Что такое антенно-фидерные устройства. Для чего они используются в радиотехнике. Из каких основных компонентов состоят антенно-фидерные тракты. Как работают различные типы антенн и фидеров.
Назначение и функции антенно-фидерных устройств
Антенно-фидерные устройства (АФУ) играют ключевую роль в работе современных радиотехнических систем. Их основное назначение заключается в следующем:
- Передача сигналов в системах радиосвязи, радиовещания, телевидения и других радиотехнических комплексах
- Преобразование энергии электромагнитных колебаний в энергию свободно распространяющихся в пространстве радиоволн (в режиме передачи)
- Преобразование энергии принимаемых радиоволн в энергию электромагнитных колебаний для подачи на вход приемника (в режиме приема)
- Обеспечение необходимой пространственной направленности излучения и приема радиоволн
Таким образом, антенно-фидерные устройства являются связующим звеном между радиопередающей/приемной аппаратурой и свободным пространством, в котором распространяются радиоволны.
Основные компоненты антенно-фидерных трактов
В состав типичного антенно-фидерного тракта входят следующие ключевые элементы:
- Антенна — устройство для излучения или приема радиоволн
- Фидер — линия передачи энергии от передатчика к антенне или от антенны к приемнику
- Согласующие устройства — для согласования входного сопротивления антенны с волновым сопротивлением фидера
- Антенные коммутаторы и переключатели — для подключения нескольких антенн к одному приемопередатчику
- Делители и сумматоры мощности — для разделения или объединения сигналов нескольких антенн
- Диплексеры и мультиплексоры — для разделения сигналов разных диапазонов частот
Конкретный состав АФУ зависит от назначения системы, диапазона частот, требуемых характеристик и других факторов.
Виды и принцип работы антенн
Антенна является ключевым элементом АФУ, обеспечивающим преобразование энергии электромагнитных колебаний в энергию радиоволн и обратно. Существует множество типов антенн, различающихся по конструкции и принципу действия:
Вибраторные антенны
Работают по принципу возбуждения колебаний электрических зарядов в проводниках. Простейшим примером является полуволновой вибратор — проводник длиной λ/2, где λ — длина волны. При подаче на вибратор высокочастотного напряжения в нем возникают колебания тока, приводящие к излучению электромагнитных волн.
Апертурные антенны
Используют принцип излучения электромагнитных волн через некоторую поверхность — апертуру. К ним относятся рупорные, зеркальные, линзовые антенны. Например, в параболической зеркальной антенне излучатель располагается в фокусе параболического рефлектора, формирующего узконаправленный луч.
Антенные решетки
Состоят из множества отдельных излучающих элементов, сигналы которых складываются в пространстве. Позволяют формировать сложные диаграммы направленности и управлять ими электрическим способом. Широко применяются в современных радиолокационных и связных системах.
Фидеры и линии передачи в антенно-фидерных устройствах
Фидер обеспечивает передачу высокочастотной энергии между антенной и приемопередающей аппаратурой с минимальными потерями. Наиболее распространенные типы фидеров:
- Коаксиальные кабели — состоят из центрального проводника, диэлектрика и внешнего проводника-экрана. Обеспечивают хорошее экранирование, малые потери, широкую полосу частот.
- Волноводы — полые металлические трубы различного сечения. Применяются на СВЧ, обладают малыми потерями и высокой допустимой мощностью.
- Симметричные двухпроводные линии — два параллельных провода. Просты в изготовлении, но имеют большие потери излучения.
Выбор типа фидера зависит от частотного диапазона, мощности передатчика, допустимых потерь и других факторов.
Согласование элементов антенно-фидерного тракта
Для эффективной передачи энергии необходимо согласование входного сопротивления антенны с волновым сопротивлением фидера. При рассогласовании возникают отражения сигнала, приводящие к потерям мощности.
Методы согласования:
- Четвертьволновые трансформаторы
- Широкополосные согласующие устройства
- Коаксиальные согласующие элементы
- Шлейфные согласователи
Правильное согласование позволяет минимизировать потери в тракте и обеспечить максимальную эффективность антенной системы.
Характеристики и параметры антенно-фидерных устройств
Основные характеристики АФУ, определяющие их эффективность:
- Коэффициент усиления антенны — отношение мощности излучения в заданном направлении к мощности изотропного излучателя
- Диаграмма направленности — зависимость интенсивности излучения от направления в пространстве
- Входное сопротивление антенны
- Коэффициент стоячей волны (КСВ) в фидере — характеризует степень согласования
- Поляризация излучения
- Полоса рабочих частот
- Коэффициент полезного действия АФУ
Данные параметры учитываются при проектировании антенно-фидерных устройств для конкретных радиотехнических систем.
Применение антенно-фидерных устройств
Антенно-фидерные устройства широко используются в различных областях радиотехники:
- Системы радиосвязи и радиовещания
- Телевизионное вещание
- Радиолокационные комплексы
- Спутниковые системы связи
- Радионавигационное оборудование
- Мобильная связь
- Беспроводные компьютерные сети
В каждом конкретном случае АФУ проектируется с учетом специфики применения, требуемых характеристик и условий эксплуатации.
Тенденции развития антенно-фидерных устройств
Основные направления совершенствования современных АФУ:
- Разработка компактных широкополосных антенн
- Создание адаптивных антенных решеток с электронным управлением лучом
- Применение новых материалов для снижения массогабаритных показателей
- Интеграция антенн с элементами приемопередающих трактов
- Использование методов математического моделирования для оптимизации конструкций
Развитие антенно-фидерных устройств направлено на повышение их эффективности, расширение функциональных возможностей и улучшение массогабаритных характеристик.
Антенно-фидерные устройства | это… Что такое Антенно-фидерные устройства?
Антенно — фидерные устройства (АФУ) — предназначаются для передачи сигналов в системах радиосвязи, радиовещания, телевидения, а также других радиотехнических системах, использующих для передачи информации свободное распространение радиоволн.
Функции антенн в указанных системах сводятся к излучению или приему электромагнитных волн. Соответственно различают передающие и приемные антенны, подключаемые либо к передатчику, либо к приёмнику. Подключение осуществляется обычно не непосредственно, а с помощью линий передачи энергии (
Содержание
|
Антенны
Основная статья: Антенна
Передающая антенна преобразует энергию волн, поступающих по фидеру от передатчика к антенне, в энергию свободных колебаний, распространяющихся в окружающем пространстве.
Передающая антенна должна не просто излучать электромагнитные волны, а обеспечивать наиболее рациональное распределение энергии в пространстве. В связи с этим одной из основных характеристик передающих антенн является диаграмма направленности (ДН) — зависимость излучаемого поля от положения точки наблюдения (точка наблюдения должна находиться в дальней зоне — на неизменно большом расстоянии от антенны). Требования к направленности колеблются в очень широких пределах от близких к направленным (системы радиовещания и эфирного телевидения) до резко выраженной направленности в определенном направлении (дальняя космическая радиосвязь, радиолокация, радиоастрономия и т. д.). Направленность позволяет без увеличения мощности передатчика увеличить мощность поля, излучаемого в данном направлении, а также позволяет уменьшать помехи соседним радиотехническим системам, то есть способствует решению проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС). Направленность можно получить только когда размеры антенны существенно превышают длину волны колебаний.
Приёмная антенна улавливает энергию свободных колебаний и превращает ее в энергию волн, которая поступает по фидеру на вход приемника. Для приемных антенн диаграмма направленности (ДН) — это зависимость тока в нагрузке антенны, то есть в конечном счете в приемнике, или ЭДС наводимой на входе приемника, от направления прихода электромагнитной волны, облучающей антенну. Наличие направленных свойств у приемных антенн позволяет не только увеличивать мощность выделяемую током в нагрузке, но и существенно ослаблять приём различного рода помех, то есть повышает качество приёма.
Любую передающую антенну можно использовать и для приёма электромагнитных волн и, вообще говоря, наоборот, однако из этого не следует что они одинаковы по конструкции.
Фидеры
Основная статья: Фидер (радиотехника)
Важную роль в работе антенных устройств играет линия передач (фидер), которая передаёт энергию от генератора к антенне (в передающем режиме) или от антенны к приёмнику (в режиме приёма).
Основные требования к фидеру сводятся к его электрогерметичности (отсутствию излучения энергии из фидера) и малым тепловым потерям. В передающем режиме волновое сопротивление фидера должно быть согласовано с входным сопротивлением антенны (что обеспечивает в фидере режим бегущей волны) и с выходом передатчика (для максимальной отдачи мощности). В приёмном режиме согласование входа приёмника с волновым сопротивлением фидера обеспечивает в последнем режиме бегущей волны, согласование же волнового сопротивления фидера с сопротивлением нагрузки — условие максимальной отдачи мощности в нагрузку приёмника. В зависимости от диапазона радиоволн применяют различные типы фидеров:
- двух или много-проводные воздушные фидеры
- волноводы прямоугольного, круглого или эллиптического сечений
- линии с поверхностной волной
и другие
Литература
- Г. А. Ерохин, О. В. Чернов, Н. Д. Козырев, В. Д. Кочержевский «Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн» — Учебник для высших учебных заведений, 3-е издание
- Драбкин А.
Л. Антенно-фидерные устройства
Л. Антенно-фидерные устройстваСм. также
- Антенна
- Антенное согласующее устройство
- Дуплексер
- Коаксиальный кабель
- Фидер (радиотехника)
Антенно-фидерный тракт – что это такое? | ЭлектроАС
Дата: 14 марта, 2021 | Рубрика: Прочая Информация
Метки: фидерный тракт
Этот материал подготовлен специалистами компании «ЭлектроАС».
Нужен электромонтаж или электроизмерения? Звоните нам!
Неотъемлемой составляющей современных средств радиотехники являются антенны и обслуживающие их тракты. В совокупности такая система называется антенно-фидерным трактом, но что же это такое? Чтобы лучше понять назначение и роль всех элементов, рассмотрим общую структуру данной системы. Антенна передающего действия предназначена для преобразования электромагнитных волн, идущих от передающей аппаратуры по маршруту тракта, в свободно распространяющиеся в пространстве волны.
Для связи антенн с радиоаппаратурой используются так называемые тракты, предоставляющие канал для прохождения радиоволн, предварительно фильтрующие частоту сигналов и обеспечивающие корректную работу цепей приемника и передатчика. В их состав могут входить коммутационные сети, крутящиеся сочленения, приборы для функционального системного контроля, поляризации радиоволн и лучевого управления в пространстве. По сути, антенно-фидерный тракт – это совокупность всех СВЧ-устройств, связанных вместе для реализации конкретной задачи или поставленной цели
Особенности антенно-фидерных устройств
Главным компонентом здесь является правильно построенная антенная система. Круг задач современной радиоэлектроники за последние годы стал намного шире, что способствовало интенсивному техническому и теоретическому развитию антенн.
- Направленность действия – пространственное распределение электромагнитной мощности или реакция приемника на входящее электромагнитное излучение по определенному закону. В зависимости от назначения системы может быть реализовано как равномерное охватывание большого пространства, так и излучение в очень ограниченном диапазоне. Чем уже должен быть луч, тем крупнее строится антенна.
- Сведение к минимуму электромагнитных потерь при высоком КПД. Чем уже должен быть луч, тем больше становится сама антенна. Но основные проблемы на пути к достижению максимальных значений КПД возникают при необходимости построить антенну с габаритами меньшими длины λ-волны.
Из-за постоянно расширяющегося спектра задач современные антенные комплексы часто из простых конструктивных решений превращаются в сложные динамические системы с сотнями, а то и тысячами элементов.
Кроме непосредственно самих антенн, самые распространенные компоненты антенно-фидерного тракта – это преимущественно линейные устройства пассивного действия. Также в последнее время широкое распространение получили устройства управления работой антенных комплексов и трактов, особенно в системах, где нужно быстро перемещать луч в пространстве. Такие конструкции в основном строятся из большого количества излучателей с отдельной регулировкой высокочастотного возбуждения для каждого.
Разновидности и принцип работы антенн
Работа антенных систем, построенных на базе излучения кабелей, заключается в том, что к двум проводникам, образующим длинную линию, подключается высокочастотный генератор для создания максимального излучения. Если провода будут идти параллельно и рядом друг с другом, то их разнонаправленные токи взаимно поглощаются, и излучающего выброса не произойдет.
Но если кабеля раздвинуть под определенным углом, то компенсации полей уже не будет.
По такому принципу работают ромбовидные и V-образные антенны. Если раздвинуть проводники на 180 градусов, то получается симметричный вибратор. То есть его можно описать как разомкнутую на концах длинную линию с 180-градусной разводкой проводов. Чтобы исключить взаимное компенсирующее воздействие, один из проводников тока можно попросту убрать из схемы. Таким образом получится несимметричный вибратор, на работе которого основывается построение Г- и T-образных антенн.
Излучение фидера появляется тогда, когда два смежных участка кабеля обволакиваются схожими по фазе токами, поля которых взаимно усиливаются. Такие антенные системы, получившие сейчас широкое применение, называются синфазными. Излучения фидера также можно добиться, если промежуток между проводами будет обеспечивать существенную ходовую разность. Можно так выставить расстояние, что по некоторым участкам волны обоих кабелей будут слагаться. Основанные на этом принципе антенны называются противофазными.
В любое удобное время купить фидерный тракт можно на сайте по ссылке.
Оплата производится по безналичному расчету согласно предоставленного заказчику счету. Доставка осуществляется со склада в Московской области или «до двери» в любой регион России.
Прочая и полезная информация
Прочая и полезная информация
Что такое антенный фидер?
`;
К. Доу
Антенный облучатель представляет собой комбинацию всех компонентов антенны, которые используются для приема и передачи радиочастотных волн.
Антенный фидер можно рассматривать как часть антенны, находящуюся от первого усилителя до входного передатчика в случае приемной антенны. В передающей антенне фидер антенны можно рассматривать как часть после последнего усилителя мощности. Антенный облучатель включает в себя функции преобразования радиоволн в электрические сигналы и передачи их на компоненты приемника. Как правило, это часть антенны, которая используется для преобразования радиоволн в электрические сигналы и наоборот.
Конструкция антенны должна быть выполнена с учетом максимальной возможности передачи мощности и эффективности. Для этого импеданс облучателя антенны должен быть согласован с сопротивлением нагрузки. Импеданс облучателя антенны представляет собой комбинацию сопротивления, емкости и индуктивности.
Для обеспечения максимальных условий передачи мощности оба импеданса — сопротивление нагрузки и импеданс питания — должны быть согласованы. Согласование может быть выполнено с учетом требований к частоте и конструктивных параметров антенны, таких как коэффициент усиления, направленность и эффективность излучения.
Полное сопротивление питания включает два резистивных элемента: сопротивление потерь и сопротивление излучения. Сопротивление потерь — это сопротивление, которое оказывают фактические компоненты антенны, а импеданс питания — это сопротивление, оказываемое сигналу на входе антенны. Таким образом, потери и импеданс фидера должны работать вместе, чтобы обеспечить надлежащую работу фидера антенны. Радиационное сопротивление представляет собой сопротивление, оказываемое антенной мощности излучения, или, другими словами, представляет собой рассеиваемую мощность излучения.
Эффективность, коэффициент усиления и абсолютный коэффициент усиления являются очень важными факторами при проектировании облучателя антенны. Общий КПД антенны описывает потери на входе и через компоненты антенны. Он учитывает отражение, проводимость и диэлектрические потери внутри антенны. Коэффициент усиления антенны можно рассматривать как отношение эффективности излучения к полной подводимой мощности. Это произведение эффективности и направленности излучения. Абсолютный коэффициент усиления является произведением максимальной эффективности и направленности. Поляризация антенны также является очень важным фактором при проектировании и функционировании антенны.
Вам также может понравиться
Рекомендуется
Кассегрен; Фокусное смещение; Грегрорианская подача
С параболическими рефлекторными антеннами можно использовать множество различных способов подачи, включая: фокальную, Кассегрена, григорианскую, офсетную.
Логопериодическая антенна включает:
Основы параболической/параболической антенны
Теория и уравнения параболической антенны
Усиление и направленность параболической антенны
Облучающие системы параболической антенны
При использовании антенны с параболическим отражателем можно использовать одну из множества различных схем облучателя.
Различные схемы подачи обеспечивают значительную степень гибкости и позволяют различным приложениям получать максимальную отдачу от использования антенны.
Отечественная спутниковая параболическая рефлекторная антенна со смещенным облучателемСледует отметить, что собственно антенный элемент в составе общей параболической рефлекторной антенны, т. параболическая рефлекторная антенна.
Сама поверхность рефлектора полностью пассивна, но обеспечивает необходимую отражающую поверхность для общей работы антенны, обеспечивая ее характерную форму, режим работы и ее характеристики.
Выбор различных типов фидерных систем для этих антенн означает, что оптимальный фидер может быть включен в систему, будь то микроволновая связь, другая форма радиосвязи, спутниковая связь или прямое телевизионное вещание или что-то еще.
Длина подачи параболического отражателя
При питании параболической рефлекторной антенны необходимо разместить излучающий элемент в фокусе рефлектора.
Фокус параболического отражателя — это точка, в которой будут сосредоточены все отраженные волны. Если здесь разместить излучающий элемент антенны, то отражение антенны будет работать так, что будет достигнуто максимальное усиление и сохранена правильная работа.
Фокусное расстояние f (расстояние фокальной точки от центра отражателя) рассчитывается по следующему уравнению:
ф=D216c
Где:
f — фокусное расстояние отражателя
D — диаметр отражателя в тех же единицах, что и длина волны
c — глубина отражателя
Излучение от облучателя индуцирует ток в проводящей поверхности отражателя, который, в свою очередь, переизлучает в желаемом направлении, перпендикулярном плоскости директрисы параболоида.
Элемент облучателя может быть любым из множества типов антенн.
Какой бы тип ни использовался, он должен демонстрировать направленность, которая эффективно освещает отражатель, и должен иметь правильную поляризацию для применения — поляризация облучателя определяет поляризацию всей антенной системы.
Простейшим облучателем является полуволновой диполь, который обычно используется на более низких частотах, иногда в сочетании с тесно связанным паразитным отражателем или «защитной пластиной».
На более высоких частотах рупорный тип становится более доступным и эффективным. Чтобы адаптировать рупор к коаксиальному антенному кабелю, для осуществления перехода используется отрезок волновода.
Параболическая антенна имеет два особенно важных аспекта. Это фокусное расстояние f и диаметр D. Обычно одним из параметров, используемых для конкретных параболических антенн, является отношение f/D. Поскольку отношение f/D часто указывается вместе с диаметром, фокусное расстояние можно очень легко получить, умножив отношение f/D на указанный диаметр D.
Параболический отражатель, типы ввода
Существует несколько различных типов систем питания параболических отражателей, которые можно использовать. Каждый из них имеет свои характеристики, которые можно согласовать с требованиями приложения.
- Фокусная подача – часто также известная как осевая или передняя система подачи
- Система подачи кассегрена
- Система питания Gregorian
- Внеосевая или смещенная подача
Фокусная система подачи
Параболическая рефлекторная или параболическая антенна состоит из излучающего элемента, которым может быть простой диполь или волноводная рупорная антенна. Его помещают в фокус параболической отражающей поверхности. Энергия излучающего элемента распределяется так, что освещает отражающую поверхность. Как только энергия отражается, она покидает антенную систему в виде узкого луча. В результате могут быть достигнуты значительные уровни усиления.
Добиться этого не всегда легко, так как это зависит от используемого радиатора.
Для более низких частот часто используется дипольный элемент, тогда как для более высоких частот может использоваться круглый волновод. Фактически круглый волновод обеспечивает один из оптимальных источников освещения.
Система фокального облучателя является одной из наиболее широко используемых систем облучателя для больших параболических отражательных антенн, поскольку она проста. Основным недостатком является то, что облучатель и его опоры блокируют часть луча, и это обычно ограничивает эффективность апертуры примерно до 55–60%.
Система подачи кассегрена
Облучающая система Кассегрена, хотя и требует второй отражающей поверхности, имеет то преимущество, что общая длина параболической антенны между двумя отражателями короче, чем длина между излучающим элементом и параболическим отражателем. Это связано с тем, что при фокусировке сигнала происходит отражение, которое сокращает физическую длину.
Это может быть преимуществом в некоторых системах.
Типовой уровень эффективности от 65 до 70% может быть достигнут при использовании этой формы системы питания параболических отражателей
Конструкция антенны с параболическим рефлектором Кассегрена и система питания получили свое название, потому что основная концепция была адаптирована из телескопа Кассегрена. Это был телескоп-рефлектор, разработанный около 1672 года и приписываемый французскому священнику Лорану Кассегрену.
Питание григорианского параболического отражателя
Метод питания григорианского параболического отражателя очень похож на схему Кассегрена. Основное отличие заключается в том, что вторичный отражатель имеет вогнутую или, точнее, эллипсоидальную форму.
Схема параболического рефлектора или параболической антенны с григорианским облучателем Типовые уровни эффективности апертуры могут достигать более 70%, поскольку система способна обеспечить лучшее освещение всей поверхности рефлектора.
.
Внеосевой или смещенный антенный облучатель с параболическим отражателем
Как видно из названия, эта форма облучателя антенны с параболическим отражателем смещена от центра фактической используемой параболической антенны.
Рефлектор, используемый в системе подачи этого типа, представляет собой асимметричный сегмент обычно используемой параболической формы. Таким образом, фокус и облучающая антенна располагаются по одну сторону от поверхности рефлектора.
Схема параболического рефлектора или параболической антенны со смещенным фидеромПреимущество использования этого подхода к системе облучателя с параболическим рефлектором состоит в том, что структура облучателя убирается с пути луча. Таким образом, он не блокирует луч.
Этот подход широко используется в домашних спутниковых телевизионных антеннах, которые часто имеют относительно небольшие размеры, и это означает, что любая конструкция облучателя, включая малошумящий блок (усилитель и т.
