Теория антенн — Основы

Человек, которому нужно передать мысль, идею или сомнение, может сделать это с помощью голосового общения .

На следующем рисунке показаны два человека, которые общаются друг с другом. Здесь общение происходит через звуковые волны . Однако, если два человека хотят общаться на больших расстояниях, мы должны преобразовать эти звуковые волны в электромагнитные . Устройство, которое преобразует требуемый информационный сигнал в электромагнитные волны, называется антенной .

Что такое антенна?

Антенна — это преобразователь, который преобразует электрическую энергию в электромагнитные волны и наоборот.

Антенна может использоваться в качестве передающей антенны или приемной антенны .

• Передающая антенна — это антенна , которая преобразует электрические сигналы в электромагнитные волны и излучает их.

• Приемная антенна — это антенна , которая преобразует электромагнитные волны от принимаемого луча в электрические сигналы.

• При двусторонней связи одна и та же антенна может использоваться как для передачи, так и для приема.

Передающая антенна — это антенна , которая преобразует электрические сигналы в электромагнитные волны и излучает их.

Приемная антенна — это антенна , которая преобразует электромагнитные волны от принимаемого луча в электрические сигналы.

При двусторонней связи одна и та же антенна может использоваться как для передачи, так и для приема.

Антенну также можно назвать антенной. Множество это, антенны или антенны . В настоящее время антенны претерпели множество изменений в соответствии с их размерами и формой. Существует много типов антенн в зависимости от их широкого применения.

Следующие изображения являются примерами различных типов антенн.

В этой главе вы познакомитесь с основными понятиями об антеннах, спецификациями и антеннами различных типов.

Нужна антенна

В области систем связи, когда возникает необходимость в беспроводной связи, возникает необходимость в антенне. Антенна имеет возможность посылать или принимать электромагнитные волны ради связи, когда вы не можете ожидать, чтобы проложить проводную систему. Следующий сценарий объясняет это.

сценарий

Чтобы связаться с отдаленным районом, проводка должна быть проложена по всему маршруту вдоль долин, гор, утомительных троп, туннелей и т. Д., Чтобы добраться до удаленного места. Эволюция беспроводных технологий сделала весь этот процесс очень простым. Антенна является ключевым элементом этой беспроводной технологии.

На изображении выше антенны помогают установить связь на всей территории, включая долины и горы. Этот процесс, очевидно, будет проще, чем проложить систему электропроводки по всей территории.

Радиационный механизм

Единственная функциональность антенны — это мощность излучения или приема. Антенна (независимо от того, передает она или принимает, или делает и то, и другое) может быть подключена к схеме на станции через линию передачи. Функционирование антенны зависит от механизма излучения линии передачи.

Проводник, который предназначен для передачи тока на большие расстояния с минимальными потерями, называется линией передачи . Например, провод, к которому подключена антенна. Линия электропередачи, проводящая ток с равномерной скоростью, и линия, являющаяся прямой с бесконечной протяженностью, не излучает энергию .

Чтобы линия передачи стала волноводом или излучала энергию, она должна быть обработана как таковая.

• Если мощность должна излучаться, хотя токопроводящий проводник имеет равномерную скорость, провод или линия передачи должны быть изогнуты, обрезаны или оборваны.

• Если эта линия передачи имеет ток, который ускоряется или замедляется с постоянной времени, то он излучает мощность, даже если провод прямой.

• Устройство или трубка, если изогнуто или прекращено для излучения энергии, называется волноводом . Они особенно используются для микроволновой передачи или приема.

Если мощность должна излучаться, хотя токопроводящий проводник имеет равномерную скорость, провод или линия передачи должны быть изогнуты, обрезаны или оборваны.

Если эта линия передачи имеет ток, который ускоряется или замедляется с постоянной времени, то он излучает мощность, даже если провод прямой.

Устройство или трубка, если изогнуто или прекращено для излучения энергии, называется волноводом . Они особенно используются для микроволновой передачи или приема.

Это можно понять, соблюдая следующую диаграмму:

Приведенная выше диаграмма представляет волновод, который действует как антенна. Мощность от линии передачи проходит через волновод, который имеет апертуру, чтобы излучать энергию.

Основные типы антенн

Антенны могут быть разделены на различные типы в зависимости от —

• Физическая структура антенны.

• Частотные диапазоны работы.

• Режим приложений и т. Д.

Физическая структура антенны.

Частотные диапазоны работы.

Режим приложений и т. Д.

Физическая структура

Ниже приведены типы антенн в соответствии с физической структурой. Вы узнаете об этих антеннах в следующих главах.

• Проводные антенны
• Апертурные антенны
• Рефлекторные антенны
• Объективные антенны
• Микрополосковые антенны
• Антенные решетки

Частота работы

Ниже приведены типы антенн в зависимости от частоты работы.

• Очень низкая частота (VLF)
• Низкочастотный (НЧ)
• Средняя частота (MF)
• Высокая частота (HF)
• Очень высокая частота (VHF)
• Сверхвысокая частота (УВЧ)
• Сверхвысокая частота (СВЧ)
• Микро волна
• Радиоволна

Режим приложений

Ниже приведены типы антенн в соответствии с режимами применения —

• Двухточечная связь
• Вещательные приложения
• Радарная связь
• Спутниковая связь

Теория антенн — Основные параметры

Основные параметры связи обсуждаются в этой главе, чтобы иметь лучшее представление о беспроводной связи с использованием антенн. Беспроводная связь осуществляется в форме волн. Следовательно, нам нужно взглянуть на свойства волн в сообщениях.

В этой главе мы обсудим следующие параметры:

• частота
• длина волны
• Сопротивление импеданса
• КСВН и отраженная мощность
• Пропускная способность
• Процент пропускной способности
• Интенсивность излучения

Теперь давайте изучим их подробно.

частота

Согласно стандартному определению, «частота повторения волны за определенный период времени называется частотой ».

Проще говоря, частота относится к процессу того, как часто происходит событие. Периодическая волна повторяется через каждые «Т» секунды (период времени). Частота периодической волны является ничем иным, как обратной величиной периода времени (T).

Математическое выражение

Математически это написано так, как показано ниже.

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

куда

• f — частота периодической волны.

• Т — период времени, в который волна повторяется.

f — частота периодической волны.

Т — период времени, в который волна повторяется.

Единицы

Единица частоты — Герц , сокращенно Гц .

Приведенный выше рисунок представляет синусоидальную волну, которая представлена ​​здесь для напряжения в милливольтах против времени в миллисекундах. Эта волна повторяется через каждые 2т миллисекунды. Итак, период времени, T = 2t миллисекунд и частота, $f = \ frac {1} {2T} КГц$

длина волны

Согласно стандартному определению, «расстояние между двумя последовательными максимальными точками (гребнями) или между двумя последовательными минимальными точками (впадинами) называется длиной волны ».

Проще говоря, расстояние между двумя непосредственными положительными пиками или двумя непосредственными отрицательными пиками — не что иное, как длина этой волны. Это можно назвать длиной волны .

На следующем рисунке показана периодическая форма волны. Длина волны (λ) и амплитуда обозначены на рисунке. Чем выше частота, тем меньше будет длина волны и наоборот.

Математическое выражение

Формула для длины волны:

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

куда

• λ — длина волны

• c — скорость света ($3 * 10 ^ {8}$ метров в секунду)

• f — частота

λ — длина волны

c — скорость света ($3 * 10 ^ {8}$ метров в секунду)

f — частота

Единицы

Длина волны λ выражается в единицах длины, таких как метры, футы или дюймы. Обычно используемый термин — метры .

Сопротивление импеданса

Согласно стандартному определению, «Приблизительное значение полного сопротивления передатчика, когда оно равно приблизительному значению полного сопротивления приемника, или наоборот, оно называется согласованием полного сопротивления ».

Сопротивление импеданса необходимо между антенной и схемой. Полное сопротивление антенны, линии передачи и схемы должно совпадать, чтобы обеспечить максимальную передачу мощности между антенной и приемником или передатчиком.

Необходимость соответствия

Резонансное устройство — это устройство, которое дает лучший выход на определенной узкой полосе частот. Антенны — это такие резонансные устройства , сопротивление которых при согласовании обеспечивает лучшую выходную мощность.

• Мощность, излучаемая антенной, будет эффективно излучаться, если полное сопротивление антенны совпадает с полным сопротивлением в свободном пространстве.

• Для приемной антенны выходное сопротивление антенны должно совпадать с входным сопротивлением схемы усилителя приемника.

• Для антенны передатчика входное сопротивление антенны должно совпадать с выходным сопротивлением усилителя передатчика, а также с сопротивлением линии передачи.

Мощность, излучаемая антенной, будет эффективно излучаться, если полное сопротивление антенны совпадает с полным сопротивлением в свободном пространстве.

Для приемной антенны выходное сопротивление антенны должно совпадать с входным сопротивлением схемы усилителя приемника.

Для антенны передатчика входное сопротивление антенны должно совпадать с выходным сопротивлением усилителя передатчика, а также с сопротивлением линии передачи.

Единицы

Единица полного сопротивления (Z) — Ом .

КСВН и отраженная мощность

Согласно стандартному определению, «отношение максимального напряжения к минимальному напряжению в стоячей волне известно как коэффициент напряжения в стоячей волне ».

Если импеданс антенны, линии передачи и схемы не совпадают друг с другом, то мощность не будет излучаться эффективно. Вместо этого часть силы отражается обратно.

Ключевые особенности —

• Термин, который указывает на несоответствие импеданса, является КСВН .

• VSWR расшифровывается как коэффициент стоячей волны напряжения. Это также называется КСВ .

• Чем выше несоответствие импеданса, тем выше будет значение КСВН .

• Идеальное значение КСВН должно составлять 1: 1 для эффективного излучения.

• Отраженная мощность — это мощность, потраченная вперёд. Как отраженная мощность, так и КСВН указывают на одно и то же.

Термин, который указывает на несоответствие импеданса, является КСВН .

VSWR расшифровывается как коэффициент стоячей волны напряжения. Это также называется КСВ .

Чем выше несоответствие импеданса, тем выше будет значение КСВН .

Идеальное значение КСВН должно составлять 1: 1 для эффективного излучения.

Отраженная мощность — это мощность, потраченная вперёд. Как отраженная мощность, так и КСВН указывают на одно и то же.

Пропускная способность

Согласно стандартному определению, «полоса частот в длине волны, заданная для конкретной связи, называется полосой пропускания ».

Сигнал, когда передается или принимается, осуществляется в диапазоне частот. Этот конкретный диапазон частот выделен конкретному сигналу, так что другие сигналы могут не мешать его передаче.

• Полоса пропускания — это полоса частот между верхними и нижними частотами, по которой передается сигнал.

• Однажды выделенная полоса пропускания не может быть использована другими.

• Весь спектр делится на полосы пропускания для распределения между разными передатчиками.

Полоса пропускания — это полоса частот между верхними и нижними частотами, по которой передается сигнал.

Однажды выделенная полоса пропускания не может быть использована другими.

Весь спектр делится на полосы пропускания для распределения между разными передатчиками.

Пропускная способность, которую мы только что обсудили, также может называться абсолютной пропускной способностью .

Процент пропускной способности

Согласно стандартному определению, «отношение абсолютной полосы пропускания к центральной частоте этой полосы пропускания можно назвать процентной шириной полосы ».

Конкретная частота в полосе частот, на которой мощность сигнала максимальна, называется резонансной частотой . Он также называется центральной частотой (fC) полосы.

• Более высокие и более низкие частоты обозначены как f _H и f _L соответственно.

• Абсолютная ширина полосы определяется как f _H — f _L.

• Чтобы узнать, насколько шире полоса пропускания , необходимо рассчитать дробную или процентную полосу пропускания .

Более высокие и более низкие частоты обозначены как f _H и f _L соответственно.

Абсолютная ширина полосы определяется как f _H — f _L.

Чтобы узнать, насколько шире полоса пропускания , необходимо рассчитать дробную или процентную полосу пропускания .

Математическое выражение

Процентная полоса пропускания рассчитывается для того, чтобы узнать, сколько частотных колебаний может обрабатывать компонент или система.

$$Percentage \ bandwidth = \ frac {absolute \ bandwidth} {центральная частота} = \ frac {f_ {H} - f_ {L}} {f_ {c}}$$

куда

• ${f_ {H}}$ — более высокая частота

• ${f_ {L}}$ — более низкая частота

• ${f_ {c}}$ — центральная частота

${f_ {H}}$ — более высокая частота

${f_ {L}}$ — более низкая частота

${f_ {c}}$ — центральная частота

Чем выше процентная полоса пропускания, тем шире будет полоса пропускания канала.

Интенсивность излучения

« Интенсивность излучения определяется как мощность на единицу телесного угла»

Излучение, испускаемое антенной, которая является более интенсивной в определенном направлении, указывает на максимальную интенсивность этой антенны. Излучение излучения в максимально возможной степени является ничем иным, как интенсивностью излучения.

Математическое выражение

Интенсивность излучения получается умножением мощности, излучаемой на квадрат радиального расстояния.

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

куда

• U — интенсивность излучения

• r — радиальное расстояние

• W _рад — мощность, излучаемая.

U — интенсивность излучения

r — радиальное расстояние

W _рад — мощность, излучаемая.

Вышеуказанное уравнение обозначает интенсивность излучения антенны. Функция радиального расстояния также обозначается как Φ .

Единицы

Единица интенсивности излучения — Вт / стерадиан или Ватт / радиан ² .

Теория антенн — Параметры

Интенсивность излучения антенны тесно связана с направлением сфокусированного луча и эффективностью луча в этом направлении. В этой главе давайте взглянем на термины, относящиеся к этим темам.

направленность

Согласно стандартному определению, «отношение максимальной интенсивности излучения рассматриваемой антенны к интенсивности излучения изотропной или эталонной антенны, излучающей одинаковую общую мощность, называется направленностью ».

Антенна излучает энергию, но направление, в котором она излучает, имеет большое значение. Антенна, характеристики которой наблюдаются, называется предметной антенной .

Его интенсивность излучения фокусируется в определенном направлении, когда он передает или принимает. Следовательно, говорят, что антенна имеет свою направленность в этом конкретном направлении.

• Отношение интенсивности излучения в данном направлении от антенны к интенсивности излучения, усредненной по всем направлениям, называется направленностью.

• Если это конкретное направление не указано, то направление, в котором наблюдается максимальная интенсивность, может быть принято за направленность этой антенны.

• Направленность неизотропной антенны равна отношению интенсивности излучения в данном направлении к интенсивности излучения изотропного источника.

Отношение интенсивности излучения в данном направлении от антенны к интенсивности излучения, усредненной по всем направлениям, называется направленностью.

Если это конкретное направление не указано, то направление, в котором наблюдается максимальная интенсивность, может быть принято за направленность этой антенны.

Направленность неизотропной антенны равна отношению интенсивности излучения в данном направлении к интенсивности излучения изотропного источника.

Математическое выражение

Излучаемая мощность является функцией углового положения и радиального расстояния от цепи. Следовательно, это выражается с учетом обоих слагаемых θ и Ø .

$$Directivity = \ frac {Максимум \ радиация \ интенсивность \ объекта \ антенны} {Радиация \ интенсивность \ of \ an \ isotropic \ антенна}$$ $$D = \ frac {\ phi (\ theta, \ phi) _ {max} (из \ subject \ антенна)} {\ phi_ {0} (из \ an \ isotropic \ антенна)}$$

куда

• ${\ phi (\ theta, \ phi) _ {max}}$ — максимальная интенсивность излучения предметной антенны.

• ${\ phi_ {0}}$ — интенсивность излучения изотропной антенны (антенны с нулевыми потерями).

${\ phi (\ theta, \ phi) _ {max}}$ — максимальная интенсивность излучения предметной антенны.

${\ phi_ {0}}$ — интенсивность излучения изотропной антенны (антенны с нулевыми потерями).

Эффективность диафрагмы

Согласно стандартному определению « Эффективность апертуры антенны — это отношение эффективной излучающей площади (или эффективной области) к физической площади апертуры».

Антенна имеет апертуру, через которую излучается мощность. Это излучение должно быть эффективным с минимальными потерями. Следует также принимать во внимание физическую площадь апертуры, поскольку эффективность излучения зависит от площади апертуры, физически от антенны.

Математическое выражение

Математическое выражение для эффективности диафрагмы выглядит следующим образом:

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

где

• $\ varepsilon_ {A}$ — эффективность диафрагмы.

• ${A_ {eff}}$ — эффективная область.

• ${A_ {p}}$ — это физическая область.

$\ varepsilon_ {A}$ — эффективность диафрагмы.

${A_ {eff}}$ — эффективная область.

${A_ {p}}$ — это физическая область.

Эффективность антенны

Согласно стандартному определению, « Эффективность антенны — это отношение излучаемой мощности антенны к входной мощности, принимаемой антенной».

Проще говоря, антенна предназначена для излучения мощности, подаваемой на ее вход, с минимальными потерями. Эффективность антенны объясняет, насколько антенна способна эффективно обеспечивать выходной сигнал с минимальными потерями в линии передачи.

В противном случае это называется коэффициентом радиационной эффективности антенны.

Математическое выражение

Математическое выражение для эффективности антенны приведено ниже —

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

куда

• $\ eta_ {e}$ — эффективность антенны.

• ${P_ {rad}}$ — излучаемая мощность.

• ${P_ {input}}$ — это входная мощность для антенны.

$\ eta_ {e}$ — эффективность антенны.

${P_ {rad}}$ — излучаемая мощность.

${P_ {input}}$ — это входная мощность для антенны.

Усиление

Согласно стандартному определению, « усиление антенны — это отношение интенсивности излучения в данном направлении к интенсивности излучения, которая была бы получена, если бы мощность, принимаемая антенной, излучалась изотропно».

Проще говоря, усиление антенны учитывает направленность антенны наряду с ее эффективными характеристиками. Если мощность, принимаемая антенной, излучалась изотропно (то есть во всех направлениях), то интенсивность излучения, которую мы получаем, может быть принята как справочная.

• Термин « усиление антенны» описывает, сколько мощности передается в направлении пикового излучения к источнику изотропного излучения.

• Усиление обычно измеряется в дБ .

• В отличие от направленности, усиление антенны учитывает потери, которые также возникают, и, следовательно, фокусируется на эффективности.

Термин « усиление антенны» описывает, сколько мощности передается в направлении пикового излучения к источнику изотропного излучения.

Усиление обычно измеряется в дБ .

В отличие от направленности, усиление антенны учитывает потери, которые также возникают, и, следовательно, фокусируется на эффективности.

Математическое выражение

Уравнение усиления, G, как показано ниже.

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

куда

• G — усиление антенны.

• $\ eta_ {e}$ — эффективность антенны.

• D — направленность антенны.

G — усиление антенны.

$\ eta_ {e}$ — эффективность антенны.

D — направленность антенны.

Единицы

Единица усиления — децибел или просто дБ .

Теория антенн — ближние и дальние поля

После того, как параметры антенны обсуждались в предыдущей главе, другой важной темой рассмотрения является ближняя и дальняя области антенны.

Интенсивность излучения при измерении ближе к антенне отличается от того, что находится вдали от антенны. Хотя область находится далеко от антенны, она считается эффективной, поскольку там интенсивность излучения все еще высока.

Возле поля

Поле, которое находится ближе к антенне, называется ближним полем . Он имеет индуктивный эффект и, следовательно, также известен как индуктивное поле , хотя и имеет некоторые компоненты излучения.

Дальнее поле

Поле, которое находится далеко от антенны, называется дальним полем . Он также называется радиационным полем , так как радиационный эффект в этой области велик. Многие параметры антенны, а также направленность антенны и диаграмма направленности антенны рассматриваются только в этой области.

Полевой Образец

Распределение поля может быть количественно с точки зрения напряженности поля, упоминаемой как структура поля. Это означает, что излучаемая мощность от антенны, когда она нанесена на график, выражается в единицах электрического поля E (v / m). Следовательно, это известно как образец поля . Если его количественно определить в единицах мощности (Вт), то он известен как структура мощности .

Графическое распределение излучаемого поля или мощности будет зависеть от

• пространственные углы (θ, Ø) для дальнего поля.

• пространственные углы (θ, Ø) и радиальное расстояние (r) для ближнего поля.

пространственные углы (θ, Ø) для дальнего поля.

пространственные углы (θ, Ø) и радиальное расстояние (r) для ближнего поля.

Распределение областей ближнего и дальнего поля можно понять с помощью диаграммы.

Шаблон поля можно классифицировать как —

• Реактивная область ближнего поля и излучающая область ближнего поля — оба называются ближним полем.

• Излучение дальнего поля — просто называется дальним полем.

Реактивная область ближнего поля и излучающая область ближнего поля — оба называются ближним полем.

Излучение дальнего поля — просто называется дальним полем.

Поле, которое находится очень близко к антенне, является реактивным вблизи поля или не излучающего поля, где излучение не является преобладающим. Область рядом с ней можно назвать излучающей ближней зоной или полем Френеля, поскольку преобладает излучение и угловое распределение поля зависит от физического расстояния от антенны.

Область рядом с ним излучает дальнюю область. В этом регионе распределение поля не зависит от расстояния до антенны. Эффективная диаграмма направленности наблюдается в этой области.

Теория антенн — диаграмма излучения

Излучение — это термин, используемый для обозначения излучения или приема волнового фронта на антенне, с указанием его силы. На любой иллюстрации эскиз, изображающий излучение антенны, представляет собой диаграмму направленности . Можно просто понять функцию и направленность антенны, посмотрев на ее диаграмму направленности.

Мощность, излучаемая антенной, оказывает влияние на ближнюю и дальнюю области поля.

• Графически излучение может быть нанесено на график как функция углового положения и радиального расстояния от антенны.

• Это математическая функция радиационных свойств антенны, представленная как функция сферических координат, E (θ, Ø) и H (θ, Ø).

Графически излучение может быть нанесено на график как функция углового положения и радиального расстояния от антенны.

Это математическая функция радиационных свойств антенны, представленная как функция сферических координат, E (θ, Ø) и H (θ, Ø).

Радиационная картина

Энергия, излучаемая антенной, представлена диаграммой направленности антенны. Диаграммы излучения представляют собой схематические представления распределения излучаемой энергии в пространстве в зависимости от направления.

Давайте посмотрим на картину энергии излучения.

На приведенном выше рисунке показана диаграмма направленности дипольной антенны. Излучаемая энергия представлена ​​узорами, нарисованными в определенном направлении. Стрелки представляют направления излучения.

Диаграммы излучения могут быть диаграммой поля или диаграммой мощности.

• Картины поля изображены в зависимости от электрических и магнитных полей. Они построены в логарифмическом масштабе.

• Диаграммы мощности представлены в виде функции квадрата от величины электрического и магнитного полей. Они построены в логарифмическом или обычно в масштабе дБ.

Картины поля изображены в зависимости от электрических и магнитных полей. Они построены в логарифмическом масштабе.

Диаграммы мощности представлены в виде функции квадрата от величины электрического и магнитного полей. Они построены в логарифмическом или обычно в масштабе дБ.

Радиационная картина в 3D

Диаграмма направленности излучения — это трехмерная фигура, представленная в сферических координатах (r, θ, Φ) в предположении, что она начинается в центре сферической системы координат. Похоже на следующий рисунок —

Данный рисунок представляет собой трехмерную диаграмму направленности для всенаправленной диаграммы направленности . Это ясно указывает на три координаты (x, y, z).

Радиационная картина в 2D

Двумерный рисунок можно получить из трехмерного рисунка, разделив его на горизонтальную и вертикальную плоскости. Эти результирующие шаблоны известны как горизонтальный шаблон и вертикальный шаблон соответственно.

На рисунках показана диаграмма направленности всенаправленного излучения в плоскостях H и V, как описано выше. H-плоскость представляет горизонтальный шаблон, тогда как V-плоскость представляет вертикальный шаблон.

Формирование доли

При представлении диаграммы направленности мы часто сталкиваемся с различными формами, которые указывают основные и второстепенные зоны излучения, по которым известна эффективность излучения антенны.

Для лучшего понимания рассмотрим следующий рисунок, который представляет диаграмму направленности дипольной антенны.

Здесь диаграмма направленности имеет основной лепесток, боковые лепестки и задний лепесток.

• Основная часть излучаемого поля, которая охватывает большую площадь, является основным лепестком или главным лепестком . Это та часть, где существует максимальная излучаемая энергия. Направление этого лепестка указывает направленность антенны.

• Другие части схемы, где излучение распространяется по боковым сторонам, известны как боковые лепестки или второстепенные лепестки . Это те области, где энергия тратится впустую.

• Есть другая доля, которая точно противоположна направлению основной доли. Он известен как задняя доля , которая также является малой долей. Значительное количество энергии теряется даже здесь.

Основная часть излучаемого поля, которая охватывает большую площадь, является основным лепестком или главным лепестком . Это та часть, где существует максимальная излучаемая энергия. Направление этого лепестка указывает направленность антенны.

Другие части схемы, где излучение распространяется по боковым сторонам, известны как боковые лепестки или второстепенные лепестки . Это те области, где энергия тратится впустую.

Есть другая доля, которая точно противоположна направлению основной доли. Он известен как задняя доля , которая также является малой долей. Значительное количество энергии теряется даже здесь.

пример

Если антенны, используемые в радиолокационных системах, создают боковые лепестки, отслеживание цели становится очень трудным. Это потому, что ложные цели обозначены этими боковыми лепестками. Грязно отследить настоящих и идентифицировать поддельные. Следовательно, устранение этих боковых лепестков необходимо для повышения производительности и экономии энергии.

средство

Излучаемая энергия, которая теряется в таких формах, нуждается в утилизации. Если эти второстепенные лепестки устранены и эта энергия направлена ​​в одном направлении (то есть к главному лепестку), то направленность антенны возрастает, что приводит к улучшению ее характеристик.

Типы Радиационных паттернов

Распространенными типами диаграмм радиации являются —

• Всенаправленный рисунок (также называемый ненаправленным рисунком): рисунок обычно имеет форму пончика в трехмерном изображении. Однако в двумерном виде он образует рисунок в виде восьмерки.

• Рисунок пучка карандашей — пучок имеет четкую направленную форму карандаша.

• Рисунок веерного луча — луч имеет веерообразный рисунок.

• Диаграмма направленного луча — луч, который является неоднородным и не образующим узора, известен как фасонный луч.

Всенаправленный рисунок (также называемый ненаправленным рисунком): рисунок обычно имеет форму пончика в трехмерном изображении. Однако в двумерном виде он образует рисунок в виде восьмерки.

Рисунок пучка карандашей — пучок имеет четкую направленную форму карандаша.

Рисунок веерного луча — луч имеет веерообразный рисунок.

Диаграмма направленного луча — луч, который является неоднородным и не образующим узора, известен как фасонный луч.

Реляционная точка для всех этих типов излучения является изотропным излучением. Важно учитывать изотропное излучение, даже если оно нецелесообразно.

Теория антенн — Изотропное излучение

В предыдущей главе мы рассмотрели диаграмму направленности. Для лучшего анализа излучения антенны необходима точка отсчета. Излучение изотропной антенны заполняет это пространство.

Определение

Изотропное излучение — это излучение от точечного источника, излучающее равномерно во всех направлениях, с одинаковой интенсивностью независимо от направления измерения.

Улучшение диаграммы направленности антенны всегда оценивается с использованием изотропного излучения этой антенны. Если излучение одинаково во всех направлениях, то оно известно как изотропное излучение .

• Точечный источник является примером изотропного излучателя. Однако это изотропное излучение практически невозможно, поскольку каждая антенна излучает свою энергию с определенной направленностью.

• Изотропное излучение — это не что иное, как Всенаправленное излучение .

• Он имеет рисунок в форме пончика при просмотре в 3D и рисунок в виде восьмерки при просмотре в 2D.

Точечный источник является примером изотропного излучателя. Однако это изотропное излучение практически невозможно, поскольку каждая антенна излучает свою энергию с определенной направленностью.

Изотропное излучение — это не что иное, как Всенаправленное излучение .

Он имеет рисунок в форме пончика при просмотре в 3D и рисунок в виде восьмерки при просмотре в 2D.

Приведенные выше рисунки показывают диаграмму направленности в изотропной или всенаправленной диаграмме направленности. Рисунок 1 иллюстрирует рисунок в форме пончика в 3D, а Рисунок 2 иллюстрирует рисунок в виде восьмерки в 2D.

Усиление

Изотропный излучатель имеет единичное усиление, что означает наличие коэффициента усиления 1 во всех направлениях. В терминах дБ его можно назвать усилением 0 дБ (нулевые потери).

Эквивалентная изотропная излучаемая мощность

Согласно стандартному определению, «величина мощности, которую излучает изотропная антенна для получения пиковой плотности мощности, наблюдаемой в направлении максимального усиления антенны, называется эквивалентной изотропной излучаемой мощностью ».

Если излучаемая энергия антенны сконцентрирована на одной стороне или конкретном направлении, где излучение эквивалентно изотропной излучаемой мощности этой антенны, такое излучение будет называться EIRP, то есть эквивалентной изотропной излучаемой мощностью.

Усиление

Хотя изотропное излучение является мнимым, это лучшее, что может дать антенна. Коэффициент усиления такой антенны будет 3dBi, где 3dB — это коэффициент 2, а «i» — коэффициент изотропного состояния.

Если излучение сфокусировано под определенным углом, то EIRP увеличивается вместе с усилением антенны. Усиление антенны лучше всего достигается путем фокусировки антенны в определенном направлении.

Эффективная излучаемая мощность

Если излучаемая мощность рассчитывается с использованием полуволнового диполя в качестве эталона, а не изотропной антенны, то ее можно назвать ERP (эффективная излучаемая мощность) .

$$ERP (дБВт) = EIRP (дБВт) - 2,15 дБи$$

Если EIRP известен, то ERP можно рассчитать по приведенной выше формуле.

Теория антенн — луч и поляризация

В этой главе рассматриваются параметры излучаемого луча антенны. Эти параметры помогают нам узнать характеристики луча.

Площадь луча

Согласно стандартному определению, «площадь луча — это телесный угол, через который будет излучаться вся мощность, излучаемая антенной, если P (θ, Ø) сохранит свое максимальное значение в течение Ω _A и в других местах будет равно нулю».

Излучаемый луч антенны выходит под углом к ​​антенне, известным как телесный угол, где интенсивность излучения мощности максимальна. Этот телесный угол пучка называется площадью пучка . Он представлен Ω _A.

Интенсивность излучения P (θ, Ø) должна поддерживаться постоянной и максимальной по всему углу телесного пучка Ω _A , при этом ее значение в других местах равно нулю.

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

Угол пучка представляет собой набор углов между точками половинной мощности основного лепестка.

Математическое выражение

Математическое выражение для площади луча

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

куда

• $\ Omega_ {A}$ — угол телесного луча.
• $\ theta$ является функцией углового положения.
• $\ Phi$ — функция радиального расстояния.

Единицы

Единица площади луча — Вт .

Эффективность луча

Согласно стандартному определению « Эффективность луча определяет отношение площади луча основного луча к общей излучаемой площади луча».

Энергия, излучаемая антенной, проецируется в соответствии с направленностью антенны. Направление, в котором антенна излучает больше энергии, имеет максимальную эффективность, в то время как часть энергии теряется в боковых лепестках. Максимальная энергия, излучаемая пучком с минимальными потерями, может быть названа эффективностью пучка .

Математическое выражение

Математическое выражение для эффективности пучка —

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

Куда,

• $\ eta_ {B}$ — эффективность пучка.
• $\ Omega_ {MB}$ — площадь основного луча.
• $\ Omega_ {A}$ — полный угол телесного луча (площадь луча).

Поляризация антенны

Антенна может быть поляризована в зависимости от наших требований. Он может быть линейно поляризованным или циркулярно поляризованным. Тип поляризации антенны определяет форму луча и поляризацию при приеме или передаче.

Линейная поляризация

Когда волна передается или принимается, это может быть сделано в разных направлениях. Линейная поляризация антенны помогает поддерживать волну в определенном направлении, избегая всех других направлений. Хотя эта линейная поляризация используется, вектор электрического поля остается в одной плоскости. Следовательно, мы используем эту линейную поляризацию для улучшения направленности антенны.

Круговая поляризация

Когда волна поляризована по кругу, вектор электрического поля оказывается повернутым, причем все его компоненты теряют ориентацию. Режим вращения также может быть разным. Однако благодаря использованию круговой поляризации эффект многолучевого распространения уменьшается и, следовательно, он используется в спутниковой связи, такой как GPS .

Горизонтальная поляризация

Горизонтальная поляризация делает волну слабой, так как отражения от земной поверхности влияют на нее. Они обычно слабы на низких частотах ниже 1 ГГц. Горизонтальная поляризация используется при передаче телевизионных сигналов для достижения лучшего отношения сигнал / шум.

Вертикальная поляризация

Низкочастотные вертикально поляризованные волны выгодны для передачи наземных волн. На них не влияют поверхностные отражения, подобные горизонтально поляризованным. Следовательно, вертикальная поляризация используется для мобильной связи .

Каждый тип поляризации имеет свои преимущества и недостатки. Разработчик радиочастотной системы может выбрать тип поляризации в соответствии с требованиями системы.

Теория антенн — ширина луча

В этой главе мы обсудим еще один важный фактор в диаграмме направленности антенны, известный как ширина луча . В диаграмме направленности антенны основным лепестком является главный луч антенны, в котором течет максимальная и постоянная энергия, излучаемая антенной.

Ширина луча — это угол раскрытия, от которого излучается большая часть мощности. Двумя основными соображениями этой ширины луча являются ширина луча половинной мощности (HPBW) и ширина первого нулевого луча (FNBW) .

Ширина луча половинной мощности

Согласно стандартному определению, «угловое расстояние, при котором величина диаграммы направленности уменьшается на 50% (или -3 дБ) от пика основного луча, представляет собой ширину луча половинной мощности ».

Другими словами, ширина луча — это область, где излучается большая часть мощности, то есть пиковая мощность. Половина ширины луча мощности — это угол, в котором относительная мощность составляет более 50% пиковой мощности в эффективном излучаемом поле антенны.

Индикация HPBW

Когда проводится линия между источником диаграммы направленности и точками половинной мощности на главном лепестке с обеих сторон, угол между этими двумя векторами обозначается как HPBW , ширина луча половинной мощности. Это можно понять с помощью следующей диаграммы.

На рисунке показаны точки половинной мощности на главном лепестке и HPBW.

Математическое выражение

Математическое выражение для половины ширины луча мощности —

HalfpowerBeamwith=70 lambda/D $$Half \: power \: Beam \: with = 70 \ lambda _ {/ D}$$

куда

• $\ lambda$ — длина волны (λ = 0,3 / частота).

• D — диаметр

$\ lambda$ — длина волны (λ = 0,3 / частота).

D — диаметр

Единицы

Единица HPBW — радианы или градусы .

Первая нулевая ширина луча

Согласно стандартному определению, «угловой промежуток между нулевыми значениями первого шаблона, смежными с основным лепестком, называется шириной первого нулевого луча ».

Проще говоря, FNBW — это угловое расстояние, указанное вдали от основного луча, которое проведено между нулевыми точками диаграммы направленности на его главном лепестке.

Индикация FNBW

Нарисуйте касательные с обеих сторон, начиная с начала диаграммы направленности, касательной к главному лучу. Угол между этими двумя касательными известен как ширина первого нулевого луча (FNBW) .

Это может быть лучше понято с помощью следующей диаграммы.

На изображении выше показана ширина луча половинной мощности и ширина первого нулевого луча, отмеченные на диаграмме направленности наряду с малыми и основными лепестками.

Математическое выражение

Математическое выражение первой нулевой ширины луча

$$FNBW = 2 HPBW$$ FNBW2 left(70 lambda/D right)=140 lambda/D $$FNBW \: 2 \ left (70 \ lambda / D \ right) \: = 140 \ lambda / D$$

куда

• $\ lambda$ — длина волны (λ = 0,3 / частота).
• D — диаметр

Единицы

Единица FNBW — радианы или градусы .

Эффективная длина и эффективная площадь

Среди параметров антенны также важны эффективная длина и эффективная площадь. Эти параметры помогают нам узнать о производительности антенны.

Эффективная длина

Эффективная длина антенны используется для определения эффективности поляризации антенны.

Определение — « Эффективная длина — это отношение величины напряжения на открытых клеммах приемной антенны к величине напряженности поля фронта падающей волны в том же направлении поляризации антенны».

Когда падающая волна достигает входных клемм антенны, эта волна имеет некоторую напряженность поля, величина которой зависит от поляризации антенны. Эта поляризация должна соответствовать величине напряжения на клеммах приемника.

Математическое выражение

Математическое выражение для эффективной длины —

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

куда

• $l_ {e}$ — эффективная длина.

• $V_ {oc}$ — напряжение холостого хода.

• $E_ {i}$ — напряженность поля падающей волны.

$l_ {e}$ — эффективная длина.

$V_ {oc}$ — напряжение холостого хода.

$E_ {i}$ — напряженность поля падающей волны.

Эффективная площадь

Определение — « Эффективная зона — это площадь приемной антенны, которая поглощает большую часть мощности от фронта входящей волны до общей площади антенны, которая подвергается воздействию фронта волны».

Вся область антенны во время приема противостоит поступающим электромагнитным волнам, тогда как только некоторая часть антенны получает сигнал, известный как эффективная зона .

Используется только некоторая часть фронта принятой волны, потому что некоторая часть волны рассеивается, а другая рассеивается в виде тепла. Следовательно, без учета потерь область, которая использует максимальную мощность, полученную для фактической области, может быть названа эффективной зоной .

Эффективная площадь представлена ​​$A_ {eff}$.

Теория антенн — взаимность

Антенна может использоваться как передающая и приемная антенна. При использовании этого, мы можем столкнуться с вопросом, могут ли свойства антенны изменяться при изменении режима ее работы. К счастью, нам не нужно беспокоиться об этом. Неизменяемость свойств антенны называется свойством взаимности .

Недвижимость под Взаимностью

Свойства передающей и приемной антенн, которые проявляют взаимность, —

• Равенство моделей направленности.
• Равенство направлений.
• Равенство эффективных длин.
• Равенство антенных сопротивлений.

Давайте посмотрим, как они реализованы.

Равенство моделей направленности

Диаграмма направленности передающей антенны1, которая передает на приемную антенну2, равна диаграмме направленности антенны2, если она передает и антенна1 принимает сигнал.

Равенство направлений

Направленность одинакова для передающей и приемной антенн, если значение направленности одинаково для обоих случаев, т. Е. Направленности одинаковы, независимо от того, рассчитывается ли мощность передающей антенны или мощность приемной антенны.

Равенство эффективных длин

Значение максимальной эффективной апертуры одинаково для передающей и приемной антенн. Равенство длин передающей и приемной антенн поддерживается в соответствии со значением длины волны.

Равенство в антенных импедансах

Выходной импеданс передающей антенны и входной импеданс приемной антенны равны в эффективной связи.

Эти свойства не изменятся, хотя одна и та же антенна используется в качестве передатчика или приемника. Следовательно, свойство взаимности соблюдается.

Теория антенн — вектор Пойнтинга

Антенны излучают электромагнитную энергию для передачи или получения информации. Поэтому термины Энергия и Мощность связаны с этими электромагнитными волнами, и мы должны их обсудить. Электромагнитная волна имеет как электрические, так и магнитные поля.

Рассмотрим волну в любой момент, которую можно увидеть в обоих векторах. На следующем рисунке показано представление компонентов электрического и магнитного поля в электромагнитной волне.

Электрическая волна присутствует вертикально относительно распространения электромагнитной волны, в то время как магнитная волна расположена горизонтально. Оба поля находятся под прямым углом друг к другу.

Пойнтинг Вектор

Вектор Пойнтинга описывает энергию электромагнитной волны в единицу времени на единицу площади в любой данный момент времени. Джон Генри Пойнтинг впервые получил этот вектор в 1884 году, и поэтому он был назван в его честь.

Определение — «Вектор Пойнтинга дает скорость передачи энергии на единицу площади»

или же

«Энергия, которую волна несет за единицу времени на единицу площади, определяется вектором Пойнтинга».

Вектор Пойнтинга представлен Ŝ .

Единицы

Единица СИ вектора Пойнтинга — Вт / м ² .

Математическое выражение

Величина, которая используется для описания мощности, связанной с электромагнитными волнами, представляет собой мгновенный вектор Пойнтинга , который определяется как

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

куда

• $\ hat {S}$ — мгновенный вектор Пойнтинга (Вт / м ² ) .

• $\ hat {E}$ — мгновенная напряженность электрического поля (В / м) .

• $\ hat {H}$ — мгновенная напряженность магнитного поля (А / м) .

$\ hat {S}$ — мгновенный вектор Пойнтинга (Вт / м ² ) .

$\ hat {E}$ — мгновенная напряженность электрического поля (В / м) .

$\ hat {H}$ — мгновенная напряженность магнитного поля (А / м) .

Здесь важно отметить, что величина E больше, чем H в пределах волны EM. Тем не менее, они оба дают одинаковое количество энергии. Ŝ — вектор, который имеет направление и величину. Направление Ŝ совпадает со скоростью волны. Его величина зависит от E и H.

Вывод вектора Пойнтинга

Чтобы иметь четкое представление о векторе Пойнтинга, давайте пройдемся по выводу этого вектора Пойнтинга в пошаговом процессе.

Представим себе, что волна ЭМ проходит область (А), перпендикулярную оси Х, вдоль которой проходит волна. Проходя через A, за бесконечно малое время (dt) волна проходит расстояние (dx).

$$dx = C \ dt$$

куда

$$C = скорость \ of \ light = 3 \ times 10 ^ {8} м / с$$ $$объем, dv = Adx = AC \ dt$$ $$d \ mu = \ mu \ dv = (\ epsilon_ {0} E ^ {2}) (AC \ dt)$$ $$= \ epsilon_ {0} AC \ E ^ {2} \ dt$$

Следовательно, энергия, передаваемая во времени (dt) на площадь (A), равна —

S= fracEnergyTime timesArea= fracdWdt A= frac epsilon0ACE2 dtdt A= epsilon0CE2 $$S = \ frac {Energy} {Time \ times Area} = \ frac {dW} {dt \ A} = \ frac {\ epsilon_ {0} ACE ^ {2} \ dt} {dt \ A} = \ epsilon_ {0} C \: E ^ {2}$$

поскольку

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

поскольку

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

Ŝ обозначает вектор Пойнтинга.

Вышеупомянутое уравнение дает нам энергию в единицу времени, в единицу площади в любой данный момент времени, который называется вектором Пойнтинга .

Теория антенн — Типы антенн

Антенны должны быть классифицированы для более четкого понимания их физической структуры и функциональности. Существует множество типов антенн, в зависимости от области применения.

Тип антенны	Примеры	Приложения
Проволочные антенны	Дипольная антенна, монопольная антенна, спиральная антенна, рамочная антенна	Личные заявления, здания, корабли, автомобили, космические корабли
Апертурные антенны	Волновод (открывающийся), Роговая антенна	Заподлицо, воздушные суда, космические корабли
Рефлекторные антенны	Параболические отражатели, Угловые отражатели	СВЧ связь, спутниковое слежение, радиоастрономия
Объективные Антенны	Выпуклая плоскость, вогнутая плоскость, выпукло-выпуклая, вогнутая-вогнутая линзы	Используется для очень высокочастотных приложений
Микрополосковые антенны	Круглая металлическая пластинка прямоугольной формы над поверхностью земли	Воздушные суда, космические корабли, спутники, ракеты, автомобили, мобильные телефоны и т. Д.
Антенные решетки	Яги-Удинская антенна, Микрополосковая антенная решетка, Апертурная решетка, Щелевая волноводная решетка	Используется для применений с очень высоким усилением, в основном, когда необходимо контролировать диаграмму направленности

Давайте подробно обсудим вышеупомянутые типы антенн в следующих главах.

Теория антенн — Провод

Проводные антенны являются основными типами антенн. Это хорошо известные и широко используемые антенны. Чтобы иметь лучшее представление об этих проводных антеннах, сначала давайте взглянем на линии передачи.

Линии передачи

Провод или линия передачи имеют некоторую мощность, которая перемещается от одного конца к другому концу. Если оба конца линии передачи подключены к цепям, то информация будет передаваться или приниматься с использованием этого провода между этими двумя цепями.

Если один конец этого провода не подключен, то сила в нем пытается сбежать. Это приводит к беспроводной связи. Если один конец провода изогнут, то энергия пытается вырваться из линии передачи более эффективно, чем раньше. Это целенаправленное спасение известно как Радиация .

Чтобы излучение имело место эффективно, полное сопротивление открытого конца линии передачи должно совпадать с полным свободным пространством. Рассмотрим линию передачи с длиной четверти волны. Дальний конец его остается открытым и согнутым для обеспечения высокого сопротивления. Это действует как полуволновая дипольная антенна . Уже имеет низкий импеданс на одном конце линии передачи. Открытый конец, который имеет высокий импеданс, совпадает с импедансом свободного пространства, чтобы обеспечить лучшую радиацию.

диполь

Излучение энергии, когда осуществляется через такой изогнутый провод, конец такой линии передачи называется дипольной или дипольной антенной.

Реактивное сопротивление входного импеданса является функцией радиуса и длины диполя. Чем меньше радиус, тем больше амплитуда реактивного сопротивления. Это пропорционально длине волны. Следовательно, длина и радиус диполя также должны быть приняты во внимание. Обычно его сопротивление составляет около 72 Ом.

Это лучше понять с помощью следующего рисунка.

На рисунке показана принципиальная схема нормального диполя, подключенного к линии электропередачи. Ток для диполя максимален в центре и минимален на его концах. Напряжение минимально в его центре и максимально на его концах.

Типы проволочных антенн включают в себя полуволновой диполь, полуволновой диполь, сложный полуволна, короткий диполь и бесконечно малый диполь. Все эти антенны будут обсуждаться в следующих главах.

Теория антенн — полуволновой диполь

Дипольная антенна разрезана и согнута для эффективного излучения. Длина всего провода, который используется в качестве диполя, равна половине длины волны (т. Е. L = λ / 2). Такая антенна называется полуволновой дипольной антенной . Это наиболее широко используемая антенна из-за ее преимуществ. Он также известен как антенна Герца .

Диапазон частот

Диапазон частот, в которых работает полуволновой диполь, составляет от 3 кГц до 300 ГГц. Это в основном используется в радиоприемниках.

Строительство и работа полуволнового диполя

Это обычная дипольная антенна, где частота ее работы составляет половину ее длины волны . Следовательно, она называется полуволновой дипольной антенной.

Край диполя имеет максимальное напряжение. Это напряжение переменного (переменного) характера. При положительном пике напряжения электроны стремятся двигаться в одном направлении, а при отрицательном пике электроны движутся в другом направлении. Это можно объяснить цифрами, приведенными ниже.

Цифры, приведенные выше, показывают работу полуволнового диполя.

• На рис. 1 показан диполь, когда индуцированные заряды находятся в положительном полупериоде. Теперь электроны стремятся двигаться к заряду.

• На рис. 2 показан диполь с отрицательными зарядами. Электроны здесь стремятся отойти от диполя.

• На рис. 3 показан диполь со следующим положительным полупериодом. Следовательно, электроны снова движутся к заряду.

На рис. 1 показан диполь, когда индуцированные заряды находятся в положительном полупериоде. Теперь электроны стремятся двигаться к заряду.

На рис. 2 показан диполь с отрицательными зарядами. Электроны здесь стремятся отойти от диполя.

На рис. 3 показан диполь со следующим положительным полупериодом. Следовательно, электроны снова движутся к заряду.

Кумулятивный эффект этого производит эффект переменного поля, который излучается по той же схеме, что и на нем. Следовательно, выходной сигнал будет эффективным излучением, следующим за циклами диаграммы выходного напряжения. Таким образом, полуволновой диполь излучает эффективно .

На рисунке выше показано распределение тока в полуволновом диполе. Направленность полуволнового диполя составляет 2,15 дБи, что достаточно хорошо. Где «i» представляет изотропное излучение.

Радиационная картина

Диаграмма направленности этого полуволнового диполя является ненаправленной в H-плоскости. Это желательно для многих приложений, таких как мобильная связь, радиоприемники и т. Д.

На приведенном выше рисунке показана диаграмма излучения полуволнового диполя как в плоскости H, так и в плоскости V.

Радиус диполя не влияет на его входной импеданс в этом полуволновом диполе, потому что длина этого диполя равна полуволне, и это первая резонансная длина. Антенна эффективно работает на своей резонансной частоте , которая происходит на своей резонансной длине.

преимущества

Ниже приведены преимущества полуволновой дипольной антенны —

• Входное сопротивление не чувствительно.

• Хорошо сочетается с импедансом линии передачи.

• Имеет разумную длину.

• Длина антенны соответствует размеру и направленности.

Входное сопротивление не чувствительно.

Хорошо сочетается с импедансом линии передачи.

Имеет разумную длину.

Длина антенны соответствует размеру и направленности.

Недостатки

Ниже приведены недостатки полуволновой дипольной антенны —

• Не очень эффективно из-за одного элемента.

• Может работать лучше только с комбинацией.

Не очень эффективно из-за одного элемента.

Может работать лучше только с комбинацией.

Приложения

Ниже приведены применения полуволновой дипольной антенны —

• Используется в радиоприемниках.

• Используется в телевизионных приемниках.

• Когда используется с другими, используется для широкого спектра применений.

Ниже приведены применения полуволновой дипольной антенны —

Используется в радиоприемниках.

Используется в телевизионных приемниках.

Когда используется с другими, используется для широкого спектра применений.

Теория антенн — сложный диполь полуволны

Свернутый диполь — это антенна, с двумя проводниками, соединенными с обеих сторон и сложенными для образования цилиндрической замкнутой формы, в которую подается питание в центре. Длина диполя составляет половину длины волны. Следовательно, она называется полуволновой дипольной антенной .

Диапазон частот

Диапазон частот, в которых работает полуволновой диполь, составляет от 3 кГц до 300 ГГц. Это в основном используется в телевизионных приемниках.

Строительство и работа полуволнового сложенного диполя

Эта антенна обычно используется с антеннами решетчатого типа для увеличения сопротивления подачи. Наиболее часто используется антенна Яги-Уда. На следующем рисунке показана полуволновая сложенная дипольная антенна.

Эта антенна использует дополнительный проводящий элемент (провод или стержень) по сравнению с предыдущей дипольной антенной. Это продолжается размещением нескольких проводящих элементов параллельно, с изоляцией между ними, в антенных решетках.

На следующем рисунке показана работа полуволновой складчатой ​​дипольной антенны, когда она снабжена возбуждением.

Если диаметр основного проводника и сложенного диполя одинаковы, то будет в четыре раза больше (в два раза больше квадрата одного) импеданса питания антенны. Это увеличение импеданса питания является основной причиной популярного использования этой сложенной дипольной антенны. Из-за двойного провода сопротивление будет около 300 Ом.

Радиационная картина

Диаграмма направленности полуволновых сложенных диполей такая же, как и у полуволновых дипольных антенн. На следующем рисунке показана диаграмма излучения полуволновой складчатой ​​дипольной антенны, которая представляет собой Всенаправленную диаграмму направленности .

Полуволновые сложенные дипольные антенны используются там, где требуется оптимальная передача мощности и где необходимы большие импедансы.

Этот свернутый диполь является основным элементом антенны Яги-Уда . На следующем рисунке показана антенна Яги-Уда , которую мы рассмотрим позже. Основным элементом, используемым здесь, является этот свернутый диполь, которому дается антенное питание. Эта антенна широко использовалась для телевизионного приема в течение последних нескольких десятилетий.

преимущества

Ниже приведены преимущества полуволновой складчатой ​​дипольной антенны —

• Прием сбалансированных сигналов.

• Получает определенный сигнал из полосы частот без потери качества.

• Свернутый диполь максимизирует силу сигнала.

Прием сбалансированных сигналов.

Получает определенный сигнал из полосы частот без потери качества.

Свернутый диполь максимизирует силу сигнала.

Недостатки

Ниже приведены недостатки полуволновой складчатой ​​дипольной антенны —

• Смещение и регулировка антенны является проблемой.

• Наружное управление может быть затруднено, когда размер антенны увеличивается.

Смещение и регулировка антенны является проблемой.

Наружное управление может быть затруднено, когда размер антенны увеличивается.

Приложения

Ниже приведены применения полуволновой складчатой ​​дипольной антенны —

• В основном используется в качестве фидерного элемента в антенне Yagi, параболической антенне, турникетной антенне, каротажной периодической антенне, фазированных и отражательных решетках и т. Д.

• Обычно используется в радиоприемниках.

• Чаще всего используется в телевизионных приемных антеннах.

В основном используется в качестве фидерного элемента в антенне Yagi, параболической антенне, турникетной антенне, каротажной периодической антенне, фазированных и отражательных решетках и т. Д.

Обычно используется в радиоприемниках.

Чаще всего используется в телевизионных приемных антеннах.

Теория антенн — двухполупериодный диполь

Если длина диполя, то есть общая длина провода, равна полной длине волны λ , то она называется двухполупериодным диполем . Если диполь полной длины волны используется либо для передачи, либо для приема, давайте посмотрим, каким будет излучение.

Конструкция & Работа Полноволнового Диполя

Полноволновой диполь с его распределением напряжения и тока показан здесь. Как положительные, так и отрицательные пики волны вызывают соответственно положительное и отрицательное напряжения. Однако, поскольку индуцированные напряжения компенсируют друг друга, не возникает вопроса об излучении.

На рисунке выше показано распределение напряжения двухволнового диполя, длина которого равна λ . Видно, что два полуволновых диполя соединены в двухполупериодный диполь.

Диаграмма напряжения, когда индуцирует свои положительные и отрицательные заряды одновременно, компенсирует друг друга, как показано на рисунке. Индуцированные заряды не предпринимают дальнейших попыток излучения, поскольку они отменяются. Выходное излучение будет нулевым для диполя передачи с полной волной.

Радиационная картина

Поскольку нет диаграммы направленности, направленности и усиления, двухполупериодный диполь редко используется в качестве антенны. Это означает, что, хотя антенна излучает, это просто некоторое рассеивание тепла, которое является пустой тратой энергии.

Недостатки

Ниже приведены недостатки двухполупериодной дипольной антенны.

• Рассеивание тепла
• Потеря власти
• Отсутствие диаграммы направленности
• Нет направленности и нет усиления

Из-за этих недостатков двухволновый диполь используется редко.

Теория антенн — короткий диполь

Короткий диполь — это простая проволочная антенна. Один конец его разомкнут, а другой конец питается от источника переменного тока. Этот диполь получил свое название из-за своей длины.

Диапазон частот

Диапазон частот, в которых работает короткий диполь, составляет от 3 кГц до 30 МГц. Это в основном используется в низкочастотных приемниках.

Строительство и работа короткого диполя

Короткий диполь — это дипольная антенна, длина провода которой короче длины волны. Источник напряжения подключен на одном конце, в то время как выполнена дипольная форма, то есть линии заканчиваются на другом конце.

Принципиальная электрическая схема короткого диполя с длиной L показана на рисунке. Фактический размер антенны не имеет значения. Провод, который ведет к антенне, должен быть меньше одной десятой длины волны. То есть

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

куда

• L — длина провода короткого диполя.

• λ — длина волны.

L — длина провода короткого диполя.

λ — длина волны.

Другим типом коротких диполей является бесконечно малый диполь, длина которого намного меньше его длины волны. Его конструкция похожа на него, но использует конденсаторную пластину.

Бесконечно малый диполь

Диполь, длина которого намного меньше длины волны, является инфитезимальным диполем . Эта антенна на самом деле нецелесообразна. Здесь длина диполя меньше, чем даже часть длины волны.

Длина диполя, Δl << λ. Где λ — длина волны.

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

Следовательно, это бесконечно малый диполь, как следует из названия.

Поскольку длина этих диполей очень мала, ток в проводе будет dI. Эти провода обычно используются с конденсаторными пластинами с обеих сторон, где требуется низкая взаимная связь. Из-за конденсаторных пластин можно сказать, что равномерное распределение тока присутствует. Следовательно, ток здесь не равен нулю.

Конденсаторные пластины могут быть просто проводниками или эквивалентами проводов. Поля, излучаемые радиальными токами, имеют тенденцию подавлять друг друга в дальнем поле, так что дальние поля антенны пластины конденсатора могут быть аппроксимированы бесконечно малым диполем.

Радиационная картина

Диаграмма направленности короткого и бесконечно малого диполя подобна полуволновому диполю. Если диполь вертикальный, рисунок будет круглым. Диаграмма направленности имеет форму « восьмерки », если смотреть в двумерном виде.

На следующем рисунке показана диаграмма излучения антенны с коротким диполем, которая имеет ненаправленную диаграмму направленности .

преимущества

Ниже приведены преимущества короткой дипольной антенны —

• Простота строительства благодаря небольшим размерам

• Эффективность рассеивания мощности выше

Простота строительства благодаря небольшим размерам

Эффективность рассеивания мощности выше

Недостатки

Ниже приведены недостатки короткой дипольной антенны —

• Высокие резистивные потери
• Высокая мощность рассеивания
• Низкое отношение сигнал / шум
• Радиация низкая
• Не так эффективно

Приложения

Ниже приведены применения коротких дипольных антенн —

• Используется в узкополосных приложениях.
• Используется в качестве антенны для цепей тюнера.

В этой главе обсуждались популярные и наиболее широко используемые антенны с коротким проводом. Мы обсудим длинно-проводные антенны в следующих главах.

Теория антенн — Длинный провод

Мы прошли через различные типы коротких проводных антенн. Теперь давайте посмотрим на длинные проволочные антенны. Длинные проволочные антенны формируются с использованием ряда диполей. Длина провода в этих типах антенн составляет n раз λ / 2.

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

Куда,

• L — длина антенны,

• n — количество элементов,

• λ — длина волны

L — длина антенны,

n — количество элементов,

λ — длина волны

По мере увеличения «n» свойства направления также возрастают.

Типы длинно-проволочных антенн

Длинно-проводные антенны делятся на два типа, а именно — Резонансные Антенны и Нерезонансные Антенны .

Резонансные Антенны

Резонансные антенны — это антенны, для которых резкий пик излучаемой мощности перехвачен антенной на определенной частоте для формирования стоячей волны. Диаграмма излучения излучаемой волны не соответствует сопротивлению нагрузки в антенне этого типа.

Резонансные антенны имеют периодический характер. Их также называют двунаправленными антеннами бегущей волны, поскольку излучаемая волна движется в двух направлениях, что означает, что здесь встречаются как падающие, так и отраженные волны. В этих антеннах длина антенны и частота пропорциональны друг другу.

Нерезонансные антенны

Нерезонансные антенны — это те, для которых резонансная частота не возникает. Волна движется в прямом направлении и, следовательно, не образует стоячей волны. Диаграмма излучения излучаемой волны совпадает с импедансом нагрузки в нерезонансных антеннах.

Эти нерезонансные антенны имеют непериодическую природу. Они также называются однонаправленными антеннами бегущей волны, поскольку излучаемая волна движется только в прямом направлении, что означает, что присутствует только падающая волна. По мере увеличения частоты длина антенны уменьшается и наоборот. Следовательно, частота и длина обратно пропорциональны друг другу.

Эти длиннопроводные антенны являются основными элементами для построения V-образных антенн или ромбических антенн.

Теория антенн — V-антенны

Лучшая версия длинно-проводных антенн — V-Antenna . Эта антенна сформирована путем размещения длинного провода в V-образной схеме. Концевые провода называются ножками. Эта антенна является двунаправленной резонансной антенной.

Диапазон частот

Частотный диапазон работы V-антенны составляет от 3 до 30 МГц . Эта антенна работает в высокочастотном диапазоне.

Строительство и работа V-антенн

Два длинных провода соединены в форме V, чтобы сделать V-антенну . Два длинных провода возбуждаются со смещением фазы на 180˚. По мере увеличения длины этих проводов усиление и направленность также увеличиваются.

На следующем рисунке показана V-антенна с полным сопротивлением линии передачи z и длиной провода λ / 2, составляющая угол Φm с осью, которая называется углом при вершине .

Усиление, достигаемое V-антенной, выше, чем у обычной однопроводной антенны. Усиление в этой V-формации почти в два раза больше, чем у одиночной длинноволновой антенны, длина которой равна плечам V-антенны. Если необходимо достичь широкого диапазона излучения, угол вершины должен иметь среднее значение между более высокими и более низкими частотами с точки зрения количества λ / 2 в каждой ветви.

Радиационная картина

Диаграмма направленности V-антенны является двунаправленной . Излучение, полученное на каждой линии передачи, добавляется для получения результирующей диаграммы направленности. Это хорошо объясняется на следующем рисунке —

На рисунке показана диаграмма направленности V-антенны. Две линии передачи, образующие V-образную форму, представляют собой AA ‘и BB’. Схемы отдельных линий передачи и результирующий шаблон показаны на рисунке. Результирующий шаблон показан вдоль оси. Этот образец напоминает массив широкой стороны .

Если к этой антенне будет добавлена ​​другая V-антенна, которая будет питаться с разностью фаз 90 °, то полученная диаграмма будет иметь конец , удваивая усиление мощности. Направленность дополнительно увеличивается за счет добавления массива V-антенн.

преимущества

Ниже приведены преимущества V-антенны —

• Конструкция проста
• Высокий коэффициент усиления
• Низкая стоимость производства

Недостатки

Ниже приведены недостатки V-антенны —

• Стоячие волны образуются
• Незначительные доли произошли также сильны
• Используется только для операций с фиксированной частотой

Приложения

Ниже приведены применения V-антенны —

• Используется в коммерческих целях
• Используется в радиосвязи

Теория антенн — инвертированная V-антенна

В предыдущей главе мы изучали V-антенну. Его рабочая частота ограничена. Это можно изменить, используя другую антенну, которая представляет собой нерезонансную антенну или антенну бегущей волны. Антенна бегущей волны не создает стоячей волны, как обсуждалось ранее.

Диапазон частот

Частотный диапазон работы инвертированной V-антенны (или V-антенны) составляет от 3 до 30 МГц . Эта антенна работает в высокочастотном диапазоне.

Строительство и работа инвертированной V-антенны

Антенна бегущей волны, используемая в высокочастотном диапазоне, представляет собой инвертированную V-антенну . Эта перевернутая V-антенна легко устанавливается на непроводящую мачту.

Посмотрите на следующее изображение. На нем изображена перевернутая V-антенна, установленная на крыше.

Максимальное излучение для инвертированной V-антенны находится в ее центре. Это похоже на полуволновую дипольную антенну. Антенна расположена в форме перевернутой буквы V с двумя линиями передачи или ножками, согнутыми к земле, с углом между ними 120 ° или 90 °. Центр антенны не должен быть выше, чем λ / 4.

Угол, образованный одной из ножек с осью антенны, называется углом наклона и обозначается как θ .

Радиационная картина

Диаграмма направленности инвертированной V-антенны является однонаправленной , поскольку здесь не образуются стоячие волны. Это может быть ясно понято диаграммой направленности, показанной ниже.

На рисунке показана диаграмма направленности инвертированной V-антенны. Первичное излучаемое поле показано вместе с полями, когда углы наклона составляют 120 ° и 90 ° на рисунке, приведенном выше. Усиление и направленность улучшаются благодаря наличию набора антенн.

преимущества

Ниже приведены преимущества инвертированной V-антенны —

• Занимает меньше горизонтального места

• Стоячие волны не образуются

• Высокий коэффициент усиления

Занимает меньше горизонтального места

Стоячие волны не образуются

Высокий коэффициент усиления

Недостатки

Ниже приведены недостатки инвертированной V-антенны —

• Имеет значительные нежелательные незначительные доли

• Незначительные лепестки создают горизонтально поляризованные волны

Имеет значительные нежелательные незначительные доли

Незначительные лепестки создают горизонтально поляризованные волны

Приложения

Ниже приведены применения инвертированной V-антенны —

• Используется в настроенных схемных приложениях

• Используется в радиосвязи

• Используется в коммерческих приложениях

Используется в настроенных схемных приложениях

Используется в радиосвязи

Используется в коммерческих приложениях

После V-антенны и инвертированной V-антенны другой важной длинной проволочной антенной является ромбическая антенна . Это комбинация двух V-антенн. Это обсуждается в следующей главе.

Теория антенн — ромбическая

Ромбическая антенна представляет собой антенну в форме равностороннего параллелограмма. Как правило, он имеет два противоположных острых угла. Угол наклона θ приблизительно равен 90 ° минус угол основной доли. Ромбическая антенна работает по принципу излучателя бегущей волны. Он расположен в форме ромба или ромба и подвешен горизонтально над поверхностью земли.

Диапазон частот

Частотный диапазон работы ромбической антенны составляет от 3 МГц до 300 МГц . Эта антенна работает в диапазонах HF и VHF .

Строительство ромбической антенны

Ромбическая антенна может рассматриваться как две V-образные антенны, соединенные вплотную, чтобы образовать тупые углы. Благодаря своей простоте и легкости конструкции он имеет множество применений —

• ВЧ передача и прием

• Коммерческая двухточечная связь

ВЧ передача и прием

Коммерческая двухточечная связь

Конструкция ромбической антенны имеет форму ромба, как показано на рисунке.

Две стороны ромба считаются проводниками двухпроводной линии электропередачи. Когда эта система спроектирована надлежащим образом, вдоль основной оси излучения наблюдается концентрация излучения. На практике половина мощности рассеивается в нагрузочном сопротивлении антенны. Остальная часть энергии излучается. Потраченная впустую власть способствует незначительным долям.

На рисунке 1 показана конструкция ромбической антенны для связи точка-точка в былые времена. На рисунке 2 показана ромбическая УВЧ антенна для приема ТВ, используемая в наши дни.

Максимальное усиление от ромбической антенны идет вдоль направления главной оси, которая проходит через точку подачи и заканчивается в свободном пространстве. Поляризация, полученная от горизонтальной ромбической антенны, находится в плоскости ромба, которая является горизонтальной.

Радиационная картина

Диаграмма направленности ромбической антенны показана на следующем рисунке. Результирующая диаграмма представляет собой совокупный эффект излучения на всех четырех ветвях антенны. Эта модель является однонаправленной , в то время как она может быть сделана двунаправленной, удаляя согласующее сопротивление.

Основным недостатком ромбической антенны является то, что участки излучения, которые не соединяются с основным лепестком, приводят к значительным боковым лепесткам, имеющим как горизонтальную, так и вертикальную поляризацию.

преимущества

Ниже приведены преимущества ромбической антенны —

• Входное сопротивление и диаграмма направленности относительно постоянны

• Можно подключить несколько ромбических антенн

• Простая и эффективная передача

Входное сопротивление и диаграмма направленности относительно постоянны

Можно подключить несколько ромбических антенн

Простая и эффективная передача

Недостатки

Ниже приведены недостатки ромбической антенны —

• Потеря мощности в нагрузочном резисторе

• Требование большого пространства

• Снижение эффективности передачи

Потеря мощности в нагрузочном резисторе

Требование большого пространства

Снижение эффективности передачи

Приложения

Ниже приведены применения ромбической антенны —

• Используется в ВЧ-связи

• Используется при распространении длинных небесных волн

• Используется в двухточечной связи

Используется в ВЧ-связи

Используется при распространении длинных небесных волн

Используется в двухточечной связи

Другой метод использования длинной проволоки заключается в изгибании и превращении проволоки в петлеобразный рисунок и соблюдении его радиационных параметров. Антенны такого типа называются рамочными антеннами .

Теория антенн — петля

ВЧ-несущая катушка имеет один виток в петле и может использоваться в качестве антенны, называемой рамочной антенной . Токи через эту рамочную антенну будут синфазными. Магнитное поле будет перпендикулярно всей петле, несущей ток.

Диапазон частот

Частотный диапазон работы рамочной антенны составляет от 300 МГц до 3 ГГц . Эта антенна работает в диапазоне УВЧ .

Строительство и работа рамочных антенн

Рамочная антенна — это катушка, несущая радиочастотный ток. Он может иметь любую форму, такую ​​как круглая, прямоугольная, треугольная, квадратная или шестиугольная, в зависимости от удобства дизайнера.

Рамочные антенны бывают двух типов.

• Большие рамочные антенны
• Маленькие рамочные антенны

Большие рамочные антенны

Большие рамочные антенны также называются резонансными антеннами . Они имеют высокую радиационную эффективность. Эти антенны имеют длину, почти равную предполагаемой длине волны.

$$L = \ lambda$$

Куда,

• L — длина антенны

• λ — длина волны

L — длина антенны

λ — длина волны

Основным параметром этой антенны является длина ее периметра, которая составляет около длины волны и должна представлять собой замкнутую петлю. Не следует изгибать петлю, чтобы уменьшить размер, так как это увеличивает емкостные эффекты и приводит к низкой эффективности.

Маленькие рамочные антенны

Антенны с малой петлей также называют антеннами с магнитной петлей . Это менее резонанс. Они в основном используются в качестве приемников.

Эти антенны имеют размер одной десятой длины волны.

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

Куда,

• L — длина антенны

• λ — длина волны

L — длина антенны

λ — длина волны

Особенности малых рамочных антенн:

• Маленькая рамочная антенна имеет низкую радиационную стойкость. Если используются многооборотные конструкции с ферритовым сердечником, тогда может быть достигнута высокая радиационная стойкость.

• Обладает низкой радиационной эффективностью из-за высоких потерь.

• Его конструкция проста с небольшими размерами и весом.

Маленькая рамочная антенна имеет низкую радиационную стойкость. Если используются многооборотные конструкции с ферритовым сердечником, тогда может быть достигнута высокая радиационная стойкость.

Обладает низкой радиационной эффективностью из-за высоких потерь.

Его конструкция проста с небольшими размерами и весом.

Из-за высокого реактивного сопротивления его сопротивление трудно согласовать с передатчиком. Если рамочная антенна должна выступать в качестве передающей антенны, тогда это несоответствие импеданса определенно будет проблемой. Следовательно, эти рамочные антенны лучше работают как приемные антенны .

Часто используемые петли

Маленькие рамочные антенны в основном бывают двух типов —

• Круговые антенны
• Антенны квадратной петли

Эти два типа рамочных антенн в основном широко используются. Другие типы (прямоугольные, треугольные, эллиптические и т. Д.) Также изготавливаются в соответствии с техническими требованиями дизайнера.

На изображениях выше показаны антенны с круглой и квадратной петлей . Эти типы антенн в основном используются в качестве AM-приемников из-за высокого отношения сигнал / шум. Они также легко настраиваются в цепи Q-tank в радиоприемниках.

Поляризация петли

Поляризация рамочной антенны будет поляризована вертикально или горизонтально в зависимости от положения подачи. Вертикальная поляризация дана в центре вертикальной стороны, в то время как горизонтальная поляризация дана в центре горизонтальной стороны, в зависимости от формы рамочной антенны.

Антенна с малой петлей обычно линейно поляризована . Когда такая небольшая рамочная антенна установлена ​​поверх портативного приемника, выход которого подключен к счетчику, она становится отличным радиопеленгатором.

Радиационная картина

Диаграмма направленности этих антенн будет такой же, как у короткой горизонтальной дипольной антенны.

Диаграмма направленности для небольших высокоэффективных рамочных антенн показана на рисунке выше. Диаграммы направленности для различных углов петли также четко показаны на рисунке. Касательная в 0 ° указывает на вертикальную поляризацию, тогда как линия в 90 ° указывает на горизонтальную поляризацию.

преимущества

Ниже приведены преимущества рамочной антенны —

• Компактный размер
• Высокая направленность

Недостатки

Ниже приведены недостатки рамочной антенны —

• Сопоставление импеданса может быть не всегда хорошим
• Имеет очень высокий резонансный фактор качества

Приложения

Ниже приведены применения рамочной антенны:

• Используется в устройствах RFID
• Используется в СЧ, ВЧ и коротковолновых приемниках
• Используется в авиационных приемниках для определения направления
• Используется в передатчиках УВЧ

Теория антенн — спиральная

Спиральная антенна является примером проволочной антенны и сама образует форму спирали. Это широкополосная антенна VHF и UHF.

Диапазон частот

Частотный диапазон работы спиральной антенны составляет от 30 МГц до 3 ГГц . Эта антенна работает в диапазонах VHF и UHF .

Конструкция и работа спиральной антенны

Спиральная антенна или спиральная антенна — это антенна, в которой проводящий провод намотан в виде спирали и соединен с пластиной заземления с помощью фидерной линии. Это самая простая антенна, которая обеспечивает циркулярно поляризованные волны . Он используется во внеземной связи, в которой задействованы спутниковые ретрансляторы и т. Д.

На изображении выше показана спиральная антенная система, которая используется для спутниковой связи. Эти антенны требуют более широкого наружного пространства.

Он состоит из спирали из толстой медной проволоки или трубки, намотанной в виде винтовой резьбы, используемой в качестве антенны в сочетании с плоской металлической пластиной, называемой заземляющей пластиной. Один конец спирали соединен с центральным проводником кабеля, а внешний проводник соединен с пластиной заземления.

Изображение спиральной антенны, детализирующее детали антенны, показано выше.

Излучение спиральной антенны зависит от диаметра спирали, шага поворота и угла тангажа.

Угол тангажа — это угол между линией, касательной к проволоке спирали, и плоскостью, перпендикулярной оси спирали.

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

где,

• D — диаметр спирали.

• S — интервал поворота (от центра к центру).

• α — угол тангажа .

D — диаметр спирали.

S — интервал поворота (от центра к центру).

α — угол тангажа .

Режимы работы

Преобладающими режимами работы спиральной антенны являются —

• Нормальный или перпендикулярный режим излучения.

• Осевой или торцевой или лучевой режим излучения.

Нормальный или перпендикулярный режим излучения.

Осевой или торцевой или лучевой режим излучения.

Давайте обсудим их подробно.

Нормальный режим

В нормальном режиме излучения поле излучения перпендикулярно оси спирали. Излучаемые волны имеют круговую поляризацию. Этот режим излучения получается, если размеры спирали малы по сравнению с длиной волны. Диаграмма направленности этой спиральной антенны представляет собой комбинацию короткой дипольной и рамочной антенны.

На приведенном выше рисунке показана диаграмма излучения для нормального режима излучения в спиральной антенне.

Это зависит от значений диаметра спирали D и расстояния между ее витками, S. Недостатками этого режима работы являются низкая эффективность излучения и узкая полоса пропускания. Следовательно, это вряд ли используется.

Осевой режим

В осевом режиме излучения излучение направлено в направлении конечного огня вдоль спиральной оси, а волны поляризованы по кругу или почти по кругу. Этот режим работы получается путем увеличения окружности до порядка одной длины волны (λ) и разнесения приблизительно на λ / 4 . Диаграмма направленности широкая и направленная вдоль осевого луча, образуя небольшие лепестки под косыми углами.

На рисунке показана диаграмма направленности для осевой моды излучения в спиральной антенне.

Если эта антенна предназначена для волн правой круговой поляризации, то она не будет принимать волны левой круговой поляризации и наоборот. Этот режим работы генерируется с большой легкостью и более практично используется .

преимущества

Ниже приведены преимущества спиральной антенны —

• Простой дизайн
• Высочайшая направленность
• Более широкая полоса пропускания
• Может достигать круговой поляризации
• Может также использоваться в диапазонах HF и VHF

Недостатки

Ниже приведены недостатки спиральной антенны —

• Антенна больше и требует больше места
• Эффективность уменьшается с числом оборотов

Приложения

Ниже приведены применения спиральной антенны —

• Одиночная спиральная антенна или ее массив используются для передачи и приема ОВЧ-сигналов.

• Часто используется для спутниковой и космической связи

• Используется для телеметрических соединений с балластными ракетами и спутниками на земных станциях

• Используется для установления связи между Луной и Землей

• Приложения в радиоастрономии

Одиночная спиральная антенна или ее массив используются для передачи и приема ОВЧ-сигналов.

Часто используется для спутниковой и космической связи

Используется для телеметрических соединений с балластными ракетами и спутниками на земных станциях

Используется для установления связи между Луной и Землей

Приложения в радиоастрономии

Теория антенны — диафрагма

Антенна с апертурой на конце может быть названа апертурной антенной . Волновод является примером апертурной антенны. Край линии передачи, заканчивающийся отверстием, излучает энергию. Это отверстие, которое является апертурой, делает его апертурой антенны.

Основными типами апертурных антенн являются —

• Волноводная антенна
• Рупорная антенна
• Слот антенна

Давайте теперь посмотрим на эти типы апертурных антенн.

Волноводная антенна

Волновод способен излучать энергию при возбуждении на одном конце и открытии на другом конце. Излучение в волноводе превышает двухпроводную линию передачи.

Диапазон частот

Диапазон рабочих частот волновода составляет от 300 МГц до 300 ГГц . Эта антенна работает в диапазонах UHF и EHF . На следующем изображении показан волновод.

Этот волновод с концевым концом действует как антенна. Но только небольшая часть энергии излучается, а большая ее часть отражается обратно в разомкнутой цепи. Это означает, что значение VSWR (коэффициент стоячей волны по напряжению, обсуждаемый в главе «Основные параметры») увеличивается. Дифракция вокруг волновода обеспечивает плохую радиацию и ненаправленную диаграмму направленности.

Радиационная картина

Излучение волноводной антенны слабое, а диаграмма направленности ненаправленная, что означает всенаправленность. Всенаправленная диаграмма — это та, которая не имеет определенной направленности, но излучает во всех направлениях, поэтому она называется ненаправленной диаграммой направленности .

На приведенном выше рисунке показан вид сверху разреза всенаправленного рисунка, который также называется ненаправленным рисунком . Как мы уже знаем, двумерный вид представляет собой шаблон в виде восьмерки.

преимущества

Ниже приведены преимущества апертурной антенны —

• Излучение больше чем двухпроводная линия передачи
• Излучение всенаправленное

Недостатки

Ниже приведены недостатки апертурной антенны —

• КСВН увеличивается
• Плохое излучение

Приложения

Ниже приведены применения апертурной антенны —

• Микроволновые приложения
• Наземные поисковые радары

Волновод антенна должна быть дополнительно модифицированы , чтобы достичь более высокой производительности, что приводит к образованию Хорн антенны.

---

Теория антенн — Рог

Чтобы повысить эффективность излучения и направленность луча, волновод должен быть снабжен расширенной апертурой, чтобы резкое прерывание волны превратилось в постепенное преобразование. Так что вся энергия в прямом направлении излучается. Это можно назвать факелом . Теперь это можно сделать с помощью рупорной антенны.

Диапазон частот

Рабочий диапазон частот от рупорной антенны составляет около 300 МГц до 30 ГГц. Эта антенна работает в диапазонах частот УВЧ и СВЧ .

Строительство & Работа Роговой Антенны

Энергия луча при медленном превращении в излучение уменьшает потери и улучшает фокусировку луча. Роговая антенна может рассматриваться как вспыхивающий волновод , благодаря которому направленность улучшается, а дифракция уменьшается.

Выше изображение показывает модель рупорной антенны. Расширение рога ясно показано. Существует несколько конфигураций рупора, из которых наиболее часто используются три конфигурации.

Секторный рог

Этот тип рупорной антенны, вспыхивает в одном направлении. Вспышка в направлении электрического вектора приводит к секториальному рогу E-плоскости . Точно так же, вспыхивая в направлении Магнитного вектора, рождает секторный рог H-плоскости .

Пирамидальный рог

Этот тип рупорной антенны имеет развальцовки с обеих сторон. Если развальцовка выполняется на обеих стенах E & H прямоугольного волновода, то получается антенна с пирамидальным рупором . Эта антенна имеет форму усеченной пирамиды.

Конический рог

Когда стенки кругового волновода вспыхивают, он называется коническим рогом . Это логическое завершение кругового волновода.

На приведенных выше рисунках показаны типы конфигураций рупора, которые обсуждались ранее.

Вспышка помогает согласовать импеданс антенны с импедансом свободного пространства для лучшего излучения. Это позволяет избежать коэффициента стоячей волны и обеспечивает большую направленность и более узкую ширину луча. Вспышка волновода может быть технически названа электромагнитным рупорным излучателем .

Вспышка угол, Φ рупорной антенны является важным фактором , который следует рассматривать. Если это слишком мало, то результирующая волна будет сферической, а не плоской, и излучаемый луч не будет направленным. Следовательно, угол наклона должен иметь оптимальное значение и тесно связан с его длиной.

Комбинации

Роговые антенны могут также комбинироваться с параболическими отражательными антеннами для формирования специального типа рупорных антенн. Это —

• Рожковая антенна

• Боров-рог или трижды сложенный рупорный отражатель

Рожковая антенна

Боров-рог или трижды сложенный рупорный отражатель

В антенне Cass-horn радиоволны собираются большой нижней поверхностью, которая изогнута параболически и отражается вверх под углом 45 °. После удара по верхней поверхности они отражаются в фокусе. Коэффициент усиления и ширина луча такие же, как у параболических отражателей.

В антенне боров-рог , параболический цилиндр соединен с пирамидальным рогом, где луч достигает вершины рога. Образует малошумящую микроволновую антенну. Основным преимуществом антенны борова является то, что ее точка приема не перемещается, хотя антенна вращается вокруг своей оси.

Радиационная картина

Диаграмма направленности рупорной антенны представляет собой переднюю сферическую волну. На приведенном ниже рисунке показана схема излучения рупорной антенны. Волна излучается от апертуры, сводя к минимуму дифракцию волн. Вспышка держит луч сфокусированным. Излучаемый луч имеет высокую направленность.

преимущества

Ниже приведены преимущества Хорн антенны —

• Маленькие незначительные доли сформированы
• Сопротивление импеданса хорошее
• Большая направленность
• Более узкая ширина луча
• Стоячие волны избегают

Недостатки

Ниже приведены недостатки Хорн антенны —

• Проектирование угла засветки, определяет направленность
• Угол вспышки и длина вспышки не должны быть очень маленькими

Приложения

Ниже приведены приложения Хорн антенны —

• Используется для астрономических исследований
• Используется в микроволновых приложениях

Теория антенн — Слот

Слот-антенна является примером апертурной антенны. Прямоугольный паз выполнен на токопроводящем листе. Эти щелевые антенны можно сформировать, просто сделав надрез на поверхности, на которой они установлены.

Диапазон частот

Частотный диапазон, используемый для применения слот-антенны, составляет от 300 МГц до 30 ГГц . Работает в диапазонах частот UHF и SHF .

Строительство и работа слотных антенн

Использование щелевых антенн хорошо известно благодаря принципу работы. Давайте посмотрим на структуру щелевой антенны.

Когда бесконечный проводящий лист сделан прямоугольным разрезом, и поля возбуждаются в апертуре (которая называется щелью), она называется щелевой антенной . Это можно понять, наблюдая за изображением щелевой антенны. На следующем изображении показана модель слот-антенны.

Работу слот-антенны можно легко понять по принципу оптики Бабинета. Эта концепция дает представление о слот антенны.

Принцип Бабинета

Принцип Бабине гласит: «Когда поле за экраном с отверстием добавляется к полю дополнительной структуры, сумма равна полю, когда экрана нет».

Изображения выше ясно объясняют принцип. Во всех областях, которые не коллинеарны с лучом, вышеупомянутые два экрана, на рисунках 1 и 2, дают одинаковую дифракционную картину.

Случай 1 — Рассмотрим источник света и проводящую плоскость (поле) с апертурой перед экраном. Свет не проходит через непрозрачную область, но проходит через апертуру.

Случай 2 — Рассмотрим источник света и проводящую плоскость размером с апертуру в предыдущем случае, находящуюся напротив экрана. Свет проходит не через плоскость, а через оставшуюся часть.

Случай 3 — Объедините эти две проводящие плоскости обоих случаев и поставьте перед источником света. Экран не размещен, чтобы наблюдать результирующую комбинацию. Эффект экрана сводится на нет.

Работа слотной антенны

Этот принцип оптики применяется к электромагнитным волнам, чтобы волна излучалась. Это правда, что когда ВЧ поле существует через узкую щель в проводящей плоскости, энергия излучается.

На изображении показана щелевая антенна, которая хорошо объясняет ее работу.

Учтите, что проводящий экран бесконечной плоскости взят и прорезан отверстиями желаемой формы и размера, и это будет экран щелевой антенны. Другой экран считается чередующимся местами диафрагмы и области экрана, которая является дополнительным экраном.

Считается, что эти два экрана дополняют друг друга, так как приводят к полному металлическому экрану. Теперь это становится антенной слота. Терминальное сопротивление весьма желательно для излучения.

Радиационная картина

Диаграмма направленности антенны Slot является всенаправленной , как полуволновая дипольная антенна. Посмотрите на следующую иллюстрацию. Он показывает диаграмму направленности слот-антенны, нарисованную в горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно

преимущества

Ниже приведены преимущества слот антенны —

• Это может быть изготовлено и скрыто в металлических объектах
• Это может обеспечить скрытую связь с небольшим передатчиком

Недостатки

Ниже приведены недостатки слотовой антенны —

• Более высокие уровни кроссполяризации
• Более низкая эффективность излучения

Приложения

Ниже приведены применения слот антенны —

• Обычно для радиолокационных навигационных целей
• Используется как массив, питаемый волноводом

Теория антенн — Микрополоска

Микрополосковые антенны — это низкопрофильные антенны. Металлическая накладка, установленная на уровне земли с промежуточным диэлектрическим материалом, представляет собой микрополоску или патч-антенну . Это антенны очень низкого размера с низким уровнем излучения.

Диапазон частот

Патч-антенны популярны для низкопрофильных приложений на частотах выше 100 МГц .

Строительство и работа микрополосковых антенн

Микрополосковая антенна состоит из очень тонкой металлической полосы, расположенной на заземляющей поверхности с диэлектрическим материалом между ними. Излучающий элемент и питающие линии размещены в процессе фототравления на диэлектрическом материале. Обычно пластырь или микрополоска выбираются квадратной, круглой или прямоугольной формы для удобства анализа и изготовления. На следующем изображении показана микрополосковая или патч-антенна.

Длина металлического пятна составляет λ / 2. Когда антенна возбуждается, волны, генерируемые в диэлектрике, подвергаются отражению, и энергия излучается от краев металлического пятна, которое очень мало.

Радиационная картина

Диаграмма направленности микрополосковой или коммутационной антенны широкая . Он имеет низкую мощность излучения и узкую полосу частот.

Диаграмма направленности микрополосковой или коммутационной антенны показана выше. Он имеет меньшую направленность. Чтобы иметь большую направленность, с помощью этих патч-антенн может быть сформирован массив.

преимущества

Ниже приведены преимущества микрополосковой антенны —

• Lighteweight
• Бюджетный
• Простота установки

Недостатки

Ниже приведены недостатки микрополосковой антенны —

• Неэффективное излучение
• Узкая полоса частот

Приложения

Ниже приведены применения микрополосковой антенны —

• Используется в космических кораблях
• Используется в самолетах
• Используется в низкопрофильных антеннах

Теория антенн — Объектив

Антенны, которые мы обсуждали до сих пор, использовали плоскую поверхность. Объективные антенны используют изогнутую поверхность как для передачи, так и для приема. Объективные антенны состоят из стекла, где соблюдаются сходящиеся и расходящиеся свойства объектива. Объективные антенны используются для высокочастотных применений.

Диапазон частот

Частотный диапазон использования линзовой антенны начинается с 1000 МГц, но его использование больше при 3000 МГц и выше .

Чтобы лучше понять антенну объектива, необходимо знать принцип работы объектива. Обычная стеклянная линза работает по принципу преломления.

Конструкция и работа линзовой антенны

Если предполагается, что источник света присутствует в фокусной точке линзы, которая находится на фокусном расстоянии от линзы, тогда лучи проходят через линзу в виде коллимированных или параллельных лучей на плоском волновом фронте.

Лучи, которые проходят через центр линзы, менее преломлены, чем лучи, которые проходят через края линзы. Все лучи направляются параллельно плоскому фронту волны. Это явление объектива называется расхождением .

Эта же процедура переворачивается, если луч света направляется справа налево от того же объектива. Затем луч преломляется и встречается в точке, называемой фокусной точкой, на фокусном расстоянии от линзы. Это явление называется конвергенцией .

То же самое можно лучше понять, наблюдая следующую диаграмму —

Диаграмма луча представляет собой фокусную точку и фокусное расстояние от источника до объектива. Полученные параллельные лучи также называют коллимированными лучами.

На приведенном выше рисунке источник в фокусе, на фокусном расстоянии от линзы, коллимируется во фронте плоской волны. Это явление можно обратить вспять, что означает, что свет, если он направляется с левой стороны, сходится на правой стороне линзы.

Именно из-за этой взаимности линза может использоваться в качестве антенны, поскольку одно и то же явление помогает использовать одну и ту же антенну как для передачи, так и для приема.

Изображение модели линзовой антенны показано на рисунке.

Для достижения фокусирующих свойств на более высоких частотах показатель преломления должен быть меньше единицы. Каким бы ни был показатель преломления, целью линзы является выпрямление формы волны. Основываясь на этом, разработаны линзы E-плоскости и H-плоскости, которые также задерживают или ускоряют фронт волны.

Типы линзовых антенн

Доступны следующие типы линзовых антенн —

• Диэлектрическая линза или металлическая пластина в H-плоскости, или линза с задержкой (бегущие волны задерживаются носителем)

• Металлическая пластина объектива

• Неметаллический диэлектрический объектив

• Металлический или искусственный диэлектрический тип линзы

Диэлектрическая линза или металлическая пластина в H-плоскости, или линза с задержкой (бегущие волны задерживаются носителем)

Металлическая пластина объектива

Неметаллический диэлектрический объектив

Металлический или искусственный диэлектрический тип линзы

преимущества

Ниже приведены преимущества объектива антенны —

• В объективных антеннах, питающих и поддерживающих устройствах, не закрывайте апертуру.

• Имеет большую допустимую конструкцию.

• Можно обрабатывать большее количество волн, чем параболический отражатель.

• Луч может быть перемещен под углом относительно оси.

В объективных антеннах, питающих и поддерживающих устройствах, не закрывайте апертуру.

Имеет большую допустимую конструкцию.

Можно обрабатывать большее количество волн, чем параболический отражатель.

Луч может быть перемещен под углом относительно оси.

Недостатки

Ниже приведены недостатки объектива антенны —

• Линзы тяжелые и громоздкие, особенно на низких частотах

• Сложность в дизайне

• Дороже по сравнению с отражателями, для тех же спецификаций

Линзы тяжелые и громоздкие, особенно на низких частотах

Сложность в дизайне

Дороже по сравнению с отражателями, для тех же спецификаций

Приложения

Ниже приведены применения объектива антенны —

• Используется как широкополосная антенна

• Специально используется для микроволновых частот

Используется как широкополосная антенна

Специально используется для микроволновых частот

Сходящиеся свойства линзовых антенн могут использоваться для разработки антенн более высокого уровня, известных как параболические отражательные антенны, которые широко используются в спутниковой связи. Мы обсудим их в следующей главе.

Теория антенн — параболический отражатель

Параболические отражатели — это микроволновые антенны. Для лучшего понимания этих антенн необходимо обсудить концепцию параболического отражателя.

Диапазон частот

Частотный диапазон, используемый для применения антенн с параболическим отражателем, выше 1 МГц . Эти антенны широко используются для радио и беспроводных приложений.

Принцип действия

Стандартное определение параболы — Локус точки, который перемещается таким образом, что его расстояние от фиксированной точки (называемой фокусом ) плюс расстояние от прямой (называемой прямой) является постоянным.

На следующем рисунке показана геометрия параболического отражателя. Точка F — фокус (подача дана), а V — вершина. Линия, соединяющая F и V, является осью симметрии. PQ — отраженные лучи, где L представляет прямую линию, на которой лежат отраженные точки (чтобы сказать, что они коллинеарны). Следовательно, согласно приведенному выше определению, расстояние между F и L является постоянным по отношению к фокусируемым волнам.

Отраженная волна образует коллимированный фронт волны, из параболической формы. Отношение фокусного расстояния к размеру апертуры (то есть, f / D), известное как «отношение f к D», является важным параметром параболического отражателя. Его значение варьируется от 0,25 до 0,50 .

Закон отражения гласит, что угол падения и угол отражения равны. Этот закон, когда используется вместе с параболой, помогает фокусировать луч. Форма

Парабола, когда используется с целью отражения волн, обладает некоторыми свойствами параболы, которые полезны для построения антенны с использованием отраженных волн.

Свойства Параболы

• Все волны, исходящие из фокуса, отражаются обратно к параболической оси. Следовательно, все волны, достигающие апертуры, находятся в фазе.

• Поскольку волны находятся в фазе, луч излучения вдоль параболической оси будет сильным и концентрированным.

Все волны, исходящие из фокуса, отражаются обратно к параболической оси. Следовательно, все волны, достигающие апертуры, находятся в фазе.

Поскольку волны находятся в фазе, луч излучения вдоль параболической оси будет сильным и концентрированным.

Следуя этим пунктам, параболические отражатели помогают создавать высокую направленность при более узкой ширине луча.

Конструкция и работа параболического отражателя

Если антенна параболического отражателя используется для передачи сигнала, сигнал от корма, выходит из диполя или рупорной антенны, чтобы сфокусировать волну на параболу. Это означает, что волны выходят из фокуса и падают на параболоидальный отражатель. Эта волна теперь отражается как коллимированный фронт волны , как обсуждалось ранее, для передачи.

Эта же антенна используется в качестве приемника. Когда электромагнитная волна принимает форму параболы, она отражается в точке подачи. Дипольная или рупорная антенна, которая действует как приемная антенна на своем питании, получает этот сигнал, чтобы преобразовать его в электрический сигнал и направить его в схему приемника.

На следующем изображении показана параболическая отражательная антенна.

Коэффициент усиления параболоида является функцией отношения апертуры (D / λ) . Эффективная излучаемая мощность (ERP) антенны — это умножение входной мощности, подаваемой на антенну, и ее усиления.

Обычно антенна для волноводного рупора используется в качестве излучателя для антенны параболоидного отражателя. Наряду с этой техникой у нас есть другой тип подачи, подаваемый на параболоидную отражательную антенну, называемый питанием Кассегрена.

Кассегрена

Кассетное зерно — это другой тип подачи, подаваемой на отражающую антенну. В этом типе подача расположена в вершине параболоида, в отличие от параболического отражателя. Отражатель выпуклой формы, который действует как гиперболоид, расположен напротив источника питания антенны. Он также известен как вторичный гиперболоидный рефлектор или субрефлектор . Он расположен так, что его один из фокусов совпадает с фокусом параболоида. Таким образом, волна отражается дважды.

На приведенном выше рисунке показана рабочая модель подачи кассегрена.

Работа антенны Кассегрена

Когда антенна действует как передающая антенна, энергия от источника излучается через рупорную антенну на гиперболоидный вогнутый отражатель, который снова отражается на параболическом отражателе. Оттуда сигнал отражается в пространстве. Следовательно, потери энергии контролируются, и направленность улучшается.

Когда для приема используется та же антенна, электромагнитные волны попадают на отражатель, отражаются на вогнутый гиперболоид и оттуда доходят до источника. В этом случае для приема этого сигнала используется антенна волноводного рупора, которая направляет ее в схему приемника для усиления.

Посмотрите на следующее изображение. На нем показан параболоидный отражатель с подачей кассегрена.

преимущества

Ниже приведены преимущества параболической отражательной антенны —

• Уменьшение малых долей

• Потеря мощности снижается

• Эквивалентное фокусное расстояние достигается

• Лента может быть размещена в любом месте, в зависимости от нашего удобства

• Регулировка луча (сужение или расширение) осуществляется путем регулировки отражающих поверхностей.

Уменьшение малых долей

Потеря мощности снижается

Эквивалентное фокусное расстояние достигается

Лента может быть размещена в любом месте, в зависимости от нашего удобства

Регулировка луча (сужение или расширение) осуществляется путем регулировки отражающих поверхностей.

Недостаток

Следующее является недостатком параболической отражательной антенны —

• Некоторая часть мощности, которая отражается от параболического отражателя, затруднена. Это становится проблемой с параболоидом малого размера.

Некоторая часть мощности, которая отражается от параболического отражателя, затруднена. Это становится проблемой с параболоидом малого размера.

Приложения

Ниже приведены применения параболической отражающей антенны:

• Параболический отражатель подачи кассегрена в основном используется в спутниковой связи.

• Также используется в беспроводных телекоммуникационных системах.

Параболический отражатель подачи кассегрена в основном используется в спутниковой связи.

Также используется в беспроводных телекоммуникационных системах.

Давайте посмотрим на другой тип подачи, называемый григорианским, для параболических отражателей.

Григорианский канал

Это другой тип используемого корма. Есть пара определенных конфигураций, где ширина луча подачи постепенно увеличивается, в то время как размеры антенны остаются фиксированными. Такой тип корма известен как григорианский корм. Здесь гиперболоид выпуклой формы Кассегрена заменяется параболоидным отражателем вогнутой формы, который, конечно, меньше по размеру.

Эти отражатели григорианского типа подачи могут быть использованы четырьмя способами —

• Григорианские системы с использованием эллипсоидального субрефлектора отражателя в фокусах F1.

• Григорианские системы, использующие эллипсоидальный субрефлектор отражателя в фокусах F2.

• Системы Кассегрена, использующие гиперболоидный суботражатель (выпуклый).

• Системы Кассегрена, использующие гиперболоидный суботражатель (вогнутый, но подача находится очень близко к нему.)

Григорианские системы с использованием эллипсоидального субрефлектора отражателя в фокусах F1.

Григорианские системы, использующие эллипсоидальный субрефлектор отражателя в фокусах F2.

Системы Кассегрена, использующие гиперболоидный суботражатель (выпуклый).

Системы Кассегрена, использующие гиперболоидный суботражатель (вогнутый, но подача находится очень близко к нему.)

Это все просто упомянуть, потому что они не популярны и не широко используются. У них есть свои ограничения.

На рисунке четко изображена схема работы всех типов отражателей. Существуют и другие типы параболоидных отражателей, такие как —

• Cut- параболоид
• Параболический цилиндр
• Таблетница параболоидная

Тем не менее, все они редко используются из-за ограничений и недостатков, которые они имеют в своих условиях труда.

Следовательно, из всех типов зеркальных антенн наиболее часто используются простые параболические отражатели и параболические отражатели с подачей кассегрена.

Теория антенн — антенные решетки

Когда антенна по отдельности может излучать определенное количество энергии в определенном направлении, что приводит к лучшей передаче, как это было бы, если бы добавлялось еще несколько элементов, для получения более эффективного выхода. Именно эта идея привела к изобретению антенных решеток .

Антенную решетку можно лучше понять, наблюдая следующие изображения. Посмотрите, как антенные решетки подключены.

Антенная решетка представляет собой излучающую систему, которая состоит из отдельных излучателей и элементов. Каждый из этих излучателей при функционировании имеет свое индукционное поле. Элементы расположены так близко, что каждый лежит в индукционном поле соседнего. Следовательно, диаграмма излучения, создаваемая ими, будет векторной суммой отдельных. На следующем изображении показан еще один пример антенной решетки.

Расстояние между элементами и длина элементов в зависимости от длины волны также следует учитывать при проектировании этих антенн.

Антенны излучают по отдельности, и в то время как в массиве, излучение всех элементов суммируется, чтобы сформировать луч излучения, который имеет высокий коэффициент усиления, высокую направленность и лучшую производительность с минимальными потерями.

преимущества

Ниже приведены преимущества использования антенных решеток:

• Сила сигнала увеличивается
• Высокая направленность получается
• Незначительные доли значительно уменьшены
• Высокое соотношение сигнал / шум достигается
• Высокий коэффициент усиления получается
• Снижение потерь мощности
• Лучшая производительность получается

Недостатки

Ниже приведены недостатки антенных решеток —

• Резистивные потери увеличиваются
• Монтаж и обслуживание сложно
• Требуется огромное внешнее пространство

Приложения

Ниже приведены применения антенных решеток:

• Используется в спутниковой связи
• Используется в беспроводной связи
• Используется в военных радиолокационных коммуникациях
• Используется в астрономическом исследовании

Типы массивов

Основные типы массивов —

• Коллинеарный массив
• Широкий боковой массив
• Конец огневого массива
• Паразитный массив
• Яги-Уда массив
• Лог-пероидальный массив
• Турникет массив
• Супер турникет массив

Мы обсудим эти массивы в следующих главах.

Теория антенн — коллинеарная матрица

Коллинеарная матрица состоит из двух или более полуволновых диполей, которые расположены вплотную. Эти антенны расположены на общей линии или оси, параллельной или коллинеарной.

Максимальное излучение в этих массивах широкая сторона и перпендикулярно линии массива. Эти массивы также называются широкими или всенаправленными .

Диапазон частот

Частотный диапазон, в котором работают антенны с коллинеарной решеткой, составляет от 30 МГц до 3 ГГц, которые принадлежат диапазонам ОВЧ и УВЧ .

Строительство массива

Эти коллинеарные матрицы представляют собой однонаправленные антенны с высоким коэффициентом усиления. Основная цель этой решетки состоит в том, чтобы увеличить излучаемую мощность и обеспечить луч с большим направлением, избегая потери мощности в других направлениях.

Изображения выше показывают изображения коллинеарных массивов. На фиг.1 видно, что коллинеарный массив сформирован с использованием свернутых диполей, тогда как на фиг.2 коллинеарный массив образован нормальными диполями. Оба типа — полуволновые диполи, используемые обычно.

Радиационная картина

Диаграмма направленности этих коллинеарных решеток аналогична диаграмме направленности одиночного диполя, но диаграмма направленности возрастающего числа диполей имеет значение.

Диаграмма направленности коллинеарной решетки при использовании двух элементов, трех элементов и четырех элементов соответственно показана на рисунке выше.

Широкий боковой массив также имеет ту же диаграмму, в которой направление максимального излучения перпендикулярно линии антенны.

преимущества

Ниже приведены преимущества антенн с коллинеарной решеткой:

• Использование массива уменьшает широкие концы и увеличивает направленность
• Незначительные доли сведены к минимуму
• Потеря мощности снижается

Недостатки

Ниже приведены недостатки коллинеарной антенной решетки —

• Смещение этих антенн является сложной задачей
• Используется только на открытых площадках

Приложения

Ниже приведены применения антенн с коллинеарной решеткой:

• Используется для диапазонов VHF и UHF
• Используется в двусторонней связи
• Используется также для целей вещания

Теория антенн — массив широкой стороны

Антенная решетка в ее самой простой форме, имеющая ряд элементов одинакового размера, равномерно расположенных вдоль прямой линии или оси, образующих коллинеарные точки, со всеми диполями в одной фазе, из одного и того же источника вместе образуют широкую боковую решетку .

Диапазон частот

Частотный диапазон, в котором работают антенны с коллинеарной решеткой, составляет от 30 МГц до 3 ГГц, которые принадлежат диапазонам ОВЧ и УВЧ .

Построение и работа массива широкой стороны

Согласно стандартному определению, «устройство, в котором основное направление излучения перпендикулярно оси решетки, а также плоскости, содержащей элемент решетки», называется решеткой с широкой стороной . Следовательно, диаграмма направленности антенны перпендикулярна оси, на которой расположена решетка.

Следующая диаграмма показывает широкий боковой массив, соответственно, спереди и сбоку.

Широкий боковой массив строго направлен под прямым углом к ​​плоскости массива. Однако излучение в плоскости будет очень меньше из-за компенсации в направлении, соединяющем центр.

Рисунок широкой боковой решетки с интервалом λ / 4 показан ниже.

Типичные длины антенн в широкой боковой решетке составляют от 2 до 10 длин волн. Типичные интервалы: λ / 2 или λ. Точки подачи диполей соединены, как показано на рисунке.

Радиационная картина

Диаграмма направленности этой антенны является двунаправленной и направленной под прямым углом к ​​плоскости. Луч очень узкий с высоким усилением.

На приведенном выше рисунке показана диаграмма направленности широкого бокового массива. Луч немного шире, и незначительные лепестки значительно уменьшены в этом.

Теория антенн — Массив

Физическое расположение массива конечного огня такое же, как у массива боковой стороны. Величина токов в каждом элементе одинакова, но между этими токами есть разность фаз. Эта индукция энергии отличается в каждом элементе, что можно понять из следующей диаграммы.

На приведенном выше рисунке показана матрица конечного огня в видах сверху и сбоку соответственно.

Из-за подавления излучения в прямых углах к плоскости решетки нет излучения. Первый и третий элементы питаются не в фазе и поэтому подавляют излучение друг друга. Точно так же, второй и четвертый питаются не в фазе, чтобы быть отмененным.

Обычное расстояние между диполями будет λ / 4 или 3λ / 4. Такое расположение не только помогает избежать излучения, перпендикулярного плоскости антенны, но также помогает отвести излучаемую энергию в направлении излучения всего массива. Следовательно, второстепенных лепестков избегают, и направленность увеличивается. Луч становится уже с увеличенными элементами.

Радиационная картина

Диаграмма излучения массива конечного огня является однонаправленной . Главная доля встречается на одном конце, где присутствует максимальное излучение, в то время как второстепенные доли представляют потери.

Рисунок объясняет диаграмму направленности концевого огня. На рисунке 1 показана диаграмма направленности для одного массива, а на рисунках 2, 3 и 4 представлена ​​диаграмма направленности для нескольких массивов.

Массив конечного огня и широкий боковой массив

Мы изучили оба массива. Попробуем сравнить конечные и широкие боковые массивы вместе с их характеристиками.

Фигура иллюстрирует диаграмму направленности решетки конечного огня и широкой боковой решетки.

• Оба, концевая огневая решетка и широкая боковая решетка, являются линейными и являются резонансными, поскольку они состоят из резонансных элементов.

• Из-за резонанса оба массива показывают более узкий луч и высокую направленность.

• Оба этих массива используются в целях передачи.

• Ни один из них не используется для приема, потому что для любого вида приема необходима необходимость покрытия диапазона частот.

Оба, концевая огневая решетка и широкая боковая решетка, являются линейными и являются резонансными, поскольку они состоят из резонансных элементов.

Из-за резонанса оба массива показывают более узкий луч и высокую направленность.

Оба этих массива используются в целях передачи.

Ни один из них не используется для приема, потому что для любого вида приема необходима необходимость покрытия диапазона частот.

Теория антенн — паразитный массив

Антенные решетки, как видно выше, используются для улучшения усиления и направленности.

Паразитный элемент — это элемент, который зависит от питания другого. У него нет собственной ленты. Следовательно, в массивах такого типа мы используем такие элементы, которые помогают косвенно увеличивать излучение.

Эти паразитные элементы не связаны напрямую с кормом.

На изображении выше показан пример паразитного массива. Сетчатая структура, видимая на картинке, представляет собой не что иное, как набор отражателей. Эти отражатели не связаны электрически. Они увеличивают силу сигнала, увеличивая направленность луча.

Строительство и работа паразитарного массива

Давайте посмотрим на важные части паразитического массива и как они работают.

Основные части —

• Управляемый элемент
• Паразитические элементы
  • рефлектор
  • директор
• заграждение

Управляемый элемент

Антенны излучают индивидуально, и, когда они расположены в массиве, излучение всех элементов суммируется, образуя пучок излучения. Все элементы массива не должны быть подключены к каналу. Диполь, который связан с подачей, известен как ведомый элемент .

Паразитические элементы

Добавляемые элементы не обладают электрическим соединением между ними с ведомым элементом или подачей. Они расположены так, что они лежат в индукционном поле ведомого элемента. Следовательно, они известны как паразитические элементы .

рефлектор

Если один из паразитных элементов, который на 5% длиннее, чем ведомый элемент, расположен ближе к ведомому элементу длиннее, то он действует как вогнутое зеркало, которое отражает энергию в направлении диаграммы направленности, а не в ее собственном направлении. и, следовательно, известен как отражатель .

директор

Паразитный элемент, который на 5% короче ведомого элемента, от которого он получает энергию, имеет тенденцию увеличивать излучение в своем собственном направлении и, следовательно, ведет себя как сходящаяся выпуклая линза. Этот элемент называется директором . Ряд директоров размещены для повышения направленности.

заграждение

Элемент, на котором все это размещено, называется бумом . Это неметаллическая структура, которая обеспечивает изоляцию, так что не будет никакого короткого замыкания между другими элементами массива.

Это все основные элементы, которые способствуют излучению. Это можно лучше понять с помощью диаграммы

Изображение, показанное выше, является изображением паразитного массива, который показывает части парситного массива, такие как ведомый элемент, направляющие и отражатель. Корм подается через фидер.

Массивы используются на частотах от 2 МГц до нескольких ГГц . Они особенно используются для получения высокой направленности и лучшего прямого усиления с однонаправленной передачей . Наиболее распространенным примером такого типа решеток является антенна Яги-Уда . Квадратная антенна также может быть приведена в качестве другого примера.

Теория антенн — антенна Яги-Уда

За последние несколько десятилетий антенна Яги-Уда является наиболее часто используемым типом антенны для приема ТВ. Это самый популярный и простой в использовании тип антенны с лучшими характеристиками, который славится своим высоким усилением и направленностью

Диапазон частот

Частотный диапазон, в котором работают антенны Yagi-Uda, составляет от 30 МГц до 3 ГГц, которые принадлежат диапазонам ОВЧ и УВЧ .

Строительство Яги-Удинской антенны

В течение последних десятилетий антенна Яги-Уда была видна почти на каждом доме. Паразитные элементы и диполь вместе образуют эту антенну Яги-Уда.

На рисунке показана антенна Яги-Уда . Видно, что для увеличения направленности антенны установлено множество директоров. Питатель представляет собой сложенный диполь. Отражатель — это длинный элемент, который находится в конце конструкции.

На рисунке изображена четкая форма антенны Яги-Уда. Центральная стержневидная структура, на которой установлены элементы, называется стрелой . Элемент, к которому присоединена толстая черная головка, является ведомым элементом, к которому внутренняя линия электропередачи подключена через этот черный стержень. Единственный элемент, присутствующий в задней части ведомого элемента, является отражателем , который отражает всю энергию в направлении диаграммы направленности. Другими элементами перед ведомым элементом являются направляющие, которые направляют луч в нужном направлении.

Проектирование

Чтобы эта антенна была спроектирована, должны быть соблюдены следующие технические требования.

Они —

ЭЛЕМЕНТ	СПЕЦИФИКАЦИЯ
Длина ведомого элемента	От 0,458 до 0,5
Длина Отражателя	От 0,55 до 0,58
Длина директора 1	0.45λ
Длина директора 2	0.40λ
Длина директора 3	0.35λ
Расстояние между директорами	0.2λ
Отражатель на расстояние между диполями	0.35λ
Диполь к директору расстояния	0.125λ

Если следовать приведенным выше спецификациям, можно разработать антенну Яги-Уда.

Радиационная картина

Диаграмма направленности антенны Яги-Уда имеет высокую направленность, как показано на рисунке ниже.

Незначительные лепестки подавляются, и направленность главного лепестка увеличивается путем добавления директоров к антенне.

преимущества

Ниже приведены преимущества антенн Яги-Уда —

• Высокий коэффициент усиления достигнут.
• Высокая направленность достигается.
• Удобство в обращении и обслуживании.
• Меньшее количество энергии тратится впустую.
• Более широкий охват частот.

Недостатки

Ниже приведены недостатки антенн Яги-Уда —

• Склонен к шуму.
• Склонен к атмосферным воздействиям.

Приложения

Ниже приведены применения антенн Яги-Уда —

• В основном используется для приема ТВ.
• Используется там, где требуется одночастотное приложение.

Теория антенн — Логопериодическая антенна

Антенна Яги-Уда в основном используется для бытовых целей. Однако для коммерческих целей и настройки диапазона частот нам нужна другая антенна, известная как логопериодическая антенна . Логопериодическая антенна — это антенна, импеданс которой является логарифмически периодической функцией частоты.

Диапазон частот

Частотный диапазон, в котором работают логопериодические антенны, составляет от около 30 МГц до 3 ГГц, которые принадлежат диапазонам ОВЧ и УВЧ .

Строительство и работа логопериодической антенны

Конструкция и работа логопериодической антенны аналогичны конструкции антенны Яги-Уда. Основным преимуществом этой антенны является то, что она демонстрирует постоянные характеристики в требуемом диапазоне частот. Он имеет такую ​​же радиационную стойкость и, следовательно, тот же КСВ. Коэффициент усиления и переднее-обратное отношение также одинаковы.

На рисунке показана логопериодическая антенна.

С изменением рабочей частоты активная область перемещается между элементами, и, следовательно, все элементы не будут активными только на одной частоте. Это его особенность .

Существует несколько типов логопериодических антенн, таких как плоская, трапециевидная, зигзагообразная, V-образная, щелевая и дипольная. Наиболее часто используемым является логопериодический дипольный массив, короче говоря, LPDA.

Диаграмма лог-периодического массива приведена выше.

Физическая структура и электрические характеристики, когда они наблюдаются, имеют повторяющийся характер. Массив состоит из диполей различной длины и расстояния, которые питаются от двухпроводной линии электропередачи. Эта линия перемещается между каждой соседней парой диполей.

Длина диполя и разделение связаны формулой

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

куда

• т — расчетное соотношение и т <1
• R — расстояние между подачей и диполем
• l длина диполя.

Полученные директивные выгоды от низкого до умеренного. Радиационные диаграммы могут быть однонаправленными или двунаправленными .

Радиационная картина

Диаграмма направленности логопериодической антенны может быть однонаправленной или двунаправленной, в зависимости от каротажных периодических структур.

Для однонаправленной логопериодической антенны излучение в сторону более короткого элемента является значительным, тогда как в прямом направлении оно мало или равно нулю.

Диаграмма направленности для однонаправленной логопериодической антенны приведена выше.

Для двунаправленной логопериодической антенны максимальное излучение находится в широкой стороне, которая нормальна к поверхности антенны.

На приведенном выше рисунке показана диаграмма направленности двунаправленной логопериодической антенны.

преимущества

Ниже приведены преимущества Log-периодических антенн —

• Конструкция антенны компактна.
• Усиление и диаграмма направленности варьируются в зависимости от требований.

Недостатки

Ниже приведены недостатки Log-периодических антенн —

• Внешнее крепление.
• Стоимость установки высока.

Приложения

Ниже приведены применения логопериодических антенн —

• Используется для ВЧ связи.
• Используется для определенного вида телевизионных приемов.
• Используется для всестороннего мониторинга в более высоких частотных диапазонах.

Теория Антенны — Антенна Турникета

Антенна турникета — это другой тип антенной решетки. Форма этого массива символизирует турникет, который используется у подъездов нескольких мест. Эта антенна имеет широкий спектр военных применений.

Диапазон частот

Частотный диапазон, в котором работают турникетные антенны, составляет приблизительно от 30 МГц до 3 ГГц, которые принадлежат диапазонам ОВЧ и УВЧ .

Конструкция и работа турникетной антенны

Два идентичных полуволновых диполя расположены под прямым углом друг к другу и питаются синфазно. Эти диполи возбуждаются на 90 ° в противофазе друг с другом. Массив турникетов также можно назвать массивом скрещенных диполей .

Изображения выше иллюстрируют турникетные антенны.

Для обеспечения высокой направленности несколько турникетов могут быть уложены вдоль вертикальной оси и имеют поэтапное расположение, как показано на приведенном выше рисунке. Поляризация этих турникетных антенн зависит от режима их работы.

Пара таких диполей, часто уложенных друг на друга, называется BAY . На рисунках, показанных выше, два отсека разнесены на половину длины волны (λ / 2) друг от друга, и соответствующие элементы подаются в фазе. Излучение, создаваемое комбинацией отсеков, приводит к лучшей направленности.

Режимы работы

Ниже приведены режимы работы турникетной антенны.

Нормальный режим

В нормальном режиме работы антенна излучает горизонтально поляризованные волны, которые перпендикулярны ее оси.

Осевой режим

В осевом режиме работы антенна излучает волны с круговой поляризацией вдоль своей оси, то есть параллельно ее оси.

Для круговой поляризации передатчик, излучающий с правой круговой поляризацией, должен иметь приемник с такой же правой круговой поляризацией и наоборот. Если он имеет левую круговую поляризацию, в отличие от передатчика, произойдет серьезная потеря усиления.

Супер Турникет Антенна

Для турникетной антенны мощность излучения на 3 дБ ниже максимальной мощности излучения полуволнового диполя, излучающего ту же мощность. Поэтому, чтобы преодолеть этот недостаток, встроена супер-турникетная антенна .

Простые дипольные элементы в турникете заменены на четыре плоских листа в супер-турникете. Конструкция супер-турникетной решетки такова, что на одной мачте можно построить от 1 до 8 отсеков. Другое название супер-турникетной антенны — антенна Batwing .

Изображения выше показывают супер-турникетную антенну. На рисунке 1 показано расположение супертурсионного массива с красными точками, являющимися точками подачи. На рисунке 2 показана сложенная турникетная решетка, используемая в спутниковой связи.

Радиационная картина

Диаграмма направленности будет аналогична диаграмме направленности двух наложенных друг на друга диполей. Хотя это близко к всенаправленному образцу, оно оставляет рисунок в форме гвоздики.

На приведенном выше рисунке показана радиационная схема турникетной решетки. Типичные фигуры восьмерки были объединены для получения почти круглого рисунка.

• На рисунке A показаны отдельные комбинации, которые объединяются.

• На рисунке B показан вертикальный рисунок одного отсека, а также комбинированный рисунок четырех отсеков.

• На рисунке C показана результирующая комбинация четырех отсеков, показывающая лучшую направленность.

На рисунке A показаны отдельные комбинации, которые объединяются.

На рисунке B показан вертикальный рисунок одного отсека, а также комбинированный рисунок четырех отсеков.

На рисунке C показана результирующая комбинация четырех отсеков, показывающая лучшую направленность.

преимущества

Ниже приведены преимущества турникетных антенн —

• Высокий коэффициент усиления достигается за счет стекирования

• Супер-турникет дает высокий коэффициент усиления

• Лучшая направленность достигается

Высокий коэффициент усиления достигается за счет стекирования

Супер-турникет дает высокий коэффициент усиления

Лучшая направленность достигается

Недостаток

Следующее является недостатком турникетных антенн —

• Мощность излучения на 3 дБ ниже максимальной мощности излучения полуволнового диполя, излучающего ту же мощность.

Мощность излучения на 3 дБ ниже максимальной мощности излучения полуволнового диполя, излучающего ту же мощность.

Приложения

Ниже приведены применения турникетных антенн:

• Используется для связи в УКВ

• Используется для FM и ТВ вещания

• Используется в военных коммуникациях

• Используется в спутниковой связи

Используется для связи в УКВ

Используется для FM и ТВ вещания

Используется в военных коммуникациях

Используется в спутниковой связи

Теория антенн — Спектр и передача

В атмосфере Земли распространение волны зависит не только от свойств волны, но также от воздействий окружающей среды и слоев земной атмосферы. Все они должны быть изучены, чтобы сформировать представление о том, как волна распространяется в окружающей среде.

Давайте посмотрим на частотный спектр, по которому происходит передача или прием сигнала. Различные типы антенн изготавливаются в зависимости от диапазона частот, в котором они работают.

Электромагнитный спектр

Беспроводная связь основана на принципе передачи и приема электромагнитных волн. Эти волны могут быть охарактеризованы их частотой (f) и длиной волны (λ) лямбда.

Графическое представление электромагнитного спектра приведено на следующем рисунке.

Низкочастотные полосы

Низкочастотные полосы состоят из радио, микроволновой, инфракрасной и видимой частей спектра. Они могут быть использованы для передачи информации путем модуляции амплитуды, частоты или фазы волн.

Высокочастотные полосы

Высокочастотные полосы состоят из рентгеновских и гамма-лучей. Теоретически эти волны лучше для распространения информации. Однако эти волны практически не используются из-за трудностей с модуляцией, и волны вредны для живых существ. Кроме того, высокочастотные волны плохо распространяются в зданиях.

Частотные полосы и их использование

Следующая таблица изображает полосы частот и их использование —

Название группы	частота	длина волны	Приложения
Чрезвычайно Низкая Частота (ELF)	От 30 Гц до 300 Гц	От 10000 до 1000 км	Частоты линии электропередачи
Частота голоса (VF)	От 300 Гц до 3 кГц	От 1000 до 100 км	Телефонная связь
Очень низкая частота (VLF)	От 3 кГц до 30 кГц	От 100 до 10 км	Морские коммуникации
Низкочастотный (НЧ)	От 30 кГц до 300 кГц	От 10 до 1 км	Морские коммуникации
Средняя частота (MF)	От 300 кГц до 3 МГц	От 1000 до 100 м	AM Broadcasting
Высокая частота (HF)	От 3 МГц до 30 МГц	От 100 до 10 м	Самолеты дальнего следования / корабельные коммуникации
Очень высокая частота (VHF)	От 30 МГц до 300 МГц	От 10 до 1 м	FM вещание
Сверхвысокая частота (УВЧ)	От 300 МГц до 3 ГГц	От 100 до 10 см	Сотовый телефон
Сверхвысокая частота (СВЧ)	От 3 ГГц до 30 ГГц	От 10 до 1 см	Спутниковая связь, Микроволновая связь
Чрезвычайно высокая частота (КВЧ)	От 30 ГГц до 300 ГГц	От 10 до 1 мм	Беспроводная локальная петля
инфракрасный	От 300 ГГц до 400 ТГц	От 1 мм до 770 нм	Бытовая электроника
Видимый свет	400 ТГц до 900 ТГц	От 770 до 330 нм	Оптическая связь

Распределение спектра

Поскольку электромагнитный спектр является общим ресурсом, доступ к которому открыт для всех, было заключено несколько национальных и международных соглашений относительно использования различных полос частот в спектре. Отдельные национальные правительства выделяют спектр для таких приложений, как радиовещание AM / FM, телевизионное вещание, мобильная телефония, военная связь и использование правительствами.

Во всем мире агентство Бюро радиосвязи Международного союза электросвязи (МСЭ-R) под названием Всемирная административная радиоконференция (WARC) пытается координировать распределение спектра различными национальными правительствами, с тем чтобы можно было изготавливать устройства связи, которые могут работать в нескольких странах. ,

Ограничения передачи

Четыре типа ограничений, которые влияют на передачу электромагнитных волн:

ослабление

Согласно стандартному определению, «снижение качества и силы сигнала называется ослаблением ».

Сила сигнала падает с расстоянием по среде передачи. Степень затухания является функцией расстояния, среды передачи, а также частоты базовой передачи. Даже в свободном пространстве, без других искажений, передаваемый сигнал затухает на расстоянии просто потому, что сигнал распространяется на все большую и большую площадь.

Искажение

Согласно стандартному определению, «любое изменение, которое изменяет основное соотношение между частотными составляющими сигнала или уровнями амплитуды сигнала, называется искажением ».

Искажение сигнала — это процесс, который вызывает нарушение свойств сигнала, добавляя некоторые нежелательные компоненты, что влияет на качество сигнала. Обычно это происходит в FM-приемнике, где принятый сигнал иногда полностью нарушается, давая на выходе гудящий звук.

рассеивание

Согласно стандартному определению, « Дисперсия — это явление, при котором скорость распространения электромагнитной волны зависит от длины волны».

Дисперсия — это явление распространения вспышки электромагнитной энергии при распространении. Это особенно распространено в проводных передачах, таких как оптическое волокно. Пакеты данных, отправленных в быстрой последовательности, имеют тенденцию сливаться из-за дисперсии. Чем длиннее длина проволоки, тем сильнее эффект рассеивания. Эффект дисперсии заключается в ограничении произведения R и L. Где «R» — скорость передачи данных, а «L» — расстояние .

Шум

Согласно стандартному определению, «любая нежелательная форма энергии, которая имеет тенденцию мешать правильному и легкому приему и воспроизведению полезных сигналов, известна как шум».

Наиболее распространенной формой шума является тепловой шум . Он часто моделируется с использованием аддитивной гауссовой модели. Тепловой шум возникает из-за теплового возбуждения электронов и равномерно распределен по частотному спектру.

Другие формы шума включают в себя —

• Интермодуляционный шум — вызван сигналами, генерируемыми на частотах, которые являются суммами или разностями несущих частот.

• Перекресток — помехи между двумя сигналами.

• Импульсный шум — нерегулярные импульсы высокой энергии, вызванные внешними электромагнитными помехами. Импульсный шум может не оказывать существенного влияния на аналоговые данные. Однако это оказывает заметное влияние на цифровые данные, вызывая пакетные ошибки.

Интермодуляционный шум — вызван сигналами, генерируемыми на частотах, которые являются суммами или разностями несущих частот.

Перекресток — помехи между двумя сигналами.

Импульсный шум — нерегулярные импульсы высокой энергии, вызванные внешними электромагнитными помехами. Импульсный шум может не оказывать существенного влияния на аналоговые данные. Однако это оказывает заметное влияние на цифровые данные, вызывая пакетные ошибки.

Теория антенн — Типы распространения

В этой главе давайте рассмотрим различные интересные темы, такие как свойства радиоволн, распространение радиоволн и их типы.

Радиоволны

Радиоволны легко генерируются и широко используются как для внутренней, так и для наружной связи, поскольку они способны проходить через здания и преодолевать большие расстояния.

Ключевые особенности —

• Поскольку радиопередача носит всенаправленный характер, необходимость в физическом выравнивании передатчика и приемника не возникает.

• Частота радиоволны определяет многие характеристики передачи.

• На низких частотах волны могут легко проходить через препятствия. Тем не менее, их мощность падает с обратной квадратом по отношению к расстоянию.

• Волны более высокой частоты более склонны к поглощению дождевыми каплями, и они отражаются препятствиями.

• Из-за большой дальности передачи радиоволн помехи между передачами являются проблемой, которую необходимо решить.

Поскольку радиопередача носит всенаправленный характер, необходимость в физическом выравнивании передатчика и приемника не возникает.

Частота радиоволны определяет многие характеристики передачи.

На низких частотах волны могут легко проходить через препятствия. Тем не менее, их мощность падает с обратной квадратом по отношению к расстоянию.

Волны более высокой частоты более склонны к поглощению дождевыми каплями, и они отражаются препятствиями.

Из-за большой дальности передачи радиоволн помехи между передачами являются проблемой, которую необходимо решить.

В диапазонах VLF, LF и MF распространение волн, также называемых наземными волнами, следует за кривизной Земли. Максимальные дальности передачи этих волн порядка нескольких сотен километров. Они используются для передач с низкой пропускной способностью, таких как радиовещание с амплитудной модуляцией (AM).

Передачи в диапазоне HF и VHF поглощаются атмосферой вблизи поверхности Земли. Однако часть излучения, называемая небесной волной , излучается наружу и вверх в ионосферу в верхних слоях атмосферы. Ионосфера содержит ионизированные частицы, образовавшиеся под воздействием солнечного излучения. Эти ионизированные частицы отражают небесные волны обратно на Землю. Мощная небесная волна может несколько раз отражаться между Землей и ионосферой. Небесные волны используются любителями радиолюбителей и для военной связи.

Распространение радиоволн

В системах радиосвязи мы используем беспроводные электромагнитные волны в качестве канала. Антенны разных спецификаций могут быть использованы для этих целей. Размеры этих антенн зависят от ширины полосы и частоты передаваемого сигнала.

Способ распространения электромагнитных волн в атмосфере и в свободном пространстве можно разделить на следующие три категории:

• Распространение прямой видимости (LOS)
• Распространение земной волны
• Распространение небесной волны

В полосах частот ELF (чрезвычайно низкая частота) и VLF (очень низкая частота) Земля и ионосфера действуют как волновод для распространения электромагнитных волн.

В этих частотных диапазонах сигналы связи распространяются практически по всему миру. Ширина полосы канала мала. Поэтому информация, передаваемая по этим каналам, имеет низкую скорость и ограничивается цифровой передачей.

Распространение линии зрения (LOS)

Среди способов распространения это распространение в пределах прямой видимости является тем, которое мы обычно замечаем. Как видно из названия, в линии прямой видимости волна проходит минимальное расстояние видимости. Это означает, что он перемещается на расстояние, до которого невооруженным глазом можно видеть. Что происходит после этого? Нам нужно использовать усилитель и передатчик, чтобы усилить сигнал и передать снова.

Это лучше понять с помощью следующей диаграммы.

На рисунке этот способ распространения изображен очень четко. Распространение по линии прямой видимости не будет плавным, если на пути его передачи возникнут какие-либо препятствия. Поскольку в этом режиме сигнал может распространяться только на меньшие расстояния, эта передача используется для инфракрасных или микроволновых передач .

Распространение земной волны

Наземная волна распространяется по контуру земли. Такая волна называется прямой волной . Волна иногда изгибается из-за магнитного поля Земли и отражается от приемника. Такую волну можно назвать отраженной волной .

На рисунке выше показано распространение земной волны. Волна, распространяющаяся в атмосфере Земли, называется земной волной . Прямая волна и отраженная волна вместе подают сигнал на приемную станцию. Когда волна, наконец, достигает приемника, задержки устраняются. Кроме того, сигнал фильтруется, чтобы избежать искажений, и усиливается для четкого вывода.

Распространение небесной волны

Распространение небесной волны является предпочтительным, когда волна должна преодолевать большие расстояния. Здесь волна проецируется на небо и снова отражается обратно на землю.

Распространение небесной волны хорошо показано на рисунке выше. Здесь показано, что волны передаются из одного места и там, где их принимают многие приемники. Следовательно, это пример вещания.

Волны, которые передаются от передающей антенны, отражаются от ионосферы. Он состоит из нескольких слоев заряженных частиц, находящихся на высоте от 30 до 250 миль над поверхностью земли. Такое перемещение волны от передатчика к ионосфере и оттуда к приемнику на Земле известно как распространение небесной волны . Ионосфера — это ионизированный слой вокруг атмосферы Земли, который подходит для распространения небесных волн.

Теория антенн — лоносфера и ее слои

Атмосфера Земли имеет несколько слоев. Эти слои играют важную роль в беспроводной связи. Они в основном делятся на три слоя.

тропосфера

Это слой земли, который лежит прямо над землей. Мы, флора и фауна, живем в этом слое. Здесь происходит распространение земной волны и распространение LOS.

стратосфера

Это тот слой земли, который лежит над тропосферой. Птицы летают в этом регионе. Самолеты путешествуют в этом регионе. Озоновый слой также присутствует в этом регионе. Здесь происходит распространение земной волны и распространение LOS.

ионосфера

Это верхний слой атмосферы Земли, где заметна ионизация. Энергия, излучаемая Солнцем, не только нагревает эту область, но и производит положительные и отрицательные ионы. Поскольку Солнце постоянно излучает ультрафиолетовые лучи, а давление воздуха низкое, этот слой способствует ионизации частиц.

Важность ионосферы

Ионосферный слой является очень важным фактором в фазе распространения волны по следующим причинам:

• Слой ниже ионосферы имеет большее количество частиц воздуха и меньше ультрафиолетового излучения. Из-за этого происходит больше столкновений, и ионизация частиц минимальна и не постоянна.

• Слой над ионосферой имеет очень небольшое количество частиц воздуха, и плотность ионизации также довольно низкая. Следовательно, ионизация не является надлежащей.

• Ионосфера имеет хороший состав ультрафиолетового излучения и среднюю плотность воздуха, что не влияет на ионизацию. Следовательно, этот слой имеет наибольшее влияние на распространение волны неба.

Слой ниже ионосферы имеет большее количество частиц воздуха и меньше ультрафиолетового излучения. Из-за этого происходит больше столкновений, и ионизация частиц минимальна и не постоянна.

Слой над ионосферой имеет очень небольшое количество частиц воздуха, и плотность ионизации также довольно низкая. Следовательно, ионизация не является надлежащей.

Ионосфера имеет хороший состав ультрафиолетового излучения и среднюю плотность воздуха, что не влияет на ионизацию. Следовательно, этот слой имеет наибольшее влияние на распространение волны неба.

В ионосфере есть разные газы с разным давлением. Различные ионизирующие агенты ионизируют их на разной высоте. Поскольку различные уровни ионизации осуществляются на каждом уровне с разными газами, в ионосфере образуется несколько слоев с разными свойствами.

Слои ионосферы могут быть изучены на следующем рисунке.

Количество слоев, их высота, количество изогнутых небесных волн будет варьироваться изо дня в день, из месяца в месяц и из года в год. Для каждого такого слоя существует частота, выше которой, если волна направляется вверх вертикально, она проникает через слой.

Функция этих слоев зависит от времени суток, т. Е. Дневного и ночного времени. Есть три основных слоя — E, F1 и F2 в дневное время. Есть еще один слой под названием D layer, который лежит ниже E layer. Этот слой находится на 50-90 км над тропосферой.

На следующем рисунке изображены слои, присутствующие как в дневное, так и в ночное время в земной атмосфере.

Этот слой D отвечает за дневное затухание ВЧ волн. В ночное время этот слой D почти исчезает, и слои F1 и F2 объединяются вместе, образуя слой F. Следовательно, в ночное время присутствуют только два слоя E и F.

Теория антенн — Термины в распространении волн

В процессе распространения волны есть несколько терминов, с которыми мы сталкиваемся довольно часто. Давайте поговорим об этих условиях один за другим.

Виртуальная высота

Когда волна преломляется, она наклоняется постепенно, но не резко. Однако путь падающей волны и отраженной волны одинаков, если он отражается от поверхности, расположенной на большей высоте этого слоя. Такая большая высота называется виртуальной высотой.

На рисунке четко различаются виртуальная высота (высота волны, которая должна быть отражена) и фактическая высота (преломленная высота). Если виртуальная высота известна, можно определить угол падения.

Критическая Частота

Критическая частота для слоя определяет наивысшую частоту, которая будет возвращена на землю этим слоем после того, как передатчик передал ее прямо в небо.

Скорость ионизации плотности, когда изменено равномерно через слои, волна будет изгибаться вниз. Максимальная частота, которая изгибается и достигает приемной станции с минимальным затуханием, может быть названа критической частотой . Это обозначается через f _c .

Multi-путь

Для частот выше 30 МГц распространение небесной волны существует. Сигнал многолучевого распространения является распространенной проблемой для распространения электромагнитных волн, проходящих через небесную волну. Волна, которая отражается от ионосферы, может называться прыжком или пропуском . Для сигнала может быть несколько скачков, поскольку он может многократно перемещаться назад и вперед от ионосферы и земной поверхности. Такое движение сигнала можно назвать многолучевым .

На приведенном выше рисунке показан пример многолучевого распространения. Многолучевое распространение — это термин, который описывает несколько путей, по которым сигнал проходит до места назначения. Эти пути включают в себя ряд прыжков. Пути могут быть результатом отражения, преломления или даже дифракции. Наконец, когда сигнал с таких разных трактов попадает в приемник, он несет задержку распространения, дополнительный шум, разности фаз и т. Д., Которые снижают качество полученного выхода.

замирание

Снижение качества сигнала можно назвать замиранием . Это происходит из-за атмосферных эффектов или отражений из-за многолучевого распространения.

Затухание относится к изменению силы сигнала относительно времени / расстояния. Это широко распространено в беспроводных передачах. Наиболее распространенными причинами замирания в беспроводной среде являются многолучевое распространение и мобильность (как объектов, так и устройств связи).

Пропустить Расстояние

Измеряемое расстояние на поверхности Земли от передатчика до приемника, где отраженный от ионосферы сигнал может достигать приемника с минимальными скачками или пропусками, называется расстоянием пропуска .

Максимальная используемая частота (MUF)

Максимальная используемая частота (MUF) — это максимальная частота, передаваемая передатчиком, независимо от мощности передатчика. Самая высокая частота, которая отражается от ионосферы к приемнику, называется критической частотой, fc .

$$MUF = \ frac {Критическая \ частота} {\ cos \ theta} = f_ {c} \ sec \ theta$$

Оптимальная рабочая частота (OWF)

Частота, которая используется в основном для конкретной передачи и которая, как прогнозировалось, будет использоваться в течение определенного периода времени на трассе, называется оптимальной рабочей частотой (OWF) .

Интерсимволы

Межсимвольные помехи (ISI) чаще встречаются в системе связи. Это также является основной причиной многолучевого распространения сигнала. Когда сигналы поступают на приемные станции по разным путям распространения, они компенсируют друг друга, что известно как явление затухания сигнала . Здесь следует помнить, что сигналы подавляются сами по себе векторным способом.

Глубина кожи

Электромагнитные волны не подходят для распространения под водой. Однако они могут распространяться под водой, если мы сделаем частоту распространения чрезвычайно низкой. Затухание электромагнитных волн под водой выражается через глубину кожи. Глубина кожи определяется как расстояние, на котором сигнал ослабляется на 1 / e. Это мера глубины, на которую может проникнуть электромагнитная волна. Глубина кожи представлена ​​как δ (дельта).

Распространение протока

На высоте около 50 м от тропосферы существует явление; температура увеличивается с высотой. В этой области тропосферы более высокие частоты или микроволновые частоты имеют тенденцию преломляться обратно в атмосферу Земли, вместо того, чтобы стрелять в ионосферу, чтобы отражаться. Эти волны распространяются вокруг кривизны Земли даже на расстояние до 1000 км.

Это преломление продолжается в этой области тропосферы. Это можно назвать супер рефракцией или распространением в воздуховоде .

На изображении выше показан процесс распространения воздуховода . Основным требованием для формирования воздуховода является температурная инверсия. Увеличение температуры с высотой, а не снижение температуры, известно как явление температурной инверсии.

Мы обсудили важные параметры, с которыми мы сталкиваемся при распространении волн. Волны более высоких частот передаются и принимаются с использованием этой техники распространения волн.