Vysielacie antény: Typy, zariadenia a špecifikácie

Anténa je zariadenie, ktoré slúži ako prepojenie medzi elektrickým obvodom a priestorom určeným na prenos a príjem elektromagnetických vĺn v určitom frekvenčnom rozsahu podľa vlastnej veľkosti a tvaru. Vyrobené z kovu, hlavne z medi alebo hliníka, vysielacie antény dokážu premeniť elektrický prúd na elektromagnetické žiarenie a naopak. Každé bezdrôtové zariadenie obsahuje aspoň jednu anténu.

Rádiové vlny bezdrôtovej siete

Ak je potrebná bezdrôtová komunikácia, je potrebná anténa. Má schopnosť odosielať alebo prijímať elektromagnetické vlny na komunikáciu, kde nie je možné inštalovať vedúci systém.


Anténa je kľúčovým prvkom tejto bezdrôtovej technológie. Rádiové vlny sa ľahko vytvárajú a používajú sa tak pre internú, ako aj pre vonkajšiu komunikáciu, pretože sú schopné prechádzať sa budovami a cestovať na dlhé vzdialenosti. Kľúčové vlastnosti prenosových antén:
  • Keďže rozhlasové vysielanie je všesmerové, potreba fyzickej koordinácie medzi vysielačom a prijímačom sa nevyžaduje.
  • Frekvencia rádiových vĺn určuje mnoho charakteristík prenosu.
  • Pri nízkych frekvenciách môžu vlny ľahko prejsť prekážkami. Avšak ich výkon klesá s recipročnou štvorcovou vzdialenosťou.
  • Vyššie vlnové dĺžky sú náchylnejšie k absorpcii a odrážajú sa na prekážkach. Z dôvodu dlhého rozsahu rádiových vĺnZásah medzi prevodmi je problém.
  • V oblastiach VLF, LF a MF šírenie vlny, nazývané aj povrchové vlny, sleduje zakrivenie Zeme.
  • Maximálna šírka pásma týchto vln je približne niekoľko stoviek kilometrov.
  • Vysielacie antény sa používajú na aplikácie s nízkou šírkou pásma, ako je amplitúdová modulácia (AM).
  • Prenosy série HF a VHF sú absorbované atmosférou nachádzajúcou sa v blízkosti zemského povrchu. Časť žiarenia, ktorá sa nazýva vlna oblohy, však prechádza smerom von a hore do ionosféry v hornej atmosfére. Ionosféra obsahuje ionizované častice tvorené slnečným žiarením. Tieto ionizované častice odrážajú vlny oblohy späť na Zem.

    Rozmnožovanie vlny

  • Rozdelenie priamej viditeľnosti. Spomedzi všetkých metód šírenia sa najčastejšie vyskytuje. Vlna sa pohybuje na minimálnu vzdialenosť, ktorú možno vidieť voľným okom. Ďalej musíte použiť zosilňovač vysielača na zväčšenie signálu a jeho opätovné vysielanie. Takéto rozdelenie nebude hladké, ak by existovala nejaká prekážka v jeho prenosovej ceste. Tento prenos sa používa na infračervené alebo mikrovlnné vysielanie.
  • Rozširovanie zemskej vlny z vysielaciej antény. Rozširovanie vlny na zem sa vyskytuje pozdĺž obrysu Zeme. Takáto vlna sa nazýva priama vlna. Vlna sa niekedy ohýba magnetickým poľom Zeme a vstupuje do prijímača. Takúto vlnu možno nazvať odrazenou vlnou.
  • Vlna šíriaca sa cez zematmosféra známa ako pozemská. Priama a odrazená vlnová vlna spoločne vysiela signál do prijímacej stanice. Keď vlna dosiahne prijímač, oneskorenie sa zastaví. Okrem toho je signál filtrovaný, aby sa zabránilo skresleniu a získanie jasného záveru. Vlny sa prenášajú z jedného miesta a sú prijímané mnohými vysielacími anténami.
  • Koordinačný systém merania antény

    Vzhľadom na plochý model bude používateľ konfrontovaný s azimutom roviny a výškou roviny vzoru. Termín azimut sa zvyčajne vyskytuje vo vzťahu k "horizontu" alebo "horizontálne", zatiaľ čo termín "výška" je zvyčajne označovaný ako "vertikálny". Na obrázku má xy rovina azimutálnu rovinu.


    Diagram azimutálnej roviny sa meria, keď sa meranie uskutočňuje posunutím celej roviny xy okolo prijímajúcej vysielajúcej antény, ktorá sa má testovať. Rovina elevacie je rovina kolmá na rovinu x, napríklad rovinu yz. Rovina kopca prechádza okolo celej roviny yz okolo testovanej antény. Vzorky (azimuty a výškové grafy) sa často zobrazujú ako grafy v polárnych súradniciach. To dáva používateľovi možnosť ľahko si predstaviť, ako anténa vyžaruje vo všetkých smeroch, ako keby bola už "namierená" alebo namontovaná. Niekedy je užitočné nakresliť smerové diagramy v kartézskych súradniciach, najmä ak sú v šablónach niekoľko bočných okvetných lístkov a kde sú dôležité úrovne bočných okvetných lístkov.

    Kľúčové vlastnosti komunikácie

    Hlavnými komponentmi sú antényakéhokoľvek elektrického obvodu, pretože poskytujú prepojenie medzi vysielačom a voľným priestorom alebo medzi voľným priestorom a prijímačom. Predtým, ako budete hovoriť o typoch antén, potrebujete poznať ich vlastnosti. Anténové pole - systematické rozmiestnenie antén, ktoré spolupracujú. Jednotlivé antény v poli majú zvyčajne rovnaký typ a nachádzajú sa v tesnej blízkosti v pevnej vzdialenosti od seba. Pole umožňuje zvýšenie smeru, ovládanie hlavných lúčov žiarenia a bočných lúčov. Všetky antény sa vyznačujú pasívnym faktorom zisku. Pasívny zisk sa meria hodnotou dBi, ktorá súvisí s teoretickou izotropickou anténou. Predpokladá sa, že prenáša energiu rovnomerne vo všetkých smeroch, ale v prírode neexistuje. Zisk ideálnej polovodičovej dipólovej antény je 215 dB.
    EIRP alebo ekvivalentný izotropný vyžiarený výkon vysielaciej antény je mierou maximálneho výkonu, ktorý teoretická izotropická anténa vyžaruje v smere maximálneho zisku. EIRP zohľadňuje straty z elektrických vedení a konektorov a zahŕňa skutočný zisk. Funkcia EIRP vám umožňuje vypočítať skutočné hodnoty výkonu a intenzity poľa, ak je známy skutočný zisk a výstupný výkon vysielača.

    Zosilnenie antény v smere

    Definuje sa ako pomer zosilnenia výkonu v danom smere k zvýšeniu výkonovej antény v tom istom smere. Bežnou praxou je použitieizotropného žiariča ako referenčnej antény. V takomto prípade bude izotropný žiarič bez strát, vydáva svoju energiu rovnomerne vo všetkých smeroch. To znamená, že prírastok izotropného žiariča sa rovná G = 1 (alebo 0 DB). Zvyčajne je obvyklé používať blok dBi (decibelov vzhľadom na izotropný žiarič) na zosilnenie vo vzťahu k izotropnému žiariči.

    Zisk, vyjadrený v dBi, sa vypočíta pomocou tohto vzorca: GdBi = 10 * Log (GN-numerické /GIsotropické) = 10 * Log (GNumeric).
    Niekedy sa ako meradlo používa teoretický dipól, takže jednotka dBd (decibelov vzhľadom na dipól) sa použije na opis zisku vo vzťahu k dipólu. Tento blok sa zvyčajne používa, keď ide o zosilnenie všesmerových antén s vyšším ziskom. V tomto prípade je ich zisk vyšší o 22 dB. Preto ak má anténa zisk 3 dB, celkový zisk bude 52 dB.

    Šírka zväzku 3 dB

    Takáto šírka lúča (alebo polovičná šírka lúča) antény sa zvyčajne určuje pre každú z hlavných rovin. Šírka zväzku 3 dB v každej rovine je definovaná ako uhol medzi bodmi hlavného okvetného plátna, ktorý je znížený z maximálneho nárastu o 3 dB. Šírka zväzku 3 DB - uhol medzi dvoma modrými čiarami na polárnej ploche. V tomto príklade je šírka zväzku 3 dB v tejto rovine asi 37 stupňov. Antény so širokým lúčom svetla majú zvyčajne nízky zisk a antény s úzkymi šírkami lúčavyšší zisk.
    Anténa, ktorá usmerňuje väčšinu svojej energie v úzkom lúči, prinajmenšom v jednej rovine, bude mať vyšší zisk. Pomer "dopredu-dozadu" (F /B) sa používa ako indikátor preferencie, ktorá sa pokúša opísať úroveň žiarenia zo zadnej strany smerovej antény. V zásade je pomer "dozadu a dopredu" pomerom maximálneho nárastu v smere dopredu k nárastu o 180 stupňov za vrcholom. Samozrejme, v stupnici DB pomer "dopredu a dozadu" je jednoducho rozdiel medzi vrcholovým ziskom v smere dopredu a faktorom zosilnenia 180 stupňov za vrcholom.

    Klasifikácia antén

    Existuje mnoho typov antén pre rôzne aplikácie, ako sú komunikácie, radar, meranie, simulácia elektromagnetického impulzu (EMP), elektromagnetickej kompatibility (EMC), a tak ďalej. D. Niektoré z nich sú určené pre prácu v úzkych pásmach v zatiaľ čo iné sú určené pre radiačné /prijímacie prechodové impulzy. Charakteristika prenosových antén:
  • Fyzická štruktúra antény.
  • Frekvenčné pásma.
  • Režim aplikácie.
  • Nižšie sú uvedené typy antén podľa fyzickej štruktúry:
  • drôtové;
  • otvor;
  • odrážajú;
  • ​​
  • objektív antény;
  • mikropáskové antény;
  • masívne antény.
  • V nasledujúcom sú typy vysielacích antén na základe frekvencie práce:
  • , veľmi nízke frekvencie (VLF).
  • Nízka frekvencia (LF).
  • Priemerná frekvencia(MF).
  • Vysoká frekvencia (HF).
  • Veľmi vysoká frekvencia (VHF).
  • Vysokofrekvenčná frekvencia (UHF).
  • Super vysoká frekvencia (SHF).
  • Mikrovlnná vlna.
  • Rádiové vlny.
  • Nižšie sú vysielacie a prijímacie antény podľa aplikačných režimov:
  • Komunikácia z bodu do bodu.
  • Rečové programy.
  • Radarová komunikácia.
  • Satelitná komunikácia.
  • Konštrukčné vlastnosti

    Vysielacie antény vytvárajú emisie rádiových frekvencií, ktoré sa šíria vo vesmíre. Prijímacie antény vykonávajú reverzný proces: prijímajú rádiové frekvenčné žiarenie a konvertujú ich na potrebné signály, napríklad zvuk, obrázky v televíznych vysielacích anténach a mobilných telefónoch. Najjednoduchší typ antény pozostáva z dvoch kovových tyčí a je známy ako dipól. Jedným z najbežnejších typov je monopólová anténa pozostávajúca z tyče umiestnenej vertikálne na veľkú kovovú dosku, ktorá slúži ako uzemnená rovina. Inštalácia na vozidlách je zvyčajne monopolom a kovová strecha vozidla slúži ako uzemnenie. Vysielací anténny prístroj, jeho tvar a veľkosť určujú prevádzkovú frekvenciu a iné charakteristiky žiarenia. Jedným z dôležitých vlastností antény je jej orientácia. V spojení medzi dvoma pevnými cieľmi, ako v spojení medzi dvoma pevnými prenosovými stanicami alebo v radarových aplikáciách, je potrebná anténa na priame vysielanie prenosovej energie do prijímača. Naopak, kedyvysielač alebo prijímač nie je stacionárny, ako bunkové spojenie je potrebný nesmerový systém. V takýchto prípadoch je potrebná všesmerová anténa, ktorá rovnomerne prijíma všetky frekvencie vo všetkých smeroch horizontálnej roviny a vo vertikálnej rovine je žiarenie nerovnomerné a veľmi malé, rovnako ako vysielač vysielacej antény.

    Vysielacie a prijímacie zdroje

    Vysielač - hlavný zdroj rádiofrekvenčného žiarenia. Tento typ sa skladá z vodiča, ktorého intenzita kolísá v priebehu času a premieňa ho na rádiofrekvenčné žiarenie propagujúce v priestore. Prijímacia anténa - zariadenie na príjem rádiových frekvencií (RF). Vykonáva spätný prenos, vykonáva vysielač, prijíma rádiové frekvenčné žiarenie, premieňa ho na elektrické prúdy v elektrickom obvode antény. Televízne a vysielacie stanice používajú vysielacie antény na vysielanie určitých typov signálov, ktoré sa šíria vzduchom. Tieto signály sú detegované prijímacími anténami, ktoré ich konvertujú na signály a prijímajú ich príslušným zariadením, napríklad televízorom, rádiom, telefónom. Rádiové prijímanie a prijímanie televíznych antén sú určené výlučne na príjem rádiofrekvenčného žiarenia a neprodukujú rádiové rádiové žiarenie. Mobilné zariadenia, ako napríklad základňové stanice, opakovače a mobilné telefóny, sú vybavené vysielačmi a prijímačmi určenými na vysielanie a vysielanie, ktoré vyžarujú rádiové frekvenčné žiarenie a poskytujú bunkové sieteSúlad s technológiou komunikačných sietí. Rozdiel medzi analógovou a digitálnou anténou:
  • Analógová anténa má premenlivý zisk a pracuje v rozsahu 50 km pre DVB-T. Čím viac je používateľ zo zdroja signálu, tým horší je signál.
  • Prijímanie digitálnej televízie - používateľ dostane dobrý obrázok alebo obrázok vôbec. Ak je vzdialený od zdroja signálu, nedostane žiadny obraz.
  • Digitálna anténa pre prenos má vstavané filtre na zníženie hluku a zlepšenie kvality obrazu.
  • Analógový signál sa prenáša priamo do televízora, zatiaľ čo digitálny signál musí byť najskôr dekódovaný. To vám umožní opraviť chyby a dáta sú kompresie signálu pre viac funkcií, sú dodatočné kanály, EPG, Pay TV, interaktívnych hier a tak ďalej. D.
  • dipól vysielača

    dipól je najbežnejší typ všesmerový a šíriť energiu rádiovej frekvencie (RF) o 360 stupňov v horizontálnej rovine. Tieto zariadenia sú navrhnuté tak, aby boli rezonančné s polovičnou alebo štvrtinou vlnovej dĺžky aplikovanej frekvencie. Môže byť tak jednoduchý ako dva kusy drôtu, požadovaná dĺžka alebo môže byť zapuzdrený. Dipól sa používa v mnohých podnikových sieťach, malých kanceláriách a na domáce použitie (SOHO). Má typickú impedanciu, ktorá umožňuje jej prepojenie s vysielačom na prenos maximálneho výkonu. Ak sa anténa a vysielač nezhodujú, prenosová linka bude mať zhoršeniesignál alebo dokonca poškodiť vysielač.

    smerujúci ostrenie

    Smerové antény zamerať vyžarovaný výkon do úzkych zväzkov, ktoré poskytujú významné úspory v procese. Jeho vlastnosti sú tiež recipročné. Charakteristiky vysielajúcej antény, ako napríklad impedancia a zosilnenie, sú tiež použiteľné na prijímacej anténe. Preto môže byť rovnaká anténa použitá ako na vysielanie, tak na príjem signálu. Zosilnenie vysoko smerovej parabolickej antény slúži na zosilnenie slabého signálu. To je jeden z dôvodov, prečo sa často používajú na komunikáciu na veľké vzdialenosti. Zvyčajne používaná smerová anténa je zoskupenie Yagi-Uda, nazývané Yagi. To bolo vynájdené Shintaro Uda a jeho kolegovia Hydetsuhu Yagi v roku 1926. Yagi-anténa používa niekoľko prvkov na vytvorenie riadeného poľa. Riadený prvok, typicky dipól, dodáva vysokofrekvenčnú energiu prvky, umiestnené bezprostredne pred a ovládateľné prvky, znovu vyžarovať vysokofrekvenčné energiu na javisku a mimo fázu, posilňovanie a spomaľuje signál, v tomto poradí. Tieto prvky sa nazývajú parazitické prvky. Prvok pre otrokov volal reflektora, a prvky, ktoré majú podriadené zariadenie zvané režisérov. Yagi šírka zväzku antény sú v rozmedzí 30 až 80 stupňov a môže predstavovať viac ako 10 dBi pasívne zosilnenie.
    Parabolická anténa je najznámejší typ smerovej antény. Parabola - symetrické krivky a parabolický reflektor - povrch, ktorý opisuje krivku na360-stupňová rotačná doska. Parabolické antény sa používajú na diaľkovú komunikáciu medzi budovami alebo veľkými geografickými oblasťami.

    Polosmerné sekčné žiariče

    Náplasťová anténa je polovodičový žiarič, ktorý používa plochý kovový pás umiestnený nad zemou. Žiarenie zo zadnej strany antény sa účinne odreže od základnej roviny a smerom dopredu smeruje smerom dopredu. Tento typ antény je tiež známy ako mikropásková anténa. Obvykle je obdĺžnikový a umiestnený do plastového puzdra. Tento typ antény môže byť vyrobený pomocou štandardných metód PCB. Náplasťová anténa môže mať šírku lúča 30 až 180 stupňov a typický zisk 9 dB. Sekčné antény sú iným typom polovodičovej antény. Sektorové antény poskytujú schému radiačných vzoriek a sú zvyčajne inštalované v poli. Šírka lúča pre sektorovú anténu sa môže pohybovať od 60 do 180 stupňov, s typickými 120 stupňami. V rozdelenom poli sú antény tesne navzájom spojené a poskytujú plné pokrytie o 360 stupňov.

    Výroba antény Yagi-Udi

    V posledných desaťročiach bola anténa Yagi-Uda viditeľná takmer vo všetkých budovách.
    Je zrejmé, že existuje veľa riaditeľov na zlepšenie smeru antény. Podávač je valcovaný dipól. Reflektor je dlhý prvok, ktorý je na konci konštrukcie. Nasledujúce špecifikácie musia byť použité pre túto anténu.

    Prvok



    Špecifikácie



    Dĺžka riadený prvok



    , 0458? do 05?



    Dĺžka reflektor



    , 055? - 058?



    Trvanie riaditeľ 1



    045?



    Dĺžka riaditeľ 2



    , 040?



    Životnosť režiséra 3



    , 035?



    Interval medzi rady



    , 0,2?



    reflektora pre vzdialenosť medzi dipóly



    , 035?



    , Vzdialenosť medzi dipóly a riaditeľ



    , 0125?

    Výhody antény Yagi-Uda:
  • Vysoký zisk.
  • Vysoká orientácia.
  • Jednoduchosť a služba.
  • Zníži sa menej energie.
  • Širší rozsah frekvencií.
  • Ďalej sú nevýhody antén Yagi-Uda:
  • , citlivosť na hlukom.
  • náchylné k atmosférickým účinkom.
  • Ak sa budete držať vyššie uvedené požiadavky, môžeme navrhnúť anténu Yagi-Uda. Smerový obraz antény je veľmi účinný, ako je znázornené na obrázku. Malé lístkov potlačený, a prevažná časť väčšieho zamerania pridaním režisérmi k anténe.

    Súvisiace publikácie