1. Введение в антенны
Антенна представляет собой переходную структуру между свободным пространством и линией передачи, как показано на рисунке 1. Линия передачи может быть выполнена в виде коаксиального кабеля или полой трубки (волновода) и используется для передачи электромагнитной энергии от источника к антенне или от антенны к приемнику. Первая является передающей антенной, а вторая — приемной.антенна.
Рисунок 1. Путь передачи электромагнитной энергии.
Передача сигнала антенной системы в режиме передачи, показанном на рис. 1, представлена эквивалентной схемой Тевенина, как показано на рис. 2, где источник представлен идеальным генератором сигнала, линия передачи — линией с характеристическим импедансом Zc, а антенна — нагрузкой ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Сопротивление нагрузки RL представляет собой потери проводимости и диэлектрические потери, связанные со структурой антенны, Rr — 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 излучательной способности антенны. Однако в практических приложениях существуют потери проводимости-диэлектрика из-за характеристик линии передачи и антенны, а также потери, вызванные отражением (несоответствием) между линией передачи и антенной. Учитывая внутреннее сопротивление источника и игнорируя потери на линии передачи и отражение (несоответствие), максимальная мощность, подаваемая на антенну, достигается при сопряженном согласовании.
Рисунок 2
Из-за несоответствия между линией передачи и антенной отраженная волна от границы раздела 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 в значительной степени действовать как элемент накопления энергии, а не как волновод и устройство передачи энергии.
Потери, вызванные линией передачи, антенной и стоячими волнами, нежелательны. Потери в линии можно минимизировать, выбирая линии передачи с низкими потерями, а потери в антенне можно уменьшить, снизив сопротивление потерь, представленное 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 приема или передачи энергии, антенны обычно должны усиливать излучаемую энергию в определенных направлениях и подавлять ее в других. Поэтому, помимо функций обнаружения, антенны должны также использоваться в качестве направленных устройств. Антенны могут иметь различные формы для удовлетворения конкретных потребностей. Это может быть провод, апертура, патч, элементная сборка (решетка), отражатель, линза и т. д.
В беспроводных системах связи антенны являются одним из наиболее важных компонентов. Грамотная конструкция антенны может снизить системные требования и улучшить общую производительность системы. Классический пример — телевидение, где качество приема вещания можно улучшить за счет использования высокоэффективных антенн. Антенны для систем связи — это то же самое, что глаза для человека.
2. Классификация антенн
Рупорная антенна — это плоская антенна, микроволновая антенна с круглым или прямоугольным поперечным сечением, постепенно раскрывающаяся на конце волновода. Это наиболее широко используемый тип микроволновых антенн. Поле её излучения определяется размером апертуры рупора и типом распространения. Влияние стенки рупора на излучение можно рассчитать, используя принцип геометрической дифракции. Если длина рупора остаётся неизменной, размер апертуры и квадратичная разность фаз будут увеличиваться с увеличением угла раскрытия рупора, но коэффициент усиления не будет меняться с размером апертуры. Если необходимо расширить частотный диапазон рупора, необходимо уменьшить отражение в области шейки и апертуры рупора; отражение будет уменьшаться с увеличением размера апертуры. Конструкция рупорной антенны относительно проста, диаграмма направленности также относительно проста и легко управляема. Она обычно используется в качестве средненаправленной антенны. Параболические отражательные рупорные антенны с широкой полосой пропускания, низким уровнем боковых лепестков и высокой эффективностью часто используются в микроволновой релейной связи.
RM-DCPHA105145-20(10.5-14.5GHz)
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 заземляющей плоскости. Толщина диэлектрической подложки значительно меньше длины волны. Тонкий металлический слой на дне подложки соединен с заземляющей плоскостью, а на лицевой стороне методом фотолитографии создается металлический тонкий слой определенной формы, выполняющий функцию излучателя. Форма излучателя может изменяться различными способами в зависимости от требований.
Развитие технологий микроволновой интеграции и новых производственных процессов способствовало развитию микрополосковых антенн. По сравнению с традиционными антеннами, микрополосковые антенны не только малы по размеру, легки, имеют низкий профиль, просты в изготовлении, но также легко интегрируются, недороги, подходят для массового производства, а также обладают преимуществами разнообразных электрических свойств.
RM-MA424435-22 (4,25-4,35 ГГц)
RM-MA25527-22 (25,5-27 ГГц)
3. Щелевая волноводная антенна
Щелевая волноводная антенна — это антенна, использующая щели в волноводной структуре для излучения. Обычно она состоит из двух параллельных металлических пластин, образующих волновод с узким зазором между ними. Когда электромагнитные волны проходят через зазор волновода, возникает явление резонанса, генерирующее сильное электромагнитное поле вблизи зазора для излучения. Благодаря своей простой конструкции, щелевая волноводная антенна может обеспечивать широкополосное и высокоэффективное излучение, поэтому она широко используется в радарах, связи, беспроводных датчиках и других областях в микроволновом и миллиметровом диапазонах. Ее преимущества включают высокую эффективность излучения, широкополосные характеристики и хорошую помехоустойчивость, 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 широким частотным диапазоном и высокой эффективностью излучения. Две конические части биконической антенны симметричны друг другу. Благодаря такой структуре достигается эффективное излучение в широком частотном диапазоне. Она обычно используется в таких областях, как спектральный анализ, измерение излучения и тестирование электромагнитной совместимости (ЭМС). Она обладает хорошим согласованием импеданса и характеристиками излучения и подходит для сценариев применения, 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 широким частотным диапазоном и высокой эффективностью излучения. Благодаря структуре спиральных катушек спиральная антенна обеспечивает поляризационное разнесение и широкополосное излучение, что делает её подходящей для радиолокационных, спутниковых и беспроводных систем связи.
RM-PSA0756-3 (0,75-6 ГГц)
RM-PSA218-2R (2-18 ГГц)
Чтобы узнать больше об антеннах, посетите:
Дата публикации: 14 июня 2024 г.
