هوائي مغناطيسي: الجهاز ، مبدأ التشغيل ، الغرض

2024 مؤلف: Trinity Chesterton | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-16 14:51

يمكن إنشاء إشارة تحتوي على معلومات مفيدة باستخدام مولد. يمكن زيادة قوتها بمساعدة مكبر للصوت ونقلها عبر مسافة كبيرة إلى مراسل آخر. تنتقل الإشارة بواسطة هوائي.

الهوائي هو جهاز يحول الموجة الكهرومغناطيسية إلى إشارة كهربائية عند تردد معين في مسار الاستقبال ، وكذلك التحويل العكسي في مسار الإرسال.

هناك أنواع عديدة من الهوائيات. يمكن تصنيفها حسب التصميم أو حسب مبدأ التشغيل ، على سبيل المثال. في الحالة الأخيرة ، تتميز الهوائيات الكهربائية والمغناطيسية. يتم التحكم في الأول بواسطة المكون الكهربائي للحقل الكهرومغناطيسي (المشار إليه فيما يلي باسم EMF) ، والأخير ، على التوالي ، بواسطة العنصر المغناطيسي.

ستركز هذه المقالة على الهوائي المغناطيسي وتصميمه وكذلك مبدأ التشغيل.

موجات الراديو

تعمل جميع الهوائيات مع نطاق معين من الموجات. يمكن تصنيف الموجات حسب الطول أو التردد. وتجدر الإشارة إلى أن الطول يتناسب عكسياً مع التردد

التالي هو جدول المراسلات بين أنواع الموجات الراديوية ومعلمات طولها وترددها.

نوع الموجة	الطول الموجي ، م	التردد
طويل جدًا	105-104	3-30 كيلوهرتز
طويل	104-103	30-300 كيلوهرتز
متوسط	103-102	300 كيلوهرتز - 3 ميغا هرتز
قصير	100-10	3-30 ميغا هرتز
متر	10-1	30-300 ميجا هرتز
ديسيمترات	1-0، 1	300 ميجا هرتز - 3 جيجا هرتز
سنتيمتر	0 ، 1-0 ، 01	3-30 جيجا هرتز
ملليمتر	0 ، 01-0 ، 001	30-300 جيجا هرتز

في كثير من الأحيان يتم استبدال أسماء الموجات بأسماء النطاقات. على سبيل المثال ، يسمى نطاق الموجة القصيرة نطاق التردد العالي.

يتم تضمين الموجات المترية والديسيمترية والسنتيمترية والمليمترية في نطاق الموجات المترية (VHF) - الموجات فائقة القصر. تسمى الأجهزة التي تعمل بموجات ديسيمتر هوائيات UHF (يشار إليها فيما يلي بالقياس).

التطبيق

نوع الهوائيات التي تستجيب للمكون المغناطيسي للمجال وجد واسعًاالتطبيق في أي نوع من الصناعة بسبب الأبعاد الصغيرة وخصائص الإرسال والاستقبال. غالبًا ما يكون تصميمها بسيطًا جدًا وهو عبارة عن هوائي قضيب (غالبًا ما يستخدم كهوائي للسيارة) ، وهو صغير مقارنة بالهوائيات اللوغاريتمية على سبيل المثال. غالبًا ما يوجد النوع الأخير من الهوائي في المباني السكنية ، حيث يقدمون البث التلفزيوني.

الميزة الرئيسية للهوائيات المغناطيسية هي المناعة ضد التداخل الكهربائي. تسمح الحقيقة الأخيرة باستخدامها في أي مدينة يوجد بها تركيز عالٍ للإشارات الكهربائية.

تصميم

أبسط هوائي مغناطيسي يحتوي على:

• الأساسية ؛
• مغو ؛
• إطار الملف.

يتم وضع إطار على القلب ، ويتم لف مغو على الإطار.

قلب مثل هذا الهوائي مصنوع من مادة مغناطيسية. في أغلب الأحيان من الفريت ، الذي له خصائص مغناطيسية جيدة ، والتي سيتم مناقشتها لاحقًا.

اللف مصنوع من مادة موصلة مثل النحاس ، بينما يتكون الإطار من مادة عازلة لتجنب التلامس غير الضروري بين لفات الملف والقلب.

في الواقع ، اتضح أن الهوائي المغناطيسي هو خنق نموذجي ، مألوف لكل هواة راديو أو شخص مرتبط بشكل غير مباشر بالإلكترونيات.

نظرية المجال

لفهم مبدأ تشغيل مثل هذا الهوائي ، يجب عليك تكرار الأساسيمعلومات عن كل ما يتعلق بنقل الإشارات عن بعد

أولاً ، يشتمل المجال الكهرومغناطيسي ، كما يوحي الاسم ، على مكونين - مغناطيسي وكهربائي ، مرتبطان ارتباطًا وثيقًا ، ومستويات هذين المجالين (إذا تحدثنا ، مع حذف التفاصيل المصطلحية) متعامدة مع بعضها البعض.

ثانيًا ، يتم تحديد اتجاه انتشار هذا المجال بواسطة متجه السرعة ، والذي يكون عموديًا على كل من متجه الشدة الكهربائية (الحث) ومتجه الشدة المغناطيسية (الحث) في الفضاء ثلاثي الأبعاد.

لماذا يمكن استبدال متجه الكثافة بمتجه الحث؟ لأن قيم هذه المعلمات تميز المجال من نوع أو آخر بالتساوي وتتناسب مع بعضها البعض.

مبدأ تشغيل الهوائي على شكل حرف L

التذبذبات (التي يرسلها الهوائي) تنبعث من أي جسم: عصا خشبية وسلك معدني. الفرق الوحيد هو أن المعدن يوصل الكهرباء بشكل أفضل ، وبالتالي فإن الاهتزازات المنبعثة من السلك تكون ملحوظة أكثر.

لذلك ، يمكن تجميع أبسط هوائي من قطعة من التعزيز. سيصبح الهوائي على شكل حرف L مألوفًا لدى الجميع. تحت تأثير المجال الكهرومغناطيسي ، يتم إحداث قوة دافعة كهربائية في المحرك ، والتي هي بطريقة ما (مع حذف التفاصيل النظرية) سبب التذبذبات ، وكذلك أساس تضخيم الإشارة.

المعدن مادة ذات خصائص كهربائية جيدة. هذا هو السبب في حدوث قوة دافعة كهربائية (EMF) في المحرك. بالتالي،يتم التحكم في الهوائي على شكل حرف L للمكون الكهربائي للمجال.

مبدأ تشغيل الهوائي الذي يستجيب لمجال مغناطيسي

منطقياً ، إذا كان الهوائي المعدني على شكل حرف L يستجيب للمكوِّن الكهربائي للمجال ، فإن الهوائي المغناطيسي يستجيب للمكوِّن المغناطيسي للمجال الكهرومغناطيسي. بسبب هذه الحقيقة حصل الجهاز على اسمه

الهوائي ، بالطبع ، يمكن صنعه من قطعة طولية من مغناطيس حديدي ، لكن الأكثر فاعلية إعطاء هذه المادة شكل الإطار.

في هذا التصميم ، سينشئ المجال المغناطيسي أيضًا EMF ، ولكنه متغير. سوف يتحول الهوائي إلى مغو ، يتم فيه تحويل طاقة EMF إلى طاقة كهربائية (هذه هي المهمة الرئيسية للهوائي).

تعتمد قيمة المجال الكهرومغناطيسي المستحث في الإطار على موضع الهيكل بالنسبة لمستوى المجال. يكون EMF هو الحد الأقصى إذا تم توجيه مستوى ملفات الهيكل إلى المحطة العاملة بالإشارة. إذا قمت بتدوير الهوائي حول المحور العمودي (منظر علوي) ، فسيكون له في دورة واحدة حد أقصى وحدتين (قيم صفرية) من المجال الكهرومغناطيسي.

سيكون مخطط إشعاع مثل هذا الهوائي على شكل اللانهاية أو الشكل الثامن.

مخطط الإشعاع هو تمثيل رسومي لاعتماد الكسب على اتجاه الهوائي في مستوى معين.

الكسب هو قيمة محسوبة كنسبة من قيمة إشارة الخرج إلى قيمة إشارة الدخل. على سبيل المثال ، نسبة طاقة الإخراج إلى المدخلاتالطاقة أو الجهد الناتج للإدخال

يميز عامل الاتجاه قدرة الهوائي على توجيه إشارة إلى نقطة معينة. على سبيل المثال ، بالنسبة لهوائي الدبوس المستخدم كهوائي لسيارة ، يكون هذا المعامل عند مستوى منخفض. يشع موجة على شكل حلق في جميع الاتجاهات. لكن بالنسبة للهوائيات الاتجاهية مثل اللوغاريتم الدوري أو الانعكاسي ، فإن هذا المعامل أعلى من ذلك بكثير.

يحتوي الهوائي على شكل إطار أيضًا على اتجاهية جيدة. تسمح هذه الخاصية باستخدام مثل هذه الأجهزة في معدات خاصة مثل معدات صيد الثعالب.

ميزات التصميم

يتم تحديد حجم المجال الكهرومغناطيسي المستحث إلى حد كبير بحجم الهوائي. حتى لو كان عدد المنعطفات عليه مهمًا ، فبالأبعاد الصغيرة ، ستظل قيمة EMF غير كافية لتشغيل أجهزة استقبال معينة.

لكن إذا أدخلت نوى الفريت داخل الهوائيات المغناطيسية ، فستزيد قيمة EMF بشكل كبير. ستساهم النواة في إغلاق المزيد من خطوط المجال على نفسها ، أي بفضل النواة ، سيتم تركيز المجال على الهوائي ، مما يخلق تدفقًا مغناطيسيًا أكثر قوة ويولد EMF كبير.

المواد المغناطيسية الأساسية

لفهم النواة المغناطيسية التي يجب تثبيتها في الهوائي ، تحتاج إلى دراسة معلمة النفاذية المغناطيسية ، والتي توضح عدد المرات التي يكون فيها المجال المغناطيسي في مادة معينة أقوى من المجال الخارجي.

كلما ارتفع المعدلالنفاذية ، كلما كانت المادة المغناطيسية تركز المجال على نفسها بشكل أفضل.

يحتوي قلب هوائي الاستقبال المغناطيسي عادة على قسم مستطيل أو دائري. أولا ، لسهولة الإنتاج. ثانيًا ، نظرًا لحقيقة أن النوى من هذا الشكل تركز بشكل أفضل الخطوط المغناطيسية على نفسها.

الحقيقة الأخيرة تؤثر على مثل هذه المعلمة مثل النفاذية المغناطيسية الفعالة. قد لا يتطابق مع النفاذية المغناطيسية الأولية ، والتي يشار إليها عادةً في الوثائق الخاصة بالنواة. ومع ذلك ، فإن النفاذية الفعالة تعتمد على النفاذية الأولية.

وبالتالي ، فإن النفاذية الفعالة للنواة تعتمد على المؤشرات التالية:

• أبعاد أساسية ؛
• الشكل الأساسي ؛
• النفاذية المغناطيسية الأولية للمادة التي يتكون منها هذا اللب

على سبيل المثال ، إذا أخذنا في الاعتبار النوى التي لها نفس مساحة المقطع العرضي ولكن بأطوال مختلفة ، فإن العينة ذات الطول الأطول سيكون لها قيمة أكبر للنفاذية الفعالة.

بالمناسبة ، فإن اعتماد النفاذية الفعالة على طول نواة الفريت ، على سبيل المثال ، غير خطي. حتى قيمة معينة لطول اللب ، تزداد النفاذية لمعظم درجات الفريت ، ولكن بعد ذلك يذهب بعضها إلى التشبع ويتوقف النمو. على سبيل المثال ، المنتجات ذات العلامات 1000НН و 600НН و 400НН لا تدخل في التشبع لفترة طويلة ، على عكس 100НН و 50ВЧ. هذا مهم في الاعتبار عند إنشاء هوائي محلي الصنع.

كفاءة الهوائي

كفاءة هوائي استقبال يستجيب لمجال مغناطيسي ،يرتبط ارتباطًا مباشرًا بالارتفاع الفعلي. هذا هو ارتفاع النقطة التي يخرج منها التذبذب المنبعث من الهوائي فوق نقطة معينة على سطح الأرض.

يؤثر الارتفاع الفعلي على المجالات الكهرومغناطيسية المتولدة في الهوائي. وبناءً على ذلك ، فكلما زادت قيمته ، زادت قوة المجال الكهرومغناطيسي ، قلت الإشارات التي يمكن للهوائي استقبالها.

ما الذي يحدد الارتفاع الفعال للهوائي الذي يستجيب للمكون المغناطيسي للمجال الكهرومغناطيسي؟

1. من النفاذية الفعالة
2. منطقة القسم الأساسية
3. عدد لفات الملف
4. طول الملف الذي يتكون منه الملف نفسه.
5. قطر اللف
6. الطول الموجي التشغيلي.

سيكون الارتفاع الفعال للهوائي أعلى ، وكلما زادت المعلمات الأربعة الأولى من القائمة أعلاه ، وكذلك كلما كان الفرق بين أقطار قلب الهوائي وسلك الملف أصغر. كلما كان الطول الموجي أقصر ، كلما زاد الارتفاع أيضًا.

ملف الهوائي

من البيانات أعلاه ، يمكننا أن نستنتج أهمية تأثير المحرِّض على خصائص الاستقبال والإرسال لأي هوائي (على سبيل المثال ، هوائي مغناطيسي عالي التردد) يستجيب لمجال مغناطيسي.

كلما زادت جودة المحرِّض ، كان الهوائي يعمل بشكل أفضل. يتم تقدير معلمة الجودة للملف باستخدام عامل الجودة الخاص بها. عامل الجودة عبارة عن معلمة محسوبة كنسبة مقاومة الملف إلى التيار المتردد إلى مقاومة العنصر الاستقرائي للتيار المستمر.

تعتمد مقاومة ملف التيار المتردد على كليهمامحاثة الملف نفسه ، وتواتر التيار. لزيادة عامل جودة الملف ، ومعه خصائص الإرسال والاستقبال للهوائي الذي يستجيب لمجال مغناطيسي ، يمكنك تغيير مقاومته للتيار المباشر. على سبيل المثال ، لزيادة قطر المنعطفات الناتجة للملف أو السلك نفسه الذي يتم لفه منه.

هوائي FM

هذا نوع من الهوائي يستجيب لمجال مغناطيسي. موجة FM هي إشارة على تردد بين 88 و 108 ميجا هرتز.

لعمل هذا التصميم ، ستحتاج:

• السحابات التي سيتم تثبيت الهوائي عليها (على سبيل المثال ، أنبوب) ؛
• قلب من الفريت يمكن وضعه على الهيكل (على الأنبوب) ؛
• سلك نحاسي لللف والتلامس ؛
• دبابيس توصيل لتوصيل الهوائي بجهاز الاستقبال ؛
• رقائق نحاسية.

قبل لف الملف ، من الضروري عزله عن القلب بشريط كهربائي أو ملفوف بالورق حول الفريت. ثم يتم وضع طبقة من رقائق معدنية على العزل. يتداخل مع دوران 1 سم ويتم عزله في منطقة التداخل باستخدام نفس الشريط الكهربائي ، على سبيل المثال. هذه هي الطريقة التي يتم بها إنشاء شاشة هوائي FM ، حيث يتم لف 25 دورة بعد ذلك ، وتشكيل ملف ، مع أسلاك في المنعطفات السابعة والثانية عشرة والخامسة والعشرين.

من الأعلى ، يتم تغطية اللف بشاشة رقائق مماثلة. الشاشات - الخارجية والداخلية - مترابطة.

يجب ترتيب نهايات السلك المتعرج في توصيل جهات الاتصال. يجب توصيل الاستنتاجات من المنعطفتين 12 و 25 بجهاز الاستقبال ، ومن المنعطف السابع - إلى الأرض.

هوائي حلقة

بمساعدة كابل متحد المحور وبعض الملحقات ، يمكنك صنع هذا الهوائي ، والذي يمكنه العمل مع نطاقات تردد مختلفة. كل هذا يتوقف على أبعاد الهيكل. على أساس هذا الجهاز ، يمكنك إنشاء هوائي UHF.

يمكن استخدامه لنقل إشارة على مسافة تصل إلى 80 مترًا ، ومن مزاياها سهولة التصنيع والتركيب ، فضلاً عن ثبات عالي في نقل الإشارة.

ما هي المواد التي تحتاجها لصنع هوائي حلقي؟

1. كابل متحد المحور.
2. قضبان خشبية.
3. مكثف بسعة 100pF.
4. موصل متحد المحور.

لكي يعمل الهوائي بشكل مستقر ، من الضروري ضمان ثبات المكثف ، أي عزله عن التأثيرات الميكانيكية والطقس وغيرها.

الهوائي عبارة عن حلقة كبل متصلة بمكثف. يمكن أن تعمل مع العديد من نطاقات التردد. على سبيل المثال ، مع النطاق الترددي العالي. كلما كانت مساحة الحلقة أكبر (أفضل إذا كانت مستديرة) ، زادت تغطية الإشارة المستقبلة.

التصميم مثبت على حامل خشبي مصنوع من قضبان. كيفية توصيل الهوائي؟ مع موصل محوري متصل بسلك الإخراج.

أيضًا ، يتم تضمين محول مطابق أحيانًا في الدائرة.

معيار GSM

بناءً على هوائي يستجيب للموجات المغناطيسية ، يتم إنشاء الأجهزة لاستقبال إشارة معيار GSM ،الذي يستخدم في اتصالات الجوال.

يقوم العديد من هواة الراديو بتجميع هوائيات GSM المغناطيسية بشكل مستقل وتثبيتها حيث يتم استقبال الإشارة الخلوية بشكل سيء. على سبيل المثال ، في الأكواخ.

يمكن صنع هوائي للعمل مع معيار اتصالات GSM من أنبوب ماء بلاستيكي ، وألياف زجاجية من جانب واحد (سمك - 1.5-2 مم ، عرض - 10 مم) وسلك نحاسي (قطر - 1.5-2 ، 5 مم)

تنسيق الهوائي لوغاريتمي دوري. مثل هذا الهوائي محلي الصنع له مكاسب عالية ونمط إشعاع ضيق.

بعد ذلك ، تحتاج إلى توصيل هزازات الهوائي (قطع الأسلاك) بخطوط التجميع (شريحتان من الألياف الزجاجية). يجب أن يتم لحام الهزازات بكل خط تجميع ، ثم يتم توصيل الخطوط ببعضها البعض باستخدام كابل متحد المحور. الخطوط مثبتة على أنبوب بلاستيكي.

كيفية توصيل هذا النوع من الهوائي؟ يمكن توصيل منفذ الكابل بحمل على شكل جهاز تلفزيون.

الخلاصة

وبالتالي ، ليس من الصعب على الإطلاق تجميع الهوائي الخاص بك الذي يستجيب للمكون المغناطيسي في المجال الكهرومغناطيسي. يكفي اتباع جميع التوصيات الموضحة أعلاه ومراعاة الخصائص الكهرومغناطيسية للمواد المختلفة.

علاوة على ذلك ، ليست هناك حاجة إلى معرفة خاصة لإنشاء مثل هذا الهيكل. المعلومات الأساسية حول العمليات الفيزيائية التي تحدث في عناصر مختلفة ، مثل الحث ، كافية.