ทฤษฎีเสาอากาศ - คู่มือฉบับย่อ

บุคคลที่ต้องการถ่ายทอดความคิดความคิดหรือข้อสงสัยสามารถทำได้โดย voice communication.

ภาพประกอบต่อไปนี้แสดงบุคคลสองคนที่กำลังสื่อสารกัน ที่นี่การสื่อสารเกิดขึ้นผ่านsound waves. อย่างไรก็ตามหากคนสองคนต้องการสื่อสารกันว่าใครอยู่ในระยะทางไกลกว่านั้นเราต้องแปลงคลื่นเสียงเหล่านี้ให้เป็นelectromagnetic waves. อุปกรณ์ซึ่งแปลงสัญญาณข้อมูลที่ต้องการเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเรียกว่าAntenna.

เสาอากาศคืออะไร?

เสาอากาศเป็นตัวแปลงสัญญาณซึ่งแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและในทางกลับกัน

เสาอากาศสามารถใช้เป็นไฟล์ transmitting antenna หรือก receiving antenna.

• ก transmitting antenna คือสิ่งหนึ่งที่แปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและแผ่รังสีออกมา

• ก receiving antenna เป็นสัญญาณหนึ่งที่แปลงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากลำแสงที่ได้รับเป็นสัญญาณไฟฟ้า

• ในการสื่อสารสองทางสามารถใช้เสาอากาศเดียวกันสำหรับทั้งการส่งและการรับ

เสาอากาศสามารถเรียกได้ว่าเป็นไฟล์ Aerial. พหูพจน์ของมันคือantennae หรือ antennas. ปัจจุบันเสาอากาศได้รับการเปลี่ยนแปลงมากมายตามขนาดและรูปร่าง เสาอากาศมีหลายประเภทขึ้นอยู่กับการใช้งานที่หลากหลาย

ภาพต่อไปนี้เป็นตัวอย่างของเสาอากาศประเภทต่างๆ

ในบทนี้คุณจะได้เรียนรู้แนวคิดพื้นฐานของเสาอากาศข้อมูลจำเพาะและเสาอากาศประเภทต่างๆ

ต้องการเสาอากาศ

ในด้านระบบการสื่อสารเมื่อใดก็ตามที่มีความจำเป็นในการสื่อสารแบบไร้สายเกิดขึ้นความจำเป็นของเสาอากาศจะเกิดขึ้น Antennaมีความสามารถในการส่งหรือรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อประโยชน์ในการสื่อสารโดยที่คุณคาดไม่ถึงว่าจะวางระบบสายไฟ สถานการณ์ต่อไปนี้อธิบายถึงสิ่งนี้

สถานการณ์

ในการติดต่อกับพื้นที่ห่างไกลจะต้องวางสายไฟตลอดเส้นทางตลอดเส้นทางตามหุบเขาภูเขาเส้นทางที่น่าเบื่ออุโมงค์ ฯลฯ เพื่อไปยังสถานที่ห่างไกล วิวัฒนาการของเทคโนโลยีไร้สายทำให้กระบวนการทั้งหมดนี้ง่ายมาก เสาอากาศเป็นองค์ประกอบหลักของเทคโนโลยีไร้สายนี้

ในภาพด้านบนเสาอากาศช่วยในการสื่อสารในพื้นที่ทั้งหมดรวมถึงหุบเขาและภูเขา กระบวนการนี้จะง่ายกว่าการวางระบบสายไฟทั่วพื้นที่อย่างเห็นได้ชัด

กลไกการฉายรังสี

ฟังก์ชันเดียวของเสาอากาศคือ power radiationหรือแผนกต้อนรับ เสาอากาศ (ไม่ว่าจะส่งหรือรับหรือทำทั้งสองอย่าง) สามารถเชื่อมต่อกับวงจรที่สถานีผ่านสายส่ง การทำงานของเสาอากาศขึ้นอยู่กับกลไกการแผ่รังสีของสายส่ง

ตัวนำซึ่งออกแบบมาเพื่อนำกระแสในระยะทางไกลโดยมีการสูญเสียน้อยที่สุดเรียกว่าก transmission line. ตัวอย่างเช่นลวดซึ่งเชื่อมต่อกับเสาอากาศ สายส่งที่นำกระแสด้วยความเร็วสม่ำเสมอและเส้นตรงที่มีขอบเขตไม่สิ้นสุดradiates no power.

สำหรับสายส่งที่จะกลายเป็นท่อนำคลื่นหรือเพื่อแผ่พลังงานจะต้องได้รับการประมวลผลเช่นนี้

• หากต้องมีการแผ่พลังงานแม้ว่าการนำกระแสจะมีความเร็วสม่ำเสมอสายไฟหรือสายส่งควรจะงอตัดทอนหรือยุติ

• หากสายส่งนี้มีกระแสซึ่งเร่งหรือชะลอตัวโดยมีค่าคงที่ที่แปรผันตามเวลาก็จะแผ่พลังงานออกไปแม้ว่าสายจะเป็นเส้นตรงก็ตาม

• อุปกรณ์หรือท่อถ้างอหรือยุติเพื่อแผ่พลังงานแล้วจะเรียกว่าเป็น waveguide. โดยเฉพาะอย่างยิ่งใช้สำหรับการส่งผ่านไมโครเวฟหรือการรับ

สิ่งนี้สามารถเข้าใจได้ดีโดยสังเกตจากแผนภาพต่อไปนี้ -

แผนภาพด้านบนแสดงถึงท่อนำคลื่นซึ่งทำหน้าที่เป็นเสาอากาศ พลังงานจากสายส่งจะเดินทางผ่านท่อนำคลื่นซึ่งมีรูรับแสงเพื่อแผ่พลังงาน

ประเภทพื้นฐานของเสาอากาศ

เสาอากาศอาจแบ่งออกเป็นประเภทต่างๆขึ้นอยู่กับ -

• โครงสร้างทางกายภาพของเสาอากาศ

• ช่วงความถี่ของการทำงาน

• โหมดการใช้งาน ฯลฯ

โครงสร้างทางกายภาพ

ต่อไปนี้เป็นประเภทของเสาอากาศตามโครงสร้างทางกายภาพ คุณจะได้เรียนรู้เกี่ยวกับเสาอากาศเหล่านี้ในบทต่อ ๆ ไป

• สายอากาศ
• เสาอากาศรูรับแสง
• เสาอากาศสะท้อนแสง
• เสาอากาศของเลนส์
• เสาอากาศไมโครสตริป
• เสาอากาศอาร์เรย์

ความถี่ของการดำเนินการ

ต่อไปนี้เป็นประเภทของเสาอากาศตามความถี่ของการทำงาน

• ความถี่ต่ำมาก (VLF)
• ความถี่ต่ำ (LF)
• ความถี่ปานกลาง (MF)
• ความถี่สูง (HF)
• ความถี่สูงมาก (VHF)
• ความถี่สูงพิเศษ (UHF)
• ความถี่สูงพิเศษ (SHF)
• คลื่นไมโคร
• คลื่นวิทยุ

โหมดการใช้งาน

ต่อไปนี้เป็นประเภทของเสาอากาศตามโหมดการใช้งาน -

• การสื่อสารแบบจุดต่อจุด
• แอปพลิเคชั่นออกอากาศ
• การสื่อสารด้วยเรดาร์
• การสื่อสารผ่านดาวเทียม

พารามิเตอร์การสื่อสารพื้นฐานจะกล่าวถึงในบทนี้เพื่อให้มีความคิดที่ดีขึ้นเกี่ยวกับการสื่อสารไร้สายโดยใช้เสาอากาศ การสื่อสารไร้สายจะกระทำในรูปแบบของคลื่น ดังนั้นเราต้องดูคุณสมบัติของคลื่นในการสื่อสาร

ในบทนี้เราจะพูดถึงพารามิเตอร์ต่อไปนี้ -

• Frequency
• Wavelength
• การจับคู่ความต้านทาน
• VSWR และพลังสะท้อนกลับ
• Bandwidth
• แบนด์วิดท์เปอร์เซ็นต์
• ความเข้มของรังสี

ตอนนี้ให้เราเรียนรู้โดยละเอียด

ความถี่

ตามคำจำกัดความมาตรฐาน“ อัตราการเกิดซ้ำของคลื่นในช่วงเวลาหนึ่งเรียกว่าเป็น frequency.”

เพียงแค่ความถี่หมายถึงกระบวนการความถี่ที่เหตุการณ์เกิดขึ้น คลื่นเป็นระยะซ้ำตัวเองทุกครั้ง‘T’ วินาที (ช่วงเวลา) Frequency ของคลื่นเป็นระยะไม่ใช่อะไรนอกจากซึ่งกันและกันของช่วงเวลา (T)

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์

ในทางคณิตศาสตร์จะเขียนไว้ดังภาพด้านล่าง

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

ที่ไหน

• f คือความถี่ของคลื่นคาบ

• T คือช่วงเวลาที่คลื่นเกิดซ้ำ

หน่วย

หน่วยของความถี่คือ Hertz, เรียกโดยย่อว่า Hz.

รูปที่ให้ไว้ด้านบนแสดงถึงคลื่นไซน์ซึ่งถูกพล็อตไว้ที่นี่สำหรับแรงดันไฟฟ้าเป็นมิลลิโวลต์เทียบกับเวลาในหน่วยมิลลิวินาที คลื่นนี้จะเกิดซ้ำทุก ๆ 2t มิลลิวินาที ดังนั้นช่วงเวลา T = 2t มิลลิวินาทีและความถี่$f = \frac{1}{2T}KHz$

ความยาวคลื่น

ตามคำจำกัดความมาตรฐาน "ระยะห่างระหว่างจุดสูงสุดสองจุดติดต่อกัน (ยอด) หรือระหว่างจุดต่ำสุดสองจุดติดต่อกัน (ราง) เรียกว่า wavelength.”

เพียงแค่ระยะห่างระหว่างยอดบวกสองยอดหรือยอดลบสองยอดในทันทีนั้นไม่ได้เป็นอะไรนอกจากความยาวของคลื่นนั้น สามารถเรียกได้ว่าเป็นไฟล์Wavelength.

รูปต่อไปนี้แสดงรูปคลื่นเป็นระยะ wavelength (λ)และแอมพลิจูดแสดงอยู่ในรูป ยิ่งความถี่สูงเท่าใดความยาวคลื่นก็จะยิ่งน้อยลงและในทางกลับกัน

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์

สูตรสำหรับความยาวคลื่นคือ

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

ที่ไหน

• λ คือความยาวคลื่น

• c คือความเร็วแสง ($3 * 10^{8}$ เมตร / วินาที)

• f คือความถี่

หน่วย

ความยาวคลื่น λแสดงในหน่วยของความยาวเช่นเมตรฟุตหรือนิ้ว คำที่ใช้กันทั่วไปคือmeters.

การจับคู่ความต้านทาน

ตามคำจำกัดความมาตรฐาน "ค่าโดยประมาณของอิมพีแดนซ์ของเครื่องส่งเมื่อเท่ากับค่าโดยประมาณของอิมพีแดนซ์ของเครื่องรับหรือในทางกลับกันจะเรียกว่า Impedance matching.”

การจับคู่อิมพีแดนซ์เป็นสิ่งที่จำเป็นระหว่างเสาอากาศและวงจร ความต้านทานของเสาอากาศสายส่งและวงจรควรจะตรงกันmaximum power transfer เกิดขึ้นระหว่างเสาอากาศและเครื่องรับหรือเครื่องส่ง

ความจำเป็นของการจับคู่

อุปกรณ์เรโซแนนซ์เป็นอุปกรณ์หนึ่งที่ให้เอาต์พุตที่ดีกว่าในย่านความถี่แคบ ๆ เสาอากาศเป็นเช่นนั้นresonant devices ซึ่งหากจับคู่ความต้านทานจะให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่า

• พลังงานที่แผ่ออกมาจากเสาอากาศจะถูกแผ่ออกอย่างมีประสิทธิภาพหาก antenna impedance ตรงกับอิมพีแดนซ์ของพื้นที่ว่าง

• สำหรับ receiver antennaอิมพีแดนซ์ขาออกของเสาอากาศควรตรงกับอิมพีแดนซ์อินพุตของวงจรขยายตัวรับ

• สำหรับ transmitter antennaอิมพีแดนซ์อินพุตของเสาอากาศควรตรงกับอิมพีแดนซ์เอาท์พุตของเครื่องส่งสัญญาณพร้อมกับอิมพีแดนซ์ของสายส่ง

หน่วย

หน่วยของความต้านทาน (Z) คือ Ohms.

VSWR และพลังสะท้อนแสง

ตามคำจำกัดความมาตรฐาน“ อัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าสูงสุดต่อแรงดันไฟฟ้าต่ำสุดในคลื่นนิ่งเรียกว่า Voltage Standing Wave Ratio.”

หากอิมพีแดนซ์ของเสาอากาศสายส่งและวงจรไม่ตรงกันก็จะไม่สามารถแผ่พลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่พลังบางอย่างกลับสะท้อนกลับ

คุณสมบัติที่สำคัญคือ -

• คำที่ระบุความต้านทานไม่ตรงกันคือ VSWR.

• VSWRย่อมาจาก Voltage Standing Wave Ratio จะเรียกอีกอย่างว่าSWR.

• ยิ่งค่าอิมพีแดนซ์ไม่ตรงกันสูงเท่าไหร่ค่าก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น VSWR.

• ค่า VSWR ในอุดมคติควรเป็น 1: 1 สำหรับการแผ่รังสีที่มีประสิทธิภาพ

• พลังสะท้อนกลับคือพลังที่สูญเปล่าจากพลังส่งต่อ ทั้งพลังสะท้อนและ VSWR บ่งชี้สิ่งเดียวกัน

แบนด์วิดท์

ตามคำจำกัดความมาตรฐาน "แถบความถี่ในความยาวคลื่นที่ระบุไว้สำหรับการสื่อสารโดยเฉพาะเรียกว่า bandwidth.”

สัญญาณเมื่อส่งหรือรับจะกระทำในช่วงความถี่ ช่วงความถี่เฉพาะนี้ได้รับการจัดสรรให้เป็นสัญญาณเฉพาะเพื่อไม่ให้สัญญาณอื่น ๆ รบกวนการส่งสัญญาณ

• Bandwidth คือแถบความถี่ระหว่างความถี่ที่สูงขึ้นและต่ำกว่าที่สัญญาณจะถูกส่ง

• แบนด์วิดท์เมื่อจัดสรรแล้วผู้อื่นไม่สามารถใช้งานได้

• สเปกตรัมทั้งหมดถูกแบ่งออกเป็นแบนด์วิดท์เพื่อจัดสรรให้กับเครื่องส่งสัญญาณที่แตกต่างกัน

แบนด์วิดท์ที่เราเพิ่งพูดถึงสามารถเรียกได้ว่าเป็น Absolute Bandwidth.

เปอร์เซ็นต์แบนด์วิดท์

ตามคำจำกัดความมาตรฐาน“ อัตราส่วนของแบนด์วิดท์สัมบูรณ์ต่อความถี่กลางของแบนด์วิดท์นั้นสามารถเรียกได้ว่า percentage bandwidth.”

ความถี่เฉพาะภายในย่านความถี่ซึ่งความแรงของสัญญาณสูงสุดเรียกว่าเป็น resonant frequency. จะเรียกอีกอย่างว่าcenter frequency (fC) ของวงดนตรี

• ความถี่ที่สูงกว่าและต่ำกว่าจะแสดงเป็น f_H and f_L ตามลำดับ

• แบนด์วิดท์สัมบูรณ์ถูกกำหนดโดย - f_H - f_L.

• หากต้องการทราบว่าแบนด์วิดท์กว้างเพียงใดเช่นกัน fractional bandwidth หรือ percentage bandwidth จะต้องมีการคำนวณ

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์

Percentage bandwidth คำนวณเพื่อให้ทราบว่าการเปลี่ยนแปลงความถี่ของส่วนประกอบหรือระบบสามารถจัดการได้มากเพียงใด

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

ที่ไหน

• ${f_{H}}$ คือความถี่ที่สูงขึ้น

• ${f_{L}}$ คือความถี่ที่ต่ำกว่า

• ${f_{c}}$ คือความถี่กลาง

แบนด์วิดท์เปอร์เซ็นต์ที่สูงขึ้นจะเป็นแบนด์วิดท์ของช่องที่กว้างขึ้น

ความเข้มของรังสี

“Radiation intensity ถูกกำหนดให้เป็นกำลังต่อหน่วยมุมทึบ”

รังสีที่ปล่อยออกมาจากเสาอากาศซึ่งมีความเข้มข้นมากขึ้นในทิศทางใดทิศทางหนึ่งบ่งบอกถึงความเข้มสูงสุดของเสาอากาศนั้น การแผ่รังสีออกมาในระดับสูงสุดที่เป็นไปได้นั้นไม่มีอะไรนอกจากความเข้มของรังสี

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์

ความเข้มของการแผ่รังสีได้จากการคูณกำลังที่แผ่ออกมากับกำลังสองของระยะรัศมี

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

ที่ไหน

• U คือความเข้มของรังสี

• r คือระยะรัศมี

• W_rad คือพลังที่แผ่ออกมา

สมการข้างต้นแสดงถึงความเข้มของการแผ่รังสีของเสาอากาศ ฟังก์ชั่นของระยะรัศมียังระบุเป็นΦ.

หน่วย

หน่วยของความเข้มของรังสีคือ Watts/steradian หรือ Watts/radian².

ความเข้มของการแผ่รังสีของเสาอากาศมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับทิศทางของลำแสงที่โฟกัสและประสิทธิภาพของลำแสงไปยังทิศทางนั้น ในบทนี้ให้เราดูคำศัพท์ที่เกี่ยวข้องกับหัวข้อเหล่านี้

ทิศทาง

ตามคำจำกัดความมาตรฐาน“ อัตราส่วนของความเข้มรังสีสูงสุดของเสาอากาศของวัตถุต่อความเข้มของรังสีของเสาอากาศแบบไอโซโทรปิกหรือเสาอากาศอ้างอิงการแผ่พลังงานทั้งหมดเท่ากันเรียกว่า directivity.”

เสาอากาศแผ่พลัง แต่ทิศทางที่แผ่กระจายมีความสำคัญมาก เสาอากาศซึ่งมีการตรวจสอบประสิทธิภาพเรียกว่าsubject antenna.

มัน radiation intensityโฟกัสไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่งในขณะที่กำลังส่งหรือรับ ดังนั้นเสาอากาศจึงกล่าวได้ว่ามีdirectivity ในทิศทางนั้น ๆ

• อัตราส่วนของความเข้มของรังสีในทิศทางที่กำหนดจากเสาอากาศถึงความเข้มของรังสีโดยเฉลี่ยในทุกทิศทางเรียกว่าทิศทาง

• หากไม่ได้ระบุทิศทางนั้นไว้ทิศทางที่สังเกตความเข้มสูงสุดสามารถใช้เป็นทิศทางของเสาอากาศนั้นได้

• ทิศทางของเสาอากาศที่ไม่ใช่ไอโซทรอปิกจะเท่ากับอัตราส่วนของความเข้มของรังสีในทิศทางที่กำหนดกับความเข้มของรังสีของแหล่งกำเนิดไอโซทรอปิก

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์

กำลังการแผ่รังสีเป็นฟังก์ชันของตำแหน่งเชิงมุมและระยะรัศมีจากวงจร ดังนั้นจึงแสดงออกโดยพิจารณาทั้งสองข้อθ และ Ø.

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

ที่ไหน

• ${\phi(\theta,\phi)_{max}}$ คือความเข้มรังสีสูงสุดของเสาอากาศของวัตถุ

• ${\phi_{0}}$ คือความเข้มการแผ่รังสีของเสาอากาศแบบไอโซทรอปิก (เสาอากาศที่มีการสูญเสียเป็นศูนย์)

ประสิทธิภาพของรูรับแสง

ตามคำจำกัดความมาตรฐาน“Aperture efficiency ของเสาอากาศคืออัตราส่วนของพื้นที่การแผ่รังสีที่มีประสิทธิภาพ (หรือพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพ) กับพื้นที่ทางกายภาพของรูรับแสง”

เสาอากาศมีรูรับแสงที่พลังงานถูกแผ่ออกไป รังสีนี้ควรมีประสิทธิภาพโดยมีการสูญเสียน้อยที่สุด ควรคำนึงถึงพื้นที่ทางกายภาพของรูรับแสงด้วยเนื่องจากประสิทธิภาพของการแผ่รังสีขึ้นอยู่กับพื้นที่ของรูรับแสงทางกายภาพบนเสาอากาศ

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์สำหรับประสิทธิภาพของรูรับแสงมีดังนี้ -

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

ที่ไหน

• $\varepsilon_{A}$ คือประสิทธิภาพของรูรับแสง

• ${A_{eff}}$ เป็นพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพ

• ${A_{p}}$ เป็นพื้นที่ทางกายภาพ

ประสิทธิภาพของเสาอากาศ

ตามคำจำกัดความมาตรฐาน“Antenna Efficiency คืออัตราส่วนของกำลังการแผ่รังสีของเสาอากาศต่อกำลังไฟฟ้าเข้าที่เสาอากาศยอมรับ”

เสาอากาศหมายถึงการแผ่พลังงานที่ได้รับจากอินพุตโดยมีการสูญเสียน้อยที่สุด ประสิทธิภาพของเสาอากาศอธิบายว่าเสาอากาศสามารถส่งสัญญาณได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยมีการสูญเสียน้อยที่สุดในสายส่ง

สิ่งนี้เรียกว่าเป็น Radiation Efficiency Factor ของเสาอากาศ

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์สำหรับประสิทธิภาพของเสาอากาศแสดงไว้ด้านล่าง -

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

ที่ไหน

• $\eta_{e}$คือประสิทธิภาพของเสาอากาศ

• ${P_{rad}}$ คือพลังที่แผ่ออกมา

• ${P_{input}}$ คือกำลังอินพุตสำหรับเสาอากาศ

กำไร

ตามคำจำกัดความมาตรฐาน“Gain ของเสาอากาศคืออัตราส่วนของความเข้มของรังสีในทิศทางที่กำหนดกับความเข้มของรังสีที่จะได้รับหากพลังงานที่เสาอากาศยอมรับได้ถูกแผ่ออกไปแบบไอโซทรอปิก”

เพียงแค่กำไรของเสาอากาศจะพิจารณาทิศทางของเสาอากาศควบคู่ไปกับประสิทธิภาพที่มีประสิทธิภาพ หากพลังงานที่เสาอากาศยอมรับได้ถูกแผ่ออกไปแบบไอโซทรอปิก (นั่นหมายถึงในทุกทิศทาง) ความเข้มของรังสีที่เราได้รับสามารถนำมาเป็นค่าอ้างอิงได้

• ระยะ antenna gain อธิบายว่ากำลังส่งไปในทิศทางของการแผ่รังสีสูงสุดไปยังแหล่งกำเนิดไอโซโทรปิก

• Gain มักจะวัดเป็น dB.

• ซึ่งแตกต่างจากทิศทางตรงการเพิ่มของเสาอากาศจะคำนึงถึงความสูญเสียที่เกิดขึ้นด้วยและด้วยเหตุนี้จึงมุ่งเน้นไปที่ประสิทธิภาพ

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์

สมการกำไร G เป็นดังแสดงด้านล่าง

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

ที่ไหน

• G คือกำไรของเสาอากาศ

• $\eta_{e}$คือประสิทธิภาพของเสาอากาศ

• D คือทิศทางของเสาอากาศ

หน่วย

หน่วยของกำไรคือ decibels หรือเพียงแค่ dB.

หลังจากพารามิเตอร์เสาอากาศที่กล่าวถึงในบทที่แล้วหัวข้อที่สำคัญอีกประการหนึ่งที่ต้องพิจารณาคือเขตข้อมูลใกล้และพื้นที่สนามไกลของเสาอากาศ

ความเข้มของรังสีเมื่อวัดใกล้เสาอากาศแตกต่างจากสิ่งที่อยู่ห่างจากเสาอากาศ แม้ว่าพื้นที่จะอยู่ห่างจากเสาอากาศ แต่ก็ถือว่ามีประสิทธิภาพเนื่องจากความเข้มของรังสียังคงสูงอยู่

ใกล้สนาม

ฟิลด์ซึ่งอยู่ใกล้กับเสาอากาศเรียกว่าเป็น near-field. มันมีผลแบบอุปนัยดังนั้นจึงเรียกอีกอย่างว่าinductive fieldแม้ว่าจะมีส่วนประกอบของรังสีอยู่บ้าง

สนามไกล

ฟิลด์ซึ่งอยู่ห่างจากเสาอากาศเรียกว่าเป็น far-field. จะเรียกอีกอย่างว่าradiation fieldเนื่องจากผลของรังสีอยู่ในระดับสูงในบริเวณนี้ พารามิเตอร์เสาอากาศจำนวนมากพร้อมกับทิศทางของเสาอากาศและรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศจะพิจารณาในภูมิภาคนี้เท่านั้น

รูปแบบฟิลด์

การแจกแจงสนามสามารถหาปริมาณได้ในแง่ของความเข้มของสนามเรียกว่ารูปแบบสนาม นั่นหมายความว่าพลังงานที่แผ่ออกมาจากเสาอากาศเมื่อวางแผนจะแสดงในรูปของสนามไฟฟ้า E (v / m) ดังนั้นจึงเป็นที่รู้จักกันในชื่อfield pattern. ถ้าเป็นปริมาณในรูปของกำลัง (W) จะเรียกว่าpower pattern.

การกระจายแบบกราฟิกของสนามหรือพลังงานที่แผ่ออกมาจะเป็นหน้าที่ของ

• มุมเชิงพื้นที่ (θ, Ø) สำหรับระยะไกล

• มุมเชิงพื้นที่ (θ, Ø) และระยะรัศมี (r) สำหรับสนามใกล้

สามารถเข้าใจการกระจายของพื้นที่สนามใกล้และไกลได้ด้วยความช่วยเหลือของแผนภาพ

รูปแบบฟิลด์สามารถจำแนกได้เป็น -

• Reactive near-field region และ Radiating near-field region - ทั้งสองเรียกว่าฟิลด์ใกล้

• แผ่ขยายพื้นที่ไกลออกไป - เรียกง่ายๆว่าสนามไกล

สนามซึ่งอยู่ใกล้กับเสาอากาศมากคือ reactive near field หรือ non-radiative fieldโดยที่รังสีไม่โดดเด่น ภูมิภาคถัดจากนั้นสามารถเรียกได้ว่าเป็นradiating near field หรือ Fresnel’s field เนื่องจากรังสีมีอิทธิพลเหนือกว่าและการกระจายสนามเชิงมุมขึ้นอยู่กับระยะทางกายภาพจากเสาอากาศ

ภูมิภาคถัดไปคือ radiating far-fieldภูมิภาค. ในภูมิภาคนี้การกระจายสนามไม่ขึ้นอยู่กับระยะห่างจากเสาอากาศ รูปแบบการแผ่รังสีที่มีประสิทธิภาพพบได้ในภูมิภาคนี้

การแผ่รังสีเป็นคำที่ใช้เพื่อแสดงถึงการปล่อยหรือการรับคลื่นด้านหน้าที่เสาอากาศโดยระบุความแรง ในภาพประกอบใด ๆ ภาพร่างที่วาดขึ้นเพื่อแสดงถึงการแผ่รังสีของเสาอากาศคือของมันradiation pattern. เราสามารถเข้าใจการทำงานและทิศทางของเสาอากาศได้โดยดูที่รูปแบบการแผ่รังสีของมัน

พลังงานเมื่อแผ่ออกจากเสาอากาศมีผลในพื้นที่สนามใกล้และไกล

• ภาพกราฟิกสามารถพล็อตตามหน้าที่ของรังสีได้ angular position และ radial distance จากเสาอากาศ

• นี่คือฟังก์ชันทางคณิตศาสตร์ของคุณสมบัติการแผ่รังสีของเสาอากาศที่แสดงเป็นฟังก์ชันของพิกัดทรงกลม E (θ, Ø) และ H (θ, Ø)

รูปแบบการแผ่รังสี

พลังงานที่แผ่โดยเสาอากาศแสดงโดย Radiation patternของเสาอากาศ รูปแบบการแผ่รังสีคือการแสดงแผนภาพของการกระจายของพลังงานที่แผ่ออกไปในอวกาศโดยเป็นหน้าที่ของทิศทาง

ให้เราดูรูปแบบของการแผ่รังสีพลังงาน

รูปที่ระบุด้านบนแสดงรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศไดโพล พลังงานที่แผ่ออกมาจะแสดงโดยรูปแบบที่วาดในทิศทางเฉพาะ ลูกศรแสดงทิศทางของรังสี

รูปแบบการแผ่รังสีอาจเป็นรูปแบบสนามหรือรูปแบบพลังงาน

• field patternsถูกพล็อตเป็นฟังก์ชันของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก มีการวางแผนในมาตราส่วนลอการิทึม

• power patternsพล็อตเป็นฟังก์ชันของกำลังสองของขนาดของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก มีการพล็อตบนลอการิทึมหรือโดยทั่วไปในมาตราส่วน dB

รูปแบบการฉายรังสีในรูปแบบ 3 มิติ

รูปแบบการแผ่รังสีเป็นรูปสามมิติและแสดงในพิกัดทรงกลม (r, θ, Φ) โดยสมมติว่ามีต้นกำเนิดที่ศูนย์กลางของระบบพิกัดทรงกลม ดูเหมือนว่ารูปต่อไปนี้ -

รูปที่กำหนดเป็นรูปแบบการแผ่รังสีสามมิติสำหรับ Omni directional pattern. สิ่งนี้บ่งบอกถึงพิกัดทั้งสามอย่างชัดเจน (x, y, z)

รูปแบบการแผ่รังสีใน 2 มิติ

รูปแบบสองมิติสามารถหาได้จากรูปแบบสามมิติโดยแบ่งเป็นระนาบแนวนอนและแนวตั้ง รูปแบบผลลัพธ์เหล่านี้เรียกว่าHorizontal pattern และ Vertical pattern ตามลำดับ

ตัวเลขแสดงรูปแบบการแผ่รังสีรอบทิศทางในระนาบ H และ V ตามที่อธิบายไว้ข้างต้น ระนาบ H หมายถึงรูปแบบแนวนอนในขณะที่ระนาบ V แสดงถึงรูปแบบแนวตั้ง

การก่อตัวของกลีบ

ในการแสดงรูปแบบการแผ่รังสีเรามักจะเจอรูปร่างที่แตกต่างกันซึ่งบ่งบอกถึงพื้นที่การแผ่รังสีหลักและรองซึ่ง radiation efficiency ของเสาอากาศเป็นที่รู้จัก

เพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้นให้พิจารณารูปต่อไปนี้ซึ่งแสดงถึงรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศไดโพล

รูปแบบการแผ่รังสีมีกลีบหลักกลีบข้างและกลีบหลัง

• ส่วนสำคัญของสนามรังสีซึ่งครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่คือ main lobe หรือ major lobe. นี่คือส่วนที่มีพลังงานที่แผ่ออกมาสูงสุด ทิศทางของกลีบนี้บ่งบอกทิศทางของเสาอากาศ

• ส่วนอื่น ๆ ของรูปแบบที่มีการกระจายรังสีวอร์ดด้านข้างเรียกว่า side lobes หรือ minor lobes. เหล่านี้เป็นพื้นที่ที่สูญเสียพลังงาน

• มีกลีบอื่น ๆ ซึ่งอยู่ตรงข้ามกับทิศทางของกลีบหลัก เป็นที่รู้จักกันในชื่อback lobeซึ่งเป็นพูเล็ก ๆ พลังงานจำนวนมากสูญเปล่าแม้แต่ที่นี่

ตัวอย่าง

หากเสาอากาศที่ใช้ในระบบเรดาร์สร้างแฉกด้านข้างการติดตามเป้าหมายจะยากมาก เนื่องจากเป้าหมายเท็จถูกระบุโดยแฉกด้านข้างเหล่านี้ การสืบหาตัวจริงและการระบุตัวปลอมเป็นเรื่องยุ่งยาก ดังนั้นelimination ของเหล่านี้ side lobes เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและประหยัดพลังงาน

วิธีการรักษา

พลังงานที่แผ่ออกมาซึ่งกำลังสูญเสียไปในรูปแบบดังกล่าวจำเป็นต้องถูกนำมาใช้ หากกลีบเล็ก ๆ เหล่านี้ถูกกำจัดและพลังงานนี้ถูกเบี่ยงเบนไปในทิศทางเดียว (นั่นคือไปยังกลีบหลัก) ดังนั้นdirectivity ของเสาอากาศเพิ่มขึ้นซึ่งนำไปสู่ประสิทธิภาพที่ดีขึ้นของเสาอากาศ

ประเภทของรูปแบบการแผ่รังสี

รูปแบบการแผ่รังสีที่พบบ่อย ได้แก่ -

• รูปแบบรอบทิศทาง (เรียกอีกอย่างว่ารูปแบบไม่มีทิศทาง): รูปแบบมักจะมีรูปร่างโดนัทในมุมมองสามมิติ อย่างไรก็ตามในมุมมองสองมิติจะสร้างรูปแบบตัวเลขแปด

• รูปแบบลำแสงดินสอ - ลำแสงมีรูปแบบรูปดินสอทิศทางที่คมชัด

• รูปแบบคานพัดลม - คานมีรูปแบบรูปพัด

• รูปแบบลำแสงรูป - ลำแสงซึ่งไม่สม่ำเสมอและไม่มีลวดลายเรียกว่าลำแสงรูปทรง

จุดอ้างอิงสำหรับรังสีทุกประเภทนี้คือรังสีไอโซทรอปิก สิ่งสำคัญคือต้องพิจารณารังสีไอโซทรอปิกแม้ว่าจะไม่สามารถใช้งานได้จริง

ในบทที่แล้วเราได้ผ่านรูปแบบการแผ่รังสีไปแล้ว เพื่อให้มีการวิเคราะห์ที่ดีขึ้นเกี่ยวกับการแผ่รังสีของเสาอากาศจำเป็นต้องมีจุดอ้างอิง การแผ่รังสีของเสาอากาศไอโซทรอปิกจะเติมเต็มช่องว่างนี้

คำจำกัดความ

Isotropic radiation คือการแผ่รังสีจากแหล่งกำเนิดจุดซึ่งแผ่กระจายอย่างสม่ำเสมอในทุกทิศทางโดยมีความเข้มเท่ากันโดยไม่คำนึงถึงทิศทางของการวัด

การปรับปรุงรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศจะประเมินโดยใช้รังสีไอโซทรอปิกของสายอากาศนั้นเสมอ หากรังสีเท่ากันในทุกทิศทางจะเรียกว่าisotropic radiation.

• แหล่งที่มาของจุดเป็นตัวอย่างของหม้อน้ำไอโซโทรปิก อย่างไรก็ตามการแผ่รังสีไอโซทรอปิกนี้เป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติเนื่องจากเสาอากาศทุกอันแผ่พลังงานออกมาพร้อมกับทิศทางบางอย่าง

• รังสีไอโซทรอปิกคืออะไร แต่ Omni-directional radiation.

• มีรูปแบบรูปโดนัทเมื่อดูในแบบ 3 มิติและรูปแบบตัวเลขแปดเมื่อดูในแบบ 2 มิติ

ตัวเลขที่ให้ไว้ข้างต้นแสดงรูปแบบการแผ่รังสีของรูปแบบไอโซโทรปิกหรือแบบรอบทิศทาง รูปที่ 1 แสดงรูปแบบรูปโดนัทในแบบ 3 มิติและรูปที่ 2 แสดงรูปแบบตัวเลขแปดใน 2 มิติ

กำไร

ไอโซทรอปิกหม้อน้ำมีค่าเอกภาพซึ่งหมายถึงการมีอัตราขยาย 1 ในทุกทิศทาง ในแง่ของ dB สามารถเรียกได้ว่าเป็นกำไร 0dB (การสูญเสียเป็นศูนย์)

กำลังการแผ่รังสีไอโซโทปเทียบเท่า

ตามคำจำกัดความมาตรฐาน "ปริมาณพลังงานที่เสาอากาศแบบไอโซทรอปิคัลแผ่ออกไปเพื่อสร้างความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าสูงสุดที่สังเกตได้ในทิศทางของการรับสายอากาศสูงสุดเรียกว่า Equivalent Isotropic Radiated Power.”

หากพลังงานที่แผ่ออกมาของเสาอากาศถูกทำให้มีสมาธิไปที่ด้านใดด้านหนึ่งหรือทิศทางใดทิศทางหนึ่งโดยที่รังสีนั้นเทียบเท่ากับกำลังการแผ่รังสีไอโซโทรปิกของเสาอากาศรังสีดังกล่าวจะเรียกว่า EIRP นั่นคือกำลังการแผ่รังสีไอโซโทรปิกเทียบเท่า

กำไร

แม้ว่ารังสีไอโซทรอปิกจะเป็นเพียงแค่จินตนาการ แต่ก็เป็นเสาอากาศที่ดีที่สุดที่สามารถให้ได้ การเพิ่มของเสาอากาศดังกล่าวจะเป็น 3dBi โดยที่ 3dB เป็นปัจจัย 2 และ 'i' หมายถึงปัจจัยของสภาวะไอโซทรอปิก

หากการแผ่รังสีถูกโฟกัสในบางมุม EIRP จะเพิ่มขึ้นพร้อมกับอัตราขยายของเสาอากาศ การรับเสาอากาศทำได้ดีที่สุดโดยการโฟกัสเสาอากาศในทิศทางที่แน่นอน

พลังการแผ่รังสีที่มีประสิทธิภาพ

หากกำลังการแผ่รังสีคำนวณโดยใช้ไดโพลครึ่งคลื่นเป็นตัวอ้างอิงแทนที่จะเป็นเสาอากาศแบบไอโซทรอปิกก็สามารถเรียกได้ว่าเป็น ERP (Effective Radiated Power).

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

หากรู้จัก EIRP ก็สามารถคำนวณ ERP ได้จากสูตรที่ให้ไว้ด้านบน

บทนี้เกี่ยวข้องกับพารามิเตอร์ของลำแสงที่แผ่ออกมาของเสาอากาศ พารามิเตอร์เหล่านี้ช่วยให้เราทราบเกี่ยวกับข้อกำหนดของลำแสง

พื้นที่ลำแสง

ตามคำจำกัดความมาตรฐาน "พื้นที่ลำแสงคือมุมทึบซึ่งพลังงานทั้งหมดที่แผ่ออกมาจากเสาอากาศจะสตรีมหาก P (θ, Ø) รักษาค่าสูงสุดไว้ที่Ω _Aและเป็นศูนย์ที่อื่น"

ลำแสงที่แผ่ออกของเสาอากาศออกมาจากมุมที่เสาอากาศเรียกว่ามุมทึบซึ่งความเข้มของการแผ่รังสีกำลังสูงสุด นี้solid beam angle เรียกว่า beam area. มันแสดงโดยΩ_A.

ควรรักษาความเข้มของรังสี P (θ, Ø) ให้คงที่และสูงสุดตลอดมุมลำแสงทึบΩ _Aค่าของมันจะเป็นศูนย์ที่อื่น

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

มุมลำแสงคือชุดของมุมระหว่างจุดกำลังครึ่งหนึ่งของกลีบหลัก

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์สำหรับพื้นที่ลำแสงคือ

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

ที่ไหน

• $\Omega_{A}$ คือมุมลำแสงทึบ
• $\theta$ คือฟังก์ชันของตำแหน่งเชิงมุม
• $\Phi$ คือฟังก์ชันของระยะรัศมี

หน่วย

หน่วยของพื้นที่ลำแสงคือ watts.

ประสิทธิภาพของลำแสง

ตามคำจำกัดความมาตรฐาน“ The beam efficiency ระบุอัตราส่วนของพื้นที่ลำแสงของลำแสงหลักต่อพื้นที่ลำแสงทั้งหมดที่แผ่ออกมา”

พลังงานเมื่อแผ่ออกจากเสาอากาศจะถูกฉายตามทิศทางของเสาอากาศ ทิศทางที่เสาอากาศแผ่พลังงานออกไปมีประสิทธิภาพสูงสุดในขณะที่พลังงานบางส่วนหายไปในแฉกด้านข้าง พลังงานสูงสุดที่แผ่ออกมาจากลำแสงโดยมีการสูญเสียต่ำสุดสามารถเรียกได้ว่าเป็นbeam efficiency.

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์สำหรับประสิทธิภาพของลำแสงคือ -

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

ที่ไหน

• $\eta_{B}$ คือประสิทธิภาพของลำแสง
• $\Omega_{MB}$ คือพื้นที่ลำแสงของคานหลัก
• $\Omega_{A}$ คือมุมลำแสงทึบทั้งหมด (พื้นที่ลำแสง)

เสาอากาศโพลาไรซ์

เสาอากาศสามารถโพลาไรซ์ขึ้นอยู่กับความต้องการของเรา สามารถเป็นโพลาไรซ์เชิงเส้นหรือโพลาไรซ์แบบวงกลม ประเภทของโพลาไรเซชันของเสาอากาศจะกำหนดรูปแบบของลำแสงและโพลาไรซ์ที่ส่วนรับหรือส่ง

โพลาไรซ์เชิงเส้น

เมื่อมีการส่งหรือรับคลื่นอาจทำได้ในทิศทางที่ต่างกัน linear polarizationของเสาอากาศช่วยในการรักษาคลื่นในทิศทางเฉพาะหลีกเลี่ยงทิศทางอื่น ๆ ทั้งหมด แม้ว่าจะใช้โพลาไรซ์เชิงเส้นนี้ แต่เวกเตอร์สนามไฟฟ้ายังคงอยู่ในระนาบเดียวกัน ดังนั้นเราจึงใช้โพลาไรเซชันเชิงเส้นนี้เพื่อปรับปรุงdirectivity ของเสาอากาศ

โพลาไรซ์แบบวงกลม

เมื่อคลื่นมีโพลาไรซ์แบบวงกลมเวกเตอร์สนามไฟฟ้าดูเหมือนจะหมุนโดยที่ส่วนประกอบทั้งหมดจะหลุดแนว โหมดการหมุนอาจแตกต่างกันในบางครั้ง อย่างไรก็ตามโดยใช้circular polarizationผลกระทบของหลายเส้นทางจะลดลงและด้วยเหตุนี้จึงใช้ในการสื่อสารผ่านดาวเทียมเช่น GPS.

โพลาไรซ์แนวนอน

โพลาไรซ์แนวนอนทำให้คลื่นอ่อนลงเนื่องจากการสะท้อนจากพื้นผิวโลกกระทบกับคลื่นดังกล่าว พวกเขามักจะอ่อนแอที่ความถี่ต่ำต่ำกว่า 1GHzHorizontal polarization ใช้ในการส่งไฟล์ TV signals เพื่อให้ได้อัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนที่ดีขึ้น

โพลาไรซ์แนวตั้ง

คลื่นโพลาไรซ์ในแนวตั้งความถี่ต่ำมีประโยชน์สำหรับการส่งคลื่นพื้นดิน สิ่งเหล่านี้ไม่ได้รับผลกระทบจากการสะท้อนของพื้นผิวเช่นเดียวกับการโพลาไรซ์แนวนอน ดังนั้นvertical polarization ใช้สำหรับ mobile communications.

โพลาไรซ์แต่ละประเภทมีข้อดีและข้อเสียของตัวเอง ผู้ออกแบบระบบ RF มีอิสระในการเลือกประเภทของโพลาไรซ์ตามความต้องการของระบบ

ในบทนี้เราจะพูดถึงปัจจัยสำคัญอีกประการหนึ่งในรูปแบบการแผ่รังสีของสายอากาศหรือที่เรียกว่า beam width. ในรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศกลีบหลักคือลำแสงหลักของเสาอากาศที่พลังงานสูงสุดและคงที่ที่แผ่กระจายโดยสายอากาศ

Beam widthคือมุมของรูรับแสงจากจุดที่พลังงานส่วนใหญ่ถูกแผ่ออกไป ข้อพิจารณาหลักสองประการเกี่ยวกับความกว้างของลำแสงนี้คือ Half Power Beam Width(HPBW) และความกว้างของลำแสง Null แรก (FNBW).

ความกว้างของลำแสงครึ่งกำลัง

ตามคำจำกัดความมาตรฐาน "การแยกเชิงมุมซึ่งขนาดของรูปแบบการแผ่รังสีลดลง 50% (หรือ -3dB) จากจุดสูงสุดของลำแสงหลักคือ Half Power Beam Width.”

กล่าวอีกนัยหนึ่งความกว้างของลำแสงคือพื้นที่ที่พลังงานส่วนใหญ่ถูกแผ่ออกไปซึ่งเป็นพลังงานสูงสุด Half power beam width คือมุมที่กำลังสัมพัทธ์มากกว่า 50% ของกำลังสูงสุดในสนามการแผ่รังสีที่มีประสิทธิภาพของเสาอากาศ

บ่งชี้ของ HPBW

เมื่อลากเส้นระหว่างจุดกำเนิดของรูปแบบการแผ่รังสีและจุดพลังครึ่งบนกลีบหลักทั้งสองด้านมุมระหว่างเวกเตอร์ทั้งสองจะถูกเรียกว่า HPBWความกว้างของลำแสงครึ่งหนึ่ง สิ่งนี้สามารถเข้าใจได้ดีด้วยความช่วยเหลือของแผนภาพต่อไปนี้

รูปแสดงจุดไฟครึ่งหนึ่งที่กลีบหลักและ HPBW

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์สำหรับความกว้างของคานกำลังครึ่งหนึ่งคือ -

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

ที่ไหน

• $\lambda$ คือความยาวคลื่น (λ = 0.3 / ความถี่)

• D คือเส้นผ่านศูนย์กลาง

หน่วย

หน่วยของ HPBW คือ radians หรือ degrees.

ความกว้างของลำแสง Null แรก

ตามคำจำกัดความมาตรฐาน "ช่วงเชิงมุมระหว่างโมฆะรูปแบบแรกที่อยู่ติดกับกลีบหลักเรียกว่า First Null Beam Width.”

FNBW คือการแยกเชิงมุมซึ่งยกมาจากลำแสงหลักซึ่งวาดระหว่างจุดว่างของรูปแบบการแผ่รังสีบนกลีบหลัก

ข้อบ่งชี้ของ FNBW

วาดเส้นสัมผัสทั้งสองด้านโดยเริ่มจากจุดกำเนิดของรูปแบบการแผ่รังสีสัมผัสกับลำแสงหลัก มุมระหว่างเส้นสัมผัสทั้งสองนี้เรียกว่า First Null Beam Width(FNBW).

สิ่งนี้สามารถเข้าใจได้ดีขึ้นด้วยความช่วยเหลือของแผนภาพต่อไปนี้

ภาพด้านบนแสดงความกว้างของลำแสงกำลังครึ่งและความกว้างของลำแสงว่างแรกโดยทำเครื่องหมายในรูปแบบการแผ่รังสีพร้อมกับแฉกเล็กและใหญ่

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์ของ First Null Beam Width คือ

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

ที่ไหน

• $\lambda$ คือความยาวคลื่น (λ = 0.3 / ความถี่)
• D คือเส้นผ่านศูนย์กลาง

หน่วย

หน่วยของ FNBW คือ radians หรือ degrees.

ความยาวที่มีประสิทธิภาพและพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพ

ในบรรดาพารามิเตอร์เสาอากาศความยาวที่มีประสิทธิภาพและพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพก็มีความสำคัญเช่นกัน พารามิเตอร์เหล่านี้ช่วยให้เราทราบเกี่ยวกับประสิทธิภาพของเสาอากาศ

ความยาวที่มีประสิทธิภาพ

ความยาวของเสาอากาศใช้เพื่อกำหนดประสิทธิภาพการโพลาไรซ์ของเสาอากาศ

Definition-“ Effective length คืออัตราส่วนของขนาดของแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วเปิดของเสาอากาศรับกับขนาดของความแรงสนามของด้านหน้าคลื่นตกกระทบในทิศทางเดียวกันของโพลาไรซ์ของเสาอากาศ”

เมื่อคลื่นตกกระทบมาถึงขั้วอินพุตของเสาอากาศคลื่นนี้จะมีความแรงของสนามซึ่งขนาดจะขึ้นอยู่กับโพลาไรซ์ของเสาอากาศ โพลาไรซ์นี้ควรตรงกับขนาดของแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วรับ

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์สำหรับความยาวที่มีประสิทธิภาพคือ -

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

ที่ไหน

• $l_{e}$ คือความยาวที่มีประสิทธิภาพ

• $V_{oc}$ คือแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด

• $E_{i}$ คือความแรงของสนามของคลื่นที่ตกกระทบ

พื้นที่ที่มีประสิทธิภาพ

Definition -“Effective area คือพื้นที่ของเสาอากาศรับซึ่งดูดพลังงานส่วนใหญ่จากด้านหน้าคลื่นขาเข้าไปยังพื้นที่ทั้งหมดของเสาอากาศซึ่งสัมผัสกับคลื่นด้านหน้า”

พื้นที่ทั้งหมดของเสาอากาศในขณะที่รับจะเผชิญหน้ากับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เข้ามาในขณะที่มีเพียงบางส่วนของเสาอากาศเท่านั้นที่รับสัญญาณหรือที่เรียกว่า effective area.

ใช้เพียงบางส่วนของหน้าคลื่นที่ได้รับเนื่องจากคลื่นบางส่วนกระจัดกระจายในขณะที่บางส่วนกระจายไปเป็นความร้อน ดังนั้นหากไม่คำนึงถึงความสูญเสียพื้นที่ซึ่งใช้พลังงานสูงสุดที่ได้รับไปยังพื้นที่จริงจึงสามารถเรียกได้ว่าเป็นeffective area.

พื้นที่ที่มีประสิทธิภาพแสดงโดย $A_{eff}$.

เสาอากาศสามารถใช้เป็นทั้งเสาอากาศส่งและเสาอากาศรับ ขณะใช้งานเราอาจเจอคำถามว่าคุณสมบัติของเสาอากาศอาจเปลี่ยนไปหรือไม่เมื่อโหมดการทำงานเปลี่ยนไป โชคดีที่เราไม่จำเป็นต้องกังวลเกี่ยวกับเรื่องนี้ คุณสมบัติของเสาอากาศที่ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้เรียกว่าเป็นคุณสมบัติของreciprocity.

คุณสมบัติภายใต้ความสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน

คุณสมบัติของเสาอากาศส่งและรับสัญญาณที่แสดงความสัมพันธ์กันคือ -

• ความเท่าเทียมกันของรูปแบบทิศทาง
• ความเท่าเทียมกันของคำสั่ง
• ความเท่าเทียมกันของความยาวที่มีประสิทธิภาพ
• ความเท่าเทียมกันของอิมพีแดนซ์ของเสาอากาศ

ให้เราดูว่ามีการใช้งานอย่างไร

ความเท่าเทียมกันของรูปแบบทิศทาง

radiation pattern ของเสาอากาศส่ง 1 ซึ่งส่งไปยังเสาอากาศรับ 2 เท่ากับรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศ 2 ถ้าส่งและเสาอากาศ 1 รับสัญญาณ

ความเท่าเทียมกันของคำสั่ง

Directivity จะเหมือนกันสำหรับเสาอากาศส่งและรับถ้าค่าของทิศทางเหมือนกันสำหรับทั้งสองกรณีกล่าวคือทิศทางจะเหมือนกันไม่ว่าจะคำนวณจากกำลังส่งของเสาอากาศหรือกำลังรับของเสาอากาศ

ความเท่าเทียมกันของความยาวที่มีประสิทธิภาพ

ค่ารูรับแสงสูงสุดที่ใช้งานจริงจะเหมือนกันสำหรับทั้งเสาอากาศส่งและรับ Equality ใน lengths ของเสาอากาศทั้งส่งและรับจะถูกรักษาตามค่าของความยาวคลื่น

ความเท่าเทียมกันในความต้านทานของเสาอากาศ

อิมพีแดนซ์เอาต์พุตของเสาอากาศส่งและอิมพีแดนซ์อินพุตของเสาอากาศรับมีค่าเท่ากันในการสื่อสารที่มีประสิทธิภาพ

คุณสมบัติเหล่านี้จะไม่เปลี่ยนแปลงแม้ว่าจะใช้เสาอากาศเดียวกันเป็นเครื่องส่งหรือเป็นเครื่องรับ ดังนั้นproperty of reciprocity ตามมา

เสาอากาศแผ่พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อส่งหรือรับข้อมูล ดังนั้นข้อกำหนดEnergy และ Powerเกี่ยวข้องกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเหล่านี้และเราต้องพูดคุยกัน คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีทั้งสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก

พิจารณาคลื่นในช่วงเวลาใดก็ได้ซึ่งสามารถดูได้ทั้งในเวกเตอร์ รูปต่อไปนี้แสดงการแสดงส่วนประกอบของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

คลื่นไฟฟ้าอยู่ในแนวตั้งต่อการแพร่กระจายของคลื่น EM ในขณะที่คลื่นแม่เหล็กอยู่ในแนวนอน ทั้งสองช่องอยู่ในมุมฉากซึ่งกันและกัน

เวกเตอร์ Poynting

เวกเตอร์ Poynting อธิบายพลังงานของคลื่น EM ต่อหน่วยเวลาต่อหน่วยพื้นที่ ณ เวลาใดเวลาหนึ่ง John Henry Poynting ได้รับเวกเตอร์นี้ครั้งแรกในปี 1884 และด้วยเหตุนี้จึงตั้งชื่อตามเขา

Definition - "เวกเตอร์ Poynting ให้อัตราการถ่ายเทพลังงานต่อหน่วยพื้นที่"

หรือ

“ พลังงานที่คลื่นนำพาต่อหน่วยเวลาต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ได้รับจากเวกเตอร์ Poynting”

เวกเตอร์ Poynting แสดงด้วย Ŝ.

หน่วย

หน่วย SI ของเวกเตอร์ Poynting คือ W/m².

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์

ปริมาณที่ใช้ในการอธิบายพลังที่เกี่ยวข้องกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านั้นเกิดขึ้นทันที Poynting vectorซึ่งกำหนดเป็น

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

ที่ไหน

• $\hat{S}$ คือเวกเตอร์ Poynting ที่เกิดขึ้นทันที (W/m²).

• $\hat{E}$ คือความเข้มของสนามไฟฟ้าทันที (V/m).

• $\hat{H}$ คือความเข้มของสนามแม่เหล็กทันที (A/m).

จุดสำคัญที่ต้องสังเกตคือขนาดของ E มากกว่า H ภายในคลื่น EM อย่างไรก็ตามทั้งสองมีส่วนให้พลังงานเท่ากัน Ŝคือเวกเตอร์ซึ่งมีทั้งทิศทางและขนาด ทิศทางของŜเหมือนกับความเร็วของคลื่น ขนาดของมันขึ้นอยู่กับ E และ H.

ที่มาของ Poynting Vector

เพื่อให้มีแนวคิดที่ชัดเจนเกี่ยวกับเวกเตอร์ Poynting ให้เราพิจารณาการหาที่มาของเวกเตอร์ Poynting นี้ในกระบวนการทีละขั้นตอน

ให้เรานึกภาพว่าคลื่น EM ผ่านพื้นที่ (A) ที่ตั้งฉากกับแกน X ตามที่คลื่นเคลื่อนที่ ในขณะที่ผ่าน A ในเวลาที่น้อยที่สุด (dt) คลื่นจะเดินทางเป็นระยะทาง (dx)

$$dx = C\ dt$$

ที่ไหน

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

ดังนั้นพลังงานที่ถ่ายโอนในเวลา (dt) ต่อพื้นที่ (A) คือ -

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

ตั้งแต่

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

ตั้งแต่

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

Ŝ หมายถึงเวกเตอร์ Poynting

สมการข้างต้นให้พลังงานต่อหน่วยเวลาต่อหน่วยพื้นที่ ณ เวลาใดเวลาหนึ่งซึ่งเรียกว่าเป็น Poynting vector.

ต้องจัดประเภทเสาอากาศเพื่อให้เข้าใจโครงสร้างทางกายภาพและการทำงานได้ชัดเจนยิ่งขึ้น เสาอากาศมีหลายประเภทขึ้นอยู่กับการใช้งานแอพพลิเคชั่น

ประเภทของเสาอากาศ	ตัวอย่าง	การใช้งาน
สายอากาศ	เสาอากาศ Dipole, เสาอากาศ Monopole, เสาอากาศ Helix, เสาอากาศ Loop	การใช้งานส่วนบุคคลอาคารเรือรถยนต์งานฝีมืออวกาศ
เสาอากาศรูรับแสง	ท่อนำคลื่น (เปิด) เสาอากาศฮอร์น	แอพพลิเคชั่นแบบติดตั้งบนอากาศยานอวกาศยานอวกาศ
เสาอากาศสะท้อนแสง	ตัวสะท้อนแสงแบบพาราโบลาตัวสะท้อนมุม	การสื่อสารด้วยไมโครเวฟการติดตามดาวเทียมดาราศาสตร์วิทยุ
เสาอากาศเลนส์	Convex-plane, Concave-plane, Convex-นูนเลนส์ Concaveconcave	ใช้สำหรับการใช้งานที่มีความถี่สูงมาก
เสาอากาศไมโครแถบ	แผ่นโลหะรูปทรงกลมรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าเหนือระนาบพื้น	ยานอวกาศยานอวกาศดาวเทียมขีปนาวุธรถยนต์โทรศัพท์มือถือ ฯลฯ
อาร์เรย์เสาอากาศ	เสาอากาศ Yagi-Uda, อาร์เรย์แพทช์ไมโครสตริป, อาร์เรย์รูรับแสง, อาร์เรย์นำคลื่นแบบ Slotted	ใช้สำหรับการใช้งานที่มีอัตราขยายสูงมากส่วนใหญ่เมื่อต้องการควบคุมรูปแบบการแผ่รังสี

ให้เราพิจารณารายละเอียดเกี่ยวกับประเภทของเสาอากาศที่กล่าวถึงข้างต้นในบทต่อ ๆ ไป

สายอากาศเป็นเสาอากาศประเภทพื้นฐาน เสาอากาศเหล่านี้เป็นที่รู้จักและใช้กันอย่างแพร่หลาย เพื่อให้มีความคิดที่ดีขึ้นเกี่ยวกับสายอากาศเหล่านี้ก่อนอื่นให้เราดูที่สายส่ง

สายส่ง

ลวดหรือ transmission lineมีพลังบางอย่างซึ่งเดินทางจากปลายด้านหนึ่งไปยังอีกด้านหนึ่ง หากปลายสายส่งทั้งสองเชื่อมต่อกับวงจรข้อมูลจะถูกส่งหรือรับโดยใช้สายนี้ระหว่างสองวงจรนี้

หากปลายด้านหนึ่งของสายนี้ไม่ได้เชื่อมต่อแสดงว่าไฟในนั้นพยายามที่จะหลุดออกไป สิ่งนี้นำไปสู่การสื่อสารแบบไร้สาย หากปลายด้านหนึ่งของลวดงอพลังงานจะพยายามหนีออกจากสายส่งอย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าเดิม การหลบหนีโดยมีจุดมุ่งหมายนี้เรียกว่าRadiation.

เพื่อให้การแผ่รังสีเกิดขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพอิมพีแดนซ์ของปลายเปิดของสายส่งควรตรงกับอิมพีแดนซ์ของพื้นที่ว่าง พิจารณาสายส่งที่มีขนาดความยาวคลื่นหนึ่งในสี่ ปลายสุดของมันจะเปิดและโค้งงอเพื่อให้มีความต้านทานสูง ซึ่งทำหน้าที่เป็นไฟล์half-wave dipole antenna. แล้วมันมีอิมพีแดนซ์ต่ำที่ปลายด้านหนึ่งของสายส่ง ปลายเปิดซึ่งมีอิมพีแดนซ์สูงตรงกับความต้านทานของพื้นที่ว่างเพื่อให้รังสีดีขึ้น

ไดโพล

การแผ่รังสีของพลังงานเมื่อทำผ่านลวดงอปลายสายส่งดังกล่าวจะเรียกว่า dipole หรือเสาอากาศไดโพล

รีแอคแตนซ์ของอิมพีแดนซ์อินพุตเป็นฟังก์ชันของรัศมีและความยาวของไดโพล ยิ่งรัศมีเล็กเท่าใดความกว้างของปฏิกิริยาก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น มันเป็นสัดส่วนกับความยาวคลื่น ดังนั้นควรนำความยาวและรัศมีของไดโพลมาพิจารณาด้วย โดยปกติอิมพีแดนซ์จะอยู่ที่ประมาณ72Ω

สิ่งนี้เข้าใจได้ดีขึ้นด้วยความช่วยเหลือของรูปต่อไปนี้

รูปแสดงแผนผังวงจรของไดโพลปกติที่เชื่อมต่อกับสายส่ง กระแสไฟฟ้าสำหรับไดโพลสูงสุดที่ศูนย์และต่ำสุดที่ปลาย แรงดันไฟฟ้าต่ำสุดที่จุดศูนย์กลางและสูงสุดที่ปลาย

ประเภทของสายอากาศ ได้แก่ ไดโพลแบบครึ่งคลื่นไดโพลแบบพับครึ่งคลื่นไดโพลเต็มคลื่นไดโพลสั้นและไดโพลน้อย เสาอากาศทั้งหมดนี้จะกล่าวถึงในบทต่อไป

เสาอากาศไดโพลถูกตัดและงอเพื่อการแผ่รังสีที่มีประสิทธิภาพ ความยาวของเส้นลวดทั้งหมดซึ่งใช้เป็นไดโพลเท่ากับครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่น (เช่น l = λ / 2) เสาอากาศดังกล่าวเรียกว่าhalf-wave dipole antenna. นี่คือเสาอากาศที่ใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากมีข้อดี เป็นที่รู้จักกันในชื่อHertz antenna.

ช่วงความถี่

ช่วงความถี่ที่ไดโพลครึ่งคลื่นทำงานอยู่ที่ประมาณ 3KHz ถึง 300GHz ส่วนใหญ่จะใช้ในเครื่องรับวิทยุ

การก่อสร้างและการทำงานของไดโพลครึ่งคลื่น

เป็นเสาอากาศไดโพลปกติซึ่งความถี่ในการทำงานคือ half of its wavelength. ดังนั้นจึงเรียกว่าเสาอากาศไดโพลครึ่งคลื่น

ขอบของไดโพลมีแรงดันไฟฟ้าสูงสุด แรงดันไฟฟ้านี้เป็นแบบสลับ (AC) ตามธรรมชาติ ที่จุดสูงสุดของแรงดันไฟฟ้าที่เป็นบวกอิเล็กตรอนมีแนวโน้มที่จะเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวและที่จุดสูงสุดเชิงลบอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางอื่น สิ่งนี้สามารถอธิบายได้จากตัวเลขที่ระบุด้านล่าง

ตัวเลขที่ให้ไว้ด้านบนแสดงการทำงานของไดโพลครึ่งคลื่น

• รูปที่ 1 แสดงไดโพลเมื่อประจุที่เกิดขึ้นอยู่ในครึ่งรอบบวก ตอนนี้อิเล็กตรอนมีแนวโน้มที่จะเคลื่อนที่เข้าหาประจุ

• รูปที่ 2 แสดงไดโพลที่มีประจุลบเกิดขึ้น อิเล็กตรอนที่นี่มีแนวโน้มที่จะเคลื่อนที่ออกจากไดโพล

• รูปที่ 3 แสดงไดโพลที่มีครึ่งรอบบวกถัดไป ดังนั้นอิเล็กตรอนจึงเคลื่อนที่ไปยังประจุอีกครั้ง

เอฟเฟกต์สะสมของสิ่งนี้ทำให้เกิดเอฟเฟกต์ฟิลด์ที่แตกต่างกันซึ่งได้รับการแผ่ออกมาในรูปแบบเดียวกัน ดังนั้นเอาต์พุตจะเป็นรังสีที่มีประสิทธิภาพตามวงจรของรูปแบบแรงดันไฟฟ้าขาออก ดังนั้นไดโพลครึ่งคลื่นradiates effectively.

รูปด้านบนแสดงการกระจายกระแสในไดโพลครึ่งคลื่น ทิศทางของไดโพลครึ่งคลื่นคือ 2.15dBi ซึ่งดีพอสมควร โดยที่ 'i' หมายถึงรังสีไอโซทรอปิก

รูปแบบการแผ่รังสี

รูปแบบการแผ่รังสีของไดโพลครึ่งคลื่นนี้คือ Omni-directionalในเครื่องบิน H เป็นที่ต้องการสำหรับการใช้งานมากมายเช่นการสื่อสารเคลื่อนที่เครื่องรับวิทยุเป็นต้น

รูปด้านบนแสดงรูปแบบการแผ่รังสีของไดโพลครึ่งคลื่นทั้งในระนาบ H และระนาบ V

รัศมีของไดโพลไม่มีผลต่ออิมพีแดนซ์อินพุตในไดโพลครึ่งคลื่นนี้เนื่องจากความยาวของไดโพลนี้เป็นคลื่นครึ่งคลื่นและเป็นความยาวเรโซแนนซ์แรก เสาอากาศทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพที่resonant frequencyซึ่งเกิดขึ้นที่ความยาวเรโซแนนซ์

ข้อดี

ต่อไปนี้เป็นข้อดีของเสาอากาศไดโพลครึ่งคลื่น -

• อิมพีแดนซ์ของอินพุตไม่ละเอียดอ่อน

• เข้ากันได้ดีกับอิมพีแดนซ์ของสายส่ง

• มีความยาวที่เหมาะสม

• ความยาวของเสาอากาศตรงกับขนาดและทิศทาง

ข้อเสีย

ต่อไปนี้เป็นข้อเสียของเสาอากาศไดโพลครึ่งคลื่น -

• ไม่ค่อยมีประสิทธิภาพเนื่องจากองค์ประกอบเดียว

• สามารถทำงานได้ดีขึ้นเฉพาะเมื่อใช้ร่วมกัน

การใช้งาน

ต่อไปนี้เป็นแอพพลิเคชั่นของเสาอากาศไดโพลครึ่งคลื่น -

• ใช้ในเครื่องรับวิทยุ.

• ใช้ในเครื่องรับโทรทัศน์

• เมื่อใช้กับผู้อื่นใช้สำหรับการใช้งานที่หลากหลาย

ไดโพลแบบพับคือเสาอากาศโดยมีตัวนำสองตัวเชื่อมต่อทั้งสองด้านและพับให้เป็นรูปทรงกระบอกปิดซึ่งให้ฟีดที่กึ่งกลาง ความยาวของไดโพลเป็นครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่น ดังนั้นจึงเรียกว่าเป็นhalf wave folded dipole antenna.

ช่วงความถี่

ช่วงความถี่ที่ไดโพลพับครึ่งคลื่นทำงานอยู่ที่ประมาณ 3KHz ถึง 300GHz ส่วนใหญ่จะใช้ในเครื่องรับโทรทัศน์

การก่อสร้างและการทำงานของไดโพลแบบพับครึ่งคลื่น

เสาอากาศนี้มักใช้กับเสาอากาศชนิดอาร์เรย์เพื่อเพิ่มความต้านทานการป้อน เสาอากาศที่ใช้กันมากที่สุดคือเสาอากาศ Yagi-Uda รูปต่อไปนี้แสดงเสาอากาศไดโพลแบบพับครึ่งคลื่น

เสาอากาศนี้ใช้องค์ประกอบนำไฟฟ้าพิเศษ (ลวดหรือแท่ง) เมื่อเปรียบเทียบกับเสาอากาศไดโพลรุ่นก่อนหน้า สิ่งนี้ดำเนินต่อไปโดยการวางองค์ประกอบตัวนำสองสามชิ้นในแบบขนานโดยมีฉนวนอยู่ระหว่างในเสาอากาศประเภทอาร์เรย์

รูปต่อไปนี้อธิบายการทำงานของเสาอากาศไดโพลแบบพับครึ่งคลื่นเมื่อมีการกระตุ้น

หากเส้นผ่านศูนย์กลางของตัวนำหลักและไดโพลพับเท่ากันจะมีการพับสี่ครั้ง (สองเท่าของกำลังสอง) เพิ่มขึ้นในความต้านทานฟีดของเสาอากาศ ความต้านทานของฟีดที่เพิ่มขึ้นนี้เป็นสาเหตุหลักที่ทำให้เสาอากาศไดโพลแบบพับนี้นิยมใช้ เนื่องจากตะกั่วคู่ความต้านทานจะอยู่ที่ประมาณ300Ω

รูปแบบการแผ่รังสี

รูปแบบการแผ่รังสีของไดโพลแบบพับครึ่งคลื่นนั้นเหมือนกับของเสาอากาศไดโพลครึ่งคลื่น รูปต่อไปนี้แสดงรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศไดโพลแบบพับครึ่งคลื่นซึ่งก็คือOmni-directional รูปแบบ

เสาอากาศไดโพลแบบพับครึ่งคลื่นใช้ในกรณีที่ต้องการการถ่ายเทพลังงานที่เหมาะสมและในกรณีที่ต้องการอิมพีแดนซ์ขนาดใหญ่

ไดโพลแบบพับนี้เป็นองค์ประกอบหลักใน Yagi-Uda antenna. รูปต่อไปนี้แสดงไฟล์Yagi-Uda antennaซึ่งเราจะศึกษาในภายหลัง องค์ประกอบหลักที่ใช้ในที่นี้คือไดโพลแบบพับซึ่งจะให้ฟีดเสาอากาศ เสาอากาศนี้ถูกใช้อย่างกว้างขวางสำหรับการรับโทรทัศน์ในช่วงสองสามทศวรรษที่ผ่านมา

ข้อดี

ต่อไปนี้เป็นข้อดีของเสาอากาศไดโพลแบบพับครึ่งคลื่น -

• การรับสัญญาณที่สมดุล

• รับสัญญาณเฉพาะจากย่านความถี่โดยไม่สูญเสียคุณภาพ

• ไดโพลแบบพับช่วยเพิ่มความแรงของสัญญาณ

ข้อเสีย

ต่อไปนี้เป็นข้อเสียของเสาอากาศไดโพลแบบพับครึ่งคลื่น -

• การเคลื่อนย้ายและการปรับเสาอากาศเป็นเรื่องยุ่งยาก

• การจัดการกลางแจ้งอาจเป็นเรื่องยากเมื่อขนาดเสาอากาศเพิ่มขึ้น

การใช้งาน

ต่อไปนี้เป็นแอพพลิเคชั่นของเสาอากาศไดโพลแบบพับครึ่งคลื่น -

• ส่วนใหญ่ใช้เป็นองค์ประกอบป้อนในเสาอากาศยากิ, เสาอากาศพาราโบลา, เสาอากาศหมุน, เสาอากาศบันทึกเป็นระยะ, อาร์เรย์แบบแบ่งเฟสและตัวสะท้อนแสงเป็นต้น

• โดยทั่วไปใช้ในเครื่องรับวิทยุ.

• ส่วนใหญ่นิยมใช้กับเสาอากาศรับสัญญาณโทรทัศน์

ถ้าความยาวของไดโพลคือเส้นลวดรวมเท่ากับความยาวคลื่นเต็ม λจากนั้นจะเรียกว่าเป็น full wave dipole. หากใช้ไดโพลความยาวคลื่นเต็มทั้งในการส่งหรือรับให้เราดูว่ารังสีจะเป็นอย่างไร

การก่อสร้างและการทำงานของไดโพลเต็มคลื่น

ไดโพลเต็มคลื่นพร้อมการกระจายแรงดันและกระแสจะแสดงที่นี่ ทั้งยอดบวกและลบของคลื่นจะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าบวกและลบตามลำดับ อย่างไรก็ตามเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำตัดกันจึงไม่มีปัญหาเรื่องการแผ่รังสี

รูปด้านบนแสดงการกระจายแรงดันไฟฟ้าของไดโพลเต็มคลื่นที่มีความยาว λ. จะเห็นได้ว่าไดโพลครึ่งคลื่นสองอันถูกรวมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างไดโพลเต็มคลื่น

รูปแบบแรงดันไฟฟ้าเมื่อเหนี่ยวนำประจุบวกและประจุลบในเวลาเดียวกันให้ตัดกันซึ่งกันและกันดังแสดงในรูป ประจุที่ถูกเหนี่ยวนำจะไม่พยายามฉายรังสีอีกต่อไปเนื่องจากถูกยกเลิก การแผ่รังสีที่ส่งออกจะเป็นศูนย์สำหรับไดโพลการส่งแบบฟูลเวฟ

รูปแบบการแผ่รังสี

เนื่องจากไม่มีรูปแบบการแผ่รังสีไม่มีทิศทางและไม่มีการขยายจึงไม่ค่อยใช้ไดโพลเต็มคลื่นเป็นเสาอากาศ ซึ่งหมายความว่าแม้ว่าเสาอากาศจะแผ่ออกไป แต่ก็เป็นเพียงการกระจายความร้อนบางส่วนซึ่งเป็นการสิ้นเปลืองพลังงาน

ข้อเสีย

ต่อไปนี้เป็นข้อเสียของเสาอากาศไดโพลเต็มคลื่น

• การกระจายความร้อน
• การสูญเสียพลังงาน
• ไม่มีรูปแบบการฉายรังสี
• ไม่มีทิศทางและไม่มีกำไร

เนื่องจากข้อบกพร่องเหล่านี้จึงไม่ค่อยมีการใช้ไดโพลเต็มคลื่น

ก short dipoleเป็นเสาอากาศแบบลวดธรรมดา ปลายด้านหนึ่งเป็นวงจรเปิดและปลายอีกด้านป้อนด้วยแหล่งจ่ายไฟ AC ไดโพลนี้มีชื่อเนื่องจากความยาว

ช่วงความถี่

ช่วงความถี่ที่ไดโพลสั้นทำงานอยู่ที่ประมาณ 3KHz ถึง 30MHz ส่วนใหญ่จะใช้ในเครื่องรับความถี่ต่ำ

การก่อสร้างและการทำงานของไดโพลสั้น

Short dipoleคือเสาอากาศไดโพลที่มีความยาวของสายสั้นกว่าความยาวคลื่น แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าเชื่อมต่อที่ปลายด้านหนึ่งในขณะที่สร้างรูปทรงไดโพลกล่าวคือเส้นจะสิ้นสุดที่ปลายอีกด้านหนึ่ง

แผนภาพวงจรของไดโพลสั้นที่มีความยาว L จะแสดงขึ้น ขนาดจริงของเสาอากาศไม่สำคัญ ลวดที่นำไปสู่เสาอากาศต้องมีความยาวคลื่นน้อยกว่าหนึ่งในสิบ นั่นคือ

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

ที่ไหน

• L คือความยาวของเส้นลวดของไดโพลสั้น

• λ คือความยาวคลื่น

ไดโพลสั้นอีกประเภทหนึ่งคือไดโพลน้อยซึ่งมีความยาวน้อยกว่าความยาวคลื่นมาก โครงสร้างของมันคล้ายกับมัน แต่ใช้แผ่นตัวเก็บประจุ

ไดโพลน้อย

ไดโพลที่มีความยาวน้อยกว่าความยาวคลื่นมาก infitesimal dipole. เสาอากาศนี้ใช้งานไม่ได้จริง ที่นี่ความยาวของไดโพลน้อยกว่าห้าส่วนของความยาวคลื่น

ความยาวของไดโพลΔl << λ โดยที่λคือความยาวคลื่น

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

ดังนั้นนี่คือไดโพลขนาดเล็กที่ไม่มีที่สิ้นสุดตามที่ชื่อมีความหมาย

เนื่องจากความยาวของไดโพลเหล่านี้มีขนาดเล็กมากการไหลของกระแสในสายไฟจะเป็น dI โดยทั่วไปสายไฟเหล่านี้จะใช้กับแผ่นตัวเก็บประจุทั้งสองด้านซึ่งจำเป็นต้องมีการเชื่อมต่อซึ่งกันและกันต่ำ เนื่องจากแผ่นตัวเก็บประจุเราสามารถพูดได้ว่ามีการกระจายกระแสอย่างสม่ำเสมอ ดังนั้นกระแสจึงไม่ใช่ศูนย์ที่นี่

แผ่นตัวเก็บประจุสามารถเป็นเพียงตัวนำหรือเทียบเท่ากับสายไฟ สนามที่แผ่โดยกระแสรัศมีมักจะตัดกันในสนามไกลเพื่อให้สนามไกลของเสาอากาศแผ่นตัวเก็บประจุสามารถประมาณได้ด้วยไดโพลที่น้อยที่สุด

รูปแบบการแผ่รังสี

รูปแบบการแผ่รังสีของไดโพลสั้นและไดโพลน้อยที่สุดนั้นคล้ายกับไดโพลครึ่งคลื่น ถ้าไดโพลอยู่ในแนวตั้งรูปแบบจะเป็นวงกลม รูปแบบการแผ่รังสีอยู่ในรูปของ“figure of eight” เมื่อดูในรูปแบบสองมิติ

รูปต่อไปนี้แสดงรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศไดโพลสั้นซึ่งอยู่ใน omni-directional pattern.

ข้อดี

ต่อไปนี้เป็นข้อดีของเสาอากาศไดโพลสั้น -

• ง่ายต่อการก่อสร้างเนื่องจากมีขนาดเล็ก

• ประสิทธิภาพการกระจายกำลังสูงขึ้น

ข้อเสีย

ต่อไปนี้เป็นข้อเสียของเสาอากาศไดโพลสั้น -

• การสูญเสียที่ต้านทานสูง
• การกระจายพลังงานสูง
• อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนต่ำ
• การแผ่รังสีอยู่ในระดับต่ำ
• ไม่ค่อยมีประสิทธิภาพ

การใช้งาน

ต่อไปนี้เป็นแอพพลิเคชั่นของเสาอากาศไดโพลสั้น -

• ใช้ในงานวงแคบ
• ใช้เป็นเสาอากาศสำหรับวงจรจูนเนอร์

ในบทนี้จะกล่าวถึงเสาอากาศแบบสายสั้นที่นิยมและใช้กันมากที่สุด เราจะพูดถึงเสาอากาศแบบสายยาวในบทต่อ ๆ ไป

เราได้ผ่านเสาอากาศสายสั้นประเภทต่างๆ ตอนนี้ให้เราดูเสาอากาศสายยาว long wire antennasเกิดขึ้นโดยใช้ไดโพลจำนวนหนึ่ง ความยาวของสายในเสาอากาศประเภทนี้คือn ครั้ง λ/2

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

ที่ไหน

• L คือความยาวของเสาอากาศ

• n คือจำนวนองค์ประกอบ

• λ คือความยาวคลื่น

เมื่อ 'n' เพิ่มขึ้นคุณสมบัติของทิศทางก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน

ประเภทของเสาอากาศแบบสายยาว

เสาอากาศแบบสายยาวแบ่งออกเป็นสองประเภทคือ - Resonant Antennas และ Non-resonant Antennas.

เสาอากาศเรโซแนนซ์

เสาอากาศแบบเรโซแนนซ์คือเสาอากาศที่ยอดแหลมของกำลังการแผ่รังสีถูกดักจับโดยเสาอากาศที่ความถี่หนึ่ง ๆ เพื่อสร้างคลื่นนิ่ง รูปแบบการแผ่รังสีของคลื่นที่แผ่ออกมาไม่ตรงกับอิมพีแดนซ์โหลดในเสาอากาศประเภทนี้

เสาอากาศเรโซแนนซ์มีลักษณะเป็นระยะ พวกเขาเรียกอีกอย่างว่าเสาอากาศคลื่นเดินทางแบบสองทิศทางเนื่องจากคลื่นที่แผ่ออกมาเคลื่อนที่ไปในสองทิศทางซึ่งหมายความว่าทั้งคลื่นที่ตกกระทบและสะท้อนกลับเกิดขึ้นที่นี่ ในเสาอากาศเหล่านี้ความยาวของเสาอากาศและความถี่เป็นสัดส่วนซึ่งกันและกัน

เสาอากาศแบบไม่สะท้อน

เสาอากาศแบบไม่เรโซแนนซ์คือเสาอากาศที่ไม่เกิดความถี่เรโซแนนซ์ คลื่นเคลื่อนที่ไปในทิศทางไปข้างหน้าและด้วยเหตุนี้จึงไม่ก่อตัวเป็นคลื่นนิ่ง รูปแบบการแผ่รังสีของคลื่นที่แผ่ออกมาจะตรงกับความต้านทานโหลดในเสาอากาศที่ไม่เรโซแนนซ์

เสาอากาศที่ไม่เรโซแนนซ์เหล่านี้มีลักษณะไม่เป็นระยะ พวกเขาเรียกอีกอย่างว่าเสาอากาศคลื่นเคลื่อนที่แบบทิศทางเดียวเนื่องจากคลื่นที่แผ่ออกมาจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางไปข้างหน้าเท่านั้นซึ่งหมายความว่ามีเฉพาะคลื่นที่ตกกระทบเท่านั้น เมื่อความถี่เพิ่มขึ้นความยาวของเสาอากาศจะลดลงและในทางกลับกัน ดังนั้นความถี่และความยาวจึงแปรผกผันซึ่งกันและกัน

เสาอากาศแบบลวดยาวเหล่านี้เป็นองค์ประกอบพื้นฐานสำหรับการสร้างเสาอากาศรูปตัววีหรือเสาอากาศรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน

เสาอากาศสายยาวรุ่นที่ดีกว่าคือ V-Antenna. เสาอากาศนี้เกิดจากการเรียงลวดยาวเป็นรูปตัววี ปลายสายเรียกว่าเป็นขา เสาอากาศนี้เป็นเสาอากาศเรโซแนนซ์สองทิศทาง

ช่วงความถี่

ช่วงความถี่ของการทำงานของเสาอากาศ V อยู่รอบ ๆ 3 to 30 MHz. เสาอากาศนี้ทำงานในช่วงความถี่สูง

การก่อสร้างและการทำงานของเสาอากาศวี

สายไฟยาวสองเส้นเชื่อมต่อเป็นรูปตัว V เพื่อสร้างไฟล์ V-antenna. สายไฟยาวสองเส้นตื่นเต้นกับ180˚นอกเฟส เมื่อความยาวของสายไฟเพิ่มขึ้นอัตราขยายและทิศทางก็เพิ่มขึ้นด้วย

รูปต่อไปนี้แสดงเสาอากาศ V ที่มีอิมพีแดนซ์ของสายส่ง z และความยาวของสาย wire / 2 ทำมุม, _mกับแกนซึ่งเรียกว่าเป็นapex angle.

gainทำได้โดยเสาอากาศ V สูงกว่าเสาอากาศแบบสายยาวปกติ การเพิ่มขึ้นของรูปตัววีนี้คือnearly twiceเมื่อเทียบกับเสาอากาศแบบลวดยาวเส้นเดียวซึ่งมีความยาวเท่ากับขาของเสาอากาศตัววี หากต้องการการแผ่รังสีที่หลากหลายมุมเอเพ็กซ์ควรมีค่าเฉลี่ยระหว่างความถี่ที่สูงขึ้นและต่ำลงในแง่ของจำนวนλ / 2 ในแต่ละขา

รูปแบบการแผ่รังสี

รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศรูปตัววีคือ bi-directional. รังสีที่ได้รับในแต่ละสายส่งจะถูกเพิ่มเพื่อให้ได้รูปแบบการแผ่รังสีที่เป็นผลลัพธ์ สิ่งนี้อธิบายได้ดีในรูปต่อไปนี้ -

รูปแสดงรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศตัววี สายส่งสองเส้นที่สร้างรูปแบบ V คือ AA 'และ BB' รูปแบบของสายส่งแต่ละเส้นและรูปแบบผลลัพธ์จะแสดงในรูป รูปแบบผลลัพธ์จะแสดงตามแกน รูปแบบนี้คล้ายกับไฟล์broad-side array.

หากมีการเพิ่มเสาอากาศรูปตัว V อื่นเข้าไปในเสาอากาศนี้และป้อนด้วยความแตกต่างของเฟส90˚รูปแบบผลลัพธ์จะเป็น end-fireเพิ่มพลังเป็นสองเท่า ทิศทางจะเพิ่มขึ้นอีกโดยการเพิ่มอาร์เรย์ของเสาอากาศ V

ข้อดี

ต่อไปนี้เป็นข้อดีของเสาอากาศ V -

• การก่อสร้างทำได้ง่าย
• กำไรสูง
• ต้นทุนการผลิตต่ำ

ข้อเสีย

ต่อไปนี้เป็นข้อเสียของเสาอากาศ V -

• คลื่นนิ่งจะก่อตัวขึ้น
• ก้อนเล็ก ๆ ที่เกิดขึ้นก็แข็งแรงเช่นกัน
• ใช้สำหรับการดำเนินการความถี่คงที่เท่านั้น

การใช้งาน

ต่อไปนี้เป็นแอพพลิเคชั่นของเสาอากาศวี -

• ใช้เพื่อการค้า
• ใช้ในการสื่อสารทางวิทยุ

ในบทที่แล้วเราได้ศึกษาเสาอากาศวี ความถี่ในการทำงานมี จำกัด สิ่งนี้สามารถแก้ไขได้โดยใช้เสาอากาศอื่นซึ่งเป็นเสาอากาศที่ไม่เรโซแนนซ์หรือเสาอากาศคลื่นเคลื่อนที่ เสาอากาศคลื่นเดินทางไม่ก่อให้เกิดคลื่นนิ่งดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้

ช่วงความถี่

ช่วงความถี่ของการทำงานของเสาอากาศแบบกลับหัว (หรือเสาอากาศตัว V) อยู่รอบ ๆ 3 to 30 MHz. เสาอากาศนี้ทำงานในช่วงความถี่สูง

การก่อสร้างและการทำงานของเสาอากาศ V กลับด้าน

เสาอากาศคลื่นเดินทางที่ใช้ในย่านความถี่สูงคือ inverted V-antenna. เสาอากาศตัววีคว่ำนี้ติดตั้งได้ง่ายบนเสาที่ไม่นำไฟฟ้า

ลองดูภาพต่อไปนี้ แสดงเสาอากาศรูปตัววีคว่ำที่ติดตั้งบนหลังคา

การแผ่รังสีสูงสุดสำหรับเสาอากาศ V กลับด้านอยู่ที่กึ่งกลาง มันคล้ายกับเสาอากาศไดโพลแบบ halfwave เสาอากาศวางอยู่ในรูปตัว V กลับหัวโดยมีสายส่งหรือขาสองเส้นงอเข้าหาพื้นโดยทำมุม 120 °หรือ 90 °ระหว่างกัน จุดศูนย์กลางของเสาอากาศไม่ควรสูงกว่าλ / 4

มุมที่ทำโดยขาข้างใดข้างหนึ่งกับแกนของเสาอากาศเรียกว่า tilt angle และแสดงโดย θ.

รูปแบบการแผ่รังสี

รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศ V กลับด้านคือ uni-directional patternเนื่องจากที่นี่ไม่มีคลื่นนิ่ง สามารถเข้าใจได้อย่างชัดเจนโดยรูปแบบการแผ่รังสีที่แสดงด้านล่าง

รูปนี้แสดงรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศตัววีคว่ำ ฟิลด์การแผ่รังสีหลักจะแสดงพร้อมกับฟิลด์เมื่อมุมเอียงเท่ากับ120˚และ90˚ในรูปที่ระบุด้านบน อัตราขยายและทิศทางได้รับการปรับปรุงโดยการมีเสาอากาศแบบอาร์เรย์

ข้อดี

ต่อไปนี้เป็นข้อดีของเสาอากาศ V กลับด้าน -

• ใช้พื้นที่ในแนวนอนน้อยกว่า

• ไม่มีคลื่นนิ่งเกิดขึ้น

• กำไรสูง

ข้อเสีย

ต่อไปนี้เป็นข้อเสียของเสาอากาศ V กลับด้าน -

• มันมีติ่งหูเล็ก ๆ ที่ไม่ต้องการอยู่มาก

• ก้อนไมเนอร์สร้างคลื่นโพลาไรซ์ในแนวนอน

การใช้งาน

ต่อไปนี้เป็นแอพพลิเคชั่นของเสาอากาศ V กลับด้าน -

• ใช้ในการปรับแต่งวงจร

• ใช้ในการสื่อสารทางวิทยุ

• ใช้ในงานเชิงพาณิชย์

หลังจากเสาอากาศ V และเสาอากาศ V กลับหัวเสาอากาศแบบลวดยาวที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งคือ Rhombic antenna. เป็นการรวมเสาอากาศรูปตัววีสองตัวเข้าด้วยกัน ซึ่งจะกล่าวถึงในบทถัดไป

Rhombic Antennaคือเสาอากาศรูปสี่เหลี่ยมด้านขนาน โดยทั่วไปจะมีมุมแหลมสองมุมที่ตรงกันข้ามกัน มุมเอียงθเท่ากับ 90 °โดยประมาณลบมุมของกลีบหลัก เสาอากาศขนมเปียกปูนทำงานภายใต้หลักการของหม้อน้ำคลื่นเดินทาง มันถูกจัดเรียงในรูปแบบของรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนหรือรูปเพชรและแขวนอยู่ในแนวนอนเหนือพื้นผิวโลก

ช่วงความถี่

ช่วงความถี่ของการทำงานของเสาอากาศขนมเปียกปูนอยู่รอบ ๆ 3MHz to 300MHz. เสาอากาศนี้ใช้งานได้HF และ VHF ช่วง

การก่อสร้างเสาอากาศขนมเปียกปูน

เสาอากาศรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนสามารถถือได้ว่าเป็นเสาอากาศรูปตัววีสองอันที่เชื่อมต่อจากปลายถึงปลายเพื่อสร้างมุมป้าน เนื่องจากความเรียบง่ายและความสะดวกในการก่อสร้างจึงมีประโยชน์มากมาย -

• ในการส่งและรับ HF

• การสื่อสารแบบจุดต่อจุดเชิงพาณิชย์

การสร้างเสาอากาศรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนอยู่ในรูปของรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนดังแสดงในรูป

ทั้งสองด้านของรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนถือเป็นตัวนำของสายส่งสองสาย เมื่อระบบนี้ได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสมจะมีความเข้มข้นของรังสีตามแกนหลักของรังสี ในทางปฏิบัติครึ่งหนึ่งของกำลังจะกระจายไปตามความต้านทานการยุติของเสาอากาศ พลังที่เหลือจะถูกแผ่ออกไป พลังที่สูญเปล่าก่อให้เกิดติ่งหูผู้เยาว์

รูปที่ 1 แสดงโครงสร้างของ rhombic antennaสำหรับการสื่อสารแบบจุดต่อจุดในสมัยก่อน รูปที่ 2 แสดงไฟล์rhombic UHF antenna สำหรับการรับโทรทัศน์ที่ใช้ในปัจจุบัน

อัตรากำไรสูงสุดจากเสาอากาศขนมเปียกปูนอยู่ตามทิศทางของแกนหลักซึ่งผ่านจุดป้อนเพื่อสิ้นสุดในพื้นที่ว่าง โพลาไรซ์ที่ได้จากเสาอากาศขนมเปียกปูนแนวนอนอยู่ในระนาบของรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนซึ่งเป็นแนวนอน

รูปแบบการแผ่รังสี

รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศขนมเปียกปูนแสดงในรูปต่อไปนี้ รูปแบบผลลัพธ์คือผลสะสมของการแผ่รังสีที่ขาทั้งสี่ของเสาอากาศ รูปแบบนี้คือuni-directionalในขณะที่สามารถทำให้เป็นสองทิศทางได้โดยการลบความต้านทานการยุติ

ข้อเสียเปรียบหลักของเสาอากาศขนมเปียกปูนคือส่วนของรังสีซึ่งไม่รวมกับกลีบหลักส่งผลให้แฉกด้านข้างจำนวนมากมีโพลาไรซ์ทั้งแนวนอนและแนวตั้ง

ข้อดี

ต่อไปนี้เป็นข้อดีของเสาอากาศรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน -

• ความต้านทานอินพุตและรูปแบบการแผ่รังสีค่อนข้างคงที่

• สามารถเชื่อมต่อเสาอากาศขนมเปียกปูนได้หลายอัน

• การส่งผ่านที่ง่ายและมีประสิทธิภาพ

ข้อเสีย

ต่อไปนี้เป็นข้อเสียของเสาอากาศรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน -

• การสูญเสียพลังงานในการยกเลิกตัวต้านทาน

• ความต้องการพื้นที่ขนาดใหญ่

• ลดประสิทธิภาพการส่งข้อมูล

การใช้งาน

ต่อไปนี้เป็นแอพพลิเคชั่นของเสาอากาศรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน -

• ใช้ในการสื่อสาร HF

• ใช้ในการแพร่กระจายคลื่นท้องฟ้าระยะไกล

• ใช้ในการสื่อสารแบบจุดต่อจุด

อีกวิธีหนึ่งในการใช้ลวดยาวคือการดัดและทำให้ลวดเป็นรูปแบบวงรอบและสังเกตพารามิเตอร์การแผ่รังสี เสาอากาศประเภทนี้เรียกว่าloop antennas.

ขดลวดนำกระแส RF จะเปลี่ยนเป็นวงรอบเดียวสามารถใช้เป็นเสาอากาศที่เรียกว่าเป็น loop antenna. กระแสผ่านเสาอากาศลูปนี้จะอยู่ในเฟส สนามแม่เหล็กจะตั้งฉากกับห่วงทั้งหมดที่มีกระแสไฟฟ้า

ช่วงความถี่

ช่วงความถี่ของการทำงานของเสาอากาศลูปอยู่รอบ ๆ 300MHz to 3GHz. เสาอากาศนี้ใช้งานได้UHF พิสัย.

การก่อสร้างและการทำงานของเสาอากาศแบบวนซ้ำ

เสาอากาศแบบวงคือขดลวดที่มีกระแสความถี่วิทยุ อาจเป็นรูปทรงใดก็ได้เช่นวงกลมสี่เหลี่ยมสามเหลี่ยมสี่เหลี่ยมหรือหกเหลี่ยมตามความสะดวกของผู้ออกแบบ

เสาอากาศแบบลูปมีสองประเภท

• เสาอากาศแบบวงขนาดใหญ่
• เสาอากาศวงเล็ก

เสาอากาศแบบวงขนาดใหญ่

เสาอากาศแบบวงขนาดใหญ่เรียกอีกอย่างว่า resonant antennas. มีประสิทธิภาพในการฉายรังสีสูง เสาอากาศเหล่านี้มีความยาวเกือบเท่ากับความยาวคลื่นที่ต้องการ

$$L =\lambda$$

ที่ไหน

• L คือความยาวของเสาอากาศ

• λ คือความยาวคลื่น

พารามิเตอร์หลักของเสาอากาศนี้คือความยาวรอบนอกซึ่งเป็นเรื่องเกี่ยวกับความยาวคลื่นและควรเป็นวงปิด ไม่ใช่ความคิดที่ดีที่จะคดเคี้ยวลูปเพื่อลดขนาดเนื่องจากจะเพิ่มเอฟเฟกต์ capacitive และส่งผลให้มีประสิทธิภาพต่ำ

เสาอากาศวงเล็ก

เสาอากาศวงเล็กเรียกอีกอย่างว่า magnetic loop antennas. สิ่งเหล่านี้มีความก้องน้อยกว่า เหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้เป็นตัวรับ

เสาอากาศเหล่านี้มีขนาดหนึ่งในสิบของความยาวคลื่น

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

ที่ไหน

• L คือความยาวของเสาอากาศ

• λ คือความยาวคลื่น

คุณสมบัติของเสาอากาศแบบวงเล็กคือ -

• เสาอากาศแบบวงเล็กมีความต้านทานรังสีต่ำ หากใช้โครงสร้างแกนเฟอร์ไรต์แบบหลายเทิร์นจะสามารถทนต่อการแผ่รังสีได้สูง

• มีประสิทธิภาพในการแผ่รังสีต่ำเนื่องจากมีการสูญเสียสูง

• โครงสร้างเรียบง่ายด้วยขนาดและน้ำหนักที่เล็ก

เนื่องจากรีแอคแตนซ์สูงอิมพีแดนซ์จึงจับคู่กับเครื่องส่งได้ยาก หากเสาอากาศแบบวนซ้ำต้องทำหน้าที่เป็นเสาอากาศส่งสัญญาณความต้านทานที่ไม่ตรงกันนี้จะเป็นปัญหาอย่างแน่นอน ดังนั้นเสาอากาศแบบวนซ้ำเหล่านี้จึงทำงานได้ดีกว่าเช่นกันreceiver antennas.

ลูปที่ใช้บ่อย

เสาอากาศวงเล็กส่วนใหญ่มีสองประเภท -

• เสาอากาศแบบวงกลม
• เสาอากาศแบบวงเหลี่ยม

เสาอากาศแบบวนซ้ำสองประเภทนี้ส่วนใหญ่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ประเภทอื่น ๆ (สี่เหลี่ยมเดลต้ารูปไข่ ฯลฯ ) ก็ทำตามข้อกำหนดของผู้ออกแบบเช่นกัน

ภาพด้านบนแสดง circular and square loop antennas. เสาอากาศประเภทนี้ส่วนใหญ่ใช้เป็นเครื่องรับ AM เนื่องจากมีอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนสูง นอกจากนี้ยังสามารถปรับแต่งได้อย่างง่ายดายที่วงจร Q-tank ในเครื่องรับวิทยุ

โพลาไรซ์ของลูป

โพลาไรซ์ของเสาอากาศลูปจะเป็นโพลาไรซ์ในแนวตั้งหรือแนวนอนขึ้นอยู่กับตำแหน่งฟีด โพลาไรซ์แนวตั้งจะได้รับที่กึ่งกลางของด้านแนวตั้งในขณะที่โพลาไรซ์แนวนอนจะได้รับที่กึ่งกลางของด้านแนวนอนขึ้นอยู่กับรูปร่างของเสาอากาศแบบวนซ้ำ

เสาอากาศวงเล็กโดยทั่วไปคือ a linearly polarizedหนึ่ง. เมื่อติดตั้งเสาอากาศแบบวนซ้ำขนาดเล็กที่ด้านบนของเครื่องรับแบบพกพาซึ่งเอาต์พุตเชื่อมต่อกับมิเตอร์จะกลายเป็นตัวค้นหาทิศทางที่ยอดเยี่ยม

รูปแบบการแผ่รังสี

รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศเหล่านี้จะเหมือนกับของเสาอากาศไดโพลแนวนอนสั้น ๆ

radiation patternสำหรับเสาอากาศลูปขนาดเล็กที่มีประสิทธิภาพสูงแสดงไว้ในรูปที่ให้ไว้ด้านบน รูปแบบการแผ่รังสีสำหรับมุมต่างๆของการวนซ้ำยังแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนในรูป เส้นสัมผัสที่ 0 °แสดงถึงโพลาไรซ์แนวตั้งในขณะที่เส้นที่มี 90 °แสดงถึงโพลาไรซ์แนวนอน

ข้อดี

ต่อไปนี้เป็นข้อดีของเสาอากาศ Loop -

• ขนาดกะทัดรัด
• ทิศทางสูง

ข้อเสีย

ต่อไปนี้เป็นข้อเสียของเสาอากาศ Loop -

• การจับคู่อิมพีแดนซ์อาจไม่ดีเสมอไป
• มีปัจจัยคุณภาพเสียงสะท้อนสูงมาก

การใช้งาน

ต่อไปนี้เป็นแอพพลิเคชั่นของเสาอากาศ Loop -

• ใช้ในอุปกรณ์ RFID
• ใช้ในเครื่องรับ MF, HF และคลื่นสั้น
• ใช้ในเครื่องรับเครื่องบินเพื่อค้นหาทิศทาง
• ใช้ในเครื่องส่งสัญญาณ UHF

Helical antennaเป็นตัวอย่างของเสาอากาศแบบลวดและตัวมันเองมีรูปร่างเป็นเกลียว นี่คือเสาอากาศ VHF และ UHF แบบบรอดแบนด์

ช่วงความถี่

ช่วงความถี่ของการทำงานของเสาอากาศแบบขดลวดอยู่รอบ ๆ 30MHz to 3GHz. เสาอากาศนี้ใช้งานได้VHF และ UHF ช่วง

การก่อสร้างและการทำงานของเสาอากาศแบบ Helical

Helical antennaหรือเสาอากาศเฮลิกซ์คือเสาอากาศที่ลวดนำไฟฟ้าพันเป็นเกลียวและเชื่อมต่อกับแผ่นพื้นด้วยสายป้อน เป็นเสาอากาศที่ง่ายที่สุดซึ่งให้circularly polarized waves. ใช้ในการสื่อสารนอกโลกซึ่งเกี่ยวข้องกับรีเลย์ดาวเทียม ฯลฯ

ภาพด้านบนแสดงระบบเสาอากาศแบบขดลวดซึ่งใช้สำหรับการสื่อสารผ่านดาวเทียม เสาอากาศเหล่านี้ต้องการพื้นที่กลางแจ้งที่กว้างขึ้น

ประกอบด้วยเกลียวของลวดทองแดงหนาหรือแผลท่อในรูปของเกลียวที่ใช้เป็นเสาอากาศร่วมกับแผ่นโลหะแบนที่เรียกว่าแผ่นกราวด์ ปลายด้านหนึ่งของเกลียวเชื่อมต่อกับตัวนำกลางของสายเคเบิลและตัวนำด้านนอกเชื่อมต่อกับแผ่นกราวด์

ภาพของเสาอากาศเกลียวที่มีรายละเอียดชิ้นส่วนเสาอากาศแสดงไว้ด้านบน

การแผ่รังสีของเสาอากาศแบบขดลวดขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางของเกลียวระยะห่างของวงเลี้ยวและมุมพิทช์

Pitch angle คือมุมระหว่างเส้นสัมผัสกับลวดเกลียวและระนาบปกติกับแกนเกลียว

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

ที่ไหน

• D คือ diameter ของเกลียว

• S คือ turn spacing (ตรงกลางถึงกึ่งกลาง)

• α คือ pitch angle.

โหมดการทำงาน

โหมดการทำงานที่โดดเด่นของเสาอากาศแบบขดลวด ได้แก่ -

• Normal หรือโหมดตั้งฉากของรังสี

• Axial หรือโหมดปลายไฟหรือลำแสงของรังสี

ให้เราคุยรายละเอียด

โหมดปกติ

ในโหมดปกติของการแผ่รังสีสนามรังสีเป็นเรื่องปกติของแกนเกลียว คลื่นที่แผ่ออกมาจะมีโพลาไรซ์แบบวงกลม โหมดของการแผ่รังสีนี้จะได้รับหากขนาดของเกลียวมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับความยาวคลื่น รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศแบบขดลวดนี้เป็นการรวมกันของเสาอากาศแบบไดโพลสั้นและแบบห่วง

รูปด้านบนแสดงรูปแบบการแผ่รังสีสำหรับโหมดปกติของการแผ่รังสีในเสาอากาศแบบขดลวด

ขึ้นอยู่กับค่าของเส้นผ่านศูนย์กลางของเกลียว D และระยะห่างในการเลี้ยว S. ข้อเสียของโหมดการทำงานนี้คือประสิทธิภาพการแผ่รังสีต่ำและแบนด์วิดท์แคบ ดังนั้นจึงแทบไม่ได้ใช้

โหมดแกน

ใน axial modeของการแผ่รังสีการแผ่รังสีอยู่ในทิศทางไฟท้ายตามแกนขดลวดและคลื่นจะมีขั้วเป็นวงกลมหรือเกือบเป็นวงกลม โหมดการทำงานนี้ได้มาจากการเพิ่มเส้นรอบวงเป็นลำดับของความยาวคลื่นหนึ่ง(λ) และระยะห่างโดยประมาณ λ/4. รูปแบบการแผ่รังสีกว้างและเป็นทิศทางตามแนวแกนทำให้เกิดแฉกเล็กน้อยที่มุมเฉียง

รูปแสดงรูปแบบการแผ่รังสีสำหรับโหมดแกนของรังสีในเสาอากาศแบบขดลวด

หากเสาอากาศนี้ได้รับการออกแบบมาสำหรับคลื่นโพลาไรซ์แบบวงกลมที่ถนัดขวาก็จะไม่รับคลื่นโพลาไรซ์แบบวงกลมทางซ้ายและในทางกลับกัน โหมดการทำงานนี้สร้างขึ้นได้อย่างง่ายดายและเป็นmore practically used.

ข้อดี

ต่อไปนี้เป็นข้อดีของเสาอากาศแบบ Helical -

• การออกแบบที่เรียบง่าย
• ทิศทางสูงสุด
• แบนด์วิดท์ที่กว้างขึ้น
• สามารถบรรลุโพลาไรซ์แบบวงกลม
• สามารถใช้กับแถบ HF & VHF ได้เช่นกัน

ข้อเสีย

ต่อไปนี้เป็นข้อเสียของเสาอากาศแบบ Helical -

• เสาอากาศมีขนาดใหญ่ขึ้นและต้องการพื้นที่มากขึ้น
• ประสิทธิภาพจะลดลงตามจำนวนรอบ

การใช้งาน

ต่อไปนี้เป็นแอพพลิเคชั่นของเสาอากาศแบบ Helical -

• เสาอากาศแบบขดลวดเดี่ยวหรืออาร์เรย์ใช้ในการส่งและรับสัญญาณ VHF

• ใช้บ่อยสำหรับการสื่อสารผ่านดาวเทียมและยานสำรวจอวกาศ

• ใช้สำหรับการเชื่อมโยง telemetry กับขีปนาวุธ ballastic และดาวเทียมที่สถานี Earth

• ใช้เพื่อสร้างการสื่อสารระหว่างดวงจันทร์และโลก

• การประยุกต์ใช้ในดาราศาสตร์วิทยุ

เสาอากาศที่มีรูรับแสงในตอนท้ายสามารถเรียกได้ว่าเป็นไฟล์ Aperture antenna. Waveguide เป็นตัวอย่างของเสาอากาศแบบรูรับแสง ขอบของสายส่งไฟฟ้าเมื่อสิ้นสุดด้วยการเปิดจะแผ่พลังงานออกมา ช่องนี้ซึ่งเป็นรูรับแสงทำให้เป็นไฟล์Aperture เสาอากาศ.

ประเภทหลักของเสาอากาศรูรับแสง ได้แก่ -

• เสาอากาศนำคลื่น
• เสาอากาศฮอร์น
• เสาอากาศสล็อต

ตอนนี้ให้เราดูประเภทของเสาอากาศรูรับแสงเหล่านี้

เสาอากาศ Waveguide

ก Waveguideมีความสามารถในการแผ่พลังงานเมื่อตื่นเต้นที่ปลายด้านหนึ่งและเปิดออกที่ปลายอีกด้านหนึ่ง การแผ่รังสีในคลื่นนำมากกว่าสายส่งสองสาย

ช่วงความถี่

ช่วงความถี่ในการทำงานของตัวนำคลื่นอยู่รอบ ๆ 300MHz to 300GHz. เสาอากาศนี้ใช้งานได้UHF และ EHFช่วงความถี่ ภาพต่อไปนี้แสดงท่อนำคลื่น

ท่อนำคลื่นที่มีปลายสิ้นสุดทำหน้าที่เป็นเสาอากาศ แต่พลังงานเพียงส่วนเล็ก ๆ เท่านั้นที่ถูกแผ่ออกไปในขณะที่พลังงานส่วนใหญ่จะสะท้อนกลับในวงจรเปิด มันหมายความว่าVSWR(อัตราส่วนคลื่นไฟฟ้าแรงดันไฟฟ้าที่กล่าวถึงในบทพารามิเตอร์พื้นฐาน) มูลค่าเพิ่มขึ้น การเลี้ยวเบนรอบท่อนำคลื่นให้รังสีที่ไม่ดีและรูปแบบการแผ่รังสีที่ไม่ใช่ทิศทาง

รูปแบบการแผ่รังสี

การแผ่รังสีของเสาอากาศท่อนำคลื่นไม่ดีและรูปแบบไม่ใช่คำสั่งซึ่งหมายถึงรอบทิศทาง อันomni-directional รูปแบบเป็นรูปแบบที่ไม่มีทิศทางที่แน่นอน แต่แผ่ออกไปทุกทิศทางจึงเรียกว่าเป็น non-directive radiation pattern.

รูปด้านบนแสดงมุมมองส่วนบนของรูปแบบรอบทิศทางซึ่งเรียกอีกอย่างว่า non-directional pattern. มุมมองสองมิติเป็นรูปแบบตัวเลขแปดอย่างที่เราทราบกันดีอยู่แล้ว

ข้อดี

ต่อไปนี้เป็นข้อดีของเสาอากาศ Aperture -

• การแผ่รังสีมากกว่าสายส่งสองสาย
• การแผ่รังสีเป็นแบบรอบทิศทาง

ข้อเสีย

ต่อไปนี้เป็นข้อเสียของเสาอากาศ Aperture -

• VSWR เพิ่มขึ้น
• รังสีไม่ดี

การใช้งาน

ต่อไปนี้เป็นการใช้งานเสาอากาศ Aperture -

• การใช้งานคลื่นไมโคร
• แอปพลิเคชันเรดาร์ค้นหาพื้นผิว

ต้องมีการปรับเปลี่ยนเสาอากาศท่อนำคลื่นเพิ่มเติมเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่ดีขึ้นซึ่งส่งผลให้เกิด Horn antenna.

ในการปรับปรุงประสิทธิภาพการแผ่รังสีและทิศทางของลำแสงควรจัดให้ตัวนำคลื่นพร้อมกับรูรับแสงที่ขยายออกเพื่อทำให้ความไม่ต่อเนื่องอย่างกะทันหันของคลื่นเป็นการเปลี่ยนแปลงทีละน้อย เพื่อให้พลังงานทั้งหมดในทิศทางไปข้างหน้าถูกแผ่ออกไป ซึ่งสามารถเรียกได้ว่าเป็นFlaring. ตอนนี้สามารถทำได้โดยใช้เสาอากาศแตร

ช่วงความถี่

ช่วงความถี่ในการทำงานของเสาอากาศฮอร์นอยู่รอบ ๆ 300MHz to 30GHz. เสาอากาศนี้ใช้งานได้UHF และ SHF ช่วงความถี่

การก่อสร้างและการทำงานของเสาอากาศฮอร์น

พลังงานของลำแสงเมื่อเปลี่ยนเป็นรังสีอย่างช้าๆการสูญเสียจะลดลงและการโฟกัสของลำแสงจะดีขึ้น กHorn antenna อาจถือได้ว่าเป็นไฟล์ flared out wave guideซึ่งทำให้ทิศทางดีขึ้นและการเลี้ยวเบนจะลดลง

ภาพด้านบนแสดงรูปแบบของเสาอากาศแบบแตร อาการวูบวาบของแตรแสดงให้เห็นชัดเจน มีการกำหนดค่าฮอร์นหลายแบบซึ่งส่วนใหญ่นิยมใช้การกำหนดค่าสามแบบ

แตร

เสาอากาศแตรชนิดนี้จะพุ่งออกไปในทิศทางเดียวเท่านั้น การกะพริบตามทิศทางของเวกเตอร์ไฟฟ้าทำให้เกิดไฟล์sectorial E-plane horn. ในทำนองเดียวกันการกะพริบในทิศทางของเวกเตอร์แม่เหล็กจะทำให้เกิดไฟล์sectorial H-plane horn.

แตรเสี้ยม

เสาอากาศแตรชนิดนี้มีแสงวูบวาบทั้งสองด้าน หากเกิดการวูบวาบทั้งบนผนัง E & H ของท่อนำคลื่นทรงสี่เหลี่ยมpyramidal horn antennaผลิต เสาอากาศนี้มีรูปร่างของพีระมิดที่ถูกตัดทอน

แตรทรงกรวย

เมื่อผนังของตัวนำคลื่นวงกลมบานออกเรียกว่าก conical horn. นี่คือการยุติเชิงตรรกะของตัวนำคลื่นวงกลม

ตัวเลขด้านบนแสดงประเภทของการกำหนดค่าแตรซึ่งได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้

Flaring ช่วยจับคู่อิมพีแดนซ์ของเสาอากาศกับอิมพีแดนซ์ของพื้นที่ว่างเพื่อการแผ่รังสีที่ดีขึ้น หลีกเลี่ยงอัตราส่วนคลื่นนิ่งและให้ทิศทางที่ดีขึ้นและความกว้างของลำแสงที่แคบลง คู่มือคลื่นแสงสามารถเรียกในทางเทคนิคว่าElectromagnetic Horn Radiator.

มุมลุกเป็นไฟ Φของเสาอากาศฮอร์นเป็นปัจจัยสำคัญที่ต้องพิจารณา หากมีขนาดเล็กเกินไปคลื่นที่ได้จะเป็นทรงกลมแทนที่จะเป็นระนาบและลำแสงที่แผ่ออกมาจะไม่เป็นทิศทาง ดังนั้นมุมแสงแฟลร์ควรมีค่าที่เหมาะสมและสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับความยาวของมัน

ชุดค่าผสม

เสาอากาศฮอร์นอาจใช้ร่วมกับเสาอากาศแบบสะท้อนแสงแบบพาราโบลาเพื่อสร้างเสาอากาศแตรชนิดพิเศษ เหล่านี้คือ -

• เสาอากาศ Cass-horn

• ฮอร์นฮอร์นหรือแตรพับสามทบ

ใน Cass-horn antennaคลื่นวิทยุจะถูกรวบรวมโดยพื้นผิวด้านล่างขนาดใหญ่ซึ่งโค้งเป็นรูปโค้งและสะท้อนขึ้นที่มุม 45 ° หลังจากชนพื้นผิวด้านบนแล้วพวกมันจะสะท้อนไปยังจุดโฟกัส ความกว้างของการขยายและความกว้างของลำแสงเหล่านี้เหมือนกับตัวสะท้อนแสงแบบพาราโบลา

ใน hog-hornเสาอากาศทรงกระบอกพาราโบลาเชื่อมต่อกับแตรเสี้ยมซึ่งลำแสงไปถึงปลายแตร เป็นเสาอากาศไมโครเวฟที่มีเสียงรบกวนต่ำ ข้อได้เปรียบหลักของเสาอากาศฮอกฮอร์นคือจุดรับสัญญาณไม่ขยับแม้ว่าเสาอากาศจะหมุนรอบแกน

รูปแบบการแผ่รังสี

รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศฮอร์นเป็นแบบ Spherical Wave ด้านหน้า รูปต่อไปนี้แสดงไฟล์radiation patternของเสาอากาศแตร คลื่นจะแผ่ออกจากรูรับแสงช่วยลดการเลี้ยวเบนของคลื่น แสงวูบวาบช่วยให้ลำแสงถูกโฟกัส ลำแสงที่แผ่ออกมามีทิศทางสูง

ข้อดี

ข้อดีของเสาอากาศ Horn มีดังต่อไปนี้ -

• เกิดเป็นแฉกเล็ก ๆ
• การจับคู่อิมพีแดนซ์ทำได้ดี
• ทิศทางที่มากขึ้น
• ความกว้างของลำแสงที่แคบลง
• หลีกเลี่ยงคลื่นนิ่ง

ข้อเสีย

ต่อไปนี้เป็นข้อเสียของเสาอากาศ Horn -

• การออกแบบมุมแสงแฟลร์เป็นตัวกำหนดทิศทาง
• มุมแสงและความยาวของเปลวไฟไม่ควรน้อยมาก

การใช้งาน

ต่อไปนี้เป็นแอพพลิเคชั่นของเสาอากาศ Horn -

• ใช้สำหรับการศึกษาทางดาราศาสตร์
• ใช้ในงานไมโครเวฟ

Slot Antennaเป็นตัวอย่างของเสาอากาศ Aperture ช่องสี่เหลี่ยมทำบนแผ่นตัวนำ เสาอากาศแบบช่องเหล่านี้สามารถเกิดขึ้นได้โดยการตัดบนพื้นผิวที่ติดตั้งไว้

ช่วงความถี่

ช่วงความถี่ที่ใช้สำหรับเสาอากาศสล็อตคือ 300 MHz to 30 GHz. มันทำงานในUHF และ SHF ช่วงความถี่

การก่อสร้างและการทำงานของเสาอากาศสล็อต

การใช้เสาอากาศแบบสล็อตเป็นที่เข้าใจกันดีผ่านหลักการทำงาน ให้เราดูโครงสร้างของเสาอากาศสล็อต

เมื่อแผ่นตัวนำที่ไม่มีที่สิ้นสุดถูกตัดเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าและฟิลด์ถูกทำให้ตื่นเต้นในรูรับแสง (ซึ่งเรียกว่าเป็นช่อง) จะเรียกว่าเป็น Slot antenna. สิ่งนี้สามารถเข้าใจได้โดยการสังเกตภาพของเสาอากาศสล็อต ภาพต่อไปนี้แสดงรุ่นของเสาอากาศสล็อต

การทำงานของ Slot Antenna สามารถเข้าใจได้ง่ายผ่านหลักการของเลนส์ของ B Cabinet แนวคิดนี้ให้ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับเสาอากาศสล็อต

หลักการของ Babinet

หลักการของ Babinet ระบุว่า -“ เมื่อเพิ่มฟิลด์ด้านหลังหน้าจอที่มีช่องเปิดเข้าไปในฟิลด์ของโครงสร้างเสริมผลรวมจะเท่ากับฟิลด์เมื่อไม่มีหน้าจอ”

ภาพด้านบนอธิบายหลักการอย่างชัดเจน ในทุกพื้นที่ซึ่งไม่ได้ชนกันกับลำแสงสองหน้าจอข้างต้นในรูปที่ 1 และ 2 จะสร้างรูปแบบการเลี้ยวเบนที่เหมือนกัน

Case 1- พิจารณาแหล่งกำเนิดแสงและระนาบนำไฟฟ้า (สนาม) ที่มีรูรับแสงก่อนหน้าจอ แสงไม่ผ่านบริเวณทึบแสง แต่ผ่านรูรับแสง

Case 2- พิจารณาแหล่งกำเนิดแสงและระนาบการเคลื่อนที่ของขนาดของรูรับแสงในกรณีก่อนหน้านี้โดยยึดกับหน้าจอ แสงไม่ผ่านเครื่องบิน แต่ผ่านส่วนที่เหลือ

Case 3- รวมระนาบการดำเนินการทั้งสองของทั้งสองกรณีและวางไว้หน้าแหล่งกำเนิดแสง ไม่ได้วางหน้าจอเพื่อสังเกตการรวมกันของผลลัพธ์ เอฟเฟกต์ของหน้าจอถูกทำให้ว่างเปล่า

การทำงานของ Slot Antenna

หลักการของทัศนศาสตร์นี้ใช้กับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อให้คลื่นได้รับการแผ่รังสี เป็นความจริงที่ว่าเมื่อมีสนาม HF อยู่ในช่องแคบ ๆ ในระนาบการนำพลังงานจะถูกแผ่ออกไป

ภาพแสดงเสาอากาศแบบสล็อตซึ่งอธิบายได้ดีเกี่ยวกับการทำงาน

พิจารณาว่ามีการใช้หน้าจอการนำเครื่องบินที่ไม่มีที่สิ้นสุดและเจาะด้วยรูรับแสงที่มีรูปร่างและขนาดที่ต้องการและนี่จะเป็นหน้าจอของเสาอากาศสล็อต หน้าจออื่นถือเป็นการแลกเปลี่ยนตำแหน่งของรูรับแสงและพื้นที่หน้าจอซึ่งเป็นหน้าจอเสริม

กล่าวกันว่าสองหน้าจอนี้ complementaryเนื่องจากส่งผลให้หน้าจอโลหะ infinte สมบูรณ์ ตอนนี้กลายเป็นเสาอากาศสล็อต อิมพีแดนซ์ขั้วเป็นที่ต้องการสำหรับการแผ่รังสี

รูปแบบการแผ่รังสี

รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศ Slot คือ Omni-directionalเช่นเดียวกับเสาอากาศไดโพลครึ่งคลื่น ดูภาพประกอบต่อไปนี้ แสดงรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศสล็อตที่วาดในระนาบแนวนอนและแนวตั้งตามลำดับ

ข้อดี

ต่อไปนี้เป็นข้อดีของเสาอากาศสล็อต -

• สามารถประดิษฐ์และซ่อนไว้ในวัตถุที่เป็นโลหะได้
• สามารถให้การสื่อสารที่แอบแฝงด้วยเครื่องส่งสัญญาณขนาดเล็ก

ข้อเสีย

ต่อไปนี้เป็นข้อเสียของเสาอากาศสล็อต -

• ระดับการข้ามโพลาไรซ์ที่สูงขึ้น
• ประสิทธิภาพการฉายรังสีต่ำลง

การใช้งาน

ต่อไปนี้เป็นแอพพลิเคชั่นของเสาอากาศสล็อต -

• โดยปกติแล้วเพื่อวัตถุประสงค์ในการนำทางด้วยเรดาร์
• ใช้เป็นอาร์เรย์ที่ป้อนโดย wave guide

เสาอากาศไมโครสตริปเป็นเสาอากาศที่มีรายละเอียดต่ำ แผ่นโลหะที่ติดตั้งที่ระดับพื้นดินโดยมีวัสดุไฟฟ้าอยู่ระหว่างนั้นถือเป็นกMicro strip หรือ Patch Antenna. เหล่านี้เป็นเสาอากาศขนาดเล็กที่มีรังสีต่ำ

ช่วงความถี่

เสาอากาศแบบแพทช์เป็นที่นิยมสำหรับการใช้งานที่มีรายละเอียดต่ำที่ความถี่ด้านบน 100MHz.

การก่อสร้างและการทำงานของเสาอากาศแบบไมโครสตริป

Micro strip antennaประกอบด้วยแถบโลหะที่บางมากวางอยู่บนระนาบพื้นโดยมีวัสดุไฟฟ้าอยู่ระหว่าง องค์ประกอบการแผ่รังสีและเส้นป้อนจะถูกวางโดยกระบวนการกัดภาพบนวัสดุไฟฟ้า โดยปกติแล้วแพทช์หรือไมโครสตริปจะถูกเลือกให้เป็นรูปทรงสี่เหลี่ยมวงกลมหรือสี่เหลี่ยมเพื่อความสะดวกในการวิเคราะห์และการประดิษฐ์ ภาพต่อไปนี้แสดงเสาอากาศแบบไมโครสตริปหรือแพทช์

ความยาวของแผ่นแปะโลหะคือλ / 2 เมื่อเสาอากาศตื่นเต้นคลื่นที่สร้างขึ้นภายในไดอิเล็กทริกจะได้รับการสะท้อนและพลังงานจะแผ่ออกมาจากขอบของแผ่นโลหะซึ่งอยู่ในระดับต่ำมาก

รูปแบบการแผ่รังสี

รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศไมโครสตริปหรือแพทช์คือ broad. มีพลังการแผ่รังสีต่ำและแบนด์วิดท์ความถี่แคบ

radiation patternของไมโครสตริปหรือเสาอากาศแพทช์แสดงไว้ด้านบน มีทิศทางที่น้อยกว่า เพื่อให้มีทิศทางที่ดีขึ้นอาร์เรย์สามารถสร้างขึ้นโดยใช้เสาอากาศแพทช์เหล่านี้

ข้อดี

ต่อไปนี้เป็นข้อดีของเสาอากาศแถบไมโคร -

• Lighteweight
• ราคาถูก
• ติดตั้งง่าย

ข้อเสีย

ต่อไปนี้เป็นข้อเสียของเสาอากาศแถบไมโคร -

• รังสีที่ไม่มีประสิทธิภาพ
• แบนด์วิดท์ความถี่แคบ

การใช้งาน

ต่อไปนี้เป็นแอพพลิเคชั่นของเสาอากาศแถบไมโคร -

• ใช้ในงานยานอวกาศ
• ใช้ในงานฝีมือทางอากาศ
• ใช้ในแอพพลิเคชั่นเสาอากาศรายละเอียดต่ำ

เสาอากาศที่เราพูดถึงจนถึงตอนนี้ใช้พื้นผิวระนาบ เสาอากาศของเลนส์ใช้พื้นผิวโค้งสำหรับทั้งการส่งและการรับLens antennasประกอบด้วยแก้วซึ่งเป็นไปตามคุณสมบัติการลู่เข้าและการเบี่ยงเบนของเลนส์ เสาอากาศของเลนส์ใช้สำหรับการใช้งานที่มีความถี่สูงขึ้น

ช่วงความถี่

ช่วงความถี่ของการใช้เสาอากาศของเลนส์เริ่มต้นที่ 1000 MHz แต่การใช้งานนั้นมากกว่าที่ 3000 MHz and above.

เพื่อให้มีความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับเสาอากาศของเลนส์ต้องทราบหลักการทำงานของเลนส์ เลนส์แก้วธรรมดาทำงานบนหลักการหักเหของแสง

การก่อสร้างและการทำงานของเสาอากาศเลนส์

หากมีการสันนิษฐานว่าแหล่งกำเนิดแสงอยู่ที่จุดโฟกัสของเลนส์ซึ่งอยู่ที่ระยะโฟกัสจากเลนส์รังสีจะผ่านเลนส์ในรูปแบบของรังสีคอลลิเมชั่นหรือขนานที่หน้าคลื่น

รังสีที่ผ่านตรงกลางเลนส์จะหักเหน้อยกว่ารังสีที่ผ่านขอบเลนส์ รังสีทั้งหมดจะถูกส่งขนานกับคลื่นระนาบด้านหน้า ปรากฏการณ์ของเลนส์นี้เรียกว่าdivergence.

ขั้นตอนเดียวกันนี้จะย้อนกลับหากลำแสงถูกส่งจากด้านขวาไปซ้ายของเลนส์เดียวกัน จากนั้นลำแสงจะหักเหและมาบรรจบกันที่จุดที่เรียกว่าจุดโฟกัสที่ระยะโฟกัสจากเลนส์ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าconvergence.

สิ่งเดียวกันนี้สามารถเข้าใจได้ดีขึ้นโดยสังเกตจากแผนภาพต่อไปนี้ -

แผนภาพเรย์แสดงจุดโฟกัสและความยาวโฟกัสจากแหล่งกำเนิดไปยังเลนส์ รังสีขนานที่ได้รับเรียกอีกอย่างว่ารังสีโคลิเมต

ในรูปด้านบนแหล่งที่มาที่จุดโฟกัสที่ระยะโฟกัสจากเลนส์จะได้รับการจัดวางในแนวระนาบด้านหน้า ปรากฏการณ์นี้สามารถย้อนกลับได้ซึ่งหมายความว่าแสงหากส่งจากด้านซ้ายจะมาบรรจบกันที่ด้านขวาของเลนส์

เป็นเพราะการแลกเปลี่ยนซึ่งกันและกันเลนส์จึงสามารถใช้เป็นเสาอากาศได้เนื่องจากปรากฏการณ์เดียวกันนี้ช่วยในการใช้เสาอากาศเดียวกันสำหรับทั้งการส่งและการรับ

ภาพของรุ่นเสาอากาศของเลนส์จะปรากฏขึ้น

เพื่อให้ได้คุณสมบัติการโฟกัสที่ความถี่สูงขึ้นดัชนีการหักเหของแสงควรน้อยกว่าเอกภาพ ไม่ว่าดัชนีการหักเหของแสงจุดประสงค์ของเลนส์คือการทำให้รูปคลื่นตรง ด้วยเหตุนี้เลนส์ E-plane และ H-plane จึงได้รับการพัฒนาซึ่งทำให้หน้าคลื่นล่าช้าหรือเร็วขึ้นด้วย

ประเภทของเสาอากาศของเลนส์

มีเสาอากาศเลนส์ประเภทต่อไปนี้ -

• เลนส์ Di-electric หรือเลนส์แผ่นโลหะระนาบ H หรือเลนส์หน่วงเวลา (คลื่นการเดินทางถูกหน่วงโดยสื่อของเลนส์)

• เลนส์แผ่นโลหะ E-plane

• เลนส์ชนิด di-electric ที่ไม่ใช่โลหะ

• เลนส์ประเภทโลหะหรืออิเล็กทริกเทียม

ข้อดี

ต่อไปนี้เป็นข้อดีของเสาอากาศเลนส์ -

• ในเสาอากาศของเลนส์ให้ตัวรองรับฟีดและฟีดอย่ากีดขวางรูรับแสง

• มีความทนทานต่อการออกแบบมากขึ้น

• สามารถจัดการคลื่นได้มากกว่าตัวสะท้อนแสงพาราโบลา

• บีมสามารถเคลื่อนย้ายได้ในเชิงมุมโดยยึดกับแกน

ข้อเสีย

ต่อไปนี้เป็นข้อเสียของเสาอากาศเลนส์ -

• เลนส์มีน้ำหนักมากและใหญ่โดยเฉพาะที่ความถี่ต่ำ

• ความซับซ้อนในการออกแบบ

• ราคาแพงกว่าเมื่อเทียบกับตัวสะท้อนแสงสำหรับคุณสมบัติเดียวกัน

การใช้งาน

ต่อไปนี้เป็นแอพพลิเคชั่นของเสาอากาศเลนส์ -

• ใช้เป็นเสาอากาศวงกว้าง

• ใช้สำหรับการใช้งานความถี่ไมโครเวฟโดยเฉพาะ

คุณสมบัติการบรรจบกันของเสาอากาศเลนส์สามารถใช้สำหรับการพัฒนาเสาอากาศในระดับที่สูงขึ้นซึ่งเรียกว่าเสาอากาศแบบสะท้อนแสงพาราโบลาซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการสื่อสารผ่านดาวเทียม เราจะพูดถึงพวกเขาในบทถัดไป

Parabolic Reflectorsคือเสาอากาศไมโครเวฟ เพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับเสาอากาศเหล่านี้ต้องมีการหารือเกี่ยวกับแนวคิดของตัวสะท้อนแสงแบบพาราโบลา

ช่วงความถี่

ช่วงความถี่ที่ใช้สำหรับการใช้เสาอากาศแบบ Parabolic reflector คือ above 1MHz. เสาอากาศเหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับแอพพลิเคชั่นวิทยุและไร้สาย

หลักการทำงาน

นิยามมาตรฐานของพาราโบลาคือ - โลคัสของจุดซึ่งเคลื่อนที่ในลักษณะที่ระยะห่างจากจุดคงที่ (เรียกว่า focus) บวกระยะทางจากเส้นตรง (เรียกว่า directrix) เป็นค่าคงที่

รูปต่อไปนี้แสดงรูปทรงเรขาคณิตของตัวสะท้อนแสงพาราโบลา ประเด็นF คือโฟกัส (ให้ฟีด) และ Vคือจุดยอด เส้นเชื่อม F และ V เป็นแกนสมมาตร PQ คือรังสีสะท้อนที่Lแสดงถึงเส้นกำกับที่จุดสะท้อนอยู่ (เพื่อบอกว่ากำลังเรียงกัน) ดังนั้นตามคำจำกัดความข้างต้นระยะห่างระหว่าง F และ L จะคงที่เมื่อเทียบกับคลื่นที่ถูกโฟกัส

คลื่นที่สะท้อนกลับก่อตัวเป็นคลื่นด้านหน้าโดยมีรูปทรงพาราโบลา อัตราส่วนของทางยาวโฟกัสต่อขนาดรูรับแสง (เช่น., f / D) ที่เรียกว่า“f over D ratio”เป็นตัวแปรสำคัญของตัวสะท้อนแสงพาราโบลา ค่าของมันแตกต่างกันไป0.25 to 0.50.

กฎของการสะท้อนกลับระบุว่ามุมตกกระทบและมุมสะท้อนเท่ากัน กฎนี้เมื่อใช้ร่วมกับพาราโบลาจะช่วยให้ลำแสงโฟกัส รูปร่างของ

พาราโบลาเมื่อใช้เพื่อจุดประสงค์ในการสะท้อนของคลื่นแสดงคุณสมบัติบางอย่างของพาราโบลาซึ่งมีประโยชน์ในการสร้างเสาอากาศโดยใช้คลื่นที่สะท้อน

คุณสมบัติของพาราโบลา

• คลื่นทั้งหมดที่เกิดจากโฟกัสสะท้อนกลับไปที่แกนพาราโบลา ดังนั้นคลื่นทั้งหมดที่มาถึงรูรับแสงจึงอยู่ในเฟส

• ในขณะที่คลื่นอยู่ในเฟสลำแสงของรังสีตามแกนพาราโบลาจะแข็งแรงและเข้มข้น

ตามจุดเหล่านี้ตัวสะท้อนแสงพาราโบลาช่วยในการสร้างทิศทางที่สูงด้วยความกว้างของลำแสงที่แคบลง

การก่อสร้างและการทำงานของ Parabolic Reflector

หากใช้เสาอากาศ Parabolic Reflector ในการส่งสัญญาณสัญญาณจากฟีดจะออกมาจากไดโพลหรือเสาอากาศแบบฮอร์นเพื่อโฟกัสคลื่นไปที่พาราโบลา หมายความว่าคลื่นจะออกมาจากจุดโฟกัสและกระทบกับตัวสะท้อนแสง Paraboloidal ตอนนี้คลื่นนี้สะท้อนเป็นcollimated wave frontตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้เพื่อรับการถ่ายทอด

เสาอากาศเดียวกันใช้เป็นเครื่องรับ เมื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากระทบรูปร่างของพาราโบลาคลื่นจะสะท้อนไปยังจุดป้อน ไดโพลหรือเสาอากาศฮอร์นซึ่งทำหน้าที่เป็นเสาอากาศรับที่ฟีดรับสัญญาณนี้เพื่อแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าและส่งต่อไปยังวงจรรับ

ภาพต่อไปนี้แสดงเสาอากาศ Parabolic Reflector

การได้รับของพาราโบลาเป็นหน้าที่ของอัตราส่วนรูรับแสง (D/λ). พลังการแผ่รังสีที่มีประสิทธิภาพ(ERP) ของเสาอากาศคือการคูณของกำลังอินพุตที่ป้อนเข้ากับเสาอากาศและกำลังไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น

โดยปกติแล้วเสาอากาศแตรนำคลื่นจะใช้เป็นตัวป้อนสำหรับเสาอากาศสะท้อนแสงพาราโบลา นอกจากเทคนิคนี้แล้วเรายังมีฟีดอีกประเภทหนึ่งที่มอบให้กับเสาอากาศตัวสะท้อนพาราโบลาซึ่งเรียกว่าฟีด Cassegrain

ฟีด Cassegrain

Casse Grain เป็นฟีดอีกประเภทหนึ่งที่มอบให้กับเสาอากาศสะท้อนแสง ในประเภทนี้ฟีดจะอยู่ที่จุดยอดของพาราโบลาซึ่งแตกต่างจากตัวสะท้อนพาราโบลา ตัวสะท้อนรูปทรงนูนซึ่งทำหน้าที่เป็นไฮเปอร์โบลอยด์วางอยู่ตรงข้ามกับฟีดของเสาอากาศ เป็นที่รู้จักกันในชื่อsecondary hyperboloid reflector หรือ sub-reflector. มันถูกวางไว้ให้หนึ่งในจุดโฟกัสตรงกับโฟกัสของพาราโบลา ดังนั้นคลื่นจึงสะท้อนสองครั้ง

รูปด้านบนแสดงรูปแบบการทำงานของฟีด cassegrain

การทำงานของเสาอากาศ Cassegrain

เมื่อเสาอากาศทำหน้าที่เป็นเสาอากาศส่งพลังงานจากฟีดจะแผ่กระจายผ่านเสาอากาศแบบฮอร์นไปยังตัวสะท้อนแสงแบบไฮเพอร์โบลอยด์ซึ่งจะสะท้อนกลับไปยังตัวสะท้อนพาราโบลาอีกครั้ง สัญญาณจะสะท้อนไปยังอวกาศจากที่นั่น ดังนั้นการสิ้นเปลืองพลังงานจึงถูกควบคุมและทิศทางจะดีขึ้น

เมื่อใช้เสาอากาศเดียวกันในการรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะกระทบกับตัวสะท้อนแสงจะสะท้อนไปยังไฮเพอร์โบลอยด์แบบเว้าและจากที่นั่นไปถึงฟีด เสาอากาศฮอร์นนำคลื่นแสดงที่นั่นเพื่อรับสัญญาณนี้และส่งไปยังวงจรรับสัญญาณเพื่อขยายสัญญาณ

ลองดูภาพต่อไปนี้ มันแสดงตัวสะท้อนพาราโบลาพร้อมฟีด cassegrain

ข้อดี

ต่อไปนี้เป็นข้อดีของเสาอากาศแบบ Parabolic reflector -

• การลดก้อนเล็ก ๆ

• การสูญเสียพลังงานจะลดลง

• ได้ทางยาวโฟกัสที่เท่ากัน

• ฟีดสามารถวางในสถานที่ใดก็ได้ตามความสะดวกของเรา

• การปรับลำแสง (การลดหรือขยาย) ทำได้โดยการปรับพื้นผิวสะท้อนแสง

ข้อเสีย

ต่อไปนี้เป็นข้อเสียของเสาอากาศแบบ Parabolic reflector -

• พลังบางอย่างที่สะท้อนจากตัวสะท้อนพาราโบลาถูกขัดขวาง สิ่งนี้จะกลายเป็นปัญหากับพาราโบลามิติขนาดเล็ก

การใช้งาน

ต่อไปนี้เป็นแอพพลิเคชั่นของเสาอากาศ Parabolic reflector -

• ตัวสะท้อนพาราโบลาฟีด cassegrain ส่วนใหญ่จะใช้ในการสื่อสารผ่านดาวเทียม

• ยังใช้ในระบบโทรคมนาคมไร้สาย

ให้เราดูฟีดประเภทอื่นที่เรียกว่าฟีดเกรกอเรียนสำหรับตัวสะท้อนพาราโบลา

ฟีดเกรกอเรียน

นี่คือฟีดประเภทอื่นที่ใช้ มีการกำหนดค่าบางอย่างอยู่ที่นั่นซึ่งความกว้างของฟีดจะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ในขณะที่ขนาดเสาอากาศถูกยึดไว้ ฟีดประเภทนี้เรียกว่าฟีดเกรกอเรียน ที่นี่ไฮเพอร์โบลอยด์รูปนูนของ Casssegrain จะถูกแทนที่ด้วยตัวสะท้อนแสงพาราโบลารูปเว้าซึ่งแน่นอนว่ามีขนาดเล็กกว่า

เหล่านี้ Gregorian feed ชนิดสะท้อนแสงสามารถใช้ได้สี่วิธี -

• ระบบเกรกอเรียนใช้รีเฟลกเตอร์รีเฟลกเตอร์รีเฟลกเตอร์ย่อยที่ foci F1

• ระบบเกรกอเรียนใช้รีเฟลกเตอร์รีเฟลกเตอร์รีเฟลกเตอร์ย่อยที่ foci F2

• ระบบ Cassegrain โดยใช้ตัวสะท้อนแสงแบบไฮเปอร์โบลอยด์ (นูน)

• ระบบ Cassegrain โดยใช้ตัวสะท้อนแสงแบบไฮเปอร์โบลอยด์ (เว้า แต่ฟีดอยู่ใกล้กับมันมาก)

สิ่งเหล่านี้เป็นเพียงการกล่าวถึงเนื่องจากไม่เป็นที่นิยมและไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลาย พวกเขามีข้อ จำกัด

ภาพแสดงรูปแบบการทำงานของตัวสะท้อนแสงทุกประเภทอย่างชัดเจน มีตัวสะท้อนพาราโบลาประเภทอื่น ๆ เช่น -

• ตัดพาราโบลา
• ทรงกระบอกพาราโบลา
• พาราโบลากล่องยา

อย่างไรก็ตามทั้งหมดนี้แทบไม่ได้ใช้เนื่องจากข้อ จำกัด และความไม่พอใจในสภาพการทำงาน

ดังนั้นในทุกประเภทของเสาอากาศรีเฟลกเตอร์ตัวสะท้อนแสงพาราโบลาอย่างง่ายและตัวสะท้อนพาราโบลาฟีดคาสเซกเกรนจึงเป็นแบบที่ใช้กันมากที่สุด

เสาอากาศเมื่อแยกกันสามารถแผ่พลังงานจำนวนหนึ่งไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่งซึ่งส่งผลให้การส่งผ่านข้อมูลดีขึ้นจะเป็นอย่างไรหากมีการเพิ่มองค์ประกอบอื่น ๆ เข้าไปเพื่อให้ได้ผลผลิตที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น มันเป็นความคิดนี้เองที่นำไปสู่การประดิษฐ์Antenna arrays.

คุณสามารถเข้าใจอาร์เรย์เสาอากาศได้ดีขึ้นโดยสังเกตภาพต่อไปนี้ สังเกตวิธีเชื่อมต่ออาร์เรย์เสาอากาศ

อัน antenna arrayเป็นระบบการแผ่รังสีซึ่งประกอบด้วยหม้อน้ำและองค์ประกอบต่างๆ หม้อน้ำแต่ละตัวขณะทำงานมีสนามเหนี่ยวนำของตัวเอง องค์ประกอบต่างๆจะถูกวางไว้อย่างใกล้ชิดเพื่อให้แต่ละองค์ประกอบอยู่ในสนามเหนี่ยวนำ ดังนั้นรูปแบบการแผ่รังสีที่เกิดจากพวกมันจะเป็นผลรวมเวกเตอร์ของแต่ละรูปแบบ ภาพต่อไปนี้แสดงตัวอย่างอื่นของอาร์เรย์เสาอากาศ

ระยะห่างระหว่างองค์ประกอบและความยาวขององค์ประกอบตามความยาวคลื่นยังเป็นสิ่งที่ควรคำนึงถึงในขณะที่ออกแบบเสาอากาศเหล่านี้

เสาอากาศแผ่รังสีแยกกันและในขณะที่อยู่ในอาร์เรย์การแผ่รังสีขององค์ประกอบทั้งหมดจะรวมกันเพื่อสร้างลำแสงรังสีซึ่งมีอัตราขยายสูงทิศทางสูงและประสิทธิภาพที่ดีขึ้นโดยมีการสูญเสียน้อยที่สุด

ข้อดี

ต่อไปนี้เป็นข้อดีของการใช้อาร์เรย์เสาอากาศ -

• ความแรงของสัญญาณเพิ่มขึ้น
• ได้รับทิศทางสูง
• ติ่งหูจะลดลงมาก
• ได้อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนสูง
• ได้รับกำไรสูง
• การสิ้นเปลืองพลังงานจะลดลง
• ได้รับประสิทธิภาพที่ดีขึ้น

ข้อเสีย

ต่อไปนี้เป็นข้อเสียของเสาอากาศอาร์เรย์ -

• การสูญเสียที่ต้านทานจะเพิ่มขึ้น
• การติดตั้งและการบำรุงรักษาทำได้ยาก
• ต้องการพื้นที่ภายนอกขนาดใหญ่

การใช้งาน

ต่อไปนี้เป็นแอพพลิเคชั่นของเสาอากาศอาร์เรย์ -

• ใช้ในการสื่อสารผ่านดาวเทียม
• ใช้ในการสื่อสารไร้สาย
• ใช้ในการสื่อสารเรดาร์ทางทหาร
• ใช้ในการศึกษาทางดาราศาสตร์

ประเภทของอาร์เรย์

ประเภทพื้นฐานของอาร์เรย์คือ -

• อาร์เรย์ Collinear
• อาร์เรย์ด้านกว้าง
• สิ้นสุดอาร์เรย์ไฟ
• อาร์เรย์ปรสิต
• อาร์เรย์ Yagi-Uda
• อาร์เรย์ Log-peroidic
• อาร์เรย์ประตูหมุน
• อาร์เรย์ Super-turnstile

เราจะพูดถึงอาร์เรย์เหล่านี้ในบทต่อไป

ก Collinear arrayประกอบด้วยไดโพลครึ่งคลื่นสองอันหรือมากกว่าซึ่งวางไว้ตั้งแต่ต้นจนจบ เสาอากาศเหล่านี้วางอยู่บนเส้นหรือแกนทั่วไปโดยขนานกันหรือเรียงกัน

รังสีสูงสุดในอาร์เรย์เหล่านี้คือด้านกว้างและตั้งฉากกับบรรทัดของอาร์เรย์ อาร์เรย์เหล่านี้เรียกอีกอย่างว่าbroad cast หรือ Omni-directional arrays.

ช่วงความถี่

ช่วงความถี่ที่เสาอากาศอาร์เรย์ collinear ทำงานอยู่รอบ ๆ 30 MHz to 3GHz ซึ่งเป็นของ VHF และ UHF วงดนตรี

การก่อสร้าง Array

อาร์เรย์ collinear เหล่านี้คือ uni-directional antennasมีกำไรสูง จุดประสงค์หลักของอาร์เรย์นี้คือการเพิ่มพลังงานที่แผ่ออกมาและเพื่อให้ลำแสงทิศทางสูงโดยหลีกเลี่ยงการสูญเสียพลังงานในทิศทางอื่น ๆ

ภาพด้านบนแสดงภาพของอาร์เรย์ collinear ในรูปที่ 1 จะเห็นว่าอาร์เรย์คอลลิเนียร์ถูกสร้างขึ้นโดยใช้ไดโพลแบบพับในขณะที่ในรูปที่ 2 อาร์เรย์คอลลิเนียร์ถูกสร้างขึ้นโดยไดโพลปกติ ทั้งสองประเภทเป็นไดโพลครึ่งคลื่นที่ใช้กันทั่วไป

รูปแบบการแผ่รังสี

รูปแบบการแผ่รังสีของอาร์เรย์ collinear เหล่านี้คล้ายกับไดโพลเดี่ยว แต่รูปแบบอาร์เรย์ของจำนวนไดโพลที่เพิ่มขึ้นทำให้เกิดความแตกต่าง

รูปแบบการแผ่รังสีของอาร์เรย์ collinear เมื่อสร้างขึ้นโดยใช้สององค์ประกอบสามองค์ประกอบและสี่องค์ประกอบตามลำดับจะแสดงในรูปที่ให้ไว้ด้านบน

broad side array ยังมีรูปแบบเดียวกันซึ่งทิศทางของการแผ่รังสีสูงสุดจะตั้งฉากกับแนวเสาอากาศ

ข้อดี

ต่อไปนี้เป็นข้อดีของเสาอากาศอาร์เรย์ collinear -

• การใช้อาร์เรย์ช่วยลดส่วนปลายที่กว้างและเพิ่มทิศทาง
• ติ่งหูจะถูกย่อให้เล็กลง
• การสูญเสียพลังงานจะลดลง

ข้อเสีย

ต่อไปนี้เป็นข้อเสียของเสาอากาศอาร์เรย์ collinear -

• การกำจัดเสาอากาศเหล่านี้เป็นงานที่ยาก
• ใช้เฉพาะในพื้นที่กลางแจ้ง

การใช้งาน

ต่อไปนี้เป็นแอพพลิเคชั่นของเสาอากาศอาร์เรย์ collinear -

• ใช้สำหรับแถบ VHF และ UHF
• ใช้ในการสื่อสารสองทาง
• ใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการออกอากาศ

อาร์เรย์เสาอากาศในรูปแบบที่ง่ายที่สุดมีองค์ประกอบจำนวนหนึ่งที่มีขนาดเท่ากันโดยเว้นระยะห่างเท่า ๆ กันตามเส้นตรงหรือแกนสร้างจุดคอลลิเนียร์โดยมีไดโพลทั้งหมดในเฟสเดียวกันจากแหล่งเดียวกันรวมกันเป็น broad side array.

ช่วงความถี่

ช่วงความถี่ที่เสาอากาศอาร์เรย์ collinear ทำงานอยู่รอบ ๆ 30 MHz to 3GHz ซึ่งเป็นของ VHF และ UHF วงดนตรี

การก่อสร้างและการทำงานของอาร์เรย์ด้านกว้าง

ตามคำจำกัดความมาตรฐาน“ การจัดเรียงที่ทิศทางหลักของรังสีตั้งฉากกับแกนอาร์เรย์และกับระนาบที่มีองค์ประกอบอาร์เรย์” เรียกว่า broad side array. ดังนั้นรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศจึงตั้งฉากกับแกนที่มีอาร์เรย์อยู่

แผนภาพต่อไปนี้แสดงอาร์เรย์ด้านกว้างในมุมมองด้านหน้าและด้านข้างตามลำดับ

อาร์เรย์ด้านกว้างมีทิศทางอย่างมากที่มุมฉากกับระนาบของอาร์เรย์ อย่างไรก็ตามการแผ่รังสีในเครื่องบินจะน้อยลงมากเนื่องจากมีการยกเลิกในทิศทางที่เข้าร่วมศูนย์

รูปของอาร์เรย์ด้านกว้างที่มีระยะห่างλ / 4 แสดงไว้ด้านล่าง

ความยาวเสาอากาศโดยทั่วไปในอาร์เรย์ด้านกว้างคือตั้งแต่ 2 ถึง 10 ความยาวคลื่น ระยะห่างโดยทั่วไปคือλ / 2 หรือλ จุดป้อนของไดโพลจะเชื่อมต่อดังแสดงในรูป

รูปแบบการแผ่รังสี

รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศนี้เป็นแบบสองทิศทางและเป็นมุมฉากกับระนาบ ลำแสงแคบมากและมีอัตราขยายสูง

รูปด้านบนแสดงรูปแบบการแผ่รังสีของอาร์เรย์ด้านกว้าง ลำแสงกว้างขึ้นเล็กน้อยและแฉกเล็กน้อยจะลดลงมากในเรื่องนี้

การจัดเรียงทางกายภาพของ end-fire arrayเหมือนกับอาร์เรย์ด้านกว้าง ขนาดของกระแสในแต่ละองค์ประกอบเท่ากัน แต่มีความแตกต่างของเฟสระหว่างกระแสเหล่านี้ การเหนี่ยวนำพลังงานนี้แตกต่างกันไปในแต่ละองค์ประกอบซึ่งสามารถเข้าใจได้จากแผนภาพต่อไปนี้

รูปด้านบนแสดงอาร์เรย์ end-fire ในมุมมองด้านบนและด้านข้างตามลำดับ

ไม่มีการแผ่รังสีในมุมฉากกับระนาบของอาร์เรย์เนื่องจากมีการยกเลิก องค์ประกอบที่หนึ่งและสามถูกป้อนออกจากเฟสดังนั้นจึงยกเลิกการแผ่รังสีของกันและกัน ในทำนองเดียวกันลำดับที่สองและสี่จะถูกดึงออกจากเฟสเพื่อยกเลิก

ระยะห่างของไดโพลปกติจะเป็นλ / 4 หรือ3λ / 4 การจัดเรียงนี้ไม่เพียง แต่ช่วยหลีกเลี่ยงการแผ่รังสีที่ตั้งฉากกับระนาบเสาอากาศ แต่ยังช่วยให้พลังงานที่แผ่ออกไปถูกเบี่ยงเบนไปยังทิศทางของการแผ่รังสีของอาร์เรย์ทั้งหมด ดังนั้นจึงหลีกเลี่ยงก้อนเล็ก ๆ น้อย ๆ และทิศทางจะเพิ่มขึ้น ลำแสงจะแคบลงพร้อมกับองค์ประกอบที่เพิ่มขึ้น

รูปแบบการแผ่รังสี

รูปแบบการแผ่รังสีของอาร์เรย์สิ้นไฟคือ uni-directional. กลีบใหญ่เกิดขึ้นที่ปลายด้านหนึ่งซึ่งมีการแผ่รังสีสูงสุดในขณะที่กลีบเล็ก ๆ แสดงถึงการสูญเสีย

รูปนี้อธิบายถึงรูปแบบการแผ่รังสีของอาร์เรย์สิ้นไฟ รูปที่ 1 คือรูปแบบการแผ่รังสีของอาร์เรย์เดียวในขณะที่รูปที่ 2, 3 และ 4 แสดงถึงรูปแบบการแผ่รังสีสำหรับอาร์เรย์หลายอาร์เรย์

End-fire Array Vs Broad Side Array

เราได้ศึกษาทั้งอาร์เรย์ ให้เราลองเปรียบเทียบอาร์เรย์ด้านท้ายและด้านกว้างพร้อมกับลักษณะของมัน

รูปนี้แสดงรูปแบบการแผ่รังสีของอาร์เรย์สิ้นไฟและอาร์เรย์ด้านกว้าง

• อาร์เรย์ไฟท้ายและอาร์เรย์ด้านกว้างทั้งสองเป็นเส้นตรงและเป็นเรโซแนนซ์เนื่องจากประกอบด้วยองค์ประกอบเรโซแนนซ์

• เนื่องจากการสั่นพ้องอาร์เรย์ทั้งสองจึงแสดงลำแสงที่แคบลงและทิศทางที่สูง

• อาร์เรย์ทั้งสองนี้ใช้ในการส่งข้อมูล

• ไม่ได้ใช้สำหรับการรับสัญญาณเนื่องจากความจำเป็นในการครอบคลุมช่วงความถี่เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการรับทุกประเภท

อาร์เรย์เสาอากาศตามที่เห็นด้านบนใช้เพื่อปรับปรุงอัตราขยายและทิศทาง

ก parasitic elementเป็นองค์ประกอบซึ่งขึ้นอยู่กับฟีดอื่น ๆ ไม่มีฟีดของตัวเอง ดังนั้นในอาร์เรย์ประเภทนี้เราจึงใช้องค์ประกอบดังกล่าวซึ่งช่วยในการเพิ่มการแผ่รังสีทางอ้อม

องค์ประกอบของกาฝากเหล่านี้ไม่ได้เชื่อมต่อโดยตรงกับฟีด

ภาพด้านบนแสดงตัวอย่างของอาร์เรย์ปรสิต โครงสร้างตาข่ายที่เห็นในภาพไม่มีอะไรนอกจากชุดสะท้อนแสง ตัวสะท้อนแสงเหล่านี้ไม่ได้เชื่อมต่อด้วยไฟฟ้า เพิ่มความแรงของสัญญาณโดยการเพิ่มทิศทางของลำแสง

การก่อสร้างและการทำงานของอาร์เรย์ปรสิต

ให้เราดูส่วนสำคัญของอาร์เรย์ปรสิตและวิธีการทำงาน

ส่วนหลัก ได้แก่ -

• องค์ประกอบขับเคลื่อน
• องค์ประกอบของปรสิต
  • Reflector
  • Director
• Boom

องค์ประกอบขับเคลื่อน

เสาอากาศแผ่รังสีแยกกันและในขณะที่อยู่ในอาร์เรย์การแผ่รังสีขององค์ประกอบทั้งหมดจะรวมกันเป็นลำแสงรังสี องค์ประกอบทั้งหมดของอาร์เรย์ไม่จำเป็นต้องเชื่อมต่อกับฟีด ไดโพลที่เชื่อมต่อกับฟีดเรียกว่า adriven element.

องค์ประกอบของปรสิต

องค์ประกอบที่เพิ่มเข้ามาไม่มีการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างองค์ประกอบที่ขับเคลื่อนหรือฟีด พวกเขาอยู่ในตำแหน่งเพื่อให้พวกเขาอยู่ในสนามเหนี่ยวนำขององค์ประกอบขับเคลื่อน ดังนั้นจึงรู้จักกันในชื่อparasitic elements.

Reflector

หากองค์ประกอบกาฝากตัวใดตัวหนึ่งซึ่งยาวกว่าองค์ประกอบขับเคลื่อน 5% ถูกวางไว้ใกล้กับองค์ประกอบขับเคลื่อนมีความยาวมากขึ้นมันจะทำหน้าที่เป็นกระจกเว้าซึ่งสะท้อนพลังงานไปในทิศทางของรูปแบบการแผ่รังสีแทนที่จะเป็นทิศทางของมันเอง และด้วยเหตุนี้จึงเรียกว่า reflector.

Director

องค์ประกอบกาฝากซึ่งสั้นกว่าองค์ประกอบขับเคลื่อน 5% ซึ่งได้รับพลังงานมีแนวโน้มที่จะเพิ่มการแผ่รังสีในทิศทางของตัวเองดังนั้นจึงมีพฤติกรรมเหมือนเลนส์นูนบรรจบกัน องค์ประกอบนี้เรียกว่าเป็นไฟล์director. มีการวางกรรมการจำนวนหนึ่งเพื่อเพิ่มการกำกับ

บูม

องค์ประกอบที่วางไว้ทั้งหมดนี้เรียกว่า a boom. เป็นโครงสร้างที่ไม่ใช่โลหะซึ่งให้ฉนวนกันความร้อนเพื่อไม่ให้เกิดการลัดวงจรระหว่างองค์ประกอบอื่น ๆ ของอาร์เรย์

สิ่งเหล่านี้เป็นองค์ประกอบหลักทั้งหมดที่มีส่วนช่วยในการแผ่รังสี สิ่งนี้สามารถเข้าใจได้ดีขึ้นด้วยความช่วยเหลือของแผนภาพ

ภาพที่แสดงด้านบนเป็นของอาร์เรย์ปรสิตซึ่งแสดงส่วนต่างๆของอาร์เรย์พาร์ซิติกเช่นองค์ประกอบขับเคลื่อนกรรมการและตัวสะท้อนแสง ฟีดจะได้รับผ่านตัวป้อน

อาร์เรย์ใช้ที่ความถี่ตั้งแต่ 2MHz ถึง several GHz. สิ่งเหล่านี้ใช้โดยเฉพาะเพื่อให้ได้ทิศทางที่สูงและได้รับการส่งต่อที่ดีขึ้นด้วยไฟล์uni-directional. ตัวอย่างที่พบบ่อยที่สุดของอาร์เรย์ประเภทนี้คือYagi-Uda antenna. เสาอากาศรูปสี่เหลี่ยมอาจถูกยกมาเป็นตัวอย่างอื่น

Yagi-Uda antennaเป็นเสาอากาศที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับการรับสัญญาณโทรทัศน์ในช่วงสองสามทศวรรษที่ผ่านมา เป็นเสาอากาศประเภทที่นิยมและใช้งานง่ายที่สุดพร้อมประสิทธิภาพที่ดีขึ้นซึ่งมีชื่อเสียงในด้านอัตราขยายและทิศทางที่สูง

Frequency range

ช่วงความถี่ที่เสาอากาศ Yagi-Uda ทำงานอยู่รอบ ๆ 30 MHz to 3GHz ซึ่งเป็นของ VHF และ UHF วงดนตรี

การก่อสร้างเสาอากาศ Yagi-Uda

เสาอากาศ Yagi-Uda มีให้เห็นอยู่ด้านบนของบ้านเกือบทุกหลังในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา องค์ประกอบของกาฝากและไดโพลรวมกันเป็นเสาอากาศยากิ - อุดะนี้

รูปแสดงไฟล์ Yagi-Uda antenna. จะเห็นว่ามีกรรมการหลายคนวางไว้เพื่อเพิ่มทิศทางของเสาอากาศ ตัวป้อนคือไดโพลพับ ตัวสะท้อนแสงเป็นองค์ประกอบที่มีความยาวซึ่งอยู่ที่ส่วนท้ายของโครงสร้าง

รูปนี้แสดงให้เห็นรูปแบบที่ชัดเจนของเสาอากาศ Yagi-Uda แกนกลางเหมือนโครงสร้างที่ติดตั้งองค์ประกอบเรียกว่าเป็นboom. องค์ประกอบที่เชื่อมต่อกับหัวดำหนาคือdriven elementที่สายส่งเชื่อมต่อภายในผ่านสตั๊ดสีดำนั้น องค์ประกอบเดียวที่อยู่ด้านหลังขององค์ประกอบที่ขับเคลื่อนคือreflectorซึ่งสะท้อนพลังงานทั้งหมดไปยังทิศทางของรูปแบบการแผ่รังสี องค์ประกอบอื่น ๆ ก่อนองค์ประกอบขับเคลื่อนคือdirectorsซึ่งนำลำแสงไปยังมุมที่ต้องการ

การออกแบบ

สำหรับการออกแบบเสาอากาศนี้ควรปฏิบัติตามข้อกำหนดการออกแบบต่อไปนี้

พวกเขาคือ -

ธาตุ	ข้อมูลจำเพาะ
ความยาวขององค์ประกอบขับเคลื่อน	0.458λถึง0.5λ
ความยาวของตัวสะท้อนแสง	0.55λถึง0.58λ
ระยะเวลาของกรรมการ 1	0.45λ
ระยะเวลาของกรรมการ 2	0.40λ
ระยะเวลาของกรรมการ 3	0.35λ
ระยะห่างระหว่างกรรมการ	0.2λ
ตัวสะท้อนแสงถึงระยะห่างไดโพล	0.35λ
ระยะห่างระหว่างไดโพลถึงกรรมการ	0.125λ

หากเป็นไปตามข้อกำหนดที่ระบุข้างต้นสามารถออกแบบเสาอากาศ Yagi-Uda ได้

รูปแบบการแผ่รังสี

รูปแบบทิศทางของเสาอากาศ Yagi-Uda คือ highly directive ดังแสดงในรูปด้านล่าง

กลีบรองจะถูกระงับและทิศทางของกลีบหลักจะเพิ่มขึ้นโดยการเพิ่มกรรมการไปที่เสาอากาศ

ข้อดี

ต่อไปนี้เป็นข้อดีของเสาอากาศ Yagi-Uda -

• ได้กำไรสูง
• มีทิศทางสูง
• ง่ายต่อการจัดการและบำรุงรักษา
• สิ้นเปลืองพลังงานน้อยลง
• ครอบคลุมความถี่ที่กว้างขึ้น

ข้อเสีย

ต่อไปนี้เป็นข้อเสียของเสาอากาศ Yagi-Uda -

• มีเสียงดัง
• มีแนวโน้มที่จะเกิดผลกระทบจากบรรยากาศ

การใช้งาน

ต่อไปนี้เป็นแอพพลิเคชั่นของเสาอากาศ Yagi-Uda -

• ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการรับโทรทัศน์
• ใช้ในกรณีที่ต้องการแอปพลิเคชันความถี่เดียว

เสาอากาศ Yagi-Uda ส่วนใหญ่ใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในประเทศ อย่างไรก็ตามเพื่อจุดประสงค์ทางการค้าและเพื่อปรับแต่งช่วงความถี่เราจำเป็นต้องมีเสาอากาศอื่นที่เรียกว่าLog-periodic antenna. เสาอากาศแบบลอจิกเป็นระยะที่มีอิมพีแดนซ์เป็นฟังก์ชันความถี่ของลอการิทึมเป็นระยะ

ช่วงความถี่

ช่วงความถี่ที่เสาอากาศล็อกคาบทำงานอยู่รอบ ๆ 30 MHz to 3GHz ซึ่งเป็นของ VHF และ UHF วงดนตรี

การก่อสร้างและการทำงานของเสาอากาศแบบล็อกเป็นระยะ

การสร้างและการทำงานของเสาอากาศแบบล็อกเป็นระยะคล้ายกับเสาอากาศยางิอุดะ ข้อได้เปรียบหลักของเสาอากาศนี้คือแสดงลักษณะคงที่ในช่วงความถี่ที่ต้องการของการทำงาน มีความต้านทานรังสีเท่ากันดังนั้น SWR จึงเท่ากัน อัตราขยายและอัตราส่วนหน้าต่อหลังก็เหมือนกัน

ภาพแสดงเสาอากาศแบบล็อกคาบ

ด้วยการเปลี่ยนแปลงความถี่ในการทำงานพื้นที่ที่ใช้งานจะเปลี่ยนไปตามองค์ประกอบต่างๆและด้วยเหตุนี้องค์ประกอบทั้งหมดจะไม่ทำงานในความถี่เดียวเท่านั้น นี่คือของมันspecial characteristic.

เสาอากาศล็อกคาบมีหลายประเภทเช่นระนาบสี่เหลี่ยมคางหมูซิกแซกชนิดตัววีช่องเสียบและไดโพล ส่วนที่ใช้ส่วนใหญ่คืออาร์เรย์ไดโพลแบบล็อกคาบหรือเรียกสั้น ๆ ว่า LPDA

แผนภาพของล็อกคาบอาร์เรย์ได้รับด้านบน

เมื่อสังเกตเห็นโครงสร้างทางกายภาพและลักษณะทางไฟฟ้ามีลักษณะซ้ำ ๆ กัน อาร์เรย์ประกอบด้วยไดโพลที่มีความยาวและระยะห่างต่างกันซึ่งป้อนจากสายส่งสองสาย เส้นนี้ถูกเคลื่อนย้ายระหว่างไดโพลแต่ละคู่ที่อยู่ติดกัน

ความยาวและการแยกไดโพลเกี่ยวข้องกับสูตร -

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

ที่ไหน

• тคืออัตราส่วนการออกแบบและт <1
• R คือระยะห่างระหว่างฟีดและไดโพล
• ล. คือความยาวของไดโพล

คำสั่งที่ได้รับอยู่ในระดับต่ำถึงปานกลาง รูปแบบการแผ่รังสีอาจเป็นได้Unidirectional or Bi-directional.

รูปแบบการแผ่รังสี

รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศแบบล็อกคาบอาจเป็นแบบทิศทางเดียวหรือแบบสองทิศทางขึ้นอยู่กับโครงสร้างของล็อกเป็นระยะ ๆ

สำหรับ uni-directional Log-periodic antennaการแผ่รังสีไปยังองค์ประกอบที่สั้นกว่ามีจำนวนมากในขณะที่ในทิศทางไปข้างหน้ามีขนาดเล็กหรือเป็นศูนย์

รูปแบบการแผ่รังสีสำหรับเสาอากาศล็อกเป็นระยะแบบทิศทางเดียวได้รับไว้ข้างต้น

สำหรับ bi-directional Log-periodic antennaรังสีสูงสุดจะอยู่ในด้านกว้างซึ่งเป็นเรื่องปกติที่พื้นผิวของเสาอากาศ

รูปที่ระบุด้านบนแสดงรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศแบบล็อกเป็นระยะแบบสองทิศทาง

ข้อดี

ต่อไปนี้เป็นข้อดีของเสาอากาศ Log-periodic -

• การออกแบบเสาอากาศมีขนาดกะทัดรัด
• รูปแบบการได้รับและการแผ่รังสีนั้นแตกต่างกันไปตามข้อกำหนด

ข้อเสีย

ต่อไปนี้เป็นข้อเสียของเสาอากาศ Log-periodic -

• เมาท์ภายนอก
• ต้นทุนการติดตั้งสูง

การใช้งาน

ต่อไปนี้เป็นแอพพลิเคชั่นของเสาอากาศ Log-periodic -

• ใช้สำหรับการสื่อสาร HF
• ใช้สำหรับการรองรับทีวีบางประเภท
• ใช้สำหรับการตรวจสอบทุกรอบในย่านความถี่ที่สูงขึ้น

Turnstile antennaเป็นเสาอากาศอาร์เรย์อีกประเภทหนึ่ง รูปร่างของอาร์เรย์นี้เป็นสัญลักษณ์ของประตูหมุนซึ่งใช้ในทางเข้าไม่กี่แห่ง เสาอากาศนี้มีการใช้งานทางทหารที่หลากหลาย

ช่วงความถี่

ช่วงความถี่ที่เสาอากาศประตูหมุนทำงานอยู่รอบ ๆ 30 MHz to 3GHz ซึ่งเป็นของ VHF และ UHF วงดนตรี

การก่อสร้างและการทำงานของเสาอากาศ Turnstile

ไดโพลครึ่งคลื่นที่เหมือนกันสองอันวางอยู่ที่มุมฉากซึ่งกันและกันและถูกป้อนเข้าเฟส ไดโพลเหล่านี้ตื่นเต้น 90 °นอกเฟสซึ่งกันและกัน อาร์เรย์ Turnstile สามารถเรียกได้ว่าเป็นcrossed dipoles array.

ภาพด้านบนแสดงเสาอากาศแบบหมุนได้

เพื่อให้ได้ทิศทางที่สูงประตูหมุนหลายอันอาจวางซ้อนกันตามแกนแนวตั้งและจะแบ่งเป็นระยะตามที่แสดงในรูปด้านบน โพลาไรเซชันของเสาอากาศแบบหมุนได้ขึ้นอยู่กับโหมดการทำงาน

คู่ของไดโพลดังกล่าวมักจะซ้อนกันเป็นที่รู้จักกันในชื่อ BAY. ในรูปที่แสดงด้านบนสองช่องมีระยะห่างครึ่งความยาวคลื่น(λ/2)แยกออกจากกันและองค์ประกอบที่เกี่ยวข้องจะถูกป้อนในเฟส การแผ่รังสีที่เกิดจากการรวมกันของอ่าวทำให้เกิดทิศทางที่ดีขึ้น

โหมดการทำงาน

ต่อไปนี้เป็นโหมดการทำงานของเสาอากาศ Turnstile

Normal mode

ในโหมดการทำงานปกติเสาอากาศจะแผ่ออก horizontally polarized คลื่นที่ตั้งฉากกับแกนของมัน

Axial mode

ในโหมดการทำงานตามแนวแกนเสาอากาศจะแผ่ออก circularly polarized คลื่นตามแนวแกนขนานกับแกนของมัน

สำหรับโพลาไรซ์แบบวงกลมเครื่องส่งที่แผ่ด้วยโพลาไรซ์แบบวงกลมขวาควรมีตัวรับที่มีโพลาไรซ์แบบวงกลมขวาเหมือนกันและในทางกลับกัน หากเป็นโพลาไรซ์แบบวงกลมซ้ายซึ่งแตกต่างจากตัวส่งสัญญาณจะสูญเสียกำไรอย่างรุนแรง

เสาอากาศ Super Turnstile

สำหรับเสาอากาศแบบหมุนได้พลังการแผ่รังสีจะอยู่ที่ 3dB ซึ่งต่ำกว่าการแผ่รังสีสูงสุดของไดโพลครึ่งคลื่นที่แผ่พลังงานเท่ากัน ดังนั้นเพื่อเอาชนะข้อเสียนี้Super-turnstile antenna ถูกสร้างขึ้น

องค์ประกอบไดโพลอย่างง่ายในประตูหมุนจะถูกแทนที่ด้วยแผ่นแบนสี่แผ่นใน Super-turnstile การออกแบบอาร์เรย์ Super-turnstile นั้นสามารถสร้าง 1 ถึง 8 ช่องบนเสาเดียวได้ ชื่ออื่นสำหรับเสาอากาศ Super-turnstile คือBatwing Antenna.

ภาพด้านบนแสดงเสาอากาศ super-turnstile รูปที่ 1 แสดงการจัดเรียงของ superturnstile array โดยมีจุดสีแดงเป็นจุดป้อน รูปที่ 2 แสดงอาร์เรย์ turnstile แบบเรียงซ้อนที่ใช้ในการสื่อสารผ่านดาวเทียม

รูปแบบการแผ่รังสี

รูปแบบการแผ่รังสีจะคล้ายกับรูปแบบการแผ่รังสีของไดโพลสองขั้ว แม้ว่ามันจะใกล้เคียงกับรูปแบบรอบทิศทาง แต่ก็ทิ้งรูปแบบรูปกานพลู

รูปด้านบนแสดงรูปแบบการแผ่รังสีของอาร์เรย์เทิร์นสตีล รูปแบบตัวเลขที่มีความสูงโดยทั่วไปถูกรวมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างรูปแบบเกือบเป็นวงกลม

• รูป A แสดงรูปแบบแต่ละแบบที่รวมกัน

• รูป B แสดงรูปแบบแนวตั้งของอ่าวเดี่ยวและรูปแบบรวมของสี่อ่าว

• รูป C แสดงรูปแบบการรวมกันของสี่ช่องที่แสดงทิศทางที่ดีขึ้น

ข้อดี

ต่อไปนี้เป็นข้อดีของเสาอากาศ Turnstile -

• กำไรสูงทำได้โดยการซ้อนกัน

• Super-turnstile ให้ผลผลิตสูง

• มีทิศทางที่ดีขึ้น

ข้อเสีย

ต่อไปนี้เป็นข้อเสียของเสาอากาศ Turnstile -

• อำนาจการแผ่รังสีคือ 3dB ต่ำกว่าการแผ่รังสีสูงสุดของไดโพลครึ่งคลื่นที่แผ่พลังงานเดียวกัน

การใช้งาน

ต่อไปนี้เป็นแอพพลิเคชั่นของเสาอากาศ Turnstile -

• ใช้สำหรับการสื่อสาร VHF

• ใช้สำหรับการแพร่ภาพ FM และโทรทัศน์

• ใช้ในการสื่อสารทางทหาร

• ใช้ในการสื่อสารผ่านดาวเทียม

ในชั้นบรรยากาศของโลกการแพร่กระจายของคลื่นไม่เพียงขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของคลื่นเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับผลกระทบของสิ่งแวดล้อมและชั้นบรรยากาศของโลกด้วย สิ่งเหล่านี้ต้องได้รับการศึกษาเพื่อสร้างแนวคิดว่าคลื่นแพร่กระจายไปในสิ่งแวดล้อมอย่างไร

ให้เราดูที่ไฟล์ frequency spectrumซึ่งการส่งสัญญาณหรือการรับเกิดขึ้น เสาอากาศประเภทต่างๆได้รับการผลิตขึ้นอยู่กับช่วงความถี่ที่ใช้งาน

สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า

การสื่อสารแบบไร้สายเป็นไปตามหลักการของการออกอากาศและการรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นเหล่านี้สามารถจำแนกได้ด้วยความถี่ (f) และความยาวคลื่น (λ) แลมด้า

การแสดงภาพของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้ามีให้ในรูปต่อไปนี้

คลื่นความถี่ต่ำ

คลื่นความถี่ต่ำประกอบด้วยวิทยุไมโครเวฟอินฟราเรดและส่วนที่มองเห็นได้ของสเปกตรัม สามารถใช้สำหรับการส่งข้อมูลโดยการปรับแอมพลิจูดความถี่หรือเฟสของคลื่น

คลื่นความถี่สูง

แถบความถี่สูงประกอบด้วยรังสีเอกซ์และรังสีแกมมา ในทางทฤษฎีคลื่นเหล่านี้ดีกว่าสำหรับการเผยแพร่ข้อมูล อย่างไรก็ตามคลื่นเหล่านี้ไม่ได้ใช้จริงเนื่องจากความยากในการมอดูเลตและคลื่นเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต นอกจากนี้คลื่นความถี่สูงยังแพร่กระจายผ่านอาคารได้ไม่ดี

ย่านความถี่และการใช้งาน

ตารางต่อไปนี้แสดงแถบความถี่และการใช้งาน -

ชื่อวง	ความถี่	ความยาวคลื่น	การใช้งาน
ความถี่ต่ำมาก (ELF)	30 Hz ถึง 300 Hz	10,000 ถึง 1,000 กม	ความถี่ของสายไฟ
ความถี่เสียง (VF)	300 Hz ถึง 3 KHz	1,000 ถึง 100 กม	การสื่อสารทางโทรศัพท์
ความถี่ต่ำมาก (VLF)	3 KHz ถึง 30 KHz	100 ถึง 10 กม	การสื่อสารทางทะเล
ความถี่ต่ำ (LF)	30 KHz ถึง 300 KHz	10 ถึง 1 กม	การสื่อสารทางทะเล
ความถี่ปานกลาง (MF)	300 KHz ถึง 3 MHz	1,000 ถึง 100 ม	การออกอากาศ AM
ความถี่สูง (HF)	3 MHz ถึง 30 MHz	100 ถึง 10 ม	การสื่อสารทางเครื่องบิน / เรือทางไกล
ความถี่สูงมาก (VHF)	30 MHz ถึง 300 MHz	10 ถึง 1 ม	การแพร่ภาพ FM
ความถี่สูงพิเศษ (UHF)	300 MHz ถึง 3 GHz	100 ถึง 10 ซม	โทรศัพท์มือถือ
ความถี่สูงพิเศษ (SHF)	3 GHz ถึง 30 GHz	10 ถึง 1 ซม	การสื่อสารผ่านดาวเทียมลิงค์ไมโครเวฟ
ความถี่สูงมาก (EHF)	30 GHz ถึง 300 GHz	10 ถึง 1 มม	ลูปท้องถิ่นไร้สาย
อินฟราเรด	300 GHz ถึง 400 THz	1 มม. ถึง 770 นาโนเมตร	เครื่องใช้ไฟฟ้า
แสงที่มองเห็น	400 THz ถึง 900 THz	770 นาโนเมตรถึง 330 นาโนเมตร	การสื่อสารด้วยแสง

การจัดสรรสเปกตรัม

เนื่องจากสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นทรัพยากรทั่วไปซึ่งเปิดให้ทุกคนเข้าถึงได้จึงมีการร่างข้อตกลงระดับชาติและระดับนานาชาติหลายฉบับเกี่ยวกับการใช้คลื่นความถี่ต่างๆภายในสเปกตรัม รัฐบาลแต่ละประเทศจะจัดสรรคลื่นความถี่สำหรับแอปพลิเคชันเช่นการกระจายเสียงวิทยุ AM / FM การแพร่ภาพโทรทัศน์โทรศัพท์มือถือการสื่อสารทางทหารและการใช้งานของรัฐบาล

Worldwide ซึ่งเป็นหน่วยงานของ International Telecommunications Union Radio Communication (ITU-R) สำนักเรียกว่า World Administrative Radio Conference (WARC) พยายามประสานการจัดสรรคลื่นความถี่โดยรัฐบาลของประเทศต่างๆเพื่อให้สามารถผลิตอุปกรณ์สื่อสารที่สามารถทำงานได้ในหลายประเทศ

ข้อ จำกัด ในการส่ง

ข้อ จำกัด สี่ประเภทที่มีผลต่อการส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ได้แก่ -

การลดทอน

ตามคำจำกัดความมาตรฐาน“ การลดลงของคุณภาพและความแรงของสัญญาณเรียกว่า attenuation.”

ความแรงของสัญญาณลดลงตามระยะทางเหนือสื่อส่ง ขอบเขตของการลดทอนเป็นฟังก์ชันของระยะทางตัวกลางในการส่งและความถี่ของการส่งข้อมูลพื้นฐาน แม้จะอยู่ในพื้นที่ว่างโดยไม่มีการด้อยค่าอื่น ๆ สัญญาณที่ส่งจะลดทอนลงในระยะทางเนื่องจากสัญญาณกำลังกระจายไปในพื้นที่ที่ใหญ่ขึ้นและมากขึ้น

การบิดเบือน

ตามนิยามมาตรฐาน“ การเปลี่ยนแปลงใด ๆ ที่เปลี่ยนแปลงความสัมพันธ์พื้นฐานระหว่างส่วนประกอบความถี่ของสัญญาณหรือระดับแอมพลิจูดของสัญญาณเรียกว่า distortion.”

การบิดเบือนสัญญาณเป็นกระบวนการที่ก่อให้เกิดการรบกวนคุณสมบัติของสัญญาณการเพิ่มส่วนประกอบที่ไม่ต้องการซึ่งส่งผลต่อคุณภาพของสัญญาณ โดยปกติจะอยู่ในเครื่องรับ FM ซึ่งสัญญาณที่ได้รับบางครั้งอาจถูกรบกวนอย่างสมบูรณ์ทำให้เกิดเสียงหึ่งเป็นเอาต์พุต

การกระจายตัว

ตามคำจำกัดความมาตรฐาน“Dispersion คือปรากฏการณ์ที่ความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น”

Dispersionคือปรากฏการณ์ของการแพร่กระจายของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างการแพร่กระจาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการส่งสัญญาณแบบมีสายเช่นใยแก้วนำแสง ข้อมูลจำนวนมากที่ส่งต่อเนื่องกันอย่างรวดเร็วมักจะรวมเข้าด้วยกันเนื่องจากการกระจายตัว ยิ่งลวดมีความยาวมากเท่าไหร่ผลของการกระจายก็จะยิ่งรุนแรงมากขึ้นเท่านั้น ผลของการกระจายคือการ จำกัด ผลิตภัณฑ์ของ R และ L โดยที่‘R’ คือ data rate และ ‘L’ คือ distance.

เสียงรบกวน

ตามคำจำกัดความมาตรฐาน "พลังงานรูปแบบใด ๆ ที่ไม่ต้องการซึ่งมีแนวโน้มที่จะรบกวนการรับและการสร้างสัญญาณที่ต้องการอย่างเหมาะสมและง่ายดายเรียกว่าสัญญาณรบกวน"

รูปแบบของเสียงที่แพร่หลายที่สุดคือ thermal noise. มักสร้างแบบจำลองโดยใช้แบบจำลอง Gaussian เสริม สัญญาณรบกวนความร้อนเกิดจากการกวนด้วยความร้อนของอิเล็กตรอนและกระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วสเปกตรัมความถี่

เสียงรบกวนในรูปแบบอื่น ๆ ได้แก่ -

• Inter modulation noise - เกิดจากสัญญาณที่ผลิตในความถี่ที่เป็นผลรวมหรือความแตกต่างของความถี่พาหะ

• Crosstalk - สัญญาณรบกวนระหว่างสองสัญญาณ

• Impulse noise- พัลส์พลังงานสูงผิดปกติที่เกิดจากการรบกวนของแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอก เสียงอิมพัลส์อาจไม่มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อข้อมูลอนาล็อก อย่างไรก็ตามมีผลอย่างเห็นได้ชัดกับข้อมูลดิจิทัลทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการถ่ายภาพต่อเนื่อง

ในบทนี้ให้เราพูดถึงหัวข้อที่น่าสนใจต่างๆเช่นคุณสมบัติของคลื่นวิทยุการแพร่กระจายของคลื่นวิทยุและประเภทของคลื่น

คลื่นวิทยุ

คลื่นวิทยุสร้างได้ง่ายและใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการสื่อสารทั้งในร่มและกลางแจ้งเนื่องจากความสามารถในการผ่านอาคารและเดินทางเป็นระยะทางไกล

คุณสมบัติที่สำคัญคือ -

• เนื่องจากการส่งสัญญาณวิทยุนั้น Omni directional โดยธรรมชาติแล้วความจำเป็นในการจัดตำแหน่งเครื่องส่งและตัวรับจะไม่เกิดขึ้น

• ความถี่ของคลื่นวิทยุกำหนดลักษณะของการส่งสัญญาณหลายประการ

• ที่ความถี่ต่ำคลื่นสามารถผ่านสิ่งกีดขวางได้อย่างง่ายดาย อย่างไรก็ตามพลังของพวกเขาตกลงด้วยความสัมพันธ์แบบผกผันกำลังสองตามระยะทาง

• คลื่นความถี่ที่สูงกว่ามีแนวโน้มที่จะดูดซับโดยหยดฝนและสะท้อนจากสิ่งกีดขวาง

• เนื่องจากช่วงการส่งสัญญาณที่ยาวนานของคลื่นวิทยุการรบกวนระหว่างการส่งสัญญาณจึงเป็นปัญหาที่ต้องได้รับการแก้ไข

ในแถบ VLF, LF และ MF การแพร่กระจายของคลื่นหรือที่เรียกว่า ground wavesตามความโค้งของโลก ช่วงการส่งสูงสุดของคลื่นเหล่านี้อยู่ในลำดับสองสามร้อยกิโลเมตร ใช้สำหรับการส่งสัญญาณแบนด์วิดท์ต่ำเช่นการกระจายเสียงวิทยุ Amplitude Modulation (AM)

การส่งคลื่นความถี่ HF และ VHF ถูกดูดซับโดยชั้นบรรยากาศใกล้พื้นผิวโลก อย่างไรก็ตามส่วนหนึ่งของรังสีที่เรียกว่าsky waveถูกแผ่ออกไปด้านนอกและด้านบนไปยังไอโอโนสเฟียร์ในบรรยากาศชั้นบน ไอโอโนสเฟียร์ประกอบด้วยอนุภาคที่แตกตัวเป็นไอออนซึ่งเกิดจากการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์ อนุภาคที่แตกตัวเป็นไอออนเหล่านี้สะท้อนคลื่นท้องฟ้ากลับมายังโลก คลื่นท้องฟ้าที่ทรงพลังอาจสะท้อนหลายครั้งระหว่างโลกและชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ คลื่นท้องฟ้าถูกใช้โดยพนักงานวิทยุสมัครเล่นแฮมและเพื่อการสื่อสารทางทหาร

การแพร่กระจายคลื่นวิทยุ

ใน Radio communication systemsเราใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไร้สายเป็นช่องสัญญาณ เสาอากาศที่มีคุณสมบัติแตกต่างกันสามารถใช้เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้ได้ ขนาดของเสาอากาศเหล่านี้ขึ้นอยู่กับแบนด์วิดท์และความถี่ของสัญญาณที่จะส่ง

โหมดการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในบรรยากาศและในพื้นที่ว่างอาจแบ่งออกเป็นสามประเภทดังต่อไปนี้ -

• การแพร่กระจายของเส้นสายตา (LOS)
• การแพร่กระจายของคลื่นพื้นดิน
• การแพร่กระจายของคลื่นท้องฟ้า

ในแถบความถี่ ELF (ความถี่ต่ำมาก) และ VLF (ความถี่ต่ำมาก) โลกและไอโอโนสเฟียร์ทำหน้าที่เป็นตัวนำคลื่นสำหรับการแพร่กระจายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ในช่วงความถี่เหล่านี้สัญญาณการสื่อสารแพร่กระจายไปทั่วโลก ความกว้างของแถบช่องมีขนาดเล็ก ดังนั้นข้อมูลที่ส่งผ่านช่องเหล่านี้จึงมีความเร็วช้าและ จำกัด เฉพาะการส่งแบบดิจิทัล

Line of Sight (LOS) การขยายพันธุ์

ในรูปแบบของการขยายพันธุ์การแพร่กระจายแบบเส้นสายตานี้เป็นแบบที่เราสังเกตเห็นได้ทั่วไป ในline-of-sight communicationคลื่นเคลื่อนที่เป็นระยะทางต่ำสุดตามชื่อ ซึ่งหมายความว่ามันเดินทางไปในระยะที่ตาเปล่าสามารถมองเห็นได้ แล้วจะเกิดอะไรขึ้นหลังจากนั้น? เราจำเป็นต้องใช้เครื่องส่งสัญญาณพร้อมเครื่องขยายเสียงที่นี่เพื่อขยายสัญญาณและส่งอีกครั้ง

สิ่งนี้เข้าใจได้ดีขึ้นด้วยความช่วยเหลือของแผนภาพต่อไปนี้

รูปนี้แสดงให้เห็นถึงโหมดการขยายพันธุ์นี้อย่างชัดเจน การแพร่กระจายตามแนวสายตาจะไม่ราบรื่นหากเกิดสิ่งกีดขวางใด ๆ ในเส้นทางการส่งสัญญาณ เนื่องจากสัญญาณสามารถเดินทางได้ในระยะทางที่น้อยกว่าเท่านั้นในโหมดนี้การส่งสัญญาณนี้จึงใช้สำหรับinfrared หรือ microwave transmissions.

การแพร่กระจายคลื่นพื้นดิน

การแพร่กระจายของคลื่นพื้นดินของคลื่นเป็นไปตามรูปร่างของโลก คลื่นดังกล่าวเรียกว่าdirect wave. บางครั้งคลื่นก็โค้งงอเนื่องจากสนามแม่เหล็กโลกและสะท้อนไปยังเครื่องรับ คลื่นดังกล่าวสามารถเรียกได้ว่าเป็นreflected wave.

รูปด้านบนแสดงการแพร่กระจายของคลื่นพื้น คลื่นเมื่อแพร่กระจายผ่านชั้นบรรยากาศของโลกเรียกว่าground wave. คลื่นตรงและคลื่นสะท้อนร่วมกันส่งสัญญาณที่สถานีรับ เมื่อคลื่นมาถึงเครื่องรับสัญญาณล่าช้าจะถูกยกเลิก นอกจากนี้สัญญาณยังถูกกรองเพื่อหลีกเลี่ยงความผิดเพี้ยนและขยายสัญญาณเพื่อให้ได้เอาต์พุตที่ชัดเจน

การขยายพันธุ์ของ Sky Wave

การแพร่กระจายคลื่นท้องฟ้าเป็นที่ต้องการเมื่อคลื่นต้องเดินทางเป็นระยะทางไกลขึ้น คลื่นจะถูกฉายขึ้นบนท้องฟ้าและสะท้อนกลับสู่พื้นโลกอีกครั้ง

sky wave propagationแสดงได้ดีในภาพด้านบน ที่นี่คลื่นจะถูกส่งมาจากที่เดียวและที่ที่รับจากหลาย ๆ เครื่อง ดังนั้นจึงเป็นตัวอย่างของการแพร่ภาพ

คลื่นซึ่งส่งมาจากเสาอากาศของเครื่องส่งสัญญาณจะสะท้อนจากชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ ประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าหลายชั้นในระดับความสูง 30-250 ไมล์เหนือพื้นผิวโลก การเดินทางของคลื่นดังกล่าวจากเครื่องส่งไปยังไอโอโนสเฟียร์และจากที่นั่นไปยังเครื่องรับบนโลกเรียกว่าSky Wave Propagation. ไอโอโนสเฟียร์เป็นชั้นไอออไนซ์รอบชั้นบรรยากาศของโลกซึ่งเหมาะสำหรับการแพร่กระจายคลื่นท้องฟ้า

ชั้นบรรยากาศของโลกมีหลายชั้น เลเยอร์เหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการสื่อสารไร้สาย ส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสามชั้น

โทรโพสเฟียร์

นี่คือชั้นของโลกซึ่งอยู่เหนือพื้นดิน พวกเราพืชและสัตว์อาศัยอยู่ในชั้นนี้ การแพร่กระจายคลื่นพื้นและการแพร่กระจายของ LOS เกิดขึ้นที่นี่

สตราโตสเฟียร์

นี่คือชั้นของโลกซึ่งอยู่เหนือโทรโพสเฟียร์ นกบินในภูมิภาคนี้ เครื่องบินเดินทางในภูมิภาคนี้ ชั้นโอโซนยังมีอยู่ในภูมิภาคนี้ การแพร่กระจายของคลื่นพื้นดินและการแพร่กระจายของ LOS เกิดขึ้นที่นี่

ไอโอโนสเฟียร์

นี่คือชั้นบนของชั้นบรรยากาศของโลกซึ่งสามารถเห็นการแตกตัวเป็นไอออนได้ พลังงานที่แผ่ออกมาจากดวงอาทิตย์ไม่เพียง แต่ทำให้บริเวณนี้ร้อนขึ้น แต่ยังก่อให้เกิดไอออนบวกและประจุลบอีกด้วย เนื่องจากดวงอาทิตย์แผ่รังสี UV ออกมาอย่างต่อเนื่องและความกดอากาศอยู่ในระดับต่ำชั้นนี้จึงกระตุ้นให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนของอนุภาค

ความสำคัญของไอโอโนสเฟียร์

ชั้นไอโอโนสเฟียร์เป็นการพิจารณาที่สำคัญมากในขั้นตอนของการแพร่กระจายคลื่นเนื่องจากเหตุผลดังต่อไปนี้ -

• ชั้นใต้ไอโอโนสเฟียร์มีปริมาณอนุภาคของอากาศสูงกว่าและรังสี UV ต่ำกว่า ด้วยเหตุนี้จึงเกิดการชนกันมากขึ้นและการแตกตัวเป็นไอออนของอนุภาคจึงมีค่าต่ำสุดและไม่คงที่

• ชั้นไอโอโนสเฟียร์เหนือชั้นไอโอโนสเฟียร์มีอนุภาคอากาศต่ำมากและความหนาแน่นของไอออไนเซชันก็ค่อนข้างต่ำเช่นกัน ดังนั้นการแตกตัวเป็นไอออนจึงไม่เหมาะสม

• ชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์มีองค์ประกอบของรังสี UV และความหนาแน่นของอากาศโดยเฉลี่ยที่ไม่มีผลต่อการแตกตัวเป็นไอออน ดังนั้นชั้นนี้จึงมีอิทธิพลต่อการแพร่กระจายของคลื่นท้องฟ้ามากที่สุด

ไอโอโนสเฟียร์มีก๊าซที่แตกต่างกันซึ่งมีความกดดันต่างกัน สารไอออไนซ์ที่แตกต่างกันทำให้ไอออไนซ์เหล่านี้แตกต่างกันที่ความสูงต่างกัน เนื่องจากการแตกตัวเป็นไอออไนเซชันในแต่ละระดับมีก๊าซที่แตกต่างกันจึงเกิดชั้นไอโอโนสเฟียร์ไม่กี่ชั้น

สามารถศึกษาชั้นไอโอโนสเฟียร์ได้จากรูปต่อไปนี้

จำนวนชั้นความสูงจำนวนคลื่นท้องฟ้าที่สามารถโค้งงอได้จะแตกต่างกันไปในแต่ละวันเดือนต่อเดือนและปีต่อปี สำหรับแต่ละชั้นดังกล่าวมีความถี่ซึ่งหากคลื่นถูกส่งขึ้นไปในแนวตั้งมันจะทะลุผ่านชั้น

ฟังก์ชันของเลเยอร์เหล่านี้ขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของวันนั่นคือเวลากลางวันและเวลากลางคืน มีเลเยอร์หลักสามชั้นคือ E, F1 และ F2 ในช่วงกลางวัน มีอีกชั้นหนึ่งเรียกว่าชั้น D ซึ่งอยู่ด้านล่างชั้น E ชั้นนี้อยู่ที่ 50 ถึง 90kms เหนือโทรโพสเฟียร์

รูปต่อไปนี้แสดงให้เห็นถึงชั้นที่มีอยู่ทั้งในเวลากลางวันและกลางคืนในชั้นบรรยากาศของโลก

เลเยอร์ D นี้รับผิดชอบการลดทอนเวลาวันของคลื่น HF ในช่วงเวลากลางคืนเลเยอร์ D นี้เกือบจะหายไปและเลเยอร์ F1 และ F2 รวมกันเป็นเลเยอร์ F ดังนั้นจึงมีเพียงสองlayers E and F นำเสนอที่ night time.

ในกระบวนการแพร่กระจายคลื่นมีคำศัพท์บางคำที่เราเจอบ่อยมาก ให้เราพูดคุยเกี่ยวกับข้อกำหนดเหล่านี้ทีละคน

ความสูงเสมือน

เมื่อคลื่นหักเหคลื่นจะค่อยๆงอลง แต่ไม่มาก อย่างไรก็ตามเส้นทางของคลื่นตกกระทบและคลื่นสะท้อนจะเหมือนกันหากสะท้อนจากพื้นผิวที่มีความสูงมากกว่าของชั้นนี้ ความสูงที่มากกว่านี้เรียกว่าความสูงเสมือน

รูปนี้แยกความแตกต่างของไฟล์ virtual height (ความสูงของคลื่นควรจะสะท้อน) และ actual height(ความสูงหักเห) หากทราบค่าความสูงเสมือนจะหามุมตกกระทบได้

ความถี่วิกฤต

ความถี่วิกฤตสำหรับเลเยอร์เป็นตัวกำหนดความถี่สูงสุดที่จะส่งกลับลงมายังพื้นโลกโดยชั้นนั้นหลังจากถูกลำแสงโดยเครื่องส่งสัญญาณให้พุ่งตรงขึ้นไปบนท้องฟ้า

อัตราความหนาแน่นของไอออไนเซชันเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงอย่างสะดวกผ่านชั้นคลื่นจะโค้งงอลง ความถี่สูงสุดที่โค้งงอและถึงสถานีรับด้วยการลดทอนต่ำสุดสามารถเรียกได้ว่าเป็นcritical frequency. นี่แสดงโดยf_c.

หลายเส้นทาง

สำหรับความถี่ที่สูงกว่า 30 MHz จะมีการแพร่กระจายคลื่นท้องฟ้า สัญญาณหลายเส้นทางเป็นปัญหาที่พบบ่อยสำหรับการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่าน Sky wave คลื่นซึ่งสะท้อนจากชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์สามารถเรียกได้ว่าเป็นhop หรือ skip. สัญญาณฮ็อพอาจมีได้หลายครั้งเนื่องจากอาจเคลื่อนที่ไปมาจากชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์และพื้นผิวโลกหลายครั้ง การเคลื่อนที่ของสัญญาณดังกล่าวสามารถเรียกได้ว่าเป็นmultipath.

รูปด้านบนแสดงตัวอย่างของการแพร่กระจายแบบหลายเส้นทาง การแพร่กระจายแบบทวีคูณเป็นคำที่อธิบายเส้นทางหลายเส้นทางที่สัญญาณเดินทางไปถึงปลายทาง เส้นทางเหล่านี้รวมถึงฮ็อพจำนวนหนึ่ง เส้นทางอาจเป็นผลลัพธ์ของการสะท้อนการหักเหหรือแม้แต่การเลี้ยวเบน ในที่สุดเมื่อสัญญาณจากเส้นทางที่แตกต่างกันดังกล่าวมาถึงเครื่องรับสัญญาณจะมีความล่าช้าในการแพร่กระจายสัญญาณรบกวนเพิ่มเติมความแตกต่างของเฟส ฯลฯ ซึ่งจะลดคุณภาพของเอาต์พุตที่ได้รับ

ซีดจาง

การลดลงของคุณภาพของสัญญาณสามารถเรียกได้ว่าเป็น fading. สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากผลกระทบของบรรยากาศหรือการสะท้อนแสงเนื่องจากหลายเส้นทาง

Fading หมายถึงรูปแบบของความแรงของสัญญาณที่เกี่ยวข้องกับเวลา / ระยะทาง เป็นที่แพร่หลายในการส่งสัญญาณไร้สาย สาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของการซีดจางในสภาพแวดล้อมไร้สายคือการแพร่กระจายและการเคลื่อนย้ายแบบหลายพา ธ (ของวัตถุและอุปกรณ์สื่อสาร)

ข้ามระยะทาง

ระยะทางที่วัดได้บนพื้นผิวโลกจากเครื่องส่งไปยังเครื่องรับซึ่งสัญญาณที่สะท้อนจากชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์สามารถไปถึงเครื่องรับด้วยการกระโดดหรือกระโดดขั้นต่ำเรียกว่า skip distance.

ความถี่ที่ใช้ได้สูงสุด (MUF)

Maximum Usable Frequency (MUF)เป็นความถี่สูงสุดที่ส่งโดยเครื่องส่งโดยไม่คำนึงถึงพลังของเครื่องส่งสัญญาณ ความถี่สูงสุดซึ่งสะท้อนจากไอโอโนสเฟียร์ไปยังเครื่องรับเรียกว่าเป็นcritical frequency, fc.

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

ความถี่ในการทำงานที่เหมาะสม (OWF)

ความถี่ซึ่งส่วนใหญ่จะถูกใช้สำหรับการส่งข้อมูลเฉพาะและซึ่งได้รับการคาดการณ์ว่าจะใช้ในช่วงเวลาหนึ่งบนเส้นทางหนึ่งเรียกว่า Optimum Working Frequency (OWF).

Inter Symbol Interference

Inter symbol interference(ISI) เกิดขึ้นบ่อยในระบบการสื่อสาร นี่คือเหตุผลหลักสำหรับสัญญาณมัลติพา ธ ด้วย เมื่อสัญญาณมาถึงสถานีรับสัญญาณผ่านเส้นทางการแพร่กระจายที่แตกต่างกันสัญญาณเหล่านี้จะตัดสัญญาณซึ่งกันและกันซึ่งเรียกว่าปรากฏการณ์ของsignal fading. ที่นี่ควรจำไว้ว่าสัญญาณจะยกเลิกตัวเองในลักษณะเวกเตอร์

ความลึกของผิวหนัง

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไม่เหมาะสำหรับการแพร่กระจายใต้น้ำ อย่างไรก็ตามพวกมันสามารถแพร่พันธุ์ใต้น้ำได้หากเราทำให้ความถี่ในการขยายพันธุ์ต่ำมาก การลดทอนของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าใต้น้ำแสดงออกในแง่ของความลึกของผิวหนังSkin depthถูกกำหนดให้เป็นระยะทางที่สัญญาณถูกลดทอนลง 1 / e เป็นการวัดความลึกที่คลื่น EM สามารถทะลุผ่านได้ ความลึกของผิวหนังแสดงเป็นδ (เดลต้า).

การขยายพันธุ์ท่อ

ที่ความสูงประมาณ 50 เมตรจากชั้นโทรโพสเฟียร์มีปรากฏการณ์เกิดขึ้น อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นตามความสูง ในบริเวณโทรโพสเฟียร์นี้ความถี่ที่สูงกว่าหรือความถี่ไมโครเวฟมักจะหักเหกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของโลกแทนที่จะยิงเข้าไปในบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์เพื่อสะท้อน คลื่นเหล่านี้แพร่กระจายไปรอบ ๆ ความโค้งของโลกได้ไกลถึง 1,000 กม.

การหักเหนี้ยังคงดำเนินต่อไปในภูมิภาคโทรโพสเฟียร์นี้ ซึ่งสามารถเรียกได้ว่าเป็นSuper refraction หรือ Duct propagation.

ภาพด้านบนแสดงกระบวนการ Duct Propagation. ข้อกำหนดหลักสำหรับการสร้างท่อคือการผกผันของอุณหภูมิ การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิตามความสูงแทนที่จะลดลงของอุณหภูมิเรียกว่าปรากฏการณ์การผกผันของอุณหภูมิ

เราได้กล่าวถึงพารามิเตอร์ที่สำคัญซึ่งเราพบในการแพร่กระจายคลื่น คลื่นที่มีความถี่สูงกว่าจะถูกส่งและรับโดยใช้เทคนิคการแพร่กระจายคลื่นนี้