Se puede crear una señal que contenga información útil utilizando un generador. Su potencia puede aumentarse con la ayuda de un amplificador y transmitirse a una distancia considerable a otro corresponsal. La señal es transmitida por una antena.
La antena es un dispositivo que convierte una onda electromagnética en una señal eléctrica a una determinada frecuencia en la ruta de recepción, así como la conversión inversa en la ruta de transmisión.
Hay muchos tipos de antenas. Se pueden clasificar por diseño o por principio de funcionamiento, por ejemplo. En este último caso, se distinguen las antenas eléctricas y magnéticas. Los primeros están controlados por la componente eléctrica del campo electromagnético (en adelante, CEM), y los segundos, respectivamente, por el magnético.
Este artículo se centrará en la antena magnética, su diseño y el principio de funcionamiento.
Ondas de radio
Todas las antenas funcionan con un cierto rango de ondas. Las ondas se pueden clasificar por longitud o por frecuencia. Cabe señalar que la longitud es inversamente proporcional a la frecuencia.
La siguiente es una tabla de correspondencia entre los tipos de ondas de radio y sus parámetros de longitud y frecuencia.
| Tipo de olas | Longitud de onda, m | Frecuencia |
| Extra largo | 105-104 | 3-30kHz |
| Largo | 104-103 | 30-300kHz |
| Promedio | 103-102 | 300kHz - 3MHz |
| Corto | 100-10 | 3-30 MHz |
| Metro | 10-1 | 30-300MHz |
| Decimetros | 1-0, 1 | 300 MHz – 3 GHz |
| Centímetro | 0, 1-0, 01 | 3-30GHz |
| Milímetro | 0, 01-0, 001 | 30-300GHz |
A menudo, los nombres de onda se reemplazan por nombres de rango. Por ejemplo, la banda de onda corta se llama banda HF.
Las ondas métricas, decimétricas, centimétricas y milimétricas están incluidas en la gama VHF - ondas ultracortas. Los dispositivos que funcionan con ondas decimétricas se denominan antenas UHF (en adelante, por analogía).
Solicitud
El tipo de antenas que responden a la componente magnética del campo ha encontrado una ampliaaplicación en cualquier tipo de industria debido a sus pequeñas dimensiones y propiedades de recepción y transmisión. Su diseño suele ser realmente muy simple y es una antena de varilla (a menudo utilizada como antena para un automóvil), que es pequeña en comparación con, por ejemplo, las antenas logarítmicas. Este último tipo de antena se encuentra a menudo en edificios residenciales, donde ofrecen transmisiones de televisión.
La principal ventaja de las antenas magnéticas es la inmunidad a las interferencias eléctricas. Este último hecho permite su uso en cualquier ciudad donde exista una alta concentración de señales eléctricas.
Diseño
La antena magnética más simple contiene:
- núcleo;
- inductor;
- marco de la bobina.
Se coloca un marco en el núcleo y se enrolla un inductor en el marco.
El núcleo de dicha antena está hecho de material magnético. La mayoría de las veces de ferrita, que tiene buenas propiedades magnéticas, de las que hablaremos más adelante.
El devanado está hecho de un material conductor como el cobre, mientras que el marco está hecho de un material aislante para evitar contactos innecesarios entre las espiras de la bobina y el núcleo.
De hecho, resulta que la antena magnética es un estrangulador típico, familiar para todos los radioaficionados o personas incluso indirectamente relacionadas con la electrónica.
Teoría de campos
Para comprender el principio de funcionamiento de una antena de este tipo, debe repetir los pasos básicosinformación sobre todo lo relacionado con la transmisión de señales a distancia.
En primer lugar, el campo electromagnético, como su nombre lo indica, incluye dos componentes: magnético y eléctrico, que están inextricablemente unidos, y los planos de estos campos (si hablamos, omitiendo detalles terminológicos) son perpendiculares entre sí.
En segundo lugar, la dirección de propagación de este campo está determinada por el vector de velocidad, que es perpendicular tanto al vector de intensidad eléctrica (inducción) como al vector de intensidad magnética (inducción) en el espacio tridimensional.
¿Por qué se puede reemplazar el vector de intensidad por el vector de inducción? Porque los valores de estos parámetros caracterizan igualmente el campo de un tipo u otro y son proporcionales entre sí.
El principio de funcionamiento de la antena en forma de L
Las oscilaciones (son transmitidas por la antena) las emite cualquier objeto: tanto un palo de madera como un alambre de metal. La única diferencia es que el metal conduce mejor la electricidad, por lo que las vibraciones que emite el cable se notan más.
Por lo tanto, la antena más simple se puede ensamblar a partir de una pieza de refuerzo. Resultará que la antena en forma de L es familiar para todos. Bajo la acción de un campo electromagnético, se induce una fuerza electromotriz en la armadura, que es de alguna manera (omitiendo detalles teóricos) la causa de las oscilaciones, así como la base para amplificar la señal.
El metal es un material con buenas propiedades eléctricas. Es por eso que se induce una fuerza electromotriz (EMF) en la armadura. Como consecuencia,se controla la antena en forma de L de la componente eléctrica del campo.
El principio de funcionamiento de una antena que responde a un campo magnético
Lógicamente, si la antena de metal en forma de L responde a la componente eléctrica del campo, entonces la antena magnética responde a la componente magnética del campo electromagnético. Debido a este hecho, el dispositivo obtuvo su nombre.
Una antena, por supuesto, se puede hacer a partir de una pieza longitudinal de un ferromagnético, pero es más eficiente darle a este material la forma de un marco.
En este diseño, el campo magnético también creará un EMF, pero variable. La antena se convertirá en un inductor, en el que la energía EMF se convierte en energía eléctrica (esta es la tarea principal de la antena).
El valor de la FEM inducida en el marco depende de la posición de la estructura en relación con el plano del campo. La EMF es máxima si el plano de las bobinas de la estructura se dirige a la estación que opera con la señal. Si gira la antena alrededor del eje vertical (vista superior), en una revolución tendrá dos máximos y dos mínimos (valores cero) de la EMF.
El patrón de radiación de dicha antena tendrá la forma de infinito o figura ocho.
El patrón de radiación es una representación gráfica de la dependencia de la ganancia en la dirección de la antena en un plano determinado.
La ganancia es un valor calculado como la relación entre el valor de la señal de salida y el valor de la señal de entrada. Por ejemplo, la relación entre la potencia de salida y la entradapotencia o voltaje de salida a la entrada.
El factor direccional caracteriza la capacidad de una antena para dirigir una señal a un punto específico. Por ejemplo, para una antena de clavija utilizada como antena para un automóvil, este coeficiente está en un nivel bajo. Irradia una onda en forma de toro en todas las direcciones. Pero para antenas direccionales como log-periódicas o reflectivas, este coeficiente es mucho mayor.
La antena en forma de marco también tiene una buena directividad. Esta propiedad permite el uso de dichos dispositivos en equipos especiales, como equipos de caza del zorro.
Características del diseño
La magnitud de la EMF inducida está determinada en gran medida por el tamaño de la antena. Incluso si el número de vueltas enrolladas es significativo, con dimensiones pequeñas, el valor EMF seguirá siendo insuficiente para el funcionamiento de ciertos receptores.
Pero si introduce núcleos de ferrita dentro de las antenas magnéticas, el valor EMF aumentará significativamente. El núcleo contribuirá a cerrar más líneas de campo sobre sí mismo, es decir, gracias al núcleo, el campo se concentrará en la antena, creando un flujo magnético más potente y generando una FEM importante.
Núcleo de material magnético
Para comprender qué núcleo magnético debe instalarse en la antena, debe estudiar el parámetro de permeabilidad magnética, que muestra cuántas veces el campo magnético en un material en particular es más fuerte que el campo externo.
Cuanto mayor sea la tasapermeabilidad, mejor el material magnético concentra el campo sobre sí mismo.
El núcleo de la antena magnética receptora suele tener una sección rectangular o redonda. En primer lugar, por la facilidad de producción. En segundo lugar, debido al hecho de que los núcleos de esta forma concentran mejor las líneas magnéticas sobre sí mismos.
El último hecho afecta a un parámetro como la permeabilidad magnética efectiva. Puede no coincidir con la permeabilidad magnética inicial, que suele estar indicada en la documentación del núcleo. Sin embargo, la permeabilidad efectiva depende de la inicial.
Así, la permeabilidad efectiva del núcleo depende de los siguientes indicadores:
- dimensiones del núcleo;
- forma del núcleo;
- permeabilidad magnética inicial del material del que está hecho este núcleo.
Por ejemplo, si consideramos núcleos con la misma área de sección transversal pero diferentes longitudes, entonces una muestra con una longitud mayor tendrá un mayor valor de permeabilidad efectiva.
Por cierto, la dependencia de la permeabilidad efectiva de la longitud de un núcleo de ferrita, por ejemplo, no es lineal. Hasta cierto valor de la longitud del núcleo, la permeabilidad aumenta para la mayoría de los grados de ferrita, pero luego algunos de ellos se saturan y el crecimiento se detiene. Por ejemplo, los productos con las marcas 1000НН, 600НН y 400НН no se saturan durante mucho tiempo, a diferencia de 100НН y 50ВЧ. Es importante tener esto en cuenta al crear una antena casera.
Eficiencia de la antena
Eficiencia de una antena receptora que responde a un campo magnético,está directamente relacionado con la altura real. Es la altura del punto de donde sale la oscilación emitida por la antena, sobre un punto determinado de la superficie terrestre.
La altura real afecta la EMF generada en la antena. En consecuencia, cuanto mayor sea su valor, mayor será el EMF, las señales más débiles que puede recibir la antena.
¿Qué determina la altura efectiva de la antena que responde al componente magnético de la CEM?
- De la permeabilidad efectiva.
- Área de sección del núcleo.
- Número de vueltas de la bobina.
- La longitud del devanado que forma la propia bobina.
- Diámetro de bobinado.
- Longitud de onda operativa.
La altura efectiva de la antena será mayor cuanto mayores sean los primeros cuatro parámetros de la lista anterior, así como menor la diferencia entre los diámetros del núcleo de la antena y el alambre de bobinado. Cuanto más corta es la longitud de onda, mayor es también la altura.
Bobina de antena
De los datos anteriores, podemos concluir sobre la importancia de la influencia del inductor en las propiedades de recepción y transmisión de cualquier antena (por ejemplo, una antena magnética HF) que responde a un campo magnético.
Cuanto mayor sea la calidad del inductor, mejor funcionará la antena. El parámetro de calidad de la bobina se estima utilizando su factor de calidad. El factor de calidad es un parámetro calculado como la relación entre la resistencia de la bobina a CA y la resistencia del elemento inductivo a CC.
La resistencia de una bobina de CA depende de ambosla inductancia de la propia bobina y la frecuencia de la corriente. Para aumentar el factor de calidad de la bobina, y con él las propiedades de transmisión-recepción de la antena que responde a un campo magnético, puede cambiar su resistencia a la corriente continua. Por ejemplo, para aumentar el diámetro de las vueltas resultantes de la bobina o del propio cable del que se enrolla.
Antena FM
Este es un tipo de antena que responde a un campo magnético. La onda FM es una señal en una frecuencia entre 88 y 108 MHz.
Para hacer este diseño, necesitarás:
- fijaciones en las que se instalará la antena (por ejemplo, un tubo);
- núcleo de ferrita que se puede poner en la estructura (en la tubería);
- alambre de cobre para bobinado y contactos;
- clavijas de conexión para conectar la antena al dispositivo receptor;
- lámina de cobre.
Antes de enrollar la bobina, es necesario aislarla del núcleo con cinta aislante o papel enrollado alrededor de la ferrita. Luego se coloca una capa de papel de aluminio sobre el aislamiento. Se superpone una vuelta de 1 cm y se aísla en la zona de superposición con la misma cinta aislante, por ejemplo. Así se crea la pantalla de la antena FM, en la que se enrollan 25 vueltas, formando una bobina, con conductores en las vueltas 7, 12 y 25.
Desde arriba, el devanado está cubierto con una pantalla de lámina similar. Las pantallas, externas e internas, están interconectadas.
Los extremos del cable de bobinado deben colocarse en contactos de conexión. Las conclusiones de los giros 12 y 25 deben conectarse al receptor, y desde el giro 7, al suelo.
Antena de cuadro
Con la ayuda de un cable coaxial y algunos accesorios, puedes hacer esta antena, que puede funcionar con diferentes bandas de frecuencia. Todo depende de las dimensiones de la estructura. Sobre la base de este dispositivo, puede crear una antena UHF.
Se puede utilizar para transmitir una señal a una distancia de hasta 80 m, y sus ventajas incluyen la facilidad de fabricación e instalación, así como una alta estabilidad de transmisión de la señal.
¿Qué materiales necesitas para hacer una antena de cuadro?
- Cable coaxial.
- Barras de madera.
- Un condensador con una capacidad de 100pF.
- Conector coaxial.
Para que la antena funcione de manera estable, es necesario garantizar la estabilidad del capacitor, es decir, aislarlo de influencias mecánicas, climáticas y de otro tipo.
La antena es un bucle de cable conectado a un condensador. Puede trabajar con muchos rangos de frecuencia. Por ejemplo, con la banda de HF. Cuanto mayor sea el área del bucle (mejor si es redondo), mayor será la cobertura de la señal recibida.
El diseño está montado sobre un soporte de madera hecho de barrotes. ¿Cómo conectar una antena? Con un conector coaxial conectado al cable de salida.
Además, a veces se incluye un transformador correspondiente en el circuito.
Estándar GSM
Basados en una antena que responde a ondas magnéticas, se crean dispositivos para recibir una señal del estándar GSM,que se utiliza en las comunicaciones móviles.
Muchos radioaficionados ensamblan de forma independiente antenas GSM magnéticas y las instalan donde la señal celular no se recibe bien. Por ejemplo, en dachas.
Una antena para trabajar con el estándar de comunicación GSM puede estar hecha de un tubo de agua de plástico, lámina de fibra de vidrio de un lado (espesor - 1,5-2 mm, ancho - 10 mm) y alambre de cobre (diámetro - 1,5-2, 5 mm).
El formato de antena es logarítmico periódico. Una antena casera de este tipo tiene una alta ganancia y un patrón de radiación estrecho.
A continuación, debe conectar los vibradores de la antena (cable cortado) con las líneas colectoras (dos tiras de fibra de vidrio). Los vibradores deben soldarse a cada línea de recolección y luego las líneas se conectan entre sí mediante un cable coaxial. Las líneas están fijadas en un tubo de plástico.
¿Cómo conectar este tipo de antena? La salida del cable se puede conectar a una carga en forma de dispositivo de TV.
Conclusión
Por lo tanto, no es nada difícil armar su propia antena que responda al componente magnético del EMF. Basta con seguir todas las recomendaciones que se describen anteriormente y tener en cuenta las características electromagnéticas de varios materiales.
Además, no se necesitan conocimientos especiales para crear una estructura de este tipo. La información básica sobre los procesos físicos que ocurren en varios elementos, como un inductor, es suficiente.
