1. Введение в антенны
Антенна – это переходная структура между свободным пространством и линией передачи, как показано на рисунке 1. Линия передачи может быть выполнена в виде коаксиальной линии или полой трубы (волновода), которая используется для передачи электромагнитной энергии от источника к антенне или от антенны к приемнику. Первая антенна является передающей, а вторая – приемной.антенна.
Рисунок 1. Путь передачи электромагнитной энергии
Передача антенной системы в режиме передачи на рисунке 1 представлена эквивалентом Тевенина, как показано на рисунке 2, где источник представлен идеальным генератором сигналов, линия передачи представлена линией с характеристическим сопротивлением Zc, а антенна представлена нагрузкой ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Сопротивление нагрузки RL представляет потери проводимости и диэлектрические потери, связанные со структурой антенны, в то время как Rr представляет сопротивление излучения антенны, а реактивное сопротивление XA используется для представления мнимой части импеданса, связанного с излучением антенны. В идеальных условиях вся энергия, генерируемая источником сигнала, должна передаваться на сопротивление излучения Rr, которое используется для представления способности излучения антенны. Однако на практике существуют потери проводник-диэлектрик из-за характеристик линии передачи и антенны, а также потери, вызванные отражением (рассогласованием) между линией передачи и антенной. Учитывая внутреннее сопротивление источника и игнорируя потери в линии передачи и потери на отражение (рассогласование), максимальная мощность подается на антенну при сопряженном согласовании.
Рисунок 2
Из-за несоответствия между линией передачи и антенной, отраженная волна от интерфейса накладывается на падающую волну от источника к антенне, образуя стоячую волну, которая представляет собой концентрацию и накопление энергии и является типичным резонансным устройством. Типичная картина стоячей волны показана пунктирной линией на рисунке 2. Если антенная система спроектирована неправильно, линия передачи может действовать скорее как элемент накопления энергии, чем как волновод и устройство передачи энергии.
Потери, вызванные линией передачи, антенной и стоячими волнами, нежелательны. Потери в линии можно минимизировать, выбрав линии передачи с низкими потерями, а потери в антенне — уменьшив сопротивление потерь, обозначенное как RL на рисунке 2. Стоячие волны можно уменьшить, а накопление энергии в линии — минимизировать, согласовав импеданс антенны (нагрузки) с характеристическим импедансом линии.
В беспроводных системах, помимо приёма или передачи энергии, антенны обычно используются для усиления излучаемой энергии в определённых направлениях и подавления излучаемой энергии в других. Поэтому, помимо устройств обнаружения, антенны также должны использоваться в качестве направленных устройств. Антенны могут иметь различную форму в зависимости от конкретных задач. Это может быть проволока, апертура, патч, сборка элементов (решетка), рефлектор, линза и т. д.
В системах беспроводной связи антенны являются одним из важнейших компонентов. Правильная конструкция антенны может снизить системные требования и повысить общую производительность системы. Классическим примером служит телевидение, где качество приёма сигнала можно улучшить с помощью высокопроизводительных антенн. Для систем связи антенны играют ту же роль, что глаза для человека.
2. Классификация антенн
Рупорная антенна – это плоская антенна, микроволновая антенна с круглым или прямоугольным поперечным сечением, плавно расширяющимся к концу волновода. Это наиболее распространённый тип микроволновых антенн. Поле её излучения определяется размером апертуры рупора и типом распространения. Влияние стенок рупора на излучение можно рассчитать, используя принцип геометрической дифракции. Если длина рупора остаётся неизменной, размер апертуры и квадратичная разность фаз увеличиваются с увеличением угла раскрытия рупора, но коэффициент усиления не изменяется с размером апертуры. Для расширения частотного диапазона рупора необходимо уменьшить отражение от горловины и апертуры рупора; отражение уменьшается с увеличением размера апертуры. Конструкция рупорной антенны относительно проста, а диаграмма направленности также относительно проста и легко управляема. Рупорная антенна обычно используется в качестве антенны средней направленности. Параболические рупорные антенны с широкой полосой пропускания, малыми боковыми лепестками и высокой эффективностью часто используются в радиорелейной связи.
RM-DCPHA105145-20(10,5-14,5 ГГц)
RM-BDHA1850-20(18-50 ГГц)
RM-SGHA430-10(1,70-2,60 ГГц)
2. Микрополосковая антенна
Структура микрополосковой антенны обычно состоит из диэлектрической подложки, излучателя и заземляющего слоя. Толщина диэлектрической подложки значительно меньше длины волны. Тонкий металлический слой в нижней части подложки соединён с заземляющим слоем, а тонкий металлический слой заданной формы, изготовленный на передней поверхности методом фотолитографии, служит излучателем. Форма излучателя может быть изменена различными способами в соответствии с требованиями.
Развитие технологий микроволновой интеграции и новых производственных процессов способствовало развитию микрополосковых антенн. По сравнению с традиционными антеннами, микрополосковые антенны не только компактны, легки, имеют низкий профиль, просты в установке, но и легко интегрируются, имеют низкую стоимость, подходят для массового производства и обладают преимуществами разнообразных электрических характеристик.
RM-MA424435-22(4,25–4,35 ГГц)
RM-MA25527-22(25,5-27 ГГц)
3. Волноводная щелевая антенна
Волноводно-щелевая антенна – это антенна, которая использует щели в волноводной структуре для получения излучения. Обычно она состоит из двух параллельных металлических пластин, образующих волновод с узким зазором между ними. При прохождении электромагнитных волн через зазор волновода возникает явление резонанса, в результате чего вблизи зазора возникает сильное электромагнитное поле, которое и обеспечивает излучение. Благодаря своей простой конструкции волноводно-щелевая антенна обеспечивает широкополосное и высокоэффективное излучение, поэтому она широко используется в радиолокации, связи, беспроводных датчиках и других областях в микроволновом и миллиметровом диапазонах волн. К её преимуществам относятся высокая эффективность излучения, широкополосность и хорошая помехозащищённость, поэтому она пользуется популярностью у инженеров и исследователей.
RM-PA7087-43 (71–86 ГГц)
RM-PA1075145-32 (10,75–14,5 ГГц)
RM-SWA910-22(9-10 ГГц)
Биконическая антенна – это широкополосная антенна с биконической структурой, характеризующаяся широкой частотной характеристикой и высокой эффективностью излучения. Две конические части биконической антенны симметричны друг другу. Благодаря такой структуре достигается эффективное излучение в широком диапазоне частот. Антенна обычно используется в таких областях, как спектральный анализ, измерение излучения и испытания на электромагнитную совместимость (ЭМС). Она обладает хорошим согласованием импеданса и характеристиками излучения и подходит для приложений, требующих охвата нескольких частот.
РМ-BCA2428-4(24-28 ГГц)
RM-BCA218-4 (2–18 ГГц)
Спиральная антенна — это широкополосная антенна со спиральной структурой, характеризующаяся широкой частотной характеристикой и высокой эффективностью излучения. Благодаря структуре спиральных катушек спиральная антенна обеспечивает поляризационное разнесение и широкополосное излучение и подходит для использования в радарах, спутниковой и беспроводной связи.
RM-PSA0756-3(0,75-6 ГГц)
RM-PSA218-2R(2-18 ГГц)
Более подробную информацию об антеннах можно найти на сайте:
Время публикации: 14 июня 2024 г.
