Типы антенн: Виды антенн

Содержание

Топ-3 вопросов по настройке телевизионной антенны

Сегодня, 19 марта, отмечается Международный день клиента. В этот день компании дают полезные советы по пользованию своими услугами. В связи с этим РТРС подготовили ответы на наиболее частые вопросы с горячей линии цифрового эфирного телевидения (ЦЭТВ).

1. «Полька» или ёлка?

С проблемами из-за антенн связано до 90% всех звонков на горячую линию. По принимаемым частотам антенны делятся на метровые, дециметровые и всеволновые. Для приема цифрового ТВ нужна дециметровая (ДМВ). Другие типы антенн не гарантируют устойчивого сигнала. То есть телеприем может прерваться в любой момент, поскольку у ЦЭТВ нет ряби от помех: оно либо показывает отлично, либо пропадает. Одна из самых коварных антенн – «полька». Внешне она похожа на решетку или сушилку. Коварство «польки» в ее дешевизне и относительной способности принимать сигнал. При этом «полька» крайне ненадежна и часто выходит из строя. Кроме того, ее усилители создают помехи и даже глушат телесигнал на антеннах соседей. Такую антенну лучше заменить. А вот оптимальная по конструкции антенна похожа на ёлку.

2. Комнатная или наружная?

Если вы живете не далее 5 км от телебашни и между домом и башней нет преград, воспользуйтесь комнатной антенной. Если ваш дом расположен не далее 20 км от телебашни, подойдет наружная антенна без усилителя. Если расстояние между домом и телебашней от 20 до 80 км, понадобится наружная антенна с усилителем. Антенна с усилителем будет плохо работать вблизи телебашни. Это как кричать рядом с ухом.

3. Как подключить антенну?

Подключите антенный кабель к антенному входу цифрового телевизора или приставки (если телевизор старого образца). Гнездо для подключения обычно расположено на задней стенке телевизора, рядом нанесена маркировка в виде надписи «ANT». Направлять антенну нужно на ближайшую телебашню. Плавно поворачивайте антенну, добиваясь наилучшей картинки. В большинстве телевизоров и приставок есть индикаторы уровня и качества сигнала. Для уверенного телеприема уровень сигнала должен быть не ниже 60%, качество сигнала – 100%. Антенну лучше ставить у окна. «Цифре» часто хватает и отраженного сигнала от дома напротив.

К слову, ответы на другие вопросы можно получить в кабинете телезрителя на сайте ртрс.рф или по номеру горячей линии 8-800-220-20-02 (звонок по России бесплатный).

Направленные и всенаправленные антенны. Другие виды антенн

Все антенны для Wi-Fi-устройств относят к одному из двух больших классов: антенны для наружного и для внутреннего применения. Сразу подчеркнем, что такие антенны не только герметичны, но очень устойчивы к любым внешним воздействиям.

Антенны для наружного использования отличаются не только большими размерами. Для них также предусмотрены крепления, поскольку их место на стене или на столбе.

По направленности антенны делят на всенаправленные, или ненаправленные, а также на направленные. Всенаправленные антенны покрывают территорию во всем радиусе действия. Обычно это штырь, который стоит вертикально и распространяет сигнал в плоскости, которая перпендикулярна своей оси. Именно такими антеннами комплектуются, к примеру, беспроводные IP Wi-Fi камеры комнатного исполнения.

Использование всенаправленных антенн имеет большие ограничения. И потому нашли применение лишь в помещениях. Как исключение, их используют на улице при расстоянии до беспроводных камер не более 300-500 метров. При большем расстоянии они уже отовсюду притягивают к себе помехи. Подчеркнем также, что всенаправленные антенны — с круговой диаграммой направленности только в горизонтальной плоскости.

Направленные антенны предназначены для связи Точка-Точка или Точка-Многоточка. То есть для подключения беспроводной камеры на расстоянии свыше 50-100 метров именно такая антенна и нужна.

Направленные антенны принято делить на секторные, антенны типа волновой канал, параболические и сегментно-параболические антенны, панельные антенны и прочие. Предназначение секторных антенн в излучения радиоволн в определенном секторе. Как правило, 60°, 90° или 120°. Секторными антеннами хорошо регулировать зоны покрытия передатчиков, не создавая помех для остальных сегментов Wi-Fi сети.

Антенны типа «волновой канал» имею т широкий спектр применения. У такой антенны активный элемент в виде вибратора. Пассивные элементы — рефлектор и нескольких директоров, которые расположены на одной стреле.

Сегментно-параболические антенны используют при организации беспроводной связи на большие расстояния в диапазоне 2.4 ГГц. У них повышенное усиление, которое дает возможность организовать связь с беспроводными камерами на несколько десятков километров. У панельных антенн плоская конструкция, и потому они более удобны при монтаже. Они безупречно работают на расстояниях до нескольких километров.

Антенны

Антенны представляют собой электромеханические конструкции из токопроводящих элементов, размеры и конфигурация которых определяют эффективность преобразования электрических сигналов в радиосигналы (для передающих антенн) и радиосигналов в электрические (для приемных антенн).

Возможности антенн, как приемных, так и передающих, определяются следующими электрическими характеристиками:

• диаграммой направленности и ее шириной;

• коэффициентом полезного действия;

• коэффициентом направленйого действия;

• коэффициентом усиления;

• полосой частот.

Диаграмма направленности представляет собой графическое изображение уровня излучаемого (принимаемого) сигнала от угла поворота антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Диаграммы изображаются в прямоугольных и полярных координатах (см. рис. 17.2).

Рис. 17.2. Диаграмма направленности антенн

Диаграммы направленности могут иметь разнообразный и изрезанный характер, определяемый механической конструкцией и электрическими параметрами. Лепесток диаграммы направленности с максимумом мощности излучаемого или принимаемого электромагнитного поля называется главным или основным лепестком, остальные — боковыми и задними. Соотношение между величинами мощности основного лепестка по сравнению с остальными характеризует направленные свойства антенны. Ширина главного лепестка диаграммы измеряется углом между прямыми, проведенными из начала полярных координат до значений диаграммы, соответствующих половине максимальной мощности излучения или 0,7 напряжения электрического сигнала приемной антенны. Чем меньше ширина диаграммы направленности антенны, тем выше ее коэффициент направленного действия.

Коэффициент направленного действия (КНД) определяет величину энергетического выигрыша, который обеспечивает направленная антенна по сравнению с ненаправленной.

Потери электрической энергии в антенне оцениваются коэффициентом полезного действия (КПД), равного отношению мощности сигнала на выходе реальной антенны к мощности сигнала идеальной антенны без потерь.

Произведение этих двух коэффициентов определяет коэффициент усиления антенны (КУ). Так как КНД > 1, а КПД < 1, то коэффициент усиления в зависимости от значений сомножителей мо жет теоретически принимать значения как меньше, так и больше 1. Чем выше КУ, тем больший энергетический эффект обеспечивает антенна, но тем точнее необходимо ориентировать направление основного лепестка на источник излучения.

Для обеспечения эффективного излучения и приема в широком диапазоне используемых радиочастот создано большое количество видов и типов антенн, классификация которых представлена на рис. 17.3.

Рис. 17.3. Классификация антенн

Назначение передающих и приемных антенн ясно из их наименований. По своим основным электрическим параметрам они не различаются. Многие из них в зависимости от схемы подключения (к передатчику или приемнику) могут использоваться как передающие или приемные, например антенны радиолокационных станций. Однако если к передающей антенне подводится большая мощность, то в ней принимаются специальные меры по предотвращению пробоя между элементами антенны, находящимися под более высоким напряжением.

Эффективность антенн зависит от согласования размеров элементов антенны с длинами излучаемых или принимаемых волн. Минимальная длина согласованной с длиной волны электромагнитного колебания штыревой антенны близка к X / 4, где X — длина рабочей волны. Размеры и конструкция антенн различаются как для различных диапазонов частот, таки внутри диапазонов.

Если для стационарных антенн требование к геометрическим размерам антенны может быть достаточно просто выполнено для коротких и ультракоротких волн, то для антенн, устанавливаемых на мобильных средствах, оно неприемлемо. Например, рациональная длина антенны (к / 4) для обеспечения связи на частоте 30 МГц составляет 2,5 м, что неудобно для пользователя. Поэтому применяют укороченные антенны, но при этом уменьшается их эффективность. По данным [7], укорочение длины этой антенны в 2 раза уменьшает эффективность до 60%, в 5 раз (до 50 см) — до 10%, а эффективность антенны, укороченной в 10 раз, составляет всего около 3% от рационального варианта.

По типу излучающих элементов антенны делятся на линейные, апертурные и поверхностных волн.

У линейных антенн поперечные размеры малы по сравнению с продольными и с длиной излучаемой волны. Линейные антенны выполняются из протяженных токопроводящих элементов (металлических стержней и проводов), вдоль которых распространяются токи высоких частот. В зависимости от величины нагрузки линии в ней возникают стоячие (линия разомкнута) или бегущие волны (сопротивление нагрузки равно волновому сопротивлению линии). По конструкции различают симметричные и несимметричные электрические вибраторы, бегущей волны, ромбические и рамочные антенны. В симметричном вибраторе провода линии — вибраторы разведены на 180° (рис. 17.4 а)).

Рис. 17.4. Типы линейных антенн

Несимметричным вибратором называется одиночный линейный проводник, расположенный вертикально над проводящей поверхностью (корпусом, «землей») (рис. 17.4 б)).

Излучающим элементом апертурных антенн является их раскрыв. По виду апертуры различают рупорные, линзовые, зеркальные и щелевые антенны (рис. 17.5).

Рис. 17.5. Апертурные антенны

Рупорная антенна (рис. 17.5 а)) представляет собой конец волновода с рупором прямоугольной или круглой формы. По волноводу передается электромагнитная энергия от генератора передатчика, а рупор обеспечивает плавный переход от волновода к свободному пространству, уменьшающий отражение электромагнитной волны от конца волновода.

Основным элементом линзовых антенн (рис. 17.5 б)) является линза, принцип работы которой аналогичен оптической линзе. В передающей антенне линза преобразует расходящуюся от облучателя (рупор, конец волновода или вибратор) электромагнитную волну в плоскую волну. Приемная антенна фокусирует на облучатель падающую на раскрыв линзы электромагнитную волну. Линзы делятся на замедляющие, в которых фазовая скорость распространения электромагнитной волны ниже скорости света, и ускоряющие. Замедляющие линзы выполняются из диэлектрика, в который вкраплены токопроводящие элементы. Ускоряющие линзы изготовляются из параллельных металлических пластин или секций прямоугольных волноводов. Наиболее широко используются многолучевые линзы, обеспечивающие широкий сектор излучения и приема: сферические и цилиндрические линзы Люнеберга, линзы Ротмана и так называемые линзы 11-211.

Линзы, у которых электромагнитное поле в ее раскрыве формируется в результате отражения электромагнитной волны, излучаемой облучателем, от металлической поверхности специального рефлектора (зеркала), называются зеркальными (рис. 17.5 в)). Форма линзы в виде параболоида вращения, усеченного параболоида, параболического цилиндра или цилиндра специальной формы создает требуемую диаграмму направленности антенны. В диапазоне дециметровых и более длинных волн в качестве облучателя применяется вибратор, более коротких длин волн — волноводнорупорные облучатели.

В линзовых антеннах путем увеличения размеров зеркала можно обеспечить высокое угловое разрешение. Они широко применяются в сантиметровом и дециметровом диапазонах волн, прежде всего для обеспечения космической связи и в радиоастрономии. Например, зеркало радиотелескопа РАТАН-600, работающего в диапазоне 0,8-30 см, состоит из 895 щитов размерами 7,4 х 2 м\ расположенных по кругу диаметром 600 м.

Щелевая антенна (рис. 17.5 г)) представляет собой металлический лист с щелью, облучаемый электромагнитным полем. В основном применяется узкая прямоугольная щель шириной (0,03-0,05)}. и длиной 0,5}., но щель может быть иной формы, в виде угла, креста и др. В щели, расположенной перпендикулярно наводимым в листе токам, возбуждается электромагнитное поле. Для обеспечения односторонней направленности излучаемого поля щель с тыльной стороны закрывается резонатором в виде металлической коробки. Возбуждающий сигнал подводится к краям щели с помощью коаксиального кабеля непосредственно илн с помощью зонда, укрепляемого внутри резонатора.

В антеннах поверхностных волн направленное излучение (прием) возникает в результате интерференции волн, излучаемых собственно возбудителем и распространяющихся с меньшей скоростью вдоль направителя поверхностной волны. В качестве возбудителей чаще всего используются односторонние направленные излучатели: рупор, открытый конец волновода, вибратор с рефлектором.

11аправители бывают диэлектрические (рис. 17.6) и металлические, а по форме — плоские, дисковые и стержневые.

Рис. 17.6. Стержневая диэлектрическая антенна поверхностных волн

Создание антенн с высоким коэффициентом усиления и широкой полосой пропускания представляет основную проблему в области конструирования антенн. Чем выше КУ, тем труднее обеспечить широкополосность антенны. В зависимости от полосы пропускания антенны разделяются на узкополосные, широкополосные, диапазонные и широкодиапазонные.

Узкополосные антенны обеспечивают прием сигналов в диапазоне 10% от основной частоты. У широкополосных антенн эта величина увеличивается до 10-50%, у диапазонных антенн коэффициент перекрытия (отношение верхней частоты полосы пропускания антенны к нижней) составляет 1,5-4, а у широкодиапазонных антенн это отношение достигает значений в интервале 4-20 и более.

Совокупность однотипных антенн, расположенных определенным образом в пространстве, образует антенную решетку. Сигнал антенной решетки равен сумме сигналов от отдельных антенн. Различают линейные (одномерные) и плоские (двухмерные) антенные решетки. Антенные решетки, у которых можно регулировать фазы сигналов отдельных антенн, называют фазированными антенными решетками. Путем изменения фаз суммируемых сигналов можно менять диаграмму направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях и производить быстрый поиск сигнала по пространству и ориентацию приемной антенны на источник излучения.

⇐Средства перехвата радиосигналов | Инженерно-техническая защита информации | Радиоприемники⇒

Типы и конструкции встраиваемых антенн

Эта статья посвящена описанию некоторых популярных типов конструкции встраиваемых малых антенн (МА) и основана на собственном опыте более чем трехлетней коммерческой разработки и настройки таких устройств.

Прежде, чем переходить к описанию конкретных конструкций электрически малых антенн, надо отметить, что само понятие «малые антенны» включает в себя четыре класса антенн [1]:

А) Электрически малые антенны (ЭМА) – под электрически малыми понимаются антенны с максимальными габаритами, не превышающими произведение k·a, где k – волновое число, а а – радиус воображаемой сферы, называемой сферой Чу (Chu sphere), охватывающий рассматриваемую антенну [2]. Примерами таких антенн являются короткий диполь, антенны с меандровой или спиральной секцией и т. д. Для того, чтобы получить ЭМА можно использовать один из следующих базовых принципов:

  • понизить резонансную частоту;
  • полностью использовать объем, отведенный под антенну;
  • добиться равномерного распределения тока вдоль проводника;
  • увеличить количество излучаемых мод;
  • использовать структуры для поверхностных волн.

Б) Функционально малые антенны (ФМА) – исходные размеры антенны остаются неизменными, однако структура антенны изменяется путем включения специальных компонентов, что расширяет первоначальный функционал антенны, например несколько рабочих частотных диапазонов.

В) Физически ограниченные малые антенны (ФОМА) – малые антенны, один из размеров которых соответствует критерию ЭМА. Сюда можно отнести пэтч-антенны, микрополосковые антенны, взаимокомплиментарные антенны.

Г) Физически малые антенны (ФМА) – включают остальные малые антенны, не подходящие под критерии трех первых групп, например, короткая дипольная антенна с ёмкостной нагрузкой.

 Для того, чтобы легче ориентироваться в разнообразии типов электрически малых антенн (ЭМА) предлагается следующая упрощенная классификация:

По типу возбуждения:

  • Несимметричные – возбуждение подключается между излучающим проводником и «землей». Имеют, как правило, в два раза меньшие габариты, чем симметричные антенны. Сюда относятся: монополи, IFA, пэтч-антенны и т.д.
  • Симметричные – конструкция антенны симметрична (или почти симметрична) относительно точки возбуждения, фаза возбуждающего сигнала на зажимах различается на 180 градусов. Сюда можно отнесенности диполь, рамки, двойная IFA. Данные тип антенн характеризуется возможность подавлять синфазные шумовые помехи на входе приемника.

По типу изготовления:

  • Печатные – выполняются в виде печатного проводника специальной конфигурации на плате. Технологичны и дешевы (зависит от сложности конструкции и тип материала печатной платы (ПП)). Характеризуются наличием потерь мощности радиочастотного (РЧ) сигнала в диэлектрике ПП и, как следствие, более низкой эффективностью излучения (сравнительно с двумя следующими типами антенн).
  • Проволочные – представляют собой проволочные проводник специальной конфигурации, расположенный в воздухе или в среде с диэлектрической проницаемостью близкой к 1 (полимерные вспененные материалы). Имеют высокую эффективность излучения, но сложны в изготовлении (по сравнении с первым типом).
  • Комбинированные или гибридные – часть антенны выполняется в виде проводника в воздухе (чаще, это излучатель), а часть (обычно, это элемент подстройки) – в виде печатного проводника на плате. Это позволяет объединить достоинства двух первых типов антенн, а именно технологичность производства и высокую эффективность излучения.

Поскольку для случая встраиваемых антенн чаще всего нет возможности разместить обычную конструкцию резонансной длины, то широко применяются различные методы укорочения антенн: усложнение конструкции (сгибание, меандр и др.) реактивная и диэлектрическая нагрузка, увеличение величины диэлектрической проницаемости материала ПП и т. д. [2, стр. 1334].

Описание некоторых типов ЭМА, используемых в коммерческой разработке

Описание типов антенн начнем с простейших и будем двигаться к более сложным конструкциям. Для каждого типа базовой конфигурации будут приведены типовые характеристики. Актуальные характеристики конкретных образцов могут сильно отличаться от приведенных в результате влияния полной конструкции антенны в сборке со всем устройством. Для определения точных внешних (параметры диаграммы направленности (ДН), коэффициент направленного действия (КНД)) и внутренних параметров (входной импеданс) антенны следует использовать компьютерную симуляцию или экспериментальное исследование.

 Сразу отметим, что для всех типов приведенных ниже антенн возможны два варианта исполнения: печатный и проволочный. Возможность комбинированного варианта исполнения отдельно будет описано ниже.

1. Монополь (несимметричный вибратор) – представляет собой изолированный проводник над металлическим заземленным экраном (см. рис. 1) [2, стр. 189].

Рис. 1 — Монопольная антенна базовая конструкция.

С целью уменьшения габаритов (полная длина составляет λ/4, где λ – длина электромагнитной волны (ЭМВ), соответствующая центральному значению частоты f0 рабочего частотного диапазона ∆f)) используют сгибание излучателя (см. рис. 1.1), спиральные секции (см. рис. 1.2), а также меандр для печатного исполнения, укорочение длины (λ/8), реактивная нагрузка [4 стр. 43].

На рис. 1.1 приведено фото изогнутой монопольной антенны. При прокладке проводника антенны следует избегать участков, где параллельные участки имеют встречное направление СВЧ тока, а также вблизи обширных заземленных металлических полигонов. Полужесткая конструкция излучателя позволяет обеспечить повторяемость характеристик для многих образцов.

Рис. 1.1 – Вид изогнутой полужесткой монопольной антенны модема, помещённой в корпус.

На рис. 1.2 приведено фото двух образцов внешне схожих антенн, заказанных у различных производителей, однако имеющие различные входные сопротивления, что связано, скорее всего, различной длиной шага спирали. Т. о. необходимо предварительно проверять характеристики первой партии образцов антенн при смене производителя.

Рис. 1.2 – Вид изогнутой полужесткой монопольной антенны со спиральной секцией.

Типовые параметры базового монопольного излучателя над конечным проводящим экраном.

Важно!

Антенна тип монополь излучает крайне неэффективно, будучи размещенной вплотную к поверхности ПП, имеющей в этой области сплошную или фрагментарную металлизацию (см. рис. 1.3). Для повышения эффективности излучения необходимо обеспечить зазор между проводником антенны и поверхностью ПП.

1.3). Для повышения эффективности излучения необходимо обеспечить зазор между проводником антенны и поверхностью ПП.

Рис. 1.3 – Гибкий проволочная монопольная антенна уложена вплотную к металлизации ПП, что привело к резкому уменьшению дальности работы устройства вследствие низкой эффективности излучения такой конструкции.

2. Диполь (симметричный полуволновой вибратор) – представляет собой два проводника, в простейшем случае лежащие на одной прямой (рис. 2) длиной λ/4 каждый и возбуждаемые с фазовым сдвигом 180. [2, стр. 176] С целью уменьшения габаритов используют сгибание излучателей (см. рис. 2.1) (наклон, спираль, меандр), укорочение длины (λ/8), реактивная нагрузка.

Рис. 2 – Дипольная антенна базовая конструкция.

На рисунке 2.1 представлена дипольная антенна со спиральными секциями, позволяющими значительно уменьшить резонансные размеры излучателя.

Рис. 2.1 – Внешний вид диполя проволочного со спиральными секциями

3. Рамочная антенна (магнитный диполь) – представляет собой замкнутый проводник с периметром кратным λ/2, возбуждаемые с фазовым сдвигом 180 [2, стр. 235]. В середине проводника имеется точка нулевого потенциала, что позволяет крепить две части антенны к земляному полигону ПП, повышая таким образом его механическую прочность. Типовая конструкция представлена на рис. 3.

Рис. 3 – Типовая конструкция рамочной антенны.

Для придания технологичности и механической прочности конструкции часть рамочной антенны может быть выполнена в виде печатного проводника. Применение длинных спиральных секций позволяет существенно уменьшить резонансные размеры антенны (см. рис. 3.1).

Рис. 3.1 – Внешний вид комбинированной рамочной антенны со спиральными секциями

Для настройки рамочной антенны можно применять подстроечный шлейф. Внешний вид таких антенн на частотные диапазоны 434 и 868 МГц представлен на рис. 3.2 (а и б). Антенна имеет симметричное подключение и представлена проволочным участком и подстроечным шлейфом. Проволочный участок разбит на две дуги с двухточечным креплением для повышения механической прочности.

А

Б

Рисунок 3.2 – Внешний вид антенн: А – симметричные проволочные участки; Б – симметричные подстроечные шлейфы.

4. Инвертированная F-антенна (IFA, в печатном исполнении – PIFA, в проволочном исполнении — WIFA) [2, стр. 838, 843]. Конструкция антенны представлена на рис. 4. Частотный диапазон определяется размерами антенны. Местом положения точки возбуждения можно обеспечить требуемое импедансное согласования, однако при этом происходит частотная перестройка импедансного согласования.

Рис. 4 – Внешний вид PIFA.

К достоинствам такой антенны можно отнести малые габариты и возможность расположения длинного проводника вблизи заземленных полигонов ПП, поскольку излучение формируется в зазоре между длинным проводником и «земляным» проводником ПП.

На рис. 4.1 представлен вариант размещения PIFA под ЖКИ дисплеем устройства.

Рис. 4.1 – Внешний вид PIFA, размещенной на обратной стороне ЖКИ дисплея.

Отдельно хочется выделить комбинированную или гибридную IFA (HIFA), где излучающая часть выполнена в виде проволочного проводника, а подстроечный шлейф – в виде печатного проводника (см. рис. 4.2). В результате повышается эффективность излучения (за счет отсутствия потерь в диэлектрике между излучателем и заземленным проводящим полигоном ПП) и технологичность конструкции. Кроме того, использование реактивной (емкостной) нагрузки позволяет значительно (в 2 раза и более) снизить резонансные размеры антенны (рис. 4.3).

Рис. 4.2 – Антенна состоит из двух частей: проволочный проводник, печатный проводник на плате.

Рис. 4.3 – Внешний вид антенн HIFA 434 и 868 МГц c реактивной (емкостной) нагрузкой.

5. Двойная (симметричная) инвертированная F-антенна (DIFA) – представляет собой две объединенные по заземляющему проводнику IFA с противофазным возбуждением (см. рис. 5). Представленная конструкция в дополнение к достоинствам обычной IFA имеет полезное свойство подавления шумовой помехи на входе приемника.

Рис. 5 – Базовая конструкция печатной DIFA.

На рис. 5.1 двухслойный вариант, размещенный в углу печатной платы устройства, А представлен слой 1, на рис. 5 В – слой 2. 

Рис. 5.1 – Внешний вид печатной DIFA (двустороння печать).

Заключение

В статье приведена базовая классификация и кратко рассмотрены некоторые типы ЭМА, имеющие широкое применение в качестве встраиваемых антенн. Приведены такие популярные конструкции, как короткие монополи, диполи, рамочные антенны и IFA. Кратко обсуждаются вопросы минимизации размеров, изготовления и размещения антенн.

Литературные источники

  1. Fujimoto, Antennas for small mobile terminals, Artech House, 2018.
  2. A. Balanis, Antenna theory analysis and design, fourth edition, Wiley, 2016.
  3. N. Chen, Handbook of Antenna Technologies, Springer, 2016.
  4. Fujimoto, Modern Small Antennas, Cambridge University Press, 2013

разновидности, назначение и усиление сигнала

При установке компьютерного оборудования WiFi-антенна служит для повышения мощности сигнала. Ознакомление с разновидностями устройства и изучение характеристик облегчит выбор при покупке.

WiFi-антенна усилит беспроводной сигнал и обеспечит бесперебойную работу сети Интернет.

Необходимость WiFi-антенны

Для увеличения диапазона покрытия беспроводных линий связи устанавливается внутренняя или наружная Wi-Fi-антенна. Необходимость монтажа обусловлена следующими факторами:

  • большим расстоянием до точки доступа, затрудняющим выход в интернет;
  • недостаточной мощностью роутерного передатчика для качественного приема во всех зонах помещения или загородного участка;
  • чрезмерной дистанцией между стационарными компьютерами, составляющими отдельные элементы единой сети;
  • необходимостью подключения к интернету клиентской точки, удаленной от роутера на расстояние до 7 км.

С установкой антенны повышается эффективность беспроводной связи, открывающая пользователю ПК свободный доступ к сетевым серверам.

Разновидности и характеристики антенн

Устройства, усиливающие сигнал приемопередатчика, различаются:

  • технологией монтажа;
  • направленностью передачи;
  • поляризацией.

Каждая разновидность имеет свои характеристики. Покупая антенну, необходимо учитывать все факторы:

  1. Вид. Круговые излучатели эффективно передают сигнал одновременно нескольким пользователям на разных направлениях. Диаграмма представляется в форме круга. Направленные устройства рассчитаны на большие дистанции для связи типа «точка-точка». Секторные антенны применяются при необходимости параллельной раздачи в заданном секторе.
  2. Совместимость нормативных параметров. Стандарты излучателей подбираются в соответствии с эксплуатационными характеристиками оборудования, указанными в технической документации.
  3. Относительный уровень усиления. Устанавливается сравнением максимальной мощности излучения приемопередающего устройства с номинальным показателем соответствующего параметра стандартной круговой антенны.
  4. Наличие разъема, совместимого с портом используемого оборудования. При отсутствии — можно использовать для подключения специальные переходники. Следует учитывать вероятность снижения качества связи при использовании дополнительной аппаратуры.

Метод установки

По способу монтажа (методу размещения) устройства делятся на 2 типа:

  1. Наружные. Устанавливаются за пределами помещения. В конструкцию уличных усилителей сигнала входят специальные крепежи и кронштейны, фиксирующие на стене особый кожух, защищенный от влаги и вандальских посягательств. Внешняя антенна размещается внутри корпуса. Благодаря полной герметичности допускается соединять кабель с излучателем неразборным способом. Недостатки — большие габариты и вес готовой конструкции.
  2. Внутренние. Предназначаются для передачи сигнала между компьютерами в одном помещении (квартире, складе, офисе). Представлены стандартными всенаправленными антеннами. С адаптером ПК соединяются аналогично маршрутизаторам разъемом N-типа. Для подключения к USB-роутеру или планшетному модулю используется специальный переходник.

Для приёма и раздачи сигнала внутри помещения используются внутренние Wi-Fi-антенны.

Направленность сигнала

Излучатели по направленности делятся на 2 категории:

  1. Узконаправленные. Передают и принимают сигнал локализовано, ограничиваясь пространством отдельной области. Диаграмма в полярных координатах изображается центральным лепестком в окружении дополнительных.
  2. Всенаправленного диапазона действия. Концентрируют мощность приемопередатчика с идентичным коэффициентом усиления на все направления.

Поляризация антенн

Излучатели разделяются по поляризации на 3 разновидности:

  1. Поляризованные в единой плоскости. В категорию входят усилители сигнала, воспринимающие электромагнитные волны с амплитудой вектора колебаний одной направленности, совпадающей с направлением поляризации приемопередающего устройства. Делятся на 2 типа: вертикальные и горизонтальные.
  2. Поляризованные в 2 плоскостях. К ним относятся излучатели типа MIMO. Способны передавать и воспринимать сигнал сквозь препятствия. Чувствительность усиливается за счет специфической конструкции, представленной 2 перпендикулярными плоскими поверхностями. Улавливают электромагнитные колебания, проходящие через металлическое ограждение.
  3. Устройства с круговой поляризацией. Без потери мощности сигнал проходит сквозь вертикальные и горизонтальные преграды. Используются в большинстве беспроводных систем.

Поляризационные параметры антенн.

Способы усиления сигнала

Для сокращения расходов некоторые владельцы ПК сами изготавливают антенну для роутера. Народные умельцы приспосабливают для усиления сигнала Вай-Фай оборудования подручные материалы. Доступные способы позволяют выполнить работу начинающим мастерам.

Усилитель из жести

Для повышения мощности излучателя внутри помещения квартиры или офиса используется самодельное устройство из жестяных банок.

Сооружение помогает электромагнитным волнам преодолевать небольшие препятствия, наподобие стеновых перегородок и мебели.

Для работы нужно подготовить:

  • отрезок электрического кабеля с сопротивлением 50 Ом;
  • фрагмент трубки из металлопластика;
  • специальный разъем, соответствующий порту ПК;
  • 2 литровые жестяные емкости.

Схема самодельной Wi-Fi-антенны из  жестяной банки.

Порядок действий:

  1. Прорезать в днищах банок отверстия диаметром, равным сечению трубы. Мягкость материала позволяет выполнять резку стандартными канцелярскими ножницами.
  2. Поочередно нанизать подготовленные емкости на полый металлопластиковый стержень. Поверхность закольцевать, выступающие участки надежно закрепить.
  3. Методом пайки соединить пивные банки с кабелем. Металлическую фольгу с внутренней стороны пустой емкости также припаять к проводу.

В отдельных случаях требуется повысить интенсивность сигнала заводской антенны для роутера. Например, если поблизости находится другой источник, снижающий мощность излучателя. Для этого используется подручный материал, аналогичный предыдущему варианту. Внутренняя поверхность банки из металлической фольги служит экраном.

С одной стороны емкости срезается дно. На противоположном верхнем конце с отверстием по окружности выполняется надрез, неразрезанными остаются 2-3 см. После этого банка разрезается по вертикали. Материал разравнивается на твердом столе, формируется самодельная экранирующая поверхность. Усилители надеваются на рожки комнатной антенны для роутера.

Биквадрат и диск

Учитывая особенности передачи беспроводного сигнала, изготавливают компактный выносной излучатель. Работа проводится согласно инструкции:

  1. Сдвоенная геометрическая фигура выполняется из медного кабеля длиной 3 м и сечением 2,5 мм. Из проволоки методом гибки формируются 2 квадрата с дистанцией между центрами 30 мм. Участки соединения провода запаиваются. Мастера советуют предварительно сделать эскиз конструкции и при изготовлении периодически сверяться с чертежом для корректного соблюдения размеров.
  2. Биквадрат устанавливается на полимерную плиту соответствующих габаритов. Вертикальная дистанция между точками фиксации — 16 мм.
  3. На нижнюю поверхность внутри корпуса силиконовым клеем закрепляется CD-диск. Готовое устройство подсоединяется к маршрутизатору через SMA-разъем. После выбора эффективного направления излучения конструкция надежно фиксируется.

Изготовление самодельной Wi-Fi антенны дальнего действия требует специфических знаний и особых навыков. Кроме того, технология небезопасна для здоровья.

Несмотря на то что сверхдальний приемопередатчик усиливает сигнал на 85 дБ при удаленности до 1 км от источника раздачи, несведущим мастерам не рекомендуется выполнять работу дома.

Размеры биквадратной антенны Wi-Fi.

Намного проще кустарное изготовление антенны-пушки, по мощности излучения сравнимой со спутниковой тарелкой. Зона покрытия превышает 10 км.

Самодельная конструкция собирается из нескольких медных или жестяных дисков, с фиксированными промежутками закрепленных на металлическом стержне.

Общие рекомендации

Устанавливая оборудование для беспроводной связи без участия мастеров сервисного центра, необходимо четко следовать предлагаемой инструкции и тщательно соблюдать правила техники безопасности:

  1. Источник приема-передачи сигнала размещается в зоне видимости. Помехи и препятствия, т.е. столбы, деревья, металлические заборы, каменные ограждения, здания и сооружения снижают мощность излучения электромагнитных волн.
  2. Длина соединительного кабеля находится в обратно пропорциональной зависимости от качества связи. Чем она меньше, тем сильнее сигнал и выше скорость интернета.
  3. Карту PCI использовать не рекомендуется. Мастера советуют подключать WiFi-оборудование с помощью электрического провода с маркировкой RG-6U с плотным изоляционным покрытием.
  4. При наличии сильных помех при раздаче сигнала позволительно изменять вертикальную поляризацию усилителя на горизонтальную и наоборот.
  5. Запрещено устанавливать антенну на крыше в одиночку и без специального страховочного оснащения. Неосторожное движение приведет к падению и травмам.

Качество приёма Wi-Fi-сигнала может ухудшиться в зависимости от плотности застройки на пути прохождения сигнала.

Практикой выявлено отсутствие больших различий в эффективности работы самодельных конструкций и излучателей промышленного производства. Доступность технологий позволяет пользователям беспроводного интернета самим изготавливать усилители для Вай-Фай оборудования, сокращая расходы семейного бюджета на покупку дорогостоящих устройств.

6. Типы антенн для Wi-Fi-устройств


В плане использования все антенны для Wi-Fi-устройств можно условно разделить на два больших класса: антенны для наружного (outdoor) и для внутреннего применения (indoor).

Отличаются эти антенны прежде всего герметичностью и устойчивостью к внешним воздействиям окружающей среды. Антенны для наружного использования больше по размерам и предусматривают крепления либо к стене дома, либо к вертикальному столбу.

Всенаправленные антенны (Omni-directional)

По направленности антенны делятся на всенаправленные (ненаправленные) и направленные.

Всенаправленные антенны — это антенны с круговой диаграммой направленности.

Всенаправленные антенны равномерно покрывают территорию во всем радиусе действия.

Как правило, всенаправленные антенны представляют собой штырь, устанавливаемый вертикально. Этот штырь распространяет сигнал в плоскости, перпендикулярной своей оси. Такими антеннами комплектуются беспроводные IP Wi-Fi камеры комнатного исполнения, точки доступа комнатного исполнения и т.д.

Использование всенаправленных антенн очень ограничено, их, как правило, применяют только в помещениях и лишь в редких случаях на улице при расстоянии до беспроводных камер не более 300-500 метров, так как они из-за круговой диаграммы направленности не только излучают во все стороны, но и «cобирают помехи» также со всех сторон.

Кроме того, необходимо помнить, что всенаправленные антенны имеют круговую диаграмму направленности только в горизонтальной плоскости! Например, уличная всенаправленная антенна ANT-OM8 с усилением 8 дБ имеет диаграмму направленности в горизонтальной плоскости 360° и всего 60° в вертикальной плоскости, т.е. все беспроводные устройства должны находиться на такой высоте, чтобы попадать в створ 60° данной антенны.

А всенаправленная антенна ANT-OM15 с усилением 15 дБ имеет диаграмму направленности в горизонтальной плоскости 360° и всего 10° в вертикальной плоскости, т.е. все беспроводные устройства должны находиться на такой высоте, чтобы попадать в створ 10° данной антенны, что невозможно, например, при размещении данной антенны на крыше высотного здания, а беспроводных Wi-Fi камер на столбах.

Направленные антенны

Направленные антенны используются для связи Точка-Точка или Точка — Многоточка. Если Вам требуется подключить беспроводную камеру на расстоянии более 50-100 метров, необходимо использовать именно такую антенну.

Направленные антенны делятся на секторные антенны, антенны типа волновой канал, параболические и сегментно-параболические антенны, панельные антенны и т.д.

Секторные антенны

Секторные антенны предназначены для излучения радиоволн в определенном секторе, обычно 60°, 90° или 120°. Секторными антеннами очень легко регулировать зоны покрытия передатчиков практически без помех для остальных сегментов Wi-Fi сети.

Антенны «волновой канал»

Антенны типа «волновой канал» (или антенны Уда — Яги, по именам впервые описавших ее японских изобретателей) получили широкое распространение. Состоит антенна «волновой канал» из активного элемента — вибратора — и пассивных элементов — рефлектора и нескольких директоров, установленных на одной общей стреле.

Сегментно-параболические антенны

Данные антенны предназначены для организации беспроводной связи на большие расстояния в диапазоне 2.4 ГГц, отличаются повышенным усилением и позволяют организовать связь с беспроводными камерами на расстоянии до нескольких десятков километров.

Панельные антенны

Данные антенны имеют плоскую конструкцию и наиболее удобны при монтаже, хорошо работают на расстояниях до нескольких километров и наиболее широко применяются.

Грозозащита

Грозозащита является немаловажным элементом беспроводной сети.

Разделяют грозозащиту, предназначенную для защиты антенно-фидерных трактов, выходов приемопередатчиков от наведенного электромагнитного импульса грозовых разрядов (статическое напряжение) и грозозащиту, предназначенную для защиты кабелей Ethernet от действия электростатического напряжения в предгрозовой период, а также для снижения амплитуды наведенных помех, воздействующих на оборудование локальных вычислительных сетей в грозовой период.

  • Внимание! Грозозащиту необходимо заземлять, или должна быть заземлена мачта, на которой она установлена.

Применение грозозащиты уменьшает вероятность повреждения оборудования в 5-6 раз по сравнению с незащищенным. Она способна обеспечить защиту только от вторичных воздействий молнии, и неэффективна в случае прямого попадания в кабель.

Установка грозозащит затруднений не вызывает, но следует помнить, что грозозащита работает только при высоком качестве заземления.

Размещение антенн

Как уже упоминалось выше, имеется небольшое количество неперекрывающихся каналов, и при большом количестве подключаемых камер приходится использовать смежные или перекрывающиеся каналы.

Между этими каналами в месте размещения антенн возможны взаимные помехи и интерференция. Более того, возможно глушение приемника работающим рядом передатчиком.

Поэтому точки доступа и антенны следует размещать таким образом, чтобы в створ раскрытия антенны не попадал сигнал соседней точке доступа, особенно работающей на близкой частоте.

Кроме того, точки доступа необходимо физически разносить на расстояние не менее 1-5 метров во избежание интерференции между чипами точек доступа.

Источник: Security-bridge

Различные типы антенн со свойствами

В этой современной системе беспроводной связи многие инженеры проявляют интерес к специализации в областях связи, но для этого требуются базовые знания концепций связи, таких как типов антенн , электромагнитное излучение и различные явления, связанные с распространение.

мы начнем изучать Антенны, какие существуют типы антенн, различные свойства антенн и многие другие важные аспекты антенн.

Если вы заинтересованы в проектировании беспроводной связи, наступит время, когда вы столкнетесь с проектированием или работой с антеннами. Независимо от области интересов, я надеюсь, что этот учебник по антеннам и различным типам антенн будет полезен даже нетехническому человеку.

Важное примечание:

  • Множество сложных математических вычислений, связанных с теорией антенн, начиная с электромагнитных волн, уравнений Максвелла, характеристик мощности, излучения и т. д.
  • Их обсуждение выходит за рамки этого руководства, так как это только вводная работа.

Свойства антенн

  • Диаграмма направленности представляет собой график излучаемой мощности в различных направлениях.
  • Анизотропная антенна излучает одинаково во всех направлениях
  • Направленность может быть выражена в дБ по сравнению с полуволновым диполем (0 дБд = 2 дБи).

Для электрических свойств

  • Коэффициент усиления антенны
  • Диафрагма
  • Направленность и пропускная способность
  • Поляризация
  • Эффективная длина
  • Полярная диаграмма отношение
  • КСВ
  • передняя / задняя способность
  • Мощность
  • Изоляция

для механических свойств

  • Размер
  • Вес
  • Lighting
  • Типы разъемов
  • Рабочая температура

различные типы Антенн

Теперь, что мы видели немного примерно. антенны, давайте продолжим и рассмотрим различные типы антенн.Существует несколько типов антенн и в каждой литературной работе есть своя классификация антенн.

Некоторые из наиболее распространенных типов антенн приведены ниже:

  • Wire Антенны
    • Краткое дипольная антенна
    • дипольной антенны
    • Loop Antenna
    • несимметричного вибратора
  • Вход Периодической Антенны
    • Bow Tie Антенны
    • Вход -периодической Антенны
    • логопериодических Диполь Массив
  • апертурой антенны
  • микрополосковых антенн
    • Прямоугольный Microstrip Patch Antenna
    • четвертьволновых Patch Antenna
  • Рефлектор антенны
    • Плоский отражатель антенны
    • Угловой отражатель Антенна
    • параболический отражатель антенны
  • Объектив Антенны
  • бегущей волны антенны
    • Long Wire Antenna
    • волновой канал
    • Спиральная проволочная антенна
    • Спиральная антенна
  • Массив Антенны
    • Два элемента массива Антенна
    • Антенна с линейной решеткой
    • Антенны с фазированной решеткой

Давайте теперь кратко рассмотрим некоторые из этих различных типов антенн.

Проволочная антенна

Проволочные антенны также известны как линейные/изогнутые антенны.

Одной из наиболее часто используемых антенн являются проволочные антенны. Их можно найти в транспортных средствах (автомобилях), кораблях, самолетах, зданиях и т. д. Проволочные антенны бывают разных форм и размеров, такие как прямой провод (диполь), петля и спираль.

Короткая дипольная антенна

Пожалуй, самая простая из всех антенн — короткая дипольная антенна. Это частный случай дипольной антенны.

В своей простейшей форме это разомкнутый провод с сигналом, подаваемым в центр. Термин «короткий» в короткой дипольной антенне относится не непосредственно к ее размеру, а скорее к размеру провода по отношению к длине волны сигнала

Диполь считается коротким, если длина излучающего элемента меньше десятая часть длины волны.

L<λ/10

Короткая дипольная антенна выполнена из двух коллинеарных проводников, уложенных встык, с небольшим зазором между проводниками фидером .

Короткая дипольная антенна редко бывает удовлетворительной с точки зрения профессионализма, потому что большая часть входной мощности этой антенны снижается, так как тепловые и резистивные потери также постепенно увеличиваются.

Дипольная антенна

Дипольная антенна состоит из двух проводников на одной оси, и длина провода должна быть меньше длины волны.

Дипольная антенна состоит из двух металлических стержней, через которые проходят ток и частота.Этот поток тока и напряжения создал электромагнитную волну, и радиосигналы стали размытыми. Антенна состоит из излучающего элемента, который прорезает стержни и заставляет ток течь через центр, используя фидер на выходе передатчика, который принимает от приемника. Различные типы дипольных антенн, используемых в качестве радиочастотных антенн, включают полуволновые, множественные, нерезонансные и так далее.

 

Рамочная антенна

Рамочная антенна состоит из одного или нескольких витков провода, образующих петлю.Излучение, производимое рамочной антенной, сравнимо с излучением короткой дипольной антенны.

Окружность рамочной антенны определяет эффективность антенны, аналогичную эффективности дипольных и несимметричных антенн. Эти антенны бывают двух типов: электрически малые и электрически большие, основанные на периферии петли.

Электрически малая рамочная антенна——>  Окружность≤λ⁄10

Электрически большая рамочная антенна  ———>    Окружность≈λ

Несимметричная антенна

Особым случаем дипольной антенны является несимметричная антенна i.е. это половина дипольной антенны. Несимметричная антенна представляет собой половину простой дипольной антенны, расположенной относительно заземленной плоскости, как показано на рисунке ниже.

Графическая запись на заземленном самолете будет почти как у полуволновой антенны, однако вся излучаемая мощность вдвое меньше, чем у диполя, поле излучается только в области верхнего полушария. Радиальная асимметрия этих антенн становится двойной по сравнению с дипольными антеннами.

Несимметричные антенны используются в качестве автомобильных антенн, поскольку они обеспечивают необходимую плоскость заземления для антенн, установленных на земле.

Логопериодические антенны

Логопериодическая антенна дополнительно называется логопериодической решеткой. Это многоэлементная направленная узконаправленная антенна, работающая в широком диапазоне частот. Эта антенна состоит из ряда диполей, расположенных вдоль оси антенны через различные пространственные интервалы времени, за которыми следует логарифмическая функция частоты. Логопериодическая антенна используется в самых разных приложениях, где требуется переменная полоса пропускания, а также коэффициент усиления и направленность антенны.

Антенны-бабочки

Антенны-бабочки также называются биконическими антеннами или антеннами-бабочками. Биконическая антенна представляет собой всенаправленную широкополосную антенну. В зависимости от размера этой антенны она имеет низкочастотную характеристику и фильтр верхних частот. По мере того, как частота выходит за пределы расчетной частоты, диаграмма направленности антенны искажается и растягивается.

Большинство бабочкообразных антенн являются непрямыми или биконическими антеннами.Дискокон представляет собой разновидность полубиконической антенны. Антенна-бабочка представляет собой плоскую и, следовательно, направленную антенну.

Логопериодическая дипольная решетка

Элемент на заднем конце решетки имеет большой размер с полуволной, работающей в низкочастотном диапазоне. Расстояние между элементами уменьшается по направлению к переднему концу массива, где размещаются наименьшие массивы. При этом при изменении частоты происходит плавный переход вдоль массива элементов, что приводит к формированию активного поля.Наиболее распространенным типом антенны, используемой в технологии беспроводной связи, является логопериодическая дипольная решетка, в основе которой лежит ряд дипольных элементов. Эти дипольные антенные решетки уменьшаются в размерах от заднего конца к переднему. Ведущий луч этой радиочастотной антенны исходит от меньшего переднего конца.

 

Логопериодические антенны

А  логарифмическая периодическая антенна , также называемая логопериодической решеткой или логопериодической антенной, представляет собой многоэлементную направленную антенну, предназначенную для работы в частоты.

Апертурные антенны

Класс направленных антенн. Апертурные антенны имеют отверстие в поверхности. Обычно апертурная антенна состоит из диполя или рамочной антенны в направляющей конструкции с отверстием для излучения радиоволн.

Щелевая антенна

Щелевые антенны обычно используются на частотах от 300 МГц до 24 ГГц. Щелевая антенна популярна, потому что ее можно вырезать из любой области, на которой она должна быть установлена, и она имеет довольно всенаправленную диаграмму направленности (аналогично линейной проволочной антенне).Поляризация щелевой антенны линейна. Размер слота, форма и то, что за этим стоит, предлагают конструктивные переменные, которые можно использовать для настройки производительности.

Рупорная антенна

Рупорная антенна применяется для передачи и приема микроволновых сигналов. Это обуславливает характерный лабильный вид. Лабильная часть может быть квадратной, прямоугольной/конической. Максимальное излучение и отклик соответствуют оси рупора. По этому значению антенна напоминает акустический рупор.Обычно поддерживается волноводом.

Рупорная антенна должна иметь определенный минимальный размер относительно длины волны входящего или исходящего электромагнитного поля. Если рупор слишком мал или длина волны слишком велика, а частота слишком мала, антенна не будет работать эффективно.

Рупорные антенны обычно используются в качестве активного элемента параболической антенны. Рупор направлен в центр зеркала тарелки. Использование рупора, а не дипольной антенны или антенны любого другого типа, в фокусе параболической антенны сводит к минимуму потери энергии по краям рефлектора параболической антенны.Это также сводит к минимуму реакцию антенны на нежелательные сигналы не в том направлении, в котором тарелка предпочитает.

Рупорные антенны сами по себе используются в радиолокационных системах ближнего действия/измерительных устройствах , , особенно в тех, которые используются сотрудниками правоохранительных органов для измерения скорости приближающихся или удаляющихся транспортных средств.

Микрополосковые антенны

Микрополосковые антенны стали модными в некоторых системах беспроводной связи, например, при использовании решеток с параболическими отражателями или даже при использовании патч-антенны на задней панели сотового телефона.

Прямоугольная микрополосковая патч-антенна

Патч-антенна — это тип радиоантенны, которую можно установить на плоской поверхности. Он состоит из плоского прямоугольного листа или куска металла, установленного поверх более высокого листа металла, называемого плоскостью заземления.

Четвертьволновая патч-антенна

Для частоты около 2 ГГц была сконструирована небольшая четвертьволновая прямоугольная микрополосковая антенна с полосой импеданса 35%.Антенна имеет питание пробника со встроенным конденсатором для компенсации индуктивности пробника и создания двухрезонансной формы. Диаграмма направленности приподнятой антенны довольно всенаправленная, а нарушение поляризации мало, поэтому она подходит для определенных приложений в мобильной связи.

 

 

Рефлекторные антенны

Антенный отражатель представляет собой устройство, отражающее электромагнитные волны. Антенные рефлекторы могут быть автономным устройством для перенаправления энергии ЧМ или могут быть интегрированы как часть антенной концентрации.

Плоская рефлекторная антенна

На рисунке показана плоская рефлекторная антенна типа . Он состоит из основной антенны и отражающей поверхности. При таком расположении полезно излучать ЭМ энергию в нужном направлении, но невозможно коллимировать энергию в прямом направлении.

Следующие параметры зависят от положения основной антенны и ее поляризации в плоскости рефлекторной антенны:
• Диаграмма направленности
• Импеданс
• Коэффициент усиления
• Направленность

Угловая рефлекторная антенна

На рисунке показана угловая рефлекторная антенна 9002 типа3. .Он состоит из двух или трех взаимно пересекающихся проводящих плоских поверхностей. В этом типе элемент облучателя может быть либо диполем, либо массивом коллинеарных диполей. Двугранная форма наиболее популярна в этом типе антенного рефлектора. Трехгранные формы с взаимно перпендикулярными поверхностями используются для применения радиолокационной цели.

Антенна с уголковым отражателем используется для достижения коллимации электромагнитной энергии в прямом направлении. Используется для подавления излучения в обратном и боковом направлениях.

 

Антенна с параболическим отражателем

На рисунке показана антенна с параболическим отражателем. Этот тип антенны имеет форму параболоида и, следовательно, обладает свойствами параболы. В фокусе используются различные фидерные антенны. На рисунке показана рупорная антенна в точке подачи.

Давайте разберемся с работой параболической рефлекторной антенны . Как показано, волны, генерируемые рупорной антенной, падают на отражатель. Излучение сосредоточено вдоль оси параболы.Волны гасятся в других направлениях из-за пути, а также разности фаз. Таким образом, параболическая рефлекторная антенна преобразует сферическую волну в плоскую.

Параболический отражатель подразделяется на следующие типы в зависимости от пластины отражателя:
1. Параболический цилиндрический отражатель

2. Вырезанный или усеченный параболический отражатель

3. Таблетка или сыр Антенный отражатель

4. Торическая антенна рефлектор

5. Офсетная параболическая рефлекторная антенна.

Питание для этого типа рефлекторных антенн осуществляется с использованием любого из следующего:
• Полуволновой диполь
• Решетка коллинеарных диполей
• Антенна Яги-Уда
• Рупорная антенна
• Облучатель Кассегрена

Преимущества: Небольшой размер и низкая стоимость.

Недостатки : Наличие здесь боковых лепестков создает электромагнитные помехи. Влияние электромагнитных помех больше проявляется в малошумящих приемниках из-за несовершенства отражателя. Это недостатки данного типа антенн.

Линзовые антенны

Антенны, которые мы обсуждали до сих пор, использовали плоскую поверхность. Линзовые антенны использовали изогнутую поверхность как для передачи, так и для приема. Линзовые антенны состоят из стекла, в котором учитываются собирающие и рассеивающие свойства линзы. Линзовые антенны используются для высокочастотных приложений.

Диапазон частот

Диапазон частот использования линзовой антенны начинается с 1000 МГц , но его использование больше на 3000 МГц и более .

Для лучшего понимания линзовой антенны необходимо знать принцип работы линзы. Обычная стеклянная линза работает по принципу преломления.

Антенны бегущей волны

В радио и телекоммуникациях антенна бегущей волны представляет собой антенну, использующую бегущую волну в основном излучающем механизме. Их особенностью является то, что радиочастотный ток, генерирующий радиоволны, проходит через антенну в одном направлении.Это отличается от резонансной антенны, такой как монополь или диполь, в которой антенна действует как резонатор, при этом радиотоки распространяются в обоих направлениях, отскакивая назад и 4 между концами антенны. Преимущество антенн бегущей волны состоит в том, что, поскольку они нерезонансные, они снова и снова имеют более широкую полосу пропускания, чем резонансные антенны. Распространенными типами антенн бегущей волны являются:

  1. Антенна Бевериджа и
  2. Ромбическая антенна.

 

Антенна с длинным проводом

Антенны с длинным проводом используют несколько диполей.Длина провода в этих типах антенн n умножить на λ/2

$$L = n \\lambda/2$$

Где L  — длина антенны,

  • n — количество элементов
  • По мере увеличения «n» свойства направленности также увеличиваются.

    Типы антенн с длинным проводом

    Антенны с длинным проводом подразделяются на два типа антенн, а именно − Резонансные антенны  и  Нерезонансные антенны.

    Антенна Яги-Уда

    Антенна Яги, также называемая решеткой Яги-Уда . Антенна Яги — это направленная антенна, обычно используемая для связи, когда частота выше 10 МГц. Этот тип антенн популярен среди радиолюбителей и радиооператоров Citizens Band. Используется в системах спутниковой связи.

     

    Спиральная проволочная антенна

    Спиральная антенна — это специализированная антенна, представляющая собой гибрид излучающих элементов — рамочной антенны и диполя.Токопроводящая проволока намотана в виде спирали. Антенна в большинстве случаев монтируется над плоскостью заземления, а фидерная линия подключается между плоскостью заземления и нижней частью спирали. Поскольку это антенна бегущей волны, ток и фаза постоянно изменяются вместе со спиральной антенной. Благодаря своим идентичным и особым свойствам спиральные антенны широко используются в простых и практических приложениях , таких как радио и спутниковая связь.

     

     

     

     

    Спиральная антенна

    Спиральные антенны относятся к классу частотно-независимых антенн, антенны характеризуются очень высокой пропускной способностью.Полоса пропускания может достигать 30:1. Это означает, что если нижняя частота равна 1 ГГц, антенна по-прежнему будет эффективна на частоте 30 ГГц и на любой промежуточной частоте.

     

    Решетчатые антенны

    Антенная решетка представляет собой излучающую систему, состоящую из отдельных излучателей и элементов. Каждый такой излучатель при функционировании имеет свое индукционное поле. Элементы расположены так близко, что каждый лежит в индукционном поле соседнего.Следовательно, создаваемая ими диаграмма направленности будет векторной суммой отдельных. на следующем изображении показан еще один пример антенной решетки.

     

     

    Двухэлементная антенная решетка

    Начнем с получения диаграммы направленности в дальней зоне для случая простой решетки, состоящей из двух изотропных точечных элементов источника, разделенных расстоянием d, как показано на рисунке выше. Чистая дальняя зона в направлении задается как

    , где ,  – волновое число, а – собственная разность фаз между двумя источниками.и — амплитуды электрического поля двух источников в удаленной рассматриваемой точке. Контрольная точка фазы, называемая фазовым центром, находится посередине между двумя элементами. Если два источника имеют одинаковую силу, и у нас есть

    Линейная антенная решетка

    Антенная решетка состоит из нескольких соединенных антенн, которые работают с одной антенной для передачи / приема радиочастотных волн. Отдельные антенны обычно подключаются к одному приемнику/передатчику фидерными линиями, по которым питание подается на элементы в определенном фазовом соотношении.Радиоволны, рассредоточенные отдельными антеннами, объединяются и накладываются друг на друга, суммируясь, чтобы улучшить мощность, излучаемую в заданных направлениях, и компенсируя , чтобы уменьшить мощность, излучаемую в других направлениях. Аналогично , при использовании для приема отдельные радиочастотные потоки от отдельных антенн соединяются в приемнике с правильным соотношением фаз для усиления сигналов, принимаемых с желаемых направлений, и подавления сигналов с нежелательных направлений. Более неподходящие антенные решетки могут иметь несколько модулей передатчика / приемника, каждый из которых подключен к отдельному элементу антенны.

    Антенны с фазированной решеткой

    Антенная решетка, в которой все фазы каждого сигнала, подаваемого на каждую антенну, настроены таким образом, чтобы эффективная диаграмма направленности всей решетки устанавливалась в желаемом направлении и чтобы сигналы в нежелательных направлениях подавляются. Это способ направить волны излучения в нужном направлении.

    Фазированную антенную решетку также называют фазированной антенной системой.

    Нравится:

    Нравится Загрузка…

    Связанные

    Сводка

    Название статьи

    Различные типы антенн со свойствами | Их работа

    Описание

    Базовые знания коммуникационных концепций, таких как типы антенн, являются современными системами беспроводной связи……………………………. ……………

    Автор

    Инж. Mizan

    Название издателя

    Engr. Mizan Владелец ICEEET

    Логотип издателя

    Типы телевизионных антенн и их преимущества » Electronics Notes

    Существует множество различных типов наземных телевизионных антенн или антенн, и определить, какой из них выбрать, может быть сложно, поскольку все они имеют свои преимущества и недостатки.


    Руководства по телевизионным антеннам включают:
    Типы телевизионных антенн Покупка телевизионной антенны. Покупка ТВ антенного усилителя/усилителя Установка антенны спутникового телевидения

    Общие руководства по установке антенны
    Руководство по установке антенны Мансардная установка Юстировка антенны Высота антенны


    Существует огромное количество различных типов антенн или антенн, используемых для приема наземного телевидения и радио.Антенны имеют разные формы и размеры, и многие из них выглядят не так, как другие.

    Знание различных типов, а также основных характеристик, связанных с ними, может помочь при выборе установки телевизионной антенны.

    Базовое представление о различных типах телевизионных антенн (телевизионных антенн), их технических характеристиках, преимуществах и недостатках позволит принять обоснованное решение о выборе наилучшего типа.

    Хотя телевидение можно принимать со спутников прямого вещания, эта страница посвящена телевизионным антеннам или антеннам, используемым для приема наземного или наземного телевидения.

    Технические характеристики базовой телевизионной антенны

    При рассмотрении телевизионных антенн или телевизионных антенн важно учитывать несколько характеристик.

    Спецификации варьируются от тех, которые касаются электронных или радиотехнических характеристик, до тех, которые касаются механических аспектов телевизионной антенны.

    Некоторые из основных характеристик перечислены ниже:

    • Усиление в прямом направлении:   Усиление в прямом направлении — это усиление в децибелах, которое демонстрирует антенна по сравнению с эталонной антенной и выражается в децибелах, дБ. Следует отметить, что децибелы основаны на логарифмах, поэтому 10 дБ — это увеличение усиления в 10 раз, а 20 дБ — увеличение усиления в 100 раз.

      Антенна Yagi Uda, показывающая направление максимального излучения

      Эталонная антенна часто представляет собой диполь, когда коэффициент усиления указывается как x дБд, или изотропный источник, когда коэффициент усиления указывается как x дБи.Изотропный источник — это теоретический точечный источник, излучающий одинаково во всех направлениях. Коэффициент усиления телевизионной антенны над изотропным источником будет на 2,1 дБ выше, чем коэффициент усиления относительно диполя.

      Полярная диаграмма антенны Yagi

      Уровень усиления должен быть достаточным для обеспечения приема хорошего сигнала.

    • Ширина луча:  По мере увеличения усиления ширина луча антенны уменьшается. Это означает, что антенна должна быть более точно направлена ​​в сторону передатчика.

      Антенны с высоким коэффициентом усиления и узкой шириной луча сложнее точно сориентировать на передатчик, но они способны обеспечить лучший сигнал для телевизора.

      Измерители юстировки антенны, скорее всего, потребуются для получения улучшенного усиления антенн с большим коэффициентом усиления и узкой шириной луча.

    • Частота и пропускная способность:  Антенны могут охватывать только определенный диапазон частот. За пределами этого диапазона производительность падает, а такие аспекты, как усиление, передача мощности и т.п., исчезают.В результате необходимо убедиться, что телевизионная антенна перекрывает требуемый частотный диапазон.

      Имейте в виду, что в некоторых странах и даже в разных регионах страны телевизионные передачи могут осуществляться на совершенно разных частотах. Обычно передачи группируются по частоте, чтобы полоса пропускания антенны могла вместить их все. Но проверьте в Интернете или у местного дилера, нужно ли покупать антенны, соответствующие вашему конкретному региону.

      В некоторых странах могут быть разные коды для разных участков выделенных полос передачи.

      Хотя обычно наземные телепередачи ведутся в диапазоне УВЧ, в некоторых странах также может использоваться УКВ. Для этого потребуются антенны, которые могут работать в обеих частях спектра. Эти антенны, как правило, представляют собой комбинацию двух антенн в одной общей телевизионной антенной решетке.


    • Размеры:   Во многих случаях важны размеры антенны, особенно в условиях ограниченного пространства.На фотографии они могут выглядеть маленькими, но когда их видят вживую, они могут оказаться больше, чем ожидалось. Перед покупкой проверьте размеры, чтобы убедиться, что они не слишком велики.

    • Вес:  В некоторых случаях вес антенны может быть проблемой. Антенны большего размера будут весить больше и требуют более надежного крепления.

    • Парусность:   Одним из ключевых параметров любой внешней антенны является парусность — насколько сильный ветер она выдержит.Типы антенн, такие как типы с несколькими штангами, как правило, имеют большую площадь поверхности для ветра и могут быть более восприимчивы к ветру.

      Одним из основных элементов телевизионной антенны или антенны является рефлектор. Поскольку они представляют большую площадь для ветра, многие из этих более крупных отражателей, похоже, страдают, и многие из них были замечены локально с отсутствующей частью отражателя. Хотя отсутствие части отражателя может быть незаметным во многих установках, если отвалится слишком много частей, они не только могут представлять опасность, но и ухудшат их характеристики.

    Типы телевизионных антенн

    Существует множество различных типов антенн. многие будут работать очень похожим образом, но они могут иметь небольшие различия, чтобы изменить производительность тем или иным образом, или они могут просто выглядеть немного иначе.

    Какой бы ни была антенна, необходимо убедиться, что она правильно работает в рассматриваемой ситуации. Необходимо учитывать такие аспекты, как коэффициент усиления, диапазон частот, механические аспекты и т.п.

    Типичная направленная антенна, используемая для телевизионного приема

    Базовая антенна Yagi или антенна для телевизионных приложений

    Базовая антенна Яги названа в честь Хидэцугу Яги, хотя главную роль в ее изобретении сыграл Синтаро Уда. Соответственно антенну правильнее было бы назвать антенной Яги-Уда.

    Базовая модель Yagi является популярным выбором для установки многих телевизионных антенн. Она имеет длинную штангу и ряд элементов, расположенных под прямым углом к ​​штанге: начиная с задней части, находится отражатель.Это часто больше, чем другие элементы, действующие как большая отражающая поверхность, чтобы отражать энергию обратно на следующий элемент, называемый ведомым элементом. Он также служит для уменьшения сигналов в противоположном направлении, которые могут вызывать помехи.

    Антенна Yagi Uda с указанием типов элементов: отражатель, ведомый элемент и направляющие

    Далее следует активный или ведомый элемент. Он подключен непосредственно к коаксиальному фидеру, и именно здесь сигнал преобразуется из радиосигнала (электромагнитной волны) в электронный сигнал, который передается по фидеру на телевизор.

    Перед ведомым элементом находится ряд других элементов, которые называются направляющими. Они действуют, чтобы сконцентрировать ширину луча и дать дополнительное усиление. Их может быть большое количество в зависимости от рассматриваемой антенны. Чем больше директоров, тем выше выигрыш.

    Элементы базовой антенны Yagi, как правило, представляют собой прямые провода или куски узкой трубки. Рефлектор может быть прямым проводом, но во многих конструкциях он намного больше. Ведомый элемент — это так называемый диполь-раскладушка — по сути, прямой диполь с концами, соединенными через второй проводник.

    Длина элементов имеет ключевое значение для работы — они должны составлять примерно половину длины волны на рабочей частоте. Это означает, что можно получить представление о диапазоне, для которого используется антенна, посмотрев на длину элементов. Те, что с короткими элементами, как на фото, предназначены для УВЧ, а те, что с гораздо более длинными элементами, — для УКВ и так далее.

    Телевизионные антенны или антенны типа X

    Базовый формат Yagi может использоваться с большим количеством вариаций для направляющих элементов, а иногда и других элементов в общей телевизионной антенне.

    Как следует из названия, эти телевизионные антенны или антенны имеют свои основные элементы, в частности, направляющие, имеющие форму X. Этот формат дает более высокий уровень усиления и поэтому в наши дни имеет тенденцию к более широкому использованию.

    Телевизионные антенны с галстуком-бабочкой

    На рынке также появилась форма антенны с использованием директоров, очень похожая на галстук-бабочку.

    По своей концепции они очень похожи на антенны X TV, и об их характеристиках можно судить по характеристикам усиления, ширины луча и полосы пропускания.

    Хотя они довольно широко используются, они немного менее распространены, чем антенны X TV.

    Есть несколько других вариаций этой модели с телевизионными антеннами, иногда имеющими направляющие в форме треугольника, а не в форме галстука-бабочки. По сути, все они являются вариациями одного и того же тя, и в основе их работы лежит основная концепция Яги.

    Телевизионные антенны Multiboom Yagi

    Другой формой антенны, которая может обеспечить очень высокий уровень усиления, является антенна с несколькими штангами.

    Как следует из названия, эти антенны имеют один отражатель и ведомый элемент, но несколько стержней с направляющими.

    Эти телевизионные антенны имеют более одной штанги, обычно три, наклоненные в несколько разных направлениях.

    Многоштанговые штанги позволяют антенне обеспечивать значительно более высокий уровень усиления для заданной длины, в результате чего они идеально подходят для некоторых ситуаций.

    Недостатком является то, что они намного тяжелее, требуют трех стрел и, как следствие, вес намного больше.

    Часто эти антенны крепятся к мачте сзади из-за сложности монтажа на стрелах из-за их наклона, хотя для более длинных антенн это необходимо.

    Дополнительный вес и заднее крепление означают, что они могут иметь тенденцию падать и быть направлены вниз после того, как погода, ветер, а также сидящие на них птицы возьмут свое. При рассмотрении одной из этих антенн первоначальные общие характеристики и усиление могут быть хорошими, но со временем их характеристики могут ухудшиться больше, чем у других, если механические устройства начнут выходить из строя.

    Логопериодическая антенна

    Логопериодическая антенна может немного напоминать Яги, но на самом деле она сильно отличается по своей конструкции и работе.

    Логопериодическая антенна имеет меньший коэффициент усиления, чем антенна Yagi, для того же количества элементов, но она способна работать в гораздо более широкой полосе пропускания — часто с соотношением 3:1 или 4:1, что делает ее идеальной для ситуаций, когда телевизионные передачи широко разнесены по частоте.

    В отличие от антенны Яги, которая представляет собой ведомый элемент, отражатель и серию директоров, логопериодическая антенна состоит из ряда элементов, которые действуют как диполи.Поскольку элементы больше сзади и меньше спереди, они резонируют на разных частотах, причем более крупные элементы находятся сзади, для любой заданной «активной области» на антенне они будут действовать как отражатель, а меньшие в передней части активной области будут иметь тенденцию действовать как директор.

    Логопериодическая антенна, используемая для телевизионного приема

    Ввиду свойств логопериодической антенны, они, как правило, используются в ситуациях, когда есть относительно хороший сигнал, но телевизионные станции работают на частотах, которые могут быть далеко разнесены.

    Другие соображения

    Помимо самой антенны, при выборе телевизионной антенны необходимо учитывать и другие факторы. Такие аспекты, как крепление и фидер, очень важны.

    • Фидер:   Фидер или коаксиальный кабель является очень важным элементом общей телевизионной антенны. Бесполезно устанавливать прекрасную антенну, только иметь коаксиальный фидер с большими потерями, который ослабит сигнал до того, как он попадет на телевизор.Всегда выбирайте лучшее в разумных пределах.

      Также очень важно следить за тем, чтобы в коаксиальный кабель не попадала влага. Если это произойдет, то это очень быстро ухудшит производительность, значительно увеличив потери. Всегда лучше запечатать внешний конец кабеля, так как погода имеет привычку находить свой путь во всем.

    • Способы крепления и крепления:   Важно, чтобы антенна была надежно закреплена. Существует большое разнообразие систем крепления, доступных практически для любой мыслимой ситуации, от монтажа на боковых стенах домов до крепления дымохода и почти всего остального.

      Очень важно, чтобы телевизионная антенна была надежно закреплена с использованием правильных и качественных креплений. Поскольку телевизионная антенна, вероятно, будет находиться на месте в течение многих лет, необходимо, чтобы она не упала с риском для общей безопасности даже после многих лет использования.

    Что такое антенна цифрового телевидения

    На самом деле антенны для цифрового телевидения не существует. Что касается антенны, нет никакой разницы между приемом цифрового или аналогового сигнала.

    Единственная проблема с приемом цифрового телевизионного сигнала в отличие от аналогового заключается в том, что сигнал может быть на разных частотах. Именно здесь может оказаться важной «антенна цифрового телевидения».

    В связи с широким распространением телевизионных передач в некоторых районах земного шара важно убедиться, что антенна может охватывать нужную полосу частот.

    Хотя антенны для цифрового телевидения как таковой не существует, важно убедиться, что телевизионная антенна может перекрывать частоты для передачи цифрового телевидения.

    Существует множество различных типов антенн для телевизионного приема. Хотя многие люди в настоящее время выбирают доставку своего телевизионного контента через Интернет/широкополосную связь, использование наземной (и спутниковой) доставки все еще очень широко распространено. Выбор хорошей антенны для общей установки телевизионной антенны не всегда прост, особенно при наличии массива различных типов. К счастью, спецификации не особенно сложны, и специалист по установке местной телевизионной антенны или телевизионной антенны сможет посоветовать, что подходит для общей местности и конкретной ситуации.

    Другие темы об антеннах и распространении:
    ЭМ волны Распространение радио Ионосферное распространение Грунтовая волна Разброс метеоров Тропосферное распространение Кубический четырехугольник Диполь Отключить Ферритовый стержень Логопериодическая антенна Антенна с параболическим отражателем Вертикальные антенны Яги Заземление антенны телевизионные антенны Коаксиальный кабель Волновод КСВ Антенные балуны MIMO
        Вернитесь в меню «Антенны и распространение».. .

    Все о беспроводных сетях: типы и характеристики антенн

    Поделись этим

    Все о беспроводных сетях: типы и характеристики антенн

    В этой части нашей серии статей о беспроводных устройствах мы сосредоточимся на антеннах, описывая конструкцию и рабочие характеристики антенн, наиболее часто используемых в профессиональной аудиоиндустрии.

    Добро пожаловать в третью часть книги «Все о беспроводной сети». В этом выпуске мы сосредоточимся на антеннах, охватив их конструкцию и рабочие характеристики, наиболее часто используемые в профессиональной аудиоиндустрии. Антенна представляет собой преобразователь, предназначенный для преобразования переменного напряжения и связанного с ним выходного тока передатчика в излучаемые электромагнитные волны. Пассивные антенны являются взаимообратными устройствами, что означает, что они в равной степени могут выступать как в качестве передающих, так и в качестве приемных преобразователей.

    В приемной антенне прохождение электромагнитных волн через элементы антенны индуцирует переменный ток и соответствующее напряжение на клеммах антенны. Из-за относительно низкой мощности сигналов, обнаруживаемых беспроводным микрофоном и приемниками IEM, существует множество различных конструкций антенн с элементами, расположенными таким образом, чтобы оптимизировать преобразование для данного приложения, в некоторой степени компенсируя высокие потери, возникающие при распространении волны.

    Размер и вес также являются важными факторами при проектировании.Типы антенн, наиболее часто используемые в профессиональных аудиоприложениях, — монопольная, дипольная, логопериодическая и спиральная.

     

    Несимметричная антенна

    Несимметричная антенна, состоящая из одного элемента в четверть длины волны. Отражение от плоскости земли, которое обычно обеспечивается либо шасси приемника, либо печатной платой, к которой подключена антенна, обеспечивает виртуальный элемент второй четверти длины волны. Отраженное изображение совпадает по фазе с физическим элементом, поэтому они объединяются, чтобы создать комбинированный ответ на половинной длине волны.Монопольные антенны часто поставляются с поясными передатчиками и приемниками начального уровня. Направленность монополя является всенаправленной в плоскости земли, но демонстрирует сильный нуль в верхней части физического элемента.

     

    Shure UA700-V VHF IEM Monopole

     

    Дипольная антенна

    Дипольная антенна состоит из двух физических элементов, каждый из которых представляет собой четверть длины волны. Направленность такая же, как у монополя, но использование двух физических четвертьволновых элементов вместо одного с помощью отражения от плоскости земли приводит к теоретическому усилению до 3 дБ по сравнению с монополем в некоторых конфигурациях.

    В зависимости от конкретной конструкции антенны для правильной работы диполя может потребоваться заземление. В этом случае отсутствие заземляющего слоя может привести к тому, что направленность станет асимметричной, а изменения входного импеданса могут привести к возникновению стоячих волн в линии передачи.

    Рабочая полоса пропускания может быть расширена за счет увеличения диаметра антенных элементов или использования конических элементов вместо цилиндрического провода. Рефлекторы, расположенные на расстоянии от одной шестнадцатой до одной четверти длины волны от диполя, также могут использоваться для увеличения усиления в определенном направлении.

     

    Shure UA860V Наземный УКВ-диполь

     

    Логопериодическая антенна

    Логопериодическая антенна состоит из массива диполей, длина и расстояние между которыми варьируются. Полоса пропускания определяется частотами, на которых самый короткий и самый длинный диполи в массиве составляют половину длины волны. Длина и расстояние между элементами изменяются в логарифмической прогрессии, так что на любой заданной частоте активны один или несколько диполей, в то время как другие функционируют либо как отражающие, либо как направляющие элементы в зависимости от их размера и расположения относительно активного диполя.Чем длиннее антенна с большим количеством элементов, тем шире полоса пропускания и меньшая ширина луча. Логопериодические антенны обычно имеют усиление в прямом направлении 6-8 дБ и ширину луча примерно 120 градусов.

    Shure UA874 Active Wideband Log Periodic — массив из пяти настроенных диполей

    Антенна с круговой поляризацией

    Некоторые антенны предназначены для круговой поляризации. Электромагнитная волна называется поляризованной по кругу, когда в вертикальной и горизонтальной плоскостях существуют равные электрические поля, сдвинутые по фазе на 90 градусов.Эти два электрических поля вращаются по мере их распространения по часовой стрелке или против часовой стрелки, в зависимости от конструкции антенны, на полные 360 градусов на длину волны несущей частоты.

    Электромагнитные волны с круговой поляризацией могут одинаково обнаруживаться приемными антеннами как с вертикальной, так и с горизонтальной поляризацией. Поэтому антенны с круговой поляризацией являются популярным выбором, в частности, для приложений IEM. Это связано с тем, что они устраняют риск затухания сигнала до 20 дБ, вызванного различными степенями несоответствия поляризации между статически поляризованной передающей антенной и приемной антенной IEM, поляризация которых изменяется при перемещении носимого устройства.

    Professional Wireless HA-8089 Спиральная 


    Спиральная антенна — наиболее часто встречающаяся антенна, предназначенная для круговой поляризации. Ведомый элемент спиральной антенны обычно состоит из проволоки или ленты, намотанной по спирали и расположенной над плоскостью земли. Он может иметь широкую полосу пропускания с усилением в прямом направлении до 12 дБ, но с очень узкой шириной луча примерно 60 градусов.

    В то время как монопольные, дипольные, логопериодические и спиральные антенны чаще всего используются в профессиональных аудиоприложениях, в настоящее время существует множество других конструкций, некоторые из которых вполне подходят для использования в беспроводных микрофонах и IEM в правильная ситуация.

    Одним из таких примеров является Патч-антенна. Основным преимуществом патч-антенны является то, что она имеет очень низкий профиль и может быть установлена ​​на потолке или стене. Обычно он состоит из микрополоски половинной длины волны, установленной на подложке над плоскостью заземления. Патч-антенны обычно характеризуются низким коэффициентом усиления и узкой полосой пропускания, хотя производятся и широкополосные модели.

    Существует множество различных конструкций патч-антенн, они обычно используются, например, в сотовых телефонах, с различными свойствами и вариантами поляризации.В профессиональных аудиоприложениях патч-антенны часто используются с беспроводными микрофонными системами, работающими в диапазонах DECT и 2,4 ГГц.

    Охватывает основные конструкции антенн, обычно встречающиеся в профессиональной аудиоиндустрии. Помните, однако, что существует бесчисленное множество вариаций каждого дизайна, а также многие другие, которые мы здесь не рассмотрели. Логопериодические антенны, например, основаны на обсуждаемых основных принципах проектирования, но каждая модель от каждого производителя будет выглядеть немного по-разному.

    Важно иметь представление об общих характеристиках каждого типа антенны, чтобы принимать обоснованные решения относительно выбора модели и ее использования для каждого конкретного приложения.

    Чтобы быть в курсе этого и другого образовательного контента, подпишитесь на нашу рассылку здесь.

    Типы антенн и их конструкции

    Антенна — это электрическое устройство, которое преобразует электрическую энергию в радиоволны и наоборот.

    Антенны являются важными компонентами всего оборудования, использующего радио. Они используются в таких системах, как радиовещание, вещательное телевидение, двусторонняя радиосвязь, приемники связи, радары, сотовые телефоны и спутниковая связь. Антенны можно классифицировать по-разному.

    Введение

    Является источником или излучателем ЭМ волн, или датчиком ЭМ волн. Это переходное устройство или преобразователь между направленной волной и волной в свободном пространстве или наоборот. Это электрический проводник или система проводников, которые излучают ЭМ энергию в свободное пространство или собирают ЭМ энергию из свободного пространства, или это устройство согласования импеданса, связывающее ЭМ волны между линией передачи и свободным пространством или наоборот.

    Основное уравнение излучения

    Типы антенн

    Спиральная антенна

    Спиральная антенна

    состоит из токопроводящего провода, намотанного в виде винтовой нарезки, образующей спираль, как показано на рисунке. В большинстве случаев спираль используется с плоскостью заземления. Спираль обычно подключается к центральному проводнику коаксиальной линии передачи, а внешний проводник линии прикрепляется к плоскости заземления.

    Характеристики излучения антенны можно изменять, контролируя размер ее геометрических свойств по сравнению с длиной волны.

    Приложения

    Используется в приложении космической телеметрии на наземном конце канала телеметрии для спутников и космических зондов на ВЧ и УКВ. Низкочастотные, среднечастотные и высокочастотные антенны:

    Выбор антенны для конкретной частоты зависит от следующих факторов.

    • Радиационная эффективность для обеспечения надлежащего использования энергии.
    • Коэффициент усиления антенны и диаграмма направленности
    • Знание сопротивления антенны для эффективного согласования фидера.
    • Частотные характеристики и пропускная способность
    • Структурное рассмотрение

    Антенна Яги Уда

    Яги-Уда или Яги назван в честь изобретателей профессора С.Уда и профессора Х.Яги примерно в 1928 году.

    Основным элементом, используемым в антеннах Yagi, является диполь λ/2, расположенный горизонтально, известный как ведомый элемент или активный элемент. Для преобразования двунаправленного диполя в однонаправленную систему используются пассивные элементы, включающие рефлектор и директор.Пассивные или паразитные элементы располагаются параллельно ведомому элементу, коллинеарно расположены близко друг к другу, как показано на рисунке.

    Паразитный элемент, расположенный перед ведомым элементом, называется направляющим, длина которого на 5% меньше длины ведущего элемента. Элемент, расположенный позади ведомого элемента, называется рефлектором, длина которого на 5 % больше длины ведущего элемента. Расстояние между элементами колеблется от 0,1λ до 0,3λ.

    Система Yagi имеет следующие характеристики:

      1. Трехэлементная решетка (рефлектор, активный элемент и направляющая) обычно называется «лучевой антенной»
      2. Имеет однонаправленный луч умеренной направленности, малый вес, низкую стоимость и простоту
      3. Ширина полосы увеличивается на 2 %, когда расстояние между элементами находится в диапазоне от 0.от 1λ до 0,15λ.
      4. Он обеспечивает усиление 8 дБ и отношение фронт-к-тылу 20 дБ.
      5. Yagi также известен как сверхнаправленная антенна или антенна со сверхвысоким усилением, поскольку система обеспечивает высокий коэффициент усиления.
      6. Если необходимо получить большую направленность, используется больше директоров. Можно использовать массив до 40 элементов.
      7. Массивы могут быть сложены для увеличения направленности.
      8. Yagi — это, по сути, устройство с фиксированной частотой. Достигается частотная чувствительность и полоса пропускания около 3%.
      9. Для увеличения направленности Яги можно ставить один над другим или один рядом с другим.

    Угловые отражатели

    Два плоских отражающих листа, пересекающихся под углом, как показано на рисунке, образуют эффективную направленную антенну. При угле угла α=900 листы пересекаются под прямым углом, образуя угловой прямоугольный отражатель. Можно использовать углы как больше, так и меньше 900, хотя углы намного меньше 90° имеют практические недостатки.Уголковый отражатель с α=1800 эквивалентен плоскому листовому отражателю и может рассматриваться как предельный случай уголкового отражателя.

    Предполагая, что идеально проводящие отражающие листы имеют бесконечную протяженность, метод изображений может применяться для анализа антенны с уголковым отражателем для угла α = 180°/n, где n — любое положительное целое число. При анализе уголкового отражателя 90° имеется 3 элемента изображения, 2, 3 и 4, расположенные, как показано на рис. На ведомой антенне 1 3 изображения имеют токи равной величины.Фаза токов в I и 4 одинакова. Фаза токов в 2 и 3 одинакова, но сдвинута по фазе на 180° относительно токов в 1 и 4. Предполагается, что все элементы имеют длину λ/2.

    Линзовая антенна

    Линза

    используется для преобразования круглых или сферических волновых фронтов в плоские волновые фронты в качестве передатчика и наоборот в качестве приемника. Линза — это среда, через которую передаются или принимаются волны. Линзы бывают двух типов: замедляющая среда и ускоряющая среда.В тормозящей системе скорость в среде меньше скорости в свободном пространстве.

    Чистые диэлектрики, такие как диэлектрики Lucite или полистирола с примесями, или металлические пластины H-плоскости могут использоваться в качестве замедляющих сред. Ускоряющая система – это та, в которой скорость в среде больше скорости в свободном пространстве. Металлические пластины E-плоскости являются примерами ускоряющих типов. Линзовая антенна с другим показателем преломления показана на рисунке ниже.

    Рупорные антенны

    Расширяющиеся волноводы, создающие почти однородный фазовый фронт, больший, чем сам волновод.Имеют различные формы, такие как секторная E-плоскость, секторальная H-плоскость, пирамидальная, коническая и т. д., как показано на рисунке.

    Рупорные антенны – области применения
    • Используется в качестве облучающего элемента для больших антенн радиоастрономии, спутникового слежения и связи
    • Общий элемент ФАР
    • Используется при калибровке других антенн с высоким коэффициентом усиления
    • Используется для измерения электромагнитных помех

    Гильзовая антенна

    Заземляющая или рукавная длинная цилиндрическая система типа λ/4 называется рукавной антенной.Излучение находится в плоскости, нормальной к оси этой антенны. Вторая разновидность гильзы аналогична шлейфу с плоскостью заземления, имеющей точку питания в центре шлейфа. Нижний конец заглушки представляет собой цилиндрическую втулку длиной λ/8.

    Дипольная антенна со сбалансированным рукавом, соответствующая рукавному шлейфу, показана на рисунке. Он питается коаксиальным кабелем и балансирует с разбалансирующим трансформатором или балуном. Для L в диапазоне от λ/2 до λ рабочая частота находится в диапазоне от 2 до 1.Рукавная антенна над плоскостью земли показана на рисунке

    .

    Всенаправленные антенны

    Щелевой цилиндр и турникет почти всенаправлены в горизонтальной плоскости. Клеверный лист — еще один распространенный тип всенаправленных, чья направленность значительно выше, чем у турникета. Система в основном содержит горизонтальный диполь, который является двунаправленным в вертикальной плоскости. Круглая рамочная антенна, показанная на рисунке, может использоваться для получения всенаправленной диаграммы направленности.

    Адаптивные антенны

    Адаптивный массив

    — наиболее полная и сложная конфигурация. Система состоит из нескольких антенн, каждая из которых подключена к отдельному трансиверу и процессору цифровых сигналов, как показано на рисунке.

    DSP управляет уровнем сигнала для каждого элемента в зависимости от требований. Матрица Батлера может быть адаптирована для улучшения SNR во время приема. Алгоритмы определения направления прибытия и оптимизации используются для выбора комплексных весов для каждого мобильного пользователя.Для дуплекса в частотной области веса передачи оцениваются на основе информации о направлении поступления.

    Плазменная антенна

    • Поверхностная волна плазмы может быть возбуждена вдоль столба газа низкого давления с помощью соответствующей радиочастотной мощности, подключенной к столбу в стеклянной трубке.
    • Это система, в которой поперечное сечение радара представляет собой только тонкостенную стеклянную трубку, когда она не ведет передачу.
    •  С лазерным лучом, производящим плазму, эффективное сечение радара становится равным нулю, когда лазер выключен.

    Сверхширокополосная антенна

    • Используется для цифровых приложений
    • Импульсная передача, что приводит к большой пропускной способности.
    • Фазовая дисперсия импульса (передаваемого в разные моменты времени)
    • Ухудшение качества сигналов

    Антенны георадара

    •  Как и радары поверхности Земли, радары можно использовать для обнаружения подземных аномалий.
    •  Аномалии включают захороненные металлические или неметаллические объекты, аномалии земли и т. д.
    • Для обработки используется
    • Импульс и его эхо-импульс.
    • Уравнение радара дальнего поля должно быть изменено, поскольку расстояние, пройденное волной, меньше.
    • Требуемая мощность больше, так как заземление является средой с потерями.
    • Несоответствие на интерфейсе воздух-земля.
    • Ширина импульса должна быть меньше.


     

     

     

    Антенны насекомых — Общество энтомологов-любителей (AES)

    Антенны часто называют «щупальцами», потому что насекомое взмахивает ими.Это неправильное название, потому что они используются не только для осязания. Усики на самом деле являются «носом» насекомых — они используются для обоняния.

    Парные усики состоят из нескольких отдельных суставов. Это означает, что они могут быть очень мобильными. Основная форма антенны нитевидная. В этом типе много сегментов, которые более или менее равны по размеру. Нитевидные усики встречаются у самых разных групп, таких как стрекозы, кузнечики и сверчки, книжные вши, кусачие вши, мухи-скорпионы и жуки.Длина и количество суставов сильно различаются между ними.

    Нитевидные усики

    Это самая простая форма усиков насекомых.

    Иллюстрация нитевидных усиков.

    Эта базовая структура может быть изменена различными способами. Это означает, что можно распознать ряд различных типов. Основные из них следующие: —

    1. Щетинковидный — Много суставов. Антенна постепенно сужается от основания к кончику e.грамм. Щетинистохвосты, тараканы, поденки, веснянки и ручейники.
    2. Moniliform — Круглые сегменты делают антенну похожей на нитку бус, напр. Жуки.
    3. Зазубренность — сегменты расположены под углом с одной стороны, что создает вид лезвия пилы, напр. Жуки.
    4. Гребенчатый — Сегменты длиннее с одной стороны. Это дает вид гребня, например. Пилильщики (родственники ос) и жуки.
    5. Булавовидный — сегменты расширяются к кончику антенны.Это может быть постепенным по всей его длине или внезапным увеличением и, следовательно, в основном затрагивать несколько последних суставов и придавать вид булавы, например. Бабочки и мотыльки и жуки.
    6. Пластинчатый — сегменты к концу уплощенные и пластинчатые. Это дает вид вентилятора, например. Жуки
    7. Коленовидный — на пути антенны имеется резкий изгиб или изгиб, например. Муравьи и жуки.
    8. Перистое — каждый сегмент имеет несколько тонких нитевидных ответвлений.Это дает вид пера, например. Летит.

    Антенны чешуекрылых, сетчатокрылых, перепончатокрылых и жесткокрылых очень разнообразны. Эти группы показывают примеры ряда различных типов антенн. Все приведенные примеры относятся к группам насекомых с британскими представителями. Если группы не имеют британских представителей, они не были описаны выше.

    Предыдущий: Файлы фактов о насекомых | Далее: Крылья

    Радиосвязь – Типы антенн

    Типы антенн

    В авиации используются три основных типа антенн:

    1. Дипольная антенна
    2. Рамочная антенна Маркони

    Дипольная антенна

    Дипольная антенна — это тип антенны, упоминаемый при обсуждении того, как генерируются радиоволны. Это проводник, длина которого примерно равна половине длины волны частоты передачи. Иногда ее называют антенной Герца. Ток передачи переменного тока подается на дипольную антенну в центре. Поскольку ток переменный, поток тока наибольший в середине антенны и постепенно уменьшается по мере приближения к концам.Затем он меняет направление и течет в другую сторону. В результате самое большое электромагнитное поле находится в середине антенны, а самое сильное поле радиоволн перпендикулярно длине антенны. Большинство дипольных антенн в авиации имеют горизонтальную поляризацию.

     

    Обычной дипольной антенной является V-образная навигационная антенна VHF, известная как VOR-антенна, установленная на многих самолетах. Каждое плечо V составляет одну четвертую длины волны, создавая полуволновую антенну, которая питается в центре.Эта антенна имеет горизонтальную поляризацию. Для дипольной приемной антенны это означает, что она наиболее чувствительна к сигналам, приближающимся к антенне сбоку, а не прямо в направлении полета. [Рис. 11-91]Рис. 11-91. V-образная навигационная антенна VOR представляет собой обычную дипольную антенну.

    Антенна Маркони

    Антенна Маркони представляет собой четвертьволновую антенну. Он достигает эффективности полуволновой антенны за счет использования монтажной поверхности проводящей обшивки самолета для создания второй четверти длины волны.Большинство авиационных УКВ-антенн представляют собой антенны Маркони. Они вертикально поляризованы и создают всенаправленное поле. На самолетах с тканевой обшивкой плоскость заземления, которая составляет вторую четверть длины волны антенны, должна располагаться под обшивкой, где установлена ​​антенна Маркони. Это можно сделать с помощью тонкого алюминия или алюминиевой фольги. Иногда от основания вертикальной антенны под кожей протягивается четыре или более проводов, служащих плоскостью заземления. Этого достаточно, чтобы придать антенне надлежащую проводящую длину.Та же практика используется и для наземных антенн. [Рис. 11-92]Рис. 11-92. На самолетах с металлической обшивкой используется антенна Маркони с длиной волны ¼ длины волны. Скин — это плоскость заземления, которая создает вторую четверть антенны, необходимую для резонанса (слева). На самолетах с неметаллической обшивкой провода, токопроводящие пластины или полосы, равные по длине антенне, должны быть установлены под обшивкой для создания плоскости заземления (справа).

    Рамочная антенна

    Третий тип антенн, широко используемых в самолетах, — это рамочные антенны.Когда длина проводника антенны сформирована в виде петли, его характеристики поля значительно изменяются по сравнению с характеристиками прямой антенны половинной длины волны. Это также делает антенну более компактной и менее подверженной повреждениям.

     

    Рамочная антенна, используемая в качестве приемной антенны, очень чувствительна к направлению. Радиоволна, перехватывающая петлю прямо поперек, вызывает одинаковый ток в обеих сторонах петли. Однако полярность токов противоположна друг другу.Это заставляет их компенсировать и не производить никакого сигнала. Когда радиоволна попадает на рамочную антенну на одной линии с плоскостью петли, ток генерируется сначала с одной, а затем с другой стороны. Это приводит к тому, что токи имеют разные фазы, и самый сильный сигнал может быть сгенерирован под этим углом. Разность фаз (и сила) генерируемого тока изменяется пропорционально углу, под которым радиоволна падает на петлю антенны. Это полезно и обсуждается далее в разделе, посвященном навигационным средствам автоматического радиопеленгатора (ADF).[Рис. 11-93]Рис. 11-93. Рамочная антенна очень чувствительна к направлению. Источник сигнала перпендикулярно или сбоку от контура создает слабый сигнал (A). Источник сигнала параллельно или в плоскости петли создает сильный сигнал (B). [щелкните изображение, чтобы увеличить] Линии передачи

    Передатчики и приемники должны быть подключены к своим антеннам через токопроводящий провод. Эти линии передачи представляют собой коаксиальный кабель, также известный как коаксиальный кабель. Коаксиальный кабель состоит из центральной жилы, окруженной полужестким изолятором.Материал провода и изолятора окружает проводящая плетеная оболочка, которая проходит по всей длине кабеля. Наконец, вокруг плетеного экрана устанавливается водонепроницаемое покрытие, чтобы защитить всю сборку от непогоды. Оплетка в коаксиальном кабеле защищает внутренний проводник от любых внешних полей. Он также предотвращает излучение полей, создаваемых внутренним проводником. Для оптимальной работы импеданс линии передачи должен быть равен импедансу антенны.В приложениях авиационных антенн это часто составляет приблизительно 50 Ом. [Рис. 11-94] Для коаксиального кабеля используются специальные разъемы. Разнообразие можно увидеть в Консультативном циркуляре 43.13-1b. Технический специалист должен следовать всем инструкциям производителя при установке линий передачи и антенны. Правильная установка имеет решающее значение для работы радио и антенны.

    Рис. 11-94. Коаксиальный кабель используется в качестве линии передачи между антенной и ее передатчиками и/или приемником. [щелкните изображение, чтобы увеличить]

    Рекомендация бортмеханика

       

    Модели антенн

    Используйте страницу «Основное определение» для объекта приемника, передатчика, радара или антенны, чтобы выбрать тип модели антенны в обозревателе компонентов, а затем определить и сориентировать выбранный тип.Все типы радаров и некоторые типы приемников и передатчиков также могут привязываться к объекту-антенне, а не встраивать свою индивидуальную копию. (Для получения информации о том, как установить связь с антенной, которая находится на датчике, щелкните здесь).

    Бесплатные интерактивные учебные пособия, которые могут помочь вам лучше понять свойства антенн, доступны по адресу http://www.analyzemath.com/antennas.html.

    Встроенная антенна

    При выборе компонента встроенной антенны определение компонента копируется в объект передатчика, приемника или радара.Дополнительные изменения, внесенные вами в передатчик, приемник или объект радара, не повлияют на исходный компонент.

    Связанная антенна

    При выборе связанного объекта антенны определение антенны доступно только для просмотра с помощью объекта передатчик, приемник или радар. Чтобы изменить свойства связанной антенны, дважды щелкните ее в обозревателе объектов, чтобы получить доступ к страницам ее свойств. Любые внесенные вами изменения повлияют на все объекты передатчика, приемника и радара, которые связаны с объектом антенны.

    Если вы повторно моделируете и модифицируете одну и ту же физическую антенну, используйте связанный объект антенны, чтобы уменьшить количество нажатий клавиш и уменьшить количество ошибок ввода.

    Связывание с антенной, которая находится на датчике

    Чтобы максимально точно смоделировать реальные, реальные конфигурации, STK предполагает, что объект антенны будет размещен на датчике, поэтому он может наследовать свойства датчика, такие как местоположение и наведение. С другой стороны, объекты радара, приемника или передатчика, которые связаны с этой антенной, должны находиться на родительском объекте датчика, а не на самом датчике.В этом контексте полезно думать о датчике как о подвесе для антенны, в то время как радар, приемник или передатчик просто представляют собой электронные компоненты, которые не требуют наведения и расположение которых не влияет на радиочастотные характеристики. В то время как STK позволяет размещать объект радара, приемника или передатчика непосредственно на датчике, использование встроенных антенн является единственным доступным вариантом в этом случае.

    Антенные модели STK

    STK предлагает следующие модели антенн.Кроме того, вы можете определить свои собственные модели антенн с помощью обозревателя компонентов.

    Модели с внешней антенной

    Связанная информация
    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.