Она представляет собой наклонную дорожку, длина которой кратна длине волны. Антенна устанавливается на высоте от 1 до 5 метров, в зависимости от применения. Диаграмма направленности излучения имеет ярко выраженный лепесток направленности, что свидетельствует о хорошем коэффициенте усиления антенны.
Для чего радиоприемнику нужна антенна кратко
Антенна используется для приема электромагнитных колебаний; радиоприемник преобразует принятые колебания в форму, в которой их может принимать оконечное устройство (громкоговоритель, телевизионная приемная трубка, телеграфный аппарат и т.д.). Радиоприемники делятся на вещательные (приемники аудио- и телепрограмм) и профессиональные (приемники для радиослужб, радионавигации и т.д.) в зависимости от их предназначения для отдельных категорий радиопередатчиков или для приема их сигналов. В прошлом частотные диапазоны делились на основе длины волны ( λ ), которая определяется по следующей формуле:
где c — скорость распространения радиоволн в вакууме, которая приблизительно равна скорости света 300 000 км/сек; f — частота сигнала. Это означает, что длина волны соответствует расстоянию, которое «пролетает» в пространстве период несущей частоты радиосигнала.
Диапазоны радиоволн
Чрезвычайно длинные волны (ELW) — длиннее 10 000 метров (частоты 20 — 30 кГц). Большие длины волн (LW) — длиннее 1 000 — 10 000 метров (частоты 300 — 30 кГц). Для радиовещания к УКВ относятся длины волн 700 — 2 000 метров (частоты 150 — 430 кГц). Средние волны (СВ) — это 100 — 1 000 метров (3 МГц — 300 кГц). Диапазон радиопередач CB — 187 — 575 метров (1,6 МГц — 520 кГц). Короткие волны (КВ) — 10 — 100 метров (30 — 3 МГц). Ультракороткие волны (УКВ) — менее 10 метров (частоты выше 30 МГц). УКВ подразделяется на: Метр — от 1 до 10 метров (от 300 до 30 МГц); Дециметр (DMV) — от 10 см до 1 м (от 3 ГГц до 300 МГц); Сантиметр (CMV) — от 1 до 10 см (от 30 до 3 ГГц); Миллиметр — от 1 до 10 мм (от 300 до 30 ГГц); Субмиллиметр — менее 1 мм (частоты выше 300 ГГц).
Антенна радиоприемника.
Первым и очень важным элементом во входной цепи радиоприемника является приемная антенна. От ее мощности зависит качество воспроизводимой приемником информации. Когда электромагнитная волна излучается передатчиком, каждая точка в пространстве генерирует определенную напряженность электрического поля E и магнитного поля H (рис. 1). Векторы E и H перпендикулярны друг другу и направлены таким образом, что направление движения бура совпадает с направлением распространения электромагнитной волны при вращении рукоятки бура по кратчайшему пути от вектора E к вектору H. Направление движения бура совпадает с направлением распространения электромагнитной волны. Напряженность электромагнитного поля численно определяется напряженностью электрической составляющей поля Е, которая измеряется в вольтах/метр. В практике радиоприема наименьшими единицами являются милливольты/метр (мВ/м) и микровольты/метр (мкВ/м). Эти единицы имеют следующее соотношение: 1 В/м = 10³ мВ/м; 1 мВ/м = 10³ мкВ/м. На приемную антенну, находящуюся в поле ЭМ волны, действуют электрическая и магнитная силы, а также электродвижущая сила (ЭДС) с той же частотой, что и электрические колебания в антенне радиопередатчика. При изучении взаимодействия приемной антенны со входом радиоприемника используется эквивалентная схема антенны (рис. 2). Ключевым вопросом является определение мощности, теряемой в нагрузке приемной антенны при воздействии на нее падающей волны. Для этого необходимо знать ток в нагрузке. Приемная антенна является осциллятором по отношению к сопротивлению нагрузки Zn с э.д.с. |Ea| и имеет внутреннее сопротивление Za. Если эти значения известны, можно рассчитать амплитуду тока |I|, напряжение |U| и мощность P на нагрузке Zn = Rn + jXn:
|I| = |Ea|/(Za + Zn) |U| = |Ea|-Zn/(Za + Zn) P = |I|²-Rn/2.
Здесь Emax — напряженность поля в направлении максимального приема или максимального излучения; Esr — среднее значение напряженности поля. В формуле напряженности поля k значения напряженности поля возводятся в квадрат, а мощность высокочастотных колебаний пропорциональна квадрату напряженности поля. Поэтому K — это отношение между максимальной и средней напряженностью поля сигнала.
Частотная избирательность используется для уменьшения влияния помех. Для этого путем выбора параметров (формы и размеров) строится антенна, которая принимает полезный сигнал в определенном диапазоне: ∆f = fmax — fmin. Существуют следующие виды антенн: 1) настроенные антенны, 2) узкополосные антенны, 3) широкополосные антенны и 4) сверхширокополосные антенны. Настроенные антенны работают на одной рабочей частоте. Узкополосные устройства могут работать только в узком диапазоне без преобразования частоты (полоса пропускания ∆f / fcf, т.е. разница в полосе пропускания ∆f = fmax — fmin частоты до центра fcf = (fmax + fmin) / 2, составляет менее 10%). Широкополосные устройства работают без преобразования частоты в широкой полосе частот, а относительная полоса частот составляет от 10 % до 50 %. UWB-устройства охватывают диапазон частот с соотношением fmax : fmin = 5:1 и более.
Кстати, интересная информация: Первый в мире радиоприемник был разработан в 1895 году русским физиком Поповым. Это было 125 лет назад, между прочим. Радиосистема работала с азбукой Морзе, а приемник Попова вообще стал основой для производства и развития более поздней электроники для радиосвязи.
Основные параметры
Прежде чем построить УКВ антенну своими руками, нужно внимательно изучить теорию. Каждая волна передается с определенной несущей частотой, на которую настроен приемник. Антенна, которую вы собираетесь построить, должна быть рассчитана на эти параметры. Конечно, она будет принимать и другие радиоволны, но качество звука будет слабее.
Существуют некоторые параметры, которые отличают радиоприемники FM и MW диапазонов. Для ультразвуковых волн отлично подходит прием сигналов в диапазоне 74 МГц. Максимальное значение для FM составляет 108 МГц. Стоит отметить, что современная передача в ультразвуковых волнах практически отсутствует, именно поэтому УКВ-антенны потеряли популярность. Именно по этой причине до сих пор создаются только FM-устройства.
Основным параметром, от которого зависит эффективность самодельной антенны, является длина волны принимаемого сигнала. Этот параметр также влияет на геометрические размеры устройства. Любой умелец может самостоятельно рассчитать длину волны, разделив скорость света (м/с) на частоту нужного сигнала. Полученное число необходимо перевести в герцы. Итоговая цифра указывается в метрах.
Все внутренние радиоантенны и некоторые внешние модели способны принимать сигнал. Однако существуют и направленные модели, которые достигают максимального качества звука только в том случае, если пользователь выполнил детальную настройку. Такие модели имеют важное преимущество: они могут усиливать сигнал, что не характерно для ненаправленных моделей.
Качество звука во многом зависит от поляризации.
Все генерируемые сигналы в FM-диапазоне передаются вертикально. Радиус изменения напряженности поля не может быть горизонтальным (по отношению к основному направлению распространения). По этой причине импровизированная антенна должна быть построена по такой схеме.
Разновидности модельного ряда
Те, кто решил построить антенну для FM-радио своими руками, должны понимать, что основная задача такого устройства — принимать передаваемый сигнал, усиливать его и передавать на вход используемого приемника. В зависимости от желаемого диапазона, полученное устройство может отличаться не только типом конструкции, но и размерами. Опытные специалисты утверждают, что современный рынок предлагает огромное разнообразие антенн, а некоторые из них можно смело назвать сложнейшими техническими сооружениями, которые могут занимать до нескольких тысяч квадратных метров.
В типичной модели приемное оборудование может быть оснащено универсальным проводником, подвешенным над землей на защитных изоляторах. Электромагнитные волны, проходящие через такой узел, вызывают приложенное к нему высокочастотное переменное напряжение, которое передается на вход радиоприемника. Оконечное устройство усиливает сигнал, придавая ему специфическую низкочастотную составляющую, чтобы пользователь мог слышать качественный звук.
Все современные FM-устройства можно разделить на ненаправленные и направленные. Наиболее важные из них различают по назначению: мобильные и стационарные устройства. Несмотря на большие различия в типах и видах, существуют единые стандарты, в соответствии с которыми они работают.
Конструкция FM антенны для приемника
Эти антенны предназначены для преобразования радиоволн FM-диапазона в электрические сигналы, которые могут быть приняты приемником. Простейшие конструкции представляют собой вибраторы в форме полуволны. Такие антенны не имеют характеристики направленности и принимают слишком много мешающего излучения из окружающей среды. Если FM-приемник мобильный, можно найти наилучшее направление сигнала, немного передвигая его. Для стационарных радиоприемников больше подходит форма волны, настроенная на приемный луч, а наилучшее качество звука достигается на нескольких каналах (большинство радиоприемников такого типа передают в диапазоне около 10 мегагерц).
Дополнительная информация. Если вы хотите расширить передающий луч, можно соединить 2-3 полуволновых вибратора параллельно в вертикальном положении и припаять на круглые цилиндры.
Требуемый импеданс 50 Ом не всегда возможен, такую fm антенну приходится усиливать адаптивными устройствами. Например, вибраторы можно установить на конусообразных направляющих, образующих веер, который «раскрывается» от центра к краям.
Используя в конструкции сталь и олово, можно добиться даже 300 Ω. Это позволяет принимать относительно большое количество FM-каналов. Для расширения приема в этом диапазоне иногда необходимо установить и подключить антенную группу.
Подключение антенны
Антенна для радиоприемника может быть подключена различными способами:
- Прямым: антенна (обычно это антенны телескопические) является составной частью принимающего радиоустройства, при этом фазой «земли» является сам его корпус. Сопротивление (активное) при таком подключении достигает тридцати ом, а реактивное – убирается переделкой контура резонанса. Такие антенны не отличаются симметричностью. Заземление должно быть надежным (длина оголенного провода должна превышать 1/10 волны), иначе возможны помехи из-за контурного излучения;
- При нерезонансном питании: применяется передающая линия для направленной передачи радиоволн, при этом ее волновое сопротивление должно быть эквивалентным антенному сопротивлению. Такое подключение позволяет избавиться от потерь и обеспечить самый лучший уровень радиосигнала;
Важно! Обрежьте все лишние провода между FM-антенной и радиоприемником, так как каждый лишний метр значительно снижает чувствительность приемника. Как только сопротивление будет отрегулировано и приблизится к 50 Ω, прием радиосигнала значительно улучшится.
- При резонансном типе питания линий связи легкость прохождения радиоволн напрямую зависит от длины самой волны. Для таких антенн выбирают фидеры в половину длины волны (или кратные), при этом сопротивление волн уже не так важно, антенна согласована. Частота, которую воспринимает фм-антенна, является несущей, довольно часто это синусоидальные волны с заглавной частотой 50 герц (гармоники).
Конструкция
Из всего многообразия антенн, имеющихся в автомобиле, наиболее распространены следующие конструкции:
- симметричный вибратор или (рис.1А) свернутый симметричный вибратор (рис.1Б)
- несимметричный вибратор (рис.1В) и спиральная антенна (рис.1Г)
- антенна с фрактальными элементами
Для достижения максимальной эффективности электрическая длина симметричного вибратора должна составлять половину длины волны. Поскольку длина волны в УКВ диапазоне составляет около 3 м, полноразмерный полуволновой вибратор не может быть установлен на автомобиле. Поэтому используются укороченные версии или сложенный симметричный вибратор. Примером могут служить антенны серии «Урал АВ-14» и «Урал АВ-17».
Несбалансированный вибратор превращается в симметричный, если заменить одну из его половин массой или противовесом. В автомобиле роль противовеса выполняет кузов. Внешние антенны такого типа (штыревые и телескопические) широко используются, особенно в базовом оборудовании автомобилей. Электрическая длина несимметричного вибратора для наибольшей эффективности должна составлять четверть длины волны: 75 — 80 см для диапазона 87,5 — 108 МГц, но пользоваться такой антенной, особенно в «нескладном» варианте, не очень удобно. Поэтому распространены более короткие вибраторы. Существует множество вариаций изготовления исполнения, но суть во всех них одна — штырь длиной 30 — 50 см, все отличия носят декоративный характер.
Спиральная антенна — разновидность укороченного асимметричного вибратора. Она состоит из гибкого стержня из диэлектрического материала, на который намотано несколько десятков проволочных спиралей с довольно большим шагом. Сверху конструкция покрыта слоем диэлектрика. Единственным преимуществом этой антенны перед другими является ее гибкость и компактность.
Последней разработкой, не имеющей аналогов, является серия антенн «Zeppelin» с уникальной топологией проводников на печатной плате в качестве приемного элемента. В настоящее время выпускается 3 типа антенн «Цеппелин».
Zeppelin-1. Пассивная автомобильная антенна обеспечивает уверенный прием радиостанций в черте города. Это самая легкая и компактная из существующих внутренних автомобильных антенн и имеет низкую цену.
Zeppelin-2. Дополнительный усилитель и экранированный сигнальный кабель обеспечивают уверенный прием радиостанций в черте города и на расстоянии до 100 км.
Zeppelin-3. Дополнительный светодиод RGB для подсветки — более 1 миллиона цветовых вариаций. Подсветка включается и выключается простым прикосновением руки к корпусу антенны (встроенный датчик). Подсветка антенны делается не только из эстетических соображений, но и для безопасности водителя. Например, глаза водителя могут быстрее восстановиться, если его ослепят фары встречного автомобиля.
Выбор
Любой тип антенны можно использовать для поездок только в пределах города или на небольшом расстоянии от него — если сигнал достаточно сильный, их характеристики в УКВ-диапазоне примерно одинаковы. Это вопрос личного предпочтения. Для дальних поездок предпочтительнее использовать пассивные «полноразмерные» антенны — в этом случае качество приема слабых сигналов выше, поскольку устраняются шумы усилителя, а уровень помех за городом минимален. Качество приема длинноволновых и средневолновых сигналов в этом случае также лучше с пассивной антенной. Радиологи говорят, что «хорошая антенна — лучший усилитель». Однако любая антенна может реализовать свой потенциал только в том случае, если она правильно установлена.
Многие водители убеждены, что лучшее место для внешней антенны — крыша, но не стоит быть столь категоричным. Поскольку весь автомобиль является проводящей поверхностью, нет никакой разницы, где установлена антенна — на крыше или на крыле. Неблагоприятным расположением можно считать только бампер — в этом случае большая часть антенны находится в непосредственной близости от кузова.
С автомобильными антеннами, особенно «бусами», практически невозможно выдержать требуемое расстояние от проводящих поверхностей, поэтому расположение антенны — это вопрос эстетики и эргономики. Элементы антенны следует размещать на ветровом стекле таким образом, чтобы они не мешали обзору.
Антенна наиболее эффективна, когда она находится в плоскости поляризации волны. В диапазоне УКВ используется вертикальная поляризация, но в городских районах с многократными отражениями сигнала и различными атмосферными условиями плоскость поляризации может поворачиваться на неопределенный угол. Для приема длинных и средних волн антенну лучше всего располагать горизонтально. Для антенн на наружных мачтах компромиссным вариантом обычно является установка антенны под углом. При установке антенны-таблетки один из «усов» может быть ориентирован горизонтально, а другой — вертикально для улучшения работы с волнами различной поляризации.
При выборе антенны обратите внимание на качество кабеля. Многие активные антенны в целях экономии оснащаются обычным ленточным кабелем вместо экранированного, по которому передается и сигнал, и напряжение питания. Это не самое лучшее решение: неэкранированная часть кабеля становится самой антенной; токи, принимаемые антенной, и токи, наведенные в кабеле, могут частично аннулировать друг друга.
Длина самого антенного кабеля обычно невелика и достаточна только для антенн на лобовом стекле. Все остальные установки требуют использования удлинительных кабелей и адаптеров. При их выборе следует обращать внимание на надежность контакта на штекерах и качество
- Категорически не рекомендуется монтировать антенну в сырую или холодную погоду на улице
- Стекло нужно тщательно очистить и обезжирить
- Клеевую пленку для монтажа желательно прогреть
- Перед приклеиванием основания на стекло — «семь раз отмерить», ибо ничего изменить уже нельзя, клей схватывается моментально
- После монтажа не прикладывать сразу механические нагрузки
