Lý thuyết ăng-ten - Hướng dẫn nhanh

Một người, người cần truyền đạt một suy nghĩ, một ý tưởng hoặc một nghi ngờ, có thể làm như vậy bằng cách voice communication.

Hình minh họa sau đây cho thấy hai cá nhân giao tiếp với nhau. Tại đây, giao tiếp diễn ra thông quasound waves. Tuy nhiên, nếu hai người muốn giao tiếp những người ở khoảng cách xa hơn, thì chúng ta phải chuyển những sóng âm thanh này thànhelectromagnetic waves. Thiết bị chuyển đổi tín hiệu thông tin cần thiết thành sóng điện từ, được gọi làAntenna.

Antenna là gì?

Antenna là một bộ chuyển đổi, chuyển đổi công suất điện thành sóng điện từ và ngược lại.

Một Antenna có thể được sử dụng như một transmitting antenna hoặc một receiving antenna.

  • A transmitting antenna là một, chuyển đổi tín hiệu điện thành sóng điện từ và bức xạ chúng.

  • A receiving antenna là một trong đó chuyển đổi sóng điện từ từ chùm tia nhận được thành tín hiệu điện.

  • Trong giao tiếp hai chiều, cùng một ăng-ten có thể được sử dụng cho cả việc truyền và nhận.

Ăng-ten cũng có thể được gọi là một Aerial. Số nhiều là,antennae hoặc là antennas. Ngày nay, ăng-ten đã trải qua nhiều thay đổi, phù hợp với kích thước và hình dạng của chúng. Có nhiều loại ăng ten tùy thuộc vào nhiều ứng dụng của chúng.

Hình ảnh sau đây là ví dụ về các loại Anten.

Trong chương này, bạn sẽ tìm hiểu các khái niệm cơ bản về anten, thông số kỹ thuật và các loại anten khác nhau.

Cần Antenna

Trong lĩnh vực hệ thống thông tin liên lạc, bất cứ khi nào nhu cầu liên lạc không dây phát sinh, đều có sự cần thiết của ăng ten. Antennacó khả năng gửi hoặc nhận các sóng điện từ để liên lạc, nơi bạn không thể mong đợi để đặt một hệ thống dây dẫn. Kịch bản sau đây giải thích điều này.

Tình huống

Để liên lạc với một khu vực xa xôi, hệ thống dây điện phải được đặt trên toàn tuyến dọc theo các thung lũng, các ngọn núi, những con đường tẻ nhạt, các đường hầm, v.v. để đến được vị trí xa xôi. Sự phát triển của công nghệ không dây đã làm cho toàn bộ quá trình này trở nên rất đơn giản. Ăng-ten là yếu tố quan trọng của công nghệ không dây này.

Trong hình ảnh trên, các ăng-ten giúp thiết lập liên lạc trong toàn bộ khu vực, bao gồm cả thung lũng và núi. Quá trình này rõ ràng sẽ dễ dàng hơn so với việc đặt một hệ thống dây điện trong toàn khu vực.

Cơ chế bức xạ

Chức năng duy nhất của ăng-ten là power radiationhoặc lễ tân. Antenna (cho dù nó truyền hay nhận hoặc thực hiện cả hai) có thể được kết nối với mạch điện tại trạm thông qua một đường truyền. Hoạt động của ăng-ten phụ thuộc vào cơ chế bức xạ của đường truyền.

Một dây dẫn, được thiết kế để mang dòng điện trong khoảng cách lớn với tổn hao tối thiểu, được gọi là transmission line. Ví dụ, một sợi dây, được kết nối với một ăng-ten. Một đường dây tải điện dẫn dòng điện với vận tốc đều và đường thẳng là một đường thẳng có giới hạn vô hạnradiates no power.

Đối với một đường truyền, để trở thành một ống dẫn sóng hoặc để bức xạ điện, phải được xử lý như vậy.

  • Nếu nguồn điện phải được bức xạ, mặc dù dòng điện dẫn với vận tốc đều, dây dẫn hoặc đường dây tải điện phải được uốn cong, cắt ngắn hoặc cắt đứt.

  • Nếu đường dây tải điện này có dòng điện tăng hoặc giảm tốc biến thiên theo thời gian thì nó tỏa ra công suất mặc dù dây dẫn thẳng.

  • Thiết bị hoặc ống, nếu bị uốn cong hoặc kết thúc để bức xạ năng lượng, thì nó được gọi là waveguide. Chúng đặc biệt được sử dụng cho việc truyền hoặc nhận vi sóng.

Có thể hiểu rõ điều này bằng cách quan sát sơ đồ sau:

Sơ đồ trên thể hiện một ống dẫn sóng, hoạt động như một ăng-ten. Công suất từ ​​đường truyền đi qua ống dẫn sóng có lỗ mở, để bức xạ năng lượng.

Các loại Anten cơ bản

Anten có thể được chia thành nhiều loại khác nhau tùy thuộc vào -

  • Cấu trúc vật lý của anten.

  • Các dải tần số hoạt động.

  • Chế độ của các ứng dụng, v.v.

Cấu trúc vật lý

Sau đây là các loại anten theo cấu trúc vật lý. Bạn sẽ tìm hiểu về các ăng-ten này trong các chương sau.

  • Ăng ten dây
  • Ăng ten khẩu độ
  • Ăng ten phản xạ
  • Ăng ten ống kính
  • Ăng ten dải siêu nhỏ
  • Ăng ten mảng

Tần suất hoạt động

Sau đây là các loại anten theo tần số hoạt động.

  • Tần số rất thấp (VLF)
  • Tần số thấp (LF)
  • Tần số trung bình (MF)
  • Tần số cao (HF)
  • Tần số rất cao (VHF)
  • Tần số cực cao (UHF)
  • Tần số siêu cao (SHF)
  • Lò vi sóng
  • Sóng radio

Chế độ ứng dụng

Sau đây là các loại ăng-ten theo các chế độ ứng dụng:

  • Thông tin liên lạc điểm-điểm
  • Ứng dụng phát sóng
  • Thông tin liên lạc radar
  • Truyền thông vệ tinh

Các thông số giao tiếp cơ bản được thảo luận trong chương này để có một ý tưởng tốt hơn về giao tiếp không dây sử dụng ăng-ten. Giao tiếp không dây được thực hiện dưới dạng sóng. Do đó, chúng ta cần xem xét các đặc tính của sóng trong truyền thông.

Trong chương này, chúng ta sẽ thảo luận về các tham số sau:

  • Frequency
  • Wavelength
  • Trở kháng phù hợp
  • VSWR & công suất phản xạ
  • Bandwidth
  • Phần trăm băng thông
  • Cường độ bức xạ

Bây giờ, chúng ta hãy tìm hiểu chúng một cách chi tiết.

Tần số

Theo định nghĩa tiêu chuẩn, “Tốc độ lặp lại của một làn sóng trong một khoảng thời gian cụ thể, được gọi là frequency. ”

Đơn giản, tần suất đề cập đến quá trình tần suất một sự kiện xảy ra. Một làn sóng tuần hoàn lặp lại chính nó sau mỗi‘T’ giây (khoảng thời gian). Frequency của sóng tuần hoàn không là gì khác ngoài nghịch đảo của khoảng thời gian (T).

Biểu thức toán học

Về mặt toán học, nó được viết như hình dưới đây.

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

Ở đâu

  • f là tần số của sóng tuần hoàn.

  • T là khoảng thời gian mà sóng lặp lại.

Các đơn vị

Đơn vị của tần số là Hertz, Được viết tắt là Hz.

Hình trên đại diện cho một sóng hình sin, được vẽ ở đây cho Điện áp tính bằng milivôn so với thời gian tính bằng mili giây. Sóng này lặp lại sau mỗi 2t mili giây. Vì vậy, khoảng thời gian, T = 2t mili giây và tần số,$f = \frac{1}{2T}KHz$

Bước sóng

Theo định nghĩa tiêu chuẩn, “Khoảng cách giữa hai điểm cực đại liên tiếp (đỉnh) hoặc giữa hai điểm cực tiểu liên tiếp (đáy) được gọi là wavelength. ”

Đơn giản, khoảng cách giữa hai đỉnh dương tức thời hoặc hai đỉnh âm tức thời không là gì khác ngoài độ dài của sóng đó. Nó có thể được gọi làWavelength.

Hình dưới đây cho thấy một dạng sóng tuần hoàn. Cácwavelength (λ)và biên độ được ký hiệu trên hình. Tần số càng cao thì bước sóng càng nhỏ và ngược lại.

Biểu thức toán học

Công thức cho bước sóng là,

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

Ở đâu

  • λ là bước sóng

  • c là tốc độ ánh sáng ($3 * 10^{8}$ mét / giây)

  • f là tần số

Các đơn vị

Bước sóng λđược thể hiện bằng các đơn vị đo chiều dài như mét, feet hoặc inch. Thuật ngữ thường được sử dụng làmeters.

Trở kháng phù hợp

Theo định nghĩa tiêu chuẩn, “Giá trị gần đúng của trở kháng của máy phát, khi bằng giá trị gần đúng của trở kháng của máy thu hoặc ngược lại, nó được gọi là Impedance matching. ”

Sự phù hợp trở kháng là cần thiết giữa anten và mạch. Trở kháng của ăng-ten, đường truyền và mạch điện phải phù hợp đểmaximum power transfer diễn ra giữa anten và máy thu hoặc máy phát.

Sự cần thiết của Kết hợp

Thiết bị cộng hưởng là một thiết bị cho đầu ra tốt hơn ở dải tần số hẹp nhất định. Ăng-ten là như vậyresonant devices có trở kháng nếu phù hợp, mang lại đầu ra tốt hơn.

  • Công suất phát ra bởi một ăng-ten, sẽ được bức xạ một cách hiệu quả, nếu antenna impedance phù hợp với trở kháng không gian trống.

  • Cho một receiver antenna, trở kháng đầu ra của anten phải khớp với trở kháng đầu vào của mạch khuếch đại máy thu.

  • Cho một transmitter antenna, trở kháng đầu vào của ăng-ten phải khớp với trở kháng đầu ra của bộ khuếch đại máy phát, cùng với trở kháng đường truyền.

Các đơn vị

Đơn vị của trở kháng (Z) là Ohms.

VSWR & Công suất phản ánh

Theo định nghĩa tiêu chuẩn, "Tỷ số giữa điện áp lớn nhất và điện áp nhỏ nhất trong sóng dừng được gọi là Voltage Standing Wave Ratio. ”

Nếu trở kháng của anten, đường truyền và mạch điện không khớp với nhau thì công suất sẽ không được bức xạ hiệu quả. Thay vào đó, một số sức mạnh được phản hồi trở lại.

Các tính năng chính là -

  • Thuật ngữ, chỉ ra sự không phù hợp trở kháng là VSWR.

  • VSWRlà viết tắt của Voltage Standing Wave Ratio. Nó còn được gọi làSWR.

  • Sự không phù hợp trở kháng càng cao thì giá trị của VSWR.

  • Giá trị lý tưởng của VSWR phải là 1: 1 đối với bức xạ hiệu quả.

  • Công suất phản xạ là công suất hao phí ngoài công suất chuyển tiếp. Cả công suất phản xạ và VSWR đều chỉ ra điều tương tự.

Băng thông

Theo định nghĩa tiêu chuẩn, “Một dải tần số trong bước sóng, được chỉ định cho giao tiếp cụ thể, được gọi là bandwidth. ”

Tín hiệu khi truyền hoặc nhận, được thực hiện trên một dải tần số. Dải tần số cụ thể này được phân bổ cho một tín hiệu cụ thể để các tín hiệu khác không thể can thiệp vào quá trình truyền của nó.

  • Bandwidth là dải tần giữa tần số cao hơn và tần số thấp hơn mà tín hiệu được truyền qua đó.

  • Băng thông sau khi được phân bổ sẽ không thể được sử dụng bởi những người khác.

  • Toàn bộ phổ được chia thành các băng thông để phân bổ cho các máy phát khác nhau.

Băng thông mà chúng ta vừa thảo luận cũng có thể được gọi là Absolute Bandwidth.

Phần trăm băng thông

Theo định nghĩa tiêu chuẩn, “Tỷ lệ giữa băng thông tuyệt đối với tần số trung tâm của băng thông đó có thể được gọi là percentage bandwidth. ”

Tần số cụ thể trong một dải tần, tại đó cường độ tín hiệu là lớn nhất, được gọi là resonant frequency. Nó còn được gọi làcenter frequency (fC) của Ban nhạc.

  • Các tần số cao hơn và thấp hơn được biểu thị là fH and fL tương ứng.

  • Băng thông tuyệt đối được đưa ra bởi- fH - fL.

  • Để biết băng thông rộng hơn, fractional bandwidth hoặc là percentage bandwidth phải được tính toán.

Biểu thức toán học

Các Percentage bandwidth được tính toán để biết mức độ biến thiên tần số mà một thành phần hoặc một hệ thống có thể xử lý.

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

Ở đâu

  • ${f_{H}}$ là tần số cao hơn

  • ${f_{L}}$ là tần số thấp hơn

  • ${f_{c}}$ là tần số trung tâm

Phần trăm băng thông càng cao thì băng thông của kênh càng rộng.

Cường độ bức xạ

Radiation intensity được định nghĩa là công suất trên một đơn vị góc rắn ”

Bức xạ phát ra từ một ăng-ten có cường độ cao hơn theo một hướng cụ thể, cho biết cường độ tối đa của ăng-ten đó. Sự phát ra bức xạ ở mức tối đa có thể không là gì khác ngoài cường độ bức xạ.

Biểu thức toán học

Cường độ bức xạ thu được bằng cách nhân công suất bức xạ với bình phương khoảng cách xuyên tâm.

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

Ở đâu

  • U là cường độ bức xạ

  • r là khoảng cách xuyên tâm

  • Wrad là công suất tỏa ra.

Phương trình trên biểu thị cường độ bức xạ của anten. Hàm của khoảng cách xuyên tâm cũng được biểu thị làΦ.

Các đơn vị

Đơn vị của cường độ bức xạ là Watts/steradian hoặc là Watts/radian2.

Cường độ bức xạ của một anten có quan hệ mật thiết với hướng của chùm tia hội tụ và hiệu suất của chùm tia theo hướng đó. Trong chương này, chúng ta hãy xem xét các điều khoản liên quan đến các chủ đề này.

Định hướng

Theo định nghĩa tiêu chuẩn, “Tỷ số giữa cường độ bức xạ cực đại của ăng ten đối tượng với cường độ bức xạ của ăng ten đẳng hướng hoặc ăng ten chuẩn, bức xạ tổng công suất như nhau được gọi là directivity. ”

Một Antenna phát ra năng lượng, nhưng hướng mà nó phát ra rất quan trọng. Ăng-ten, có hiệu suất đang được quan sát, được gọi làsubject antenna.

Nó là radiation intensityđược tập trung theo một hướng cụ thể, trong khi nó đang truyền hoặc nhận. Do đó, ăng-ten được cho là códirectivity theo hướng cụ thể đó.

  • Tỷ số giữa cường độ bức xạ theo một hướng nhất định từ một ăng-ten và cường độ bức xạ trung bình trên tất cả các hướng, được gọi là định hướng.

  • Nếu hướng cụ thể đó không được chỉ định, thì hướng mà cường độ cực đại quan sát được, có thể được coi là hướng của anten đó.

  • Định hướng của một anten không đẳng hướng bằng tỷ số giữa cường độ bức xạ theo một hướng nhất định với cường độ bức xạ của nguồn đẳng hướng.

Biểu thức toán học

Công suất bức xạ là một hàm của vị trí góc và khoảng cách xuyên tâm từ mạch. Do đó, nó được thể hiện bằng cách xem xét cả hai điều khoảnθØ.

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

Ở đâu

  • ${\phi(\theta,\phi)_{max}}$ là cường độ bức xạ lớn nhất của ăng-ten đối tượng.

  • ${\phi_{0}}$ là cường độ bức xạ của một anten đẳng hướng (anten có suy hao bằng không).

Hiệu quả khẩu độ

Theo định nghĩa tiêu chuẩn, “Aperture efficiency của một ăng-ten, là tỷ số giữa vùng bức xạ hiệu quả (hoặc vùng hiệu dụng) với vùng vật lý của khẩu độ. ”

Một ăng-ten có một khẩu độ để bức xạ công suất. Bức xạ này phải có hiệu quả với tổn thất tối thiểu. Khu vực vật lý của khẩu độ cũng cần được xem xét, vì hiệu quả của bức xạ phụ thuộc vào diện tích của khẩu độ, vật lý trên ăng ten.

Biểu thức toán học

Biểu thức toán học cho hiệu quả khẩu độ như sau:

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

Ở đâu

  • $\varepsilon_{A}$ là Hiệu quả Khẩu độ.

  • ${A_{eff}}$ là khu vực hiệu quả.

  • ${A_{p}}$ là khu vực vật lý.

Hiệu quả Antenna

Theo định nghĩa tiêu chuẩn, “Antenna Efficiency là tỷ số giữa công suất bức xạ của ăng-ten với công suất đầu vào được ăng-ten chấp nhận ”.

Đơn giản, một Antenna có nghĩa là để phát ra công suất được cung cấp tại đầu vào của nó, với tổn thất tối thiểu. Hiệu suất của một ăng-ten giải thích mức độ một ăng-ten có thể cung cấp hiệu quả đầu ra của nó với tổn hao tối thiểu trên đường truyền.

Điều này còn được gọi là Radiation Efficiency Factor của ăng-ten.

Biểu thức toán học

Biểu thức toán học cho hiệu suất của ăng-ten được đưa ra dưới đây:

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

Ở đâu

  • $\eta_{e}$là hiệu suất của anten.

  • ${P_{rad}}$ là công suất tỏa ra.

  • ${P_{input}}$ là công suất đầu vào cho anten.

Thu được

Theo định nghĩa tiêu chuẩn, “Gain của anten là tỷ số giữa cường độ bức xạ theo một hướng nhất định với cường độ bức xạ thu được nếu công suất mà anten chấp nhận được bức xạ đẳng hướng ”.

Đơn giản, độ lợi của một ăng-ten có tính đến định hướng của ăng-ten cùng với hiệu suất hiệu quả của nó. Nếu công suất được ăng ten chấp nhận được bức xạ đẳng hướng (có nghĩa là theo mọi hướng), thì cường độ bức xạ mà chúng ta nhận được có thể được coi là một tham chiếu.

  • Thời hạn antenna gain mô tả mức công suất được truyền theo hướng của bức xạ đỉnh tới công suất của một nguồn đẳng hướng.

  • Gain thường được đo bằng dB.

  • Không giống như tính định hướng, độ lợi của ăng-ten cũng tính đến những tổn thất xảy ra và do đó tập trung vào hiệu quả.

Biểu thức toán học

Phương trình của độ lợi, G như hình dưới đây.

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

Ở đâu

  • G là độ lợi của ăng-ten.

  • $\eta_{e}$là hiệu suất của anten.

  • D là định hướng của ăng-ten.

Các đơn vị

Đơn vị thu được là decibels hoặc đơn giản dB.

Sau các tham số của anten đã thảo luận trong chương trước, một chủ đề quan trọng khác cần xem xét là trường gần và vùng trường xa của anten.

Cường độ bức xạ khi đo ở gần ăng-ten sẽ khác với cường độ bức xạ ở xa ăng-ten. Mặc dù khu vực cách xa ăng-ten, nó được coi là hiệu quả, vì cường độ bức xạ vẫn cao ở đó.

Trường gần

Trường gần ăng-ten hơn được gọi là near-field. Nó có tác dụng quy nạp và do đó nó còn được gọi làinductive field, mặc dù nó có một số thành phần bức xạ.

Cánh đồng xa

Trường cách xa ăng-ten, được gọi là far-field. Nó còn được gọi làradiation field, vì hiệu ứng bức xạ cao trong khu vực này. Nhiều thông số anten cùng với định hướng của anten và dạng bức xạ của anten chỉ được xem xét trong vùng này.

Mẫu trường

Phân bố trường có thể được định lượng về cường độ trường được gọi là mẫu trường. Điều đó có nghĩa là, công suất bức xạ từ anten khi được vẽ biểu đồ, được biểu thị bằng điện trường, E (v / m). Do đó, nó được gọi làfield pattern. Nếu nó được định lượng bằng công suất (W), thì nó được gọi làpower pattern.

Sự phân bố đồ thị của trường hoặc công suất bức xạ sẽ là một hàm của

  • góc không gian (θ, Ø) cho trường xa.

  • góc không gian (θ, Ø) và khoảng cách xuyên tâm (r) đối với trường gần.

Sự phân bố của các vùng thực địa gần và xa có thể được hiểu rõ với sự trợ giúp của biểu đồ.

Mẫu trường có thể được phân loại là -

  • Vùng trường gần phản ứng và Vùng trường gần bức xạ - cả hai đều được gọi là trường gần.

  • Bức xạ vùng trường xa - được gọi đơn giản là trường xa.

Trường rất gần ăng-ten reactive near field hoặc là non-radiative fieldnơi bức xạ không chiếm ưu thế trước. Vùng bên cạnh nó có thể được gọi làradiating near field hoặc là Fresnel’s field vì bức xạ chiếm ưu thế và phân bố trường góc, phụ thuộc vào khoảng cách vật lý từ anten.

Khu vực bên cạnh nó là radiating far-fieldkhu vực. Trong vùng này, phân bố trường không phụ thuộc vào khoảng cách từ anten. Mô hình bức xạ hiệu quả được quan sát trong vùng này.

Bức xạ là thuật ngữ được sử dụng để biểu thị sự phát hoặc tiếp nhận của mặt trước sóng tại ăng-ten, chỉ rõ cường độ của nó. Trong bất kỳ hình minh họa nào, bản phác thảo được vẽ để biểu diễn bức xạ của một ăng-ten làradiation pattern. Người ta có thể hiểu một cách đơn giản chức năng và định hướng của một ăng-ten bằng cách nhìn vào mẫu bức xạ của nó.

Công suất khi phát ra từ anten có tác dụng trong vùng trường gần và xa.

  • Về mặt đồ họa, bức xạ có thể được vẽ dưới dạng một hàm của angular positionradial distance từ ăng-ten.

  • Đây là một hàm toán học về đặc tính bức xạ của anten được biểu diễn dưới dạng hàm của tọa độ cầu, E (θ, Ø) và H (θ, Ø).

Mô hình bức xạ

Năng lượng phát ra bởi một ăng-ten được biểu thị bằng Radiation patterncủa ăng-ten. Mẫu bức xạ là biểu diễn dạng biểu đồ của sự phân bố năng lượng bức xạ vào không gian, như một hàm của phương hướng.

Chúng ta hãy nhìn vào mô hình của bức xạ năng lượng.

Hình trên cho thấy mô hình bức xạ của một ăng ten lưỡng cực. Năng lượng được bức xạ được biểu thị bằng các mẫu được vẽ theo một hướng cụ thể. Các mũi tên đại diện cho các hướng của bức xạ.

Các dạng bức xạ có thể là dạng trường hoặc dạng công suất.

  • Các field patternsđược vẽ như một hàm của điện trường và từ trường. Chúng được vẽ trên thang logarit.

  • Các power patternsđược vẽ dưới dạng hàm bình phương độ lớn của điện trường và từ trường. Chúng được vẽ trên logarit hoặc phổ biến trên thang dB.

Mô hình bức xạ trong 3D

Mẫu bức xạ là một hình ba chiều và được biểu diễn dưới dạng tọa độ cầu (r, θ, Φ) với giả thiết điểm gốc của nó tại tâm của hệ tọa độ cầu. Nó trông giống như hình sau:

Hình đã cho là một mẫu bức xạ ba chiều cho một Omni directional pattern. Điều này chỉ ra rõ ràng ba tọa độ (x, y, z).

Mô hình bức xạ trong 2D

Mô hình hai chiều có thể được lấy từ mô hình ba chiều bằng cách chia nó thành các mặt phẳng ngang và dọc. Các mẫu kết quả này được gọi làHorizontal patternVertical pattern tương ứng.

Các hình cho thấy mẫu bức xạ hướng Omni trong mặt phẳng H và V như đã giải thích ở trên. Mặt phẳng H đại diện cho mẫu Ngang, trong khi mặt phẳng V đại diện cho mẫu Dọc.

Sự hình thành thùy

Trong biểu diễn của mẫu bức xạ, chúng ta thường bắt gặp các hình dạng khác nhau, biểu thị các khu vực bức xạ chính và phụ, theo đó radiation efficiency của anten đã biết.

Để hiểu rõ hơn, hãy xem hình sau đây, biểu thị dạng bức xạ của một ăng ten lưỡng cực.

Ở đây, hình bức xạ có thùy chính, thùy bên và thùy sau.

  • Phần chính của trường bức xạ, bao phủ một khu vực lớn hơn, là main lobe hoặc là major lobe. Đây là phần tồn tại năng lượng bức xạ cực đại. Hướng của thùy này cho biết hướng của ăng-ten.

  • Các phần khác của mô hình nơi bức xạ được phân bố các phường bên được gọi là side lobes hoặc là minor lobes. Đây là những khu vực mà điện năng bị lãng phí.

  • Có thùy khác, hoàn toàn ngược lại với hướng của thùy chính. Nó được biết đến nhưback lobe, cũng là một thùy nhỏ. Một lượng năng lượng đáng kể bị lãng phí ngay cả ở đây.

Thí dụ

Nếu các ăng-ten được sử dụng trong hệ thống radar tạo ra các thùy bên, việc truy tìm mục tiêu trở nên rất khó khăn. Điều này là do, các mục tiêu sai được chỉ ra bởi các thùy bên này. Thật là lộn xộn để tìm ra những cái thật và để xác định những cái giả. Vì thế,elimination trong số này side lobes là phải, để cải thiện hiệu suất và tiết kiệm năng lượng.

Biện pháp khắc phục

Năng lượng bức xạ, đang bị lãng phí dưới dạng như vậy cần được tận dụng. Nếu các thùy phụ này bị loại bỏ và năng lượng này được chuyển hướng sang một hướng (đó là về phía thùy chính), thìdirectivity của ăng-ten được tăng lên dẫn đến hiệu suất tốt hơn của ăng-ten.

Các kiểu bức xạ

Các dạng bức xạ phổ biến là -

  • Mô hình đa hướng (còn được gọi là mô hình không định hướng): Mô hình thường có hình bánh rán trong chế độ xem ba chiều. Tuy nhiên, trong cái nhìn hai chiều, nó tạo thành một hình tám.

  • Pencil-beam pattern - Chùm có dạng hình bút chì định hướng sắc nét.

  • Hình quạt - Chùm có dạng hình quạt.

  • Dạng chùm có định hình - Chùm không đồng nhất và không có hoa văn được gọi là chùm có hình dạng.

Một điểm quy chiếu cho tất cả các loại bức xạ này là bức xạ đẳng hướng. Điều quan trọng là phải xem xét bức xạ đẳng hướng mặc dù nó là không thực tế.

Trong chương trước, chúng ta đã xem qua mẫu bức xạ. Để có một phân tích tốt hơn về bức xạ của một ăng-ten, một điểm tham chiếu là cần thiết. Bức xạ của một ăng-ten đẳng hướng, lấp đầy không gian này.

Định nghĩa

Isotropic radiation là bức xạ từ nguồn điểm, bức xạ đồng đều theo mọi hướng, có cường độ như nhau, không phụ thuộc vào hướng đo.

Sự cải thiện của mẫu bức xạ của một ăng ten luôn được đánh giá bằng cách sử dụng bức xạ đẳng hướng của ăng ten đó. Nếu bức xạ theo mọi hướng bằng nhau thì nó được gọi làisotropic radiation.

  • Nguồn điểm là một ví dụ về bộ tản nhiệt đẳng hướng. Tuy nhiên, bức xạ đẳng hướng này thực tế là không thể, bởi vì mọi ăng ten đều bức xạ năng lượng của nó với một số định hướng.

  • Bức xạ đẳng hướng không là gì ngoài Omni-directional radiation.

  • Nó có mô hình hình bánh rán khi xem ở chế độ 3D và mô hình hình số tám khi xem ở chế độ 2D.

Các hình trên cho thấy dạng bức xạ của một dạng đẳng hướng hoặc đa hướng. Hình 1 minh họa mô hình hình bánh rán trong 3D và Hình 2 minh họa mô hình hình tám trong 2D.

Thu được

Bộ tản nhiệt đẳng hướng có hệ số khuếch đại hợp nhất, có nghĩa là có hệ số khuếch đại bằng 1 ở tất cả các hướng. Về dB, nó có thể được gọi là độ lợi 0dB (tổn thất bằng không).

Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương

Theo định nghĩa tiêu chuẩn, “Lượng công suất mà một ăng ten đẳng hướng bức xạ để tạo ra mật độ công suất đỉnh quan sát được theo hướng của độ lợi ăng ten cực đại, được gọi là Equivalent Isotropic Radiated Power. ”

Nếu năng lượng bức xạ của một ăng-ten được tạo ra để tập trung vào một phía hoặc một hướng cụ thể, nơi bức xạ tương đương với công suất bức xạ đẳng hướng của ăng-ten đó, bức xạ đó sẽ được gọi là EIRP tức là Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương.

Thu được

Mặc dù bức xạ đẳng hướng là một bức xạ tưởng tượng, nó là bức xạ tốt nhất mà một ăng-ten có thể cung cấp. Độ lợi của anten như vậy sẽ là 3dBi trong đó 3dB là hệ số của 2 và 'i' đại diện cho hệ số của điều kiện đẳng hướng.

Nếu bức xạ được tập trung ở một góc nhất định, thì EIRP sẽ tăng cùng với độ lợi của anten. Độ lợi của ăng-ten đạt được tốt nhất bằng cách tập trung ăng-ten theo một hướng nhất định.

Công suất bức xạ hiệu quả

Nếu công suất bức xạ được tính bằng cách lấy lưỡng cực nửa sóng làm tham chiếu, chứ không phải là ăng ten đẳng hướng, thì nó có thể được gọi là ERP (Effective Radiated Power).

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

Nếu biết EIRP, thì ERP có thể được tính toán từ công thức nêu trên.

Chương này đề cập đến các tham số của chùm bức xạ của anten. Các thông số này giúp chúng ta biết về các thông số kỹ thuật của dầm.

Khu vực chùm tia

Theo định nghĩa tiêu chuẩn, "Diện tích chùm tia là góc đặc mà qua đó tất cả công suất được bức xạ bởi ăng-ten sẽ phát trực tiếp nếu P (θ, Ø) duy trì giá trị lớn nhất của nó trên Ω A và bằng không ở nơi khác."

Chùm bức xạ của anten phát ra từ một góc của anten, được gọi là góc đặc, tại đó cường độ bức xạ công suất là cực đại. Điều nàysolid beam angle được gọi là beam area. Nó được đại diện bởiΩA.

Cường độ bức xạ P (θ, Ø) phải được duy trì không đổi và lớn nhất trong suốt góc chùm tia rắn Ω A , giá trị của nó bằng không ở nơi khác.

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

Góc chùm là tập hợp các góc giữa các nửa công suất của thùy chính.

Biểu thức toán học

Biểu thức toán học cho diện tích chùm là

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

Ở đâu

  • $\Omega_{A}$ là góc chùm tia đặc.
  • $\theta$ là hàm của vị trí góc.
  • $\Phi$ là hàm của khoảng cách xuyên tâm.

Các đơn vị

Đơn vị của diện tích chùm tia là watts.

Hiệu quả chùm tia

Theo định nghĩa tiêu chuẩn, “ beam efficiency nêu tỉ số giữa diện tích chùm tia của chùm sáng chính trên tổng diện tích chùm tia bức xạ. ”

Năng lượng khi bức xạ từ một ăng-ten, được chiếu theo hướng của ăng-ten. Hướng mà ăng ten bức xạ nhiều công suất hơn có hiệu suất tối đa, trong khi một phần năng lượng bị mất ở các thùy bên. Năng lượng tối đa do chùm bức xạ, với tổn thất tối thiểu có thể được gọi làbeam efficiency.

Biểu thức toán học

Biểu thức toán học cho hiệu suất chùm là -

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

Ở đâu,

  • $\eta_{B}$ là hiệu suất chùm tia.
  • $\Omega_{MB}$ là diện tích dầm của dầm chính.
  • $\Omega_{A}$ là tổng góc chùm tia đặc (diện tích chùm tia).

Phân cực ăng ten

Một Antenna có thể được phân cực tùy theo yêu cầu của chúng tôi. Nó có thể được phân cực tuyến tính hoặc phân cực tròn. Loại phân cực của anten quyết định dạng của chùm tia và sự phân cực khi thu hoặc phát.

Phân cực tuyến tính

Khi một sóng được truyền hoặc nhận, nó có thể được thực hiện theo các hướng khác nhau. Cáclinear polarizationcủa ăng-ten giúp duy trì sóng theo một hướng cụ thể, tránh tất cả các hướng khác. Mặc dù phân cực tuyến tính này được sử dụng, vectơ điện trường vẫn nằm trong cùng một mặt phẳng. Do đó, chúng tôi sử dụng phân cực tuyến tính này để cải thiệndirectivity của ăng-ten.

Phân cực tròn

Khi một sóng bị phân cực tròn, vectơ điện trường dường như quay với tất cả các thành phần của nó mất định hướng. Chế độ quay cũng có thể khác nhau vào các thời điểm. Tuy nhiên, bằng cách sử dụngcircular polarization, ảnh hưởng của đa đường bị giảm và do đó nó được sử dụng trong truyền thông vệ tinh như GPS.

Phân cực ngang

Sự phân cực ngang làm cho sóng yếu, do phản xạ từ bề mặt trái đất ảnh hưởng đến nó. Chúng thường yếu ở tần số thấp dưới 1GHz.Horizontal polarization được sử dụng trong việc truyền tải TV signals để đạt được tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu tốt hơn.

Phân cực dọc

Các sóng phân cực dọc tần số thấp có lợi cho việc truyền sóng trên mặt đất. Chúng không bị ảnh hưởng bởi phản xạ bề mặt như phản xạ phân cực ngang. Vì thếvertical polarization được sử dụng để mobile communications.

Mỗi loại phân cực có những ưu và nhược điểm riêng. Một nhà thiết kế hệ thống RF có thể tự do lựa chọn loại phân cực, theo yêu cầu của hệ thống.

Trong chương này, chúng ta sẽ thảo luận về một yếu tố quan trọng khác trong dạng bức xạ của anten, được gọi là beam width. Trong dạng bức xạ của một ăng-ten, thùy chính là chùm chính của ăng-ten nơi năng lượng bức xạ không đổi và cực đại của ăng-ten chảy qua.

Beam widthlà góc khẩu độ từ nơi phần lớn công suất được tỏa ra. Hai điểm cân nhắc chính của chiều rộng chùm tia này là Chiều rộng chùm tia một nửa(HPBW) và Chiều rộng chùm tia rỗng đầu tiên (FNBW).

Chiều rộng chùm tia nửa công suất

Theo định nghĩa tiêu chuẩn, “Sự phân tách góc, trong đó độ lớn của mẫu bức xạ giảm 50% (hoặc -3dB) so với đỉnh của chùm tia chính, là Half Power Beam Width. ”

Nói cách khác, độ rộng chùm tia là vùng mà phần lớn công suất được bức xạ, là công suất đỉnh. Half power beam width là góc trong đó công suất tương đối lớn hơn 50% công suất đỉnh, trong trường bức xạ hiệu dụng của ăng ten.

Chỉ định HPBW

Khi một đường thẳng được vẽ giữa điểm gốc của hình bức xạ và nửa điểm công suất trên thùy chính, ở cả hai phía, góc giữa hai vectơ đó được gọi là HPBW, một nửa chiều rộng chùm tia điện. Điều này có thể được hiểu rõ với sự trợ giúp của sơ đồ sau.

Hình cho thấy một nửa điểm công suất trên thùy chính và HPBW.

Biểu thức toán học

Biểu thức toán học cho một nửa chiều rộng chùm tia điện là -

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

Ở đâu

  • $\lambda$ là bước sóng (λ = 0,3 / tần số).

  • D là Đường kính.

Các đơn vị

Đơn vị của HPBW là radians hoặc là degrees.

Chiều rộng chùm tia đầu tiên

Theo định nghĩa tiêu chuẩn, “Khoảng góc giữa các rỗng của mẫu đầu tiên liền kề với thùy chính, được gọi là First Null Beam Width. ”

Đơn giản, FNBW là sự phân tách góc, trích ra khỏi chùm tia chính, được vẽ giữa các điểm rỗng của mẫu bức xạ, trên thùy chính của nó.

Chỉ định FNBW

Vẽ tiếp tuyến về hai phía xuất phát từ gốc của vân bức xạ, tiếp tuyến với tia chính. Góc giữa hai tiếp tuyến đó được gọi là Chiều rộng tia khuyết đầu tiên(FNBW).

Điều này có thể được hiểu rõ hơn với sự trợ giúp của sơ đồ sau.

Hình ảnh trên cho thấy nửa chiều rộng chùm tia công suất và chiều rộng chùm tia rỗng đầu tiên, được đánh dấu trong một mẫu bức xạ cùng với các thùy chính và phụ.

Biểu thức toán học

Biểu thức toán học của Chiều rộng chùm tia rỗng đầu tiên là

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

Ở đâu

  • $\lambda$ là bước sóng (λ = 0,3 / tần số).
  • D là Đường kính.

Các đơn vị

Đơn vị của FNBW là radians hoặc là degrees.

Chiều dài hiệu quả & Diện tích hiệu dụng

Trong số các tham số của anten, chiều dài hiệu dụng và diện tích hiệu dụng cũng rất quan trọng. Các thông số này giúp chúng ta biết về hiệu suất của ăng-ten.

Chiều dài hiệu quả

Anten Chiều dài hiệu dụng được sử dụng để xác định hiệu quả phân cực của anten.

Definition- “Sự Effective length là tỷ số giữa độ lớn của điện áp tại các cực để hở của ăng ten thu và cường độ trường của mặt trước sóng tới, theo cùng hướng phân cực của ăng ten ”.

Khi một sóng tới đến các cực đầu vào của ăng ten, sóng này có một số cường độ trường, cường độ của chúng phụ thuộc vào độ phân cực của ăng ten. Sự phân cực này phải phù hợp với độ lớn của điện áp tại các đầu cực máy thu.

Biểu thức toán học

Biểu thức toán học cho độ dài hiệu dụng là:

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

Ở đâu

  • $l_{e}$ là chiều dài hiệu dụng.

  • $V_{oc}$ là điện áp hở mạch.

  • $E_{i}$ là cường độ trường của sóng tới.

Khu vực hiệu quả

Definition - “Effective area là diện tích của anten thu, nơi hấp thụ phần lớn công suất từ ​​mặt trước sóng tới, tổng diện tích của anten tiếp xúc với mặt trước sóng ”.

Toàn bộ khu vực của một ăng-ten trong khi thu, đối mặt với sóng điện từ đến, trong khi chỉ một số phần của ăng-ten, nhận được tín hiệu, được gọi là effective area.

Chỉ một số phần của mặt trước sóng nhận được được sử dụng vì một số phần của sóng bị phân tán trong khi một số bị tiêu tán dưới dạng nhiệt. Do đó, không tính đến tổn thất, khu vực sử dụng công suất tối đa thu được cho khu vực thực tế, có thể được gọi làeffective area.

Khu vực hiệu quả được đại diện bởi $A_{eff}$.

Một anten có thể được sử dụng như một anten phát và anten thu. Trong khi sử dụng, chúng tôi có thể gặp phải câu hỏi liệu các thuộc tính của ăng-ten có thể thay đổi khi chế độ hoạt động của nó bị thay đổi hay không. May mắn thay, chúng ta không cần phải lo lắng về điều đó. Các thuộc tính của ăng ten là không thể thay đổi được gọi là thuộc tính củareciprocity.

Thuộc tính có đi có lại

Các đặc tính của anten phát và anten thu thể hiện tính tương hỗ là:

  • Bình đẳng của các mẫu hướng.
  • Bình đẳng về Chỉ đạo.
  • Bằng nhau của độ dài hiệu dụng.
  • Bình đẳng trở kháng Antenna.

Hãy để chúng tôi xem chúng được thực hiện như thế nào.

Bình đẳng của các mẫu hướng

Các radiation pattern của ăng-ten phát1, mà ăng-ten truyền tới ăng-ten thu2 bằng dạng bức xạ của ăng-ten2, nếu nó phát và ăng-ten1 thu được tín hiệu.

Bình đẳng trong các hoạt động

Directivity là như nhau đối với cả anten phát và anten thu, nếu giá trị của định hướng giống nhau cho cả hai trường hợp tức là các chỉ thị giống nhau cho dù được tính từ công suất của anten phát hay công suất của anten thu.

Bằng nhau về độ dài hiệu dụng

Giá trị của khẩu độ hiệu dụng tối đa là như nhau đối với cả anten phát và anten thu. Equality bên trong lengths của cả anten phát và anten thu được duy trì theo giá trị của bước sóng.

Bình đẳng về trở kháng ăng ten

Trở kháng đầu ra của ăng ten phát và trở kháng đầu vào của ăng ten thu bằng nhau trong liên lạc hiệu quả.

Các đặc tính này sẽ không thay đổi mặc dù cùng một ăng-ten được vận hành như một máy phát hay một máy thu. Vì thếproperty of reciprocity được theo dõi.

Anten phát ra năng lượng điện từ để truyền hoặc nhận thông tin. Do đó, các điều khoảnEnergyPowercó liên quan đến các sóng điện từ này và chúng ta phải thảo luận về chúng. Một sóng điện từ có cả điện trường và từ trường.

Hãy xem xét sóng tại bất kỳ thời điểm nào, có thể được xem theo cả hai vectơ. Hình dưới đây cho thấy sự biểu diễn của các thành phần điện trường và từ trường trong sóng điện từ.

Sóng điện có phương thẳng đứng đối với phương truyền của sóng EM, trong khi sóng từ nằm ngang. Cả hai trường đều vuông góc với nhau.

Véc tơ Poynting

Véc tơ Poynting mô tả năng lượng của Sóng EM trên một đơn vị thời gian trên một đơn vị diện tích tại bất kỳ thời điểm nhất định nào. John Henry Poynting lần đầu tiên xuất phát vector này vào năm 1884 và do đó nó được đặt theo tên của ông.

Definition - “Véc tơ Poynting cho tốc độ truyền năng lượng trên một đơn vị diện tích”

hoặc là

“Năng lượng mà sóng mang theo trong một đơn vị thời gian trên một đơn vị diện tích được cung cấp bởi vectơ Poynting.”

Véc tơ Poynting được đại diện bởi Ŝ.

Các đơn vị

Đơn vị SI của vectơ Poynting là W/m2.

Biểu thức toán học

Đại lượng dùng để mô tả công suất liên kết với sóng điện từ là công suất tức thời Poynting vector, được định nghĩa là

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

Ở đâu

  • $\hat{S}$ là vectơ Poynting tức thời (W/m2).

  • $\hat{E}$ là cường độ điện trường tức thời (V/m).

  • $\hat{H}$ là cường độ từ trường tức thời (A/m).

Điểm quan trọng cần lưu ý ở đây là độ lớn của E lớn hơn H trong sóng EM. Tuy nhiên, cả hai đều đóng góp một lượng năng lượng như nhau. Ŝ là vectơ, có cả hướng và độ lớn. Hướng của Ŝ giống với vận tốc của sóng. Độ lớn của nó phụ thuộc vào E và H.

Nguồn gốc của véc tơ Poynting

Để có một ý tưởng rõ ràng về vectơ Poynting, chúng ta hãy xem xét dẫn xuất của vectơ Poynting này, trong một quá trình từng bước.

Chúng ta hãy tưởng tượng rằng một Sóng EM, đi qua một khu vực (A) vuông góc với trục X mà sóng truyền đi. Trong khi đi qua A, trong thời gian vô cực (dt), sóng truyền được một quãng đường (dx).

$$dx = C\ dt$$

Ở đâu

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

Do đó, Năng lượng truyền theo thời gian (dt) trên mỗi diện tích (A) là -

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

Từ

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

Từ

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

Ŝ biểu thị vectơ Poynting.

Phương trình trên cho chúng ta năng lượng trên một đơn vị thời gian, trên một đơn vị diện tích tại bất kỳ khoảng thời gian nhất định nào, được gọi là Poynting vector.

Anten phải được phân loại để hiểu rõ hơn về cấu trúc vật lý và chức năng của chúng. Có nhiều loại ăng-ten tùy thuộc vào các ứng dụng ứng dụng.

Loại ăng-ten Ví dụ Các ứng dụng
Anten dây Ăng ten lưỡng cực, Ăng ten đơn cực, Ăng ten xoắn, Ăng ten vòng Ứng dụng cá nhân, tòa nhà, tàu, ô tô, hàng thủ công ngoài không gian
Ăng ten khẩu độ Ống dẫn sóng (mở), Ăng ten còi Các ứng dụng gắn phẳng, máy bay, tàu vũ trụ
Anten phản xạ Phản xạ hình parabol, phản xạ góc Liên lạc vi sóng, theo dõi vệ tinh, thiên văn vô tuyến
Ăng ten ống kính Mặt phẳng lồi, Mặt phẳng lõm, Mặt phẳng lồi, Thấu kính lõm Được sử dụng cho các ứng dụng có tần suất rất cao
Ăng ten dải siêu nhỏ Miếng dán kim loại hình tròn, hình chữ nhật trên mặt đất Tàu sân bay, tàu vũ trụ, vệ tinh, tên lửa, ô tô, điện thoại di động, v.v.
Ăng-ten mảng Ăng ten Yagi-Uda, Mảng vá vi dải, Mảng khẩu độ, Mảng dẫn sóng có rãnh Được sử dụng cho các ứng dụng có độ lợi rất cao, hầu hết khi cần kiểm soát mẫu bức xạ

Chúng ta hãy thảo luận chi tiết về các loại anten nói trên, trong các chương tới.

Anten dây là loại anten cơ bản. Đây là những ăng ten nổi tiếng và được sử dụng rộng rãi. Để có một ý tưởng tốt hơn về các ăng-ten dây này, trước tiên chúng ta hãy xem xét các đường truyền.

Đường truyền

Dây hoặc transmission linecó một số sức mạnh, truyền từ đầu này sang đầu kia. Nếu cả hai đầu của đường truyền được kết nối với các mạch, thì thông tin sẽ được truyền hoặc nhận bằng cách sử dụng dây này giữa hai mạch này.

Nếu một đầu của dây này không được kết nối, thì nguồn điện trong đó sẽ cố thoát ra ngoài. Điều này dẫn đến giao tiếp không dây. Nếu một đầu dây bị uốn cong thì năng lượng thoát ra khỏi đường dây tải điện, hiệu quả hơn trước. Lối thoát có mục đích này được gọi làRadiation.

Để bức xạ diễn ra hiệu quả, trở kháng của đầu hở của đường dây truyền tải phải phù hợp với trở kháng của không gian tự do. Xét một đường truyền có kích thước chiều dài một phần tư sóng. Đầu xa của nó được giữ mở và uốn cong để cung cấp trở kháng cao. Điều này hoạt động như mộthalf-wave dipole antenna. Đã có, nó có trở kháng thấp ở một đầu của đường truyền. Đầu mở, có trở kháng cao, phù hợp với trở kháng của không gian trống để cung cấp bức xạ tốt hơn.

Lưỡng cực

Bức xạ năng lượng khi thực hiện qua một sợi dây bị uốn cong như vậy, phần cuối của đường dây truyền tải như vậy được gọi là dipole hoặc ăng ten lưỡng cực.

Điện kháng của trở kháng đầu vào là một hàm của bán kính và chiều dài của lưỡng cực. Bán kính càng nhỏ thì biên độ của điện kháng càng lớn. Nó tỷ lệ với bước sóng. Do đó, chiều dài và bán kính của lưỡng cực cũng cần được xem xét. Thông thường, trở kháng của nó là khoảng 72Ω.

Điều này được hiểu rõ hơn với sự trợ giúp của hình sau.

Hình bên là sơ đồ mạch điện của một lưỡng cực thông thường được nối với một đường dây tải điện. Dòng điện cho một lưỡng cực là cực đại ở tâm và cực tiểu ở hai đầu của nó. Hiệu điện thế cực tiểu ở tâm của nó và cực đại ở hai đầu của nó.

Các loại ăng ten dây bao gồm lưỡng cực nửa sóng, lưỡng cực gấp nửa sóng, lưỡng cực toàn sóng, lưỡng cực ngắn và lưỡng cực Infinitesimal. Tất cả các anten này sẽ được thảo luận trong các chương tiếp theo.

Ăng ten lưỡng cực được cắt và uốn cong để có bức xạ hiệu quả. Tổng chiều dài của sợi dây, được sử dụng làm lưỡng cực, bằng một nửa bước sóng (tức là, l = λ / 2). Một ăng-ten như vậy được gọi làhalf-wave dipole antenna. Đây là loại anten được sử dụng rộng rãi nhất vì những ưu điểm của nó. Nó còn được gọi làHertz antenna.

Dải tần số

Dải tần số mà lưỡng cực nửa sóng hoạt động là khoảng 3KHz đến 300GHz. Điều này chủ yếu được sử dụng trong máy thu thanh.

Cấu tạo & Làm việc của Lưỡng cực nửa sóng

Nó là một ăng ten lưỡng cực bình thường, trong đó tần số hoạt động của nó là half of its wavelength. Do đó, nó được gọi là ăng ten lưỡng cực nửa sóng.

Cạnh của lưỡng cực có hiệu điện thế cực đại. Điện áp này có bản chất là xoay chiều (AC). Ở đỉnh dương của hiệu điện thế, các electron có xu hướng chuyển động theo một hướng và ở đỉnh âm, các electron chuyển động theo hướng khác. Điều này có thể được giải thích bằng các số liệu đưa ra dưới đây.

Các số liệu đưa ra ở trên cho thấy hoạt động của một nửa lưỡng cực sóng.

  • Hình 1 cho thấy lưỡng cực khi các điện tích gây ra ở nửa chu kỳ dương. Lúc này các electron có xu hướng chuyển động về phía điện tích.

  • Hình 2 cho thấy lưỡng cực với các điện tích âm được tạo ra. Các điện tử ở đây có xu hướng di chuyển ra khỏi lưỡng cực.

  • Hình 3 cho thấy lưỡng cực có nửa chu kỳ dương tiếp theo. Do đó, các electron lại chuyển động về phía điện tích.

Hiệu ứng tích lũy của điều này tạo ra một hiệu ứng trường khác nhau được bức xạ theo cùng một mẫu được tạo ra trên nó. Do đó, đầu ra sẽ là bức xạ hiệu dụng theo chu kỳ của mẫu điện áp đầu ra. Do đó, một nửa lưỡng cực sóngradiates effectively.

Hình trên cho thấy sự phân bố dòng điện trong nửa sóng lưỡng cực. Định hướng của lưỡng cực nửa sóng là 2,15dBi, khá tốt. Trong đó, 'i' đại diện cho bức xạ đẳng hướng.

Mô hình bức xạ

Dạng bức xạ của lưỡng cực nửa sóng này là Omni-directionaltrong mặt phẳng H. Nó là mong muốn cho nhiều ứng dụng như thông tin liên lạc di động, máy thu thanh, v.v.

Hình trên cho thấy dạng bức xạ của một nửa lưỡng cực sóng trong cả mặt phẳng H và mặt phẳng V.

Bán kính của lưỡng cực không ảnh hưởng đến trở kháng đầu vào của nó trong lưỡng cực nửa sóng này, bởi vì chiều dài của lưỡng cực này là nửa sóng và nó là chiều dài cộng hưởng đầu tiên. Một ăng-ten hoạt động hiệu quả tạiresonant frequency, xảy ra ở độ dài cộng hưởng của nó.

Ưu điểm

Sau đây là những ưu điểm của ăng ten lưỡng cực nửa sóng -

  • Trở kháng đầu vào không nhạy.

  • Phù hợp tốt với trở kháng đường truyền.

  • Có độ dài hợp lý.

  • Chiều dài của ăng-ten phù hợp với kích thước và hướng.

Nhược điểm

Sau đây là những nhược điểm của ăng ten lưỡng cực nửa sóng -

  • Không hiệu quả nhiều do yếu tố đơn lẻ.

  • Nó có thể hoạt động tốt hơn chỉ với sự kết hợp.

Các ứng dụng

    Sau đây là các ứng dụng của anten lưỡng cực nửa sóng:

  • Được sử dụng trong máy thu thanh.

  • Được sử dụng trong máy thu hình.

  • Khi làm việc với những người khác, được sử dụng cho nhiều loại ứng dụng.

Một lưỡng cực gấp khúc là một ăng-ten, với hai dây dẫn được nối ở cả hai bên và được gấp lại để tạo thành một hình trụ kín, mà nguồn cấp dữ liệu được đưa ra ở tâm. Chiều dài của lưỡng cực bằng một nửa bước sóng. Do đó, nó được gọi làhalf wave folded dipole antenna.

Dải tần số

Dải tần số mà lưỡng cực gấp nếp nửa sóng hoạt động là khoảng 3KHz đến 300GHz. Điều này hầu hết được sử dụng trong máy thu truyền hình.

Cấu tạo & làm việc của lưỡng cực gấp nửa sóng

Anten này thường được sử dụng với các anten kiểu mảng để tăng điện trở nguồn cấp. Loại được sử dụng phổ biến nhất là với ăng-ten Yagi-Uda. Hình dưới đây cho thấy một ăng ten lưỡng cực gấp nếp nửa sóng.

Anten này sử dụng một phần tử dẫn phụ (dây hoặc thanh) khi so sánh với anten lưỡng cực trước đó. Điều này được tiếp tục bằng cách đặt một số phần tử dẫn điện song song, với cách điện ở giữa, trong loại ăng ten mảng.

Hình sau đây giải thích hoạt động của một ăng ten lưỡng cực gấp nếp nửa sóng, khi nó được cung cấp kích thích.

Nếu đường kính của dây dẫn chính và lưỡng cực gấp khúc bằng nhau, thì trở kháng nguồn cấp của ăng-ten sẽ tăng lên bốn lần (hai lần bình phương). Sự gia tăng trở kháng nguồn cấp dữ liệu này là lý do chính cho việc sử dụng phổ biến loại ăng ten lưỡng cực gấp khúc này. Do có hai đạo trình, trở kháng sẽ vào khoảng 300Ω.

Mô hình bức xạ

Dạng bức xạ của lưỡng cực gấp nếp nửa sóng giống như của anten lưỡng cực nửa sóng. Hình dưới đây cho thấy dạng bức xạ của ăng ten lưỡng cực gấp nếp nửa sóng, làOmni-directional mẫu.

Ăng ten lưỡng cực gấp nếp nửa sóng được sử dụng khi cần truyền công suất tối ưu và ở những nơi cần trở kháng lớn.

Lưỡng cực gấp khúc này là thành phần chính trong Yagi-Uda antenna. Hình sau cho thấy mộtYagi-Uda antenna, mà chúng ta sẽ nghiên cứu sau. Phần tử chính được sử dụng ở đây là lưỡng cực gấp khúc này, mà nguồn cấp dữ liệu ăng ten được cung cấp. Ăng-ten này đã được sử dụng rộng rãi để thu sóng truyền hình trong vài thập kỷ qua.

Ưu điểm

Sau đây là những ưu điểm của ăng ten lưỡng cực gấp khúc nửa sóng -

  • Tiếp nhận các tín hiệu cân bằng.

  • Nhận một tín hiệu cụ thể từ một dải tần số mà không làm giảm chất lượng.

  • Một lưỡng cực gấp lại tối đa hóa cường độ tín hiệu.

Nhược điểm

Sau đây là những nhược điểm của anten lưỡng cực nửa sóng -

  • Việc dịch chuyển và điều chỉnh ăng-ten là một công việc phức tạp.

  • Việc quản lý ngoài trời có thể khó khăn khi kích thước ăng-ten tăng lên.

Các ứng dụng

Sau đây là các ứng dụng của ăng ten lưỡng cực gấp khúc nửa sóng -

  • Chủ yếu được sử dụng làm phần tử trung chuyển trong ăng-ten Yagi, ăng-ten Parabol, ăng-ten cửa quay, ăng-ten tuần hoàn nhật ký, mảng phản xạ theo từng giai đoạn, v.v.

  • Thường được sử dụng trong máy thu thanh.

  • Được sử dụng phổ biến nhất trong anten thu TV.

Nếu chiều dài của lưỡng cực, tức là tổng số dây, bằng bước sóng đầy đủ λ, sau đó nó được gọi là full wave dipole. Nếu một lưỡng cực có bước sóng đầy đủ được sử dụng để truyền hoặc nhận, chúng ta hãy xem bức xạ sẽ như thế nào.

Cấu tạo & Làm việc của Dipole toàn sóng

Lưỡng cực toàn sóng với sự phân bố điện áp và dòng điện của nó được hiển thị ở đây. Cả cực dương và cực âm của sóng lần lượt tạo ra điện áp dương và âm. Tuy nhiên, khi các điện áp cảm ứng triệt tiêu lẫn nhau, không có vấn đề gì về bức xạ.

Hình trên cho thấy sự phân bố điện áp của lưỡng cực toàn sóng có chiều dài là λ. Người ta thấy rằng hai lưỡng cực nửa sóng được nối với nhau để tạo ra một lưỡng cực toàn sóng.

Dạng điện áp khi gây ra đồng thời các điện tích dương và điện tích âm, triệt tiêu lẫn nhau như hình vẽ bên. Các điện tích gây ra không tạo ra nỗ lực bức xạ nào nữa vì chúng bị hủy bỏ. Bức xạ đầu ra sẽ bằng 0 đối với một lưỡng cực truyền toàn sóng.

Mô hình bức xạ

Vì không có mẫu bức xạ, không có định hướng và không có độ lợi, nên lưỡng cực toàn sóng hiếm khi được sử dụng làm ăng-ten. Có nghĩa là, mặc dù ăng-ten tỏa nhiệt, nó chỉ là một phần tản nhiệt, gây lãng phí điện năng.

Nhược điểm

Sau đây là những nhược điểm của anten lưỡng cực toàn sóng.

  • Tản nhiệt
  • Lãng phí điện năng
  • Không có mô hình bức xạ
  • Không có định hướng và không đạt được

Do những nhược điểm này, lưỡng cực toàn sóng hiếm khi được sử dụng.

A short dipolelà một ăng-ten dây đơn giản. Một đầu của nó bị hở mạch và đầu kia được nuôi bằng nguồn xoay chiều. Lưỡng cực này có tên vì chiều dài của nó.

Dải tần số

Dải tần số mà lưỡng cực ngắn hoạt động là khoảng 3KHz đến 30MHz. Điều này chủ yếu được sử dụng trong máy thu tần số thấp.

Xây dựng và làm việc của lưỡng cực ngắn

Các Short dipolelà ăng ten lưỡng cực có chiều dài của dây ngắn hơn bước sóng. Một nguồn điện áp được kết nối ở một đầu trong khi một hình lưỡng cực được tạo ra, tức là, các đường dây được kết thúc ở đầu kia.

Hình vẽ sơ đồ mạch điện của một lưỡng cực ngắn có chiều dài L. Kích thước thực tế của ăng-ten không quan trọng. Dây dẫn tới ăng ten phải nhỏ hơn một phần mười bước sóng. Đó là

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

Ở đâu

  • L là chiều dài của dây của lưỡng cực ngắn.

  • λ là bước sóng.

Một loại lưỡng cực ngắn khác là lưỡng cực vô cực, có chiều dài nhỏ hơn nhiều so với chiều dài sóng của nó. Cấu tạo của nó tương tự như nó, nhưng sử dụng một tấm tụ điện.

Lưỡng cực Infinitesimal

Một lưỡng cực có chiều dài nhỏ hơn bước sóng là infitesimal dipole. Ăng-ten này thực sự không thực tế. Ở đây, độ dài của lưỡng cực nhỏ hơn một phần năm bước sóng.

Chiều dài của lưỡng cực, Δl << λ. Trong đó, λ là bước sóng.

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

Do đó, đây là lưỡng cực nhỏ vô hạn, như tên của nó.

Vì chiều dài của các lưỡng cực này rất nhỏ, dòng điện chạy trong dây sẽ là dI. Các dây này thường được sử dụng với các tấm tụ điện ở cả hai phía, nơi cần ghép nối lẫn nhau thấp. Do các bản tụ điện, chúng ta có thể nói rằng dòng điện phân bố đồng đều. Do đó hiện tại không phải là 0 ở đây.

Các tấm tụ điện có thể đơn giản là vật dẫn điện hoặc dây dẫn tương đương. Các trường được bức xạ bởi các dòng hướng tâm có xu hướng triệt tiêu lẫn nhau trong trường xa do đó trường xa của ăng ten bản tụ điện có thể được tính gần đúng bằng lưỡng cực vô cực.

Mô hình bức xạ

Dạng bức xạ của một lưỡng cực ngắn và lưỡng cực vô cực tương tự như lưỡng cực nửa sóng. Nếu lưỡng cực thẳng đứng, mẫu sẽ là hình tròn. Mẫu bức xạ có dạng “figure of eight”, Khi được xem ở dạng hai chiều.

Hình dưới đây cho thấy dạng bức xạ của một ăng ten lưỡng cực ngắn, ở omni-directional pattern.

Ưu điểm

Sau đây là những ưu điểm của ăng ten lưỡng cực ngắn -

  • Dễ xây dựng, do kích thước nhỏ

  • Hiệu suất tản nhiệt cao hơn

Nhược điểm

Sau đây là những nhược điểm của ăng ten lưỡng cực ngắn -

  • Tổn thất điện trở cao
  • Tản nhiệt cao
  • Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu thấp
  • Bức xạ thấp
  • Không hiệu quả

Các ứng dụng

Sau đây là các ứng dụng của ăng ten lưỡng cực ngắn -

  • Được sử dụng trong các ứng dụng băng tần hẹp.
  • Dùng làm anten cho mạch chỉnh.

Trong chương này, các anten dây ngắn phổ biến và được sử dụng rộng rãi nhất đã được thảo luận. Chúng ta sẽ thảo luận về anten dây dài trong các chương tới.

Chúng ta đã xem qua các loại anten dây ngắn. Bây giờ, chúng ta hãy xem xét các ăng ten dây dài. Cáclong wire antennasđược hình thành bằng cách sử dụng một số lưỡng cực. Chiều dài của dây trong các loại anten này làn lần λ/2

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

Ở đâu,

  • L là chiều dài của ăng ten,

  • n là số phần tử,

  • λ là bước sóng

Khi 'n' tăng, các thuộc tính định hướng cũng tăng lên.

Các loại Anten dây dài

Anten dây dài được chia thành hai loại cụ thể là - Resonant AntennasNon-resonant Antennas.

Anten cộng hưởng

Ăng-ten cộng hưởng là những ăng-ten có đỉnh nhọn trong công suất bức xạ bị chặn bởi ăng-ten ở tần số nhất định, để tạo thành sóng dừng. Dạng bức xạ của sóng bức xạ không phù hợp với trở kháng tải trong loại ăng ten này.

Các anten cộng hưởng có bản chất tuần hoàn. Chúng còn được gọi là anten sóng di chuyển hai hướng, vì sóng bức xạ di chuyển theo hai hướng, có nghĩa là cả sóng tới và sóng phản xạ đều xảy ra ở đây. Trong các anten này, chiều dài của anten và tần số tỷ lệ thuận với nhau.

Ăng-ten không cộng hưởng

Ăng-ten không cộng hưởng là những ăng-ten không xảy ra tần số cộng hưởng. Sóng di chuyển theo hướng về phía trước và do đó không tạo thành sóng dừng. Dạng bức xạ của sóng bức xạ phù hợp với trở kháng tải trong các ăng-ten không cộng hưởng.

Các anten không cộng hưởng này có bản chất không tuần hoàn. Chúng còn được gọi là anten sóng di chuyển một chiều, vì sóng bức xạ chỉ di chuyển theo hướng về phía trước, có nghĩa là chỉ có sóng tới. Khi tần số tăng, chiều dài của anten giảm và ngược lại. Do đó, tần số và độ dài tỷ lệ nghịch với nhau.

Những ăng ten dây dài này là yếu tố cơ bản để cấu tạo ăng ten hình chữ V hoặc ăng ten hình thoi.

Một phiên bản tốt hơn của ăng-ten dây dài là V-Antenna. Ăng-ten này được hình thành bằng cách sắp xếp dây dài theo mô hình hình chữ V. Các dây cuối được gọi là chân. Ăng-ten này là ăng-ten cộng hưởng hai hướng.

Dải tần số

Dải tần số hoạt động của ăng-ten V là khoảng 3 to 30 MHz. Anten này hoạt động ở dải tần số cao.

Cấu tạo & Làm việc của V-Antennas

Hai sợi dây dài được nối theo hình chữ V để tạo thành một V-antenna. Hai dây dài được kích thích lệch pha nhau 180˚. Khi chiều dài của các dây này tăng lên, độ lợi và tính định hướng cũng tăng lên.

Hình dưới đây cho thấy một ăng ten V với trở kháng của đường truyền z và chiều dài của dây λ / 2, tạo với trục một góc Φ m , được gọi làapex angle.

Các gainđạt được bởi V-ăng-ten cao hơn so với ăng-ten dây dài đơn bình thường. Lợi ích trong sự hình thành chữ V này lànearly twiceso với anten dây dài đơn có chiều dài bằng các chân của anten V. Nếu muốn đạt được dải bức xạ rộng, góc đỉnh phải có giá trị trung bình giữa tần số cao hơn và tần số thấp hơn về số lượng λ / 2 trong mỗi chân.

Mô hình bức xạ

Dạng bức xạ của ăng-ten V là bi-directional. Bức xạ thu được trên mỗi đường truyền được thêm vào để thu được dạng bức xạ kết quả. Điều này được giải thích rõ trong hình sau:

Hình bên cho thấy dạng bức xạ của V.-ăng-ten. Hai đường truyền tạo thành hình chữ V là AA 'và BB'. Các mô hình của các đường truyền riêng lẻ và mô hình kết quả được thể hiện trong hình. Mẫu kết quả được hiển thị dọc theo trục. Mô hình này giống vớibroad-side array.

Nếu một ăng-ten chữ V khác được thêm vào ăng-ten này và được cung cấp với độ lệch pha 90˚, thì dạng kết quả sẽ là end-fire, tăng gấp đôi sức mạnh. Khả năng định hướng được tăng thêm bằng cách thêm vào dãy V.-ăng-ten.

Ưu điểm

Sau đây là những ưu điểm của V-anten:

  • Thi công đơn giản
  • Tăng cao
  • Chi phí sản xuất thấp

Nhược điểm

Sau đây là những nhược điểm của V-anten -

  • Sóng đứng được hình thành
  • Các thùy nhỏ xảy ra cũng mạnh
  • Chỉ được sử dụng cho các hoạt động tần số cố định

Các ứng dụng

Sau đây là các ứng dụng của V-anten:

  • Được sử dụng cho mục đích thương mại
  • Được sử dụng trong liên lạc vô tuyến

Trong chương trước, chúng ta đã nghiên cứu về V-anten. Tần số hoạt động của nó bị hạn chế. Điều này có thể được sửa đổi bằng cách sử dụng một ăng-ten khác, là ăng-ten không cộng hưởng hoặc ăng-ten sóng truyền. Một ăng-ten sóng di chuyển không tạo ra sóng dừng, như đã thảo luận trước đây.

Dải tần số

Dải tần số hoạt động của một ăng-ten vân ngược (hoặc ăng-ten chữ V) là xung quanh 3 to 30 MHz. Anten này hoạt động ở dải tần số cao.

Cấu tạo và hoạt động của Ăng-ten V ngược

Một ăng ten sóng du lịch, được sử dụng trong băng tần cao là một inverted V-antenna. Anten chữ V ngược này được lắp đặt dễ dàng trên cột không dẫn điện.

Hãy xem hình ảnh sau đây. Nó cho thấy một ăng-ten chữ V ngược được gắn trên nóc nhà.

Bức xạ cực đại đối với một ăng ten chữ V ngược nằm ở tâm của nó. Nó tương tự như một ăng-ten lưỡng cực sóng nửa. Ăng ten được đặt theo hình chữ V ngược, với hai đường truyền hoặc chân của nó được uốn cong về phía mặt đất tạo thành góc 120 ° hoặc 90 ° giữa chúng. Tâm của ăng-ten không được cao hơn λ / 4.

Góc tạo bởi một trong các chân với trục của ăng ten, được gọi là tilt angle và được ký hiệu bởi θ.

Mô hình bức xạ

Dạng bức xạ của anten V ngược là uni-directional pattern, vì không có sóng đứng ở đây. Nó có thể được hiểu rõ ràng bởi mô hình bức xạ được hiển thị dưới đây.

Hình vẽ minh họa dạng bức xạ của một ăng ten chữ V ngược. Trường bức xạ sơ cấp được hiển thị cùng với các trường khi góc nghiêng là 120˚ và 90˚ trong hình trên. Độ lợi và định hướng được cải thiện bằng cách có một loạt các ăng-ten.

Ưu điểm

Sau đây là những ưu điểm của ăng-ten chữ V ngược:

  • Chiếm ít vị trí ngang hơn

  • Không có sóng dừng được hình thành

  • Tăng cao

Nhược điểm

Sau đây là những nhược điểm của ăng-ten chữ V ngược -

  • Nó có các thùy nhỏ không mong muốn đáng kể

  • Các thùy nhỏ tạo ra sóng phân cực ngang

Các ứng dụng

Sau đây là các ứng dụng của ăng ten chữ V ngược:

  • Được sử dụng trong các ứng dụng mạch điều chỉnh

  • Được sử dụng trong liên lạc vô tuyến

  • Được sử dụng trong các ứng dụng thương mại

Sau ăng ten V và ăng ten V ngược, một ăng ten dây dài quan trọng khác là Rhombic antenna. Nó là sự kết hợp của hai ăng-ten chữ V. Điều này sẽ được thảo luận trong chương tiếp theo.

Các Rhombic Antennalà một anten hình bình hành đều. Nói chung, nó có hai góc nhọn đối diện. Góc nghiêng, θ xấp xỉ bằng 90 ° trừ đi góc của thùy chính. Ăng ten hình thoi hoạt động theo nguyên lý tản sóng truyền đi. Nó được sắp xếp dưới dạng hình thoi hoặc hình thoi và lơ lửng theo chiều ngang trên bề mặt trái đất.

Dải tần số

Dải tần số hoạt động của một ăng-ten hình thoi là khoảng 3MHz to 300MHz. Ăng-ten này hoạt động trongHFVHF các dãy.

Cấu tạo của Ăng-ten hình thoi

Anten hình thoi có thể được coi là hai anten hình chữ V được nối từ đầu đến cuối tạo thành các góc tù. Do tính đơn giản và dễ xây dựng, nó có nhiều công dụng -

  • Trong truyền và nhận HF

  • Giao tiếp thương mại điểm-điểm

Cấu tạo của ăng ten hình thoi có dạng hình thoi, như trong hình.

Hai mặt của hình thoi được coi là dây dẫn của dây dẫn hai dây. Khi hệ thống này được thiết kế phù hợp, sẽ có một lượng bức xạ tập trung dọc theo trục chính của bức xạ. Trong thực tế, một nửa công suất bị tiêu tán trong điện trở cuối của anten. Phần còn lại của sức mạnh được tỏa ra. Điện năng hao phí góp phần vào tiểu thùy.

Hình 1 cho thấy cấu tạo của rhombic antennacho giao tiếp điểm-điểm trong những ngày xa xưa. Hình 2 cho thấyrhombic UHF antenna để tiếp nhận TV, được sử dụng trong những ngày này.

Mức tăng tối đa từ một ăng ten hình thoi nằm dọc theo hướng của trục chính, đi qua điểm cấp dữ liệu để kết thúc trong không gian trống. Phân cực thu được từ một ăng ten hình thoi nằm ngang nằm trong mặt phẳng của hình thoi, nằm ngang.

Mô hình bức xạ

Dạng bức xạ của anten hình thoi được thể hiện trong hình sau. Dạng kết quả là hiệu ứng tích lũy của bức xạ ở cả bốn chân của ăng ten. Mẫu này làuni-directional, trong khi nó có thể được tạo ra hai chiều bằng cách loại bỏ điện trở đầu cuối.

Nhược điểm chính của ăng ten hình thoi là các phần của bức xạ, không kết hợp với thùy chính, dẫn đến các thùy bên đáng kể có cả phân cực ngang và dọc.

Ưu điểm

Sau đây là những ưu điểm của anten hình thoi -

  • Trở kháng đầu vào và mẫu bức xạ tương đối không đổi

  • Nhiều ăng ten hình thoi có thể được kết nối

  • Truyền đơn giản và hiệu quả

Nhược điểm

Sau đây là những nhược điểm của anten hình thoi -

  • Sự lãng phí công suất trong điện trở cuối

  • Yêu cầu không gian lớn

  • Giảm hiệu quả truyền tải

Các ứng dụng

Sau đây là các ứng dụng của anten hình thoi -

  • Được sử dụng trong giao tiếp HF

  • Được sử dụng trong truyền sóng bầu trời khoảng cách xa

  • Được sử dụng trong giao tiếp điểm - điểm

Một phương pháp sử dụng dây dài khác là uốn và làm cho dây thành dạng hình vòng và quan sát các thông số bức xạ của nó. Loại ăng-ten này được gọi làloop antennas.

Một cuộn dây mang dòng điện RF được đưa ra một lượt duy nhất thành một vòng lặp, có thể được sử dụng như một ăng ten được gọi là loop antenna. Dòng điện qua ăng-ten vòng này sẽ cùng pha. Từ trường sẽ vuông góc với toàn bộ vòng dây mang dòng điện.

Dải tần số

Dải tần số hoạt động của ăng ten vòng là khoảng 300MHz to 3GHz. Ăng-ten này hoạt động trongUHF phạm vi.

Cấu tạo & Làm việc của Anten vòng lặp

Một ăng ten vòng là một cuộn dây mang dòng điện tần số vô tuyến. Nó có thể ở bất kỳ hình dạng nào như hình tròn, hình chữ nhật, hình tam giác, hình vuông hoặc hình lục giác tùy theo sự tiện lợi của người thiết kế.

Anten vòng có hai loại.

  • Ăng ten vòng lớn
  • Ăng ten vòng nhỏ

Ăng ten vòng lớn

Anten vòng lớn còn được gọi là resonant antennas. Chúng có hiệu suất bức xạ cao. Các anten này có chiều dài gần bằng bước sóng dự định.

$$L =\lambda$$

Ở đâu,

  • L là chiều dài của ăng ten

  • λ là bước sóng

Tham số chính của ăng ten này là chiều dài chu vi của nó, khoảng một bước sóng và phải là một vòng lặp kín. Không phải là một ý kiến ​​hay nếu bạn uốn cong vòng lặp để giảm kích thước, vì điều đó làm tăng hiệu ứng điện dung và dẫn đến hiệu quả thấp.

Ăng ten vòng nhỏ

Anten vòng nhỏ còn được gọi là magnetic loop antennas. Chúng ít cộng hưởng hơn. Chúng hầu hết được sử dụng như máy thu.

Các ăng-ten này có kích thước bằng một phần mười bước sóng.

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

Ở đâu,

  • L là chiều dài của ăng ten

  • λ là bước sóng

Các tính năng của ăng ten vòng nhỏ là -

  • Một ăng ten vòng nhỏ có điện trở bức xạ thấp. Nếu cấu trúc lõi ferit nhiều lần được sử dụng, thì khả năng chống bức xạ cao có thể đạt được.

  • Nó có hiệu suất bức xạ thấp do tổn thất cao.

  • Cấu tạo của nó rất đơn giản với kích thước và trọng lượng nhỏ.

Do có điện kháng cao nên trở kháng của nó khó có thể phù hợp với máy phát. Nếu ăng-ten vòng phải hoạt động như ăng-ten phát, thì sự kết hợp sai trở kháng này chắc chắn sẽ là một vấn đề. Do đó, các ăng ten vòng lặp này được vận hành tốt hơn khireceiver antennas.

Vòng lặp được sử dụng thường xuyên

Ăng ten vòng nhỏ chủ yếu có hai loại -

  • Anten vòng tròn
  • Ăng ten vòng vuông

Hai loại anten vòng này hầu hết được sử dụng rộng rãi. Các loại khác (hình chữ nhật, hình tam giác, hình elip, v.v.) cũng được thực hiện theo các thông số kỹ thuật của nhà thiết kế.

Những hình ảnh trên cho thấy circular and square loop antennas. Các loại anten này chủ yếu được sử dụng làm máy thu AM vì tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu cao. Chúng cũng có thể dễ dàng điều chỉnh tại mạch Q-tank trong máy thu vô tuyến.

Phân cực của vòng lặp

Sự phân cực của ăng ten vòng sẽ được phân cực theo chiều dọc hoặc chiều ngang tùy thuộc vào vị trí nguồn cấp. Phân cực dọc được đưa ra ở tâm của mặt thẳng đứng trong khi phân cực ngang được đưa ra ở tâm của mặt ngang, tùy thuộc vào hình dạng của ăng ten vòng.

Anten vòng nhỏ thường là một linearly polarizedmột. Khi một ăng ten vòng nhỏ như vậy được gắn trên đầu máy thu di động, có đầu ra của nó được kết nối với một máy đo, nó sẽ trở thành một công cụ tìm hướng tuyệt vời.

Mô hình bức xạ

Dạng bức xạ của các anten này sẽ giống như của anten lưỡng cực ngang ngắn.

Các radiation patternđối với anten vòng nhỏ, hiệu suất cao được thể hiện trong hình trên. Các dạng bức xạ cho các góc lặp khác nhau cũng được minh họa rõ ràng trong hình. Đường tiếp tuyến ở 0 ° biểu thị phân cực dọc, trong khi đường với 90 ° biểu thị phân cực ngang.

Ưu điểm

Sau đây là những ưu điểm của anten vòng -

  • Kích thước nhỏ gọn
  • Định hướng cao

Nhược điểm

Sau đây là những nhược điểm của ăng-ten vòng lặp:

  • Kết hợp trở kháng có thể không phải lúc nào cũng tốt
  • Có hệ số chất lượng cộng hưởng rất cao

Các ứng dụng

Sau đây là các ứng dụng của anten vòng -

  • Được sử dụng trong các thiết bị RFID
  • Được sử dụng trong máy thu MF, HF và sóng ngắn
  • Được sử dụng trong bộ thu máy bay để tìm hướng
  • Được sử dụng trong máy phát UHF

Helical antennalà một ví dụ về ăng ten dây và bản thân nó tạo thành hình dạng của một vòng xoắn. Đây là ăng ten VHF và UHF băng thông rộng.

Dải tần số

Dải tần số hoạt động của ăng-ten xoắn là khoảng 30MHz to 3GHz. Ăng-ten này hoạt động trongVHFUHF các dãy.

Cấu tạo & Làm việc của Anten xoắn ốc

Helical antennahay ăng ten xoắn là ăng ten trong đó dây dẫn được quấn theo hình xoắn ốc và được kết nối với tấm nền bằng một đường trung chuyển. Đây là ăng ten đơn giản nhất, cung cấpcircularly polarized waves. Nó được sử dụng trong thông tin liên lạc ngoài trái đất, trong đó có các rơle vệ tinh, v.v., có liên quan.

Hình ảnh trên cho thấy một hệ thống ăng-ten xoắn ốc, được sử dụng cho liên lạc vệ tinh. Các ăng-ten này yêu cầu không gian ngoài trời rộng hơn.

Nó bao gồm một vòng xoắn của dây đồng dày hoặc ống được quấn theo hình dạng của một sợi vít được sử dụng như một ăng-ten kết hợp với một tấm kim loại phẳng được gọi là tấm mặt đất. Một đầu của vòng xoắn được nối với dây dẫn trung tâm của cáp và dây dẫn bên ngoài được nối với tấm nối đất.

Hình ảnh một ăng-ten xoắn mô tả chi tiết các bộ phận ăng-ten được hiển thị ở trên.

Bức xạ của anten xoắn phụ thuộc vào đường kính của xoắn, khoảng cách rẽ và góc của bước sóng.

Pitch angle là góc giữa một đường thẳng tiếp tuyến với dây xoắn và mặt phẳng pháp tuyến với trục xoắn.

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

Ở đâu,

  • Ddiameter của chuỗi xoắn.

  • Sturn spacing (trung tâm đến trung tâm).

  • αpitch angle.

Phương thức hoạt đông

Các chế độ hoạt động chủ yếu của ăng ten xoắn là -

  • Normal hoặc phương thức vuông góc của bức xạ.

  • Axial hoặc chế độ tia bức xạ hoặc tia lửa cuối.

Hãy để chúng tôi thảo luận chi tiết về chúng.

Chế độ bình thường

Trong chế độ bức xạ bình thường, trường bức xạ là bình thường đối với trục xoắn. Các sóng bức xạ là phân cực tròn. Chế độ bức xạ này thu được nếu kích thước của xoắn nhỏ so với bước sóng. Dạng bức xạ của ăng ten xoắn ốc này là sự kết hợp của ăng ten lưỡng cực ngắn và ăng ten vòng.

Hình trên cho thấy dạng bức xạ đối với chế độ bức xạ bình thường trong ăng ten xoắn ốc.

Nó phụ thuộc vào các giá trị đường kính của xoắn, D và khoảng cách lượt của nó, S. Hạn chế của phương thức hoạt động này là hiệu suất bức xạ thấp và băng thông hẹp. Do đó, nó hầu như không được sử dụng.

Chế độ trục

Trong axial modecủa bức xạ, bức xạ ở hướng ngọn lửa cuối dọc theo trục xoắn và các sóng phân cực tròn hoặc gần tròn. Phương thức hoạt động này thu được bằng cách nâng chu vi lên bậc một bước sóng(λ) và khoảng cách khoảng λ/4. Mẫu bức xạ rộng và có hướng dọc theo chùm tia trục tạo ra các thùy nhỏ ở góc xiên.

Hình bên cho thấy dạng bức xạ của chế độ bức xạ dọc trục trong anten xoắn.

Nếu ăng-ten này được thiết kế cho sóng phân cực tròn thuận tay phải, thì nó sẽ không thu sóng phân cực tròn thuận tay trái và ngược lại. Phương thức hoạt động này được tạo ra rất dễ dàng vàmore practically used.

Ưu điểm

Sau đây là những ưu điểm của ăng ten xoắn -

  • Thiết kế đơn giản
  • Định hướng cao nhất
  • Băng thông rộng hơn
  • Có thể đạt được phân cực tròn
  • Cũng có thể được sử dụng ở băng tần HF & VHF

Nhược điểm

Sau đây là những nhược điểm của ăng-ten xoắn -

  • Ăng-ten lớn hơn và cần nhiều không gian hơn
  • Hiệu quả giảm dần theo số lượt

Các ứng dụng

Sau đây là các ứng dụng của ăng-ten xoắn -

  • Một ăng ten xoắn ốc đơn hoặc mảng của nó được sử dụng để truyền và nhận tín hiệu VHF

  • Thường được sử dụng cho liên lạc vệ tinh và tàu thăm dò không gian

  • Được sử dụng cho các liên kết đo từ xa với tên lửa đạn đạo và vệ tinh tại các trạm Trái đất

  • Được sử dụng để thiết lập thông tin liên lạc giữa mặt trăng và Trái đất

  • Ứng dụng trong thiên văn vô tuyến

Ăng-ten có một khẩu độ ở cuối có thể được gọi là Aperture antenna. Ống dẫn sóng là một ví dụ về ăng ten khẩu độ. Cạnh của một đường truyền khi kết thúc bằng một khe hở, tỏa ra năng lượng. Độ mở này là một khẩu độ, làm cho nó trở thànhAperture ăng ten.

Các loại ăng ten khẩu độ chính là -

  • Ăng ten dẫn sóng
  • Ăng ten sừng
  • Khe ăng ten

Bây giờ chúng ta hãy xem xét các loại anten khẩu độ này.

Ăng ten ống dẫn sóng

A Waveguidecó khả năng tỏa năng lượng khi bị kích thích ở một đầu và mở ra ở đầu kia. Bức xạ trong dây dẫn sóng lớn hơn đường truyền hai dây.

Dải tần số

Dải tần số hoạt động của bộ dẫn sóng là khoảng 300MHz to 300GHz. Ăng-ten này hoạt động trongUHFEHFdải tần số. Hình ảnh sau đây cho thấy một ống dẫn sóng.

Ống dẫn sóng này có đầu cuối, hoạt động như một ăng-ten. Nhưng chỉ một phần nhỏ năng lượng được bức xạ trong khi một phần lớn năng lượng bị phản xạ trở lại trong mạch hở. Nó có nghĩa làVSWR(tỷ lệ sóng dừng điện áp, được thảo luận trong chương thông số cơ bản) giá trị tăng lên. Sự nhiễu xạ xung quanh ống dẫn sóng cung cấp bức xạ kém và mẫu bức xạ không định hướng.

Mô hình bức xạ

Bức xạ của ăng ten ống dẫn sóng kém và mô hình không định hướng, có nghĩa là đa hướng. Anomni-directional mẫu là mẫu không có định hướng nhất định nhưng tỏa ra theo mọi hướng, do đó nó được gọi là non-directive radiation pattern.

Hình trên cho thấy chế độ xem phần trên cùng của một mẫu đa hướng, còn được gọi là non-directional pattern. Chế độ xem hai chiều là một hình tám, như chúng ta đã biết.

Ưu điểm

Sau đây là những ưu điểm của ăng-ten Aperture -

  • Bức xạ lớn hơn đường truyền hai dây
  • Bức xạ là đa hướng

Nhược điểm

Sau đây là những nhược điểm của ăng-ten Aperture -

  • VSWR tăng
  • Bức xạ kém

Các ứng dụng

Sau đây là các ứng dụng của Aperture anten -

  • Ứng dụng sóng vi mô
  • Ứng dụng radar tìm kiếm bề mặt

Ăng ten ống dẫn sóng phải được sửa đổi thêm để đạt được hiệu suất tốt hơn, dẫn đến việc hình thành Horn antenna.

Để cải thiện hiệu quả bức xạ và định hướng của chùm tia, bộ dẫn sóng phải được cung cấp với một khẩu độ mở rộng để làm cho sự gián đoạn đột ngột của sóng thành một sự biến đổi dần dần. Vì vậy, tất cả năng lượng theo hướng thuận được bức xạ. Điều này có thể được gọi làFlaring. Bây giờ, điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng một ăng-ten sừng.

Dải tần số

Dải tần số hoạt động của ăng-ten còi là khoảng 300MHz to 30GHz. Ăng-ten này hoạt động trongUHFSHF dải tần số.

Cấu tạo & Làm việc của Ăng-ten Horn

Năng lượng của chùm sáng khi từ từ biến đổi thành bức xạ, suy hao giảm và độ tập trung của chùm sáng được cải thiện. AHorn antenna có thể được coi là một flared out wave guide, nhờ đó khả năng định hướng được cải thiện và giảm nhiễu xạ.

Hình ảnh trên cho thấy mô hình của một ăng-ten sừng. Sự bùng lên của chiếc sừng được thể hiện rõ ràng. Có một số cấu hình còi, trong đó có ba cấu hình được sử dụng phổ biến nhất.

Sừng ngành

Đây là loại ăng-ten còi, chỉ loe ra theo một hướng. Mở rộng theo hướng của vectơ điện tạo rasectorial E-plane horn. Tương tự như vậy, bùng phát theo hướng của vectơ Từ, tạo rasectorial H-plane horn.

Sừng hình chóp

Loại ăng-ten sừng này có phần loe ra hai bên. Nếu lóa được thực hiện trên cả hai thành E & H của ống dẫn sóng hình chữ nhật, thìpyramidal horn antennađược sản xuất. Ăng-ten này có hình dạng của một kim tự tháp cắt ngắn.

Sừng hình nón

Khi các bức tường của một đường dẫn sóng tròn bị loe ra, nó được gọi là conical horn. Đây là sự kết thúc hợp lý của một hướng dẫn sóng tròn.

Các hình trên cho thấy các loại cấu hình còi, đã được thảo luận trước đó.

Hiện tượng lóa giúp khớp trở kháng ăng-ten với trở kháng không gian trống để bức xạ tốt hơn. Nó tránh tỷ lệ sóng đứng và cung cấp khả năng định hướng lớn hơn và độ rộng chùm tia hẹp hơn. Hướng dẫn sóng loe về mặt kỹ thuật có thể được gọi làElectromagnetic Horn Radiator.

Góc bùng phát, Φcủa ăng-ten sừng là một yếu tố quan trọng cần được xem xét. Nếu điều này quá nhỏ, thì sóng thu được sẽ là hình cầu thay vì mặt phẳng và chùm bức xạ sẽ không có hướng. Do đó, góc bùng phát phải có giá trị tối ưu và có liên quan chặt chẽ với chiều dài của nó.

Kết hợp

Ăng-ten sừng, cũng có thể được kết hợp với ăng-ten phản xạ parabol để tạo thành loại ăng-ten sừng đặc biệt. Đây là -

  • Ăng-ten có còi Cass

  • Đèn phản xạ sừng gập hoặc sừng gấp ba lần

Trong Cass-horn antenna, sóng vô tuyến được thu bởi mặt đáy lớn, có dạng cong parabol và phản xạ hướng lên trên một góc 45o. Sau khi chạm vào bề mặt trên, chúng được phản xạ lại tâm điểm. Độ lợi và độ rộng chùm tia của những thứ này giống như các tấm phản xạ parabol.

Trong hog-hornăng ten, một hình trụ hình parabol được nối với sừng hình chóp, nơi chùm tia tới đỉnh của sừng. Nó tạo thành một ăng-ten vi sóng tiếng ồn thấp. Ưu điểm chính của ăng-ten sừng heo là điểm thu của nó không di chuyển, mặc dù ăng-ten được quay quanh trục của nó.

Mô hình bức xạ

Dạng bức xạ của ăng-ten sừng là mặt trước của Sóng hình cầu. Hình sau cho thấyradiation patterncủa ăng-ten sừng. Sóng tỏa ra từ khẩu độ, giảm thiểu nhiễu xạ của sóng. Sự loe ra giữ cho chùm tia được tập trung. Chùm tia bức xạ có tính định hướng cao.

Ưu điểm

Sau đây là những ưu điểm của Ăng-ten Horn -

  • Các thùy nhỏ được hình thành
  • Kết hợp trở kháng là tốt
  • Định hướng lớn hơn
  • Chiều rộng chùm hẹp hơn
  • Sóng đứng tránh được

Nhược điểm

Sau đây là những nhược điểm của ăng-ten Horn -

  • Thiết kế góc bùng phát, quyết định hướng
  • Góc bùng phát và chiều dài của pháo sáng không được quá nhỏ

Các ứng dụng

Sau đây là các ứng dụng của ăng-ten Horn -

  • Được sử dụng cho các nghiên cứu thiên văn
  • Được sử dụng trong các ứng dụng vi sóng

Slot Antennalà một ví dụ về ăng-ten Aperture. Một rãnh hình chữ nhật được thực hiện trên tấm dẫn. Các ăng-ten khe này có thể được hình thành bằng cách đơn giản tạo một vết cắt trên bề mặt, nơi chúng được gắn vào.

Dải tần số

Dải tần số được sử dụng cho ứng dụng của Ăng ten khe là 300 MHz to 30 GHz. Nó hoạt động trongUHFSHF dải tần số.

Cấu tạo & Làm việc của Ăng ten khe

Công dụng của anten khe được hiểu rõ qua nguyên lý hoạt động của nó. Chúng ta hãy xem cấu trúc của một ăng-ten khe.

Khi một tấm dẫn điện vô hạn được tạo thành một vết cắt hình chữ nhật và các trường được kích thích trong khẩu độ (được gọi là khe), nó được gọi là Slot antenna. Điều này có thể được hiểu bằng cách quan sát hình ảnh của một ăng-ten khe. Hình ảnh sau đây cho thấy mô hình của một ăng-ten Khe cắm.

Có thể dễ dàng hiểu được hoạt động của Slot Antenna thông qua nguyên lý quang học của Babinet. Khái niệm này giới thiệu về anten khe.

Nguyên tắc của Babinet

Nguyên tắc của Babinet nói rằng- “Khi trường phía sau màn hình có lỗ mở được thêm vào trường của cấu trúc bổ sung, tổng bằng trường khi không có màn hình”.

Những hình ảnh trên giải thích rõ ràng nguyên tắc. Trong tất cả các vùng không thẳng hàng với chùm tia, hai màn hình trên, trong hình 1 & 2, tạo ra cùng một dạng nhiễu xạ.

Case 1- Xét nguồn sáng và mặt phẳng dẫn (trường) có khẩu độ trước màn. Ánh sáng không đi qua vùng mờ đục, mà đi qua khẩu độ.

Case 2- Xem xét nguồn sáng và một mặt phẳng dẫn điện có kích thước bằng khẩu độ trong trường hợp trước, được giữ dựa vào màn hình. Ánh sáng không truyền qua mặt phẳng mà truyền qua phần còn lại.

Case 3- Gộp hai mặt phẳng dẫn điện này của cả hai vỏ máy và đặt trước nguồn sáng. Màn hình không được đặt để quan sát kết quả kết hợp. Hiệu ứng của màn hình bị vô hiệu hóa.

Hoạt động của Slot Antenna

Nguyên lý quang học này được áp dụng cho sóng điện từ để sóng bức xạ. Đúng là khi trường HF tồn tại qua một khe hẹp trong mặt phẳng dẫn, năng lượng được bức xạ.

Hình ảnh cho thấy một ăng-ten khe cắm, giải thích tốt về hoạt động của nó.

Hãy xem xét một màn hình dẫn mặt phẳng vô hạn được chụp và xuyên qua với các khẩu độ có hình dạng và kích thước mong muốn và đây sẽ là màn hình của ăng-ten khe. Một màn hình khác được coi là thay đổi vị trí của khẩu độ và diện tích màn hình là màn hình bổ sung.

Hai màn hình này được cho là complementaryvì chúng tạo ra màn hình kim loại hoàn chỉnh. Bây giờ, đây trở thành ăng-ten khe. Trở kháng đầu cuối là khá mong muốn cho bức xạ.

Mô hình bức xạ

Dạng bức xạ của ăng-ten Slot là Omni-directional, giống như một ăng-ten lưỡng cực nửa sóng. Hãy xem hình minh họa sau đây. Nó cho thấy mô hình bức xạ của ăng-ten khe được vẽ trong các mặt phẳng ngang và dọc tương ứng

Ưu điểm

Sau đây là những ưu điểm của Slot anten -

  • Nó có thể được chế tạo và che giấu trong các vật thể kim loại
  • Nó có thể cung cấp thông tin liên lạc bí mật với một máy phát nhỏ

Nhược điểm

Sau đây là những nhược điểm của Slot anten -

  • Mức phân cực chéo cao hơn
  • Hiệu suất bức xạ thấp hơn

Các ứng dụng

Sau đây là các ứng dụng của Slot anten -

  • Thường cho mục đích điều hướng radar
  • Được sử dụng như một mảng được cung cấp bởi một hướng dẫn sóng

Anten vi dải là loại anten có cấu hình thấp. Một miếng dán kim loại được gắn trên mặt đất với vật liệu điện di ở giữa tạo thành mộtMicro strip hoặc là Patch Antenna. Đây là những ăng ten kích thước rất thấp có bức xạ thấp.

Dải tần số

Ăng-ten vá phổ biến cho các ứng dụng cấu hình thấp ở tần số trên 100MHz.

Cấu tạo và hoạt động của Anten dải siêu nhỏ

Micro strip antennabao gồm một dải kim loại rất mỏng được đặt trên một mặt phẳng có vật liệu điện di ở giữa. Phần tử bức xạ và các đường nạp được đặt bằng quá trình khắc ảnh trên vật liệu điện di. Thông thường, miếng dán hoặc dải vi mô được chọn có dạng hình vuông, hình tròn hoặc hình chữ nhật để dễ phân tích và chế tạo. Hình ảnh sau đây cho thấy một dải vi dải hoặc ăng ten vá.

Chiều dài của miếng kim loại là λ / 2. Khi ăng-ten bị kích thích, các sóng được tạo ra trong điện di bị phản xạ và năng lượng bức xạ từ các cạnh của miếng kim loại, rất thấp.

Mô hình bức xạ

Mô hình bức xạ của ăng ten microstrip hoặc ăng ten vá là broad. Nó có công suất bức xạ thấp và băng thông tần số hẹp.

Các radiation patterncủa một microstrip hoặc ăng ten vá được hiển thị ở trên. Nó có ít định hướng hơn. Để có định hướng lớn hơn, một mảng có thể được hình thành bằng cách sử dụng các ăng ten vá này.

Ưu điểm

Sau đây là những ưu điểm của anten dải Micro -

  • Lighteweight
  • Giá thấp
  • Dễ cài đặt

Nhược điểm

Sau đây là những nhược điểm của anten dải Micro -

  • Bức xạ không hiệu quả
  • Băng thông tần số hẹp

Các ứng dụng

Sau đây là các ứng dụng của anten dải Micro -

  • Được sử dụng trong các ứng dụng tàu vũ trụ
  • Được sử dụng trong các ứng dụng Air craft
  • Được sử dụng trong các ứng dụng ăng ten cấu hình thấp

Các ăng-ten, mà chúng ta đã thảo luận cho đến bây giờ, sử dụng bề mặt máy bay. Ăng-ten của ống kính sử dụng bề mặt cong để truyền và nhận.Lens antennasđược tạo thành từ thủy tinh, trong đó các tính chất hội tụ và phân kỳ của thấu kính tuân theo. Ăng-ten của ống kính được sử dụng cho các ứng dụng tần số cao hơn.

Dải tần số

Dải tần số sử dụng ăng-ten ống kính bắt đầu từ 1000 MHz nhưng việc sử dụng nó lớn hơn ở 3000 MHz and above.

Để hiểu rõ hơn về ăng-ten ống kính, bạn phải biết nguyên lý hoạt động của ống kính. Một thấu kính thủy tinh bình thường hoạt động dựa trên nguyên tắc khúc xạ.

Cấu tạo & Hoạt động của Ăng-ten ống kính

Nếu giả sử một nguồn sáng xuất hiện tại tiêu điểm của thấu kính, cách thấu kính một khoảng tiêu cự, thì tia tới thấu kính là tia chuẩn trực hoặc tia song song trên mặt phẳng truyền sóng.

Tia đi qua tâm thấu kính bị khúc xạ kém hơn tia đi qua các cạnh của thấu kính. Tất cả các tia được gửi song song với mặt trước sóng phẳng. Hiện tượng thấu kính này được gọi làdivergence.

Quy trình tương tự sẽ bị đảo ngược nếu một chùm sáng được truyền từ bên phải sang bên trái của cùng một thấu kính. Khi đó chùm tia khúc xạ và gặp nhau tại một điểm gọi là tiêu điểm, cách thấu kính một khoảng tiêu cự. Hiện tượng này được gọi làconvergence.

Điều này có thể được hiểu rõ hơn bằng cách quan sát sơ đồ sau:

Sơ đồ tia biểu diễn tiêu điểm và tiêu cự từ nguồn đến thấu kính. Các tia song song thu được còn được gọi là tia chuẩn trực.

Trong hình trên, nguồn tại tiêu điểm, cách thấu kính một khoảng tiêu cự, được chuẩn trực trong mặt trước sóng phẳng. Hiện tượng này có thể bị đảo ngược, có nghĩa là ánh sáng nếu được gửi từ phía bên trái sẽ được hội tụ ở phía bên phải của ống kính.

Chính vì tính tương hỗ này, thấu kính có thể được sử dụng như một ăng-ten, vì hiện tượng tương tự giúp sử dụng cùng một ăng-ten cho cả truyền và nhận.

Hình ảnh mô hình của một ăng-ten thấu kính được hiển thị.

Để đạt được đặc tính hội tụ ở tần số cao hơn, chiết suất phải nhỏ hơn sự thống nhất. Dù có thể là chỉ số khúc xạ, mục đích của thấu kính là làm thẳng dạng sóng. Dựa trên điều này, thấu kính mặt phẳng E và mặt phẳng H được phát triển, chúng cũng làm chậm hoặc tăng tốc độ sóng trước.

Các loại Anten ống kính

Có các loại Anten ống kính sau:

  • Thấu kính điện di hoặc thấu kính tấm kim loại mặt phẳng H hoặc thấu kính Trễ (Sóng truyền đi bị trễ bởi phương tiện thấu kính)

  • Thấu kính tấm kim loại mặt phẳng điện tử

  • Thấu kính loại điện di phi kim loại

  • Loại thấu kính bằng kim loại hoặc điện môi nhân tạo

Ưu điểm

Sau đây là những ưu điểm của ăng-ten ống kính -

  • Trong ăng-ten ống kính, hỗ trợ nguồn cấp dữ liệu và nguồn cấp dữ liệu, không cản trở khẩu độ.

  • Nó có dung sai thiết kế lớn hơn.

  • Có thể xử lý lượng sóng lớn hơn một tấm phản xạ hình parabol.

  • Chùm tia có thể di chuyển theo góc nghiêng với trục.

Nhược điểm

Sau đây là những nhược điểm của ăng-ten ống kính -

  • Các ống kính nặng và cồng kềnh, đặc biệt là ở tần số thấp hơn

  • Sự phức tạp trong thiết kế

  • Đắt hơn so với gương phản xạ, cho cùng một thông số kỹ thuật

Các ứng dụng

Sau đây là các ứng dụng của ăng-ten ống kính -

  • Được sử dụng làm ăng-ten băng tần rộng

  • Đặc biệt được sử dụng cho các ứng dụng tần số vi sóng

Các đặc tính hội tụ của ăng-ten thấu kính có thể được sử dụng để phát triển các ăng-ten cấp cao hơn được gọi là ăng-ten phản xạ Parabol, được sử dụng rộng rãi trong truyền thông vệ tinh. Chúng ta sẽ thảo luận về chúng trong chương tiếp theo.

Parabolic Reflectorslà ăng-ten vi sóng. Để hiểu rõ hơn về các ăng-ten này, cần phải thảo luận về khái niệm phản xạ parabol.

Dải tần số

Dải tần số được sử dụng cho ứng dụng của ăng-ten phản xạ Parabol là above 1MHz. Các ăng-ten này được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng vô tuyến và không dây.

Nguyên lý hoạt động

Định nghĩa tiêu chuẩn của một parabol là - Vị trí của một điểm, di chuyển theo cách sao cho khoảng cách của nó so với điểm cố định (được gọi là focus) cộng với khoảng cách của nó từ một đường thẳng (được gọi là directrix) là hằng số.

Hình dưới đây cho thấy dạng hình học của vật phản xạ parabol. Quan điểmF là trọng tâm (nguồn cấp dữ liệu được cung cấp) và Vlà đỉnh. Đường nối F và V là trục đối xứng. PQ là các tia phản xạ trong đóLđại diện cho ma trận đường thẳng mà các điểm phản xạ nằm trên đó (có nghĩa là chúng đang thẳng hàng). Do đó, theo định nghĩa trên, khoảng cách giữa F và L là không đổi đối với các sóng được lấy nét.

Sóng phản xạ tạo thành một mặt sóng thẳng hàng, nằm ngoài hình parabol. Tỷ lệ độ dài tiêu cự trên kích thước khẩu độ (ví dụ: f / D) được gọi là“f over D ratio”là một tham số quan trọng của chóa parabol. Giá trị của nó thay đổi từ0.25 to 0.50.

Định luật phản xạ nói rằng góc tới và góc phản xạ bằng nhau. Định luật này khi được sử dụng cùng với một parabol sẽ giúp chùm sáng tập trung. Hình dạng của

parabol khi được sử dụng cho mục đích phản xạ sóng, thể hiện một số đặc tính của parabol, giúp ích cho việc xây dựng một ăng-ten, sử dụng sóng phản xạ.

Thuộc tính của Parabol

  • Tất cả các sóng xuất phát từ tiêu điểm, phản xạ trở lại trục parabol. Do đó, tất cả các sóng tới khẩu độ đều cùng pha.

  • Khi các sóng cùng pha, chùm bức xạ dọc theo trục parabol sẽ mạnh và tập trung.

Theo những điểm này, các gương phản xạ hình parabol giúp tạo ra khả năng định hướng cao với độ rộng chùm tia hẹp hơn.

Cấu tạo & Hoạt động của một Bộ phản xạ Parabol

Nếu một ăng-ten Phản xạ Parabol được sử dụng để truyền tín hiệu, thì tín hiệu từ nguồn cấp dữ liệu, đi ra từ một ăng-ten lưỡng cực hoặc một ăng-ten sừng, để tập trung sóng vào parabol. Có nghĩa là, các sóng đi ra khỏi tiêu điểm và đập vào mặt phản xạ hình Parabol. Làn sóng này hiện được phản ánh làcollimated wave front, như đã thảo luận trước đây, để được truyền.

Anten tương tự được sử dụng như một máy thu. Khi sóng điện từ chạm vào hình parabol, sóng sẽ bị phản xạ vào điểm truyền. Lưỡng cực hoặc ăng ten sừng, hoạt động như ăng ten thu tại nguồn cấp của nó, nhận tín hiệu này, để chuyển nó thành tín hiệu điện và chuyển tiếp đến mạch thu.

Hình ảnh sau đây cho thấy một Anten phản xạ Parabol.

Độ lợi của paraboloid là một hàm của tỷ lệ khẩu độ (D/λ). Công suất bức xạ hiệu quả(ERP) của anten là phép nhân của công suất đầu vào cấp cho anten và độ lợi công suất của nó.

Thông thường, một ăng ten sừng dẫn sóng được sử dụng như một bộ tản nhiệt cấp cho ăng ten phản xạ hình parabol. Cùng với kỹ thuật này, chúng tôi có một loại nguồn cấp dữ liệu khác được cung cấp cho ăng-ten phản xạ hình parabol, được gọi là nguồn cấp dữ liệu Cassegrain.

Cassegrain Feed

Hạt Casse là một loại thức ăn khác được cấp cho ăng ten phản xạ. Trong loại này, nguồn cấp dữ liệu nằm ở đỉnh của paraboloid, không giống như trong gương phản xạ parabol. Một gương phản xạ hình lồi, hoạt động như một hypeboloid được đặt đối diện với nguồn cấp của ăng-ten. Nó còn được gọi làsecondary hyperboloid reflector hoặc là sub-reflector. Nó được đặt sao cho một trong các tiêu điểm của nó trùng với trọng tâm của paraboloid. Do đó, sóng bị phản xạ hai lần.

Hình trên mô tả mô hình hoạt động của thức ăn chăn nuôi hạt cải.

Hoạt động của Antenna Cassegrain

Khi ăng-ten hoạt động như một ăng-ten phát, năng lượng từ nguồn cấp bức xạ qua một ăng-ten sừng lên mặt phản xạ lõm hyperboloid, một lần nữa phản xạ trở lại mặt phản xạ parabol. Tín hiệu được phản xạ vào không gian từ đó. Do đó, sự lãng phí điện năng được kiểm soát và khả năng định hướng được cải thiện.

Khi cùng một ăng-ten được sử dụng để thu sóng, các sóng điện từ đập vào mặt phản xạ, bị phản xạ tới hyperboloid lõm và từ đó, nó đi tới nguồn cấp dữ liệu. Một ăng ten sừng dẫn sóng xuất hiện ở đó để nhận tín hiệu này và gửi đến mạch thu để khuếch đại.

Hãy xem hình ảnh sau đây. Nó cho thấy một phản xạ paraboloid với nguồn cấp dữ liệu cassegrain.

Ưu điểm

Sau đây là những ưu điểm của anten phản xạ Parabol:

  • Giảm các thùy nhỏ

  • Giảm lãng phí điện năng

  • Độ dài tiêu cự tương đương đạt được

  • Nguồn cấp dữ liệu có thể được đặt ở bất kỳ vị trí nào, tùy theo sự thuận tiện của chúng tôi

  • Điều chỉnh chùm tia (thu hẹp hoặc mở rộng) được thực hiện bằng cách điều chỉnh các bề mặt phản xạ

Bất lợi

Sau đây là nhược điểm của anten phản xạ Parabol:

  • Một số công suất được phản xạ từ gương phản xạ parabol bị cản trở. Điều này trở thành một vấn đề với paraboloid kích thước nhỏ.

Các ứng dụng

Sau đây là các ứng dụng của anten phản xạ Parabol:

  • Bộ phản xạ parabol nguồn cấp dữ liệu cassegrain chủ yếu được sử dụng trong truyền thông vệ tinh.

  • Cũng được sử dụng trong các hệ thống viễn thông không dây.

Chúng ta hãy xem xét một loại nguồn cấp dữ liệu khác được gọi là nguồn cấp dữ liệu Gregorian cho các tấm phản xạ hình parabol.

Gregorian Feed

Đây là một loại nguồn cấp dữ liệu khác được sử dụng. Ở đó có một số cấu hình nhất định, nơi băng thông nguồn cấp được tăng dần trong khi kích thước ăng ten được giữ cố định. Một loại thức ăn như vậy được gọi là thức ăn chăn nuôi Gregorian. Ở đây, hyperboloid hình lồi của casssegrain được thay thế bằng một mặt phản xạ paraboloid hình lõm, tất nhiên, có kích thước nhỏ hơn

Những Gregorian feed loại phản xạ có thể được sử dụng theo bốn cách:

  • Hệ thống Gregorian sử dụng gương phản xạ phụ hình elip ở điểm F1.

  • Hệ thống Gregorian sử dụng gương phản xạ phụ hình elip ở điểm F2.

  • Hệ thống Cassegrain sử dụng gương phản xạ phụ hyperboloid (lồi).

  • Hệ thống Cassegrain sử dụng gương phản xạ phụ hyperboloid (lõm nhưng nguồn cấp dữ liệu ở rất gần nó.)

Đây là tất cả chỉ để đề cập vì chúng không phổ biến và không được sử dụng rộng rãi. Họ có những hạn chế của họ.

Hình mô tả rõ ràng mô hình hoạt động của tất cả các loại gương phản xạ. Có các loại Phản xạ paraboloid khác như -

  • Cut- paraboloid
  • Hình trụ parabol
  • Hộp thuốc dạng paraboloid

Tuy nhiên, tất cả chúng hiếm khi được sử dụng vì những hạn chế và bất lợi mà chúng có trong điều kiện làm việc.

Do đó, trong số tất cả các loại ăng-ten phản xạ, phản xạ parabol đơn giản và phản xạ parabol nguồn cấp dữ liệu cassegrain là những loại được sử dụng phổ biến nhất.

Một ăng ten, khi riêng lẻ có thể bức xạ một lượng năng lượng, theo một hướng cụ thể, dẫn đến việc truyền tốt hơn, nó sẽ như thế nào nếu thêm ít phần tử hơn vào nó, để tạo ra đầu ra hiệu quả hơn. Đó chính xác là ý tưởng này, dẫn đến việc phát minh raAntenna arrays.

Một mảng ăng-ten có thể được hiểu rõ hơn bằng cách quan sát các hình ảnh sau đây. Quan sát cách kết nối các mảng ăng-ten.

An antenna arraylà một hệ thống tản nhiệt, bao gồm các bộ tản nhiệt và các phần tử riêng lẻ. Mỗi bộ tản nhiệt này khi hoạt động đều có trường cảm ứng riêng. Các phần tử được đặt gần nhau đến mức mỗi phần tử nằm trong trường cảm ứng của một phần tử lân cận. Do đó, mẫu bức xạ do chúng tạo ra, sẽ là tổng vectơ của từng bức xạ riêng lẻ. Hình ảnh sau đây cho thấy một ví dụ khác về dải ăng-ten.

Khoảng cách giữa các phần tử và chiều dài của các phần tử theo bước sóng cũng cần được lưu ý khi thiết kế các anten này.

Các ăng ten bức xạ riêng lẻ và trong khi theo mảng, bức xạ của tất cả các phần tử tổng hợp lại, tạo thành chùm bức xạ, có độ lợi cao, định hướng cao và hiệu suất tốt hơn, với tổn thất tối thiểu.

Ưu điểm

Sau đây là những ưu điểm của việc sử dụng mảng ăng-ten:

  • Cường độ tín hiệu tăng lên
  • Có được tính định hướng cao
  • Các tiểu thuỳ giảm nhiều
  • Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu cao đạt được
  • Thu được cao
  • Giảm hao phí điện năng
  • Hiệu suất tốt hơn thu được

Nhược điểm

Sau đây là những nhược điểm của ăng-ten mảng -

  • Tổn thất điện trở tăng lên
  • Khó lắp đặt và bảo trì
  • Không gian bên ngoài lớn là bắt buộc

Các ứng dụng

Sau đây là các ứng dụng của anten mảng -

  • Được sử dụng trong liên lạc vệ tinh
  • Được sử dụng trong truyền thông không dây
  • Được sử dụng trong liên lạc radar quân sự
  • Được sử dụng trong nghiên cứu thiên văn

Các loại mảng

Các loại mảng cơ bản là -

  • Mảng collinear
  • Mảng bên rộng
  • Kết thúc mảng cháy
  • Mảng ký sinh
  • Mảng Yagi-Uda
  • Mảng log-peroidic
  • Mảng xoay
  • Mảng siêu cửa quay

Chúng ta sẽ thảo luận về các mảng này trong các chương tới.

A Collinear arraybao gồm hai hoặc nhiều lưỡng cực nửa sóng, được đặt từ đầu đến cuối. Các anten này được đặt trên một đường thẳng hoặc trục chung, song song hoặc thẳng hàng.

Bức xạ cực đại trong các mảng này là cạnh rộng và vuông góc với đường của mảng. Các mảng này còn được gọi làbroad cast hoặc là Omni-directional arrays.

Dải tần số

Dải tần số mà các ăng ten mảng thẳng hàng hoạt động là khoảng 30 MHz to 3GHz thuộc về VHFUHF các dải.

Xây dựng mảng

Các mảng thẳng hàng này là uni-directional antennascó lợi nhuận cao. Mục đích chính của mảng này là tăng công suất phát ra và cung cấp chùm tia định hướng cao, bằng cách tránh tổn thất công suất theo các hướng khác.

Các hình ảnh trên cho thấy hình ảnh của các mảng thẳng hàng. Trong hình 1, người ta thấy rằng mảng thẳng hàng được hình thành bằng cách sử dụng các lưỡng cực gấp khúc, trong khi trong hình 2, mảng thẳng hàng được hình thành bởi các lưỡng cực bình thường. Cả hai loại đều là lưỡng cực nửa sóng được sử dụng phổ biến.

Mô hình bức xạ

Dạng bức xạ của các mảng thẳng hàng này tương tự như của một lưỡng cực đơn lẻ, nhưng dạng mảng với số lượng lưỡng cực ngày càng tăng, tạo ra sự khác biệt.

Dạng bức xạ của mảng thẳng hàng khi được tạo ra bằng cách sử dụng lần lượt hai phần tử, ba phần tử và bốn phần tử được biểu diễn trong hình trên.

Các broad side array cũng có dạng tương tự, trong đó hướng của bức xạ cực đại là vuông góc với đường của ăng-ten.

Ưu điểm

Sau đây là những ưu điểm của anten mảng thẳng hàng -

  • Sử dụng mảng làm giảm các đầu rộng và tăng tính định hướng
  • Các thùy nhỏ được thu nhỏ
  • Giảm lãng phí điện năng

Nhược điểm

Sau đây là những nhược điểm của ăng-ten mảng thẳng hàng -

  • Việc dịch chuyển các ăng-ten này là một nhiệm vụ khó khăn
  • Chỉ được sử dụng ở các khu vực ngoài trời

Các ứng dụng

Sau đây là các ứng dụng của anten mảng thẳng hàng -

  • Được sử dụng cho băng tần VHF và UHF
  • Được sử dụng trong giao tiếp hai chiều
  • Cũng được sử dụng cho mục đích phát sóng

Mảng ăng ten ở dạng đơn giản nhất, có một số phần tử có kích thước bằng nhau, cách đều nhau dọc theo một đường thẳng hoặc trục, tạo thành các điểm thẳng hàng, với tất cả các lưỡng cực trong cùng một pha, từ cùng một nguồn cùng nhau tạo thành broad side array.

Dải tần số

Dải tần số mà ăng-ten mảng thẳng hàng hoạt động là khoảng 30 MHz to 3GHz thuộc về VHFUHF các dải.

Xây dựng và làm việc của mảng rộng

Theo định nghĩa tiêu chuẩn, "Một sự sắp xếp trong đó hướng chính của bức xạ vuông góc với trục mảng và cũng với mặt phẳng chứa phần tử mảng" được gọi là broad side array. Do đó, mẫu bức xạ của anten vuông góc với trục mà mảng tồn tại.

Sơ đồ sau đây cho thấy mảng bên rộng, ở chế độ xem phía trước và chế độ xem bên, tương ứng.

Mảng bên rộng có hướng mạnh là các góc vuông với mặt phẳng của mảng. Tuy nhiên, bức xạ trong máy bay sẽ rất ít vì sự hủy bỏ theo hướng gia nhập vào tâm.

Hình dưới đây của mảng cạnh rộng với khoảng cách λ / 4.

Độ dài anten điển hình trong mảng bên rộng là từ 2 đến 10 bước sóng. Khoảng cách điển hình là λ / 2 hoặc λ. Các điểm cấp dữ liệu của lưỡng cực được nối như thể hiện trong hình.

Mô hình bức xạ

Dạng bức xạ của anten này là hai hướng và các góc vuông với mặt phẳng. Chùm sáng rất hẹp với độ lợi cao.

Hình trên cho thấy dạng bức xạ của mảng bên rộng. Chùm tia rộng hơn một chút và các thùy nhỏ bị giảm đi nhiều.

Sự sắp xếp vật lý của end-fire arraygiống như của mảng bên rộng. Độ lớn của dòng điện trong mỗi phần tử là như nhau, nhưng có sự lệch pha giữa các dòng điện này. Sự cảm ứng năng lượng này khác nhau ở mỗi phần tử, có thể được hiểu theo sơ đồ sau.

Hình trên cho thấy mảng end-fire ở chế độ xem trên cùng và bên cạnh tương ứng.

Không có bức xạ trong các góc vuông với mặt phẳng của mảng vì sự hủy bỏ. Các phần tử thứ nhất và thứ ba được cho ăn lệch pha và do đó triệt tiêu bức xạ của nhau. Tương tự, thứ hai và thứ tư được cho ăn lệch pha, để bị hủy bỏ.

Khoảng cách lưỡng cực thông thường sẽ là λ / 4 hoặc 3λ / 4. Việc bố trí này không chỉ giúp tránh bức xạ vuông góc với mặt phẳng ăng ten mà còn giúp năng lượng bức xạ chuyển hướng theo hướng bức xạ của cả mảng. Do đó, các thùy nhỏ được tránh và tính định hướng được tăng lên. Chùm sáng trở nên hẹp hơn với các phần tử tăng lên.

Mô hình bức xạ

Dạng bức xạ của mảng cháy cuối là uni-directional. Một thùy chính xuất hiện ở một đầu, nơi có bức xạ cực đại, trong khi các thùy phụ biểu thị tổn thất.

Hình giải thích mô hình bức xạ của một mảng cháy cuối. Hình 1 là mẫu bức xạ cho một mảng đơn lẻ, trong khi các hình 2, 3 và 4 đại diện cho mẫu bức xạ cho nhiều mảng.

Mảng end-fire Vs Broad Side Array

Chúng tôi đã nghiên cứu cả hai mảng. Chúng ta hãy thử so sánh mảng bên cuối và mảng bên rộng, cùng với các đặc điểm của chúng.

Hình minh họa mô hình bức xạ của mảng cháy cuối và mảng bên rộng.

  • Cả hai, mảng cháy cuối và mảng bên rộng, đều tuyến tính và cộng hưởng, vì chúng bao gồm các phần tử cộng hưởng.

  • Do cộng hưởng, cả hai mảng đều hiển thị chùm tia hẹp hơn và khả năng định hướng cao.

  • Cả hai mảng này đều được sử dụng trong mục đích truyền tải.

  • Không ai trong số chúng được sử dụng để thu sóng, bởi vì sự cần thiết của việc phủ một dải tần số là cần thiết cho bất kỳ loại thu sóng nào.

Các mảng ăng-ten như đã thấy ở trên, được sử dụng để cải thiện độ lợi và định hướng.

A parasitic elementlà một phần tử, phụ thuộc vào nguồn cấp dữ liệu khác. Nó không có nguồn cấp dữ liệu riêng. Do đó, trong loại mảng này, chúng tôi sử dụng các phần tử như vậy, giúp tăng bức xạ một cách gián tiếp.

Các yếu tố ký sinh này không được kết nối trực tiếp với nguồn cấp dữ liệu.

Hình ảnh trên cho thấy một ví dụ về mảng ký sinh. Cấu trúc lưới nhìn thấy trong hình, không gì khác ngoài một tập hợp các tấm phản xạ. Các gương phản xạ này không được kết nối điện. Chúng tăng cường độ tín hiệu bằng cách tăng định hướng của chùm tia.

Xây dựng và làm việc của mảng ký sinh

Chúng ta hãy xem xét các phần quan trọng của mảng Ký sinh trùng và cách chúng hoạt động.

Các phần chính là -

  • Yếu tố thúc đẩy
  • Các yếu tố ký sinh
    • Reflector
    • Director
  • Boom

Yếu tố thúc đẩy

Các ăng-ten bức xạ riêng lẻ và trong khi theo mảng, bức xạ của tất cả các phần tử tổng hợp lại để tạo thành chùm bức xạ. Tất cả các phần tử của mảng không cần được kết nối với nguồn cấp dữ liệu. Lưỡng cực được kết nối với nguồn cấp dữ liệu được gọi làdriven element.

Các yếu tố ký sinh

Các phần tử được thêm vào không có kết nối điện giữa chúng với phần tử được điều khiển hoặc nguồn cấp dữ liệu. Chúng được định vị để chúng nằm trong trường cảm ứng của phần tử được điều khiển. Do đó, chúng được gọi làparasitic elements.

Reflector

Nếu một trong các phần tử ký sinh, dài hơn 5% so với phần tử được điều khiển, được đặt gần phần tử được điều khiển dài hơn, thì nó hoạt động như một gương lõm, phản xạ năng lượng theo hướng của mẫu bức xạ chứ không phải theo hướng của chính nó và do đó được gọi là reflector.

Director

Một phần tử ký sinh, ngắn hơn 5% so với phần tử được điều khiển, từ đó nó nhận năng lượng, có xu hướng tăng bức xạ theo hướng riêng của nó và do đó, hoạt động giống như thấu kính lồi hội tụ. Phần tử này được gọi làdirector. Một số giám đốc được đặt để tăng khả năng chỉ đạo.

Bùng nổ

Phần tử mà tất cả những thứ này được đặt trên đó được gọi là boom. Nó là một cấu trúc phi kim loại cung cấp cách điện, do đó sẽ không có bất kỳ ngắn mạch nào giữa các phần tử khác của mảng.

Đây là tất cả các yếu tố chính, đóng góp bức xạ. Điều này có thể được hiểu rõ hơn với sự trợ giúp của một sơ đồ

Hình ảnh được hiển thị ở trên là của một mảng ký sinh, cho thấy các phần của mảng phân tích cú pháp như phần tử điều khiển, các giám đốc và phản xạ. Nguồn cấp dữ liệu được cung cấp qua khay nạp.

Các mảng được sử dụng ở các tần số khác nhau, từ 2MHz đến several GHz. Chúng đặc biệt được sử dụng để có được định hướng cao và tăng tiến tốt hơn vớiuni-directional. Ví dụ phổ biến nhất của loại mảng này làYagi-Uda antenna. Ăng-ten bốn cũng có thể được trích dẫn như một ví dụ khác.

Yagi-Uda antennalà loại ăng-ten được sử dụng phổ biến nhất để thu sóng TV trong vài thập kỷ qua. Đây là loại ăng ten phổ biến và dễ sử dụng nhất với hiệu suất tốt hơn, nổi tiếng với độ lợi và định hướng cao

Frequency range

Dải tần số mà ăng ten Yagi-Uda hoạt động là khoảng 30 MHz to 3GHz thuộc về VHFUHF các dải.

Xây dựng Yagi-Uda Antenna

Một ăng-ten Yagi-Uda đã được nhìn thấy trên đỉnh của hầu hết mọi ngôi nhà trong suốt nhiều thập kỷ qua. Các yếu tố ký sinh và lưỡng cực cùng nhau tạo thành ăng-ten Yagi-Uda này.

Hình vẽ cho thấy một Yagi-Uda antenna. Người ta thấy rằng có nhiều giám đốc được đặt để tăng khả năng định hướng của ăng-ten. Bộ nạp là lưỡng cực gấp khúc. Phần phản xạ là phần tử dài, nằm ở cuối cấu trúc.

Hình vẽ mô tả một dạng rõ ràng của ăng ten Yagi-Uda. Cấu trúc giống như thanh trung tâm mà các phần tử được gắn trên đó được gọi làboom. Yếu tố mà phần đầu đen dày được kết nối vớidriven elementmà đường truyền được kết nối nội bộ, thông qua đinh tán màu đen đó. Phần tử duy nhất hiện diện ở phía sau phần tử được điều khiển làreflector, phản xạ tất cả năng lượng theo hướng của mẫu bức xạ. Các phần tử khác, trước phần tử được điều khiển, làdirectors, hướng chùm tia tới góc mong muốn.

Thiết kế

Để thiết kế ăng ten này, cần tuân theo các thông số kỹ thuật thiết kế sau.

Họ là -

THÀNH PHẦN SỰ CHỈ RÕ
Chiều dài của phần tử thúc đẩy 0,458λ đến 0,5λ
Chiều dài của Reflector 0,55λ đến 0,58λ
Thời gian của Giám đốc 1 0,45λ
Chiều dài của Giám đốc 2 0,40λ
Chiều dài của Giám đốc 3 0,35λ
Khoảng cách giữa các Giám đốc 0,2λ
Phản xạ đến khoảng cách lưỡng cực 0,35λ
Khoảng cách lưỡng cực với Giám đốc 0,125λ

Nếu tuân theo các thông số kỹ thuật nêu trên, người ta có thể thiết kế một ăng-ten Yagi-Uda.

Mô hình bức xạ

Dạng định hướng của anten Yagi-Uda là highly directive như thể hiện trong hình bên dưới.

Các thùy phụ bị triệt tiêu và khả năng định hướng của thùy chính được tăng lên bằng cách thêm các giám đốc vào ăng-ten.

Ưu điểm

Sau đây là những ưu điểm của anten Yagi-Uda -

  • Đạt được cao.
  • Tính định hướng cao đạt được.
  • Dễ dàng xử lý và bảo trì.
  • Ít hao phí điện năng hơn.
  • Phạm vi phủ sóng rộng hơn của các tần số.

Nhược điểm

Sau đây là những nhược điểm của anten Yagi-Uda -

  • Dễ bị tiếng ồn.
  • Dễ bị ảnh hưởng của khí quyển.

Các ứng dụng

Sau đây là các ứng dụng của anten Yagi-Uda -

  • Chủ yếu được sử dụng để thu sóng TV.
  • Được sử dụng khi cần ứng dụng một tần số.

Ăng ten Yagi-Uda chủ yếu được sử dụng cho mục đích trong nước. Tuy nhiên, vì mục đích thương mại và để điều chỉnh một dải tần số, chúng ta cần có một ăng-ten khác được gọi làLog-periodic antenna. Ăng ten Log-tuần hoàn là ăng-ten có trở kháng của nó là một hàm tuần hoàn logarit của tần số.

Dải tần số

Dải tần số mà các ăng ten log-tuần hoàn hoạt động là khoảng 30 MHz to 3GHz thuộc về VHFUHF các dải.

Cấu tạo & Hoạt động của Ăng-ten theo chu kỳ Nhật ký

Cấu tạo và hoạt động của một ăng-ten log-tuần hoàn tương tự như ăng-ten Yagi-Uda. Ưu điểm chính của ăng-ten này là nó thể hiện các đặc tính không đổi trong dải tần số hoạt động mong muốn. Nó có cùng khả năng chống bức xạ và do đó SWR giống nhau. Hệ số khuếch đại và tỷ lệ trước sau cũng giống nhau.

Hình ảnh cho thấy một ăng-ten log-tuần hoàn.

Với sự thay đổi tần số hoạt động, vùng hoạt động thay đổi giữa các phần tử và do đó tất cả các phần tử sẽ không chỉ hoạt động trên một tần số duy nhất. Đây là của nóspecial characteristic.

Có một số loại ăng-ten log-tuần hoàn như phẳng, hình thang, zig-zag, loại V, khe và lưỡng cực. Loại được sử dụng nhiều nhất là mảng lưỡng cực log-tuần hoàn, nói ngắn gọn là LPDA.

Sơ đồ của mảng log-tuần hoàn được cho ở trên.

Cấu trúc vật lý và đặc tính điện, khi được quan sát, có tính chất lặp lại. Mảng này bao gồm các lưỡng cực có độ dài và khoảng cách khác nhau, được cung cấp từ một đường truyền hai dây. Dòng này được hoán vị giữa mỗi cặp lưỡng cực liền kề.

Độ dài và phân tách lưỡng cực được liên hệ với nhau bởi công thức:

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

Ở đâu

  • т là tỷ lệ thiết kế và т <1
  • R là khoảng cách giữa nguồn cấp dữ liệu và lưỡng cực
  • l là chiều dài của lưỡng cực.

Mức tăng chỉ thị thu được là thấp đến trung bình. Các mẫu bức xạ có thể làUnidirectional or Bi-directional.

Mô hình bức xạ

Dạng bức xạ của anten log-tuần hoàn có thể là một hướng hoặc hai hướng, tùy thuộc vào cấu trúc tuần hoàn log.

Đối với uni-directional Log-periodic antenna, bức xạ hướng tới phần tử ngắn hơn là một lượng đáng kể, trong khi theo hướng thuận, nó nhỏ hoặc bằng không.

Mô hình bức xạ cho ăng ten log-tuần hoàn một hướng được đưa ra ở trên.

Đối với bi-directional Log-periodic antenna, bức xạ cực đại nằm ở mặt rộng, bình thường đối với bề mặt của ăng-ten.

Hình trên cho thấy dạng bức xạ của một ăng ten log-tuần hoàn hai hướng.

Ưu điểm

Sau đây là những ưu điểm của anten Log-tuần hoàn -

  • Thiết kế ăng-ten nhỏ gọn.
  • Độ lợi và mô hình bức xạ rất đa dạng tùy theo yêu cầu.

Nhược điểm

Sau đây là những nhược điểm của anten Log-tuần hoàn -

  • Gắn ngoài.
  • Chi phí lắp đặt cao.

Các ứng dụng

Sau đây là các ứng dụng của ăng-ten Log-tuần hoàn -

  • Được sử dụng cho giao tiếp HF.
  • Được sử dụng cho các loại tiếp nhận TV cụ thể.
  • Được sử dụng cho tất cả các giám sát vòng ở dải tần số cao hơn.

Các Turnstile antennalà một loại anten mảng khác. Hình dạng của mảng này tượng trưng cho cửa quay, được sử dụng ở lối vào của một số nơi. Anten này có nhiều ứng dụng trong quân sự.

Dải tần số

Dải tần số mà ăng ten cửa quay hoạt động là khoảng 30 MHz to 3GHz thuộc về VHFUHF các dải.

Cấu tạo & Làm việc của Ăng-ten quay

Hai lưỡng cực nửa sóng giống hệt nhau được đặt vuông góc với nhau và được cung cấp theo pha. Các lưỡng cực này bị kích thích lệch pha với nhau 90 °. Mảng xoay cũng có thể được gọi làcrossed dipoles array.

Các hình ảnh trên minh họa ăng-ten cửa quay.

Để cung cấp khả năng định hướng cao, một số cửa quay có thể được xếp chồng lên nhau dọc theo trục thẳng đứng và được phân chia theo từng giai đoạn như trong hình bên trên. Sự phân cực của các ăng ten cửa quay này phụ thuộc vào phương thức hoạt động của chúng.

Cặp lưỡng cực như vậy thường được xếp chồng lên nhau, được gọi là BAY. Trong các hình trên, hai vịnh cách nhau nửa bước sóng(λ/2)cách nhau và các phần tử tương ứng được cung cấp trong giai đoạn. Bức xạ tạo ra bởi sự kết hợp của các vịnh dẫn đến khả năng định hướng tốt hơn.

Phương thức hoạt đông

Sau đây là các chế độ hoạt động của ăng ten Turnstile.

Normal mode

Ở chế độ hoạt động bình thường, ăng-ten bức xạ horizontally polarized sóng vuông góc với trục của nó.

Axial mode

Trong chế độ hoạt động theo trục, ăng ten bức xạ circularly polarized sóng dọc theo trục của nó tức là song song với trục của nó.

Đối với phân cực tròn, máy phát bức xạ với phân cực tròn phải có máy thu có cùng phân cực tròn phải và ngược lại. Nếu nó được phân cực tròn trái, không giống như máy phát, sẽ bị mất độ lợi nghiêm trọng.

Ăng ten siêu quay

Đối với một ăng ten cửa quay, công suất bức xạ thấp hơn bức xạ cực đại của một lưỡng cực nửa sóng bức xạ cùng công suất là 3dB. Do đó, để khắc phục nhược điểm này,Super-turnstile antenna được xây.

Các phần tử lưỡng cực đơn giản trong cửa quay được thay thế bằng bốn tấm phẳng trong Siêu cửa quay. Thiết kế của mảng siêu cửa quay sao cho có thể xây dựng 1 đến 8 vịnh trên một cột buồm duy nhất. Tên khác của ăng-ten siêu cửa quay làBatwing Antenna.

Những hình ảnh trên cho thấy ăng-ten siêu cửa quay. Hình 1 cho thấy sự sắp xếp của mảng siêu mềm với các chấm đỏ là điểm cấp liệu. Hình 2 cho thấy dãy cửa quay xếp chồng lên nhau được sử dụng trong truyền thông vệ tinh.

Mô hình bức xạ

Dạng bức xạ sẽ tương tự như dạng bức xạ của hai lưỡng cực siêu áp. Mặc dù nó gần với mô hình đa hướng, nhưng nó vẫn để lại một mô hình hình cỏ ba lá.

Hình trên cho thấy mô hình bức xạ của một mảng cửa quay. Các mô hình chiều cao điển hình được kết hợp để tạo ra một mô hình gần như hình tròn.

  • Hình A cho thấy các mẫu riêng lẻ được kết hợp.

  • Hình B cho thấy mô hình dọc của vịnh đơn và mô hình kết hợp của bốn vịnh.

  • Hình C cho thấy mô hình kết hợp kết quả của bốn vịnh cho thấy khả năng định hướng tốt hơn.

Ưu điểm

Sau đây là những ưu điểm của anten xoay -

  • Đạt được lợi nhuận cao bằng cách xếp chồng

  • Siêu cửa quay tạo ra đầu ra có độ lợi cao

  • Đạt được định hướng tốt hơn

Bất lợi

Sau đây là nhược điểm của anten xoay -

  • Công suất bức xạ nhỏ hơn 3dB so với bức xạ cực đại của một nửa lưỡng cực sóng bức xạ cùng công suất.

Các ứng dụng

Sau đây là các ứng dụng của anten xoay -

  • Được sử dụng cho giao tiếp VHF

  • Được sử dụng để phát sóng FM và TV

  • Được sử dụng trong liên lạc quân sự

  • Được sử dụng trong liên lạc vệ tinh

Trong bầu khí quyển của Trái đất, sự truyền sóng không chỉ phụ thuộc vào đặc tính của sóng mà còn phụ thuộc vào các tác động của môi trường và các lớp của khí quyển trái đất. Tất cả những điều này phải được nghiên cứu để hình thành ý tưởng về cách một sóng truyền trong môi trường.

Hãy để chúng tôi nhìn vào frequency spectrumqua đó việc truyền hoặc nhận tín hiệu diễn ra. Các loại ăng ten khác nhau được sản xuất tùy thuộc vào dải tần số mà chúng được hoạt động.

Quang phổ điện từ

Truyền thông không dây dựa trên nguyên lý phát và thu sóng điện từ. Những sóng này có thể được đặc trưng bởi tần số (f) và bước sóng (λ) lambda của chúng.

Biểu diễn bằng hình ảnh của phổ điện từ được cho trong hình sau.

Dải tần số thấp

Các dải tần số thấp bao gồm các phần vô tuyến, vi sóng, hồng ngoại và khả kiến ​​của quang phổ. Chúng có thể được sử dụng để truyền thông tin bằng cách điều chỉnh biên độ, tần số hoặc pha của sóng.

Dải tần số cao

Dải tần số cao bao gồm tia X và tia Gamma. Về mặt lý thuyết, những sóng này tốt hơn cho việc truyền thông tin. Tuy nhiên, những sóng này không được sử dụng thực tế vì khó điều chế và sóng có hại cho chúng sinh. Ngoài ra, sóng cao tần không lan truyền tốt qua các tòa nhà.

Dải tần số và công dụng của chúng

Bảng sau mô tả các dải tần số và công dụng của nó:

Tên ban nhạc Tần số Bước sóng Các ứng dụng
Tần số cực thấp (ELF) 30 Hz đến 300 Hz 10.000 đến 1.000 KM Tần số đường dây điện
Tần số giọng nói (VF) 300 Hz đến 3 KHz 1.000 đến 100 KM Liên lạc qua điện thoại
Tần số rất thấp (VLF) 3 KHz đến 30 KHz 100 đến 10 KM Truyền thông biển
Tần số thấp (LF) 30 KHz đến 300 KHz 10 đến 1 KM Truyền thông biển
Tần số trung bình (MF) 300 KHz đến 3 MHz 1000 đến 100 m Phát sóng AM
Tần số cao (HF) 3 MHz đến 30 MHz 100 đến 10 m Máy bay / tàu đường dài Thông tin liên lạc
Tần số rất cao (VHF) 30 MHz đến 300 MHz 10 đến 1 m Phát sóng FM
Tần số cực cao (UHF) 300 MHz đến 3 GHz 100 đến 10 cm Điện thoại di động
Tần số siêu cao (SHF) 3 GHz đến 30 GHz 10 đến 1 cm Truyền thông vệ tinh, liên kết vi sóng
Tần số cực cao (EHF) 30 GHz đến 300 GHz 10 đến 1 mm Vòng lặp cục bộ không dây
Hồng ngoại 300 GHz đến 400 THz 1 mm đến 770 nm Điện tử dân dụng
Ánh sáng thấy được 400 THz đến 900 THz 770 nm đến 330 nm Truyền thông quang học

Phân bổ phổ

Vì phổ điện từ là một nguồn tài nguyên chung, được mở cho bất kỳ ai truy cập, một số thỏa thuận quốc gia và quốc tế đã được ký kết liên quan đến việc sử dụng các dải tần số khác nhau trong phổ. Các chính phủ quốc gia riêng lẻ phân bổ phổ tần cho các ứng dụng như phát sóng radio AM / FM, phát sóng truyền hình, điện thoại di động, liên lạc quân sự và sử dụng của chính phủ.

Trên toàn thế giới, một cơ quan của Liên minh Viễn thông Quốc tế Truyền thông Vô tuyến (ITU-R) Cục gọi là Hội nghị vô tuyến hành chính thế giới (WARC) cố gắng điều phối việc phân bổ phổ tần của các chính phủ quốc gia khác nhau để có thể sản xuất các thiết bị truyền thông hoạt động ở nhiều quốc gia.

Giới hạn truyền tải

Bốn loại hạn chế ảnh hưởng đến việc truyền sóng điện từ là:

Sự suy giảm

Theo định nghĩa tiêu chuẩn, "Sự giảm chất lượng và cường độ của tín hiệu được gọi là attenuation. ”

Cường độ của tín hiệu giảm theo khoảng cách trên phương tiện truyền dẫn. Mức độ suy hao là một hàm của khoảng cách, phương tiện truyền dẫn, cũng như tần số của đường truyền bên dưới. Ngay cả trong không gian trống, không có sự suy giảm nào khác, tín hiệu truyền đi sẽ suy giảm theo khoảng cách, đơn giản vì tín hiệu đang được lan truyền trên một khu vực ngày càng lớn.

Méo mó

Theo định nghĩa tiêu chuẩn, “Bất kỳ thay đổi nào làm thay đổi mối quan hệ cơ bản giữa các thành phần tần số của tín hiệu hoặc các mức biên độ của tín hiệu được gọi là distortion. ”

Biến dạng tín hiệu là quá trình gây nhiễu loạn các đặc tính của tín hiệu, thêm một số thành phần không mong muốn, ảnh hưởng đến chất lượng của tín hiệu. Điều này thường xảy ra trong bộ thu FM, nơi tín hiệu nhận được, đôi khi bị nhiễu hoàn toàn tạo ra âm thanh ù khi đầu ra.

Sự phân tán

Theo định nghĩa tiêu chuẩn, “Dispersion là hiện tượng, trong đó vận tốc truyền của sóng điện từ phụ thuộc vào bước sóng. "

Dispersionlà hiện tượng lan truyền một chùm năng lượng điện từ trong quá trình lan truyền. Nó đặc biệt phổ biến trong truyền dẫn đường dây như cáp quang. Các luồng dữ liệu được gửi liên tiếp nhanh chóng có xu hướng hợp nhất do phân tán. Chiều dài của dây càng dài, ảnh hưởng của sự phân tán càng nghiêm trọng. Tác dụng của sự phân tán là hạn chế tích của R và L. Trong đó‘R’data rate‘L’distance.

Tiếng ồn

Theo định nghĩa tiêu chuẩn, “Bất kỳ dạng năng lượng không mong muốn nào có xu hướng cản trở việc tiếp nhận và tái tạo các tín hiệu mong muốn một cách chính xác và dễ dàng được gọi là Tiếng ồn.”

Dạng nhiễu phổ biến nhất là thermal noise. Nó thường được mô hình hóa bằng mô hình Gaussian cộng thêm. Nhiễu nhiệt là do sự kích động nhiệt của các điện tử và phân bố đều trên phổ tần số.

Các dạng tiếng ồn khác bao gồm -

  • Inter modulation noise - Gây ra bởi tín hiệu được tạo ra ở tần số là tổng hoặc chênh lệch của tần số sóng mang.

  • Crosstalk - Sự giao thoa giữa hai tín hiệu.

  • Impulse noise- Xung năng lượng cao không đều do nhiễu điện từ bên ngoài. Nhiễu xung có thể không có tác động đáng kể đến dữ liệu tương tự. Tuy nhiên, nó có ảnh hưởng đáng chú ý đến dữ liệu kỹ thuật số, gây ra lỗi nổ.

Trong chương này, chúng ta hãy xem xét các chủ đề thú vị khác nhau như các tính chất của sóng vô tuyến, sự lan truyền của sóng vô tuyến và các loại của chúng.

Sóng radio

Sóng vô tuyến dễ tạo ra và được sử dụng rộng rãi cho cả thông tin liên lạc trong nhà và ngoài trời vì khả năng truyền qua các tòa nhà và di chuyển xa.

Các tính năng chính là -

  • Vì truyền dẫn vô tuyến là Omni directional về bản chất, nhu cầu căn chỉnh vật lý máy phát và máy thu không phát sinh.

  • Tần số của sóng vô tuyến quyết định nhiều đặc tính của quá trình truyền.

  • Ở tần số thấp, sóng có thể vượt qua chướng ngại vật một cách dễ dàng. Tuy nhiên, sức mạnh của họ giảm theo quan hệ nghịch đảo bình phương đối với khoảng cách.

  • Các sóng có tần số cao hơn dễ bị các giọt mưa hấp thụ hơn và chúng bị các chướng ngại vật phản xạ.

  • Do phạm vi truyền của sóng vô tuyến dài, nhiễu giữa các đường truyền là một vấn đề cần được giải quyết.

Trong dải VLF, LF và MF, sự lan truyền của sóng, còn được gọi là ground wavestheo đường cong của trái đất. Phạm vi truyền tối đa của những sóng này là vài trăm km. Chúng được sử dụng để truyền băng thông thấp như phát sóng radio Điều chế Biên độ (AM).

Các đường truyền băng tần HF và VHF được hấp thụ bởi khí quyển, gần bề mặt Trái đất. Tuy nhiên, một phần của bức xạ, được gọi làsky wave, được bức xạ ra bên ngoài và hướng lên tầng điện ly trong bầu khí quyển trên. Tầng điện ly chứa các hạt bị ion hóa hình thành do bức xạ của Mặt trời. Các hạt ion hóa này phản xạ sóng bầu trời trở lại Trái đất. Một làn sóng mạnh trên bầu trời có thể bị phản xạ nhiều lần giữa Trái đất và tầng điện ly. Sóng bầu trời được sử dụng bởi các nhà khai thác đài nghiệp dư ham học hỏi và liên lạc quân sự.

Truyền sóng vô tuyến

Trong Radio communication systems, chúng tôi sử dụng sóng điện từ không dây làm kênh. Các ăng-ten có thông số kỹ thuật khác nhau có thể được sử dụng cho những mục đích này. Kích thước của các ăng-ten này phụ thuộc vào băng thông và tần số của tín hiệu được truyền.

Phương thức truyền sóng điện từ trong khí quyển và trong không gian tự do có thể được chia thành ba loại sau:

  • Truyền dẫn đường ngắm (LOS)
  • Truyền sóng trên mặt đất
  • Truyền sóng bầu trời

Trong các dải tần ELF (Tần số cực thấp) và VLF (Tần số rất thấp), Trái đất và tầng điện ly đóng vai trò dẫn sóng cho sự truyền sóng điện từ.

Trong các dải tần số này, tín hiệu liên lạc thực tế lan truyền khắp thế giới. Độ rộng băng tần của kênh nhỏ. Do đó, thông tin được truyền qua các kênh này có tốc độ chậm và bị giới hạn trong truyền dẫn kỹ thuật số.

Sự lan truyền Line of Sight (LOS)

Trong số các phương thức lan truyền, phương thức lan truyền theo đường ngắm này là phương thức mà chúng ta thường nhận thấy. bên trongline-of-sight communication, như tên của nó, sóng truyền đi một khoảng cách tầm nhìn tối thiểu. Có nghĩa là nó di chuyển đến khoảng cách mà mắt thường có thể nhìn thấy. Bây giờ điều gì xảy ra sau đó? Chúng ta cần sử dụng một bộ khuếch đại kiêm máy phát ở đây để khuếch đại tín hiệu và truyền lại.

Điều này được hiểu rõ hơn với sự trợ giúp của sơ đồ sau.

Hình mô tả rất rõ ràng phương thức lan truyền này. Việc truyền đường ngắm sẽ không suôn sẻ nếu có bất kỳ chướng ngại vật nào trên đường truyền của nó. Vì tín hiệu chỉ có thể truyền đến những khoảng cách nhỏ hơn trong chế độ này, nên việc truyền này được sử dụng choinfrared hoặc là microwave transmissions.

Truyền sóng mặt đất

Sự truyền sóng trên mặt đất của sóng tuân theo đường bao của trái đất. Một làn sóng như vậy được gọi làdirect wave. Đôi khi sóng bị uốn cong do từ trường Trái đất và bị phản xạ lại máy thu. Một làn sóng như vậy có thể được gọi làreflected wave.

Hình trên mô tả quá trình truyền sóng trên mặt đất. Sóng khi truyền qua bầu khí quyển của Trái đất được gọi làground wave. Sóng trực tiếp và sóng phản xạ cùng góp tín hiệu tại trạm thu. Khi sóng cuối cùng đến người nhận, độ trễ sẽ bị loại bỏ. Ngoài ra, tín hiệu được lọc để tránh méo và khuếch đại cho đầu ra rõ ràng.

Truyền sóng trên bầu trời

Truyền sóng trên bầu trời được ưu tiên khi sóng phải truyền đi một khoảng cách xa hơn. Ở đây sóng được chiếu lên bầu trời và nó lại được phản xạ trở lại trái đất.

Các sky wave propagationđược mô tả tốt trong hình trên. Ở đây các sóng được thể hiện là được truyền đi từ một nơi và nơi nó được nhiều máy thu nhận. Do đó, nó là một ví dụ về phát sóng.

Các sóng, được truyền từ ăng-ten của máy phát, bị phản xạ từ tầng điện ly. Nó bao gồm nhiều lớp hạt tích điện khác nhau ở độ cao từ 30- 250 dặm phía trên bề mặt trái đất. Sự di chuyển như vậy của sóng từ máy phát đến tầng điện ly và từ đó đến máy thu trên Trái đất được gọi làSky Wave Propagation. Tầng điện ly là lớp ion hóa xung quanh bầu khí quyển của Trái đất, thích hợp cho sự truyền sóng trên bầu trời.

Bầu khí quyển của Trái đất có nhiều lớp. Các lớp này đóng một vai trò quan trọng trong giao tiếp không dây. Chúng chủ yếu được phân loại thành ba lớp.

Tầng đối lưu

Đây là lớp của trái đất, nằm ngay trên mặt đất. Chúng ta, động thực vật sống ở tầng này. Sự truyền sóng mặt đất và sự lan truyền LOS diễn ra ở đây.

Tầng bình lưu

Đây là lớp của trái đất, nằm trên Troposphere. Những con chim bay trong vùng này. Máy bay di chuyển trong vùng này. Tầng ôzôn cũng hiện diện trong khu vực này. Sự truyền sóng mặt đất và sự lan truyền LOS diễn ra ở đây.

Tầng điện ly

Đây là lớp trên của khí quyển Trái đất, nơi mà quá trình ion hóa diễn ra đáng kể. Năng lượng do Mặt trời tỏa ra, không chỉ làm nóng vùng này mà còn tạo ra các ion âm và dương. Vì Mặt trời liên tục bức xạ tia UV và áp suất không khí thấp, lớp này khuyến khích quá trình ion hóa các hạt.

Tầm quan trọng của tầng điện ly

Tầng điện ly là một yếu tố rất quan trọng trong giai đoạn truyền sóng vì những lý do sau:

  • Lớp bên dưới tầng điện ly có lượng hạt không khí cao hơn và bức xạ UV thấp hơn. Do đó, nhiều va chạm xảy ra hơn và sự ion hóa của các hạt là tối thiểu và không phải là hằng số.

  • Lớp trên tầng điện ly có lượng hạt không khí rất thấp và mật độ ion hóa cũng khá thấp. Do đó, quá trình ion hóa là không đúng.

  • Tầng điện ly có thành phần bức xạ UV tốt và mật độ không khí trung bình không ảnh hưởng đến quá trình ion hóa. Do đó, lớp này có ảnh hưởng nhiều nhất đến sự truyền sóng Sky.

Tầng điện ly có các chất khí khác nhau với áp suất khác nhau. Các tác nhân ion hóa khác nhau sẽ ion hóa chúng ở các độ cao khác nhau. Khi các mức độ ion hóa khác nhau được thực hiện ở mỗi tầng, có các chất khí khác nhau, một vài lớp có tính chất khác nhau được hình thành trong tầng điện ly.

Các lớp của tầng điện ly có thể được nghiên cứu từ hình sau.

Số lượng các lớp, độ cao của chúng, lượng sóng bầu trời có thể bị bẻ cong sẽ thay đổi theo từng ngày, từng tháng và từ năm này sang năm khác. Đối với mỗi lớp như vậy, có một tần số, trên đó nếu sóng được gửi lên theo phương thẳng đứng, nó sẽ xuyên qua lớp.

Chức năng của các lớp này phụ thuộc vào thời gian trong ngày, tức là ban ngày và ban đêm. Có ba lớp chính - E, F1 và F2 vào ban ngày. Có một lớp khác gọi là lớp D, nằm bên dưới lớp E. Lớp này nằm ở độ cao từ 50 đến 90kms trên tầng đối lưu.

Hình dưới đây mô tả các lớp hiện diện cả ban ngày và ban đêm trong khí quyển trái đất.

Lớp D này chịu trách nhiệm về sự suy giảm trong ngày của sóng HF. Trong thời gian ban đêm, lớp D này gần như biến mất và lớp F1 và F2 kết hợp với nhau tạo thành lớp F. Do đó, chỉ có hailayers E and F có mặt tại night time.

Trong quá trình lan truyền của một làn sóng, có rất ít thuật ngữ mà chúng ta thường gặp. Hãy để chúng tôi thảo luận về các điều khoản này từng cái một.

Chiều cao ảo

Khi một sóng bị khúc xạ, nó bị uốn cong xuống dần dần, nhưng không mạnh. Tuy nhiên, đường đi của sóng tới và sóng phản xạ là như nhau nếu nó bị phản xạ từ một bề mặt nằm ở độ cao lớn hơn của lớp này. Chiều cao lớn hơn như vậy được gọi là chiều cao ảo.

Hình vẽ phân biệt rõ ràng virtual height (chiều cao của sóng, được cho là sẽ được phản xạ) và actual height(chiều cao khúc xạ). Nếu biết độ cao ảo thì có thể tìm được góc tới.

Tần suất tới hạn

Tần số tới hạn của một lớp xác định tần số cao nhất sẽ được lớp đó trả về trái đất, sau khi được máy phát chiếu tia, lên thẳng bầu trời.

Tỷ lệ mật độ ion hóa, khi thay đổi một cách tiện lợi qua các lớp, sóng sẽ bị bẻ cong xuống dưới. Tần số tối đa được uốn cong và đến trạm thu với độ suy giảm tối thiểu, có thể được gọi làcritical frequency. Điều này được biểu thị bằngfc.

Đa đường

Đối với các tần số trên 30 MHz, sự truyền sóng trên bầu trời tồn tại. Đa đường tín hiệu là vấn đề phổ biến đối với sự lan truyền của sóng điện từ qua sóng Sky. Sóng, được phản xạ từ tầng điện ly, có thể được gọi làhop hoặc là skip. Có thể có một số bước nhảy đối với tín hiệu vì nó có thể di chuyển qua lại từ tầng điện ly và bề mặt trái đất nhiều lần. Sự chuyển động của tín hiệu như vậy có thể được gọi làmultipath.

Hình trên là một ví dụ về sự lan truyền đa đường. Sự lan truyền đa đường là một thuật ngữ, mô tả nhiều con đường mà một tín hiệu đi để đến đích. Những con đường này bao gồm một số bước nhảy. Các đường đi có thể là kết quả của phản xạ, khúc xạ hoặc thậm chí là nhiễu xạ. Cuối cùng, khi tín hiệu từ các đường khác nhau như vậy đến máy thu, nó mang theo độ trễ lan truyền, nhiễu bổ sung, lệch pha, v.v., làm giảm chất lượng của đầu ra nhận được.

Mờ dần

Sự giảm chất lượng của tín hiệu có thể được gọi là fading. Điều này xảy ra do hiệu ứng khí quyển hoặc phản xạ do đa đường.

Fading đề cập đến sự thay đổi của cường độ tín hiệu theo thời gian / khoảng cách. Nó phổ biến rộng rãi trong truyền không dây. Các nguyên nhân phổ biến nhất của sự mờ dần trong môi trường không dây là sự lan truyền đa đường và tính di động (của các đối tượng cũng như các thiết bị giao tiếp).

Bỏ qua khoảng cách

Khoảng cách có thể đo được trên bề mặt Trái đất từ ​​máy phát đến máy thu, nơi tín hiệu phản xạ từ tầng điện ly có thể đến máy thu với bước nhảy hoặc số lần bỏ qua tối thiểu, được gọi là skip distance.

Tần số sử dụng tối đa (MUF)

Các Maximum Usable Frequency (MUF)là tần số cao nhất do máy phát phát không phụ thuộc vào công suất của máy phát. Tần số cao nhất, được phản xạ từ tầng điện ly đến máy thu được gọi làcritical frequency, fc.

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

Tần số làm việc tối ưu (OWF)

Tần số, được sử dụng chủ yếu cho một đường truyền cụ thể và đã được dự đoán là sẽ được sử dụng trong một khoảng thời gian cụ thể, trên một đường dẫn, được gọi là Optimum Working Frequency (OWF).

Sự nhiễu giữa các tín hiệu giao thoa

Inter symbol interference(ISI) xảy ra phổ biến hơn trong hệ thống thông tin liên lạc. Đây là lý do chính cho tín hiệu đa đường. Khi tín hiệu đến trạm nhận thông qua các đường truyền khác nhau, chúng triệt tiêu lẫn nhau, được gọi là hiện tượngsignal fading. Ở đây, cần nhớ rằng các tín hiệu tự hủy theo cách véc tơ.

Độ sâu da

Sóng điện từ không thích hợp để lan truyền dưới nước. Tuy nhiên, chúng có thể lan truyền dưới nước với điều kiện chúng ta làm cho tần số lan truyền cực kỳ thấp. Sự suy giảm của sóng điện từ dưới nước được biểu thị bằng độ sâu của da.Skin depthđược định nghĩa là khoảng cách mà tín hiệu bị suy giảm 1 / e. Nó là thước đo độ sâu mà sóng EM có thể xuyên qua. Độ sâu của da được biểu thị bằngδ (đồng bằng).

Tuyên truyền ống dẫn

Ở độ cao khoảng 50 mts từ tầng đối lưu, một hiện tượng tồn tại; nhiệt độ tăng theo độ cao. Trong vùng này của tầng đối lưu, các tần số cao hơn hoặc tần số vi sóng có xu hướng khúc xạ trở lại bầu khí quyển của Trái đất, thay vì bắn vào tầng điện ly, để phản xạ. Những sóng này lan truyền xung quanh độ cong của trái đất thậm chí lên tới khoảng cách 1000km.

Sự khúc xạ này tiếp tục diễn ra trong vùng này của tầng đối lưu. Điều này có thể được gọi làSuper refraction hoặc là Duct propagation.

Hình ảnh trên cho thấy quá trình Duct Propagation. Yêu cầu chính cho sự hình thành ống dẫn là sự nghịch đảo nhiệt độ. Sự tăng nhiệt độ theo chiều cao, chứ không phải sự giảm nhiệt độ được gọi là hiện tượng nghịch đảo nhiệt độ.

Chúng ta đã thảo luận về các tham số quan trọng mà chúng ta bắt gặp trong quá trình truyền sóng. Các sóng có tần số cao hơn được truyền và nhận bằng kỹ thuật truyền sóng này.