Из чего состоит антенна: АНТЕННА | Энциклопедия Кругосвет

Основы радиолокации — Полуволновая антенна

Полуволновая антенна

Полуволновая дипольная антенна представляет собой простейшую резонансную структуру среди антенных технологий. Такие антенны используются в качестве основного элемента в антеннах почти всех форм, а также иногода рассматриваются в качестве эталонной антенны наряду с изотропным всенаправленным излучателем.

Большинство излучателей в заданном направлении излучают сильнее, чем в любом другом направлении. Излучатели такого типа называют анизотропными.

Полуволновая антенна (называемая также дипольной антенной, антенной Герца, диполем Герца, полуволновым вибратором) состоит из двух отрезков проволоки или трубки, каждый из которых имеет длину, равную ¼ длины рабочей волны антенны. Такая антенна является базовым элементом, из которого конструируются много более сложных антенн. Для полуволнового диполя протекающий по нему ток имеет максимальное значение в центре, а минимальные — по краям диполя.

Напряжение, напротив, минимально в центре диполя и максимально на его краях.

Энергию к такой антенне можно подавать, подключив линию передачи от выходного каскада передатчика к отрезкам, из которых состоит антенна. При использовании двухпроводной линии передачи, например, коаксиального кабеля, центральная его жила подключается к одному плечу, а оплетка — к другому. Поскольку в этом случае точка питания антенны находится в ее центре (точке минимума напряжения и максимума тока), такой тип питания называют центральным питанием или токовым питанием. Выбор точки питания дипольной антенны важен с точки зрения типа используемой линии питания.

Стоячие волны тока и напряжения возникают так же, как и в параллельном колебательном контуре. В отличие от изотропного излучателя, коэффициент усиления которого равен 1, полуволновая антенна имееет коэффициент усиления уже около 1,5, при этом максимум излучения приходится в направлении, перепендикулярном ее оси.

Диаграмма направленности в горизонтальной плоскости

ширина луча

Рисунок 2. Диаграмма направленности полуволновой дипольной антенны

ширина луча

Рисунок 2. Диаграмма направленности полуволновой дипольной антенны

ширина луча

уровень боковых
лепестков

уровень заднего
лепестка

Рисунок 3. Диаграмма антенны Яги

ширина луча

уровень боковых
лепестков

уровень заднего
лепестка

Рисунок 3. Диаграмма антенны Яги

Bild 5: Das Antennendiagramm eines vertikalen Dipols in einer 3D-Simulation

Возникновение полуволновой антенны

Рисунок 4. Возникновение полуволновой антенны

Полуволновый диполь также возникает из простого колебательного контура. Для простоты предположим, что пластины конденсатора колебательного контура понемногу наклоняются и расходятся в стороны (Рисунок 4). Емкость конденсатора в этом случае уменьшается, но он при этом все еще остается конденсатором.

По мере расхождения пластин конденсатора силовые линии линии электрического поля (которые начинаются на одной пластине и заканчиваются на другой) должны охватывать все большее и большее пространство. Наступает момент когда конденсатор перестает существовать как таковой, а а силовые линии электрического поля теперь замыкаются через свободное пространство. Возникший в результате полуволновый диполь имеет центральное питание.

Полуволновый диполь также возникает из простого колебательного контура.

  

Для простоты предположим, что пластины конденсатора колебательного контура понемногу наклоняются и расходятся в стороны. Емкость конденсатора в этом случае уменьшается, но он при этом все еще остается конденсатором.

По мере расхождения пластин конденсатора силовые линии линии электрического поля (которые начинаются на одной пластине и заканчиваются на другой) должны охватывать все большее и большее пространство.

Наступает момент когда конденсатор перестает существовать как таковой, а а силовые линии электрического поля теперь замыкаются через свободное пространство.

Возникший в результате полуволновый диполь имеет центральное питание.

Рисунок 5. Диаграмма направленности вертикального диполя, построенная по результатам трехмерного моделирования.

Спутниковые антенны. От «А до Я»

— Реклама —

В данной статье мы опишем принцип работы спутниковой антенны, а также дадим практические советы по ее выбору в зависимости от потребностей пользователя. Спутниковые сигналы являются довольно слабыми. Но особо примечательным является тот факт, что мы можем принимать эти сигналы с помощью спутниковых антенн, стоимость которых сегодня составляет от 125 грн. Если вы хотите получить максимальную производительность приемной системы, то необходимо правильно выбрать модель и размер принимающей антенны.

Из чего состоит тарелка?

Процесс приема спутникового телевизионного сигнала можно условно разделить на два этапа. На первом этапе телевизионный сигнал улавливается и фокусируется в одной точке. При этом необходимо, чтобы этот сигнал был как можно большей амплитуды. На втором этапе сигнал усиливается и обрабатывается.

Основное назначение спутниковой антенны – улавливать телевизионные сигналы. Обычно спутниковая антенна имеет форму отражателя в виде тарелки. При этом она должна быть идеальной параболической формы и не деформироваться за годы эксплуатации, а также при транспортировке и монтаже. Помятая, изогнутая или иным образом деформированная тарелка не в состоянии в полной мере сфокусировать сигнал, поскольку при этом часть данных «теряется», а конечный сигнал является слишком слабым для его дальнейшего преобразования в изображение.

Обычно отражатель изготавливают из металла (из стали, так как она является самым дешевым металлом, либо из алюминия, так как он не подвергается коррозии). При этом поверхность антенны может быть как цельной, так и перфорированной. Перфорированные антенны не отражают солнечный свет и обладают низкой ветровой нагрузкой. К тому же они обладают меньшей массой, а по отражательной способности они почти не уступают цельным металлическим «сородичам».

Для изготовления спутниковых антенн используются и другие материалы, например, из пластика, полимера и стекловолокна. Такие антенны просты в изготовлении, имеют малый вес, не подвергаются коррозии и полностью восстанавливают свою форму после снятия деформации. Сигнал со спутника проникает через эти материалы и легко отражается от встроенного в антенну тонкого слоя фольги или металлической сетки.

Малошумный конвертор-моноблок (LNB), расположенный в центре антенны, обрабатывает и преобразует полученный сигнал. Далее, в зависимости от поляризации и полосы частот, осуществляется селекция сигнала, после чего слабый сигнал усиливается и преобразовывается в сигнал низкой частоты для его последующей передачи по кабелю на вход спутникового ресивера.

Шум и децибелы

Сигнал, принимаемый антенным конвертором (LNB), практически не содержит электрического шума. Однако при прохождении через электронные блоки оборудования на сигнал накладываются шумы. Чтобы слабый по амплитуде спутниковый сигнал не был заглушен шумами, уровни собственных шумов антенного конвертора должны быть низкими.

Универсальный спутниковый конвертор Ku-диапазона с одним независимым выходом для приема сигналов в линейной поляризации с уровнем собственных шумов до 0,2 дБ, предназначен для офсетных антенн

— Реклама —

«Шумовой коэффициент» характеризует уровень шума конвертора и измеряется в децибелах (дБ). Это отношение уровня шума на выходе к уровню шума на входе. Стоит учесть, что «шумовой коэффициент» обладает нелинейной зависимостью, а его возрастание на 3 дБ означает двукратный рост амплитуды шума. За последние десять лет конверторы были значительно усовершенствованы. Их шумовой коэффициент был снижен с 1,8 дБ до 0,3 дБ (не учитывая упоминаемые на рынке явно завышенные данные), а их стоимость снизилась в три-пять раз.

Вероятнее всего, в Украине новые «спутниковые зрители» будут приобретать комплект для просмотра с трех спутников (Amos+Astra+HotBird). В этом случае обычно используются конверторы, шумовой коэффициент которых составляет 0,3 дБ. Но если вы энтузиаст и планируете принимать слабые и нестабильные сигналы, то в таком случае следует приобретать конвертор с как можно более низким шумовым коэффициентом, благо такие варианты доступны на рынке Украины.

Офсетная (асимметричная) спутниковая антенна

Любая ли тарелка подойдет?

Размеры и формы тарелок могут сильно отличаться. Тарелки старых моделей выпускались круглой формы, а конвертор крепился в центре на трех ножках (так называемая прямофокусная конструкция).

Однако сейчас большинство тарелок имеют офсетную конструкцию в виде овала, в нижней части которой закреплена несущая штанга, на которую монтируется мультифид или один конвертор.

В таких антеннах конвертор располагается в стороне от пути следования сигнала, а на рефлекторе не скапливается дождевая вода или снег, в отличие от прямофокусных антенн.

Привычные, а также любительские антенны, отличаются более высокой формой, при этом они не сильно широкие. А вот минитарелки, которые сегодня используются для приема сигнала многих европейских операторов (например, BSkyB, Canal Plus, Freesat) напротив, более широкие и обладают меньшей высотой. Чем больше тарелка по горизонтали, тем лучше она настраивается на один из близкорасположенных относительно друг друга спутников (чем больше тарелка, тем меньше ее угол приема).

Прямофокусная спутниковая антенна.
На фото хорошо видно скопление снега на зеркале.

Почему размер имеет значение?

Независимо от того, какой формы тарелку вы выбрали, ключевым параметром является ее размер. Именно размер характеризует способность тарелки принимать сигнал. Если на конвертор поступит сигнал недостаточной амплитуды, то вы не получите изображение на экране.

К тому же слишком слабый сигнал невозможно усилить с помощью усилителя конвертора, так как он только усилит шум и не обеспечит нормальную работу системы. Поэтому при слабом сигнале ничто не заменит антенну больших размеров. В диаметре антенны важен каждый сантиметр, ведь при увеличении диаметра на 40% амплитуда сигнала возрастает в два раза. Так, например, тарелка диаметром 1,2 метра выдает сигнал в полтора раза большей амплитуды, чем тарелка диаметром в 1 метр. Чтобы убедиться в том, что диаметр выбираемой антенны достаточный, следует знать приблизительный уровень спутникового сигнала вблизи места ее установки.

Зоны приема

Спутники передают сигналы различной амплитуды и мощности, охватывая различные участки земной поверхности. Даже если вы и находитесь в зоне покрытия спутника, то все равно важно знать уровень сигнала вблизи вашего дома.

Точно спрогнозировать уровень сигнала конкретного спутника невозможно. Однако приблизительный уровень сигнала можно узнать с помощью специальных карт уровней сигнала. Эти карты также называются картами покрытия, в которых указываются приблизительные значения уровней сигнала в зависимости от места установки. И хотя сигнал может приниматься и вне зоны действия спутника, он будет значительно ослабленным. И чем дальше удалено место установки приемной антенны от центра зоны действия спутника, тем слабее будет принимаемый сигнал.

В картах зон покрытия спутниковым сигналом указывается либо требуемый минимальный размер тарелки, либо эквивалентная изотропно излучаемая мощность (ЭИИМ), которая измеряется в децибелах на один ватт (дБВт) и характеризует уровень сигнала. Таблица перевода этих двух величин приводится ниже.

Уровень сигнала в зависимости от диаметра антенны

ЭИИМ
(дБВт)
Диаметр
антенны (см)
35 300
40 180
42 160
44 120
46 95
48 75
50 60
51 55
52 50
53 45
54 40

Спутниковые антенны других геометрических форм

Хотя на сегодняшний день в Украине самыми популярными являются офсетные и прямофокусные антенны, в природе существуют и другие их типы. За всю историю спутникового телевидения были перепробованы различные модификации спутниковых антенн (и они эксплуатируются до сих пор).

В некоторых модификациях антенн используется вспомогательный отражатель для более эффективной фокусировки сигнала на конвертор. Форма вспомогательного отражателя может быть вогнутой – как и форма основного отражателя (конструкция Григориана), либо выгнутой (конструкция Кассегрена). Антенны с двумя отражателями обладают большей производительностью, характеризуются меньшим уровнем кросс-поляризационных помех и шумов, а также имеют меньшие габариты.

И хотя двухзеркальная конструкция почти всегда применяется для больших антенн систем связи, для изготовления «домашних» тарелок она практически не используется.

А, например, в антеннах в виде плоской плиты отражатели вообще отсутствуют. По соотношению габариты/производительность она превосходит антенны в виде тарелок и если удастся сократить ее себестоимость, то она может стать «антенной будущего» для домашнего пользования. А пока пальму первенства на нашем рынке держат офсетные антенны.

— Реклама —

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите

Ctrl+Enter.

Читайте также

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Отправить

Какой хороший материал для антенны?

Почему наружные антенны сделаны из алюминия? Почему так важно, что HD-BLADE имеет «настоящие серебряные элементы»? Это действительно имеет значение? Вы можете задавать себе эти же вопросы, поэтому давайте поговорим о хороших материалах для антенн.

Целью антенны является проведение электричества, поскольку радиоволны являются формой электричества. Итак, мы знаем, что антенна должна иметь проводимость .  Электропроводность — это показатель того, насколько хорошо любой материал проводит электричество. Материалы, которые очень плохо проводят электричество, например резина, называются 9. изоляторы 0005.  Изоляторы нужны, потому что иначе мы не смогли бы прикоснуться ни к чему электрическому. (Оказалось, что наша кожа является довольно хорошим проводником; любой, кто испытал удар током, знает это.)

Часть 1: проводящий материал какая-то проволока, она всегда из металла. Соединения между частями компьютера золотые, а провода медные. Не каждый металл одинаково проводит электричество. Давайте рассмотрим некоторые распространенные металлы в порядке их способности проводить электричество. Верхний элемент в списке является самым проводящим.

  1. Серебро
  2. Медь
  3. Отожженная медь
  4. Золото
  5. Алюминий
  6. Кальций
  7. Вольфрам
  8. Цинк
  9. Никель
  10. Железо

Серебро обладает наибольшей проводимостью, а это означает, что оно будет лучше всего поглощать электричество из воздуха. Медь, любимая всеми производителями проволоки, близка к вершине списка. Железо, используемое в дешевых комнатных антеннах, находится в конце этого списка, но все же неплохо справляется со своей задачей.

Часть 2: Материал, устойчивый к окислению

Серебро — идеальный материал для такой антенны, как HD-BLADE, поскольку ее серебряные элементы заключены в пластик. Однако антенна из серебра была бы катастрофой. Окисление  это то, что происходит, когда чистый металл попадает на открытый воздух. Железо превращается в оксид железа, который мы называем ржавчиной. Медь превращается в оксид меди, это то зеленое вещество снаружи Статуи Свободы. Большинство металлов склонны к окислению в той или иной форме. Окисление влияет на проводимость металла, поэтому материал, который легко окисляется, — плохой выбор для антенны, если она находится на открытом воздухе. Некоторые оксиды довольно стабильны, например оксид алюминия; он образует тонкий матовый слой на алюминии, который на самом деле не сильно влияет на проводимость. Обычное железо, как известно, плохо окисляется. Необработанный кусок железа быстро ржавеет. Сталь, в которой железо смешивается с углеродом, не так легко окисляется. Золото практически не окисляется.

Судя исключительно по окислению, лучшим материалом для антенны было бы золото или нержавеющая сталь. Конечно, это приводит нас к части 3…

Часть 3: Стоимость и структурная целостность

Для комнатной антенны структурная целостность не важна… Вы надеетесь, что ветер со скоростью 50 миль в час никогда не дует в дом. Пластик, окружающий антенну HD-BLADE, достаточно хорош. Для улицы вам нужно что-то, что не будет слишком сильно гнуться на ветру, и в идеале вам нужно что-то достаточно легкое, чтобы в случае падения оно не проделало дыру в вашей крыше.

Золото может быть хорошим проводником и прекрасно сопротивляться окислению, но делать из него антенну слишком дорого. Он также довольно мягкий и может согнуться на сильном ветру. Медь и латунь также довольно мягкие и легко окисляются. Железо дешево и хорошо держится, но оно тяжелое и плохой проводник.

Глядя на наружные антенны, легко понять, почему сочетание легкого веса, прочности, проводимости и способа окисления делает их идеальными. В помещении лучший выбор — серебро, если вы можете держать его подальше от воздуха и использовать что-то, чтобы удерживать его. Раньше это было невозможно, поэтому старые антенны изготавливались из железа или латуни. Теперь HD-BLADE может сочетать структурную целостность и низкую стоимость пластика с проводящей способностью серебра, чтобы превзойти другие комнатные антенны.

Зачем делать антенны из меди, а не из алюминия или нержавеющей стали

Все мои антенны J-Pole и Slim Jim изготовлены из твердых медных труб типа M. Тип-M, также известный как Red Copper, в основном используется в сантехнической промышленности для подачи питьевой воды в дома и на предприятия. Несмотря на то, что стоимость меди постоянно растет, строительная отрасль переходит на другие материалы для сантехники. Но подобно тому, как по медным трубам течет вода в домах, они также могут переносить электроны в наши антенны.

Одна вещь, которая делает медь отличным выбором для антенн, заключается в том, что она является очень эффективным проводником электрической энергии. Фактически, единственным распространенным элементом, обладающим большей проводимостью, чем медь, является серебро. Вы можете себе представить, сколько будет стоить антенна, построенная из серебра.

С сайта EuroCopper.org:

В пересчете на вес, помимо драгоценных металлов, медь является лучшим проводником электричества и тепла, неудивительно, что около 60% всего объема меди используется для этих целей.
Медь используется в силовых сетях высокого, среднего и низкого напряжения, и проводимость меди считается эталоном, с которым сравнивают другие проводники.

Алюминиевые кабели заменяются медными, поскольку проводимость меди в два раза выше, чем у алюминия, что делает медные кабели чрезвычайно энергоэффективными, что помогает снизить потребление энергии на глобальном уровне.

Медная проволока уже давно является предпочтительным материалом для большинства кабелей, используемых в силовых и телекоммуникационных сетях. Обладая высокой проводимостью в сочетании с пластичностью, позволяющей легко вытягивать диаметры с жесткими допусками, его также можно легко припаивать для создания экономичных и прочных соединений.

Металл Проводимость
Серебро 106
Медь (чистая) 100
Медь (твердотянутая) 89,5
Алюминий 45
Сталь 3-15

Таблица электропроводности металлов.

Проводимость меди в два раза выше, чем у алюминия, и в 6 раз выше, чем у стали, что делает ее отличным материалом для изготовления антенн. Повышенная электрическая эффективность означает, что больше вашей радиочастотной энергии будет подниматься и выходить из антенны, а не задерживаться, создавая тепловую энергию. Более эффективное излучение также означает, что вы можете использовать медную антенну с большей мощностью, чем с другими строительными материалами. Мои J-полюса были протестированы на 500 Вт без проблем, и нет никаких причин, по которым они не могли бы выйти на полный допустимый предел мощности, если это необходимо.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *