Передающие антенны: технологии, типы и характеристики

Что такое передающая антенна и как она работает. Какие бывают типы передающих антенн. Каковы основные характеристики передающих антенн. Как выбрать подходящую передающую антенну. Какие новые технологии используются в современных передающих антеннах.

Что такое передающая антенна и принцип ее работы

Передающая антенна — это устройство, которое преобразует электрический сигнал в электромагнитные волны и излучает их в пространство. Она является ключевым элементом любой системы беспроводной связи.

Принцип работы передающей антенны основан на явлении электромагнитной индукции. Когда по проводнику антенны протекает переменный электрический ток, вокруг него возникает переменное магнитное поле. Это поле, в свою очередь, создает переменное электрическое поле. Взаимодействие этих полей приводит к излучению электромагнитных волн в пространство.

Основные типы передающих антенн

Существует множество типов передающих антенн, различающихся по конструкции и характеристикам. Основные из них:

• Дипольные антенны — простейший тип, состоящий из двух симметричных проводников
• Монопольные антенны — вертикальный проводник над заземленной поверхностью
• Антенны «волновой канал» (Яги-Уда) — направленные антенны с несколькими элементами
• Параболические антенны — с отражателем в виде параболоида вращения
• Рупорные антенны — в виде расширяющегося металлического рупора
• Щелевые антенны — с излучающими щелями в металлическом корпусе
• Микрополосковые антенны — на основе печатных плат

Ключевые характеристики передающих антенн

При выборе и оценке передающих антенн учитывают следующие основные характеристики:

Диаграмма направленности

Диаграмма направленности показывает, как распределяется излучаемая мощность в пространстве. Она может быть всенаправленной или узконаправленной.

Коэффициент усиления

Коэффициент усиления характеризует способность антенны концентрировать излучение в определенном направлении. Чем выше усиление, тем больше дальность связи.

Полоса пропускания

Полоса пропускания — это диапазон частот, в котором антенна эффективно работает. Широкополосные антенны позволяют передавать больше информации.

Как выбрать подходящую передающую антенну

При выборе передающей антенны следует учитывать несколько ключевых факторов:

• Назначение системы связи (радиовещание, мобильная связь, спутниковая связь и т.д.)
• Требуемую дальность действия
• Диапазон рабочих частот
• Необходимую диаграмму направленности
• Условия установки и эксплуатации
• Стоимость и габариты антенны

Правильный выбор антенны позволяет оптимизировать характеристики всей системы связи.

Современные технологии в конструкции передающих антенн

Развитие технологий позволяет создавать все более совершенные передающие антенны. Некоторые современные тенденции:

• Использование композитных материалов для снижения веса
• Применение фазированных антенных решеток для электронного управления лучом
• Интеграция антенн в корпус устройств (технология Antenna-in-Package)
• Создание метаповерхностей для управления характеристиками антенн
• Разработка гибких и растягиваемых антенн для носимых устройств

Применение передающих антенн в различных областях

Передающие антенны широко используются в самых разных сферах:

• Радио- и телевещание
• Мобильная и спутниковая связь
• Радиолокация и радионавигация
• Беспроводные компьютерные сети
• Системы радиочастотной идентификации (RFID)
• Беспилотные летательные аппараты
• Медицинская диагностика и терапия

В каждой области применяются специализированные типы антенн, оптимизированные под конкретные задачи.

Проблемы и ограничения передающих антенн

При разработке и эксплуатации передающих антенн приходится сталкиваться с рядом проблем:

• Ограничения по размеру, особенно на низких частотах
• Взаимное влияние близко расположенных антенн
• Искажения диаграммы направленности из-за отражений
• Потери энергии в антенне и фидере
• Влияние погодных условий на характеристики
• Необходимость согласования с передатчиком

Решение этих проблем требует применения сложных инженерных методов.

Перспективы развития технологий передающих антенн

Технологии передающих антенн продолжают активно развиваться. Основные направления:

• Создание компактных широкополосных антенн для устройств 5G и IoT
• Разработка адаптивных антенн с изменяемыми характеристиками
• Применение искусственного интеллекта для оптимизации антенных систем
• Интеграция антенн с солнечными элементами питания
• Использование новых материалов (графен, метаматериалы)

Эти инновации позволят создавать более эффективные системы беспроводной связи будущего.

Передающие антенны: типы, устройство и характеристики

Антенна — это устройство, которое служит интерфейсом между электрической цепью и пространством, предназначено для передачи и приема электромагнитных волн в определенном диапазоне частот в соответствии с собственными размерами и формой. Выполнена она из металла, в основном из меди или алюминия, передающие антенны могут преобразовывать электрический ток в электромагнитное излучение и наоборот. Каждое устройство беспроводной связи содержит по меньшей мере одну антенну.

Радиоволны беспроводной сети

Когда возникает потребность в беспроводной связи, необходима антенна. Она имеет возможность посылать или принимать электромагнитные волны для связи, где невозможно установить проводную систему.

Антенна является ключевым элементом этой беспроводной технологии. Радиоволны легко создаются и широко используются как для внутренней, так и для наружной связи из-за способности проходить через здания и путешествовать на большие расстояния.

Ключевые особенности передающих антенн:

1. Поскольку радиопередача носит всенаправленный характер, необходимость физического согласования передатчика и приемника не требуется.
2. Частота радиоволн определяет многие характеристики передачи.
3. На низких частотах волны могут легко проходить через препятствия. Однако их мощность падает с обратным квадратом относительно расстояния.
4. Более высокие частоты волн более склонны к поглощению, и они отражаются на препятствиях. Из-за большой дальности передачи радиоволн помехи между передачами являются проблемой.
5. В диапазонах VLF, LF и MF распространение волн, также называемых наземными волнами, следует за кривизной Земли.
6. Максимальные диапазоны пропускания этих волн составляют порядка нескольких сотен километров.
7. Передающие антенны используются для передач с низкой пропускной способностью, таких как радиопередача с амплитудной модуляцией (AM).
8. Передачи HF и VHF-диапазона поглощаются атмосферой, расположенной вблизи поверхности Земли. Однако часть излучения, называемая волной неба, распространяется наружу и вверх к ионосфере в верхней атмосфере. Ионосфера содержит ионизированные частицы, образованные излучением Солнца. Эти ионизированные частицы отражают волны неба обратно на Землю.

Распространение волн

• Распространение прямой видимости. Среди всех способов распространения этот наиболее часто встречающийся. Волна перемещается на минимальное расстояние, которое можно видеть невооруженным глазом. Далее нужно использовать передатчик усилителя, чтобы увеличить сигнал и передать его снова. Такое распространение не будет плавным, если на его пути передачи есть какое-либо препятствие. Эта передача используется для инфракрасных или микроволновых передач.
• Распространение земной волны от передающей антенны. Распространение волны на грунт происходит по контуру Земли. Такая волна называется прямой волной. Волна иногда изгибается из-за магнитного поля Земли и попадает в приемник. Такую волну можно назвать отраженной волной.
• Волна, распространяющаяся через земную атмосферу, известна как земная. Прямая волна и отраженная волна вместе дают сигнал на приемной станции. Когда волна достигает приемника, задержка прекращается. Кроме того, сигнал фильтруется во избежание искажения и усиления для четкого вывода. Волны передаются из одного места и где они принимаются многими приемопередающими антеннами.

Система координат измерения антенны

Рассматривая плоские модели, пользователь будет сталкиваться с показателями азимута плоскости и высоты плоскости паттерна. Термин азимут обычно встречается в отношении «горизонта» или «горизонтали», тогда как термин «высота» обычно относится к «вертикали». На рисунке плоскость xy является азимутальной плоскостью.

Диаграмма азимутальной плоскости измеряется, когда измерение выполняется, перемещая всю плоскость xy вокруг испытываемой приемопередающей антенны. Плоскость возвышения — это плоскость, ортогональная плоскости ху, например, плоскость yz. План плоскости возвышенности совершает обход всей плоскости yz вокруг испытываемой антенны.

Образцы (азимуты и диаграммы высоты) часто отображаются как графики в полярных координатах. Это дает пользователю возможность легко визуализировать, как антенна излучает во всех направлениях, как если бы она была уже «нацелена» или смонтирована. Иногда полезно нарисовать диаграммы направленности в декартовых координатах, особенно когда в шаблонах имеется несколько боковых лепестков и где важны уровни боковых лепестков.

Основные характеристики связи

Антенны являются основными компонентами любой электрической цепи, поскольку они обеспечивают взаимосвязь между передатчиком и свободным пространством или между свободным пространством и приемником. Прежде чем говорить о типах антенн, нужно знать их свойства.

Антенный массив — систематическое развертывание антенн, которые работают вместе. Индивидуальные антенны в массиве обычно имеют один и тот же тип и расположены в непосредственной близости, на фиксированном расстоянии друг от друга. Массив позволяет увеличить направленность, управление основными лучами излучения и боковыми пучками.

Все антенны характеризуются пассивным коэффициентом усиления. Пассивное усиление измеряется величиной dBi, которая связана с теоретической изотропной антенной. Считается, что она передает энергию одинаково во всех направлениях, но не существует в природе. Коэффициент усиления идеальной полуволновой дипольной антенны составляет 2,15 дБи.

EIRP, или эквивалентная изотропная излучаемая мощность передающей антенны является мерой максимальной мощности, которую теоретическая изотропная антенна излучала бы в направлении максимального усиления. EIRP учитывает потери от линий электропередач и разъемов и включает в себя фактическое усиление. EIRP позволяет рассчитывать реальную мощность и значения напряженности поля, если известны фактическое усиление и выходная мощность передатчика.

Усиление антенны по направлениям

Оно определяется как отношение коэффициента усиления мощности в заданном направлении к усилению мощности опорной антенны в том же направлении. Стандартной практикой является использование изотропного излучателя в качестве эталонной антенны. При этом изотропный излучатель будет без потерь, излучает свою энергию одинаково во всех направлениях. Это означает, что коэффициент усиления изотропного излучателя равен G = 1 (или 0 ДБ). Обычно принято использовать блок dBi (децибелы относительно изотропного излучателя) для усиления по отношению к изотропному излучателю.

Усиление, выраженное в dBi, вычисляется по следующей формуле: GdBi = 10 * Log (GNumeric / GIsotropic) = 10 * Log (GNumeric).

Иногда в качестве эталона используется теоретический диполь, поэтому для описания коэффициента усиления по отношению к диполю будет использоваться единица dBd (децибелы относительно диполя). Этот блок, как правило, используется, когда речь идет об усилении всенаправленных антенн с более высоким коэффициентом усиления. В этом случае их усиление выше на 2,2 дБи. Поэтому если антенна имеет коэффициент усиления 3 дБн, общий коэффициент усиления будет 5,2 дБи.

Ширина луча 3 ДБ

Такая ширина луча (или ширина луча половинной мощности) антенны обычно определяется для каждой из главных плоскостей. Ширина луча 3 ДБ в каждой плоскости определяется как угол между точками основного лепестка, которые уменьшены от максимального усиления на 3 ДБ. Ширина луча 3 ДБ — угол между двумя синими линиями на полярном участке. В этом примере ширина луча 3 ДБ в этой плоскости составляет около 37 градусов. Антенны с широкой шириной луча обычно имеют низкий коэффициент усиления, а антенны с узкой шириной луча имеют более высокий коэффициент усиления.

Таким образом, антенна, которая направляет большую часть своей энергии в узкий луч, по крайней мере, в одной плоскости, будут иметь более высокий коэффициент усиления. Отношение «вперед-назад» (F/B) используется как показатель достоинства, который пытается описать уровень излучения со спины направленной антенны. В принципе, отношение «вперед-назад» — это отношение пикового усиления в прямом направлении к коэффициенту усиления на 180 градусов позади пика. Разумеется, в масштабе ДБ соотношение «вперед-назад» — это просто разница между пиковым усилением в прямом направлении и коэффициентом усиления на 180 градусов позади пика.

Классификация антенн

Существует множество видов антенн для различных применений, таких как связь, радиолокация, измерения, имитация электромагнитных импульсов (EMP), электромагнитная совместимость (EMC) и т. д. Некоторые из них предназначены для работы на узких полосах частот, в то время как другие предназначены для излучения/принимать импульсы переходного процесса. Показатели характеристик передающих антенн:

1. Физическая структура антенны.
2. Диапазоны частот работы.
3. Режим приложений.

Ниже приведены типы антенн в соответствии с физической структурой:

• проволочные;
• апертурные;
• отражающие;
• антенны объектива;
• микрополосковые антенны;
• массивные антенны.

Ниже приведены типы передающих антенн в зависимости от частоты работы:

1. Очень низкая частота (VLF).
2. Низкая частота (LF).
3. Средняя частота (MF).
4. Высокая частота (HF).
5. Очень высокая частота (ОВЧ).
6. Сверхвысокая частота (УВЧ).
7. Супер высокая частота (SHF).
8. Микроволновая волна.
9. Радиоволна.

Ниже приведены передающие и принимающие антенны в соответствии с режимами применения:

1. Связь точка-точка.
2. Приложения для вещания.
3. Радиолокационная связь.
4. Спутниковая связь.

Конструктивные особенности

Передающие антенны создают радиочастотное излучение, распространяющееся в пространстве. Приемные антенны выполняют обратный процесс: они получают радиочастотное излучение и преобразуют их в требуемые сигналы ,например, звук, изображение в телевизионных передающих антеннах и мобильном телефоне.

Самый простой тип антенны состоит из двух металлических стержней и известен как диполь. Одним из наиболее распространенных типов является монопольная антенна, состоящая из стержня, расположенного вертикально к большой металлической доске, которая служит в качестве заземленной плоскости. Установка на транспортных средствах обычно является монополем, а металлическая крыша транспортного средства служит в качестве заземления. Устройство передающей антенны, ее форма и размер определяют рабочую частоту и другие характеристики излучения.

Одним из важных атрибутов антенны является ее направленность. В связи между двумя фиксированными целями, как и в связи между двумя фиксированными станциями передачи, или в радиолокационных применениях требуется антенна, чтобы напрямую передавать энергию передачи в приемник. И наоборот, когда передатчик или приемник не является стационарным, как в сотовой связи, требуется ненаправленная система. В таких случаях требуется всенаправленная антенна, которая равномерно принимает все частоты во всех направлениях горизонтальной плоскости, а в вертикальной плоскости излучение неравномерно и очень мало, как у Кв передающей антенны.

Передающие и приемные источники

Передающее устройство — основной источник радиочастотного излучения. Этот тип состоит из проводника, интенсивность которого колеблется со временем и преобразует его в радиочастотное излучение, распространяющееся в пространстве. Приемная антенна — устройство для приема радиочастот (RF). Она выполняет обратную передачу, выполняемую передающей, получает радиочастотное излучение, преобразует его в электрические токи в электрической цепи антенны.

Телевизионные и радиовещательные станции используют передающие антенны для передачи определенных типов сигналов, которые распространяются по воздуху. Эти сигналы обнаруживаются приемными антеннами, которые преобразуют их в сигналы и принимаются соответствующим устройством, например, телевизором, радио, мобильным телефоном.

Радиоприемные и телевизионные приемные антенны предназначены исключительно для приема радиочастотного излучения, и они не производят радиочастотное излучение. Устройства сотовой связи, например, базовые станции, повторители и мобильные телефоны оснащены назначенными передающими и приемными антеннами, которые излучают радиочастотное излучение и обслуживают сети сотовой связи в соответствии с технологиями сетей связи.

Разница между аналоговой и цифровой антенной:

1. Аналоговая антенна имеет переменный коэффициент усиления и работает в диапазоне 50 км для DVB-T. Чем дальше пользователь находиться от источника сигнала, тем хуже сигнал.
2. Для приема цифрового ТВ — пользователь получает либо хорошее изображение, либо изображение вообще. Если он находится далеко от источника сигнала, то не получает никакого изображения.
3. Передающая цифровая антенна имеет встроенные фильтры для снижения шума и улучшения качества изображения.
4. Аналоговый сигнал передается непосредственно на телевизор, в то время как цифровой необходимо сначала декодировать. Это позволяет исправить ошибки, а также данные как сжатие сигнала для получения дополнительных функций в качестве дополнительных каналов, EPG, Pay TV, интерактивных игр и т. д.

Дипольные передатчики

Дипольные антенны являются наиболее распространенным всенаправленным типом и распространяют радиочастотную (RF) энергию на 360 градусов в горизонтальной плоскости. Эти устройства сконструированы так, чтобы быть резонансными с половиной или четвертью длины волны применяемой частоты. Она может быть такой же простой, как два куска провода, нужной длины, или может быть инкапсулирована.

Диполь используется во многих корпоративных сетях, небольших офисах и для домашних нужд (SOHO). Она имеет типичный импеданс, позволяющий согласовать ее с передатчиком для максимальной передачи мощности. Если антенна и передатчик не совпадают, на линии передачи будут возникать отражения, которые ухудшают сигнал или даже могут повредить передатчик.

Направленный фокус

Направленные антенны фокусируют излучаемую мощность на узкие лучи, обеспечивая значительный выигрыш в этом процессе. Свойства ее также являются взаимными. Характеристики передающей антенны, такие как импеданс и усиление, также применимы к приемной антенне. Вот почему одна и та же антенна может использоваться как для отправки, так и для приема сигнала. Усиление сильно направленной параболической антенны служит для усиления слабого сигнала. Это одна из причин, почему они часто используется для связи на большие расстояния.

Обычно используемой направленной антенной является массив Яги-Уда, называемый Яги. Она была изобретена Шинтаро Уда и его коллегой Хидецугу Яги в 1926 году. Яги-антенна использует несколько элементов для формирования направленного массива. Один управляемый элемент, обычно диполь, распространяет радиочастотную энергию, элементы, расположенные непосредственно перед и за ведомым элементом, повторно излучают радиочастотную энергию по фазе и вне фазы, усиливая и замедляя сигнал соответственно.

Эти элементы называются паразитными элементами. Элемент за ведомым называется отражателем, а элементы перед ведомым устройством называются директорами. Антенны Yagi имеют ширину луча в диапазоне от 30 до 80 градусов и могут обеспечить более чем 10 дБи пассивного усиления.

Параболическая антенна является наиболее знакомым типом направленной антенны. Парабола — симметричная кривая, а параболический отражатель – это поверхность, которая описывает кривую при 360-градусном вращении — тарелке. Параболические антенны используются для междугородных линий связи между зданиями или большими географическими районами.

Полунаправленные секционные излучатели

Патч-антенна представляет собой полунаправленный излучатель с использованием плоской металлической полосы, установленной над землей. Излучение от задней части антенны эффективно обрезается наземной плоскостью, повышая направленность вперед. Этот тип антенны также известен как микрополосковая антенна. Он обычно прямоугольный и заключен в пластиковый корпус. Этот тип антенны может быть изготовлен стандартными методами печатной платы.

Патч-антенна может иметь ширину луча от 30 до 180 градусов и типичный коэффициент усиления 9 ДБ. Секционные антенны — это другой тип полунаправленной антенны. Секторные антенны обеспечивают диаграмму направленности сектора излучения и обычно устанавливаются в массиве. Ширина луча для секторной антенны может составлять от 60 до 180 градусов, причем типичным является 120 градусов. В секционированном массиве антенны монтируются вплотную друг к другу, обеспечивая полный охват на 360 градусов.

Изготовление антенны Яги-Уды

В течение последних десятилетий антенна Yagi-Uda была видна почти на всех домах.

Видно, что для повышения направленности антенны существует множество директоров. Устройство подачи представляет собой свернутый диполь. Отражатель — это длинный элемент, который находится в конце структуры. Для этой антенны должны быть применены следующие технические характеристики.

Элемент	Спецификация
Длина управляемого элемента	0,458λ до 0,5λ
Длина рефлектора	0,55λ — 0,58λ
Продолжительность работы директора 1	0.45λ
Длина директора 2	0.40λ
Продолжительность работы директора 3	0.35λ
Интервал между директорами	0.2λ
Отражатель для расстояния между диполями	0. 35λ
Расстояние между диполями и директором	0.125λ

Ниже приведены преимущества антенн Yagi-Uda:

1. Высокий коэффициент усиления.
2. Высокая направленность.
3. Простота обращения и обслуживания.
4. Меньшее количество энергии теряется.
5. Более широкий охват частот.

Ниже приведены недостатки антенн Yagi-Uda:

1. Склонность к шуму.
2. Предрасположены к атмосферным эффектам.

Если следовать приведенным выше спецификациям, можно спроектировать антенну Yagi-Uda. Направленная картина антенны является очень эффективной, как показано на рисунке. Малые лепестки подавляются, а направленность основной доли увеличивается за счет добавления директоров к антенне.

Архив рубрик

Все рубрики

Всего рубрик: 59
Всего статей: 2686
Всего авторов: 1190
Всего изданий: 141

Строка курсивом (65)

«Big Freeze» по-русски», или На «кабельной улице» праздник?
«Если мы не изобрели пороха, то значит, что нам это не было приказано!»
«Жизнь побуждает нас ко многим добровольным поступкам» — нам пишут
«И слово новое — «гуманность» уж повторяет генерал!» — нам пишут
«Носимый без надобности набрюшник — вреден!»
«Объединение Тео и Гукона» — нам пишут
«Страшен сон, да милостив Бог!»

25 Кадр (37)

«Ателевидение» для Абхазии
«Неоновка» и усиленный паек
1 Гтц=?
B России и СНГ появится развлекательный телеканал E! Entertainment
DirectOut Technologies EXBOX. UMA. 32-канальный USB-аудиоинтерфейс
Винчестер и четыре бабушки-волшебницы
Восток — дело тонкое…

События (466)

«Digital TV Russia’2008: конкуренция, конвергенция, кооперация»
«Moscow Teleshow»: контентная весна — 2007
«Moskow Teleshow» — интерес растет!
«Multiplay’2007»: операторы платных цифровых услуг объединяют свои усилия
«Би-би-си» запустила мобильную версию своего сайта
«Норильск-Телеком»: централизованное управление телекоммуникациями
«ОВАКО»: экспансия в регионы

Исследование (6)

Европейский телевизионный размер
Новые формы потребления контента
Россия в рейтингах развития цифровой экономики
Рынок онлайн-видео в России по итогам 1H 2018 года (предварительные итоги)
ТВ-реклама в регионах: каждый второй ролик с нарушением плана
Топ-менеджеры рассказали о карьерных планах

Оборудование для радиовещания (16)

Начните с главного
Новое оборудование для радио-и телевизионного вещания
Оборудование для цифрового вещания с повышенной энергетической эффективностью
Перспективы радиобизнеса в новых экономических условиях
Принципы построения сетей FM-радиостанций
Проект «под ключ» для белорусского «Дома Радио»
Радиал — антенный помощник радиовещателя!

Производство новостей (1)

Как построить комплекс производства новостей?

Новые продукты (273)

«Putting picture to work» — это значит: не только сделать видеоизображение безупречным, но и получить больше от результатов своего труда
«Реставрация» антенн метрового диапазона
«Стрим Лабс» на IBC2007
«Восьмой» – он всем родной!
«Пушечный выстрел» от компании Sennheiser
«Триколор ТВ» развивает цифровое телерадиовещание в Сибири
«Триколор ТВ» – об итогах года прошедшего и о планах на будущее

Цифровое телевещание (6)

Внедрение цифрового телевещания: мнения
Внедрение цифрового телевизионного вещания в России
Переключаемся на цифру
Подводя итоги выставки IBC
Помехоустойчивое кодирование в стандартах передачи цифрового телевидения: DVB-Т1, -T2, -S2, -С2 и DTMB
Цифровое будущее России

Проекты и решения (2)

Премьеры-2012. Проекты и продукты. Быстрее, легче, эффективнее
ПТС ТВЧ от «Компании ОВАКО»

Оборудование для видеомонтажа (2)

Быстрее! Выше! Сильнее!
Состояние и перспективы развития производства в формате High Definition

Оборудование для передачи сигнала (39)

«Компания Бродкаст Арсенал» представляет радиовещательное оборудование RVR Elettronica S.p.A
«Компания Бродкаст Арсенал» представляет радиовещательное оборудование RVR Elettronica S.p.A.
DRM и сомнительная реклама
Антенно-фидерные устройства для радиовещания
Антенные системы для радиовещания
Аппаратура для организации высококачествнных каналов передачи сигналов звукового вещания
Аппаратура цифровой передачи сигналов звукового вещания

Дайджест (31)

«Триколор ТВ» отметил главное спортивное событие года улучшением качества вещания
«Триколор ТВ» смотрит каждый четвертый россиянин
25 — 26 июля состоялся съезд Ассоциации кабельных операторов Дальнего Востока
DIVA отметила первый день рождения
MULTISERVICE-2012 собрал более 250 специалистов со всей России
OCEAN TV и Русский парусный клуб приглашают всех игроков медиарынка принять участие в первой медиарегате
Анатолию Лысенко – 75!

Новости (1)

Давайте делать журнал вместе!

Малобюджетное производство в HD-формате (3)

Знакомьтесь — HD
Лучшее портативное HD-решение в отрасли
Семейство виртуальных студий «Фокус» — лучше один раз увидеть

Действующие лица (28)

MKKP — всем юбилеям юбилей
Будущее вещания
Дело всей моей жизни (к 60-летию деятельности в области телевидения). Часть 1
Дело всей моей жизни (к 60-летию деятельности в области телевидения). Часть 2
Если СМИ сегодня называет себя независимым, оно лукавит
Как меняется рынок телекома
Как я был прогнозистом

Производство (6)

Digital Intermediate: технологии на службе у творчества
Кино- и ТВ-аксессуары от «Компании ОВАКО»
Нелинейная обработка цифровых киноматериалов в студиях постпродакшн

Новая «фабрика грез»: что-то в работе, что-то монтируется
Объективный взгляд на оптику электронного кинематографа
Системы стабилизации движения и радиоконтроль параметров объектива

Коммутационно-распеределительное и контрольно-измерительное оборудование для цифрового телевидения (14)

IBC 2010: основные моменты
ROHDE & SCHWARZ
АННИК-ТВ, ООО
Измерительное оборудование для цифрового телевидения
Измерительные приборы для контроля цифрового телевещания (наземного, спутникового и кабельного)
Коммутационно-распределительное оборудование
КОСМОС, НТЦ, ОАО

Производство для вещательного телевидения (2)

Вещательные серверы
Расширение линейки программных продуктов The tvSuite

Обзоры, прогнозы, мнения (58)

«Быть в тренде» или Продвижение в социальных медиа
«Лед тронулся, господа присяжные заседатели! Лед тронулся!»
«Ничего не будет. Ни кино, ни театра, ни книг, ни газет – одно сплошное телевидение»
«По чеснаку»
2016 год – ожидания
2017 – прогнозы, ожидания, перспективы
38 попугаев и одно крылышко, или Сколько вешать в граммах?!

Оборудование для линейного монтажа (2)

Линейный монтаж в цифровую эпоху?
Новая идеология монтажа

Постпроизводство (3)

Компания ОВАКО для постпроизводства
Обработка пленки и тиражирование
Эффективные решения для кинопроизводства

Multiplay (3)

Multipiay
Итоги Форума Multiplay
Форум MultiPlay

Тематические каналы (2)

24 часа актуальной документалистики от НКС
Мы стремимся развлекать наших зрителей

Облака (1)

Облачное телевидение. Введение в тему

Прикладное видеопроизводство (1)

«Форвард Голкипер» — система для многоканальной записи и замедленного воспроизведения повторов в прямом эфире

Техника для кинопроката (9)

В пятерке лидеров рынка
Кинопоказ в России
Контроль качества цифровых киноизображений в структуре студии постпродакшн
Мама, хочу попасть в кино!
Параметры и инсталляционные особенности видеопроекторов
Правительство Испании поддерживает индустрию кинематографа
Система подсчета зрителей в кинозалах Orwell 2k-Cinema

Профессиональное HDTV-производство (6)

12-камерная HDTV-ПТС U5HD
HDTV уже не за горами
Выбор съемочного оборудования для ТВЧ
Новые системы для HD/SD-монтажа в любой среде постпроизводства
Просто о ТВЧ
Семейство систем Avid NewsCutter

Детское ТВ (4)

В мире детей
Новый телесезон на Cartoon Network
Телесезон 2011–2012 на канале Gulli: больше премьер, больше развлечений!
Телесезон 2011–2012 на канале TiJi Малыши исследуют мир

Экономика и менеджмент (316)

«8-3-9» — считалка утренней свежести
«Вавилонская башня», или информационный конвейер
«Здравствуй, радость моя!»
«Орион Экспресс»: от Москвы до Чукотки
«Скоро мы увидим вещи, которые пока не можем даже представить»
«Триколор ТВ» блокирует пиратские сайты
«Триколор ТВ» формирует основу бизнес-модели государства

Кодирующее оборудование (13)

Gigasat — мобильные решения для доставки сигнала
Абонент и интерактивность
Возможности профессиональных кодеров
Интегрированная платформа для цифрового телерадиовещания
Комплексное решение Thomson для систем IP TV
Новая продукция Grass Valley для платформ цифрового ТВ
Оборудование и технологии для повышения эффективности канального кодирования и модуляции в системах фифрового ТВ-вещания

Смежное производство (4)

Matrox Axio LE: удобная, мощная, многофункциональная
Доставка контента
Задача не из легких
Хранение и передача видеоинформации в форматах высокой четкости

Оборудование для нелинейного монтажа (3)

Программно-аппаратный комплекс для монтажа и обработки видео Video Toaster [4] LIVE; Программно-аппаратный комплекс для захвата и монтажа видео HD CineWave HD
Системы от Avid Technology — комплексные решения для медиапроизводства
Системы хранения информации

Колонка эксперта (25)

«Их» праздник
Cоздание спецэффектов и 3D-графики с точки зрения специалиста
Анализируя это и то
Демпингуют аутсайдеры
Десять фраз, которые заставят вас полюбить хейтеров. Простая инструкция для тех, кто не хочет стать жертвой жесткого хейта
Закат муниципального вещания?
Как выжить независимым телепроизводителям в кризисное время

Кинопроизводство (5)

HD-производство: универсальный подход
Кинопленка была, есть и будет
О состоянии российской киноиндустрии, возможностях и перспективах ее развития до 2015 года
Прогресс — всего лишь способ выразиться
Успешное кино — это кино, которое «проговаривает время»

ВС-клуб (5)

«Подводные камни» электронных хранилищ
BC-клуб
В новую пятилетку — с цифровым качеством
Оптимален ли выбор системы NICAM
Тот, кто не смотрит вперед, оказывается позади

ИТ-интеграция (1)

InterEthernet – новая глобальная мультисервисная система связи XXI века

Регулирование и стандарты (180)

В разработке закона «О КТВ» придется сделать паузу!

«Опасные» поправки к закону
«Школьник ТВ»-назад в будущее!
DRM совершенствуется
DRM-формат на российском радиопространстве
Ultra HD-телевидение – реальность и перспективы
vidau Systems: новые возможности внестудийного производства

Работы и услуги (1)

Постпродакшн: в России или за рубежом?

Управление (1)

Борьба с демпингом в индустрии звукорежиссуры

Коммутационно-распределительное оборудование, аксесуары (9)

Государственная сеть радиовещания на частотах ниже 30 МГц: состояние и необходимость модернизации
Далекое близкое радио
Как мы слушаем радио
Концепция индивидуального (любительского) радиовещания.

Школьные радиокружки
Мелочи жизни радио
Организация звукового канала для вещания
Радиовещание в сетях кабельных и спутниковых операторов

Передающее оборудование (21)

«Компания Бродкаст Арсенал»- цифровые ТВ-передатчики Electrosys S.r.l., Италия
Аналогово-цифровой телевизионный передатчик МВ/ДМВ; Цифровой телевизионный передатчик МВ/ДМВ; Кодеры MPEG-2 (от 1 до 4) с мультиплексором и модулятором COFDM
Быть или не быть?..
Внимание: цифровые передатчики!
Индивидуальные установки для приема эфирного сигнала цифрового ТВ населением
ИРТЫШ, ОМПО, ФГУП
Комплекс формирования транспортного потока для эфирного цифрового вещания

Выставки (2)

NATEXPO 2017. Что нового?
Польза и эффективность отраслевых мероприятий

Мастер класс (3)

Русский infotainment. Часть 1
Русский infotainment. Часть 2
Человек с камерой

Вспомогательное оборудование (3)

Вещательная инфраструктура на базе IT: почувствуйте разницу
Видеосерверы в ТВ-вещании: информация для оптимального выбора
Технологическая мебель Ant — то, что хочет заказчик

Радиостудийное оборудование (14)

Ramsa: комфорт в звуке
Акустика. Искусство, близкое к шаманству
Ближе к микрофону!
Выбор микшерной консоли для радиостанции
Голос радио
Кто подумает обо всем
Не студия красит человека, а человек студию

Техническое обозрение (2)

Не за горами эра 3D-телевидения
Эфирные и студийные микшеры

Другие статьи (1)

Охранитель наследия

Оборудование и технологии (514)

Информационные системы управления предприятием в телерадиовещании
«Каналы и тракты звукового вещания. Типовые структуры. Основные параметры качества. Методы измерений»
«Видау Системс»: проекты 2010 года
15 лет Аналитическому центру «Видео Интернешнл» (АЦВИ)
20 лет вместе. К юбилею первых продаж JVC Professional в России
3D-телевидение в операторских сетях (DVB, IP)
3D-телевидение: анатомия конфликта Часть 1

Автоматизированные системы радиовещания (9)

Автоматизация вещания сегодня и завтра
Автоматизация вещания: реалии и перспективы
Автоматизация радиовещания: цель или средство?
Автоматизация радиостанции: зачем это надо?
Автоматизированное удаленное вещание
Внедрение систем автоматизации радиокомплекса
Какой должна быть система автоматизации?

Приемники для цифрового телевидения (16)

Абонентские ТВ-приставки»Телеком-ЛС» — основа перехода к цифровому ТВ-вещанию в России
Аппаратура приема и декодирования сигналов цифрового телевидения
Аппаратура приема и декодирования сигналов цифрового телевидения
Выбор цифровых ресиверов для больших корпоративных спутниковых сетей
ИРТЫШ, ОМПО, ФГУП
КОСМОС НТЦ, ОАО
Методы оптимизации и оценки качества технических средств формирования, распространения и отображения ТВ-информации

Студийно-производственное оборудование (15)

«Форвард ТС» — технологии и решения для организации телевизионного вещания в цифровом формате
«Форвард ТС» – технологии и решения для организации телевизионного вещания в цифровом формате
FUJINON (EUROPE) GMBH
Автоматизированные системы вещания
Анатомия безленточных съемочных технологий
Безленточные технологии вещания
Видеомикшер KAHUNA

Журналистские комплекты (мобильное оборудование) (3)

Плюс немного удачи
Саунд-чека не будет!
Студия на колесах

Нам пишут (30)

«Комета», или Путь радиолюбителя
«Бросая в воду камешки, смотри на круги, ими образуемые!»
Административное регулирование в сфере СМИ на примере Липецкой области
В поисках ответа натолкнешься на вопросы
Игры в кубики. Часть 1
Игры в кубики. Часть 2
Кое-что о любителях и профессионалах

Контент (164)

«Content Show’2008» — право выбора Часть 1
«Все было впервые и вновь …»
«Санта-Барбара» пришла и победила
«Content Show’2008» — право выбора
«Ах, сериал, сериал, сериал…», или Почему снимают, показывают и смотрят телесериалы
«Витрина ТВ» – пополнение среди телемагазинов
«И о погоде!», или Новая эра прямого эфира

Broadcasting-регион (7)

Кабельное телевидение выходит на новые рубежи
КТВ переходит в наступление
Мощный импульс в ТВ-вещании
Первый шаг – самый трудный
Региональная телерадиосеть: от стратегии к тактике
Цифровое «телемасло»
Цифровой джем

Машина времени (59)

«Смертельно опасное» кабельное телевидение! К 70-летию отечественного кабельного телевидения
«Радио – наше все!»
«Телевидение и радио могут всё. ..» К 90-летию Н.Н. Месяцева
80 лет отечественному телевидению
Август 91, черно-белое ТВ
Академик умного телевидения
Александр Понятов: русский триумф на чужбине

Заметки телезрителя (3)

Заметки телезрителя
Заметки телезрителя
Что вижу, о том пишу

Гуманитарные технологии (59)

«Джинса» в законе
«Невидимые» творцы телевизионного эфира. Часть 1
«Невидимые» творцы телевизионного эфира. Часть 2
Апокалипсис грядущих дней, или Частной жизни больше нет
Вернутся ли на радио дикторы?
Всем, всем, всем: «UK3AAH»…
Дети и реклама: зарубежный взгляд на проблему

Мы в соцсетях

Copyright © 2018 Broadcasting.Ru

Политика конфиденциальности

Как работают антенны и передатчики?

Как работают антенны и передатчики? — Объясните этот материал

Вы здесь: Домашняя страница > Связь > Антенны и передатчики

• Дом
• индекс А-Я
• Случайная статья
• Хронология
• Учебное пособие
• О нас
• Конфиденциальность и файлы cookie

Реклама

org/Person»> Криса Вудфорда. Последнее обновление: 6 октября 2021 г.

Представьте, что вы протягиваете руку и ловите слова, картинки и информация проходит мимо. Это более или менее то, что антенна (иногда называемая антенной): это металлический стержень или тарелка, улавливает радиоволны и превращает их в электрические сигналы, во что-то вроде радио или телевизор или телефонная система. Такие антенны иногда называют приемниками. Передатчик – это другой тип антенны, которая выполняет противоположную работу по отношению к приемнику: он превращает электрические сигналы в радиоволны, чтобы они могли путешествовать иногда тысячи километров вокруг Земли или даже в космос и назад. Антенны и передатчики являются ключом практически ко всем формы современной телекоммуникации. Давайте подробнее рассмотрим, что они и как они работают!

Фото: Огромная 70-метровая спутниковая антенна Canberra в Австралии. Фото любезно предоставлено НАСА на Викискладе.

Содержание

1. Как работают антенны
2. Какой длины должна быть антенна?
3. Антенны AM и FM: длинные и короткие
4. Дополнительные типы антенн
5. Важные свойства антенн
   • Направленность
   • Усиление
   • Полоса пропускания
6. Кто изобрел антенны?
7. Узнать больше

Как работают антенны

Предположим, вы начальник радиостанции и хотите передавать свои программы в более широкий мир. Как вы это делаете?

Вы используете микрофоны, чтобы улавливать звуки голосов людей и превращать их в электрическую энергию. Вы берете это электричество и свободно говоря, заставьте его течь вдоль высокой металлической антенны (усилив его в мощность много раз, так что он будет путешествовать в мире так далеко, как вам нужно). Как электроны (крошечные частицы внутри атомов) в электрическом токе колеблются взад и вперед вдоль антенны, они создают невидимое электромагнитное излучение в виде радио волны. Эти волны, частично электрические и частично магнитные, распространяются со скоростью света, забирая ваше радио. программа с ними. Что происходит, когда я включаю радио дома в нескольких милях? Радиоволны, которые вы послали, проходят через металлическую антенну и заставляют электроны раскачиваться вперед и назад. Это создает электрический ток — сигнал о том, что электронные компоненты внутри моего радио снова включается в звук, который я слышу.

Работа: Как передатчик посылает радиоволны приемнику. 1) Электричество, поступающее в передающую антенну, заставляет электроны колебаться вверх и вниз по ней, создавая радиоволны. 2) Радиоволны распространяются по воздуху со скоростью света. 3) Когда волны достигают приемной антенны, они заставляют электроны внутри нее колебаться. Это производит электрический ток, который воссоздает исходный сигнал.

Антенны передатчика и приемника часто очень похожи по дизайн. Например, если вы используете что-то вроде спутникового телефона которые могут отправлять и принимать видеотелефонные звонки в любое другое место на Земле с помощью космических спутников, сигналы, которые вы передаете и получаете все проходят через одну спутниковую тарелку — антенну особого типа. в форме чаши (и технически известной как параболический отражатель , потому что тарелка изгибается в форме графика, называемого параболой).

Фото: параболический отражатель (1) улавливает входящие волны и отражает их до гораздо меньший концентрирующий «субрефлектор» над и в центре тарелки (2), из которого они отраженный вниз для обработки (3). Подобная тарелка также может работать как передатчик, просто отправляя радиолучи в обратном направлении. Фотография антенны Deep Space Network предоставлена НАСА.

Часто, хотя передатчики и приемники выглядят очень по-разному. ТВ или радио радиовещательные антенны представляют собой огромные мачты, иногда тянущиеся на сотни метров/футов в воздух, потому что они должны посылать мощные сигналы на большие расстояния. (Одна из тех, на которые я регулярно настраиваюсь, в Саттон Колдфилд в Англии, имеет мачту высотой 270,5 метра или 887 футов, что примерно равно 150 рослым людям, стоящим друг на друга.) Но вам не нужно ничего такого большого на вашем телевизоре или радио дома: с этой задачей вполне справится антенна гораздо меньшего размера.

Волны не всегда распространяются по воздуху от передатчика к приемнику. В зависимости от того, какие виды (частоты) волн мы хотим послать, как далеко мы хотим их послать и когда мы хотим это сделать, на самом деле существует три различных способов, по которым волны могут распространяться: 1) По линии зрение; 2) по земной волне; 3) Через ионосферу.

Произведение: Как волна распространяется от передатчика к приемнику: 1) По прямой видимости; 2) по земной волне; 3) Через ионосферу.

1. Как мы уже видели, они могут стрелять по так называемой «линии прицеливания», по прямой линии — точно так же, как луч света. В старых телефонных сетях дальней связи для передачи звонков между очень высокими башнями связи использовались микроволны. (оптоволоконные кабели в значительной степени сделали это устаревшим).

   Фото: Антенны, использующие связь в пределах прямой видимости, нужно монтировать на высоких мачтах, вот так. Вы можете видеть тонкие диполи антенны, торчащие из верхней части, но большая часть того, что вы видите здесь, — это просто башня, которая удерживает антенну высоко в воздухе. Фотография Пьера-Этьена Куртежуа предоставлена ​​армией США.

2. Они могут перемещаться по кривизне Земли в так называемой земной волне. AM (средневолновое) радио имеет тенденцию распространяться таким образом на короткие и средние расстояния. Это объясняет, почему мы можем слышать радиосигналы за горизонтом (когда передатчик и приемник не находятся в пределах видимости друг друга).
3. Они могут взлететь в небо, отскочить от ионосферы (электрически заряженной части верхних слоев атмосферы Земли) и снова спуститься на землю. Этот эффект лучше всего работает ночью, что объясняет, почему дальние (иностранные) AM-радиостанции гораздо легче принимать по вечерам. В дневное время волны, уходящие в небо, поглощаются нижними слоями ионосферы. Ночью такого не бывает. Вместо этого более высокие слои ионосферы улавливают радиоволны и отбрасывают их обратно на Землю, давая нам очень эффективное «зеркало неба», которое может помочь переносить радиоволны на очень большие расстояния.

Рекламные ссылки

Какой длины должна быть антенна?

Простейшая антенна представляет собой кусок металлического провода, прикрепленный к радио. Первое радио, которое я построил, когда мне было 11 или 12 лет, было кристалл с длинной петлей из медной проволоки, действующей как антенна. я побежал антенна на потолке моей спальни, так что, должно быть, всего около 20–30 метров (60–100 футов) в длину!

Большинство современных транзисторных радиоприемников имеют как минимум две антенны. Один из представляет собой длинную блестящую телескопическую штангу, которая выдвигается из футляра и поворачивается для приема сигналов FM (частотная модуляция). другой — антенна внутри корпуса, обычно крепящаяся к основному плате, и он улавливает сигналы AM (амплитудной модуляции). (Если вы не уверены в разнице между FM и AM, обратитесь к нашей статье о радио.)

Зачем в радиостанции две антенны? Сигналы на них разные диапазоны волн переносятся радиоволнами разных частота и длина волны. Типичные радиосигналы AM имеют частоту 1000 кГц (килогерц), в то время как типичные FM-сигналы имеют частоту около 100 МГц. (мегагерц) — поэтому они вибрируют примерно в сто раз быстрее. Так как все радио волны распространяются с одинаковой скоростью (скорость света, которая составляет 300 000 км/с или 186 000 миль в секунду), сигналы AM имеют длины волн примерно в сто раз больше, чем сигналы FM. Вам нужно два антенны, потому что одна антенна не может принять такое огромное разный диапазон длин волн. Это длина волны (или частота, если вы предпочитаете) радиоволн, которые вы пытаетесь обнаружить, определяет размер и тип антенны, которую необходимо использовать. Говоря в широком смысле, длина простой (стержневой) антенны должна составлять примерно половину длины волны радиоволны, которые вы пытаетесь принять (также можно антенны, составляющие четверть длины волны, компактные миниатюрные антенны, составляющие примерно одну десятую длины волны, и мембранные антенны, которые еще меньше, хотя мы не будем здесь вдаваться в подробности).

Длина антенны — не единственное, что влияет на длину волны. вы собираетесь забрать; если бы это было радио с фиксированной длиной антенны сможет принимать только одну станцию. Антенна подает сигналы в схему настройки внутри радиоприемника, который предназначен для «захвата» одной конкретной частоты и игнорирования остальных. Самая простая схема приемника (подобная той, что вы найдете в кристаллическом радиоприемнике) не что иное, как моток проволоки, диод и конденсатор, и он подает звук в наушник. Схема отвечает (технически, резонирует с , что означает электрические колебания) на частоте, на которую вы настроены. и отбрасывает частоты выше или ниже этого. Регулируя емкость конденсатора, вы меняете резонансную частоту, которая настраивает ваше радио на другую станцию. Работа антенны состоит в том, чтобы собрать достаточно энергии от проходящих радиоволн, чтобы сделать схема резонирует на нужной частоте.

Антенны AM и FM: короткая и длинная части

Давайте посмотрим, как это работает для FM. Если я попытаюсь слушать типичный радиовещание на частоте FM 100 МГц (100 000 000 Гц), волны, несущие мою программу, имеют длину около 3 м (10 футов). Так что идеал антенна около 1,5 м (4 фута) или около того в длину, что примерно длина телескопической FM-радиоантенны, когда она полностью выдвинута.

Фото: AM-антенна типа «петля» внутри типичного транзисторного радиоприемника. очень компактный и очень направленный. Провод розового цвета, из которого состоит антенна, намотан на толстый ферритовый сердечник (черный стержень). Обычно, как вы видите здесь, на одном ферритовом стержне располагаются две отдельные антенны: одна для АМ (средневолновая) и одна для ДВ (длинноволновая).

Теперь для AM длина волны примерно в 100 раз больше, так почему же вы не нужна антенна длиной 300 м (0,2 мили), чтобы поймать их? Вам нужна мощная антенна, вы просто не знаете, что она есть! АМ-антенна внутри транзисторного радиоприемника работает совершенно по-другому. путь к FM-антенне снаружи. Где FM-антенна улавливает электрическая часть радиоволны, вместо этого AM-антенна соединяется с магнитной частью . Это отрезок очень тонкой проволоки (обычно несколько десятков метров) намотаны от нескольких десятков до нескольких сотен раз вокруг ферритового (магнитного) сердечника, который сильно концентрирует магнитную часть радиосигналов и производит («индуцирует») больший ток в проводе. обернутый вокруг них. Это означает, что подобная антенна может быть очень маленькой и при этом иметь мощность. Без ферритового стержня рамочной антенне требуется гораздо больше витков провода. (чтобы тысячи вместо сотен или десятков) или петли проволоки нужно быть намного больше. Поэтому внешние антенны для раций иногда занимают в форме большой петли, возможно, 10–20 см (4–8 дюймов) в диаметре или около того.

Рисунок: Вверху: Электромагнитные радиоволны состоят из вибрирующих электрических волн (синие) и магнитных волн (красные), движущихся вместе со скоростью света (черная стрелка). Внизу: слева: FM-антенна улавливает относительно коротковолновую высокочастотную электрическую часть FM-радиоволн. Справа: рамочная ферритовая антенна AM улавливает и концентрирует магнитные части длинноволновых низкочастотных электромагнитных волн.

Пока все хорошо, но как насчет мобильных телефонов? Почему им нужны только короткие и короткие Антенны как на фото? В мобильных телефонах тоже используются радиоволны, также распространяющиеся со скоростью света. и с типичной частотой 800 МГц (примерно в десять раз больше, чем FM-радио). Это означает, что их длина волны примерно в 10 раз короче, чем FM-радио, поэтому им нужно антенна примерно в десять раз меньше. В смартфонах обычно антенна растягивается вокруг внутренней части корпуса. Давайте посмотрим, как это вычисляется: если частота 800 МГц, длина волны 37,5 см (14,8 дюйма), и половина длины волны будет быть 18 см (7,0 дюйма). Мой нынешний смартфон LG имеет длину около 14 см (5,5 дюйма), так что вы можете видеть мы находимся на правильном уровне.

Фото: 1) Эта телескопическая FM-радиоантенна вытягивается примерно на 1–2 м (3–6 футов или около того), что составляет примерно половину длины радиоволн, которые она пытается уловить. 2) У мобильных телефонов особенно компактные антенны. Старые модели (например, Motorola слева) имеют короткие внешние антенны или антенны, которые выдвигаются телескопически. (Открытая часть антенны — это часть, на которую указывает мой палец и есть еще одна часть, которую мы не можем видеть, бегущая по краю печатной платы внутри корпуса.) Более новые мобильные телефоны (например, модель Nokia справа) имеют более длинные антенны, полностью встроенные в корпус.

Дополнительные типы антенн

Простейшие радиоантенны представляют собой длинные прямые стержни. Много Комнатные телевизионные антенны имеют форму диполя : металлического стержня, разделенного на две части и сложенный горизонтально, поэтому он немного похож на человека, стоящего прямо вверх, вытянув руки горизонтально. Более сложный открытый Телевизионные антенны имеют ряд таких диполей, расположенных вдоль центральной опорный стержень. Другие конструкции включают круглые петли из проволоки и, Конечно, параболические спутниковые тарелки. Почему так много разных дизайнов? Очевидно, что волны, приходящие к антенне от передатчика, абсолютно одинаковы, несмотря ни на что. форма и размер антенны. Другой рисунок диполей поможет сконцентрировать сигнал, чтобы его было легче обнаружить. Этот эффект можно еще больше усилить, добавив несвязанные «фиктивные» диполи, известные как направляющие и отражатели, которые отражают большую часть сигнала на фактические принимающие диполи. Это эквивалентно усилению сигнала и возможности принимать более слабый сигнал, чем более простая антенна.

Художественное произведение: Четыре распространенных типа антенн (красные) и места, где они лучше всего принимают сигнал (оранжевые): простой диполь, сложенный диполь, диполь и рефлектор и Яги. Базовая или сложенная дипольная антенна одинаково хорошо улавливает перед своими полюсами или позади них, но плохо на каждом конце. Антенна с отражателем улавливает намного лучше с одной стороны, чем с другой, потому что отражающий элемент (красная полоса, похожая на диполь слева) отражает больше сигнала на изогнутый диполь справа. Yagi еще больше усугубляет этот эффект, улавливая очень сильный сигнал с одной стороны и почти полное отсутствие сигнала с какой-либо другой стороны. Он состоит из нескольких диполей, отражателей и директоров.

Важные свойства антенн

Особенно важны три характеристики антенн, а именно их направленность, коэффициент усиления и ширина полосы.

Направленность

Диполи очень направленны : они улавливают входящие радиоволны, прямым углом к ​​ним. Вот почему телевизионная антенна должна быть правильно установлены на вашем доме и обращены в правильную сторону, если вы собираетесь получить четкое изображение. Телескопическая антенна на FM-радио меньше явно направленным, особенно если сигнал сильный: если вы если бы он был направлен прямо вверх, он будет улавливать хорошие сигналы от практически любое направление. Ферритовая AM-антенна внутри радиоприемника гораздо более направленным. Слушая AM, вы найдете себя нужно поворачивать радиостанцию, пока она не поймает действительно сильный сигнал. (Как только вы нашли наилучший сигнал, попробуйте повернуть радио ровно на 90 градусов и обратите внимание, как сигнал часто падает почти до нуля.)

Хотя остронаправленные антенны может показаться болезненным, когда они правильно выровнены, они помогают уменьшить помехи от нежелательных станций или сигналов, близких к тому, который вы пытаетесь обнаруживать. Но направленность — это не всегда хорошо. Подумайте о своем мобильном телефоне. Вы хотите, чтобы он мог принимать звонки, где бы он ни находился по отношению к ближайшую телефонную мачту, или принимать сообщения в зависимости от того, куда он указывает, когда он лежит в сумке, так что остронаправленная антенна не очень хороша. Аналогично для GPS-приемника, который сообщает вам, где вы находитесь. используя сигналы нескольких космических спутников. Поскольку сигналы поступают с разных спутники, в разных местах неба, следует, что они приходят с разных направлений, так что, опять же, остронаправленная антенна не была бы такой полезной.

Усиление

Усиление антенны является очень техническим измерением, но, вообще говоря, сводится к сумме, на которую он повышает сигнал. Телевизоры часто улавливают слабый, призрачный сигнал даже без антенна подключена. Это потому, что металлический корпус и другие компоненты действуют как основная антенна, не сфокусированная на какой-либо конкретной направлении и по умолчанию улавливать какой-либо сигнал. Добавьте правильный направленную антенну, и вы получите гораздо лучший сигнал. Усиление измеряется в децибелах (дБ), и (как правило) чем больше усиление тем лучше ваш прием. В случае с телевизорами вы получаете гораздо больший выигрыш от сложного наружная антенна (одна, скажем, с 10–12 диполями в параллельном «массиве»), чем от простого диполя. Все наружные антенны работают лучше, чем комнатные, а оконные и встроенные антенны имеют более высокий коэффициент усиления и работают лучше, чем встроенные.

Ширина полосы

Ширина полосы антенны — это диапазон частот (или длинах волн, если хотите), на которых он работает эффективно. шире полоса пропускания, тем больше диапазон различных радио волны, которые вы можете подобрать. Это полезно для чего-то вроде телевидения, где вам может понадобиться подобрать много разных каналов, но много менее полезен для телефона, мобильного телефона или спутниковой связи где все, что вас интересует, это очень специфическая радиоволна передачи в довольно узкой полосе частот.

Фото: Еще антенны: 1) Антенна, питающая RFID-метку, вставленную в библиотечную книгу. Схема внутри него не имеет источника питания: всю энергию он получает от поступающих радиоволн. 2) Дипольная антенна внутри беспроводной карты Wi-Fi PCMCIA. Этот работает с радиоволнами 2,4 ГГц с длиной волны 12,5 см, поэтому его длина должна быть около 6 см или около того.

Кто изобрел антенны?

На этот вопрос нет простого ответа, потому что радио превратилось в полезное техники во второй половине 19 в.го века благодаря работе довольно несколько разных людей — как ученых-теоретиков, так и практических экспериментаторов.

Кто были эти пионеры? Шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл разработал теорию радио примерно в 1864 году. и Генрих Герц доказал, что радиоволны действительно существовали примерно через 20 лет (они были некоторое время спустя назвал волны Герца в его честь). Несколько лет спустя, на встрече в Оксфорде, Англия, 14 августа 1894 г. , английский физик, Оливер Лодж , продемонстрировал, как можно использовать радиоволны для передачи сигналов. из одной комнаты в другую в том, что он позже описал (в своей автобиографии 1932 года) как «очень инфантильный вид радиотелеграфии». Лодж подал патент США на «электрическую телеграфию» 1 февраля 1898 года, описывая устройство для «оператора с помощью того, что сейчас известно». как «телеграфия на волнах Герца» для передачи сообщений через пространство любому одному или нескольким из ряда различных людей в разных местах…» Неизвестно Лоджу на этом этапе, Гульельмо Маркони проводил свои собственные эксперименты в Италии примерно в то же время — и в конечном итоге оказался лучшим шоуменом: многие люди считают его «изобретателем радио» и по сей день, тогда как на самом деле он был лишь одним из группы дальновидных людей, помогли превратить науку об электромагнитных волнах в практическую технологию, изменившую мир.

Работа: иллюстрация Оливера Лоджа, на которой он посылает радиоволны через пространство от передатчика (красный) к приемнику (синий) на некотором расстоянии. 8 патент США 609,154: Электрическая телеграфия. Предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Ни в одном из первоначальных радиоэкспериментов не использовались передатчики или приемники, которые мы могли бы мгновенно распознать сегодня. Герц и Лодж, например, использовали устройство, называемое искровым генератором: пара цинковых шариков, прикрепленных к коротким отрезкам медной проволоки с воздушным зазором между ними. Лодж и Маркони использовали когереры Бранли (стеклянные трубки, заполненные металлическими опилками) для обнаружения волн, которые они передавали. и получил, хотя Маркони счел их «слишком неустойчивыми и ненадежными» и в конце концов разработал свой собственный детектор. Вооружившись этим новым оборудованием, он проводил систематические эксперименты по изучению того, как высота антенны влияет на расстояние, на которое он может передавать сигнал.

А остальное, как говорится, уже история!

Подробнее

На этом сайте

• Мобильные телефоны (Мобильные телефоны)
• Связь
• Электричество и электроника
• История общения
• Радио
• Радиочастотные (RF и RFID) метки
• Телевидение

Книги

• Справочник по проектированию антенн Джона Л. Волакиса (ред.). McGraw-Hill, 2018. Огромное исчерпывающее теоретическое и практическое руководство по всем распространенным типам антенн.
• Теория антенн: анализ и проектирование, Константин А. Баланис. Wiley, 2016. Хорошее общее теоретическое введение, предназначенное для студентов, изучающих физику и электротехнику. Не совсем подходит для начинающих — и вам потребуется приличное понимание математики.
• Маленькие антенны: методы миниатюризации и приложения Джона Л. Волакиса и др. McGraw-Hill, 2010. Взгляд на теорию и практическое проектирование небольших антенн для мобильных телефонов, RFID и других приложений.
• Теория и практика антенн, Раджешвари Чаттерджи. Нью Эйдж Интернэшнл, 2006.

Статьи

• Ни одна антенна не смогла бы выжить в жестокой радиоактивной среде Европы — до сих пор, Насер Э. Чахат, IEEE Spectrum, 21 июля 2021 г. Как вы проектируете антенны для экстремальных условий космоса?
• Крошечные мембранные антенны Чарльза К. Чоя. IEEE Spectrum, 22 августа 2017 г. Современные антенны теперь можно уменьшить до 1/000 длины волны, которую они должны принимать.
• Настраиваемые антенны из жидкого металла для настройки на что угодно от Александра Хеллеманса. IEEE Spectrum, 19 мая 2015 г. Какие антенны нам потребуются в будущем для высокочастотных радиоприложений с более короткими длинами волн?
• Патент Apple, умно скрывающий антенну в вашей клавиатуре, Кристина Боннингтон. Wired, 17 августа 2011 г. Как клавиатуры Apple прячут беспроводные антенны под клавишами.
• Внутри лаборатории проектирования антенн Apple, Брайан X. Чен. Wired, 16 июля 2010 г. Экскурсия по секретной лаборатории Apple по тестированию антенн.
• Уши кролика оживляются бесплатно HDTV от Мэтта Рихтела и Дженны Уортэм. The New York Times, 5 декабря 2010 г. Зрители, уставшие от цен на кабельное телевидение, вновь открывают для себя радость старомодных антенн и бесплатного телевидения.
• Усиление сигнала для мобильных телефонов: BBC News, 22 апреля 2008 г. Как ученые из Оксфорда разработали более сложную антенну для мобильного телефона.
• По мере того, как автомобили становятся все более подключенными, скрывать антенны становится все труднее, Иван Бергер. Нью-Йорк Таймс, 14 марта 2005 г.
• Взлом с помощью трубки Pringles, Марк Уорд, BBC News, 8 марта 2002 г. Интересная новость, объясняющая, как хакеры использовали направленные антенны, сделанные из трубок Pringles, для проникновения в беспроводные сети.
• Что вам следует знать о телевизионных антеннах Роберта Герцберга, Popular Science, декабрь 1950 г. Эта старая статья из архивов Popular Science остается очень ясным и актуальным введением в конструкцию антенн.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2008, 2018. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подпишитесь на нас

Оценить эту страницу

Пожалуйста, оцените или оставьте отзыв на этой странице, и я сделаю пожертвование WaterAid.

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2008/2018) Антенны и передатчики. Получено с https://www.explainthatstuff.com/antennas.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]

Подробнее на нашем веб-сайте…

• Средства связи
• Компьютеры
• Электричество и электроника
• Энергия
• Машиностроение
• Окружающая среда


• Гаджеты
• Домашняя жизнь
• Материалы
• Наука
• Инструменты и приборы
• Транспорт

↑ Вернуться к началу

Как работают антенны и передатчики?

Как работают антенны и передатчики? — Объясните этот материал

Вы здесь: Домашняя страница > Связь > Антенны и передатчики

• Дом
• индекс А-Я
• Случайная статья
• Хронология
• Учебное пособие
• О нас
• Конфиденциальность и файлы cookie

Реклама

org/Person»> Криса Вудфорда. Последнее обновление: 6 октября 2021 г.

Представьте, что вы протягиваете руку и ловите слова, картинки и информация проходит мимо. Это более или менее то, что антенна (иногда называемая антенной): это металлический стержень или тарелка, улавливает радиоволны и превращает их в электрические сигналы, во что-то вроде радио или телевизор или телефонная система. Такие антенны иногда называют приемниками. Передатчик – это другой тип антенны, которая выполняет противоположную работу по отношению к приемнику: он превращает электрические сигналы в радиоволны, чтобы они могли путешествовать иногда тысячи километров вокруг Земли или даже в космос и назад. Антенны и передатчики являются ключом практически ко всем формы современной телекоммуникации. Давайте подробнее рассмотрим, что они и как они работают!

Фото: Огромная 70-метровая спутниковая антенна Canberra в Австралии. Фото любезно предоставлено НАСА на Викискладе.

Содержание

1. Как работают антенны
2. Какой длины должна быть антенна?
3. Антенны AM и FM: длинные и короткие
4. Дополнительные типы антенн
5. Важные свойства антенн
   • Направленность
   • Усиление
   • Полоса пропускания
6. Кто изобрел антенны?
7. Узнать больше

Как работают антенны

Предположим, вы начальник радиостанции и хотите передавать свои программы в более широкий мир. Как вы это делаете?

Вы используете микрофоны, чтобы улавливать звуки голосов людей и превращать их в электрическую энергию. Вы берете это электричество и свободно говоря, заставьте его течь вдоль высокой металлической антенны (усилив его в мощность много раз, так что он будет путешествовать в мире так далеко, как вам нужно). Как электроны (крошечные частицы внутри атомов) в электрическом токе колеблются взад и вперед вдоль антенны, они создают невидимое электромагнитное излучение в виде радио волны. Эти волны, частично электрические и частично магнитные, распространяются со скоростью света, забирая ваше радио. программа с ними. Что происходит, когда я включаю радио дома в нескольких милях? Радиоволны, которые вы послали, проходят через металлическую антенну и заставляют электроны раскачиваться вперед и назад. Это создает электрический ток — сигнал о том, что электронные компоненты внутри моего радио снова включается в звук, который я слышу.

Работа: Как передатчик посылает радиоволны приемнику. 1) Электричество, поступающее в передающую антенну, заставляет электроны колебаться вверх и вниз по ней, создавая радиоволны. 2) Радиоволны распространяются по воздуху со скоростью света. 3) Когда волны достигают приемной антенны, они заставляют электроны внутри нее колебаться. Это производит электрический ток, который воссоздает исходный сигнал.

Антенны передатчика и приемника часто очень похожи по дизайн. Например, если вы используете что-то вроде спутникового телефона которые могут отправлять и принимать видеотелефонные звонки в любое другое место на Земле с помощью космических спутников, сигналы, которые вы передаете и получаете все проходят через одну спутниковую тарелку — антенну особого типа. в форме чаши (и технически известной как параболический отражатель , потому что тарелка изгибается в форме графика, называемого параболой).

Фото: параболический отражатель (1) улавливает входящие волны и отражает их до гораздо меньший концентрирующий «субрефлектор» над и в центре тарелки (2), из которого они отраженный вниз для обработки (3). Подобная тарелка также может работать как передатчик, просто отправляя радиолучи в обратном направлении. Фотография антенны Deep Space Network предоставлена НАСА.

Часто, хотя передатчики и приемники выглядят очень по-разному. ТВ или радио радиовещательные антенны представляют собой огромные мачты, иногда тянущиеся на сотни метров/футов в воздух, потому что они должны посылать мощные сигналы на большие расстояния. (Одна из тех, на которые я регулярно настраиваюсь, в Саттон Колдфилд в Англии, имеет мачту высотой 270,5 метра или 887 футов, что примерно равно 150 рослым людям, стоящим друг на друга.) Но вам не нужно ничего такого большого на вашем телевизоре или радио дома: с этой задачей вполне справится антенна гораздо меньшего размера.

Волны не всегда распространяются по воздуху от передатчика к приемнику. В зависимости от того, какие виды (частоты) волн мы хотим послать, как далеко мы хотим их послать и когда мы хотим это сделать, на самом деле существует три различных способов, по которым волны могут распространяться: 1) По линии зрение; 2) по земной волне; 3) Через ионосферу.

Произведение: Как волна распространяется от передатчика к приемнику: 1) По прямой видимости; 2) по земной волне; 3) Через ионосферу.

1. Как мы уже видели, они могут стрелять по так называемой «линии прицеливания», по прямой линии — точно так же, как луч света. В старых телефонных сетях дальней связи для передачи звонков между очень высокими башнями связи использовались микроволны. (оптоволоконные кабели в значительной степени сделали это устаревшим).

   Фото: Антенны, использующие связь в пределах прямой видимости, нужно монтировать на высоких мачтах, вот так. Вы можете видеть тонкие диполи антенны, торчащие из верхней части, но большая часть того, что вы видите здесь, — это просто башня, которая удерживает антенну высоко в воздухе. Фотография Пьера-Этьена Куртежуа предоставлена ​​армией США.

2. Они могут перемещаться по кривизне Земли в так называемой земной волне. AM (средневолновое) радио имеет тенденцию распространяться таким образом на короткие и средние расстояния. Это объясняет, почему мы можем слышать радиосигналы за горизонтом (когда передатчик и приемник не находятся в пределах видимости друг друга).
3. Они могут взлететь в небо, отскочить от ионосферы (электрически заряженной части верхних слоев атмосферы Земли) и снова спуститься на землю. Этот эффект лучше всего работает ночью, что объясняет, почему дальние (иностранные) AM-радиостанции гораздо легче принимать по вечерам. В дневное время волны, уходящие в небо, поглощаются нижними слоями ионосферы. Ночью такого не бывает. Вместо этого более высокие слои ионосферы улавливают радиоволны и отбрасывают их обратно на Землю, давая нам очень эффективное «зеркало неба», которое может помочь переносить радиоволны на очень большие расстояния.

Рекламные ссылки

Какой длины должна быть антенна?

Простейшая антенна представляет собой кусок металлического провода, прикрепленный к радио. Первое радио, которое я построил, когда мне было 11 или 12 лет, было кристалл с длинной петлей из медной проволоки, действующей как антенна. я побежал антенна на потолке моей спальни, так что, должно быть, всего около 20–30 метров (60–100 футов) в длину!

Большинство современных транзисторных радиоприемников имеют как минимум две антенны. Один из представляет собой длинную блестящую телескопическую штангу, которая выдвигается из футляра и поворачивается для приема сигналов FM (частотная модуляция). другой — антенна внутри корпуса, обычно крепящаяся к основному плате, и он улавливает сигналы AM (амплитудной модуляции). (Если вы не уверены в разнице между FM и AM, обратитесь к нашей статье о радио.)

Зачем в радиостанции две антенны? Сигналы на них разные диапазоны волн переносятся радиоволнами разных частота и длина волны. Типичные радиосигналы AM имеют частоту 1000 кГц (килогерц), в то время как типичные FM-сигналы имеют частоту около 100 МГц. (мегагерц) — поэтому они вибрируют примерно в сто раз быстрее. Так как все радио волны распространяются с одинаковой скоростью (скорость света, которая составляет 300 000 км/с или 186 000 миль в секунду), сигналы AM имеют длины волн примерно в сто раз больше, чем сигналы FM. Вам нужно два антенны, потому что одна антенна не может принять такое огромное разный диапазон длин волн. Это длина волны (или частота, если вы предпочитаете) радиоволн, которые вы пытаетесь обнаружить, определяет размер и тип антенны, которую необходимо использовать. Говоря в широком смысле, длина простой (стержневой) антенны должна составлять примерно половину длины волны радиоволны, которые вы пытаетесь принять (также можно антенны, составляющие четверть длины волны, компактные миниатюрные антенны, составляющие примерно одну десятую длины волны, и мембранные антенны, которые еще меньше, хотя мы не будем здесь вдаваться в подробности).

Длина антенны — не единственное, что влияет на длину волны. вы собираетесь забрать; если бы это было радио с фиксированной длиной антенны сможет принимать только одну станцию. Антенна подает сигналы в схему настройки внутри радиоприемника, который предназначен для «захвата» одной конкретной частоты и игнорирования остальных. Самая простая схема приемника (подобная той, что вы найдете в кристаллическом радиоприемнике) не что иное, как моток проволоки, диод и конденсатор, и он подает звук в наушник. Схема отвечает (технически, резонирует с , что означает электрические колебания) на частоте, на которую вы настроены. и отбрасывает частоты выше или ниже этого. Регулируя емкость конденсатора, вы меняете резонансную частоту, которая настраивает ваше радио на другую станцию. Работа антенны состоит в том, чтобы собрать достаточно энергии от проходящих радиоволн, чтобы сделать схема резонирует на нужной частоте.

Антенны AM и FM: короткая и длинная части

Давайте посмотрим, как это работает для FM. Если я попытаюсь слушать типичный радиовещание на частоте FM 100 МГц (100 000 000 Гц), волны, несущие мою программу, имеют длину около 3 м (10 футов). Так что идеал антенна около 1,5 м (4 фута) или около того в длину, что примерно длина телескопической FM-радиоантенны, когда она полностью выдвинута.

Фото: AM-антенна типа «петля» внутри типичного транзисторного радиоприемника. очень компактный и очень направленный. Провод розового цвета, из которого состоит антенна, намотан на толстый ферритовый сердечник (черный стержень). Обычно, как вы видите здесь, на одном ферритовом стержне располагаются две отдельные антенны: одна для АМ (средневолновая) и одна для ДВ (длинноволновая).

Теперь для AM длина волны примерно в 100 раз больше, так почему же вы не нужна антенна длиной 300 м (0,2 мили), чтобы поймать их? Вам нужна мощная антенна, вы просто не знаете, что она есть! АМ-антенна внутри транзисторного радиоприемника работает совершенно по-другому. путь к FM-антенне снаружи. Где FM-антенна улавливает электрическая часть радиоволны, вместо этого AM-антенна соединяется с магнитной частью . Это отрезок очень тонкой проволоки (обычно несколько десятков метров) намотаны от нескольких десятков до нескольких сотен раз вокруг ферритового (магнитного) сердечника, который сильно концентрирует магнитную часть радиосигналов и производит («индуцирует») больший ток в проводе. обернутый вокруг них. Это означает, что подобная антенна может быть очень маленькой и при этом иметь мощность. Без ферритового стержня рамочной антенне требуется гораздо больше витков провода. (чтобы тысячи вместо сотен или десятков) или петли проволоки нужно быть намного больше. Поэтому внешние антенны для раций иногда занимают в форме большой петли, возможно, 10–20 см (4–8 дюймов) в диаметре или около того.

Рисунок: Вверху: Электромагнитные радиоволны состоят из вибрирующих электрических волн (синие) и магнитных волн (красные), движущихся вместе со скоростью света (черная стрелка). Внизу: слева: FM-антенна улавливает относительно коротковолновую высокочастотную электрическую часть FM-радиоволн. Справа: рамочная ферритовая антенна AM улавливает и концентрирует магнитные части длинноволновых низкочастотных электромагнитных волн.

Пока все хорошо, но как насчет мобильных телефонов? Почему им нужны только короткие и короткие Антенны как на фото? В мобильных телефонах тоже используются радиоволны, также распространяющиеся со скоростью света. и с типичной частотой 800 МГц (примерно в десять раз больше, чем FM-радио). Это означает, что их длина волны примерно в 10 раз короче, чем FM-радио, поэтому им нужно антенна примерно в десять раз меньше. В смартфонах обычно антенна растягивается вокруг внутренней части корпуса. Давайте посмотрим, как это вычисляется: если частота 800 МГц, длина волны 37,5 см (14,8 дюйма), и половина длины волны будет быть 18 см (7,0 дюйма). Мой нынешний смартфон LG имеет длину около 14 см (5,5 дюйма), так что вы можете видеть мы находимся на правильном уровне.

Фото: 1) Эта телескопическая FM-радиоантенна вытягивается примерно на 1–2 м (3–6 футов или около того), что составляет примерно половину длины радиоволн, которые она пытается уловить. 2) У мобильных телефонов особенно компактные антенны. Старые модели (например, Motorola слева) имеют короткие внешние антенны или антенны, которые выдвигаются телескопически. (Открытая часть антенны — это часть, на которую указывает мой палец и есть еще одна часть, которую мы не можем видеть, бегущая по краю печатной платы внутри корпуса.) Более новые мобильные телефоны (например, модель Nokia справа) имеют более длинные антенны, полностью встроенные в корпус.

Дополнительные типы антенн

Простейшие радиоантенны представляют собой длинные прямые стержни. Много Комнатные телевизионные антенны имеют форму диполя : металлического стержня, разделенного на две части и сложенный горизонтально, поэтому он немного похож на человека, стоящего прямо вверх, вытянув руки горизонтально. Более сложный открытый Телевизионные антенны имеют ряд таких диполей, расположенных вдоль центральной опорный стержень. Другие конструкции включают круглые петли из проволоки и, Конечно, параболические спутниковые тарелки. Почему так много разных дизайнов? Очевидно, что волны, приходящие к антенне от передатчика, абсолютно одинаковы, несмотря ни на что. форма и размер антенны. Другой рисунок диполей поможет сконцентрировать сигнал, чтобы его было легче обнаружить. Этот эффект можно еще больше усилить, добавив несвязанные «фиктивные» диполи, известные как направляющие и отражатели, которые отражают большую часть сигнала на фактические принимающие диполи. Это эквивалентно усилению сигнала и возможности принимать более слабый сигнал, чем более простая антенна.

Художественное произведение: Четыре распространенных типа антенн (красные) и места, где они лучше всего принимают сигнал (оранжевые): простой диполь, сложенный диполь, диполь и рефлектор и Яги. Базовая или сложенная дипольная антенна одинаково хорошо улавливает перед своими полюсами или позади них, но плохо на каждом конце. Антенна с отражателем улавливает намного лучше с одной стороны, чем с другой, потому что отражающий элемент (красная полоса, похожая на диполь слева) отражает больше сигнала на изогнутый диполь справа. Yagi еще больше усугубляет этот эффект, улавливая очень сильный сигнал с одной стороны и почти полное отсутствие сигнала с какой-либо другой стороны. Он состоит из нескольких диполей, отражателей и директоров.

Важные свойства антенн

Особенно важны три характеристики антенн, а именно их направленность, коэффициент усиления и ширина полосы.

Направленность

Диполи очень направленны : они улавливают входящие радиоволны, прямым углом к ​​ним. Вот почему телевизионная антенна должна быть правильно установлены на вашем доме и обращены в правильную сторону, если вы собираетесь получить четкое изображение. Телескопическая антенна на FM-радио меньше явно направленным, особенно если сигнал сильный: если вы если бы он был направлен прямо вверх, он будет улавливать хорошие сигналы от практически любое направление. Ферритовая AM-антенна внутри радиоприемника гораздо более направленным. Слушая AM, вы найдете себя нужно поворачивать радиостанцию, пока она не поймает действительно сильный сигнал. (Как только вы нашли наилучший сигнал, попробуйте повернуть радио ровно на 90 градусов и обратите внимание, как сигнал часто падает почти до нуля.)

Хотя остронаправленные антенны может показаться болезненным, когда они правильно выровнены, они помогают уменьшить помехи от нежелательных станций или сигналов, близких к тому, который вы пытаетесь обнаруживать. Но направленность — это не всегда хорошо. Подумайте о своем мобильном телефоне. Вы хотите, чтобы он мог принимать звонки, где бы он ни находился по отношению к ближайшую телефонную мачту, или принимать сообщения в зависимости от того, куда он указывает, когда он лежит в сумке, так что остронаправленная антенна не очень хороша. Аналогично для GPS-приемника, который сообщает вам, где вы находитесь. используя сигналы нескольких космических спутников. Поскольку сигналы поступают с разных спутники, в разных местах неба, следует, что они приходят с разных направлений, так что, опять же, остронаправленная антенна не была бы такой полезной.

Усиление

Усиление антенны является очень техническим измерением, но, вообще говоря, сводится к сумме, на которую он повышает сигнал. Телевизоры часто улавливают слабый, призрачный сигнал даже без антенна подключена. Это потому, что металлический корпус и другие компоненты действуют как основная антенна, не сфокусированная на какой-либо конкретной направлении и по умолчанию улавливать какой-либо сигнал. Добавьте правильный направленную антенну, и вы получите гораздо лучший сигнал. Усиление измеряется в децибелах (дБ), и (как правило) чем больше усиление тем лучше ваш прием. В случае с телевизорами вы получаете гораздо больший выигрыш от сложного наружная антенна (одна, скажем, с 10–12 диполями в параллельном «массиве»), чем от простого диполя. Все наружные антенны работают лучше, чем комнатные, а оконные и встроенные антенны имеют более высокий коэффициент усиления и работают лучше, чем встроенные.

Ширина полосы

Ширина полосы антенны — это диапазон частот (или длинах волн, если хотите), на которых он работает эффективно. шире полоса пропускания, тем больше диапазон различных радио волны, которые вы можете подобрать. Это полезно для чего-то вроде телевидения, где вам может понадобиться подобрать много разных каналов, но много менее полезен для телефона, мобильного телефона или спутниковой связи где все, что вас интересует, это очень специфическая радиоволна передачи в довольно узкой полосе частот.

Фото: Еще антенны: 1) Антенна, питающая RFID-метку, вставленную в библиотечную книгу. Схема внутри него не имеет источника питания: всю энергию он получает от поступающих радиоволн. 2) Дипольная антенна внутри беспроводной карты Wi-Fi PCMCIA. Этот работает с радиоволнами 2,4 ГГц с длиной волны 12,5 см, поэтому его длина должна быть около 6 см или около того.

Кто изобрел антенны?

На этот вопрос нет простого ответа, потому что радио превратилось в полезное техники во второй половине 19 в.го века благодаря работе довольно несколько разных людей — как ученых-теоретиков, так и практических экспериментаторов.

Кто были эти пионеры? Шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл разработал теорию радио примерно в 1864 году. и Генрих Герц доказал, что радиоволны действительно существовали примерно через 20 лет (они были некоторое время спустя назвал волны Герца в его честь). Несколько лет спустя, на встрече в Оксфорде, Англия, 14 августа 1894 г. , английский физик, Оливер Лодж , продемонстрировал, как можно использовать радиоволны для передачи сигналов. из одной комнаты в другую в том, что он позже описал (в своей автобиографии 1932 года) как «очень инфантильный вид радиотелеграфии». Лодж подал патент США на «электрическую телеграфию» 1 февраля 1898 года, описывая устройство для «оператора с помощью того, что сейчас известно». как «телеграфия на волнах Герца» для передачи сообщений через пространство любому одному или нескольким из ряда различных людей в разных местах…» Неизвестно Лоджу на этом этапе, Гульельмо Маркони проводил свои собственные эксперименты в Италии примерно в то же время — и в конечном итоге оказался лучшим шоуменом: многие люди считают его «изобретателем радио» и по сей день, тогда как на самом деле он был лишь одним из группы дальновидных людей, помогли превратить науку об электромагнитных волнах в практическую технологию, изменившую мир.

Работа: иллюстрация Оливера Лоджа, на которой он посылает радиоволны через пространство от передатчика (красный) к приемнику (синий) на некотором расстоянии. 8 патент США 609,154: Электрическая телеграфия. Предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Ни в одном из первоначальных радиоэкспериментов не использовались передатчики или приемники, которые мы могли бы мгновенно распознать сегодня. Герц и Лодж, например, использовали устройство, называемое искровым генератором: пара цинковых шариков, прикрепленных к коротким отрезкам медной проволоки с воздушным зазором между ними. Лодж и Маркони использовали когереры Бранли (стеклянные трубки, заполненные металлическими опилками) для обнаружения волн, которые они передавали. и получил, хотя Маркони счел их «слишком неустойчивыми и ненадежными» и в конце концов разработал свой собственный детектор. Вооружившись этим новым оборудованием, он проводил систематические эксперименты по изучению того, как высота антенны влияет на расстояние, на которое он может передавать сигнал.

А остальное, как говорится, уже история!

Подробнее

На этом сайте

• Мобильные телефоны (Мобильные телефоны)
• Связь
• Электричество и электроника
• История общения
• Радио
• Радиочастотные (RF и RFID) метки
• Телевидение

Книги

• Справочник по проектированию антенн Джона Л. Волакиса (ред.). McGraw-Hill, 2018. Огромное исчерпывающее теоретическое и практическое руководство по всем распространенным типам антенн.
• Теория антенн: анализ и проектирование, Константин А. Баланис. Wiley, 2016. Хорошее общее теоретическое введение, предназначенное для студентов, изучающих физику и электротехнику. Не совсем подходит для начинающих — и вам потребуется приличное понимание математики.
• Маленькие антенны: методы миниатюризации и приложения Джона Л. Волакиса и др. McGraw-Hill, 2010. Взгляд на теорию и практическое проектирование небольших антенн для мобильных телефонов, RFID и других приложений.
• Теория и практика антенн, Раджешвари Чаттерджи. Нью Эйдж Интернэшнл, 2006.

Статьи

• Ни одна антенна не смогла бы выжить в жестокой радиоактивной среде Европы — до сих пор, Насер Э. Чахат, IEEE Spectrum, 21 июля 2021 г. Как вы проектируете антенны для экстремальных условий космоса?
• Крошечные мембранные антенны Чарльза К. Чоя. IEEE Spectrum, 22 августа 2017 г. Современные антенны теперь можно уменьшить до 1/000 длины волны, которую они должны принимать.
• Настраиваемые антенны из жидкого металла для настройки на что угодно от Александра Хеллеманса. IEEE Spectrum, 19 мая 2015 г. Какие антенны нам потребуются в будущем для высокочастотных радиоприложений с более короткими длинами волн?
• Патент Apple, умно скрывающий антенну в вашей клавиатуре, Кристина Боннингтон. Wired, 17 августа 2011 г. Как клавиатуры Apple прячут беспроводные антенны под клавишами.
• Внутри лаборатории проектирования антенн Apple, Брайан X. Чен. Wired, 16 июля 2010 г. Экскурсия по секретной лаборатории Apple по тестированию антенн.
• Уши кролика оживляются бесплатно HDTV от Мэтта Рихтела и Дженны Уортэм. The New York Times, 5 декабря 2010 г. Зрители, уставшие от цен на кабельное телевидение, вновь открывают для себя радость старомодных антенн и бесплатного телевидения.
• Усиление сигнала для мобильных телефонов: BBC News, 22 апреля 2008 г. Как ученые из Оксфорда разработали более сложную антенну для мобильного телефона.
• По мере того, как автомобили становятся все более подключенными, скрывать антенны становится все труднее, Иван Бергер. Нью-Йорк Таймс, 14 марта 2005 г.
• Взлом с помощью трубки Pringles, Марк Уорд, BBC News, 8 марта 2002 г. Интересная новость, объясняющая, как хакеры использовали направленные антенны, сделанные из трубок Pringles, для проникновения в беспроводные сети.
• Что вам следует знать о телевизионных антеннах Роберта Герцберга, Popular Science, декабрь 1950 г. Эта старая статья из архивов Popular Science остается очень ясным и актуальным введением в конструкцию антенн.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.