Как сделать простую антенну своими руками. Какие бывают виды антенн для разных частот. Какие материалы использовать для изготовления антенн в домашних условиях. Как рассчитать параметры антенны. Какие схемы антенн подходят для приема цифрового ТВ.
Основные принципы работы антенн
Антенна представляет собой устройство для излучения или приема радиоволн. Ее основная функция — преобразование электрического сигнала в электромагнитные волны и наоборот. Рассмотрим ключевые особенности работы антенн:
- Антенна является своеобразным преобразователем энергии — электрической в электромагнитную и обратно
- Излучение происходит за счет колебаний электронов в проводнике антенны под действием переменного электрического тока
- Эффективность антенны зависит от ее размеров относительно длины волны принимаемого/передаваемого сигнала
- Антенна имеет определенную диаграмму направленности — область пространства, в которой происходит излучение/прием
- Важными параметрами являются входное сопротивление, коэффициент усиления, поляризация и полоса пропускания антенны
Понимание этих базовых принципов необходимо для грамотного проектирования и изготовления антенн.
Виды антенн и их особенности
Существует множество различных типов антенн, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Рассмотрим наиболее распространенные виды:
Дипольная антенна
Это простейшая антенна, состоящая из двух проводников длиной λ/4 каждый (где λ — длина волны). Основные характеристики:
- Входное сопротивление около 73 Ом
- Диаграмма направленности в виде «восьмерки»
- Коэффициент усиления 2.15 дБи
- Широкая полоса пропускания
Антенна типа «волновой канал»
Состоит из активного вибратора и нескольких пассивных элементов. Особенности:
- Высокая направленность
- Усиление до 12-17 дБ
- Узкая диаграмма направленности
- Сравнительно узкая полоса пропускания
Рамочная антенна
Представляет собой замкнутый проводник в виде рамки. Характеристики:
- Компактные размеры
- Низкая эффективность на низких частотах
- Диаграмма направленности в виде «восьмерки»
- Слабая чувствительность к электрической составляющей поля
Выбор конкретного типа антенны зависит от требований к системе связи, рабочей частоты и условий эксплуатации.
Расчет параметров антенн
Для создания эффективной антенны необходимо правильно рассчитать ее основные параметры. Рассмотрим основные формулы и принципы расчета:
Длина волны
Длина волны λ рассчитывается по формуле:
λ = c / f
где c — скорость света (≈3*10^8 м/с), f — частота сигнала в Гц.
Длина диполя
Общая длина диполя составляет λ/2. Для расчета длины плеча диполя в метрах можно использовать формулу:
L = 142.5 / f
где f — частота в МГц.
Входное сопротивление
Для полуволнового диполя в свободном пространстве входное сопротивление составляет около 73 Ом. Однако на практике оно может отличаться из-за влияния окружающих объектов.
Коэффициент усиления
Усиление антенны G относительно изотропного излучателя выражается в дБи и рассчитывается как:
G = 10 * log(D)
где D — коэффициент направленного действия антенны.
Правильный расчет этих параметров позволит создать антенну с оптимальными характеристиками для конкретного применения.
Материалы для изготовления антенн
Выбор подходящих материалов играет важную роль при самостоятельном изготовлении антенн. Рассмотрим основные варианты:
- Медный провод — отличный проводник, устойчив к коррозии, легко паяется
- Алюминиевые трубки — легкие, недорогие, подходят для жестких конструкций
- Стеклотекстолит — используется в качестве диэлектрика в печатных антеннах
- Коаксиальный кабель — для изготовления согласующих устройств и фидерных линий
- ПВХ трубы — в качестве изоляторов и элементов крепления
При выборе материалов следует учитывать их электрические свойства, механическую прочность и устойчивость к внешним воздействиям. Для ВЧ и СВЧ антенн особенно важно использовать материалы с низкими диэлектрическими потерями.
Самодельные антенны для приема цифрового ТВ
Переход на цифровое телевещание открыл новые возможности для самостоятельного изготовления ТВ антенн. Рассмотрим несколько простых конструкций:
Дипольная антенна с рефлектором
Состоит из активного диполя и пассивного рефлектора. Обеспечивает неплохое усиление в диапазоне ДМВ. Основные размеры:
- Длина плеча диполя — 150 мм
- Расстояние между плечами — 10 мм
- Длина рефлектора — 340 мм
- Расстояние от диполя до рефлектора — 70 мм
Широкополосная «бабочка»
Простая в изготовлении антенна с широкой полосой приема. Параметры:
- Общая длина — 280 мм
- Ширина в широкой части — 140 мм
- Угол раскрыва — 60°
Такие конструкции позволяют принимать цифровые ТВ каналы в радиусе до 30-40 км от передатчика при установке на улице.
Особенности изготовления Wi-Fi антенн
Wi-Fi антенны работают в диапазоне 2.4 ГГц или 5 ГГц и имеют ряд особенностей при самостоятельном изготовлении:
- Малые размеры элементов из-за высокой частоты
- Необходимость точного соблюдения размеров
- Использование качественных ВЧ разъемов
- Экранирование от помех
Одной из популярных конструкций является «банка» — цилиндрический волновод с возбудителем. Она обеспечивает усиление 10-12 дБи при размерах:
- Диаметр банки — 100 мм
- Длина — 150 мм
- Длина вибратора — 31 мм
При изготовлении Wi-Fi антенн важно соблюдать все размеры с точностью до 1 мм.
Измерение параметров самодельных антенн
После изготовления антенны необходимо измерить ее основные параметры, чтобы убедиться в правильности конструкции. Основные методы измерений:
Коэффициент стоячей волны (КСВ)
Измеряется с помощью КСВ-метра, включенного между передатчиком и антенной. Показывает степень согласования антенны с фидером. Для большинства антенн приемлемым считается КСВ не более 1.5.
Диаграмма направленности
Снимается путем вращения антенны относительно эталонного источника сигнала и измерения уровня принимаемого сигнала. Позволяет определить ширину главного лепестка и уровень боковых.
Коэффициент усиления
Измеряется сравнением с эталонной антенной. Показывает, насколько данная антенна эффективнее изотропного излучателя.
Правильное измерение этих параметров позволит оценить качество изготовленной антенны и при необходимости внести корректировки в ее конструкцию.
Самодельные антенны, схемы и конструкции
Другие антенны Усилители Wi-Fi антенны Для ТВ Спутниковые Разное для антенн
Как сделать простейшую антенну для приема цифрового ТВ
Сейчас в РФ происходит переход на цифровое телевидение. Уже всем ясно, что для приема требуется либо современный телевизор с цифровым тюнером стандарта DVB-T2, либо любой телевизор и приставка для приема DVB-T2. А вот с антеннами возникает весьма интересная ситуация, — откуда ни возьмись появились …
1 230 0
Простая самодельная антенна для приема цифрового телевидения
Сейчас стремительно развивается цифровое телевидение по системе DVB-Т2. Скоро оно полностью вытеснит аналоговое. Возможно это и к лучшему. Цифровая «картинкам четче и без «снега», да и бесплатных каналов 20 и более. Для приема цифрового телевидения нужен либо новый телевизор …
0 1 0
Простейшие самодельные антенны для цифрового телевидения
Для приема цифрового ТВ нужен телевизор с цифровым тюнером стандарта DVB-T2 или любой другой телевизор, плюс приставка DVB-T2, которая представляет собой отдельно стоящий цифровой тюнер И подключается к телевизору по НЧ (как видеомагнитофон или DVD-ллеер). Ну, и, также — нужна антенна …
1 2046 0
Походная антенна коротковолнового (КВ) диапазона
Схема и конструкция самодельной походной антенны коротковолнового диапазона на 7, 14, 21 и 28 МГц. В наше время коротковолновики, отправляясь в походы по родному краю, нередко берут с собой и любительскую радиостанцию. Польский радиолюбитель SQ7MZL разработал для этого несложную разборную …
1 2323 0
Самодельная антенна для цифровой приставки DVB-T
Сейчас страна переходит на цифровое ТВ, и торговые предприятия на это реагирует довольно странно, хотя и ожидаемо. Например, вот появились такие «антенны для цифрового ТВ», которые почему-то дороже точно таких же ДМВ-антенн. Тем не менее, для приема цифрового ТВ нужна обычная ДМВ …
0 1588 0
Дайджест по любительским антеннам (подборка схем и конструкций)
Однонаправленная антенна на диапазон 6 м Наиболее общий тип крестообразной антенны на диапазон 6 м (50,5 МГц) показан на рис.
1. Диполи установлены под прямыми углами друг к другу. Для получения сдвига по фазе в 90° используется фазирующая линия.Имеются более сложные способы получения …
1 3157 0
Простая самодельная комнатная КВ антенна (резонансная)
Любому радиолюбителю известно: коротковолновый приемник без антенны — не приемник, а хорошие антенны маленькими не бывают. Найти в условиях города место для антенны не так-то просто. Предлагаю описание простой, не занимающей много места и при этом обладающей неплохими характеристиками антенны …
1 5993 0
Самодельная передающая антенна на средневолновый диапазон 200 метров
Устроить в городских условиях передающую антенну средневолнового диапазона — задача не простая. Протяженная проволочная антенна будет всегда привязана к окружающим зданиям, поэтому универсального рецепта “правильной” антенны быть не может. Часто случается в городских кварталах, когда .
..
1 3341 0
Простая телевизионная антенна из доступных материалов
С ростом популярности/объема цифрового вещания в формате DVB-Т, которое ведется на дециметровых диапазонах, в продаже появилось множество антенн именно для цифровых каналов, как утверждают продавцы. Купить-то можно. Не вопрос. А сделать самому, своими руками? Да еще из комплектующих, которые …
1 2114 0
Комбинированная телеантенна для приема ТВ-каналов с 6-го по 60-й
В связи с расширением телевизионного вещания в более высокочастотных диапазонах возникла необходимость в малогабаритной широкополосной антенне для приёма ТВ-каналов с 6-го по 60-й. Реализовать её помогла статья [1], в которой описана широкополосная антенна для приёма телепередач во всём метровом …
1 2084 0
1 2 3 4 5 … 8
Телевизионные антенны, схемы и конструкции
Как сделать простейшую антенну для приема цифрового ТВ
Сейчас в РФ происходит переход на цифровое телевидение.
1 258 0
Простая самодельная антенна для приема цифрового телевидения
Сейчас стремительно развивается цифровое телевидение по системе DVB-Т2. Скоро оно полностью вытеснит аналоговое. Возможно это и к лучшему. Цифровая «картинкам четче и без «снега», да и бесплатных каналов 20 и более. Для приема цифрового телевидения нужен либо новый телевизор …
0 2 0
Простейшие самодельные антенны для цифрового телевидения
Для приема цифрового ТВ нужен телевизор с цифровым тюнером стандарта DVB-T2 или любой другой телевизор, плюс приставка DVB-T2, которая представляет собой отдельно стоящий цифровой тюнер И подключается к телевизору по НЧ (как видеомагнитофон или DVD-ллеер).
1 2058 0
Простая телевизионная антенна из доступных материалов
С ростом популярности/объема цифрового вещания в формате DVB-Т, которое ведется на дециметровых диапазонах, в продаже появилось множество антенн именно для цифровых каналов, как утверждают продавцы. Купить-то можно. Не вопрос. А сделать самому, своими руками? Да еще из комплектующих, которые …
1 2117 0
Комбинированная телеантенна для приема ТВ-каналов с 6-го по 60-й
В связи с расширением телевизионного вещания в более высокочастотных диапазонах возникла необходимость в малогабаритной широкополосной антенне для приёма ТВ-каналов с 6-го по 60-й. Реализовать её помогла статья [1], в которой описана широкополосная антенна для приёма телепередач во всём метровом …
1 2092 0
Антенна ДМВ Солнышко
Широкополосную (21 …60 каналы ТВ) антенну ДМВ легко изготовить,например, из двух дюралевых (с крестообразными “спицами”) дисков старых катушек для магнитной ленты стационарных магнитофонов.
Для этого нужно диски 1 наложить друг на друга так, чтобы фаски отверстий дисков …
1 2225 0
Акустическая приставка к цветному телевизору с подключением по видеовходу
В статье [1] было описано устройство, создающее на телевизионном экране световые эффекты в такт звуковому сопровождению передачи, которое следовало подключать к входам видеоусилителей каналов R, G и В цветного телевизора. Такой способ подключения создаёт ряд неудобств, так как приходится снимать …
1 1712 0
Синфазные антенные решетки для приема сигналов ТВ
Синфазная антенная решетка представляет собой сложную направленную антенную систему, состоящую из отдельных слабонаправленных антенн, разнесенных в пространстве и расположенных таким образом, чтофазы наведенных в них сигналов оказываются одинаковыми. Антенны в решетке соединяют между собой, они …
1 5851 1
Конструкции логопериодических ТВ антенн
Направленные свойства большинства антенн изменяются при изменении длины волны принимаемого сигнала.
У узкополосных антенн резко падает коэффициент усиления, а у широкополосных его изменение носит монотонный характер. Один из типов антенн с неизменной формой диаграммы направленности в широком …
0 4684 0
Конструкции направленных телевизионных антенн бегущей волны
Антеннами бегущей волны принято называть направленные антенны, вдоль геометрической оси которых распространяется бегущая волнапринимаемого сигнала. Обычно антенна бегущей волны состоит из собирательной линии, к которой подключено несколько вибраторов, расположенных на одинаковом расстоянии один…
1 2862 0
Добро пожаловать в Антенны 101 | Electronic Design
Эта статья является частью TechXchange: Antenna Design 101
Загрузите эту статью в формате .PDF
Антенны — это гораздо больше, чем просто устройства, подключенные к каждому радио. Это преобразователи, которые преобразуют напряжение от передатчика в радиосигнал.
И они улавливают радиосигналы из эфира и преобразуют их в напряжение для восстановления в приемнике.
Обычно принимаемые как должное и оставляемые на последнюю минуту в проекте, антенны, тем не менее, имеют решающее значение для установления и поддержания надежного радиосоединения. Большинству инженеров они могут показаться сложными и загадочными, особенно тем, кто впервые работает с беспроводными приложениями, не говоря уже о том, что они бывают, казалось бы, бесконечного разнообразия размеров и форм. Тем не менее, краткий обзор основных моментов может помочь развеять любые опасения по поводу дизайна.
Что такое радиоволна?
Радиоволна представляет собой комбинацию магнитного поля под прямым углом к электрическому полю. Оба колеблются с определенной частотой и движутся вместе в направлении, перпендикулярном обоим полям (рис. 1) . Эти электромагнитные поля движутся со скоростью света (около 300 миллионов метров в секунду или около 186 400 миль в секунду) в свободном пространстве.
Согласно известным уравнениям Максвелла, они поддерживают и регенерируют друг друга по пути, но ослабевают с расстоянием.
Каковы некоторые характеристики радиоволн?
Одной из ключевых особенностей является ориентация полей с землей. Это называется поляризацией. Антенна имеет вертикальную поляризацию, если электрическое поле направлено вертикально к поверхности земли. Антенна имеет горизонтальную поляризацию, если она расположена горизонтально по отношению к поверхности земли.
Существуют ли другие важные характеристики радиоволн?
Как правило, радиоволны имеют ближнее и дальнее поле. Ближнее поле близко к антенне, обычно в пределах нескольких длин волн (λ). Дальнее поле находится примерно в 10 или более длинах волн от антенны. Дальнее поле отрывается от антенны и становится радиосигналом.
Такие приложения, как радиочастотная связь (RFID) и связь ближнего поля (NFC), используют ближнее поле, которое больше похоже на магнитное поле вокруг первичной обмотки трансформатора.
Но в целом дальнее поле — самая полезная радиоволна.
Как работает антенна?
Антенна передатчика генерирует радиоволны. На антенну подается напряжение нужной частоты. Напряжение на элементах антенны и ток через них создают соответственно электрические и магнитные волны. В приемнике электромагнитная волна, проходящая через антенну, индуцирует небольшое напряжение. Таким образом, антенна становится источником сигнала для входа приемника.
Будет ли одна и та же антенна работать и для передачи, и для приема?
Да. Мы называем это взаимностью антенн. Любая антенна будет работать как на передачу, так и на прием. Во многих беспроводных приложениях антенна переключается между передатчиком и приемником.
Будет ли вертикальная антенна принимать горизонтально поляризованный сигнал или наоборот?
В большинстве случаев да. Антенны в реальном мире редко бывают идеально горизонтальными или вертикальными, поэтому некоторый сигнал принимается.
Кроме того, большинство сигналов претерпевают сдвиги поляризации на пути передачи из-за отражений и других многолучевых условий. Тем не менее, это несоответствие ориентации антенны вносит некоторое затухание.
При более точном контроле поляризацию можно использовать для мультиплексирования двух сигналов на одной частоте. В некоторых спутниках антенна с вертикальной поляризацией может передавать один сигнал, одновременно передавая или принимая на отдельной антенне с горизонтальной поляризацией на той же частоте. Если поляризация является проблемой в приложении, круговая поляризация может предложить решение.
Что такое круговая поляризация?
Как видно из названия, во время передачи поляризация постоянно меняется, что позволяет использовать для приема как горизонтальные, так и вертикальные антенны. Для максимального приема необходима приемная антенна с круговой поляризацией.
Вы также можете приобрести антенну с правой или левой круговой поляризацией (RHCP или LHCP).
Это снова позволяет повторно использовать частоты, используя разные поляризации для двух разных сигналов. Часто применяют спиральную антенну из спирального проводника и рефлектора. Круговая поляризация чаще всего встречается у спутников.
Как радиосигнал распространяется от передатчика к приемнику?
Сигналы передаются от одной антенны к другой несколькими способами в зависимости от частоты радиоволн. На низких частотах (менее 3 МГц) распространение осуществляется земной волной, когда сигнал касается земной поверхности. Расстояние ограничено сотней миль или около того. AM-радиоволны являются хорошим примером низкочастотного распространения.
На частотах в диапазоне от 3 до 30 МГц (короткие волны) сигналы распространяются на расстояние от 30 до 250 миль в ионосферу, где преломляются обратно на землю. Это почти как излучать сигнал так, что он кажется отраженным от проводящей поверхности. Могут быть достигнуты очень большие расстояния, поскольку сигналы могут совершать несколько переходов от земли к ионосфере и обратно несколько раз.
Однако сегодня для большинства беспроводных сетей диапазон сигналов составляет от 100 МГц до 10 ГГц. Эти сигналы, называемые небесными волнами, распространяются прямолинейно, как световые волны. Вам нужен путь прямой видимости (LOS) от одной антенны к другой, чтобы установить связь. Очевидно, что дальность сигнала во многом зависит от высоты антенны.
Какая форма антенны наиболее распространена?
Диполь состоит из двух линейных проводников встык длиной в половину длины волны (λ/2) (рис. 2а) . Здесь одна длина волны (λ) равна 300/f МГц в метрах. Половина длины волны в футах равна 468/f МГц или 5616/f МГц в дюймах. Термин f представляет собой рабочую частоту в мегагерцах.
Передатчик или приемник подключается к центру антенны, как правило, линией передачи, например коаксиальным кабелем. В этой точке антенна имеет эквивалентное активное сопротивление 73 Ом. Однако это будет зависеть от высоты антенны и станет комплексным импедансом выше или ниже рабочей частоты.
Таким образом, антенна действует как резонансный контур.
Каковы некоторые другие характеристики диполя?
Обычно диполь ориентирован горизонтально к земле, что дает горизонтально поляризованную волну. Кроме того, излучение антенны неравномерно во всех направлениях. Идеальная антенна, называемая изотропным источником, излучает сферически или одинаково хорошо во всех направлениях.
В диполе диаграмма направленности имеет форму бублика. Посмотрев вниз на антенну, вы увидите диаграмму направленности в виде цифры 8 9.0022 (рис. 2б) . Наибольшее излучение или лучший прием происходит под прямым углом к антенне. На эту диаграмму направленности сильно влияют близлежащие проводящие и непроводящие объекты.
Какие еще существуют физические формы антенн?
Популярным вариантом диполя является плоскость заземления или антенна Маркони. Он состоит из одного элемента λ/4, установленного вертикально, и работает с землей или металлическим основанием, называемым плоскостью заземления (рис.
3) . Антенна заземления представляет собой половину диполя, а другой элемент диполя представляет собой заземление. Поляризация вертикальная, а диаграмма направленности круговая или всенаправленная.
Существуют ли другие распространенные формы?
Да. Патч- или микрополосковая антенна широко распространена на микроволновых частотах (более 1 ГГц). Это квадратный или круглый участок проводящего материала шириной около половины длины волны. Создать его несложно, поскольку обычно он реализуется на печатной плате (PCB) (рис. 4) . Рамочная антенна также популярна в некоторых некритических приложениях. Это просто непрерывная петля проводника, провода или печатной платы с окружностью от 0,1 до 1,0 λ.
Могут ли антенны показывать усиление?
Обязательно. Антенна может повысить уровень сигнала так же эффективно, как если бы сигнал был усилен электронным усилителем. Он не усиливается как таковой, но усиление формируется в результате концентрации сигнала в более узком луче.
Антенна становится более направленной.
Например, диполь концентрирует сигнал в двух лепестках. Следовательно, диполь имеет усиление по мощности на 1,64 дБ по сравнению с изотропной антенной. Это называется усилением в дБи по отношению к изотропному источнику. Но поскольку в реальной жизни не существует такого понятия, как изотропный источник, мы обычно относим любое усиление антенны к коэффициенту усиления диполя (дБд). Например, 0 дБд = 2,15 дБи.
Как выражается усиление антенны?
Обычно выражается в дБ мощности на диполь. Другим выражением является эффективная излучаемая мощность (ERP) — фактическая мощность, которую диполь должен излучать, чтобы произвести тот же эффект, что и антенна с усилением. Вы вычисляете ERP, умножая выходную мощность передатчика на усиление антенны, где усиление представляет собой отношение мощностей, эквивалентное цифре усиления в дБ. Иногда усиление относится к изотропному излучателю, а не к диполю. В этом случае подходящим термином является эффективная изотропная излучаемая мощность (ЭИИМ).
Какую антенну вы используете для усиления?
Существует множество различных способов получения усиления. Большинство конфигураций основано на использовании нескольких антенных элементов, таких как несколько диполей или диполь плюс один или несколько паразитных элементов, на которые сигнал не подается напрямую. Знакомый пример — популярная Yagi (рис. 5) .
Ведомый элемент — диполь. Он используется с чуть более длинным элементом, называемым отражателем, и тремя более короткими элементами, называемыми директорами. Паразитные элементы фокусируют луч вперед с направлением излучения от директора. Такая антенна может обеспечить эффективное усиление мощности около 10 дБ.
Добавив больше директоров, можно добиться еще большего усиления. При наличии семи и более директоров возможно усиление до 20 дБ. Ширина луча излучения очень мала, что может помочь свести к минимуму помехи от других станций поблизости.
Как работает параболическая или параболическая антенна?
Антенна с максимальным направленным усилением, тарелка, использует дипольную или подобную антенну, но добавляет параболическую тарелку в качестве отражателя.
Размещение антенны в фокусе параболы приводит к тому, что тарелка фокусирует входящий сигнал на антенне или сигнал, излучаемый диполем, фокусируется тарелкой в очень узкий луч (рис. 6) .
Обычно ширина луча менее 1°. Усиление может быть более 50 дБ, в зависимости от диаметра тарелки. Этот тип антенны отлично подходит для очень слабых сигналов, например, от спутников.
Существуют ли другие распространенные направленные антенны?
Другой прекрасной антенной с направленным усилением является фазированная решетка, которая представляет собой группу диполей или эквивалентных антенн (патч, щелевая и т. д.), установленных в прямоугольную решетку. Типичные решетки могут быть четыре на четыре или 16 на 16. Антенны питаются линиями передачи определенной длины для создания синфазных сигналов на элементах антенны. Добавление задержек или фазовых сдвигов создает сигналы на каждой антенне, которые могут усиливать или компенсировать друг друга. Это позволяет формировать, перемещать или иным образом управлять общей диаграммой направленности антенны.
Управляя фазами антенн, можно управлять диаграммой направленности в широком диапазоне ширины луча. С помощью специальных регулируемых фазовращателей луч антенны можно расширить, сузить или направить в определенном направлении. Это называется формированием луча. Фазированные решетки широко используются в военных радарах, но эти методы также применяются для сотовой радиосвязи для управления направленностью антенн сотовой связи с целью улучшения качества сигнала.
Ускорьте процесс проектирования от концепции до реализации с помощью DKRed, специального сервиса печатных плат от Digi-Key.
{}»>Подробнее
Если антенна действует как настроенная цепь, как я могу быть уверен, что она имеет необходимую полосу пропускания?
Антенны резонансные, поэтому у них есть Q и соответствующая полоса пропускания (BW). Для большинства антенн эта полоса пропускания составляет примерно от 10% до 15% резонансной частоты.
Важно, чтобы антенна имела достаточно широкий отклик, чтобы пропустить все необходимые боковые полосы, чтобы избежать искажений. Большинство антенн являются избирательными, поэтому они могут избавиться от шума и некоторых гармоник, но вам не нужна обрезка боковой полосы. Если вы используете коммерческую антенну, посмотрите характеристики селективности или полосы пропускания, чтобы убедиться, что она подходит. В конструкции антенн физические размеры влияют на BW.
Если сделать элементы дипольной антенны очень тонкими с помощью проволоки, получится очень узкая полоса пропускания. Но если сделать их широкими с помощью трубок или развести веером, скажем, в конфигурации «бабочка», это значительно увеличит пропускную способность.
Как антенна подключена к передатчику или приемнику?
Линия передачи соединяет антенну с передатчиком или приемником. Для коротких расстояний это, вероятно, будет короткая микрополосковая или полосковая линия на печатной плате. Коаксиальный кабель чаще всего используется для больших расстояний в несколько футов и более.
Полное сопротивление линии передачи должно соответствовать полному сопротивлению антенны и передатчика/приемника, чтобы обеспечить передачу максимальной мощности.
Большинство цепей рассчитаны на импеданс 50 Ом, что хорошо подходит для коаксиального кабеля 50 Ом. С помощью микрополосковой линии вы можете придать линии любое желаемое характеристическое сопротивление. Сложность заключается в согласовании линии с антенной, импеданс которой может составлять от нескольких Ом до нескольких тысяч Ом, в зависимости от типа и других условий. В большинстве приложений для согласования антенны с линией или линии с цепью используется некоторая форма сети согласования импеданса LC.
Если импедансы не согласованы, будут отражения и высокий коэффициент стоячей волны (КСВ), что приведет к значительным потерям. Кроме того, старайтесь избегать коаксиального кабеля, потому что его затухание очень велико на микроволновых частотах. Доступен кабель с низкими потерями, но он все равно сильно ослабляет сигнал.
Старайтесь, чтобы длина была как можно короче, и компенсируйте в передатчике или приемнике потери в кабеле за счет большего усиления.
Что такое эффективность антенны?
Эффективность антенны похожа на эффективность в целом — отношение выходной мощности к входной. Однако она обозначается несколькими способами. В большинстве случаев эффективность учитывает потери I2R, потери в любом диэлектрике и потери, связанные с подключением к другим устройствам. Что может быть не включено, так это любые потери, связанные с потерями, связанными с рассогласованием антенны и линии передачи, что приводит к отраженной мощности и более высокому КСВ.
Однако некоторые меры эффективности учитывают любое изменение сопротивления излучения антенны. Большинство маленьких антенн не так эффективны. Все, что выше от 50% до 60%, обычно хорошо, но всегда стремитесь улучшить его, если можете.
Должен ли я попытаться разработать свои собственные антенны?
Если вы не радиоинженер, возможно, нет.
Конструкция антенны очень специфична и более чем сложна. Это также одна из тех ниш, где работает черная магия. Конструкция антенны очень теоретическая, но в значительной степени она основана на эмпирической работе и большом количестве экспериментов.
Если антенна простая, например дипольная, заземляющая или петлевая, она может вам подойти. Кроме того, на рынке существует множество коммерческих антенн, способных удовлетворить практически любые потребности. В приложениях с большим объемом можно даже разработать специальную антенну. Для достижения наилучших результатов лучше покупать, а не строить. 1010022 The ARRL Antenna Book , 1991.
Как излучают антенны? | Руководство по проектированию радиочастот
Введение
Антенна является наиболее важным компонентом любой радиосистемы, поскольку она отвечает за передачу и прием радиосигналов.
Даже если радиомодуль хорошо спроектирован, он никогда не будет работать оптимально без хорошей антенны. На этой странице мы поговорим об основах теории антенн, а последующие главы будут посвящены практическим конструкциям антенн, поскольку при проектировании реальных антенн часто возникают ограничения окружающей среды.
Что такое антенна?
Антенна является примером преобразователя. Это означает, что он преобразует одну форму энергии в другую, в данном случае электрическую энергию в электромагнитную энергию. Чтобы помочь визуализировать это, мы можем рассмотреть, как работают микрофон и громкоговоритель.
Громкоговоритель — еще один пример преобразователя, поскольку он преобразует электрическую энергию (сигналы от микрофона) в звуковую энергию. Они распространяются по воздуху в виде механических колебаний или звуковой волны.
На второй диаграмме показана базовая модель радиопередатчика. Вместо громкоговорителя антенна преобразует электрическую энергию (от модулятора), представленную движением носителей заряда в проводнике, в электрические и магнитные поля (электромагнитную энергию).
Они путешествуют по воздуху как радиоволны. В таблице ниже приведены основные различия между звуковыми и ЭМ (электромагнитными) волнами.
| Скорость | Колебание | Среда | |
|---|---|---|---|
| Звук | 343 м/с (сухой воздух, 20 ° C) | требует материи | |
| EM WAVE | 300234 | ||
| EM WAVE | 300234 300234 300234 300234 300234 300234 300234 | ||
| EM. |
Базовая дипольная антенна
Мы установили, что электромагнитные волны создаются путем ускорения носителей заряда. Чтобы позволить носителям заряда колебаться, нам нужно переменное напряжение источника. Что произойдет, если мы применим это к 2 проводам с открытым концом?
Ниже показано, что происходит с распределением напряжения и тока (синяя и красная области) на антенне во времени. Сначала источник напряжения Vs вызывает протекание тока. Этот ток вызывает магнитное поле (показано кружками вокруг провода).
Это магнитное поле простирается наружу на 90 градусов к плечам диполя.
Поскольку эта цепь разомкнута, ток не может течь за концы диполя. Это заставляет носители заряда накапливаться на концах, в результате чего электрическое поле создается параллельно диполю. Магнитное поле схлопывается, так как ток теперь равен нулю.
Когда источник напряжения меняет направление, ток течет в противоположном направлении. Электрическое поле исчезает, и вновь формируется магнитное поле. Однако, поскольку направление тока теперь изменено на противоположное, магнитное поле теперь имеет противоположное направление (отмечено стрелками).
Процесс повторяется с формированием другого электрического поля, это как магнитное поле теперь в противоположном направлении.
Поскольку электрическое поле и магнитное поле перпендикулярны друг другу и чередуются, конечным результатом является электромагнитная волна, как показано ниже.
Резонанс
Поскольку ток изменяется в зависимости от источника напряжения, следует, что создаваемая ЭМ частота должна быть такой же, как и частота источника напряжения.
Если можно заставить ток раскачиваться назад и вперед в плечах диполя во времени с частотой источника напряжения (например, на качелях вы нажимаете, когда качели достигают высшей точки, а не до или после), вы получите максимальное излучение. . Это состояние называется резонансом и возникает, когда длина каждого плеча составляет 1/4 длины волны (общая длина диполя = 1/2 длины волны).
Например, частота передачи 434 МГц, длина волны 0,69м. Таким образом, чтобы диполь резонировал на этой частоте, его длина должна быть 0,35 м.
С точки зрения электротехники, резонанс возникает, когда исчезает любая составляющая реактивного сопротивления антенны, остаются только реальные сопротивления (радиационное сопротивление и омические потери). Подобно тому, как нагреватели с чистым сопротивлением преобразуют электрическую энергию в полезную тепловую энергию, радиационное сопротивление можно представить как преобразование электрической энергии в диполе в нужные нам электромагнитные волны.
