1. Уводзіны ў антэны
Антэна - гэта пераходная структура паміж вольнай прасторай і лініяй перадачы, як паказана на малюнку 1. Лінія перадачы можа быць у выглядзе кааксіяльнай лініі або полай трубкі (хвалявода), якая выкарыстоўваецца для перадачы электрамагнітнай энергіі ад крыніцы да антэны або ад антэны да прымача. Першы з'яўляецца перадаючай антэнай, а другі - прыёмнай.
Малюнак 1 Шлях перадачы электрамагнітнай энергіі (крыніца-лінія перадачы-прастора без антэны)
Перадача антэннай сістэмы ў рэжыме перадачы на малюнку 1 прадстаўлена эквівалентам Тэвенена, як паказана на малюнку 2, дзе крыніца прадстаўлена ідэальным генератарам сігналу, лінія перадачы прадстаўлена лініяй з характэрным супрацівам Zc і антэна прадстаўлена нагрузкай ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Супраціў нагрузкі RL уяўляе сабой страты праводнасці і дыэлектрычныя страты, звязаныя са структурай антэны, у той час як Rr уяўляе радыяцыйны супраціў антэны, а рэактыўнае супраціўленне XA выкарыстоўваецца для прадстаўлення ўяўнай часткі імпедансу, звязанага з выпраменьваннем антэны. У ідэальных умовах уся энергія, якая выпрацоўваецца крыніцай сігналу, павінна быць перададзена ў радыяцыйны супраціў Rr, які выкарыстоўваецца для адлюстравання здольнасці выпраменьвання антэны. Аднак у практычных прымяненнях існуюць страты ў дыэлектрыку ў правадніку, абумоўленыя характарыстыкамі лініі перадачы і антэны, а таксама страты, выкліканыя адлюстраваннем (неадпаведнасцю) паміж лініяй перадачы і антэнай. Улічваючы ўнутраны імпеданс крыніцы і ігнаруючы страты на лініі перадачы і адлюстраванне (неадпаведнасць), максімальная магутнасць забяспечваецца для антэны пры спалучаным узгадненні.
Малюнак 2
З-за неадпаведнасці паміж лініяй перадачы і антэнай, адлюстраваная хваля ад інтэрфейсу накладваецца на хвалю, якая падае ад крыніцы да антэны, утвараючы стаячую хвалю, якая адлюстроўвае канцэнтрацыю і назапашванне энергіі і з'яўляецца тыповай рэзананснай прыладай. Тыповая карціна стаячай хвалі паказана пункцірнай лініяй на малюнку 2. Калі антэнная сістэма не спраектавана належным чынам, лінія перадачы можа выступаць у значнай ступені як элемент захоўвання энергіі, а не як хвалявод і прылада перадачы энергіі.
Страты, выкліканыя лініяй перадачы, антэнай і стаячымі хвалямі, непажаданыя. Страты ў лініі можна звесці да мінімуму, выбраўшы лініі перадачы з нізкімі стратамі, у той час як страты ў антэне можна паменшыць, паменшыўшы супраціўленне страт, прадстаўленае RL на малюнку 2. Стаячыя хвалі можна паменшыць, а назапашванне энергіі ў лініі можна звесці да мінімуму, супаставіўшы імпеданс антэна (нагрузка) з характарыстыкай імпедансу лініі.
У бесправадных сістэмах, у дадатак да прыёму або перадачы энергіі, антэны звычайна патрабуюцца для ўзмацнення выпраменьванай энергіі ў пэўных напрамках і падаўлення выпраменьванай энергіі ў іншых напрамках. Такім чынам, акрамя прылад выяўлення, антэны таксама павінны выкарыстоўвацца ў якасці накіраваных прылад. Антэны могуць быць розных формаў для задавальнення канкрэтных патрэб. Гэта можа быць провад, дыяфрагма, накладка, зборка элементаў (машына), адбівальнік, лінза і інш.
У сістэмах бесправадной сувязі антэны з'яўляюцца адным з найбольш важных кампанентаў. Добрая канструкцыя антэны можа знізіць патрабаванні да сістэмы і палепшыць агульную прадукцыйнасць сістэмы. Класічным прыкладам з'яўляецца тэлебачанне, дзе прыём трансляцыі можа быць палепшаны выкарыстаннем высокапрадукцыйных антэн. Антэны для сістэм сувязі - тое ж самае, што вочы для чалавека.
2. Класіфікацыя антэн
1. Драцяная антэна
Драцяныя антэны з'яўляюцца адным з найбольш распаўсюджаных тыпаў антэн, таму што яны сустракаюцца амаль усюды - аўтамабілі, будынкі, караблі, самалёты, касмічныя караблі і г. д. Існуюць розныя формы драцяных антэн, напрыклад, прамыя (дыпольныя), петлёвыя, спіральныя, як паказана на малюнку 3. Рамкавыя антэны не толькі павінны быць круглымі. Яны могуць быць прастакутнымі, квадратнымі, авальнымі або любой іншай формы. Круглая антэна з'яўляецца найбольш распаўсюджанай з-за сваёй простай структуры.
Малюнак 3
2. Апертурныя антэны
Апертурныя антэны адыгрываюць большую ролю ў сувязі з ростам попыту на больш складаныя формы антэн і выкарыстаннем больш высокіх частот. Некаторыя формы апертурных антэн (пірамідальныя, канічныя і прамавугольныя рупорныя антэны) паказаны на малюнку 4. Гэты тып антэн вельмі карысны для прымянення ў самалётах і касмічных караблях, таму што іх можна вельмі зручна ўсталяваць на вонкавым корпусе самалёта або касмічнага карабля. Акрамя таго, яны могуць быць пакрытыя пластом дыэлектрычнага матэрыялу, каб абараніць іх ад шкодных умоў навакольнага асяроддзя.
Малюнак 4
3. Мікрапалоскавая антэна
Мікрапалоскавыя антэны сталі вельмі папулярнымі ў 1970-я гады, галоўным чынам для спадарожнікавых прыкладанняў. Антэна складаецца з дыэлектрычнай падкладкі і металічнай накладкі. Металічная накладка можа мець розныя формы, і прамавугольная накладная антэна, паказаная на малюнку 5, з'яўляецца найбольш распаўсюджанай. Мікрапалоскавыя антэны маюць нізкі профіль, падыходзяць для плоскіх і неплоскіх паверхняў, простыя і недарагія ў вытворчасці, валодаюць высокай трываласцю пры мантажы на цвёрдых паверхнях і сумяшчальныя з канструкцыямі MMIC. Яны могуць быць устаноўлены на паверхні самалётаў, касмічных караблёў, спадарожнікаў, ракет, аўтамабіляў і нават мабільных прылад і могуць быць канформна распрацаваны.
Малюнак 5
4. Антэнная рашотка
Характарыстыкі выпраменьвання, неабходныя для многіх прыкладанняў, могуць быць недасягнутыя адным элементам антэны. Антэнныя рашоткі могуць ствараць выпраменьванне ад элементаў, сінтэзаваных для атрымання максімальнага выпраменьвання ў адным або некалькіх пэўных кірунках, тыповы прыклад паказаны на малюнку 6.
Малюнак 6
5. Рэфлектарная антэна
Поспех асваення космасу таксама прывёў да хуткага развіцця тэорыі антэн. З-за неабходнасці сувязі на звышдалёкіх адлегласцях для перадачы і прыёму сігналаў на мільёны міль неабходна выкарыстоўваць антэны з надзвычай высокім узмацненнем. У гэтым дадатку звычайнай формай антэны з'яўляецца парабалічная антэна, паказаная на малюнку 7. Гэты тып антэны мае дыяметр 305 метраў або больш, і такі вялікі памер неабходны для дасягнення высокага каэфіцыента ўзмацнення, неабходнага для перадачы або прыёму сігналаў мільёнаў міль. Іншая форма адбівальніка - кутні адбівальнік, як паказана на малюнку 7 (с).
Малюнак 7
6. Лінзавыя антэны
Лінзы ў асноўным выкарыстоўваюцца для калімацыі падаючай рассеянай энергіі, каб прадухіліць яе распаўсюджванне ў непажаданых кірунках выпраменьвання. Адпаведна змяніўшы геаметрыю лінзы і выбраўшы правільны матэрыял, яны могуць пераўтварыць розныя формы разбежнай энергіі ў плоскія хвалі. Іх можна выкарыстоўваць у большасці прыкладанняў, такіх як парабалічныя рэфлекторныя антэны, асабліва на больш высокіх частотах, і іх памер і вага становяцца вельмі вялікімі на больш нізкіх частотах. Лінзавыя антэны класіфікуюцца ў залежнасці ад матэрыялаў іх канструкцыі або геаметрычных формаў, некаторыя з якіх паказаны на малюнку 8.
Малюнак 8
Каб даведацца больш пра антэны, наведайце:
Час публікацыі: 19 ліпеня 2024 г
