Teoria anteny - szybki przewodnik

Osoba, która musi przekazać myśl, pomysł lub wątpliwość, może to zrobić za pomocą voice communication.

Poniższa ilustracja przedstawia dwie osoby komunikujące się ze sobą. Tutaj komunikacja odbywa się za pośrednictwemsound waves. Jeśli jednak dwie osoby chcą się komunikować, które znajdują się na większych odległościach, musimy przekształcić te fale dźwiękowe welectromagnetic waves. Urządzenie, które przekształca wymagany sygnał informacyjny w fale elektromagnetyczne, nosi nazwęAntenna.

Co to jest antena?

Antena to przetwornik, który przekształca energię elektryczną w fale elektromagnetyczne i odwrotnie.

Antena może być używana jako transmitting antenna lub a receiving antenna.

• ZA transmitting antenna to taki, który przekształca sygnały elektryczne w fale elektromagnetyczne i je wypromieniowuje.

• ZA receiving antenna to taki, który przekształca fale elektromagnetyczne z odebranej wiązki na sygnały elektryczne.

• W komunikacji dwukierunkowej ta sama antena może być używana zarówno do nadawania, jak i odbioru.

Antenę można również określić jako Aerial. Liczba mnoga to:antennae lub antennas. W dzisiejszych czasach anteny przeszły wiele zmian, w zależności od ich wielkości i kształtu. Istnieje wiele typów anten, w zależności od ich szerokiego zakresu zastosowań.

Poniższe zdjęcia przedstawiają przykłady różnych typów anten.

W tym rozdziale poznasz podstawowe pojęcia związane z anteną, specyfikacje i różne typy anten.

Potrzeba anteny

W dziedzinie systemów łączności, ilekroć pojawia się potrzeba komunikacji bezprzewodowej, pojawia się konieczność zastosowania anteny. Antennama możliwość wysyłania lub odbierania fal elektromagnetycznych w celu komunikacji, w przypadku gdy nie można oczekiwać, że zostanie ułożona instalacja elektryczna. Poniższy scenariusz wyjaśnia to.

Scenariusz

Aby skontaktować się z odległym obszarem, należy poprowadzić okablowanie na całej trasie wzdłuż dolin, gór, żmudnych ścieżek, tuneli itp., Aby dotrzeć do odległego miejsca. Ewolucja technologii bezprzewodowej uczyniła cały ten proces bardzo prostym. Antena jest kluczowym elementem tej technologii bezprzewodowej.

Na powyższym zdjęciu anteny pomagają w ustanowieniu komunikacji na całym obszarze, w tym w dolinach i górach. Ten proces byłby oczywiście łatwiejszy niż układanie instalacji elektrycznej na całym obszarze.

Mechanizm promieniowania

Jedyną funkcjonalnością anteny jest power radiationlub recepcji. Antena (czy nadaje, czy odbiera lub robi jedno i drugie) może być podłączona do obwodów na stacji poprzez linię transmisyjną. Działanie anteny zależy od mechanizmu promieniowania linii przesyłowej.

Przewodnik, który jest zaprojektowany do przenoszenia prądu na duże odległości przy minimalnych stratach, jest określany jako transmission line. Na przykład drut, który jest podłączony do anteny. Linia transmisyjna przewodząca prąd z jednakową prędkością, a linia jest prosta o nieskończonej długości,radiates no power.

Aby linia przesyłowa stała się falowodem lub promieniowała moc, musi być przetwarzana jako taka.

• Jeśli moc ma być wypromieniowywana, chociaż przewodzenie prądu ma stałą prędkość, przewód lub linia przesyłowa powinny być zgięte, obcięte lub zakończone.

• Jeśli ta linia transmisyjna ma prąd, który przyspiesza lub zwalnia ze stałą w czasie, to wypromieniowuje moc, nawet jeśli drut jest prosty.

• Urządzenie lub rura, jeśli jest wygięte lub zakończone w celu wypromieniowania energii, nazywa się je waveguide. Są one szczególnie używane do transmisji lub odbioru mikrofalowego.

Można to dobrze zrozumieć, obserwując poniższy diagram -

Powyższy schemat przedstawia falowód, który działa jak antena. Moc z linii przesyłowej przechodzi przez falowód, który ma aperturę, aby wypromieniować energię.

Podstawowe typy anten

Anteny można podzielić na różne typy w zależności od:

• Fizyczna budowa anteny.

• Zakresy częstotliwości pracy.

• Tryb aplikacji itp.

Struktura fizyczna

Poniżej przedstawiono typy anten według budowy fizycznej. Dowiesz się o tych antenach w dalszych rozdziałach.

• Anteny przewodowe
• Anteny aperturowe
• Anteny reflektorowe
• Anteny soczewkowe
• Anteny mikropaskowe
• Anteny szeregowe

Częstotliwość operacji

Poniżej przedstawiono typy anten w zależności od częstotliwości pracy.

• Bardzo niska częstotliwość (VLF)
• Niska częstotliwość (LF)
• Średnia częstotliwość (MF)
• Wysoka częstotliwość (HF)
• Bardzo wysoka częstotliwość (VHF)
• Ultra wysoka częstotliwość (UHF)
• Super wysoka częstotliwość (SHF)
• Kuchenka mikrofalowa
• Fala radiowa

Tryb aplikacji

Poniżej przedstawiono typy anten zgodnie z trybami aplikacji -

• Komunikacja punkt-punkt
• Aplikacje nadawcze
• Komunikacja radarowa
• Łączność satelitarna

W tym rozdziale omówiono podstawowe parametry komunikacyjne, aby lepiej zrozumieć komunikację bezprzewodową za pomocą anten. Komunikacja bezprzewodowa odbywa się w postaci fal. Dlatego musimy przyjrzeć się właściwościom fal w komunikacji.

W tym rozdziale omówimy następujące parametry -

• Frequency
• Wavelength
• Dopasowania impedancji
• VSWR i moc odbita
• Bandwidth
• Procentowa przepustowość
• Intensywność promieniowania

Teraz poznajmy je szczegółowo.

Częstotliwość

Zgodnie ze standardową definicją „Częstotliwość powtarzania się fali w określonym okresie czasu nazywa się as frequency. ”

Po prostu częstotliwość odnosi się do procesu, jak często zdarzenie ma miejsce. Okresowa fala powtarza się po każdym‘T’ sekund (okres czasu). Frequency fali okresowej to nic innego jak odwrotność okresu czasu (T).

Wyrażenie matematyczne

Matematycznie jest napisane tak, jak pokazano poniżej.

$$f = \frac{1}{T}$$

Gdzie

• f jest częstotliwością okresowej fali.

• T jest okresem, w którym fala się powtarza.

Jednostki

Jednostką częstotliwości jest Hertz, w skrócie Hz.

Podana powyżej liczba przedstawia falę sinusoidalną, która jest wykreślona tutaj dla napięcia w miliwoltach w funkcji czasu w milisekundach. Fala ta powtarza się co 2 milisekundy. Tak więc okres, T = 2t milisekund i częstotliwość,$f = \frac{1}{2T}KHz$

Długość fali

Zgodnie ze standardową definicją „Odległość między dwoma kolejnymi punktami maksymalnymi (grzbietami) lub między dwoma kolejnymi punktami minimalnymi (dolinami) jest nazywana wavelength. ”

Po prostu odległość między dwoma natychmiastowymi dodatnimi szczytami lub dwoma natychmiastowymi ujemnymi szczytami to nic innego jak długość tej fali. Można go określić jakoWavelength.

Poniższy rysunek przedstawia okresowy przebieg. Plikwavelength (λ)i amplitudę zaznaczono na rysunku. Im wyższa częstotliwość, tym mniejsza będzie długość fali i odwrotnie.

Wyrażenie matematyczne

Wzór na długość fali to:

$$\lambda = \frac{c}{f}$$

Gdzie

• λ to długość fali

• c jest prędkością światła ($3 * 10^{8}$ metry / sekundę)

• f to częstotliwość

Jednostki

Długość fali λjest wyrażana w jednostkach długości, takich jak metry, stopy lub cale. Powszechnie używanym terminem jestmeters.

Dopasowania impedancji

Zgodnie ze standardową definicją „Przybliżona wartość impedancji nadajnika, gdy jest równa przybliżonej wartości impedancji odbiornika lub odwrotnie, jest określana jako Impedance matching. ”

Konieczne jest dopasowanie impedancji między anteną a obwodem. Impedancja anteny, linii transmisyjnej i obwodów powinny być zgodnemaximum power transfer odbywa się między anteną a odbiornikiem lub nadajnikiem.

Konieczność dopasowania

Urządzenie rezonansowe to takie, które daje lepsze wyjście w pewnym wąskim paśmie częstotliwości. Anteny są takieresonant devices których impedancja, jeśli jest dopasowana, zapewnia lepszą wydajność.

• Moc wypromieniowana przez antenę będzie efektywnie wypromieniowywana, jeśli antenna impedance odpowiada impedancji wolnej przestrzeni.

• Dla receiver antennaimpedancja wyjściowa anteny powinna być zgodna z impedancją wejściową obwodu wzmacniacza odbiornika.

• Dla transmitter antenna, impedancja wejściowa anteny powinna być zgodna z impedancją wyjściową wzmacniacza nadajnika, wraz z impedancją linii transmisyjnej.

Jednostki

Jednostką impedancji (Z) jest Ohms.

VSWR i moc odbita

Zgodnie ze standardową definicją: „Stosunek maksymalnego napięcia do minimalnego napięcia fali stojącej jest znany jako Voltage Standing Wave Ratio. ”

Jeśli impedancja anteny, linii transmisyjnej i obwodów nie pasują do siebie, moc nie będzie efektywnie wypromieniowywana. Zamiast tego część mocy jest odbijana z powrotem.

Kluczowe cechy to -

• Termin, który wskazuje na niedopasowanie impedancji, to VSWR.

• VSWRoznacza stosunek napięcia fali stojącej. Nazywa się to również jakoSWR.

• Im wyższa niedopasowanie impedancji, tym wyższa będzie wartość VSWR.

• Idealna wartość VSWR powinna wynosić 1: 1 dla skutecznego promieniowania.

• Moc odbita to moc zmarnowana z mocy do przodu. Zarówno moc odbita, jak i VSWR wskazują na to samo.

Pasmo

Zgodnie ze standardową definicją „pasmo częstotliwości o określonej długości fali, określone dla danej komunikacji, jest znane jako bandwidth. ”

Sygnał, gdy jest nadawany lub odbierany, odbywa się w zakresie częstotliwości. Ten konkretny zakres częstotliwości jest przydzielany do konkretnego sygnału, aby inne sygnały nie zakłócały jego transmisji.

• Bandwidth to pasmo częstotliwości między wyższymi i niższymi częstotliwościami, w których nadawany jest sygnał.

• Raz przydzielona przepustowość nie może być używana przez innych.

• Całe widmo jest podzielone na pasma, które należy przydzielić do różnych nadajników.

Przepustowość, którą właśnie omówiliśmy, można również nazwać jako Absolute Bandwidth.

Procent przepustowości

Zgodnie ze standardową definicją „Stosunek bezwzględnej szerokości pasma do środkowej częstotliwości tego pasma można określić jako percentage bandwidth. ”

Określona częstotliwość w paśmie częstotliwości, przy której siła sygnału jest maksymalna, nazywana jest jako resonant frequency. Nazywa się to również jakocenter frequency (fC) zespołu.

• Wyższe i niższe częstotliwości są oznaczone jako f_H and f_L odpowiednio.

• Bezwzględna szerokość pasma jest określona przez: f_H - f_L.

• Aby wiedzieć, jak szersze jest pasmo fractional bandwidth lub percentage bandwidth musi zostać obliczona.

Wyrażenie matematyczne

Plik Percentage bandwidth jest obliczana, aby wiedzieć, jakie wahania częstotliwości może obsłużyć dany komponent lub system.

$$Percentage\ bandwidth = \frac{absolute\ bandwidth}{center frequency} = \frac{f_{H} - f_{L}}{f_{c}}$$

Gdzie

• ${f_{H}}$ jest wyższa częstotliwość

• ${f_{L}}$ jest niższa częstotliwość

• ${f_{c}}$ jest częstotliwością środkową

Im wyższa procentowa przepustowość, tym szersza będzie przepustowość kanału.

Intensywność promieniowania

„Radiation intensity definiuje się jako moc na jednostkę kąta bryłowego ”

Promieniowanie emitowane z anteny, które jest bardziej intensywne w określonym kierunku, wskazuje na maksymalne natężenie tej anteny. Emisja promieniowania w maksymalnym możliwym stopniu to nic innego jak jego natężenie.

Wyrażenie matematyczne

Natężenie promieniowania uzyskuje się przez pomnożenie wypromieniowanej mocy przez kwadrat odległości promieniowej.

$$U = r^{2} \times W_{rad}$$

Gdzie

• U jest intensywnością promieniowania

• r to odległość promieniowa

• W_rad jest moc wypromieniowana.

Powyższe równanie określa natężenie promieniowania anteny. Funkcja odległości promieniowej jest również oznaczona jakoΦ.

Jednostki

Jednostką natężenia promieniowania jest Watts/steradian lub Watts/radian².

Natężenie promieniowania anteny jest ściśle związane z kierunkiem skupionej wiązki oraz wydajnością wiązki skierowanej w tym kierunku. W tym rozdziale przyjrzyjmy się terminom, które dotyczą tych tematów.

Kierunkowość

Zgodnie ze standardową definicją, „Stosunek maksymalnego natężenia promieniowania przedmiotowej anteny do natężenia promieniowania anteny izotropowej lub referencyjnej, emitującej tę samą całkowitą moc, nazywa się directivity. ”

Antena emituje moc, ale kierunek, w którym promieniuje, ma duże znaczenie. Antena, której działanie jest obserwowane, jest określana jakosubject antenna.

Jego radiation intensitypodczas nadawania lub odbierania skupia się w określonym kierunku. Dlatego mówi się, że antena ma swojedirectivity w tym konkretnym kierunku.

• Stosunek natężenia promieniowania w danym kierunku od anteny do natężenia promieniowania uśrednionego we wszystkich kierunkach określa się jako kierunkowość.

• Jeżeli ten konkretny kierunek nie jest określony, to kierunek, w którym obserwuje się maksymalne natężenie, można przyjąć jako kierunkowość anteny.

• Kierunkowość anteny nieizotropowej jest równa stosunkowi natężenia promieniowania w danym kierunku do natężenia promieniowania źródła izotropowego.

Wyrażenie matematyczne

Moc promieniowania jest funkcją położenia kątowego i promieniowej odległości od obwodu. W związku z tym wyraża się, biorąc pod uwagę oba terminyθ i Ø.

$$Directivity = \frac{Maximum\ radiation\ intensity\ of\ subject\ antenna}{Radiation \ intensity \ of \ an\ isotropic \ antenna}$$ $$D = \frac{\phi(\theta,\phi)_{max}(from \ subject\ antenna)}{\phi_{0}(from \ an \ isotropic \ antenna) }$$

Gdzie

• ${\phi(\theta,\phi)_{max}}$ to maksymalne natężenie promieniowania anteny przedmiotowej.

• ${\phi_{0}}$ jest natężeniem promieniowania anteny izotropowej (anteny o zerowych stratach).

Efektywność apertury

Zgodnie ze standardową definicją „Aperture efficiency anteny to stosunek efektywnego obszaru promieniowania (lub obszaru efektywnego) do fizycznego obszaru apertury. ”

Antena ma otwór, przez który emitowana jest moc. To promieniowanie powinno być skuteczne przy minimalnych stratach. Należy również wziąć pod uwagę fizyczny obszar apertury, ponieważ skuteczność promieniowania zależy od obszaru apertury fizycznie na antenie.

Wyrażenie matematyczne

Matematyczne wyrażenie określające efektywność apertury jest następujące -

$$\varepsilon_{A} = \frac{A_{eff}}{A_{p}}$$

gdzie

• $\varepsilon_{A}$ to efektywność przysłony.

• ${A_{eff}}$ jest efektywnym obszarem.

• ${A_{p}}$ to obszar fizyczny.

Wydajność anteny

Zgodnie ze standardową definicją „Antenna Efficiency jest stosunkiem mocy promieniowanej anteny do mocy wejściowej akceptowanej przez antenę. ”

Po prostu antena ma emitować moc podawaną na jej wejściu przy minimalnych stratach. Efektywność anteny wyjaśnia, jak bardzo antena jest w stanie skutecznie dostarczyć swoją moc wyjściową przy minimalnych stratach w linii transmisyjnej.

Nazywa się to inaczej jako Radiation Efficiency Factor anteny.

Wyrażenie matematyczne

Wyrażenie matematyczne określające wydajność anteny podano poniżej -

$$\eta_{e} = \frac{P_{rad}}{P_{input}}$$

Gdzie

• $\eta_{e}$jest sprawnością anteny.

• ${P_{rad}}$ jest moc wypromieniowana.

• ${P_{input}}$ to moc wejściowa anteny.

Zdobyć

Zgodnie ze standardową definicją „Gain anteny to stosunek natężenia promieniowania w danym kierunku do natężenia promieniowania, które byłoby uzyskane, gdyby moc przyjęta przez antenę była wypromieniowywana izotropowo. ”

Po prostu zysk anteny uwzględnia kierunkowość anteny wraz z jej efektywną wydajnością. Jeżeli moc przyjęta przez antenę była wypromieniowywana izotropowo (czyli we wszystkich kierunkach), to otrzymane przez nas natężenie promieniowania można przyjąć jako odniesienie.

• Termin antenna gain opisuje, ile mocy jest przesyłane w kierunku promieniowania szczytowego do źródła izotropowego.

• Gain jest zwykle mierzona w dB.

• W przeciwieństwie do kierunkowości, wzmocnienie anteny uwzględnia również występujące straty, a zatem skupia się na wydajności.

Wyrażenie matematyczne

Równanie wzmocnienia, G jest pokazane poniżej.

$$G = \eta_{e}D$$

Gdzie

• G to zysk anteny.

• $\eta_{e}$to sprawność anteny.

• D to kierunkowość anteny.

Jednostki

Jednostką zysku jest decibels lub po prostu dB.

Po parametrach anteny omówionych w poprzednim rozdziale, kolejnym ważnym tematem do rozważenia są obszary bliskiego pola i dalekiego pola anteny.

Intensywność promieniowania mierzona bliżej anteny różni się od tego, co znajduje się dalej od anteny. Chociaż obszar znajduje się z dala od anteny, uważa się go za skuteczny, ponieważ intensywność promieniowania jest tam nadal wysoka.

Blisko pola

Pole, które jest bliżej anteny, nazywane jest as near-field. Ma działanie indukcyjne i dlatego jest również znany jakoinductive fieldchociaż ma pewne składniki promieniowania.

Dalekie pole

Pole, które jest daleko od anteny, nazywane jest as far-field. Nazywa się to również jakoradiation field, ponieważ efekt promieniowania jest wysoki w tym obszarze. Wiele parametrów anteny wraz z kierunkowością i charakterystyką promieniowania anteny jest branych pod uwagę tylko w tym regionie.

Wzór pola

Rozkład pola można określić ilościowo pod względem natężenia pola, nazywany jest wzorem pola. Oznacza to, że moc wypromieniowana z anteny na wykresie jest wyrażona jako pole elektryczne, E (v / m). Dlatego jest znany jakofield pattern. Jeśli jest wyrażony ilościowo w kategoriach mocy (W), to jest znany jakopower pattern.

Graficzny rozkład promieniowania pola lub mocy będzie funkcją

• kąty przestrzenne (θ, Ø) dla pola dalekiego.

• kąty przestrzenne (θ, Ø) i odległość promieniowa (r) dla pola bliskiego.

Rozkład obszarów bliskiego i dalekiego pola można dobrze zrozumieć za pomocą diagramu.

Wzorzec pola można sklasyfikować jako -

• Reaktywny region bliskiego pola i promieniujący region bliskiego pola - oba określane jako bliskie pole.

• Promieniujący obszar dalekiego pola - nazywany po prostu polem dalekim.

Pole, które jest bardzo blisko anteny jest reactive near field lub non-radiative fieldgdzie promieniowanie nie jest dominujące. Region obok niego można nazwaćradiating near field lub Fresnel’s field ponieważ dominuje promieniowanie i rozkład pola kątowego, zależy od fizycznej odległości od anteny.

Region obok jest radiating far-fieldregion. W tym regionie rozkład pola jest niezależny od odległości od anteny. W tym rejonie obserwuje się efektywny wzór promieniowania.

Promieniowanie to termin używany do reprezentowania emisji lub odbioru czoła fali na antenie, określający jego siłę. Na każdej ilustracji szkic narysowany w celu przedstawienia promieniowania anteny jest jejradiation pattern. Można po prostu zrozumieć funkcję i kierunkowość anteny, patrząc na jej charakterystykę promieniowania.

Moc wypromieniowana z anteny ma wpływ na bliskie i dalekie obszary pola.

• Graficznie, promieniowanie można przedstawić jako funkcję angular position i radial distance z anteny.

• Jest to matematyczna funkcja właściwości radiacyjnych anteny przedstawionych jako funkcja współrzędnych sferycznych E (θ, Ø) i H (θ, Ø).

Charakterystyka promieniowania

Energia wypromieniowana przez antenę jest reprezentowana przez Radiation patternanteny. Wzorce promieniowania to schematyczne reprezentacje dystrybucji wypromieniowanej energii w przestrzeni w funkcji kierunku.

Spójrzmy na wzór promieniowania energii.

Powyższy rysunek przedstawia charakterystykę promieniowania anteny dipolowej. Promieniowana energia jest reprezentowana przez wzory narysowane w określonym kierunku. Strzałki przedstawiają kierunki promieniowania.

Wzorce promieniowania mogą być wzorcami pola lub wzorcami mocy.

• Plik field patternssą wykreślane jako funkcja pól elektrycznych i magnetycznych. Są wykreślane w skali logarytmicznej.

• Plik power patternssą wykreślane jako funkcja kwadratu wielkości pól elektrycznych i magnetycznych. Są wykreślane w skali logarytmicznej lub zwykle w skali dB.

Wzór promieniowania w 3D

Wzorzec promieniowania jest trójwymiarową figurą i przedstawioną we współrzędnych sferycznych (r, θ, Φ), zakładając, że jego początek znajduje się w środku sferycznego układu współrzędnych. Wygląda jak poniższy rysunek -

Podana liczba to trójwymiarowy wzór promieniowania dla Omni directional pattern. To wyraźnie wskazuje na trzy współrzędne (x, y, z).

Wzór promieniowania w 2D

Dwuwymiarowy wzór można uzyskać z trójwymiarowego wzoru, dzieląc go na płaszczyznę poziomą i pionową. Te wynikowe wzorce są znane jakoHorizontal pattern i Vertical pattern odpowiednio.

Rysunki przedstawiają wielokierunkowy wzór promieniowania w płaszczyznach H i V, jak wyjaśniono powyżej. Płaszczyzna H reprezentuje wzór poziomy, podczas gdy płaszczyzna V reprezentuje wzór pionowy.

Formacja płata

W przedstawieniu wzoru promieniowania często spotykamy różne kształty, które wskazują główne i mniejsze obszary promieniowania, przez które radiation efficiency anteny jest znana.

Aby lepiej zrozumieć, rozważ poniższy rysunek, który przedstawia wzór promieniowania anteny dipolowej.

Tutaj wzór promieniowania ma płat główny, boczny i tylny.

• Większa część promieniowania pola, która obejmuje większy obszar, to main lobe lub major lobe. Jest to część, w której istnieje maksymalna energia wypromieniowana. Kierunek tego płata wskazuje kierunkowość anteny.

• Inne części wzoru, w których promieniowanie jest rozprowadzane na boki, są znane jako side lobes lub minor lobes. To są obszary, w których marnuje się moc.

• Jest inny płat, który jest dokładnie przeciwny do kierunku głównego płata. Jest znany jakoback lobe, który jest również mniejszym płatem. Nawet tutaj marnowana jest znaczna ilość energii.

Przykład

Jeśli anteny używane w systemach radarowych wytwarzają boczne listki, śledzenie celu staje się bardzo trudne. Dzieje się tak, ponieważ fałszywe cele są wskazywane przez te boczne płaty. Wytropienie prawdziwych i zidentyfikowanie fałszywych jest kłopotliwe. W związku z tym,elimination tych side lobes jest niezbędny, aby poprawić wydajność i oszczędzać energię.

Zaradzić

Energia wypromieniowana, która jest marnowana w takich formach, musi zostać wykorzystana. Jeśli te mniejsze płaty zostaną wyeliminowane i ta energia zostanie skierowana w jednym kierunku (to znaczy w kierunku głównego płata), wówczasdirectivity anteny zostanie zwiększona, co prowadzi do lepszej wydajności anteny.

Rodzaje wzorców promieniowania

Typowe typy wzorców promieniowania to -

• Wzór wielokierunkowy (zwany również wzorem bezkierunkowym): wzór ma zwykle kształt pączka w widoku trójwymiarowym. Jednak w widoku dwuwymiarowym tworzy wzór ósemki.

• Wzór wiązki ołówkowej - wiązka ma ostry, kierunkowy wzór w kształcie ołówka.

• Wzór wachlarza - Wiązka ma wzór w kształcie wachlarza.

• Ukształtowany wzór belki - belka, która jest niejednolita i pozbawiona wzoru, jest nazywana belką kształtową.

Punktem odniesienia dla wszystkich tych typów promieniowania jest promieniowanie izotropowe. Ważne jest, aby wziąć pod uwagę promieniowanie izotropowe, nawet jeśli jest to niepraktyczne.

W poprzednim rozdziale omówiliśmy wzór promieniowania. Aby uzyskać lepszą analizę dotyczącą promieniowania anteny, konieczny jest punkt odniesienia. Przestrzeń tę wypełnia promieniowanie anteny izotropowej.

Definicja

Isotropic radiation to promieniowanie ze źródła punktowego, promieniujące równomiernie we wszystkich kierunkach, z tym samym natężeniem niezależnie od kierunku pomiaru.

Poprawę charakterystyki promieniowania anteny zawsze ocenia się za pomocą promieniowania izotropowego tej anteny. Jeśli promieniowanie jest równe we wszystkich kierunkach, jest znane jakoisotropic radiation.

• Źródło punktowe jest przykładem grzejnika izotropowego. Jednak to promieniowanie izotropowe jest praktycznie niemożliwe, ponieważ każda antena promieniuje swoją energię z pewną kierunkowością.

• Promieniowanie izotropowe to nic innego Omni-directional radiation.

• Ma wzór w kształcie pierścienia podczas oglądania w 3D i wzór ósemki podczas oglądania w 2D.

Liczby podane powyżej pokazują wzór promieniowania w postaci izotropowej lub wielokierunkowej. Rysunek 1 ilustruje wzór w kształcie pierścienia w 3D, a Rysunek 2 przedstawia wzór ósemki w 2D.

Zdobyć

Promiennik izotropowy ma wzmocnienie jedności, co oznacza współczynnik wzmocnienia 1 we wszystkich kierunkach. W odniesieniu do dB można to nazwać wzmocnieniem 0 dB (zero strat).

Ekwiwalentna izotropowa moc promieniowana

Zgodnie ze standardową definicją, „Ilość mocy, którą promieniuje antena izotropowa, aby wytworzyć szczytową gęstość mocy obserwowaną w kierunku maksymalnego wzmocnienia anteny, nazywa się Equivalent Isotropic Radiated Power. ”

Jeżeli promieniowana energia anteny koncentruje się po jednej stronie lub w określonym kierunku, gdzie promieniowanie jest równoważne izotropowej mocy promieniowania anteny, takie promieniowanie określa się jako EIRP, tj. Równoważną izotropową moc promieniowaną.

Zdobyć

Chociaż promieniowanie izotropowe jest wyimaginowane, jest to najlepsze, co antena może dać. Zysk takiej anteny wyniesie 3 dBi, gdzie 3 dB to współczynnik 2, a „i” oznacza współczynnik izotropowości.

Jeśli promieniowanie jest skupione pod pewnym kątem, to EIRP rośnie wraz ze wzmocnieniem anteny. Zysk anteny uzyskuje się najlepiej, ustawiając antenę w określonym kierunku.

Efektywna moc promieniowana

Jeśli moc promieniowania jest obliczana na podstawie dipola półfalowego jako odniesienia, a nie anteny izotropowej, można ją określić jako ERP (Effective Radiated Power).

$$ERP(dBW) = EIRP(dBW) - 2.15dBi$$

Jeśli EIRP jest znane, to ERP można obliczyć ze wzoru podanego powyżej.

W tym rozdziale omówiono parametry promieniowanej wiązki anteny. Te parametry pomagają nam poznać specyfikacje belki.

Obszar wiązki

Zgodnie ze standardową definicją „Powierzchnia wiązki to kąt bryłowy, przez który przepłynęłaby cała moc wypromieniowana przez antenę, gdyby P (θ, Ø) utrzymywała swoją maksymalną wartość powyżej Ω _A i gdzie indziej wynosiła zero”.

Promieniowana wiązka anteny wychodzi pod kątem do anteny, znanym jako kąt bryłowy, gdzie natężenie promieniowania mocy jest maksymalne. Tosolid beam angle jest określany jako beam area. Jest reprezentowany przezΩ_A.

Natężenie promieniowania P (θ, Ř) powinno być utrzymywane na stałym i maksymalnym poziomie w całym kącie wiązki stałej Ω _A , gdzie gdzie indziej jego wartość wynosi zero.

$$Power\ radiated = P(\theta,\Phi)\Omega_{A} \:watts$$

Kąt wiązki to zestaw kątów między punktami połowy mocy głównego płata.

Wyrażenie matematyczne

Matematyczne wyrażenie dla obszaru belki to

$$\Omega_{A} =\int_{0}^{2\pi}\int_{0}^{\pi}P_{\pi}(\theta,\Phi)d\Omega\ wattts$$ $$d\Omega = \sin\theta\ d\theta\ d\Phi\ watts$$

Gdzie

• $\Omega_{A}$ to kąt wiązki bryłowej.
• $\theta$ jest funkcją położenia kątowego.
• $\Phi$ jest funkcją odległości promieniowej.

Jednostki

Jednostką pola powierzchni jest watts.

Efektywność wiązki

Zgodnie ze standardową definicją „The beam efficiency określa stosunek powierzchni belki głównej belki do całkowitej powierzchni wypromieniowanej ”.

Energia wypromieniowana z anteny jest rzutowana zgodnie z kierunkowością anteny. Kierunek, w którym antena emituje więcej mocy, ma maksymalną wydajność, podczas gdy część energii jest tracona w listkach bocznych. Maksymalna energia promieniowana przez wiązkę, przy minimalnych stratach, może być określona jakobeam efficiency.

Wyrażenie matematyczne

Matematyczne wyrażenie określające efektywność wiązki to -

$$\eta_{B} = \frac{\Omega_{MB}}{\Omega_{A}}$$

Gdzie,

• $\eta_{B}$ to wydajność wiązki.
• $\Omega_{MB}$ to obszar wiązki głównej belki.
• $\Omega_{A}$ to całkowity kąt wiązki bryłowej (obszar belki).

Polaryzacja anteny

Antenę można spolaryzować w zależności od naszych wymagań. Może być spolaryzowany liniowo lub kołowo. Rodzaj polaryzacji anteny decyduje o wzorze wiązki i polaryzacji podczas odbioru lub nadawania.

Polaryzacja liniowa

Kiedy fala jest nadawana lub odbierana, może to odbywać się w różnych kierunkach. Pliklinear polarizationanteny pomaga w utrzymaniu fali w określonym kierunku, unikając wszystkich innych kierunków. Chociaż stosowana jest polaryzacja liniowa, wektor pola elektrycznego pozostaje w tej samej płaszczyźnie. Dlatego używamy tej polaryzacji liniowej, aby poprawićdirectivity anteny.

Polaryzacja kołowa

Kiedy fala jest spolaryzowana kołowo, wektor pola elektrycznego wydaje się być obrócony, a wszystkie jego składowe tracą orientację. Czasami tryb rotacji może być inny. Jednak przy użyciucircular polarization, efekt wielościeżkowy zostaje zredukowany i dlatego jest używany w komunikacji satelitarnej, np GPS.

Polaryzacja pozioma

Polaryzacja pozioma osłabia falę, ponieważ wpływają na nią odbicia od powierzchni ziemi. Zwykle są słabe przy niskich częstotliwościach poniżej 1 GHz.Horizontal polarization jest używany w transmisji TV signals aby uzyskać lepszy stosunek sygnału do szumu.

Polaryzacja pionowa

Fale o niskiej częstotliwości spolaryzowane pionowo są korzystne dla transmisji fal naziemnych. Nie mają na nie wpływu odbicia powierzchniowe, takie jak te spolaryzowane poziomo. Stądvertical polarization jest używany do mobile communications.

Każdy rodzaj polaryzacji ma swoje zalety i wady. Projektant systemu RF może dowolnie wybrać rodzaj polaryzacji zgodnie z wymaganiami systemu.

W tym rozdziale omówimy inny ważny czynnik w charakterystyce promieniowania anteny, znany jako beam width. W charakterystyce promieniowania anteny, główny płat jest główną wiązką anteny, przez którą przepływa maksymalna i stała energia wypromieniowana przez antenę.

Beam widthto kąt otwarcia, z którego promieniuje większość mocy. Dwie główne kwestie, które należy wziąć pod uwagę przy tej szerokości wiązki to połowa szerokości wiązki mocy(HPBW) i szerokość pierwszej zerowej wiązki (FNBW).

Szerokość wiązki o połowie mocy

Zgodnie ze standardową definicją „Separacja kątowa, w której wielkość wzoru promieniowania zmniejsza się o 50% (lub -3 dB) od wartości szczytowej wiązki głównej, to Half Power Beam Width. ”

Innymi słowy, szerokość wiązki to obszar, w którym promieniowana jest większość mocy, czyli moc szczytowa. Half power beam width to kąt, pod którym moc względna jest większa niż 50% mocy szczytowej w efektywnym polu promieniowania anteny.

Wskazanie HPBW

Kiedy narysowana jest linia między początkiem wzoru promieniowania a punktami połowy mocy na głównym płacie, po obu stronach, kąt między tymi dwoma wektorami jest określany jako HPBW, połowa szerokości wiązki mocy. Można to dobrze zrozumieć za pomocą poniższego diagramu.

Rysunek pokazuje punkty połowy mocy na głównym płacie i HPBW.

Wyrażenie matematyczne

Matematyczne wyrażenie określające połowę szerokości wiązki mocy to -

$$Half\: power\: Beam \:with=70\lambda_{/D} $$

Gdzie

• $\lambda$ to długość fali (λ = 0,3 / częstotliwość).

• D to średnica.

Jednostki

Jednostką HPBW jest radians lub degrees.

Szerokość pierwszej zerowej wiązki

Zgodnie ze standardową definicją, „Rozpiętość kątowa między pierwszymi punktami zerowymi wzoru przylegającymi do głównego płata jest nazywana First Null Beam Width. ”

Po prostu FNBW to separacja kątowa, zacytowana z dala od głównej wiązki, która jest rysowana między zerowymi punktami wzoru promieniowania, na jej głównym płacie.

Wskazanie FNBW

Narysuj styczne po obu stronach, zaczynając od początku wzoru promieniowania, styczne do głównej wiązki. Kąt między tymi dwiema stycznymi jest nazywany szerokością pierwszej wiązki zerowej(FNBW).

Można to lepiej zrozumieć za pomocą poniższego diagramu.

Powyższe zdjęcie przedstawia połowę szerokości wiązki mocy i pierwszą zerową szerokość wiązki, zaznaczone we wzorze promieniowania wraz z mniejszymi i większymi płatami.

Wyrażenie matematyczne

Matematycznym wyrażeniem szerokości pierwszej zerowej wiązki jest

$$FNBW = 2 HPBW$$ $$FNBW\:2\left ( 70\lambda/D \right )\:=140\lambda/D$$

Gdzie

• $\lambda$ to długość fali (λ = 0,3 / częstotliwość).
• D to średnica.

Jednostki

Jednostką FNBW jest radians lub degrees.

Efektywna długość i efektywny obszar

Wśród parametrów anteny ważna jest również efektywna długość i efektywna powierzchnia. Te parametry pomagają nam poznać działanie anteny.

Efektywna długość

Antena Długość efektywna służy do określenia skuteczności polaryzacji anteny.

Definition- „The Effective length jest stosunkiem wielkości napięcia na otwartych zaciskach anteny odbiorczej do wielkości natężenia pola czoła padającej fali, w tym samym kierunku polaryzacji anteny. ”

Kiedy padająca fala dociera do końcówek wejściowych anteny, ma ona pewne natężenie pola, którego wielkość zależy od polaryzacji anteny. Ta polaryzacja powinna być zgodna z wielkością napięcia na zaciskach odbiornika.

Wyrażenie matematyczne

Matematyczne wyrażenie określające efektywną długość to -

$$l_{e} = \frac{V_{oc}}{E_{i}}$$

Gdzie

• $l_{e}$ to efektywna długość.

• $V_{oc}$ jest napięciem otwartego obwodu.

• $E_{i}$ jest siłą pola padającej fali.

Efektywny obszar

Definition - „Effective area to obszar anteny odbiorczej, który pochłania większość mocy z czoła fali przychodzącej, do całkowitego obszaru anteny, który jest wystawiony na czoło fali. ”

Cały obszar anteny podczas odbioru konfrontuje przychodzące fale elektromagnetyczne, podczas gdy tylko część anteny odbiera sygnał, znany jako effective area.

Wykorzystywana jest tylko część odebranego czoła fali, ponieważ część fali zostaje rozproszona, a część rozproszona w postaci ciepła. W związku z tym, bez uwzględnienia strat, obszar, który wykorzystuje maksymalną moc uzyskaną do rzeczywistego obszaru, można określić jakoeffective area.

Efektywny obszar jest reprezentowany przez $A_{eff}$.

Antena może być używana zarówno jako antena nadawcza, jak i odbiorcza. Korzystając z tego, możemy natknąć się na pytanie, czy właściwości anteny mogą ulec zmianie wraz ze zmianą trybu pracy. Na szczęście nie musimy się tym martwić. Właściwości anteny, które są niezmienne, nazywa się właściwościąreciprocity.

Właściwości w ramach wzajemności

Właściwości anteny nadawczo-odbiorczej, które wykazują wzajemność to:

• Równość wzorców kierunkowych.
• Równość dyrektyw.
• Równość efektywnych długości.
• Równość impedancji anteny.

Zobaczmy, jak są one realizowane.

Równość wzorców kierunkowych

Plik radiation pattern anteny nadawczej 1, która nadaje do anteny odbiorczej 2, jest równa charakterystyce promieniowania anteny 2, jeżeli nadaje, a antena 1 odbiera sygnał.

Równość dyrektyw

Directivity jest taka sama dla anten nadawczych i odbiorczych, jeżeli wartość kierunkowości jest taka sama dla obu przypadków, tj. kierunkowości są takie same niezależnie od tego, czy są obliczane na podstawie mocy anteny nadawczej, czy odbiorczej.

Równość długości efektywnych

Wartość maksymalnej efektywnej apertury jest taka sama dla anten nadawczych i odbiorczych. Equality w lengths zarówno anten nadawczych, jak i odbiorczych jest utrzymywana zgodnie z wartością długości fali.

Równość impedancji anteny

Impedancja wyjściowa anteny nadawczej i impedancja wejściowa anteny odbiorczej są równe w efektywnej komunikacji.

Te właściwości nie zmienią się, jeśli ta sama antena będzie używana jako nadajnik lub odbiornik. Stądproperty of reciprocity jest śledzony.

Anteny emitują energię elektromagnetyczną w celu przesyłania lub odbierania informacji. Dlatego warunkiEnergy i Powersą związane z tymi falami elektromagnetycznymi i musimy je omówić. Fala elektromagnetyczna ma zarówno pole elektryczne, jak i magnetyczne.

Rozważ falę w dowolnym momencie, którą można zobaczyć w obu wektorach. Poniższy rysunek przedstawia reprezentację składowych pola elektrycznego i magnetycznego w fali elektromagnetycznej.

Fala elektryczna jest obecna pionowo w stosunku do propagacji fali elektromagnetycznej, podczas gdy fala magnetyczna znajduje się poziomo. Oba pola są ustawione względem siebie pod kątem prostym.

Poynting Vector

Wektor Poyntinga opisuje energię fali elektromagnetycznej na jednostkę czasu na jednostkę powierzchni w dowolnej chwili. John Henry Poynting po raz pierwszy wyprowadził ten wektor w 1884 roku i dlatego został nazwany jego imieniem.

Definition - „Wektor Poyntinga podaje szybkość transferu energii na jednostkę powierzchni”

lub

„Energia, którą fala przenosi w jednostce czasu na jednostkę powierzchni, jest określona przez wektor Poyntinga”.

Wektor Poyntinga jest reprezentowany przez Ŝ.

Jednostki

Jednostką SI wektora Poyntinga jest W/m².

Wyrażenie matematyczne

Wielkość używana do opisania mocy związanej z falami elektromagnetycznymi jest wielkością chwilową Poynting vector, który jest zdefiniowany jako

$$\hat{S} = \hat{E} \times \hat{H}$$

Gdzie

• $\hat{S}$ jest chwilowym wektorem Poyntinga (W/m²).

• $\hat{E}$ jest chwilową intensywnością pola elektrycznego (V/m).

• $\hat{H}$ jest chwilowym natężeniem pola magnetycznego (A/m).

Ważną kwestią, na którą należy tutaj zwrócić uwagę, jest to, że wielkość E jest większa niż H w fali EM. Jednak oba z nich wnoszą taką samą ilość energii. Ŝ jest wektorem, który ma zarówno kierunek, jak i wielkość. Kierunek Ŝ jest taki sam jak prędkość fali. Jego wielkość zależy od E i H.

Wyprowadzenie wektora Poyntinga

Aby mieć jasny obraz wektora Poyntinga, przejdźmy przez proces wyprowadzenia tego wektora Poyntinga krok po kroku.

Wyobraźmy sobie, że fala elektromagnetyczna przechodzi przez obszar (A) prostopadły do ​​osi X, wzdłuż której porusza się fala. Przechodząc przez A, w nieskończenie małym czasie (dt) fala pokonuje odległość (dx).

$$dx = C\ dt$$

Gdzie

$$C = velocity\ of\ light = 3\times 10^{8}m/s$$ $$volume, dv = Adx = AC\ dt$$ $$d\mu = \mu\ dv = (\epsilon_{0}E^{2})(AC\ dt)$$ $$= \epsilon_{0} AC \ E^{2}\ dt$$

Dlatego energia przenoszona w czasie (dt) na powierzchnię (A) wynosi -

$$S = \frac{Energy}{Time\times Area} = \frac{dW}{dt\ A} = \frac{\epsilon_{0}ACE^{2}\ dt}{dt\ A} = \epsilon_{0}C\:E^{2}$$

Od

$$\frac{E}{H} = \sqrt{\frac{\mu_{0}}{\epsilon_{0}}} \ then\ S= \frac{CB^{2}}{\mu_{0}}$$

Od

$$C = \frac{E}{H} \ then \ S = \frac{EB}{\mu_{0}}$$ $$= \hat{S} = \frac{1}{\mu_{0}}(\hat{E}\hat{H})$$

Ŝ oznacza wektor Poyntinga.

Powyższe równanie daje nam energię na jednostkę czasu na jednostkę powierzchni w dowolnej chwili, która nazywa się as Poynting vector.

Anteny należy sklasyfikować, aby lepiej zrozumieć ich fizyczną strukturę i funkcjonalność. Istnieje wiele typów anten w zależności od aplikacji.

Rodzaj anteny	Przykłady	Aplikacje
Anteny przewodowe	Antena dipolowa, antena jednobiegunowa, antena spiralna, antena pętlowa	Zastosowania osobiste, budynki, statki, samochody, statki kosmiczne
Anteny aperturowe	Falowód (otwarcie), antena tubowa	Zastosowania podtynkowe, statki powietrzne, statki kosmiczne
Anteny reflektorowe	Reflektory paraboliczne, Reflektory narożne	Komunikacja mikrofalowa, śledzenie satelitarne, radioastronomia
Anteny soczewkowe	Soczewki wypukłe, wklęsłe, wypukłe i wklęsłe	Używany w aplikacjach o bardzo wysokiej częstotliwości
Anteny mikropaskowe	Okrągła metalowa łata w kształcie prostokąta nad płaszczyzną podłoża	Samoloty, statki kosmiczne, satelity, pociski, samochody, telefony komórkowe itp.
Anteny szeregowe	Antena Yagi-Uda, matryca mikropaskowa, tablica aperturowa, matryca falowodowa szczelinowa	Używany do zastosowań o bardzo dużym wzmocnieniu, głównie wtedy, gdy trzeba kontrolować wzór promieniowania

Omówmy szczegółowo wyżej wymienione typy anten w kolejnych rozdziałach.

Anteny przewodowe to podstawowe typy anten. To dobrze znane i szeroko stosowane anteny. Aby mieć lepszy pomysł na te anteny przewodowe, przyjrzyjmy się najpierw liniom transmisyjnym.

Linie przesyłowe

Drut lub transmission linema pewną moc, która przemieszcza się z jednego końca na drugi koniec. Jeśli oba końce linii transmisyjnej są podłączone do obwodów, wówczas informacje będą przesyłane lub odbierane za pomocą tego przewodu między tymi dwoma obwodami.

Jeśli jeden koniec tego przewodu nie jest podłączony, energia w nim próbuje uciec. Prowadzi to do komunikacji bezprzewodowej. Jeśli jeden koniec drutu jest zgięty, energia próbuje wydostać się z linii przesyłowej skuteczniej niż wcześniej. Ta celowa ucieczka jest znana jakoRadiation.

Aby promieniowanie przebiegało efektywnie, impedancja otwartego końca linii transmisyjnej powinna być zgodna z impedancją wolnej przestrzeni. Rozważmy linię transmisyjną o długości ćwierćfalowej. Odległy koniec jest otwarty i wygięty, aby zapewnić wysoką impedancję. Działa jak plikhalf-wave dipole antenna. Już teraz ma niską impedancję na jednym końcu linii przesyłowej. Otwarty koniec, który ma wysoką impedancję, dopasowuje się do impedancji wolnej przestrzeni, aby zapewnić lepsze promieniowanie.

Dipol

Promieniowanie energii przez taki wygięty drut, koniec takiej linii przesyłowej jest określany jako dipole lub antena dipolowa.

Reaktancja impedancji wejściowej jest funkcją promienia i długości dipola. Im mniejszy promień, tym większa amplituda reaktancji. Jest proporcjonalna do długości fali. Stąd też należy wziąć pod uwagę długość i promień dipola. Zwykle jego impedancja wynosi około 72 Ω.

Można to lepiej zrozumieć na poniższym rysunku.

Rysunek przedstawia schemat obwodu zwykłego dipola podłączonego do linii przesyłowej. Prąd dla dipola jest maksymalny w środku i minimalny na jego końcach. Napięcie jest minimalne w środku i maksymalne na końcach.

Typy anten przewodowych obejmują dipol półfalowy, dipol składany półfalowy, dipol pełnej fali, dipol krótki i dipol nieskończenie mały. Wszystkie te anteny zostaną omówione w dalszych rozdziałach.

Antena dipolowa jest cięta i wyginana dla efektywnego promieniowania. Długość całego przewodu, który jest używany jako dipol, jest równa połowie długości fali (tj. L = λ / 2). Taka antena nazywa sięhalf-wave dipole antenna. Jest to najczęściej używana antena ze względu na swoje zalety. Jest również znany jakoHertz antenna.

Zakres częstotliwości

Zakres częstotliwości, w którym pracuje dipol półfalowy, wynosi od około 3 kHz do 300 GHz. Jest to najczęściej używane w odbiornikach radiowych.

Budowa i działanie dipola półfalowego

Jest to normalna antena dipolowa o częstotliwości jej działania half of its wavelength. Stąd nazywana jest anteną dipolową półfalową.

Krawędź dipola ma maksymalne napięcie. To napięcie ma charakter przemienny (AC). Przy dodatnim szczycie napięcia elektrony mają tendencję do poruszania się w jednym kierunku, a przy ujemnym szczycie elektrony poruszają się w drugim kierunku. Można to wyjaśnić na podstawie poniższych liczb.

Podane powyżej liczby pokazują działanie dipola półfalowego.

• Rys. 1 przedstawia dipol, gdy indukowane ładunki są w dodatnim półcyklu. Teraz elektrony mają tendencję do poruszania się w kierunku ładunku.

• Rys. 2 przedstawia dipol z indukowanymi ładunkami ujemnymi. Tutaj elektrony mają tendencję do oddalania się od dipola.

• Ryc. 3 przedstawia dipol z kolejnym dodatnim półokresem. W związku z tym elektrony ponownie poruszają się w kierunku ładunku.

Skumulowany efekt tego daje zmienny efekt pola, który jest wypromieniowywany w taki sam sposób, jak na nim wytwarzany. W związku z tym na wyjściu będzie efektywne promieniowanie zgodnie z cyklami wzoru napięcia wyjściowego. Tak więc dipol półfalowyradiates effectively.

Powyższy rysunek przedstawia rozkład prądu w dipolu półfalowym. Kierunkowość dipola półfalowego wynosi 2,15 dBi, co jest dość dobre. Gdzie „i” oznacza promieniowanie izotropowe.

Charakterystyka promieniowania

Wzór promieniowania tego dipola półfalowego to Omni-directionalw płaszczyźnie H. Jest to pożądane w przypadku wielu zastosowań, takich jak komunikacja mobilna, odbiorniki radiowe itp.

Powyższy rysunek przedstawia wzór promieniowania dipola półfalowego w płaszczyźnie H i V.

Promień dipola nie wpływa na jego impedancję wejściową w tym dipolu półfalowym, ponieważ długość tego dipola jest półfalą i jest to pierwsza długość rezonansowa. Antena działa skutecznieresonant frequency, który występuje na jego długości rezonansowej.

Zalety

Oto zalety anteny dipolowej półfalowej -

• Impedancja wejściowa nie jest wrażliwa.

• Dobrze pasuje do impedancji linii przesyłowej.

• Ma rozsądną długość.

• Długość anteny dopasowana do wielkości i kierunkowości.

Niedogodności

Poniżej przedstawiono wady anteny dipolowej półfalowej -

• Niezbyt skuteczny ze względu na jeden element.

• Może działać lepiej tylko z kombinacją.

Aplikacje

Poniżej przedstawiono zastosowania anteny dipolowej półfalowej -

• Stosowany w odbiornikach radiowych.

• Stosowany w odbiornikach telewizyjnych.

• Używany z innymi, używany do wielu różnych zastosowań.

Złożony dipol to antena, z dwoma przewodami połączonymi po obu stronach i złożonymi w celu utworzenia cylindrycznego zamkniętego kształtu, do którego podawana jest w środku. Długość dipola jest równa połowie długości fali. Dlatego nazywa się tohalf wave folded dipole antenna.

Zakres częstotliwości

Zakres częstotliwości, w którym pracuje dipol składany półfalowy, wynosi od około 3 kHz do 300 GHz. Jest to najczęściej używane w odbiornikach telewizyjnych.

Budowa i działanie dipola składanego półfalowego

Ta antena jest powszechnie używana z antenami typu macierzowego w celu zwiększenia oporu zasilania. Najczęściej używany jest z anteną Yagi-Uda. Poniższy rysunek przedstawia półfalową antenę dipolową składaną.

Ta antena wykorzystuje dodatkowy element przewodzący (drut lub pręt) w porównaniu z poprzednią anteną dipolową. Jest to kontynuowane przez umieszczenie kilku elementów przewodzących równolegle, z izolacją pomiędzy nimi, w antenach typu array.

Poniższy rysunek wyjaśnia działanie półfalowej anteny dipolowej składanej, gdy jest ona wyposażona we wzbudzenie.

Jeśli średnica głównego przewodnika i składanego dipola są takie same, to nastąpi czterokrotne (dwukrotne do kwadratu) zwiększenie impedancji zasilania anteny. Ten wzrost impedancji zasilającej jest głównym powodem popularnego zastosowania tej anteny dipolowej składanej. Dzięki dwuprzewodowemu impedancja będzie wynosić około 300 Ω.

Charakterystyka promieniowania

Charakterystyka promieniowania dipoli półfalowych jest taka sama jak anteny dipolowej półfalowej. Poniższy rysunek pokazuje charakterystykę promieniowania anteny dipolowej półfalowej, czyliOmni-directional wzór.

Anteny dipolowe składane półfalowe są używane tam, gdzie potrzebny jest optymalny transfer mocy i gdzie potrzebne są duże impedancje.

Ten składany dipol jest głównym elementem Yagi-Uda antenna. Poniższy rysunek przedstawiaYagi-Uda antenna, które będziemy studiować później. Głównym elementem zastosowanym tutaj jest ten składany dipol, do którego podawane jest zasilanie anteny. Ta antena była szeroko stosowana do odbioru telewizji w ciągu ostatnich kilku dekad.

Zalety

Oto zalety anteny dipolowej półfalowej -

• Odbiór sygnałów zbalansowanych.

• Odbiera określony sygnał z pasma częstotliwości bez utraty jakości.

• Złożony dipol maksymalizuje siłę sygnału.

Niedogodności

Poniżej przedstawiono wady anteny dipolowej składanej półfalowej -

• Przemieszczenie i regulacja anteny to kłopot.

• Zarządzanie na zewnątrz może być trudne, gdy rozmiar anteny wzrośnie.

Aplikacje

Poniżej przedstawiono zastosowania anteny dipolowej półfalowej -

• Stosowany głównie jako element zasilający w antenie Yagi, antenie parabolicznej, antenie kołowrotu, antenie okresowej logarytmicznej, układach fazowanych i reflektorowych itp.

• Zwykle stosowany w odbiornikach radiowych.

• Najczęściej stosowany w antenach odbiorników telewizyjnych.

Jeśli długość dipola, tj. Całego przewodu, jest równa pełnej długości fali λ, to nazywa się jako full wave dipole. Jeśli dipol o pełnej długości fali jest używany do transmisji lub odbioru, zobaczmy, jak będzie wyglądało promieniowanie.

Budowa i działanie dipola pełnofalowego

Przedstawiony jest dipol pełnookresowy wraz z rozkładem napięcia i prądu. Zarówno dodatnie, jak i ujemne szczyty fali indukują odpowiednio dodatnie i ujemne napięcia. Ponieważ jednak napięcia indukowane znoszą się wzajemnie, nie ma kwestii promieniowania.

Powyższy rysunek przedstawia rozkład napięcia pełnego dipola, którego długość wynosi λ. Widać, że dwa dipole półfalowe są połączone, tworząc dipol pełnofalowy.

Charakterystyka napięcia, gdy jednocześnie indukuje ładunki dodatnie i ujemne, znosi się nawzajem, jak pokazano na rysunku. Wywołane ładunki nie podejmują dalszej próby napromieniowania, ponieważ są anulowane. Promieniowanie wyjściowe będzie równe zeru dla pełnofalowego dipola transmisyjnego.

Charakterystyka promieniowania

Ponieważ nie ma wzoru promieniowania, kierunkowości ani wzmocnienia, dipol pełnej fali jest rzadko używany jako antena. Co oznacza, że ​​chociaż antena promieniuje, jest to po prostu rozpraszanie ciepła, które jest stratą mocy.

Niedogodności

Poniżej przedstawiono wady pełnookresowej anteny dipolowej.

• Rozpraszanie ciepła
• Marnotrawstwo mocy
• Brak wzoru promieniowania
• Bez kierunkowości i bez zysku

Z powodu tych wad dipol pełnookresowy jest rzadko używany.

ZA short dipoleto prosta antena przewodowa. Jeden koniec jest otwarty, a drugi jest zasilany prądem zmiennym. Ten dipol ma swoją nazwę ze względu na swoją długość.

Zakres częstotliwości

Zakres częstotliwości, w którym działa krótki dipol, wynosi od około 3 kHz do 30 MHz. Jest to najczęściej używane w odbiornikach niskiej częstotliwości.

Budowa i działanie krótkiego dipola

Plik Short dipolejest anteną dipolową, której długość przewodu jest mniejsza niż długość fali. Źródło napięcia jest podłączone na jednym końcu, podczas gdy tworzy się kształt dipola, tj. Linie są zakończone na drugim końcu.

Pokazano schemat obwodu krótkiego dipola o długości L. Rzeczywisty rozmiar anteny nie ma znaczenia. Przewód prowadzący do anteny musi być krótszy niż jedna dziesiąta długości fali. To jest

$$L < \frac{\lambda}{10}$$

Gdzie

• L to długość drutu krótkiego dipola.

• λ to długość fali.

Innym typem krótkiego dipola jest nieskończenie mały dipol, którego długość jest znacznie mniejsza niż długość fali. Jego konstrukcja jest do niego podobna, ale wykorzystuje płytkę kondensatora.

Nieskończenie mały dipol

Dipol, którego długość jest znacznie mniejsza niż długość fali infitesimal dipole. Ta antena jest faktycznie niepraktyczna. Tutaj długość dipola jest mniejsza niż nawet pięćdziesiąta część długości fali.

Długość dipola, Δl << λ. Gdzie λ jest długością fali.

$$\Delta l = \frac{\lambda}{50}$$

Stąd jest to nieskończenie mały dipol, jak sama nazwa wskazuje.

Ponieważ długość tych dipoli jest bardzo mała, przepływ prądu w przewodzie będzie wynosić dI. Druty te są zwykle używane z płytkami kondensatora po obu stronach, gdzie wymagane jest niskie wzajemne sprzężenie. Ze względu na płytki kondensatora można powiedzieć, że występuje równomierny rozkład prądu. Stąd prąd nie jest tutaj zerowy.

Płytki kondensatora mogą być po prostu przewodnikami lub odpowiednikami drutów. Pola emitowane przez prądy promieniowe mają tendencję do znoszenia się wzajemnie w polu dalekim, tak że pola dalekie anteny płytki kondensatora mogą być przybliżone przez nieskończenie mały dipol.

Charakterystyka promieniowania

Charakterystyka promieniowania krótkiego dipola i nieskończenie małego dipola jest podobna do półfalowego dipola. Jeśli dipol jest pionowy, wzór będzie okrągły. Wzór promieniowania ma kształt „figure of eight”, Oglądany jako wzór dwuwymiarowy.

Poniższy rysunek przedstawia charakterystykę promieniowania krótkiej anteny dipolowej, która jest w omni-directional pattern.

Zalety

Oto zalety krótkiej anteny dipolowej -

• Łatwość konstrukcji dzięki niewielkim rozmiarom

• Wydajność rozpraszania mocy jest wyższa

Niedogodności

Poniżej przedstawiono wady krótkiej anteny dipolowej -

• Wysokie straty rezystancyjne
• Wysokie rozpraszanie mocy
• Niski stosunek sygnału do szumu
• Promieniowanie jest niskie
• Nie tak wydajne

Aplikacje

Poniżej przedstawiono zastosowania krótkiej anteny dipolowej -

• Używany w aplikacjach wąskopasmowych.
• Używany jako antena do obwodów tunera.

W tym rozdziale omówiono popularne i najczęściej używane anteny krótkodrutowe. Omówimy anteny z długimi drutami w następnych rozdziałach.

Przeszliśmy przez różne typy anten z krótkiego drutu. Przyjrzyjmy się teraz antenom z długiego drutu. Pliklong wire antennaspowstają przy użyciu wielu dipoli. Długość przewodu w tego typu antenach wynosin czasy λ/2

$$L = n \ \lambda/2$$

Gdzie,

• L to długość anteny,

• n to liczba elementów,

• λ to długość fali

Wraz ze wzrostem „n” zwiększają się również właściwości kierunkowe.

Rodzaje anten z długimi drutami

Anteny z długimi drutami są podzielone na dwa typy, a mianowicie - Resonant Antennas i Non-resonant Antennas.

Anteny rezonansowe

Anteny rezonansowe to takie, w przypadku których ostry szczyt mocy promieniowanej jest przechwytywany przez antenę przy określonej częstotliwości, tworząc falę stojącą. Charakterystyka promieniowania fali promieniowanej nie jest dopasowana do impedancji obciążenia w tego typu antenach.

Anteny rezonansowe mają charakter okresowy. Nazywa się je również dwukierunkowymi antenami fal biegnących, ponieważ wypromieniowana fala porusza się w dwóch kierunkach, co oznacza, że ​​występują tu zarówno fale padające, jak i odbite. W tych antenach długość anteny i częstotliwość są do siebie proporcjonalne.

Anteny nierezonansowe

Anteny nierezonansowe to takie, dla których częstotliwość rezonansowa nie występuje. Fala porusza się do przodu i dlatego nie tworzy fali stojącej. Charakterystyka promieniowania fali wypromieniowanej jest dopasowana do impedancji obciążenia w antenach nierezonansowych.

Te anteny nierezonansowe nie mają charakteru okresowego. Nazywa się je również antenami jednokierunkowymi fal bieżących, ponieważ fala wypromieniowana porusza się tylko w kierunku do przodu, co oznacza, że ​​obecna jest tylko fala padająca. Wraz ze wzrostem częstotliwości długość anteny maleje i odwrotnie. Stąd częstotliwość i długość są do siebie odwrotnie proporcjonalne.

Te anteny z długim drutem są podstawowymi elementami do budowy anten w kształcie litery V lub anten rombowych.

Lepszą wersją anten długodrutowych jest V-Antenna. Ta antena jest utworzona przez ułożenie długiego drutu we wzór w kształcie litery V. Końcowe druty nazywane są nogami. Ta antena jest dwukierunkową anteną rezonansową.

Zakres częstotliwości

Zakres częstotliwości działania anteny V. 3 to 30 MHz. Ta antena działa w zakresie wysokich częstotliwości.

Budowa i działanie anten typu V.

Dwa długie przewody są połączone w kształcie litery V, tworząc a V-antenna. Dwa długie przewody są wzbudzone z przesunięciem w fazie o 180˚. Wraz ze wzrostem długości tych przewodów zwiększa się również wzmocnienie i kierunkowość.

Poniższy rysunek przedstawia antenę V z impedancją linii transmisyjnej z długością drutu λ / 2, tworząc kąt Φ _m z osią, który jest nazywanyapex angle.

Plik gainosiągana przez antenę V jest wyższa niż zwykła pojedyncza antena z długim przewodem. Zysk w tej formacji V wynosinearly twicew porównaniu z pojedynczą anteną z długim przewodem, która ma długość równą nóżkom anteny V. Aby uzyskać szeroki zakres promieniowania, kąt wierzchołkowy powinien mieć średnią wartość między wyższymi i niższymi częstotliwościami pod względem liczby λ / 2 w każdej nodze.

Charakterystyka promieniowania

Charakterystyka promieniowania anteny V to bi-directional. Promieniowanie otrzymane na każdej linii przesyłowej jest dodawane, aby otrzymać wynikowy wzór promieniowania. Jest to dobrze wyjaśnione na poniższym rysunku -

Rysunek przedstawia charakterystykę promieniowania anteny V. Dwie linie przesyłowe tworzące wzór V to AA 'i BB'. Schematy poszczególnych linii przesyłowych i wynikowy wzór przedstawiono na rysunku. Powstały wzór jest pokazany wzdłuż osi. Ten wzór przypominabroad-side array.

Jeśli do tej anteny zostanie dodana kolejna antena typu V i zasilana z 90˚ różnicą faz, to otrzymany wzór będzie wyglądał end-fire, podwajając przyrost mocy. Kierunkowość jest dodatkowo zwiększona poprzez dodanie układu anten V.

Zalety

Oto zalety anteny V -

• Budowa jest prosta
• Wysoki zysk
• Niski koszt produkcji

Niedogodności

Oto wady anteny V -

• Powstają fale stojące
• Występujące mniejsze płaty są również silne
• Używany tylko do operacji na stałej częstotliwości

Aplikacje

Poniżej przedstawiono zastosowania anteny V -

• Używany do celów komercyjnych
• Używany w komunikacji radiowej

W poprzednim rozdziale zbadaliśmy antenę V. Jego częstotliwość robocza jest ograniczona. Można to zmodyfikować za pomocą innej anteny, która jest anteną nierezonansową lub anteną fali bieżącej. Antena fali bieżącej nie wytwarza fali stojącej, jak omówiono wcześniej.

Zakres częstotliwości

Zakres częstotliwości działania anteny odwróconej Vee (lub anteny V) jest zbliżony 3 to 30 MHz. Ta antena działa w zakresie wysokich częstotliwości.

Budowa i działanie odwróconej anteny typu V.

Antena z falą bieżącą, stosowana w paśmie wysokiej częstotliwości to inverted V-antenna. Odwróconą antenę V można łatwo zainstalować na nieprzewodzącym maszcie.

Spójrz na poniższy obraz. Przedstawia odwróconą antenę V zamontowaną na dachu.

Maksymalne promieniowanie dla odwróconej anteny V znajduje się w jej środku. Jest podobny do półfalowej anteny dipolowej. Antena jest umieszczona w kształcie odwróconego V, z dwiema liniami transmisyjnymi lub nogami wygiętymi w kierunku ziemi, tworząc między nimi kąt 120 ° lub 90 °. Środek anteny nie powinien być wyżej niż λ / 4.

Kąt utworzony przez jedną z nóg z osią anteny nazywany jest tilt angle i jest oznaczony przez θ.

Charakterystyka promieniowania

Charakterystyka promieniowania odwróconej anteny V. uni-directional patternponieważ nie powstają tu fale stojące. Można to łatwo zrozumieć dzięki przedstawionemu poniżej wzorcowi promieniowania.

Rysunek przedstawia charakterystykę promieniowania odwróconej anteny V. Pierwotne pole promieniowane jest pokazane wraz z polami, gdy kąty pochylenia wynoszą 120˚ i 90˚ na rysunku podanym powyżej. Wzmocnienie i kierunkowość są poprawione dzięki zastosowaniu zestawu anten.

Zalety

Oto zalety odwróconej anteny V -

• Zajmuje mniej poziomego miejsca

• Nie powstają fale stojące

• Wysoki zysk

Niedogodności

Poniżej przedstawiono wady odwróconej anteny V -

• Ma znaczne niepożądane drobne płaty

• Drobne płatki tworzą fale spolaryzowane poziomo

Aplikacje

Poniżej przedstawiono zastosowania odwróconej anteny V -

• Używany w aplikacjach z obwodami strojonymi

• Używany w komunikacji radiowej

• Używany w zastosowaniach komercyjnych

Po antenie V i odwróconej antenie V, kolejną ważną anteną z długim przewodem jest Rhombic antenna. Jest to połączenie dwóch anten V. Omówiono to w następnym rozdziale.

Plik Rhombic Antennajest anteną w kształcie równobocznego równoległoboku. Generalnie ma dwa przeciwne kąty ostre. Kąt nachylenia θ jest w przybliżeniu równy 90 ° minus kąt nachylenia głównego płata. Antena rombowa działa na zasadzie promiennika fali bieżącej. Ma kształt rombu lub rombu i jest zawieszony poziomo nad powierzchnią ziemi.

Zakres częstotliwości

Zakres częstotliwości działania anteny rombowej wynosi około 3MHz to 300MHz. Ta antena działa wHF i VHF zakresy.

Budowa anteny rombowej

Antenę rombową można traktować jako dwie anteny w kształcie litery V połączone od końca do końca w celu utworzenia kątów rozwartych. Ze względu na swoją prostotę i łatwość konstrukcji ma wiele zastosowań -

• W nadawaniu i odbiorze HF

• Komercyjna komunikacja punkt-punkt

Konstrukcja anteny rombowej ma kształt rombu, jak pokazano na rysunku.

Dwie strony rombu są uważane za przewodniki dwuprzewodowej linii przesyłowej. Kiedy ten system jest prawidłowo zaprojektowany, następuje koncentracja promieniowania wzdłuż głównej osi promieniowania. W praktyce połowa mocy jest rozpraszana w oporniku końcowym anteny. Reszta mocy jest wypromieniowywana. Zmarnowana moc przyczynia się do powstawania mniejszych płatów.

Rysunek 1 przedstawia budowę rhombic antennado komunikacji punkt-punkt w dawnych czasach. Rysunek 2 przedstawiarhombic UHF antenna do odbioru telewizji, używany obecnie.

Maksymalny zysk z anteny rombowej występuje wzdłuż kierunku głównej osi, która przechodzi przez punkt zasilania i kończy się w wolnej przestrzeni. Polaryzacja uzyskana z poziomej anteny rombowej jest w płaszczyźnie rombu, która jest pozioma.

Charakterystyka promieniowania

Wzór promieniowania anteny rombowej pokazano na poniższym rysunku. Powstały wzór to skumulowany efekt promieniowania na wszystkich czterech nóżkach anteny. Ten wzór jestuni-directional, podczas gdy może być dwukierunkowy poprzez usunięcie rezystancji końcowej.

Główną wadą anteny rombowej jest to, że części promieniowania, które nie łączą się z głównym płatkiem, powodują powstanie znacznych listków bocznych o polaryzacji zarówno poziomej, jak i pionowej.

Zalety

Oto zalety anteny rombowej -

• Impedancja wejściowa i charakterystyka promieniowania są względnie stałe

• Można podłączyć wiele anten rombowych

• Prosta i skuteczna transmisja

Niedogodności

Poniżej przedstawiono wady anteny rombowej -

• Strata mocy w rezystorze terminującym

• Wymaganie dużej przestrzeni

• Zmniejszona wydajność transmisji

Aplikacje

Poniżej przedstawiono zastosowania anteny rombowej -

• Używany w komunikacji HF

• Używany w propagacji fal na niebie na duże odległości

• Używany w komunikacji punkt-punkt

Inną metodą używania długiego drutu jest zginanie i tworzenie z niego pętli oraz obserwacja parametrów radiacyjnych. Ten typ anten określa się jakoloop antennas.

Cewka przenosząca prąd RF ma jeden obrót w pętlę i może być używana jako antena o nazwie loop antenna. Prądy przepływające przez tę antenę pętlową będą w fazie. Pole magnetyczne będzie prostopadłe do całej pętli przenoszącej prąd.

Zakres częstotliwości

Zakres częstotliwości pracy anteny pętlowej wynosi około 300MHz to 3GHz. Ta antena działa wUHF zasięg.

Budowa i działanie anten pętlowych

Antena pętlowa to cewka przenosząca prąd o częstotliwości radiowej. W zależności od wygody projektanta może mieć dowolny kształt, np. Okrągły, prostokątny, trójkątny, kwadratowy lub sześciokątny.

Anteny pętlowe są dwojakiego rodzaju.

• Duże anteny pętlowe
• Małe anteny pętlowe

Duże anteny pętlowe

Duże anteny pętlowe są również nazywane jako resonant antennas. Mają wysoką sprawność radiacyjną. Anteny te mają długość prawie równą przewidywanej długości fali.

$$L =\lambda$$

Gdzie,

• L to długość anteny

• λ to długość fali

Głównym parametrem tej anteny jest jej długość obwodu, czyli mniej więcej długość fali, która powinna być zamkniętą pętlą. Nie jest dobrym pomysłem meandrowanie pętli w celu zmniejszenia jej rozmiaru, ponieważ zwiększa to efekty pojemnościowe i skutkuje niską wydajnością.

Małe anteny pętlowe

Małe anteny pętlowe są również nazywane jako magnetic loop antennas. Są mniej rezonujące. Są one najczęściej używane jako odbiorniki.

Te anteny mają rozmiar jednej dziesiątej długości fali.

$$L =\frac{\lambda}{10}$$

Gdzie,

• L to długość anteny

• λ to długość fali

Cechy małych anten pętlowych to -

• Mała antena pętlowa ma niską odporność na promieniowanie. W przypadku stosowania konstrukcji z wieloobrotowym rdzeniem ferrytowym można uzyskać wysoką odporność na promieniowanie.

• Ma niską wydajność radiacyjną ze względu na duże straty.

• Jego konstrukcja jest prosta, przy niewielkich rozmiarach i wadze.

Ze względu na wysoką reaktancję jego impedancja jest trudna do dopasowania do przetwornika. Jeśli antena pętlowa ma działać jako antena nadawcza, to niezgodność impedancji z pewnością stanowiłby problem. Dlatego te anteny pętlowe są lepiej obsługiwane jakoreceiver antennas.

Często używane pętle

Małe anteny pętlowe są głównie dwojakiego rodzaju -

• Okrągłe anteny pętlowe
• Kwadratowe anteny pętlowe

Te dwa typy anten pętlowych są najczęściej używane. Inne typy (prostokątne, trójkątne, eliptyczne itp.) Również wykonywane są według specyfikacji projektanta.

Powyższe zdjęcia pokazują circular and square loop antennas. Anteny tego typu są najczęściej używane jako odbiorniki AM ze względu na wysoki stosunek sygnału do szumu. Można je również łatwo przestrajać w obwodzie Q-tank w odbiornikach radiowych.

Polaryzacja pętli

Polaryzacja anteny pętlowej będzie spolaryzowana pionowo lub poziomo w zależności od położenia zasilania. Polaryzację pionową podaje się w środku boku pionowego, polaryzację poziomą w środku boku poziomego, w zależności od kształtu anteny pętlowej.

Mała antena pętlowa to zwykle a linearly polarizedjeden. Kiedy taka mała antena pętlowa jest zamontowana na przenośnym odbiorniku, którego wyjście jest podłączone do licznika, staje się świetnym celownikiem.

Charakterystyka promieniowania

Charakterystyka promieniowania tych anten będzie taka sama, jak w przypadku krótkiej anteny dipolowej poziomej.

Plik radiation patterndla małych, wysokosprawnych anten pętlowych pokazano na powyższym rysunku. Schematy promieniowania dla różnych kątów zapętlenia są również wyraźnie zilustrowane na rysunku. Linia styczna przy 0 ° wskazuje na polaryzację pionową, a linia o 90 ° wskazuje na polaryzację poziomą.

Zalety

Oto zalety anteny pętlowej -

• Kompaktowy rozmiar
• Wysoka kierunkowość

Niedogodności

Oto wady anteny pętlowej -

• Dopasowanie impedancji może nie zawsze być dobre
• Posiada bardzo wysoki współczynnik jakości rezonansu

Aplikacje

Poniżej przedstawiono zastosowania anteny pętlowej -

• Używany w urządzeniach RFID
• Stosowany w odbiornikach MF, HF i fal krótkich
• Używany w odbiornikach samolotów do wyszukiwania kierunku
• Stosowany w nadajnikach UHF

Helical antennajest przykładem anteny drutowej i sama tworzy kształt spirali. To jest szerokopasmowa antena VHF i UHF.

Zakres częstotliwości

Zakres częstotliwości pracy anteny śrubowej wynosi około 30MHz to 3GHz. Ta antena działa wVHF i UHF zakresy.

Budowa i działanie helikalnej anteny

Helical antennalub antena spiralna to antena, w której drut przewodzący jest nawinięty w spiralny kształt i połączony z płytą uziemiającą za pomocą linii zasilającej. Jest to najprostsza antena, jaką zapewniacircularly polarized waves. Jest używany w komunikacji pozaziemskiej, w której wykorzystywane są przekaźniki satelitarne itp.

Powyższe zdjęcie przedstawia helikalny system antenowy, który jest używany do komunikacji satelitarnej. Te anteny wymagają szerszej przestrzeni na zewnątrz.

Składa się ze spirali z grubego drutu miedzianego lub rurki nawiniętej w kształt gwintu śrubowego używanej jako antena w połączeniu z płaską metalową płytką zwaną płytką uziemiającą. Jeden koniec spirali jest połączony ze środkowym przewodem kabla, a przewód zewnętrzny jest połączony z płytką uziemiającą.

Obraz anteny spiralnej z wyszczególnieniem części anteny pokazano powyżej.

Promieniowanie anteny śrubowej zależy od średnicy spirali, rozstawu zakrętów i kąta nachylenia.

Pitch angle jest kątem między linią styczną do drutu spirali a płaszczyzną normalną do osi helisy.

$$\alpha = \tan^{-1}(\frac{S}{\pi D})$$

gdzie,

• D jest diameter helisy.

• S jest turn spacing (od środka do środka).

• α jest pitch angle.

Tryby działania

Dominującymi trybami działania anteny śrubowej są:

• Normal lub prostopadły tryb promieniowania.

• Axial lub promieniowanie typu end-fire lub beam.

Omówmy je szczegółowo.

Tryb normalny

W normalnym trybie promieniowania pole promieniowania jest prostopadłe do osi helisy. Promieniowane fale są spolaryzowane kołowo. Ten rodzaj promieniowania uzyskuje się, gdy wymiary helisy są małe w porównaniu z długością fali. Charakterystyka promieniowania tej spiralnej anteny jest połączeniem krótkiej anteny dipolowej i pętlowej.

Powyższy rysunek przedstawia charakterystykę promieniowania dla normalnego trybu promieniowania w antenie śrubowej.

Zależy to od wartości średnicy helisy, D i jego odstęp między zakrętami, S. Wadą tego trybu pracy jest niska wydajność promieniowania i wąskie pasmo. Dlatego jest rzadko używany.

Tryb osiowy

W axial modepromieniowania, promieniowanie jest skierowane w kierunku końca pożaru wzdłuż osi helikalnej, a fale są spolaryzowane kołowo lub prawie kołowo. Ten tryb działania uzyskuje się przez podniesienie obwodu do rzędu jednej długości fali(λ) i rozstaw około λ/4. Charakterystyka promieniowania jest szeroka i kierunkowa wzdłuż wiązki osiowej, tworząc niewielkie płatki pod kątem ukośnym.

Rysunek przedstawia charakterystykę promieniowania dla osiowego trybu promieniowania w antenie śrubowej.

Jeśli ta antena jest zaprojektowana dla fal prawoskrętnych, spolaryzowanych kołowo, to nie będzie odbierać fal lewoskrętnych spolaryzowanych kołowo i odwrotnie. Ten tryb pracy jest generowany z wielką łatwością i jestmore practically used.

Zalety

Oto zalety anteny helikalnej -

• Prosty projekt
• Najwyższa kierunkowość
• Szersza przepustowość
• Może osiągnąć polaryzację kołową
• Może być również używany na pasmach HF i VHF

Niedogodności

Oto wady anteny helikalnej -

• Antena jest większa i wymaga więcej miejsca
• Wydajność spada wraz z liczbą obrotów

Aplikacje

Poniżej przedstawiono zastosowania anteny helikalnej -

• Do transmisji i odbioru sygnałów VHF używana jest pojedyncza antena spiralna lub jej układ

• Często używany do komunikacji satelitarnej i sondy kosmicznej

• Używany do połączeń telemetrycznych z pociskami balastowymi i satelitami na stacjach naziemnych

• Służy do nawiązywania komunikacji między Księżycem a Ziemią

• Zastosowania w radioastronomii

Antenę z aperturą na końcu można określić jako Aperture antenna. Przykładem anteny aperturowej jest falowód. Krawędź linii przesyłowej zakończona otworem wypromieniowuje energię. Ten otwór, który jest otworem, czyni goAperture antena.

Główne typy anten aperturowych to -

• Antena falowodowa
• Antena tubowa
• Antena szczelinowa

Przyjrzyjmy się teraz tym typom anten aperturowych.

Antena falowodu

ZA Waveguidejest w stanie wypromieniowywać energię, gdy jest wzbudzony na jednym końcu i otwarty na drugim końcu. Promieniowanie w falowodzie jest większe niż w dwuprzewodowej linii przesyłowej.

Zakres częstotliwości

Zakres częstotliwości pracy falowodu wynosi około 300MHz to 300GHz. Ta antena działa wUHF i EHFzakresy częstotliwości. Poniższy obraz przedstawia falowód.

Ten falowód z zakończonym końcem działa jak antena. Ale tylko niewielka część energii jest wypromieniowywana, podczas gdy duża część jest odbijana z powrotem w obwodzie otwartym. To znaczyVSWR(współczynnik fali stojącej napięcia omówiony w rozdziale o podstawowych parametrach) wzrasta. Dyfrakcja wokół falowodu zapewnia słabe promieniowanie i niedyrektywną charakterystykę promieniowania.

Charakterystyka promieniowania

Promieniowanie anteny falowodu jest słabe, a wzór jest niedyrektywny, co oznacza dookólny. Naomni-directional wzór to ten, który nie ma określonej kierunkowości, ale promieniuje we wszystkich kierunkach, stąd nazywany jest jako non-directive radiation pattern.

Powyższy rysunek przedstawia widok z góry przekroju wielokierunkowego, nazywanego również jako non-directional pattern. Jak już wiemy, dwuwymiarowy widok to wzór ósemki.

Zalety

Oto zalety anteny aperturowej -

• Promieniowanie jest większe niż dwuprzewodowa linia transmisyjna
• Promieniowanie jest wielokierunkowe

Niedogodności

Oto wady anteny aperturowej -

• VSWR rośnie
• Słabe promieniowanie

Aplikacje

Poniżej przedstawiono zastosowania anteny aperturowej -

• Aplikacje mikrofalowe
• Zastosowania radaru do wyszukiwania powierzchni

Antena falowodu musi zostać dodatkowo zmodyfikowana, aby uzyskać lepszą wydajność, co powoduje powstawanie Horn antenna.

Aby poprawić efektywność promieniowania i kierunkowość wiązki, falowód powinien być wyposażony w poszerzoną aperturę, aby nagła nieciągłość fali stała się stopniową transformacją. W ten sposób cała energia w kierunku do przodu zostaje wypromieniowana. Można to nazwaćFlaring. Teraz można to zrobić za pomocą anteny tubowej.

Zakres częstotliwości

Zakres częstotliwości roboczej anteny tubowej jest zbliżony 300MHz to 30GHz. Ta antena działa wUHF i SHF zakresy częstotliwości.

Budowa i działanie anteny tubowej

Energia wiązki, gdy powoli przekształca się w promieniowanie, zmniejsza straty i poprawia skupienie wiązki. ZAHorn antenna można uznać za flared out wave guide, przez co poprawia się kierunkowość i zmniejsza dyfrakcję.

Powyższe zdjęcie przedstawia model anteny tubowej. Wyraźnie widać płomień rogu. Istnieje kilka konfiguracji tuby, z których trzy są najczęściej używane.

Róg sektorowy

Ten typ anteny tubowej rozchodzi się tylko w jednym kierunku. Rozbłysk w kierunku wektora elektrycznego powoduje powstaniesectorial E-plane horn. Podobnie, rozbłysk w kierunku wektora magnetycznego dajesectorial H-plane horn.

Róg piramidalny

Ten typ anteny tubowej ma flary po obu stronach. Jeśli kielichowanie jest wykonywane na obu ścianach E i H prostokątnego falowodu, topyramidal horn antennajest produkowany. Ta antena ma kształt ściętej piramidy.

Stożkowy róg

Kiedy ściany okrągłego falowodu są rozszerzane, nazywa się to conical horn. Jest to logiczne zakończenie falowodu kołowego.

Powyższe rysunki pokazują typy konfiguracji tuby, które zostały omówione wcześniej.

Flaring pomaga dopasować impedancję anteny do impedancji wolnej przestrzeni w celu uzyskania lepszego promieniowania. Unika współczynnika fali stojącej i zapewnia większą kierunkowość i węższą szerokość wiązki. Rozszerzoną falowódkę można technicznie określić jakoElectromagnetic Horn Radiator.

Kąt pochylenia, Φanteny tubowej jest ważnym czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę. Jeśli jest za mała, wówczas powstała fala będzie kulista, a nie płaska, a promieniowana wiązka nie będzie kierunkowa. Stąd kąt pochylenia powinien mieć optymalną wartość i jest ściśle powiązany z jego długością.

Kombinacje

Anteny tubowe można również łączyć z parabolicznymi antenami reflektorowymi, tworząc specjalny rodzaj anten tubowych. To są -

• Antena tubowa

• Odbłyśnik klaksonowy lub potrójnie składany

W Cass-horn antennafale radiowe są zbierane przez dużą powierzchnię dna, która jest parabolicznie zakrzywiona i odbijana w górę pod kątem 45 °. Po uderzeniu w górną powierzchnię odbijają się w ognisku. Wzmocnienie i szerokość wiązki są podobne do reflektorów parabolicznych.

W hog-hornantena, paraboliczny walec jest połączony z rogiem piramidalnym, gdzie wiązka dociera do wierzchołka rogu. Tworzy niskoszumową antenę mikrofalową. Główną zaletą anteny rogowej jest to, że jej punkt odbioru nie porusza się, chociaż antena jest obracana wokół własnej osi.

Charakterystyka promieniowania

Charakterystyka promieniowania anteny tubowej to przód fali sferycznej. Poniższy rysunek przedstawiaradiation patternanteny tubowej. Fala promieniuje z apertury, minimalizując dyfrakcję fal. Kielichowanie utrzymuje wiązkę zogniskowaną. Promieniowana wiązka ma wysoką kierunkowość.

Zalety

Oto zalety anteny tubowej -

• Tworzą się małe mniejsze płaty
• Dopasowanie impedancji jest dobre
• Większa kierunkowość
• Węższa szerokość belki
• Unika się fal stojących

Niedogodności

Oto wady anteny tubowej -

• Projekt kąta pochylenia decyduje o kierunkowości
• Kąt pochylenia i długość kielicha nie powinny być bardzo małe

Aplikacje

Poniżej przedstawiono zastosowania anteny tubowej -

• Używany do badań astronomicznych
• Używany w zastosowaniach mikrofalowych

Slot Antennajest przykładem anteny Aperture. Na przewodzącym arkuszu jest wykonana prostokątna szczelina. Te anteny szczelinowe można wykonać, wykonując po prostu nacięcie na powierzchni, na której są zamontowane.

Zakres częstotliwości

Zakres częstotliwości używany do zastosowania anteny szczelinowej wynosi 300 MHz to 30 GHz. Działa wUHF i SHF zakresy częstotliwości.

Budowa i działanie anten szczelinowych

Zastosowanie anten szczelinowych jest dobrze zrozumiałe dzięki zasadzie ich działania. Przyjrzyjmy się budowie anteny szczelinowej.

Kiedy nieskończony arkusz przewodzący jest wykonywany prostokątnym cięciem, a pola są wzbudzane w aperturze (zwanej szczeliną), określa się to jako Slot antenna. Można to zrozumieć, obserwując obraz anteny szczelinowej. Poniższy rysunek przedstawia model anteny szczelinowej.

Działanie anteny szczelinowej można łatwo zrozumieć dzięki zasadzie optyki Babineta. Ta koncepcja stanowi wprowadzenie do anten szczelinowych.

Zasada Babineta

Zasada Babineta mówi, że - „Kiedy pole za ekranem z otworem jest dodawane do pola o strukturze komplementarnej, suma jest równa polu, gdy nie ma ekranu”.

Powyższe obrazy jasno wyjaśniają zasadę. We wszystkich obszarach, które nie są współliniowe z wiązką, dwa powyższe ekrany na rysunkach 1 i 2 wytwarzają ten sam wzór dyfrakcyjny.

Case 1- Rozważ źródło światła i przewodzącą płaszczyznę (pole) z przysłoną przed ekranem. Światło nie przechodzi przez nieprzezroczysty obszar, ale przechodzi przez aperturę.

Case 2- Weź pod uwagę źródło światła i płaszczyznę przewodzącą o wielkości otworu w poprzednim przypadku, przyłożoną do ekranu. Światło nie przechodzi przez płaszczyznę, ale przez pozostałą część.

Case 3- Połącz te dwie płaszczyzny przewodzące obu obudów i umieść je przed źródłem światła. Ekran nie jest umieszczony, aby obserwować wynikową kombinację. Efekt ekranu zostaje anulowany.

Działanie anteny szczelinowej

Ta zasada optyki jest stosowana do fal elektromagnetycznych, aby fala została wypromieniowana. Prawdą jest, że gdy pole HF istnieje w poprzek wąskiej szczeliny w płaszczyźnie przewodzącej, energia jest wypromieniowywana.

Zdjęcie przedstawia antenę szczelinową, co dobrze wyjaśnia jej działanie.

Rozważmy, że ekran przewodzący w nieskończonej płaszczyźnie jest wzięty i przebity otworami o pożądanym kształcie i rozmiarze, a to będzie ekran anteny szczelinowej. Rozważa się inny ekran zamieniający miejsca przysłony i obszaru ekranu, który jest ekranem uzupełniającym.

Mówi się, że są to dwa ekrany complementaryponieważ skutkują one całkowitym metalowym ekranem infinte. Teraz to staje się anteną szczelinową. Impedancja końcowa jest dość pożądana dla promieniowania.

Charakterystyka promieniowania

Charakterystyka promieniowania anteny szczelinowej to Omni-directional, podobnie jak antena dipolowa półfalowa. Spójrz na poniższą ilustrację. Pokazuje wzór promieniowania anteny szczelinowej narysowany odpowiednio w płaszczyźnie poziomej i pionowej

Zalety

Oto zalety anteny szczelinowej -

• Można go wytworzyć i ukryć w metalowych przedmiotach
• Może zapewniać tajną komunikację z małym nadajnikiem

Niedogodności

Poniżej przedstawiono wady anteny szczelinowej -

• Wyższe poziomy polaryzacji krzyżowej
• Niższa efektywność promieniowania

Aplikacje

Poniżej przedstawiono zastosowania anteny szczelinowej -

• Zwykle do celów nawigacji radarowej
• Używany jako tablica zasilana falowodem

Anteny mikropaskowe to anteny niskoprofilowe. Metalowa łatka zamontowana na poziomie gruntu z materiałem dielektrycznym pomiędzy nimi stanowiMicro strip lub Patch Antenna. Są to bardzo małe anteny o niskim poziomie promieniowania.

Zakres częstotliwości

Anteny krosowe są popularne w zastosowaniach niskoprofilowych przy wyższych częstotliwościach 100MHz.

Budowa i działanie anten mikropaskowych

Micro strip antennaskłada się z bardzo cienkiego metalowego paska umieszczonego na płaszczyźnie uziemienia z materiałem dielektrycznym pomiędzy nimi. Element promieniujący i przewody zasilające są umieszczane w procesie fototrawienia na materiale dielektrycznym. Zazwyczaj łatka lub mikropasek ma kształt kwadratu, koła lub prostokąta, aby ułatwić analizę i wytwarzanie. Poniższy rysunek przedstawia mikro-paskową lub patch antenę.

Długość metalowej łatki λ / 2. Gdy antena jest wzbudzona, fale generowane w dielektryku ulegają odbiciom, a energia jest wypromieniowywana z krawędzi metalowej łaty, która jest bardzo niska.

Charakterystyka promieniowania

Charakterystyka promieniowania anteny mikropaskowej lub płatkowej to broad. Ma niską moc promieniowania i wąskie pasmo częstotliwości.

Plik radiation patternanteny mikropaskowej lub płatkowej pokazano powyżej. Ma mniejszą kierunkowość. Aby uzyskać większą kierunkowość, można utworzyć macierz za pomocą tych anten patchcord.

Zalety

Oto zalety anteny mikropaskowej -

• Lighteweight
• Niska cena
• Łatwość instalacji

Niedogodności

Poniżej przedstawiono wady anteny mikropaskowej -

• Nieefektywne promieniowanie
• Wąskie pasmo częstotliwości

Aplikacje

Poniżej przedstawiono zastosowania anteny mikropaskowej -

• Używany w zastosowaniach statków kosmicznych
• Używany w aplikacjach lotniczych
• Używany w aplikacjach anten niskoprofilowych

Anteny, o których mówiliśmy do tej pory, wykorzystywały płaską powierzchnię. Anteny soczewkowe wykorzystują zakrzywioną powierzchnię zarówno do transmisji, jak i odbioru.Lens antennassą wykonane ze szkła, gdzie śledzone są zbieżne i rozbieżne właściwości soczewki. Anteny soczewkowe są używane w aplikacjach o wyższej częstotliwości.

Zakres częstotliwości

Zakres częstotliwości użytkowania anteny soczewkowej zaczyna się od godz 1000 MHz ale jego użycie jest większe w 3000 MHz and above.

Aby lepiej zrozumieć działanie anteny soczewkowej, musi być znana zasada działania soczewki. Zwykły szklany obiektyw działa na zasadzie załamania światła.

Budowa i działanie anteny soczewkowej

Jeśli zakłada się, że źródło światła występuje w ognisku soczewki, który znajduje się w ogniskowej odległości od soczewki, wówczas promienie przechodzą przez soczewkę jako promienie skolimowane lub równoległe na płaszczyźnie fali.

Promienie przechodzące przez środek soczewki są mniej załamywane niż promienie przechodzące przez krawędzie soczewki. Wszystkie promienie są wysyłane równolegle do czoła fali płaskiej. To zjawisko soczewki nazywa się asdivergence.

Ta sama procedura zostaje odwrócona, jeśli wiązka światła jest wysyłana z prawej strony na lewą tę samą soczewkę. Następnie wiązka załamuje się i spotyka się w punkcie zwanym ogniskiem, w odległości ogniskowej od soczewki. To zjawisko nazywa sięconvergence.

To samo można lepiej zrozumieć, obserwując poniższy diagram -

Diagram promienia przedstawia ognisko i ogniskową od źródła do soczewki. Uzyskane promienie równoległe nazywane są również promieniami kolimowanymi.

Na powyższym rysunku źródło w ognisku, w odległości ogniskowej od soczewki, zostaje skolimowane w czole fali płaskiej. Zjawisko to można odwrócić, co oznacza, że ​​światło wysyłane z lewej strony zbiera się z prawej strony soczewki.

To właśnie z powodu tej wzajemności soczewka może być używana jako antena, ponieważ to samo zjawisko pomaga w wykorzystaniu tej samej anteny zarówno do transmisji, jak i odbioru.

Na ilustracji przedstawiono model anteny soczewkowej.

Aby uzyskać właściwości ogniskowania przy wyższych częstotliwościach, współczynnik załamania światła powinien być mniejszy niż jedność. Niezależnie od współczynnika załamania światła, celem soczewki jest wyprostowanie przebiegu. Na tej podstawie opracowywane są soczewki w płaszczyźnie E i H, które również opóźniają lub przyspieszają front fali.

Rodzaje anten soczewkowych

Dostępne są następujące typy anten soczewkowych -

• Soczewka bezelektryczna lub soczewka metalowa w płaszczyźnie H lub soczewka opóźniająca (fale wędrujące są opóźniane przez materiał soczewki)

• Soczewka z metalowej płytki typu E.

• Niemetalowe soczewki typu dielektrycznego

• Soczewki z metalicznym lub sztucznym dielektrykiem

Zalety

Oto zalety anteny obiektywowej -

• W antenach soczewkowych, zasilacz i wspornik zasilający, nie zasłaniaj przysłony.

• Ma większą tolerancję konstrukcyjną.

• Większa ilość fali, niż w przypadku reflektora parabolicznego, może być obsłużona.

• Belkę można przesuwać kątowo ze szczególnym uwzględnieniem osi.

Niedogodności

Oto wady anteny obiektywu -

• Soczewki są ciężkie i nieporęczne, zwłaszcza przy niższych częstotliwościach

• Złożoność w projektowaniu

• Droższe w porównaniu do reflektorów, przy tych samych specyfikacjach

Aplikacje

Oto zastosowania anteny obiektywu -

• Używany jako antena szerokopasmowa

• Szczególnie stosowany w aplikacjach o częstotliwości mikrofalowej

Zbieżne właściwości anten soczewkowych można wykorzystać do opracowania anten wyższego poziomu, znanych jako anteny reflektorowe paraboliczne, które są szeroko stosowane w komunikacji satelitarnej. Omówimy je w następnym rozdziale.

Parabolic Reflectorsto anteny mikrofalowe. Aby lepiej zrozumieć te anteny, należy omówić koncepcję reflektora parabolicznego.

Zakres częstotliwości

Zakres częstotliwości używany do stosowania anten reflektorowych parabolicznych wynosi above 1MHz. Anteny te są szeroko stosowane w aplikacjach radiowych i bezprzewodowych.

Zasada działania

Standardowa definicja paraboli to - Miejsce punktu, które porusza się w taki sposób, że jego odległość od punktu stałego (tzw. focus) plus jego odległość od linii prostej (tzw directrix) jest stała.

Poniższy rysunek przedstawia geometrię reflektora parabolicznego. PunktF jest punktem skupienia (podawany jest kanał) i Vjest wierzchołkiem. Linia łącząca F i V jest osią symetrii. PQ to odbite promienie, w którychLreprezentuje kierownicę liniową, na której leżą odbite punkty (aby powiedzieć, że są współliniowe). Stąd, zgodnie z powyższą definicją, odległość między F i L jest stała w odniesieniu do skupionych fal.

Odbita fala tworzy skollimizowany front fali poza parabolicznym kształtem. Stosunek ogniskowej do wielkości apertury (tj. F / D) znany jako“f over D ratio”jest ważnym parametrem reflektora parabolicznego. Jego wartość waha się od0.25 to 0.50.

Prawo odbicia mówi, że kąt padania i kąt odbicia są równe. To prawo, gdy jest używane wraz z parabolą, pomaga skupić wiązkę. Kształt

parabola wykorzystywana do odbijania fal wykazuje pewne właściwości paraboli, które są pomocne przy budowie anteny wykorzystującej odbijane fale.

Właściwości Paraboli

• Wszystkie fale pochodzące z ogniska odbijają się z powrotem do osi parabolicznej. Stąd wszystkie fale docierające do apertury są w fazie.

• Ponieważ fale są w fazie, wiązka promieniowania wzdłuż osi parabolicznej będzie silna i skoncentrowana.

Podążając za tymi punktami, reflektory paraboliczne pomagają w uzyskaniu wysokiej kierunkowości przy węższej szerokości wiązki.

Budowa i działanie reflektora parabolicznego

Jeśli do nadawania sygnału używana jest antena z reflektorem parabolicznym, sygnał ze źródła wychodzi z anteny dipolowej lub tubowej, aby skupić falę na paraboli. Oznacza to, że fale wychodzą z ogniska i uderzają w reflektor paraboloidalny. Ta fala jest teraz odzwierciedlana jakocollimated wave front, jak omówiono wcześniej, do przesłania.

Ta sama antena jest używana jako odbiornik. Kiedy fala elektromagnetyczna uderza w kształt paraboli, odbija się ona od punktu zasilania. Dipol lub antena tubowa, która działa jak antena odbiornika na swoim zasilaniu, odbiera ten sygnał, aby przekształcić go w sygnał elektryczny i przekazać go do obwodów odbiornika.

Poniższa ilustracja przedstawia paraboliczną antenę reflektorową.

Wzmocnienie paraboloidy jest funkcją współczynnika apertury (D/λ). Efektywna moc promieniowana(ERP) anteny jest zwielokrotnieniem mocy wejściowej dostarczonej do anteny i jej zysku mocy.

Zwykle antena tubowa z falowodem jest używana jako promiennik zasilający dla paraboloidalnej anteny reflektorowej. Wraz z tą techniką mamy inny rodzaj zasilania podawanego do anteny z reflektorem paraboloidalnym, zwanego zasilaniem Cassegraina.

Cassegrain Feed

Ziarno Casse to kolejny rodzaj zasilania podawanego do anteny reflektora. W tym typie pasza znajduje się w wierzchołku paraboloidy, w przeciwieństwie do reflektora parabolicznego. Odbłyśnik o wypukłym kształcie, który działa jak hiperboloida, jest umieszczony naprzeciwko zasilania anteny. Jest również znany jakosecondary hyperboloid reflector lub sub-reflector. Jest umieszczony tak, że jego jedno z ognisk pokrywa się z ogniskiem paraboloidy. W ten sposób fala odbija się dwukrotnie.

Powyższy rysunek przedstawia model roboczy paszy kaszy ziarnistej.

Działanie anteny Cassegraina

Kiedy antena działa jako antena nadawcza, energia z paszy promieniuje przez antenę tubową na hiperboloidalny wklęsły reflektor, który ponownie odbija się z powrotem do reflektora parabolicznego. Stamtąd sygnał odbija się w przestrzeni. W związku z tym marnotrawstwo mocy jest kontrolowane, a kierunkowość poprawia się.

Gdy do odbioru używana jest ta sama antena, fale elektromagnetyczne uderzają w odbłyśnik, odbijają się od wklęsłej hiperboloidy i stamtąd docierają do źródła. Znajduje się tam antena tubowa z falowodem, która odbiera ten sygnał i wysyła do obwodu odbiornika w celu wzmocnienia.

Spójrz na poniższy obraz. Przedstawia reflektor paraboloidalny z zasilaniem kaszy.

Zalety

Oto zalety anteny z reflektorem parabolicznym -

• Redukcja drobnych płatów

• Marnotrawstwo mocy jest ograniczone

• Osiągnięto równoważną ogniskową

• Pasza może być umieszczona w dowolnym miejscu, według naszej wygody

• Regulacja wiązki (zwężanie lub poszerzanie) odbywa się poprzez regulację powierzchni odbijających

Niekorzyść

Oto wada anteny z reflektorem parabolicznym -

• Część mocy, która odbija się od reflektora parabolicznego, jest zablokowana. Staje się to problemem w przypadku paraboloidy o małych wymiarach.

Aplikacje

Poniżej przedstawiono zastosowania anteny z reflektorem parabolicznym -

• Odbłyśnik paraboliczny z ziarnem kaszy jest stosowany głównie w komunikacji satelitarnej.

• Stosowany również w bezprzewodowych systemach telekomunikacyjnych.

Przyjrzyjmy się innemu rodzajowi paszy zwanej karmą gregoriańską dla reflektorów parabolicznych.

Gregorian Feed

To jest inny rodzaj używanej paszy. Istnieje para pewnych konfiguracji, w których szerokość wiązki zasilającej jest stopniowo zwiększana, podczas gdy wymiary anteny są stałe. Taki rodzaj paszy jest znany jako pasza gregoriańska. W tym przypadku hiperboloida w kształcie wypukłym guzowatego ziarna została zastąpiona wklęsłym odbłyśnikiem paraboloidalnym, który jest oczywiście mniejszy

Te Gregorian feed typ odbłyśników można stosować na cztery sposoby -

• Systemy gregoriańskie wykorzystujące odbłyśnik elipsoidalny subreflektor w ogniskach F1.

• Systemy gregoriańskie wykorzystujące odbłyśnik elipsoidalny subreflektor w ogniskach F2.

• Systemy Cassegraina wykorzystujące hiperboloidalny subreflektor (wypukły).

• Systemy Cassegraina wykorzystujące hiperboloidalny subreflektor (wklęsły, ale źródło jest bardzo blisko niego).

To wszystko, aby wspomnieć, ponieważ nie są popularne i nie są szeroko stosowane. Mają swoje ograniczenia.

Rysunek wyraźnie przedstawia schemat roboczy wszystkich typów reflektorów. Istnieją inne typy reflektorów paraboloidalnych, takie jak -

• Cięcie - paraboloida
• Cylinder paraboliczny
• Paraboloida pudełka na pigułki

Jednak wszystkie z nich są rzadko używane ze względu na ograniczenia i wady, jakie mają w warunkach pracy.

Dlatego też spośród wszystkich typów anten reflektorowych najczęściej stosuje się proste reflektory paraboliczne i odbłyśniki paraboliczne z posypką kaszy.

Antena, gdy pojedynczo może wypromieniowywać pewną ilość energii, w określonym kierunku, co skutkuje lepszą transmisją, jak by to było, gdyby dodano do niej kilka elementów, aby uzyskać bardziej wydajną moc. To właśnie ten pomysł doprowadził do wynalezieniaAntenna arrays.

Układ anten można lepiej zrozumieć, obserwując poniższe obrazy. Obserwuj, w jaki sposób połączone są tablice antenowe.

Na antenna arrayto system promiennikowy, który składa się z pojedynczych grzejników i elementów. Każdy z tych grzejników funkcjonując posiada własne pole indukcyjne. Elementy są umieszczone tak blisko, że każdy znajduje się w sąsiednim polu indukcyjnym. Dlatego wytwarzany przez nich wzór promieniowania byłby sumą wektorów poszczególnych. Poniższy obraz przedstawia inny przykład tablicy anten.

Projektując te anteny należy również uwzględnić odstępy między elementami oraz długość elementów zależną od długości fali.

Anteny promieniują indywidualnie, a gdy są ustawione w szyku, promieniowanie wszystkich elementów sumuje się, tworząc wiązkę promieniowania, która ma wysoki zysk, wysoką kierunkowość i lepszą wydajność przy minimalnych stratach.

Zalety

Oto zalety korzystania z tablic antenowych -

• Wzrasta siła sygnału
• Uzyskuje się wysoką kierunkowość
• Drobne płaty są znacznie zmniejszone
• Uzyskano wysoki stosunek sygnału do szumu
• Uzyskuje się wysoki zysk
• Marnotrawstwo mocy jest mniejsze
• Uzyskuje się lepszą wydajność

Niedogodności

Oto wady anten macierzowych -

• Zwiększone są straty rezystancyjne
• Montaż i konserwacja są trudne
• Wymagana jest ogromna przestrzeń zewnętrzna

Aplikacje

Poniżej przedstawiono zastosowania anten macierzowych -

• Używany w komunikacji satelitarnej
• Używany w komunikacji bezprzewodowej
• Używany w wojskowej łączności radarowej
• Używany w badaniach astronomicznych

Rodzaje tablic

Podstawowe typy tablic to -

• Tablica współliniowa
• Szeroki układ boczny
• Koniec szyku ognia
• Tablica pasożytnicza
• Tablica Yagi-Uda
• Tablica log-peroidyczna
• Tablica kołowrotu
• Tablica super-kołowrotów

Omówimy te tablice w następnych rozdziałach.

ZA Collinear arrayskłada się z dwóch lub więcej dipoli półfalowych, które są umieszczone koniec do końca. Anteny te są umieszczone na wspólnej linii lub osi, równolegle lub współliniowo.

Maksymalne promieniowanie w tych macierzach jest szerokie i prostopadłe do linii macierzy. Te tablice są również nazywane jakobroad cast lub Omni-directional arrays.

Zakres częstotliwości

Zakres częstotliwości, w którym działają anteny z układem współliniowym, jest zbliżony 30 MHz to 3GHz które należą do VHF i UHF Zespoły.

Konstrukcja tablicy

Te tablice współliniowe są uni-directional antennaso dużym zysku. Głównym celem tej macierzy jest zwiększenie emitowanej mocy i zapewnienie wysokiej wiązki kierunkowej poprzez unikanie strat mocy w innych kierunkach.

Powyższe obrazy pokazują obrazy tablic współliniowych. Na figurze 1 widać, że układ współliniowy jest utworzony przy użyciu dipoli pofałdowanych, podczas gdy na figurze 2 układ współliniowy jest utworzony przez normalne dipole. Oba typy są powszechnie używanymi dipolami półfalowymi.

Charakterystyka promieniowania

Wzorzec promieniowania tych układów współliniowych jest podobny do wzorca pojedynczego dipola, ale różnicę stanowi wzorzec macierzy rosnącej liczby dipoli.

Wzór promieniowania układu współliniowego wykonanego przy użyciu odpowiednio dwóch elementów, trzech elementów i czterech elementów jest pokazany na powyższym rysunku.

Plik broad side array ma również ten sam wzór, w którym kierunek maksymalnego promieniowania jest prostopadły do ​​linii anteny.

Zalety

Oto zalety anten z układem współliniowym -

• Zastosowanie macierzy ogranicza szerokie końce i zwiększa kierunkowość
• Mniejsze płaty są zminimalizowane
• Marnotrawstwo mocy jest ograniczone

Niedogodności

Poniżej przedstawiono wady anten z układem współliniowym -

• Przemieszczenie tych anten to trudne zadanie
• Używany tylko na zewnątrz

Aplikacje

Poniżej przedstawiono zastosowania anten z układem współliniowym -

• Używany do pasm VHF i UHF
• Używany w komunikacji dwukierunkowej
• Używany również do celów nadawczych

Szyk antenowy w swojej najprostszej postaci, mający wiele elementów o jednakowej wielkości, równomiernie rozmieszczonych wzdłuż linii prostej lub osi, tworzących punkty współliniowe, ze wszystkimi dipolami w tej samej fazie, z tego samego źródła razem tworzą broad side array.

Zakres częstotliwości

Zakres częstotliwości, w którym działają anteny z układem współliniowym, wynosi około 30 MHz to 3GHz które należą do VHF i UHF Zespoły.

Budowa i działanie tablicy o szerokim boku

Zgodnie ze standardową definicją „Układ, w którym główny kierunek promieniowania jest prostopadły do ​​osi macierzy, a także do płaszczyzny zawierającej element tablicy” określa się jako broad side array. Stąd wzór promieniowania anteny jest prostopadły do ​​osi, na której istnieje układ.

Poniższy diagram przedstawia szeroki układ boczny, odpowiednio w widoku z przodu i widoku z boku.

Szeroki boczny układ jest silnie ukierunkowany pod kątem prostym do płaszczyzny układu. Jednak promieniowanie w płaszczyźnie będzie znacznie mniejsze ze względu na zanikanie w kierunku łączącym środek.

Rysunek przedstawiający tablicę z szerokimi bokami z odstępami λ / 4 pokazano poniżej.

Typowe długości anten w szerokim układzie bocznym wynoszą od 2 do 10 długości fal. Typowe odległości to λ / 2 lub λ. Punkty zasilania dipoli są połączone, jak pokazano na rysunku.

Charakterystyka promieniowania

Charakterystyka promieniowania tej anteny jest dwukierunkowa i pod kątem prostym do płaszczyzny. Wiązka jest bardzo wąska z dużym wzmocnieniem.

Powyższy rysunek przedstawia wzór promieniowania szerokiego bocznego układu. Wiązka jest nieco szersza, a drobne listki są w tym znacznie zmniejszone.

Fizyczny układ end-fire arrayjest taki sam jak w przypadku szerokiej tablicy bocznej. Wielkość prądów w każdym elemencie jest taka sama, ale między tymi prądami występuje różnica faz. Ta indukcja energii różni się w każdym elemencie, co można zrozumieć na poniższym schemacie.

Powyższy rysunek przedstawia układ końca ognia odpowiednio w widokach z góry i z boku.

Nie ma promieniowania pod kątami prostymi do płaszczyzny tablicy z powodu anulowania. Pierwszy i trzeci pierwiastek są rozłożone w fazie i dlatego znoszą wzajemnie swoje promieniowanie. Podobnie, drugi i czwarty są usuwane z fazy, aby zostać anulowane.

Zwykłe odstępy między dipolami będą wynosić λ / 4 lub 3λ / 4. Taki układ nie tylko pomaga uniknąć promieniowania prostopadłego do płaszczyzny anteny, ale także pomaga skierować wypromieniowaną energię w kierunku promieniowania całego układu. W związku z tym unika się mniejszych listków i zwiększa się kierunkowość. Belka staje się węższa wraz ze zwiększeniem elementów.

Charakterystyka promieniowania

Wzorzec promieniowania w macierzy ognia końcowego to uni-directional. Na jednym końcu występuje duży płat, gdzie występuje maksymalne promieniowanie, podczas gdy mniejsze płatki reprezentują straty.

Rysunek wyjaśnia wzór promieniowania układu ognia końcowego. Rysunek 1 przedstawia charakterystykę promieniowania dla pojedynczej matrycy, podczas gdy figury 2, 3 i 4 przedstawiają wzór promieniowania dla wielu macierzy.

Array end-fire vs Broad Side Array

Przeanalizowaliśmy obie tablice. Spróbujmy porównać macierze końcowe i szerokie boczne, wraz z ich charakterystyką.

Rysunek ilustruje wzór promieniowania w układzie ognisk końcowych i szerokim bocznym.

• Zarówno układ końcowego ognia, jak i szeroki układ boczny są liniowe i rezonansowe, ponieważ składają się z elementów rezonansowych.

• Ze względu na rezonans, obie matryce wykazują węższą wiązkę i wysoką kierunkowość.

• Obie te tablice są używane do celów transmisji.

• Żaden z nich nie jest używany do odbioru, ponieważ konieczność pokrycia zakresu częstotliwości jest potrzebna do jakiegokolwiek odbioru.

Tablice antenowe, jak widać powyżej, służą do poprawy wzmocnienia i kierunkowości.

ZA parasitic elementto element, który zależy od kanału innych osób. Nie ma własnego kanału. Stąd w tego typu tablicach stosujemy takie elementy, które pomagają w pośrednim zwiększaniu promieniowania.

Te pasożytnicze elementy nie są bezpośrednio połączone z paszą.

Powyższy obrazek przedstawia przykład tablicy pasożytniczej. Siatkowa struktura widoczna na zdjęciu to nic innego jak zestaw reflektorów. Te odbłyśniki nie są połączone elektrycznie. Zwiększają siłę sygnału poprzez zwiększenie kierunkowości wiązki.

Budowa i działanie macierzy pasożytniczej

Spójrzmy na ważne części macierzy pasożytniczej i jak one działają.

Główne części to -

• Element napędzany
• Elementy pasożytnicze
  • Reflector
  • Director
• Boom

Element napędzany

Anteny promieniują indywidualnie, a gdy są ustawione w szyku, promieniowanie wszystkich elementów sumuje się, tworząc wiązkę promieniowania. Wszystkie elementy tablicy nie muszą być podłączone do źródła zasilania. Dipol podłączony do źródła zasilania jest znany jakodriven element.

Elementy pasożytnicze

Dodawane elementy nie mają połączenia elektrycznego między nimi a elementem napędzanym lub zasilaniem. Są one ustawione tak, aby leżały w polu indukcyjnym elementu napędzanego. Stąd są znane jakoparasitic elements.

Reflector

Jeśli jeden z elementów pasożytniczych, który jest o 5% dłuższy niż element napędzany, jest umieszczony blisko elementu napędzanego, jest dłuższy, wówczas działa jak zwierciadło wklęsłe, które odbija energię w kierunku wzoru promieniowania, a nie we własnym kierunku i dlatego jest znany jako reflector.

Director

Element pasożytniczy, który jest o 5% krótszy niż element napędzany, z którego otrzymuje energię, ma tendencję do zwiększania promieniowania we własnym kierunku i dlatego zachowuje się jak soczewka wypukła zbieżna. Ten element jest nazywanydirector. Kilku reżyserów ma zwiększyć kierunkowość.

Bum

Element, na którym wszystkie są umieszczone, jest nazywany a boom. Jest to niemetalowa konstrukcja zapewniająca izolację, dzięki czemu nie będzie zwarcia pomiędzy pozostałymi elementami macierzy.

To są wszystkie główne elementy, które przyczyniają się do promieniowania. Można to lepiej zrozumieć za pomocą diagramu

Obraz pokazany powyżej przedstawia pasożytniczą tablicę, która pokazuje części tablicy parsitic, takie jak element napędzany, kierunki i reflektor. Pasza jest podawana przez podajnik.

Macierze są używane w zakresie częstotliwości od 2MHz do several GHz. Są one szczególnie używane do uzyskania wysokiej kierunkowości i lepszego wzmocnienia w przód zuni-directional. Najczęstszym przykładem tego typu tablicy jestYagi-Uda antenna. Jako inny przykład można również podać antenę poczwórną.

Yagi-Uda antennajest najczęściej używanym typem anteny do odbioru telewizji w ciągu ostatnich kilku dekad. Jest to najpopularniejszy i najłatwiejszy w obsłudze typ anteny o lepszych parametrach, który słynie z dużego zysku i kierunkowości

Frequency range

Zakres częstotliwości, w którym działają anteny Yagi-Uda, jest zbliżony 30 MHz to 3GHz które należą do VHF i UHF Zespoły.

Budowa anteny Yagi-Uda

Antena Yagi-Uda była widziana na szczycie prawie każdego domu w ciągu ostatnich dziesięcioleci. Elementy pasożytnicze i dipol razem tworzą antenę Yagi-Uda.

Rysunek przedstawia Yagi-Uda antenna. Widać, że jest wielu reżyserów umieszczonych w celu zwiększenia kierunkowości anteny. Podajnik to składany dipol. Odbłyśnik to podłużny element znajdujący się na końcu konstrukcji.

Rysunek przedstawia wyraźną formę anteny Yagi-Uda. Środkowa konstrukcja podobna do pręta, na której montowane są elementy, nazywa sięboom. Elementem do którego podłączona jest gruba czarna głowa jestdriven elementdo którego linia transmisyjna jest połączona wewnętrznie, przez ten czarny kołek. Pojedynczy element znajdujący się z tyłu elementu napędzanego toreflector, który odbija całą energię w kierunku wzoru promieniowania. Pozostałe elementy, przed elementem napędzanym, todirectors, które kierują wiązkę pod żądany kąt.

Projektowanie

Aby zaprojektować tę antenę, należy przestrzegać następujących specyfikacji projektowych.

Oni są -

ELEMENT	SPECYFIKACJA
Długość elementu sterowanego	0,458 λ do 0,5 λ
Długość reflektora	0,55λ do 0,58λ
Długość dyrektora 1	0,45λ
Długość dyrektora 2	0,40λ
Długość dyrektora 3	0,35λ
Odstępy między dyrektorami	0,2λ
Odbłyśnik do rozstawu dipoli	0,35λ
Rozstaw dipola do reżysera	0,125λ

Jeśli przestrzegane są powyższe specyfikacje, można zaprojektować antenę Yagi-Uda.

Charakterystyka promieniowania

Kierunek anteny Yagi-Uda to highly directive jak pokazano na poniższym rysunku.

Małe listki są stłumione, a kierunkowość głównego listka jest zwiększona przez dodanie kierunków do anteny.

Zalety

Oto zalety anten Yagi-Uda -

• Osiągnięto wysoki zysk.
• Uzyskuje się wysoką kierunkowość.
• Łatwość obsługi i konserwacji.
• Marnowana jest mniejsza ilość energii.
• Szersze pokrycie częstotliwości.

Niedogodności

Oto wady anten Yagi-Uda -

• Podatny na hałas.
• Podatny na efekty atmosferyczne.

Aplikacje

Poniżej przedstawiono zastosowania anten Yagi-Uda -

• Używany głównie do odbioru telewizji.
• Używany tam, gdzie wymagana jest aplikacja o pojedynczej częstotliwości.

Antena Yagi-Uda jest najczęściej używana do celów domowych. Jednak do celów komercyjnych i dostrojenia w zakresie częstotliwości, potrzebujemy innej anteny, znanej jakoLog-periodic antenna. Antena logarytmiczna to antena, której impedancja jest logarytmicznie okresową funkcją częstotliwości.

Zakres częstotliwości

Zakres częstotliwości, w którym działają anteny logarytmiczne, wynosi około 30 MHz to 3GHz które należą do VHF i UHF Zespoły.

Budowa i działanie okresowej anteny dziennika

Budowa i działanie anteny logarytmiczno-okresowej jest podobna do anteny Yagi-Uda. Główną zaletą tej anteny jest to, że wykazuje stałą charakterystykę w żądanym zakresie częstotliwości pracy. Ma taką samą odporność na promieniowanie, a zatem ten sam SWR. Wzmocnienie i stosunek przód / tył są również takie same.

Obraz przedstawia okresową antenę logarytmiczną.

Wraz ze zmianą częstotliwości pracy obszar aktywny przesuwa się między elementami, a zatem wszystkie elementy nie będą aktywne tylko na jednej częstotliwości. To jest jegospecial characteristic.

Istnieje kilka typów anten logarytmicznych, takich jak planarna, trapezowa, zygzakowata, typu V, szczelinowa i dipolowa. Najczęściej używaną jest tablica dipolowa logarytmiczno-okresowa, w skrócie LPDA.

Schemat tablicy okresowej logarytmicznej podano powyżej.

Obserwowana struktura fizyczna i właściwości elektryczne mają charakter powtarzalny. Macierz składa się z dipoli o różnej długości i rozstawie, które są zasilane z dwuprzewodowej linii przesyłowej. Ta linia jest transponowana między każdą sąsiednią parą dipoli.

Długości dipoli i separacje są powiązane wzorem -

$$\frac{R_{1}}{R_{2}} = \frac{R_{2}}{R_{3}} = \frac{R_{3}}{R_{4}} = T = \frac{l_{1}}{l_{2}} = \frac{l_{2}}{l_{3}} = \frac{l_{3}}{l_{4}}$$

Gdzie

• т jest współczynnikiem obliczeniowym, a т <1
• R to odległość między zasilaniem a dipolem
• l jest długością dipola.

Uzyskane korzyści wynikające z dyrektywy są niskie lub umiarkowane. Mogą być wzorce promieniowaniaUnidirectional or Bi-directional.

Charakterystyka promieniowania

Wzorzec promieniowania anteny logarytmiczno-okresowej może być jednokierunkowy lub dwukierunkowy, w zależności od logarytmicznych struktur okresowych.

Dla uni-directional Log-periodic antennapromieniowanie w kierunku krótszego elementu jest znaczące, podczas gdy w kierunku do przodu jest małe lub zerowe.

Charakterystyka promieniowania dla jednokierunkowej anteny logarytmiczno-okresowej jest podana powyżej.

Dla bi-directional Log-periodic antenna, maksymalne promieniowanie znajduje się w szerokiej stronie, która jest normalna dla powierzchni anteny.

Rysunek podany powyżej przedstawia charakterystykę promieniowania dla dwukierunkowej anteny logarytmiczno-okresowej.

Zalety

Oto zalety anten okresowych Log -

• Konstrukcja anteny jest kompaktowa.
• Wzmocnienie i charakterystyka promieniowania są zróżnicowane w zależności od wymagań.

Niedogodności

Oto wady anten okresowych Log -

• Mocowanie zewnętrzne.
• Koszt instalacji jest wysoki.

Aplikacje

Poniżej przedstawiono zastosowania anten okresowych Log -

• Używany do komunikacji HF.
• Stosowany do różnego rodzaju przyjęć telewizyjnych.
• Używany do wszechstronnego monitorowania w wyższych pasmach częstotliwości.

Plik Turnstile antennato inny typ anten szeregowych. Kształt tej tablicy symbolizuje kołowrót, który jest używany przy wejściach do kilku miejsc. Ta antena ma wiele zastosowań wojskowych.

Zakres częstotliwości

Zakres częstotliwości, w którym działają anteny obrotowe, jest zbliżony 30 MHz to 3GHz które należą do VHF i UHF Zespoły.

Budowa i działanie anteny kołowrotu

Dwa identyczne dipole półfalowe są ustawione względem siebie pod kątem prostym i podawane w fazie. Te dipole są wzbudzone w fazie pod kątem 90 ° względem siebie. Tablicę kołowrotu można również określić jakocrossed dipoles array.

Powyższe zdjęcia ilustrują anteny obrotowe.

Aby zapewnić wysoką kierunkowość, kilka kołowrotów może być ułożonych w stos wzdłuż osi pionowej i ustawionych fazowo, jak pokazano na powyższym rysunku. Polaryzacja tych anten obrotowych zależy od ich trybu pracy.

Para takich dipoli, często ułożonych w stos, jest znana jako BAY. Na rysunkach pokazanych powyżej dwie zatoki rozmieszczone są w odstępach o połowę długości fali(λ/2)od siebie, a odpowiednie elementy są podawane w fazie. Promieniowanie wytwarzane przez kombinację pól zapewnia lepszą kierunkowość.

Tryby działania

Poniżej przedstawiono tryby działania anteny obrotowej.

Normal mode

W normalnym trybie pracy antena promieniuje horizontally polarized fale, które są prostopadłe do jego osi.

Axial mode

W trybie pracy osiowej antena promieniuje circularly polarized fale wzdłuż swojej osi, tj. równolegle do swojej osi.

W przypadku polaryzacji kołowej nadajnik promieniujący z polaryzacją kołową w prawo powinien mieć odbiornik z taką samą polaryzacją kołową w prawo i odwrotnie. Jeśli jest spolaryzowany kołowo w lewo, w przeciwieństwie do nadajnika, wystąpi poważna utrata wzmocnienia.

Antena Super Turnstile

W przypadku anteny obrotowej moc promieniowania jest o 3 dB poniżej maksymalnego promieniowania dipola półfalowego o tej samej mocy. Dlatego, aby przezwyciężyć tę wadę, plikSuper-turnstile antenna jest zbudowany.

Proste elementy dipolowe w kołowrotku zastąpiono czterema płaskimi blachami w Super kołowrotku. Konstrukcja tablicy Super-kołowrotu jest taka, że ​​na jednym maszcie można zbudować od 1 do 8 pól. Inna nazwa anteny Super-obrotowej toBatwing Antenna.

Powyższe zdjęcia pokazują antenę super-kołowrotową. Rysunek 1 przedstawia układ superturnstile z czerwonymi kropkami będącymi punktami zasilania. Rysunek 2 przedstawia zestaw kołowrotów używany w komunikacji satelitarnej.

Charakterystyka promieniowania

Charakterystyka promieniowania będzie podobna do wzoru promieniowania dwóch super nałożonych dipoli. Chociaż jest zbliżony do wzoru wielokierunkowego, pozostawia wzór w kształcie kloveleaf.

Powyższy rysunek przedstawia wzór radiacyjny tablicy obrotowej. Typowe wzory ósemkowe zostały połączone, aby uzyskać prawie okrągły wzór.

• Rysunek A pokazuje łączone poszczególne wzory.

• Rysunek B przedstawia pionowy wzór pojedynczego przęsła, a także połączony wzór czterech przęseł.

• Rysunek C przedstawia wynikowy połączony wzór czterech pól, pokazujący lepszą kierunkowość.

Zalety

Oto zalety anten obrotowych -

• Wysokie wzmocnienie uzyskuje się przez układanie w stosy

• Super-kołowrót zapewnia wyjście o dużym wzmocnieniu

• Uzyskuje się lepszą kierunkowość

Niekorzyść

Oto wada anten obrotowych -

• Moc promieniowania jest o 3 dB poniżej maksymalnego promieniowania dipola półfalowego o tej samej mocy.

Aplikacje

Poniżej przedstawiono zastosowania anten obrotowych -

• Używany do komunikacji VHF

• Używany do transmisji FM i TV

• Używany w komunikacji wojskowej

• Używany w komunikacji satelitarnej

W atmosferze ziemskiej propagacja fali zależy nie tylko od jej właściwości, ale także od efektów środowiskowych i warstw atmosfery ziemskiej. Wszystkie z nich należy zbadać, aby stworzyć pojęcie o tym, jak fala rozchodzi się w środowisku.

Spójrzmy na frequency spectrumprzez które odbywa się transmisja lub odbiór sygnału. W zależności od zakresu częstotliwości, w którym są używane, produkowane są różne typy anten.

Widmo elektromagnetyczne

Komunikacja bezprzewodowa opiera się na zasadzie nadawania i odbioru fal elektromagnetycznych. Fale te można scharakteryzować za pomocą ich częstotliwości (f) i długości fali (λ) lambda.

Obrazowe przedstawienie widma elektromagnetycznego przedstawiono na poniższym rysunku.

Pasma niskiej częstotliwości

Pasma niskiej częstotliwości obejmują części widma radiowego, mikrofalowego, podczerwonego i widzialnego. Mogą być używane do przesyłania informacji poprzez modulację amplitudy, częstotliwości lub fazy fal.

Pasma wysokiej częstotliwości

Pasma wysokiej częstotliwości składają się z promieni rentgenowskich i promieni gamma. Teoretycznie fale te są lepsze do propagacji informacji. Jednak fale te nie są praktycznie używane ze względu na trudności w modulacji, a fale są szkodliwe dla istot żywych. Ponadto fale o wysokiej częstotliwości nie rozchodzą się dobrze w budynkach.

Pasma częstotliwości i ich zastosowania

Poniższa tabela przedstawia pasma częstotliwości i ich zastosowania -

Nazwa zespołu	Częstotliwość	Długość fali	Aplikacje
Ekstremalnie niska częstotliwość (ELF)	30 Hz do 300 Hz	10 000 do 1 000 KM	Częstotliwości linii energetycznej
Częstotliwość głosu (VF)	300 Hz do 3 KHz	1000 do 100 km	Komunikacja telefoniczna
Bardzo niska częstotliwość (VLF)	3 kHz do 30 kHz	100 do 10 km	Komunikacja morska
Niska częstotliwość (LF)	30 kHz do 300 kHz	10 do 1 km	Komunikacja morska
Średnia częstotliwość (MF)	300 KHz do 3 MHz	1000 do 100 m	Transmisja AM
Wysoka częstotliwość (HF)	3 MHz do 30 MHz	100 do 10 m	Komunikacja między samolotami i statkami na duże odległości
Bardzo wysoka częstotliwość (VHF)	30 MHz do 300 MHz	Od 10 do 1 m	Transmisja FM
Ultra wysoka częstotliwość (UHF)	300 MHz do 3 GHz	100 do 10 cm	Telefon komórkowy
Super wysoka częstotliwość (SHF)	Od 3 GHz do 30 GHz	10 do 1 cm	Łączność satelitarna, łącza mikrofalowe
Ekstremalnie wysoka częstotliwość (EHF)	30 GHz do 300 GHz	10 do 1 mm	Bezprzewodowa pętla lokalna
Podczerwień	300 GHz do 400 THz	1 mm do 770 nm	Elektroniki użytkowej
Widzialne światło	400 THz do 900 THz	770 nm do 330 nm	Komunikacja optyczna

Alokacja widma

Ponieważ widmo elektromagnetyczne jest powszechnym zasobem, do którego każdy może mieć dostęp, sporządzono kilka krajowych i międzynarodowych porozumień dotyczących wykorzystania różnych pasm częstotliwości w ramach widma. Poszczególne rządy krajowe przydzielają widmo do zastosowań takich jak nadawanie radiowe AM / FM, nadawanie programów telewizyjnych, telefonia komórkowa, komunikacja wojskowa i użytkowanie rządowe.

Na całym świecie agencja Międzynarodowego Związku Telekomunikacyjnego Radio Communication (ITU-R) Biuro o nazwie Światowa Administracyjna Konferencja Radiowa (WARC) próbuje koordynować przydział widma przez różne rządy krajowe, tak aby można było produkować urządzenia komunikacyjne, które mogą działać w wielu krajach.

Ograniczenia transmisji

Cztery rodzaje ograniczeń wpływających na transmisję fal elektromagnetycznych to:

Osłabienie

Zgodnie ze standardową definicją „Spadek jakości i siły sygnału jest znany jako attenuation. ”

Siła sygnału spada wraz z odległością od medium transmisyjnego. Stopień tłumienia jest funkcją odległości, medium transmisyjnego, a także częstotliwości podstawowej transmisji. Nawet w wolnej przestrzeni, bez innych zakłóceń, przesyłany sygnał osłabia się wraz z odległością, po prostu dlatego, że jest on rozprowadzany na coraz większym obszarze.

Zniekształcenie

Zgodnie ze standardową definicją „Każda zmiana, która zmienia podstawową zależność między składowymi częstotliwościowymi sygnału lub poziomami amplitudy sygnału, jest znana jako distortion. ”

Zniekształcenie sygnału to proces, który powoduje zaburzenie właściwości sygnału poprzez dodanie niepożądanych składowych, co wpływa na jakość sygnału. Zwykle dzieje się tak w odbiorniku FM, gdzie odbierany sygnał jest czasami całkowicie zakłócany, dając brzęczący dźwięk jako wyjście.

Dyspersja

Zgodnie ze standardową definicją „Dispersion jest zjawiskiem, w którym prędkość propagacji fali elektromagnetycznej jest zależna od długości fali ”.

Dispersionjest zjawiskiem rozprzestrzeniania się wyrzutu energii elektromagnetycznej podczas propagacji. Jest to szczególnie rozpowszechnione w transmisjach przewodowych, takich jak światłowód. Serie danych wysyłane w krótkich odstępach czasu mają tendencję do łączenia się w wyniku rozproszenia. Im dłuższa długość drutu, tym silniejszy jest efekt dyspersji. Efektem dyspersji jest ograniczenie iloczynu R i L. Gdzie‘R’ jest data rate i ‘L’ jest distance.

Hałas

Zgodnie ze standardową definicją „Każda niepożądana forma energii, która ma tendencję do zakłócania prawidłowego i łatwego odbioru i odtwarzania pożądanych sygnałów, nazywana jest szumem”.

Najbardziej rozpowszechnioną formą hałasu jest thermal noise. Często jest modelowany za pomocą addytywnego modelu Gaussa. Szum termiczny jest spowodowany termicznym wzburzeniem elektronów i jest równomiernie rozłożony w całym spektrum częstotliwości.

Inne formy hałasu obejmują -

• Inter modulation noise - Spowodowane przez sygnały wytwarzane na częstotliwościach, które są sumami lub różnicami częstotliwości nośnych.

• Crosstalk - Zakłócenia między dwoma sygnałami.

• Impulse noise- Nieregularne impulsy o dużej energii spowodowane zewnętrznymi zaburzeniami elektromagnetycznymi. Szum impulsowy może nie mieć znaczącego wpływu na dane analogowe. Ma jednak zauważalny wpływ na dane cyfrowe, powodując błędy seryjne.

W tym rozdziale omówimy różne interesujące tematy, takie jak właściwości fal radiowych, rozchodzenie się fal radiowych i ich rodzaje.

Fale radiowe

Fale radiowe są łatwe do wygenerowania i są szeroko stosowane w komunikacji wewnętrznej i zewnętrznej ze względu na ich zdolność do przenikania przez budynki i pokonywania dużych odległości.

Kluczowe cechy to -

• Ponieważ transmisja radiowa jest Omni directional w naturze nie ma potrzeby fizycznego ustawiania nadajnika i odbiornika.

• Częstotliwość fal radiowych determinuje wiele cech transmisji.

• Przy niskich częstotliwościach fale mogą łatwo przechodzić przez przeszkody. Jednak ich moc spada wraz z zależnością odwrotną do kwadratu w odniesieniu do odległości.

• Fale o wyższej częstotliwości są bardziej podatne na pochłanianie przez krople deszczu i odbijają się od przeszkód.

• Ze względu na duży zasięg transmisji fal radiowych problemem, który należy rozwiązać, są zakłócenia między transmisjami.

W pasmach VLF, LF i MF propagacja fal, zwana również as ground wavespodążaj za krzywizną ziemi. Maksymalne zasięgi transmisji tych fal są rzędu kilkuset kilometrów. Są one używane do transmisji o małej szerokości pasma, takich jak emisje radiowe z modulacją amplitudy (AM).

Transmisje w paśmie HF i VHF są pochłaniane przez atmosferę w pobliżu powierzchni Ziemi. Jednak część promieniowania, zwanasky wave, jest wypromieniowywany na zewnątrz i w górę do jonosfery w wyższych warstwach atmosfery. Jonosfera zawiera zjonizowane cząstki powstałe w wyniku promieniowania słonecznego. Te zjonizowane cząstki odbijają fale z nieba z powrotem na Ziemię. Potężna fala na niebie może kilkakrotnie odbić się między Ziemią a jonosferą. Fale na niebie są używane przez krótkofalowców i do komunikacji wojskowej.

Propagacja fal radiowych

W Radio communication systemsjako kanał używamy bezprzewodowych fal elektromagnetycznych. Do tych celów można wykorzystać anteny o różnych specyfikacjach. Rozmiary tych anten zależą od szerokości pasma i częstotliwości przesyłanego sygnału.

Sposób propagacji fal elektromagnetycznych w atmosferze i w wolnej przestrzeni można podzielić na trzy następujące kategorie:

• Propagacja linii wzroku (LOS)
• Propagacja fal naziemnych
• Propagacja fal na niebie

W pasmach częstotliwości ELF (ekstremalnie niska częstotliwość) i VLF (bardzo niska częstotliwość) Ziemia i jonosfera działają jako przewodnik falowy dla propagacji fal elektromagnetycznych.

W tych zakresach częstotliwości sygnały komunikacyjne rozprzestrzeniają się praktycznie na całym świecie. Szerokości pasma kanału są małe. Dlatego informacje są przesyłane tymi kanałami z małą prędkością i ograniczone do transmisji cyfrowej.

Propagacja linii wzroku (LOS)

Spośród sposobów propagacji ta propagacja w linii wzroku jest tą, którą powszechnie zauważamy. wline-of-sight communicationjak sama nazwa wskazuje, fala przemieszcza się na minimalną odległość wzroku. Co oznacza, że ​​podróżuje na odległość, na którą może zobaczyć gołym okiem. A co się potem stanie? Musimy tutaj zastosować wzmacniacz i nadajnik, aby wzmocnić sygnał i ponownie nadać.

Można to lepiej zrozumieć za pomocą poniższego diagramu.

Rysunek bardzo wyraźnie przedstawia ten sposób propagacji. Propagacja w linii wzroku nie będzie płynna, jeśli na drodze transmisji pojawi się jakakolwiek przeszkoda. Ponieważ w tym trybie sygnał może podróżować tylko na mniejsze odległości, ta transmisja jest używana doinfrared lub microwave transmissions.

Propagacja fali naziemnej

Rozchodzenie się fali naziemnej podąża za konturem ziemi. Taka fala nazywa siędirect wave. Fala czasami ugina się pod wpływem pola magnetycznego Ziemi i odbija się od odbiornika. Taką falę można nazwaćreflected wave.

Powyższy rysunek przedstawia propagację fal naziemnych. Fala rozchodząca się przez atmosferę ziemską jest znana jakoground wave. Fala bezpośrednia i fala odbita razem tworzą sygnał w stacji odbiorczej. Kiedy fala w końcu dotrze do odbiornika, opóźnienia są znoszone. Ponadto sygnał jest filtrowany, aby uniknąć zniekształceń i wzmacniany w celu uzyskania wyraźnego wyjścia.

Sky Wave Propagation

Propagacja fali na niebie jest preferowana, gdy fala musi pokonać większą odległość. Tutaj fala jest rzutowana na niebo i ponownie odbija się na ziemi.

Plik sky wave propagationjest dobrze przedstawiony na powyższym obrazku. Tutaj pokazano, że fale są transmitowane z jednego miejsca i gdzie są odbierane przez wiele odbiorników. Stąd jest to przykład nadawania.

Fale, które są transmitowane z anteny nadajnika, odbijają się od jonosfery. Składa się z kilku warstw naładowanych cząstek znajdujących się na wysokości od 30 do 250 mil nad powierzchnią ziemi. Taka podróż fali od nadajnika do jonosfery, a stamtąd do odbiornika na Ziemi, nazywana jestSky Wave Propagation. Jonosfera to zjonizowana warstwa wokół ziemskiej atmosfery, która nadaje się do rozchodzenia się fal na niebie.

Atmosfera ziemska ma kilka warstw. Warstwy te odgrywają ważną rolę w komunikacji bezprzewodowej. Są one podzielone głównie na trzy warstwy.

Troposfera

To warstwa ziemi, która leży tuż nad ziemią. My, flora i fauna żyjemy w tej warstwie. Ma tutaj miejsce propagacja fali naziemnej i propagacja LOS.

Stratosfera

To jest warstwa ziemi, która leży ponad troposferą. Ptaki latają w tym regionie. Samoloty latają w tym regionie. W tym rejonie występuje również warstwa ozonowa. Ma tu miejsce propagacja fali naziemnej i propagacja LOS.

Jonosfera

Jest to górna warstwa atmosfery ziemskiej, w której jonizacja jest znaczna. Energia promieniowana przez Słońce nie tylko ogrzewa ten obszar, ale także wytwarza jony dodatnie i ujemne. Ponieważ Słońce stale emituje promienie UV, a ciśnienie powietrza jest niskie, warstwa ta sprzyja jonizacji cząstek.

Znaczenie jonosfery

Warstwa jonosfery jest bardzo ważnym czynnikiem w fazie propagacji fal z następujących powodów -

• Warstwa poniżej jonosfery ma większą ilość cząstek powietrza i mniejsze promieniowanie UV. Z tego powodu występuje więcej zderzeń, a jonizacja cząstek jest minimalna i nie stała.

• Warstwa nad jonosferą ma bardzo małą ilość cząstek powietrza, a gęstość jonizacji jest również dość niska. Dlatego jonizacja nie jest właściwa.

• Jonosfera ma dobry skład promieniowania UV i średnią gęstość powietrza, która nie wpływa na jonizację. Stąd ta warstwa ma największy wpływ na propagację fal na niebie.

Jonosfera ma różne gazy o różnych ciśnieniach. Różne środki jonizujące jonizują je na różnych wysokościach. Ponieważ na każdym poziomie przeprowadzane są różne poziomy jonizacji, z różnymi gazami, w jonosferze powstaje kilka warstw o ​​różnych właściwościach.

Warstwy jonosfery można zbadać na poniższym rysunku.

Liczba warstw, ich wysokości, ilość fal nieba, które można wygiąć, będą się zmieniać z dnia na dzień, z miesiąca na miesiąc iz roku na rok. Dla każdej takiej warstwy istnieje częstotliwość, powyżej której fala skierowana pionowo w górę przenika przez warstwę.

Funkcje tych warstw zależą od pory dnia, tj. Pory dnia i nocy. Istnieją trzy główne warstwy - E, F1 i F2 w ciągu dnia. Jest jeszcze jedna warstwa zwana warstwą D, która znajduje się poniżej warstwy E. Ta warstwa znajduje się od 50 do 90 km nad troposferą.

Poniższy rysunek przedstawia warstwy obecne w atmosferze ziemskiej zarówno w dzień, jak iw nocy.

Ta warstwa D jest odpowiedzialna za dzienne tłumienie fal HF. W nocy ta warstwa D prawie znika, a warstwy F1 i F2 łączą się, tworząc warstwę F. Dlatego są tylko dwalayers E and F obecny na night time.

W procesie propagacji fali jest kilka terminów, z którymi dość często się spotykamy. Omówmy kolejno te terminy.

Wirtualna wysokość

Kiedy fala jest załamywana, jest wyginana stopniowo, ale nie ostro. Jednak droga padającej fali i fali odbitej jest taka sama, jeśli odbija się ona od powierzchni znajdującej się na większej wysokości tej warstwy. Taka większa wysokość nazywana jest wysokością wirtualną.

Rysunek wyraźnie odróżnia virtual height (wysokość fali, która ma być odbijana) i actual height(wysokość załamana). Jeśli znana jest wirtualna wysokość, można znaleźć kąt padania.

Częstotliwość krytyczna

Częstotliwość krytyczna dla warstwy określa najwyższą częstotliwość, która zostanie zwrócona na ziemię przez tę warstwę po wysłaniu jej przez nadajnik prosto w niebo.

Szybkość gęstości jonizacji, przy wygodnej zmianie przez warstwy, fala będzie wyginana w dół. Maksymalna częstotliwość, która ulega zakrzywieniu i dociera do stacji odbiorczej z minimalnym tłumieniem, może być określona jakocritical frequency. Jest to oznaczonef_c.

Wiele ścieżek

Dla częstotliwości powyżej 30 MHz rozchodzi się fala na niebie. Wielodrożność sygnału jest częstym problemem związanym z propagacją fal elektromagnetycznych przechodzących przez falę nieba. Fala, która odbija się od jonosfery, można nazwaćhop lub skip. Sygnał może przeskakiwać wiele razy, ponieważ może on wielokrotnie przemieszczać się tam iz powrotem od jonosfery i powierzchni ziemi. Taki ruch sygnału można nazwaćmultipath.

Powyższy rysunek przedstawia przykład propagacji wielościeżkowej. Propagacja wielościeżkowa to termin, który opisuje wiele ścieżek, którymi pokonuje sygnał, aby dotrzeć do celu. Te ścieżki obejmują wiele przeskoków. Ścieżki mogą być wynikiem odbicia, załamania, a nawet dyfrakcji. Wreszcie, gdy sygnał z tak różnych ścieżek dociera do odbiornika, niesie opóźnienie propagacji, dodatkowy szum, różnice fazowe itp., Które obniżają jakość odbieranego sygnału wyjściowego.

Zblakły

Spadek jakości sygnału można określić jako fading. Dzieje się tak z powodu efektów atmosferycznych lub odbić spowodowanych wielodrożnością.

Zanikanie odnosi się do zmian siły sygnału w zależności od czasu / odległości. Jest szeroko rozpowszechniony w transmisjach bezprzewodowych. Najczęstszymi przyczynami zanikania w środowisku bezprzewodowym są wielościeżkowa propagacja i mobilność (zarówno obiektów, jak i komunikujących się urządzeń).

Pomiń odległość

Mierzalna odległość na powierzchni Ziemi od nadajnika do odbiornika, przy której sygnał odbity od jonosfery może dotrzeć do odbiornika przy minimalnych przeskokach lub przeskokach, jest określana jako skip distance.

Maksymalna częstotliwość użytkowa (MUF)

Plik Maximum Usable Frequency (MUF)to najwyższa częstotliwość dostarczana przez nadajnik niezależnie od mocy nadajnika. Najwyższa częstotliwość, która jest odbita od jonosfery do odbiornika, nazywana jest ascritical frequency, fc.

$$MUF = \frac{Critical\ frequency}{\cos\theta} = f_{c}\sec\theta$$

Optymalna częstotliwość robocza (OWF)

Częstotliwość, która jest używana głównie dla określonej transmisji i która, zgodnie z przewidywaniami, będzie używana w określonym czasie na ścieżce, jest określana jako Optimum Working Frequency (OWF).

Interferencja symboli

Inter symbol interference(ISI) występuje częściej w systemie komunikacyjnym. Jest to również główny powód wielodrożności sygnału. Gdy sygnały docierają do stacji odbiorczych różnymi ścieżkami propagacji, znoszą się wzajemnie, co jest znane jako zjawiskosignal fading. W tym miejscu należy pamiętać, że sygnały znoszą się w sposób wektorowy.

Głębokość skóry

Fale elektromagnetyczne nie nadają się do propagacji pod wodą. Mogą jednak rozmnażać się pod wodą, pod warunkiem, że częstotliwość propagacji będzie wyjątkowo niska. Tłumienie fal elektromagnetycznych pod wodą wyraża się głębokością skóry.Skin depthdefiniuje się jako odległość, przy której sygnał jest osłabiany o 1 / e. Jest to miara głębokości, do której może przeniknąć fala elektromagnetyczna. Głębokość skóry jest reprezentowana jakoδ (delta).

Propagacja kanałowa

Na wysokości około 50 m od troposfery występuje zjawisko; temperatura rośnie wraz z wysokością. W tym rejonie troposfery wyższe częstotliwości lub częstotliwości mikrofalowe mają tendencję do załamywania się z powrotem do atmosfery ziemskiej, zamiast strzelać do jonosfery, aby odbijać. Fale te rozchodzą się po krzywizny ziemi nawet na odległość 1000 km.

To załamanie trwa nadal w tym regionie troposfery. Można to nazwaćSuper refraction lub Duct propagation.

Powyższy obraz przedstawia proces Duct Propagation. Głównym wymaganiem przy tworzeniu kanału jest inwersja temperatury. Wzrost temperatury wraz z wysokością, a nie spadek temperatury, jest znany jako zjawisko inwersji temperatury.

Omówiliśmy ważne parametry, z którymi spotykamy się przy rozchodzeniu się fal. Fale o wyższych częstotliwościach są przesyłane i odbierane za pomocą tej techniki propagacji fal.