Un signal contenant des informations utiles peut être créé à l'aide d'un générateur. Sa puissance peut être augmentée à l'aide d'un amplificateur et transmise sur une distance considérable à un autre correspondant. Le signal est transmis par une antenne.
L'antenne est un appareil qui convertit une onde électromagnétique en un signal électrique à une certaine fréquence dans le chemin de réception, ainsi qu'une conversion inverse dans le chemin de transmission.
Il existe de nombreux types d'antennes. Ils peuvent être classés par conception ou par principe de fonctionnement, par exemple. Dans ce dernier cas, on distingue les antennes électriques et magnétiques. Les premiers sont contrôlés par la composante électrique du champ électromagnétique (ci-après dénommé EMF), et les seconds, respectivement, par la composante magnétique.
Cet article se concentrera sur l'antenne magnétique, sa conception, ainsi que le principe de fonctionnement.
Ondes radio
Toutes les antennes fonctionnent avec une certaine gamme d'ondes. Les ondes peuvent être classées par longueur ou par fréquence. Il convient de noter que la longueur est inversement proportionnelle à la fréquence.
Ce qui suit est un tableau de correspondance entre les types d'ondes radio et leurs paramètres de longueur et de fréquence.
| Type de vagues | Longueur d'onde, m | Fréquence |
| Extra long | 105-104 | 3-30 kHz |
| Long | 104-103 | 30-300 kHz |
| Moyenne | 103-102 | 300 kHz - 3 MHz |
| Court | 100-10 | 3-30 MHz |
| Mètre | 10-1 | 30-300MHz |
| Décimètres | 1-0, 1 | 300 MHz – 3 GHz |
| Centimètre | 0, 1-0, 01 | 3-30GHz |
| Millimètre | 0, 01-0, 001 | 30-300GHz |
Souvent, les noms de wave sont remplacés par des noms de plage. Par exemple, la bande des ondes courtes est appelée bande HF.
Les ondes métriques, décimétriques, centimétriques et millimétriques sont incluses dans la gamme VHF - ondes ultracourtes. Les appareils fonctionnant avec des ondes décimétriques sont appelés antennes UHF (ci-après - par analogie).
Demande
Le type d'antennes qui répondent à la composante magnétique du champ a trouvé un largeapplication dans tout type d'industrie en raison de ses petites dimensions et de ses propriétés de réception-transmission. Leur conception est souvent très simple et consiste en une antenne tige (souvent utilisée comme antenne pour une voiture), ce qui est petit par rapport, par exemple, aux antennes logarithmiques. Ce dernier type d'antenne se trouve souvent dans les immeubles résidentiels, où ils fournissent des émissions de télévision.
Le principal avantage des antennes magnétiques est l'immunité aux interférences électriques. Ce dernier fait leur permet d'être utilisés dans n'importe quelle ville où il y a une forte concentration de signaux électriques.
Design
L'antenne magnétique la plus simple contient:
- core;
- inductance;
- cadre de bobine.
Un cadre est placé sur le noyau et un inducteur est enroulé sur le cadre.
Le noyau d'une telle antenne est en matériau magnétique. Le plus souvent à partir de ferrite, qui possède de bonnes propriétés magnétiques, dont nous parlerons plus tard.
Le bobinage est fait d'un matériau conducteur comme le cuivre, tandis que le cadre est fait d'un matériau isolant pour éviter les contacts inutiles entre les spires de la bobine et le noyau.
En fait, il s'avère que l'antenne magnétique est un étranglement typique, familier à tout radioamateur ou personne même indirectement liée à l'électronique.
Théorie des champs
Pour comprendre le principe de fonctionnement d'une telle antenne, vous devez répéter les basesdes informations sur tout ce qui concerne la transmission de signaux à distance.
Premièrement, le champ électromagnétique, comme son nom l'indique, comprend deux composants - magnétique et électrique, qui sont inextricablement liés, et les plans de ces champs (si nous parlons, en omettant les détails terminologiques) sont perpendiculaires l'un à l'autre.
Deuxièmement, la direction de propagation de ce champ est déterminée par le vecteur vitesse, qui est perpendiculaire à la fois au vecteur d'intensité électrique (induction) et au vecteur d'intensité magnétique (induction) dans l'espace tridimensionnel.
Pourquoi le vecteur d'intensité peut-il être remplacé par le vecteur d'induction ? Parce que les valeurs de ces paramètres caractérisent également le champ d'un type ou d'un autre et sont proportionnelles les unes aux autres.
Le principe de fonctionnement de l'antenne en forme de L
Les oscillations (elles sont transmises par l'antenne) sont émises par n'importe quel objet: à la fois un bâton en bois et un fil métallique. La seule différence est que le métal conduit mieux l'électricité, donc les vibrations émises par le fil sont plus perceptibles.
Par conséquent, l'antenne la plus simple peut être assemblée à partir d'un morceau de renfort. Il s'avérera que l'antenne en forme de L est familière à tout le monde. Sous l'action d'un champ électromagnétique, une force électromotrice est induite dans l'induit, qui est en quelque sorte (en omettant les détails théoriques) la cause des oscillations, ainsi que la base de l'amplification du signal.
Le métal est un matériau doté de bonnes propriétés électriques. C'est pourquoi une force électromotrice (EMF) est induite dans l'induit. Par conséquent,l'antenne en forme de L de la composante électrique du champ est contrôlée.
Le principe de fonctionnement d'une antenne qui réagit à un champ magnétique
Logiquement, si l'antenne métallique en forme de L répond à la composante électrique du champ, alors l'antenne magnétique répond à la composante magnétique du champ électromagnétique. De ce fait, l'appareil a reçu son nom.
Une antenne, bien sûr, peut être fabriquée à partir d'un morceau longitudinal d'un ferromagnétique, mais il est plus efficace de donner à ce matériau la forme d'un cadre.
Dans cette conception, le champ magnétique créera également un EMF, mais une variable. L'antenne se transformera en un inducteur, dans lequel l'énergie EMF est convertie en énergie électrique (c'est la tâche principale de l'antenne).
La valeur de la FEM induite dans le cadre dépend de la position de la structure par rapport au plan de champ. La FEM est maximale si le plan des bobines de la structure est dirigé vers la station fonctionnant avec le signal. Si vous faites pivoter l'antenne autour de l'axe vertical (vue de dessus), alors en un tour, elle aura deux maxima et deux minima (valeurs nulles) de l'EMF.
Le diagramme de rayonnement d'une telle antenne sera sous la forme de l'infini ou du chiffre huit.
Le diagramme de rayonnement est une représentation graphique de la dépendance du gain à la direction de l'antenne dans un certain plan.
Gain est une valeur calculée comme le rapport de la valeur du signal de sortie à la valeur du signal d'entrée. Par exemple, le rapport de la puissance de sortie à l'entréealimentation ou tension de sortie à l'entrée.
Le facteur directionnel caractérise la capacité d'une antenne à diriger un signal vers un point spécifique. Par exemple, pour une antenne pin utilisée comme antenne pour une voiture, ce coefficient est à un niveau bas. Il rayonne une onde en forme de tore dans toutes les directions. Mais pour les antennes directionnelles comme log-périodiques ou réfléchissantes, ce coefficient est beaucoup plus élevé.
L'antenne en forme de cadre a également une bonne directivité. Cette propriété permet l'utilisation de tels dispositifs dans des équipements spéciaux tels que les équipements de chasse au renard.
Caractéristiques de conception
L'amplitude de la FEM induite est largement déterminée par la taille de l'antenne. Même si le nombre de spires enroulées dessus est important, alors avec de petites dimensions, la valeur EMF sera encore insuffisante pour le fonctionnement de certains récepteurs.
Mais si vous introduisez des noyaux de ferrite à l'intérieur des antennes magnétiques, la valeur EMF augmentera considérablement. Le noyau contribuera à fermer plus de lignes de champ sur lui-même, c'est-à-dire que grâce au noyau, le champ sera concentré sur l'antenne, créant un flux magnétique plus puissant et générant une force électromagnétique importante.
Noyau de matériau magnétique
Pour comprendre quel noyau magnétique doit être installé dans l'antenne, vous devez étudier le paramètre de perméabilité magnétique, qui montre combien de fois le champ magnétique dans un matériau particulier est plus fort que le champ externe.
Plus le taux est élevéperméabilité, mieux le matériau magnétique concentre le champ sur lui-même.
Le noyau de l'antenne magnétique de réception a généralement une section rectangulaire ou ronde. D'abord, en raison de la facilité de production. Deuxièmement, en raison du fait que les noyaux de cette forme concentrent mieux les lignes magnétiques sur eux-mêmes.
Le dernier fait affecte un paramètre tel que la perméabilité magnétique effective. Elle peut ne pas coïncider avec la perméabilité magnétique initiale, qui est généralement indiquée dans la documentation du noyau. Cependant, la perméabilité effective dépend de celle initiale.
Ainsi, la perméabilité effective du noyau dépend des indicateurs suivants:
- dimensions du noyau;
- forme du noyau;
- perméabilité magnétique initiale du matériau à partir duquel ce noyau est fabriqué.
Par exemple, si nous considérons des noyaux avec la même section transversale mais des longueurs différentes, alors un échantillon avec une longueur plus longue aura une plus grande valeur de perméabilité effective.
Au fait, la dépendance de la perméabilité effective à la longueur d'un noyau de ferrite, par exemple, n'est pas linéaire. Jusqu'à une certaine valeur de la longueur du noyau, la perméabilité augmente pour la plupart des nuances de ferrite, mais ensuite certaines d'entre elles entrent en saturation et la croissance s'arrête. Par exemple, les produits portant les marques 1000НН, 600НН et 400НН ne sont pas saturés pendant longtemps, contrairement à 100НН et 50ВЧ. Ceci est important à considérer lors de la création d'une antenne maison.
Efficacité de l'antenne
Efficacité d'une antenne de réception qui répond à un champ magnétique,est directement lié à la hauteur réelle. C'est la hauteur du point d'où sort l'oscillation émise par l'antenne, au-dessus d'un certain point de la surface terrestre.
La hauteur réelle affecte l'EMF généré dans l'antenne. En conséquence, plus sa valeur est élevée, plus la FEM est élevée, plus les signaux que l'antenne peut recevoir sont faibles.
Qu'est-ce qui détermine la hauteur effective de l'antenne qui répond à la composante magnétique de l'EMF ?
- De la perméabilité effective.
- Zone de section du noyau.
- Nombre de tours de bobine.
- La longueur de l'enroulement qui compose la bobine elle-même.
- Diamètre d'enroulement.
- Longueur d'onde de fonctionnement.
La hauteur effective de l'antenne sera d'autant plus élevée que les quatre premiers paramètres de la liste ci-dessus seront grands, ainsi que la différence entre les diamètres du noyau de l'antenne et du fil de bobinage. Plus la longueur d'onde est courte, plus la hauteur est également élevée.
Bobine d'antenne
D'après les données ci-dessus, nous pouvons conclure sur l'importance de l'influence de l'inductance sur les propriétés de réception et d'émission de toute antenne (par exemple, une antenne magnétique HF) qui répond à un champ magnétique.
Plus la qualité de l'inductance est élevée, mieux l'antenne fonctionne. Le paramètre de qualité de la bobine est estimé à l'aide de son facteur de qualité. Le facteur de qualité est un paramètre calculé comme le rapport de la résistance de la bobine au courant alternatif à la résistance de l'élément inductif au courant continu.
La résistance d'une bobine AC dépend à la foisl'inductance de la bobine elle-même et la fréquence du courant. Pour augmenter le facteur de qualité de la bobine, et avec elle les propriétés d'émission-réception de l'antenne qui répond à un champ magnétique, vous pouvez modifier sa résistance au courant continu. Par exemple, pour augmenter le diamètre des spires résultantes de la bobine ou du fil lui-même, à partir duquel il est enroulé.
Antenne FM
Il s'agit d'un type d'antenne qui réagit à un champ magnétique. L'onde FM est un signal à une fréquence comprise entre 88 et 108 MHz.
Pour réaliser ce design, vous aurez besoin de:
- attaches sur lesquelles l'antenne sera installée (par exemple, un tuyau);
- noyau de ferrite pouvant être mis sur la structure (sur le tuyau);
- fil de cuivre pour bobinage et contacts;
- broches de connexion pour connecter l'antenne à l'appareil de réception;
- feuille de cuivre.
Avant d'enrouler la bobine, il est nécessaire de l'isoler du noyau avec du ruban électrique ou du papier enroulé autour de la ferrite. Ensuite, une couche de papier d'aluminium est placée sur l'isolant. Il recouvre une spire de 1 cm et est isolé dans la zone de recouvrement à l'aide du même ruban isolant par exemple. C'est ainsi que l'écran de l'antenne FM est créé, sur lequel 25 tours sont ensuite enroulés, formant une bobine, avec des fils sur les 7e, 12e et 25e tours.
D'en haut, l'enroulement est recouvert d'un écran en aluminium similaire. Les écrans - externes et internes - sont interconnectés.
Les extrémités du fil de bobinage doivent être disposées en contacts de connexion. Les conclusions des 12e et 25e tours doivent être connectées au récepteur et à partir du 7e tour - au sol.
Antenne boucle
À l'aide d'un câble coaxial et de quelques accessoires, vous pouvez fabriquer cette antenne, qui peut fonctionner avec différentes bandes de fréquences. Tout dépend des dimensions de la structure. Sur la base de cet appareil, vous pouvez créer une antenne UHF.
Il peut être utilisé pour transmettre un signal sur une distance allant jusqu'à 80 m, et ses avantages incluent la facilité de fabrication et d'installation, ainsi qu'une grande stabilité de transmission du signal.
De quels matériaux avez-vous besoin pour fabriquer une antenne cadre ?
- Câble coaxial.
- Barres en bois.
- Un condensateur d'une capacité de 100pF.
- Connecteur coaxial.
Pour que l'antenne fonctionne de manière stable, il est nécessaire d'assurer la stabilité du condensateur, c'est-à-dire de l'isoler des influences mécaniques, météorologiques et autres.
L'antenne est une boucle de câble connectée à un condensateur. Il peut fonctionner avec de nombreuses gammes de fréquences. Par exemple, avec la bande HF. Plus la zone de la boucle est grande (mieux si elle est ronde), plus la couverture du signal reçu est grande.
Le design est monté sur un support en bois composé de barres. Comment brancher une antenne ? Avec un connecteur coaxial connecté au fil de sortie.
De plus, un transformateur correspondant est parfois inclus dans le circuit.
Norme GSM
Basés sur une antenne qui répond aux ondes magnétiques, des appareils sont créés pour recevoir un signal de la norme GSM,qui est utilisé dans les communications mobiles.
De nombreux radioamateurs assemblent indépendamment des antennes GSM magnétiques et les installent là où le signal cellulaire est mal reçu. Par exemple, dans les datchas.
Une antenne pour travailler avec la norme de communication GSM peut être constituée d'une conduite d'eau en plastique, d'une feuille de fibre de verre unilatérale (épaisseur - 1,5-2 mm, largeur - 10 mm) et d'un fil de cuivre (diamètre - 1,5-2, 5mm).
Le format d'antenne est log-périodique. Une telle antenne maison a un gain élevé et un diagramme de rayonnement étroit.
Ensuite, vous devez connecter les vibrateurs d'antenne (fil coupé) aux lignes de collecte (deux bandes de fibre de verre). Les vibrateurs doivent être soudés à chaque ligne de collecte, puis les lignes sont connectées les unes aux autres à l'aide d'un câble coaxial. Les lignes sont fixées sur un tuyau en plastique.
Comment brancher ce type d'antenne ? La sortie de câble peut être connectée à une charge sous la forme d'un appareil TV.
Conclusion
Ainsi, il n'est pas du tout difficile d'assembler votre propre antenne qui répond à la composante magnétique de l'EMF. Il suffit de suivre toutes les recommandations décrites ci-dessus et de prendre en compte les caractéristiques électromagnétiques des différents matériaux.
De plus, aucune connaissance particulière n'est nécessaire pour créer une telle structure. Des informations de base sur les processus physiques se produisant dans divers éléments, tels qu'un inducteur, suffisent.
