converte uma onda eletromagnética em um sinal elétrico em uma determinada frequência no caminho de recepção, bem como a conversão reversa no caminho de transmissão.
Existem muitos tipos de antenas. Eles podem ser classificados por projeto ou por princípio de operação, por exemplo. Neste último caso, as antenas elétricas e magnéticas são distinguidas. Os primeiros são controlados pela componente elétrica do campo eletromagnético (doravante denominado EMF), e os segundos, respectivamente, pela componente magnética.
Este artigo se concentrará na antena magnética, seu design, bem como o princípio de operação.
Ondas de rádio
Todas as antenas funcionam com uma certa faixa de ondas. As ondas podem ser classificadas por comprimento ou por frequência. Deve-se notar que o comprimento é inversamente proporcional à frequência.
A seguir está uma tabela de correspondência entre os tipos de ondas de rádio e seus parâmetros de comprimento e frequência.
| Tipo de ondas | Comprimento de onda, m | Frequência |
| Extra Longo | 105-104 | 3-30 kHz |
| Longo | 104-103 | 30-300 kHz |
| Média | 103-102 | 300 kHz - 3 MHz |
| Curta | 100-10 | 3-30 MHz |
| Medidor | 10-1 | 30-300MHz |
| Decímetros | 1-0, 1 | 300 MHz – 3 GHz |
| Centímetro | 0, 1-0, 01 | 3-30GHz |
| Milímetro | 0, 01-0, 001 | 30-300GHz |
Muitas vezes os nomes de onda são substituídos por nomes de intervalo. Por exemplo, a banda de ondas curtas é chamada de banda HF.
As ondas de metro, decímetro, centímetro e milimétrico estão incluídas na faixa VHF - ondas ultracurtas. Dispositivos que operam com ondas decimétricas são chamados de antenas UHF (doravante - por analogia).
Aplicativo
O tipo de antenas que respondem ao componente magnético do campo encontrou uma amplaaplicação em qualquer tipo de indústria devido às pequenas dimensões e propriedades receptor-transmissora. Seu design geralmente é muito simples e é uma antena de haste (muitas vezes usada como antena para um carro), que é pequena em comparação com, por exemplo, antenas logarítmicas. Este último tipo de antena é frequentemente encontrado em edifícios residenciais, onde fornecem transmissões de televisão.
A principal vantagem das antenas magnéticas é a imunidade a interferências elétricas. Este último fato permite que sejam utilizados em qualquer cidade onde haja alta concentração de sinais elétricos.
Design
A antena magnética mais simples contém:
- core;
- indutor;
- moldura da bobina.
Um quadro é colocado no núcleo e um indutor é enrolado no quadro.
O núcleo de tal antena é feito de material magnético. Na maioria das vezes de ferrite, que tem boas propriedades magnéticas, que serão discutidas mais adiante.
O enrolamento é feito de um material condutor como o cobre, enquanto a carcaça é feita de um material isolante para evitar contatos desnecessários entre as espiras da bobina e o núcleo.
Na verdade, acontece que a antena magnética é um estrangulamento típico, familiar a todo radioamador ou pessoa até indiretamente relacionada à eletrônica.
Teoria de campo
Para entender o princípio de funcionamento de tal antena, você deve repetir o básicoinformações sobre tudo relacionado à transmissão de sinais à distância.
Em primeiro lugar, o campo eletromagnético, como o nome indica, inclui dois componentes - magnético e elétrico, que estão inextricavelmente ligados, e os planos desses campos (se falarmos, omitindo detalhes terminológicos) são perpendiculares entre si.
Segundo, a direção de propagação deste campo é determinada pelo vetor velocidade, que é perpendicular tanto ao vetor de intensidade elétrica (indução) quanto ao vetor de intensidade magnética (indução) no espaço tridimensional.
Por que o vetor de intensidade pode ser substituído pelo vetor de indução? Porque os valores desses parâmetros caracterizam igualmente o campo de um tipo ou de outro e são proporcionais entre si.
Princípio de funcionamento da antena em forma de L
As oscilações (transmitidas pela antena) são emitidas por qualquer objeto: tanto um bastão de madeira quanto um fio de metal. A única diferença é que o metal conduz melhor a eletricidade, então as vibrações emitidas pelo fio são mais perceptíveis.
Portanto, a antena mais simples pode ser montada a partir de uma peça de reforço. Acontecerá a antena em forma de L familiar a todos. Sob a ação de um campo eletromagnético, uma força eletromotriz é induzida na armadura, que é de alguma forma (omitindo detalhes teóricos) a causa das oscilações, bem como a base para amplificar o sinal.
O metal é um material com boas propriedades elétricas. É por isso que uma força eletromotriz (EMF) é induzida na armadura. Consequentemente,a antena em forma de L do componente elétrico do campo é controlada.
Princípio de funcionamento de uma antena que responde a um campo magnético
Logicamente, se a antena de metal em forma de L responde à componente elétrica do campo, então a antena magnética responde à componente magnética do campo eletromagnético. Devido a esse fato, o dispositivo recebeu esse nome.
Uma antena, é claro, pode ser feita de um pedaço longitudinal de um ferromagneto, mas é mais eficiente dar a este material a forma de uma armação.
Neste projeto, o campo magnético também criará um EMF, mas uma variável. A antena se transformará em um indutor, no qual a energia EMF é convertida em energia elétrica (essa é a principal tarefa da antena).
O valor da EMF induzida no quadro depende da posição da estrutura em relação ao plano de campo. A EMF é máxima se o plano das bobinas da estrutura for direcionado para a estação operando com o sinal. Se você girar a antena em torno do eixo vertical (vista superior), então em uma revolução ela terá dois máximos e dois mínimos (valores zero) da EMF.
O padrão de radiação de tal antena será na forma de infinito ou figura oito.
O padrão de radiação é uma representação gráfica da dependência do ganho na direção da antena em um determinado plano.
Ganho é um valor calculado como a razão entre o valor do sinal de saída e o valor do sinal de entrada. Por exemplo, a relação entre a potência de saída e a de entradapotência ou tensão de saída para entrada.
O fator direcional caracteriza a capacidade de uma antena de direcionar um sinal para um ponto específico. Por exemplo, para uma antena de pino usada como antena para um carro, esse coeficiente está em um nível baixo. Ele irradia uma onda em forma de toro em todas as direções. Mas para antenas direcionais como log-periódicas ou refletivas, esse coeficiente é muito maior.
A antena em forma de quadro também tem uma boa diretividade. Esta propriedade permite o uso de tais dispositivos em equipamentos especiais, como equipamentos de caça à raposa.
Recursos de design
A magnitude da EMF induzida é amplamente determinada pelo tamanho da antena. Mesmo que o número de voltas enroladas nele seja significativo, com pequenas dimensões, o valor EMF ainda será insuficiente para a operação de certos receptores.
Mas se você introduzir núcleos de ferrite dentro das antenas magnéticas, o valor EMF aumentará significativamente. O núcleo contribuirá para fechar mais linhas de campo sobre si mesmo, ou seja, graças ao núcleo, o campo ficará concentrado na antena, criando um fluxo magnético mais potente e gerando uma CEM significativa.
Núcleo de material magnético
Para entender qual núcleo magnético deve ser instalado na antena, é preciso estudar o parâmetro de permeabilidade magnética, que mostra quantas vezes o campo magnético de um determinado material é mais forte que o campo externo.
Quanto maior a taxapermeabilidade, melhor o material magnético concentra o campo em si mesmo.
O núcleo da antena magnética receptora geralmente tem uma seção retangular ou redonda. Primeiro, pela facilidade de produção. Em segundo lugar, devido ao fato de que núcleos dessa forma concentram melhor as linhas magnéticas em si mesmos.
O último fato afeta um parâmetro como a permeabilidade magnética efetiva. Pode não coincidir com a permeabilidade magnética inicial, que normalmente é indicada na documentação do núcleo. No entanto, a permeabilidade efetiva depende da inicial.
Assim, a permeabilidade efetiva do núcleo depende dos seguintes indicadores:
- dimensões do núcleo;
- formato do núcleo;
- permeabilidade magnética inicial do material do qual este núcleo é feito.
Por exemplo, se considerarmos testemunhos com a mesma área de seção transversal, mas comprimentos diferentes, uma amostra com um comprimento maior terá um valor maior de permeabilidade efetiva.
A propósito, a dependência da permeabilidade efetiva do comprimento de um núcleo de ferrita, por exemplo, não é linear. Até um certo valor do comprimento do núcleo, a permeabilidade aumenta para a maioria dos graus de ferrita, mas alguns deles entram em saturação e param de crescimento. Por exemplo, produtos com marcações 1000НН, 600НН e 400НН não ficam saturados por muito tempo, ao contrário de 100НН e 50ВЧ. Isso é importante considerar ao criar uma antena caseira.
Eficiência da antena
Eficiência de uma antena receptora que responde a um campo magnético,está diretamente relacionado com a altura real. Esta é a altura do ponto de onde sai a oscilação emitida pela antena, acima de um certo ponto na superfície da Terra.
A altura real afeta a EMF gerada na antena. Assim, quanto maior o seu valor, maior o EMF, mais fracos os sinais que a antena pode receber.
O que determina a altura efetiva da antena que responde ao componente magnético do EMF?
- Da permeabilidade efetiva.
- Área da seção do núcleo.
- Número de voltas da bobina.
- O comprimento do enrolamento que compõe a própria bobina.
- Diâmetro do enrolamento.
- Comprimento de onda de operação.
A altura efetiva da antena será tanto maior quanto maiores forem os quatro primeiros parâmetros da lista acima, bem como menor a diferença entre os diâmetros do núcleo da antena e do fio do enrolamento. Quanto menor o comprimento de onda, maior a altura também.
Bobina da Antena
A partir dos dados acima, podemos concluir sobre a importância da influência do indutor nas propriedades de recepção e transmissão de qualquer antena (por exemplo, uma antena magnética HF) que responde a um campo magnético.
Quanto maior a qualidade do indutor, melhor a antena funciona. O parâmetro de qualidade da bobina é estimado usando seu fator de qualidade. O fator de qualidade é um parâmetro calculado como a razão entre a resistência da bobina para CA e a resistência do elemento indutivo para CC.
A resistência de uma bobina CA depende de ambosa indutância da própria bobina e a frequência da corrente. Para aumentar o fator de qualidade da bobina e, com ela, as propriedades de transmissão e recepção da antena que responde a um campo magnético, você pode alterar sua resistência para corrente contínua. Por exemplo, para aumentar o diâmetro das voltas resultantes da bobina ou do próprio fio, a partir do qual é enrolado.
Antena FM
Este é um tipo de antena que responde a um campo magnético. A onda FM é um sinal em uma frequência entre 88 e 108 MHz.
Para fazer este desenho, você vai precisar de:
- fixadores nos quais a antena será instalada (por exemplo, um cano);
- núcleo de ferrite que pode ser colocado na estrutura (no tubo);
- fio de cobre para enrolamento e contatos;
- pinos de conexão para conectar a antena ao dispositivo receptor;
- folha de cobre.
Antes de enrolar a bobina, é necessário isolá-la do núcleo com fita isolante ou papel enrolado em torno da ferrita. Em seguida, uma camada de papel alumínio é colocada no isolamento. Ele sobrepõe uma volta de 1 cm e é isolado na área de sobreposição usando a mesma fita isolante, por exemplo. É assim que é criada a tela da antena FM, na qual são enroladas 25 voltas, formando uma bobina, com fios na 7ª, 12ª e 25ª voltas.
De cima, o enrolamento é coberto com uma tela semelhante. As telas - externas e internas - são interconectadas.
As extremidades do fio do enrolamento devem ser dispostas em contatos de conexão. As conclusões da 12ª e 25ª voltas devem ser conectadas ao receptor e da 7ª volta - ao solo.
Antena de Loop
Com a ajuda de um cabo coaxial e alguns acessórios, você pode fazer esta antena, que pode trabalhar com diferentes bandas de frequência. Tudo depende das dimensões da estrutura. Com base neste dispositivo, você pode criar uma antena UHF.
Pode ser usado para transmitir um sinal a uma distância de até 80 m, e suas vantagens incluem facilidade de fabricação e instalação, além de alta estabilidade na transmissão do sinal.
Que materiais você precisa para fazer uma antena de quadro?
- Cabo coaxial.
- Barras de madeira.
- Um capacitor com capacitância de 100pF.
- Conector coaxial.
Para que a antena funcione de forma estável, é necessário garantir a estabilidade do capacitor, ou seja, isolá-lo de influências mecânicas, climáticas e outras.
A antena é um laço de cabo conectado a um capacitor. Ele pode trabalhar com muitas faixas de frequência. Por exemplo, com a banda HF. Quanto maior a área do loop (melhor se for redondo), maior será a cobertura do sinal recebido.
O design é montado em um suporte de madeira feito de barras. Como conectar uma antena? Com um conector coaxial conectado ao fio de saída.
Além disso, um transformador correspondente às vezes é incluído no circuito.
padrão GSM
Com base em uma antena que responde a ondas magnéticas, são criados dispositivos para receber um sinal do padrão GSM,que é usado em comunicações móveis.
Muitos radioamadores montam independentemente antenas magnéticas GSM e as instalam onde o sinal celular é mal recebido. Por exemplo, em dachas.
Uma antena para trabalhar com o padrão de comunicação GSM pode ser feita de um tubo de água de plástico, fibra de vidro de um lado (espessura - 1,5-2 mm, largura - 10 mm) e fio de cobre (diâmetro - 1,5-2, 5 mm).
O formato da antena é log-periódico. Essa antena caseira tem um alto ganho e um padrão de radiação estreito.
A seguir, você precisa conectar os vibradores da antena (fio cortado) com as linhas coletoras (duas tiras de fibra de vidro). Os vibradores devem ser soldados a cada linha de coleta e, em seguida, as linhas são conectadas entre si usando um cabo coaxial. As linhas são fixadas em um tubo de plástico.
Como conectar este tipo de antena? A saída do cabo pode ser conectada a uma carga na forma de um aparelho de TV.
Conclusão
Assim, não é nada difícil montar sua própria antena que responda ao componente magnético do EMF. Basta seguir todas as recomendações descritas acima e levar em consideração as características eletromagnéticas dos diversos materiais.
Além disso, nenhum conhecimento especial é necessário para criar tal estrutura. Informações básicas sobre os processos físicos que ocorrem em vários elementos, como um indutor, são suficientes.
