Принцип работы антенны: как устроены приемные и передающие антенны

Как работает антенна для приема и передачи радиосигналов. Какие физические принципы лежат в основе работы антенн. Какие бывают типы антенн и в чем их особенности. На что влияет длина волны при выборе антенны.

Содержание

Основные принципы работы антенны

Антенна — это устройство для приема или передачи радиоволн. Основной принцип ее работы заключается в преобразовании электромагнитной энергии в электрический ток и наоборот. Давайте разберемся, как это происходит:

При передаче высокочастотный электрический ток в антенне создает вокруг нее переменное электромагнитное поле, которое излучается в пространство в виде радиоволн.
При приеме проходящие через антенну радиоволны наводят в ней слабый переменный ток той же частоты.

Таким образом, антенна работает как преобразователь между направляемым сигналом в проводнике и свободно распространяющимися в пространстве радиоволнами.

Ключевые характеристики антенн

Эффективность работы антенны определяется несколькими важными параметрами:

Диаграмма направленности — показывает, как распределяется излучаемая или принимаемая энергия в пространстве. От нее зависит дальность и качество связи.
Коэффициент усиления — характеризует способность антенны концентрировать энергию в определенном направлении по сравнению с ненаправленным излучателем.
Ширина главного лепестка — угол, в пределах которого мощность излучения снижается не более чем в 2 раза.
Входное сопротивление — влияет на согласование антенны с передатчиком или приемником для максимальной передачи мощности.

Зависимость параметров антенны от длины волны

Размер и конструкция антенны напрямую зависят от длины принимаемых или передаваемых радиоволн. Почему это так важно?

Длина антенны обычно кратна 1/4 или 1/2 длины волны для максимальной эффективности.

Чем ниже частота (больше длина волны), тем более габаритной должна быть антенна.
Для УКВ-диапазона достаточно компактных антенн, а для длинных волн требуются огромные конструкции.

Это объясняет, почему антенны для разных диапазонов так сильно отличаются по размеру.

Основные типы антенн и их особенности

Существует множество разновидностей антенн, каждая из которых имеет свои преимущества:

Штыревые антенны — простейший тип, широко используются в мобильных устройствах.
Дипольные антенны — состоят из двух симметричных проводников, обеспечивают широкую диаграмму направленности.
Яги-антенны — многоэлементные направленные антенны с высоким усилением.
Параболические антенны — обеспечивают очень узкую диаграмму направленности и большое усиление.
Фазированные антенные решетки — позволяют электронно управлять направлением главного лепестка.

Выбор типа антенны зависит от конкретного применения и требуемых характеристик.

Как работает передающая антенна?

Процесс передачи сигнала с помощью антенны можно разбить на несколько этапов:

Высокочастотный ток от передатчика поступает в антенну.
Электроны в проводнике антенны начинают колебаться с частотой этого тока.
Колебания электронов создают переменное электромагнитное поле вокруг антенны.
Это поле излучается в пространство в виде радиоволн.
Радиоволны распространяются со скоростью света во все стороны (или в заданном направлении, если антенна направленная).

Таким образом, антенна преобразует электрические колебания в электромагнитные волны.

Принцип работы приемной антенны

Приемная антенна работает в обратном порядке:

Проходящие радиоволны наводят в антенне слабый переменный ток.

Частота этого тока соответствует частоте принимаемого сигнала.
Наведенный ток усиливается в приемнике.
Далее сигнал демодулируется для извлечения полезной информации.

Эффективность приема зависит от соответствия размеров антенны длине волны и правильной ориентации относительно поляризации волны.

Влияние окружающей среды на работу антенн

Работа антенн может существенно зависеть от условий окружающей среды:

Наличие отражающих поверхностей может создавать интерференцию и многолучевое распространение.
Ионосфера влияет на распространение коротких и средних волн, особенно в ночное время.
Атмосферные осадки могут ослаблять сигналы на высоких частотах.
Электромагнитные помехи от других источников снижают качество приема.

Учет этих факторов необходим при проектировании и размещении антенн для обеспечения надежной связи.

Антенна для приема и передачи принцип действия

Акции

Все акции

Наши видео

Все видео

Новости 1 — 4 из 37
Начало | Пред. | 1 2 3 4 5 | След.

| Конец

Самые популярные товары

Арт. 67-0250 Код товара: 50605

Стяжки нейлоновые, тройной замок

Отзывы

Стяжкa нейлоновая кабельная тройной замок 250 x 3,6 мм белая 100 штук REXANT

Арт. 18-4247 Код товара: 90340

Мобильные аксессуары

Отзывы

USB кабель для iPhone 5/6/7 моделей, шнур в металлической оплетке серебристый REXANT

Арт. 305-276

Отзывы

Гирлянда Нить, 10м, эффект мерцания (каждый 5-ый), черный ПВХ, 220В, теплый белый

Арт. 12-0170 Код товара: 60481

Паяльники

Отзывы

Паяльник с керамическим нагревателем и регулятором 30-50 Вт REXANT

Арт. 07-3080 Код товара: 10911

Электрические соединения

Отзывы

Экспресс-клемма с пастой 8-проводная до 2,5мм² серая 773-308 REXANT

Все товары ТВ, видеонаблюдение, интернет и связь

Каков основной принцип работы антенны?

1, основной принцип антенны

Основной принцип антенны заключается в том, что высокочастотный ток вокруг нее вызывает изменение электрического и магнитного полей, согласно теории электромагнитного поля Максвелла, «изменение электрического поля создает магнитное поле, изменение магнитного поля производит электрическое поле», так что непрерывное возбуждение, реализация беспроводного распространения сигнала.

2, основные параметры антенны и концепция

(1) усиление

Антенна является пассивным устройством, здесь усиление относится к антенне в направлении излучения силы карты направления излучения антенны и эталонному коэффициенту мощности антенны, обычно выражаемому в логарифмическом выражении. Если эталонная антенна является всенаправленной, единицей измерения является дБи, усиление дипольной антенны составляет 2,14 дБи. из-за того, что идеальная всенаправленная антенна не может быть достигнута (дипольная антенна H с направленностью поверхности для круга), дипольная антенна (половина длины волны, длина одиночного генератора 1/4 длины волны) также обычно используется для создания эталонной антенны, когда единица усиления дБд.

Усиление антенны используется для измерения способности антенны отправлять и принимать сигналы в определенном направлении, это один из важных параметров при выборе антенны.

(2) карта направления

Карта направления излучения представляет собой графическое описание напряженности поля антенны, передающей или принимающей, представляет собой трехмерную карту усиления. Как антенна для трехмерного космического излучения, необходимо несколько графиков для описания. Общее излучение антенны относительно осевой симметрии (например, дипольная антенна, спиральная антенна и некоторая параболическая антенна), обычно рассматривают только карту направления излучения горизонтального и вертикального двумерного сечения, а затем только карту направления.

На приведенном выше рисунке слева для обычной дипольной антенны, центральный фидер, после моделирования (справа) можно увидеть: сверху антенны видно, что поле излучения круглое, энергия направлена в направлении излучения перпендикулярно антенне. ось, используя карту направлений, выраженную следующим образом.

(3) ширина луча/закрылок

На диаграмме направления мощности направление излучения максимальной мощности, соответствующее тому, чтобы стать основным лепестком, относительная максимальная мощность направления излучения до половины или меньше максимального угла ширины луча 3 дБ между двумя точками называется шириной лепестка половинной мощности. Точно так же ширина луча 6 дБ и ширина луча 12 дБ могут быть определены по мере необходимости.

Чем выше коэффициент усиления антенны, тем лучше направленность, тем больше сконцентрирована энергия, тем уже закрылок. Карта направления излучения антенны с высоким коэффициентом усиления часто сопровождается «боковым лепестком» (side лепестком) и задним лепестком (задним лепестком). Боковой лепесток — это усиление в дополнение к основному лепестку (наивысшее усиление «луча») за пределами луча. Боковые лепестки, такие как радар и другие системы, должны определять направление сигнала, что повлияет на качество антенны, из-за бокового лепестка распределения мощности также уменьшается усиление основного закрылка.

4）Многолучевой

На приведенной выше схеме направления антенны только один главный луч, многолучевое использование нескольких антенн для формирования другого направления луча (радиолокационные приложения) или покрытия более широкого диапазона (приложения связи), как правило, с помощью фазовращателя для регулировки фазы каждой антенны для достижения .

(5) поляризация антенны (поляризация)

Поляризация — это другой способ передачи электромагнитных волн: обычно линейная поляризация (горизонтальная, вертикальная) и круговая поляризация (левое вращение, правое вращение), эллиптическая поляризация и т. Д.

Большинство радиолокационных систем являются униполярными. Это связано с тем, что передатчик и приемник работают на одну и ту же антенну, поэтому, какой бы ни была поляризация, она сильно отразится. Поляризация, совпадающая с передаваемой поляризацией, называется «сополяризацией», а противоположная поляризация называется «кросс-поляризацией».

Линейно поляризованная электромагнитная волна может быть разложена на две ортогональные волны под углом 90°.° поляризатор, так что синтезированный вектор передачи вращается вдоль оси передачи в передачу с круговой поляризацией с левым или правым вращением в зависимости от того, равен ли фазовый сдвиг двух ортогональных волн +90° или -90°.

Как правило, поляризацию антенны можно выбирать в соответствии с требованиями приложения. Различные приложения могут получить лучшие результаты от различных методов поляризации. Например, антенны с вертикальной поляризацией лучше работают в приложениях наземной мобильной связи, потому что электромагнитные волны с вертикальной поляризацией легче проходят через холмистую местность, чем волны с горизонтальной поляризацией, в то время как подходы с горизонтальной поляризацией лучше работают в приложениях связи, зависящих от ионосферы, и часто на больших расстояниях. Кроме того, для спутниковой связи обычно используется круговая поляризация, поскольку она обычно лучше смягчает замирание, вызванное сдвигом направления спутника.

Как работают антенны | Мобильные системы

Представьте, что вы протягиваете руку и ловите проходящие мимо слова, картинки и информацию. Это более или менее то, что делает антенна (иногда называемая антенной): это металлический стержень или тарелка, которая улавливает радиоволны и превращает их в электрические сигналы, подаваемые на что-то вроде радио, телевидения или телефонной системы. Такие антенны иногда называют приемниками. Передатчик — это другой тип антенны, который выполняет противоположную работу приемника: он преобразует электрические сигналы в радиоволны, так что они иногда могут перемещаться на тысячи километров вокруг Земли или даже в космос и обратно. Антенны и передатчики являются ключом практически ко всем формам современной телекоммуникации. Давайте подробнее рассмотрим, что они из себя представляют и как они работают!

Как работают антенны

Предположим, вы руководитель радиостанции и хотите транслировать свои программы всему миру. Как вы это делаете? Вы используете микрофоны, чтобы улавливать звуки голосов людей и превращать их в электрическую энергию. Вы берете это электричество и, грубо говоря, заставляете его течь по высокой металлической антенне (увеличивая его мощность во много раз, чтобы оно распространялось в мире так далеко, как вам нужно). Поскольку электроны (крошечные частицы внутри атомов) в электрическом токе колеблются взад и вперед вдоль антенны, они создают невидимое электромагнитное излучение в виде радиоволн. Эти волны распространяются со скоростью света, унося с собой вашу радиопрограмму. Что произойдет, если я включу радио в своем доме в нескольких милях от меня? Радиоволны, которые вы послали, проходят через металлическую антенну и заставляют электроны раскачиваться вперед и назад. Это генерирует электрический ток — сигнал, который электронные компоненты внутри моего радио превращают обратно в звук, который я слышу.

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 конструкции. Например, если вы используете что-то вроде спутникового телефона, который может отправлять и принимать видеотелефонные звонки в любое другое место на Земле с помощью космических спутников, все сигналы, которые вы передаете и принимаете, проходят через одну спутниковую антенну — особый вид антенны в форме чаши (и технически известной как параболический отражатель, потому что тарелка изгибается в форме графика, называемого параболой). Однако часто передатчики и приемники выглядят очень по-разному. Телевизионные или радиовещательные антенны представляют собой огромные мачты, иногда уходящие в воздух на сотни метров/футов, потому что они должны посылать мощные сигналы на большие расстояния. Но вам не нужно ничего такого большого для домашнего телевизора или радиоприемника: 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:

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

Как мы уже видели, они могут стрелять по так называемой «линии прицеливания», по прямой — как луч света. В старых телефонных сетях дальней связи для передачи звонков между очень высокими башнями связи использовались микроволны.
Они могут двигаться вокруг кривизны 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).
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.

Фото: эта телескопическая антенна FM-радио выдвигается примерно на 1–2 м (3–6 футов или около того), что составляет примерно половину длины радиоволн, которые она пытается уловить.

Простейшая антенна представляет собой цельный кусок металлического провода, прикрепленный к радиоприемнику. Первое радио, которое я построил, когда мне было 11 или 12 лет, представляло собой кристалл с длинной петлей из медного провода, действующей в качестве антенны. Я провел антенну вдоль потолка своей спальни, так что ее общая длина должна была быть около 20–30 метров (60–100 футов)!

Фото: Антенны, которые используют связь в пределах прямой видимости, должны быть установлены на высоких мачтах, как эта. 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.

Большинство современных транзисторных радиоприемников имеют как минимум две антенны. Один из них представляет собой длинный блестящий телескопический стержень, который выдвигается из корпуса и поворачивается для приема FM-сигналов (частотной модуляции). Другой представляет собой антенну внутри корпуса, обычно прикрепленную к основной печатной плате, и принимает 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 в этих разных диапазонах волн передаются радиоволнами разной частоты и длины волны. Типичные AM-радиосигналы 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. Поскольку все радиоволны распространяются с одинаковой скоростью (скорость света, которая составляет 300 000 км/с или 186 000 миль в секунду), AM-сигналы имеют длину волны примерно в сто раз больше, чем FM-сигналы. Вам нужны две антенны, потому что одна антенна не может уловить такой сильно различающийся диапазон длин волн. Именно длина волны (или частота, если хотите) радиоволн, которые вы пытаетесь обнаружить, определяет длину антенны, которую вам нужно использовать. Вообще говоря, длина антенны должна составлять примерно половину длины волны радиоволн, которые вы пытаетесь принять (также можно сделать антенны, длина которых составляет четверть длины волны, хотя мы не будем здесь вдаваться в подробности). .

Твитнуть

Основные принципы антенны

3 августа 2018 г. 10 ноября 2018 г. Гопал Кришна 2987 просмотров 0 Комментарии антенна, высота антенны, электромагнитное поле, электромагнитное излучение, управляемая и неуправляемая среда, полуволновые антенны, четвертьволновые антенны, радар, линии передачи

Основные принципы антенны

Антенна может представлять собой отрезок проволоки, металлический стержень или кусок трубки. Используется множество различных размеров и форм. Длина проводника зависит от частоты работы. Антенны излучают наиболее эффективно, когда их длина напрямую связана с длиной волны передаваемого сигнала. Большинство антенн имеют длину, равную некоторой доле длины волны. Наиболее распространены антенны ½, ¼ длины волны.

В беспроводной связи радиочастотный сигнал генерируется передатчиком, отправляется в свободное пространство (воздух или атмосферу) и, наконец, улавливается приемником. Передатчик генерирует радиочастотный сигнал.

В системах радиосвязи передатчики соединяются с приемниками через линии передачи, антенны и свободное пространство. Линия передачи передает энергию от передатчика к антенне или от антенны к приемнику. ЭМ-волны передаются от передающей к приемной антенне через свободное пространство подобно тому, как энергия передается от первичной обмотки к вторичной в трансформаторе. Таким образом, линии передачи в связи передают телефонные сигналы, компьютерные данные (в локальных сетях) и телевизионные сигналы (системы кабельного телевидения). Они передают сигналы от передатчика к антенне и наоборот, и отмечают, что линии передачи являются важными звеньями в любой системе связи.

Помните, что линии передачи — это больше, чем куски провода или кабеля. Их электрические характеристики имеют решающее значение и должны быть согласованы с оборудованием для успешной связи. С антеннами степень связи намного ниже, чем с трансформатором, и задействована ЭМ волна, а не просто магнитная волна.

Антенны используются для сопряжения линий передачи с атмосферой, атмосферы с линиями передачи или того и другого.
Энергия антенной пары из линии передачи в атмосферу и энергия, полученная из атмосферы в линию передачи

Принцип излучения

Обратите внимание, что важным критерием излучения является то, что длина проводника должна составлять примерно половину или четверть длины волны сигнала переменного тока. Очень небольшое излучение электромагнитного поля возникает, если длина антенных проводов меньше l/2 или l/4 длины волны. С увеличением частоты длина волны уменьшается. Обратите внимание, что длина волны (l) должна находиться в пределах диапазона практических проводников и проводов. (от 1 МГц до 1000 ГГц).

Пример : f = синусоидальный сигнал 60 Гц

l = v/f = 3x 10 ⁸/60 = 5000000 метров = 5000 килограмм метров ( нецелесообразно 90 087 )

Именно в этом диапазоне возникает дальнее излучение. Например, сигнал УВЧ на частоте 300 МГц имеет длину волны 1 метр, что является очень практичной длиной.

Количество излучаемой энергии определяется расположением проводников, несущих сигнал. Если они имеют форму кабеля, такого как линия передачи с генератором на одном конце и нагрузкой на другом конце, на любой частоте возникает очень небольшое излучение.

Размер или набор антенн
Большая антенна может обнаруживать слабые сигналы намного лучше, чем маленькие антенны. Большая антенна собирает много электромагнитных волн точно так же, как большое ведро собирает много дождя. Первая антенная решетка работала в диапазоне кГц. Сегодня массив может работать практически на любых частотах. Антенные решетки чрезвычайно популярны для использования в радарах в микроволновом диапазоне.
Антенна представляет собой конструкцию, связанную с радиоволнами. Работа этой структуры состоит в том, чтобы либо излучать, либо принимать радиоволны. С одной стороны антенны находится источник, источник, который подает сигнал на антенну, и эта антенна выпускает сигнал в свободное пространство. Это означает, что другая сторона свободного места сидит.
Антенна получает сигнал от источника сигнала, т.е. от устройства, и выпускает сигнал в свободное пространство. Итак, получая сигнал от устройства, антенна должна вести себя как устройство. Он должен соответствовать устройству, чтобы теорема о передаче максимальной мощности гласила: на антенну может подаваться максимальная мощность или сигнал.
Аналогично, получив этот сигнал, антенна пытается выпустить его в свободное пространство. Цель состоит в том, чтобы максимальное количество сигнала было выпущено в свободное пространство, чтобы оно достигло пункта назначения. Итак, другая сторона антенны ведет себя как свободное пространство, совпадающее со свободным пространством и пытающееся доставить максимальный сигнал в свободное пространство. Итак, антенна — это устройство, находящееся между направляющей и неуправляемой (или в свободном пространстве) системами.

Основные принципы работы антенны

Ключевые характеристики антенн

Зависимость параметров антенны от длины волны

Основные типы антенн и их особенности

Как работает передающая антенна?

Принцип работы приемной антенны

Влияние окружающей среды на работу антенн