1. Введение в антенны
Антенна представляет собой переходную конструкцию между свободным пространством и линией передачи, как показано на рисунке 1. Линия передачи может быть в виде коаксиальной линии или полой трубки (волновода), которая используется для передачи электромагнитной энергии от источника. к антенне или от антенны к приемнику. Первая представляет собой передающую антенну, а вторая — приемную.
Рисунок 1. Путь передачи электромагнитной энергии (источник-линия передачи-антенна, свободное пространство)
Передача антенной системы в режиме передачи, показанном 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, и антенна представлена нагрузкой ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Сопротивление нагрузки RL представляет собой проводимость и диэлектрические потери, связанные со структурой антенны, тогда как Rr представляет сопротивление излучения антенны, а реактивное сопротивление XA используется для представления мнимой части импеданса, связанной с излучением антенны. В идеальных условиях вся энергия, генерируемая источником сигнала, должна передаваться сопротивлению излучения Rr, которое используется для представления излучательной способности антенны. Однако в практических приложениях наблюдаются потери проводник-диэлектрик, обусловленные характеристиками линии передачи и антенны, а также потери, вызванные отражением (рассогласованием) между линией передачи и антенной. Учитывая внутреннее сопротивление источника и пренебрегая потерями в линии передачи и на отражение (рассогласование), максимальная мощность передается на антенну при сопряженном согласовании.
Рисунок 2
Из-за несоответствия линии передачи и антенны 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 диаграмма 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 свести к минимуму, выбрав линии передачи с низкими потерями, а потери в антеннах можно уменьшить, уменьшив сопротивление потерь, обозначенное RL на рисунке 2. Стоячие волны можно уменьшить, а накопление энергии в линии можно свести к минимуму, согласовав импеданс антенна (нагрузка) с характеристическим сопротивлением линии.
В беспроводных системах помимо приема или передачи энергии обычно требуются антенны для усиления излучаемой энергии в определенных направлениях и подавления излучаемой энергии в других направлениях. Поэтому, помимо устройств обнаружения, антенны необходимо использовать и как устройства направленного действия. Антенны могут иметь различную форму в зависимости от конкретных потребностей. Это может быть провод, диафрагма, заплатка, сборка элементов (матрица), отражатель, линза и т. д.
В системах беспроводной связи антенны являются одним из наиболее важных компонентов. Хорошая конструкция антенны может снизить системные требования и улучшить общую производительность системы. Классическим примером является телевидение, где прием вещания можно улучшить за счет использования высокопроизводительных антенн. Антенны для систем связи являются тем же, чем глаза для людей.
2. Классификация антенн
1. Проволочная антенна
Проволочные антенны являются одним из наиболее распространенных типов антенн, поскольку они встречаются практически везде - в автомобилях, зданиях, кораблях, самолетах, космических кораблях и т. д. Существуют различные формы проволочных антенн, такие как прямые (дипольные), рамочные, спиральные, как показано на рисунке 3. Рамочные антенны не обязательно должны быть круглыми. Они могут быть прямоугольными, квадратными, овальными или любой другой формы. Круглая антенна является наиболее распространенной из-за ее простой конструкции.
Рисунок 3
2. Апертурные антенны
Апертурные антенны играют все большую роль из-за растущего спроса на более сложные формы антенн и использования более высоких частот. Некоторые формы апертурных антенн (пирамидальные, конические и прямоугольные рупорные антенны) показаны на рисунке 4. Антенны этого типа очень полезны для самолетов и космических кораблей, поскольку их можно очень удобно монтировать на внешней оболочке самолета или космического корабля. Кроме того, они могут быть покрыты слоем диэлектрического материала для защиты от агрессивных сред.
Рисунок 4
3. Микрополосковая антенна.
Микрополосковые антенны стали очень популярны в 1970-х годах, в основном для спутниковых приложений. Антенна состоит из диэлектрической подложки и металлической пластины. Металлическая патч-антенна может иметь множество различных форм, наиболее распространенной является прямоугольная патч-антенна, показанная на рисунке 5. Микрополосковые антенны имеют низкий профиль, подходят для плоских и неплоских поверхностей, просты и недороги в изготовлении, обладают высокой надежностью при установке на жестких поверхностях и совместимы с конструкциями MMIC. Их можно устанавливать на поверхности самолетов, космических кораблей, спутников, ракет, автомобилей и даже мобильных устройств и иметь конформную конструкцию.
Рисунок 5
4. Решётчатая антенна
Характеристики излучения, необходимые для многих приложений, не могут быть достигнуты с помощью одного антенного элемента. Антенные решетки могут обеспечивать максимальное излучение синтезированных элементов в одном или нескольких определенных направлениях, типичный пример показан на рисунке 6.
Рисунок 6
5. Рефлекторная антенна
Успех освоения космоса также привел к быстрому развитию теории антенн. Из-за необходимости связи на сверхдальних расстояниях необходимо использовать антенны с чрезвычайно высоким коэффициентом усиления для передачи и приема сигналов на расстоянии в миллионы миль. В этом приложении обычной формой антенны является параболическая антенна, показанная на рисунке 7. Антенна этого типа имеет диаметр 305 метров и более, и такой большой размер необходим для достижения высокого коэффициента усиления, необходимого для передачи или приема миллионов сигналов. миль отсюда. Другой формой отражателя является угловой отражатель, как показано на рисунке 7 (c).
Рисунок 7
6. Линзовые антенны
Линзы в основном используются для коллимации падающей рассеянной энергии и предотвращения ее распространения в нежелательных направлениях излучения. Соответствующим образом изменив геометрию линзы и выбрав правильный материал, они могут преобразовывать различные формы расходящейся энергии в плоские волны. Их можно использовать в большинстве приложений, таких как антенны с параболическим рефлектором, особенно на более высоких частотах, а их размер и вес становятся очень большими на более низких частотах. Линзовые антенны классифицируются по материалам конструкции и геометрической форме, некоторые из которых показаны на рисунке 8.
Рисунок 8
Чтобы узнать больше об антеннах, посетите:
Время публикации: 19 июля 2024 г.
