В эту современную эпоху беспроводная связь , многие инженеры проявляют интерес к специализации в области связи, но для этого требуются базовые знания фундаментальных концепций связи, таких как типы антенн, электромагнитное излучение и различные явления, связанные с распространением радиоволн и т. д. В случае систем беспроводной связи антенны играют важную роль. роль, поскольку они эффективно преобразуют электронные сигналы в электромагнитные волны.

Типы антенн

Антенны являются базовыми компонентами любого электрическая цепь поскольку они обеспечивают соединительные линии между передатчиком и свободным пространством или между свободным пространством и приемником. Прежде чем мы обсудим типы антенн, необходимо понять несколько свойств. Помимо этих свойств, мы также подробно рассказываем о различных типах антенн, используемых в системах связи.

Свойства антенн

Усиление антенны
Диафрагма
Направленность и пропускная способность
Поляризация
Эффективная длина
Полярная диаграмма

Усиление антенны: Параметр, который измеряет степень направленности радиальной диаграммы направленности антенны, известен как усиление. Антенна с более высоким коэффициентом усиления более эффективна по диаграмме направленности. Антенны сконструированы таким образом, что мощность возрастает в желаемом направлении и уменьшается в нежелательном направлении.

G = (мощность излучения антенны) / (мощность излучения антенны Refernce)

Диафрагма: Эта апертура также известна как эффективная апертура антенны, которая активно участвует в передаче и приеме электромагнитных волн. Мощность, принимаемая антенной, ассоциируется с коллективной зоной. Эта собранная область антенны известна как эффективная апертура.

Pr = Pd * A Вт
A = пр / пд м2

Направленность и пропускная способность: Направление антенны определяется как мера сосредоточенного излучения мощности в определенном направлении. Это можно рассматривать как способность антенны направлять излучаемую мощность в заданном направлении. Это также можно отметить как отношение интенсивности излучения в заданном направлении к средней интенсивности излучения. Полоса пропускания - один из требуемых параметров при выборе антенны. Его можно определить как диапазон частот, в котором антенна может должным образом излучать и принимать энергию.

Поляризация: Электромагнитная волна, испускаемая антенной, может быть поляризована вертикально и горизонтально. Если волна поляризуется в вертикальном направлении, тогда вектор E вертикальный, и для этого требуется вертикальная антенна. Если вектор E расположен горизонтально, для его запуска требуется горизонтальная антенна. Иногда используется круговая поляризация, это комбинация как горизонтального, так и вертикального способов.

Эффективная длина: Эффективная длина - это параметр антенн, который характеризует эффективность антенн при передаче и приеме электромагнитных волн. Эффективную длину можно определить как для передающей, так и для приемной антенн. Отношение ЭДС на входе приемника к напряженности электрического поля на антенне известно как эффективная длина приемника. Эффективная длина передатчика может быть определена как длина свободного пространства в проводнике, а распределение тока по его длине создает одинаковую напряженность поля в любом направлении излучения.

Эффективная длина = (Площадь при неравномерном распределении тока) / (Площадь при равномерном распределении тока)

Полярная диаграмма: Наиболее важным свойством антенны является диаграмма направленности или полярная диаграмма. В случае передающей антенны на этом графике обсуждается напряженность силового поля, излучаемого антенной в различных угловых направлениях, как показано на графике ниже. График также может быть получен как для вертикальной, так и для горизонтальной плоскости - и он также называется вертикальным и горизонтальным образцами соответственно.

До сих пор мы рассматривали свойства антенн, а теперь обсудим различные типы антенн, которые используются для различных приложений.

Типы антенн

Логопериодические антенны

Антенны с галстуком-бабочкой
Логопериодическая дипольная матрица

Проволочные антенны

Короткая дипольная антенна
Дипольная антенна
Монопольная антенна
Петлевая антенна

Антенны бегущей волны

Спиральные антенны
Яги-Уда Антенны

Антенны СВЧ

Прямоугольные микрополосковые антенны
Планарные перевернутые F-антенны

Рефлекторные антенны

Угловой отражатель
Параболический отражатель

1. Логопериодические антенны

Логопериодическая антенна

Логопериодическая антенна также называется логопериодической антенной. Это многоэлементная направленная узконаправленная антенна, работающая в широком диапазоне частот. Эта антенна состоит из серии диполей, расположенных вдоль оси антенны в различных пространственных интервалах времени, за которыми следует логарифмическая функция частоты. Логопериодическая антенна используется в широком диапазоне приложений, где требуется переменная полоса пропускания, а также усиление и направленность антенны.

Антенны с галстуком-бабочкой

Антенна с галстуком-бабочкой

Антенна-бабочка также известна как биконическая антенна или антенна-бабочка. Биконическая антенна - это всенаправленная широкополосная антенна. В зависимости от размера эта антенна имеет низкочастотный отклик и действует как фильтр верхних частот. По мере того, как частота выходит за более высокие пределы, отличные от проектной частоты, диаграмма направленности антенны искажается и расширяется.

Большинство антенн типа бабочка являются производными от биконических антенн. Дискон представляет собой разновидность полубиконической антенны. Антенна-бабочка является плоской, а значит, и направленной.

Логопериодическая дипольная матрица

Логопериодическая дипольная антенна

Наиболее распространенный тип антенны, используемый в технология беспроводной связи представляет собой логопериодическую дипольную решетку, в основном состоящую из ряда дипольных элементов. Эти антенны с дипольными решетками уменьшаются в размерах от задней части к передней. Передний луч этой РЧ-антенны исходит из меньшего переднего конца.

Элемент на заднем конце массива имеет большой размер, половина длины волны работает в низкочастотном диапазоне. Расстояние между элементами уменьшается по направлению к переднему концу массива, в котором размещаются самые маленькие массивы. Во время этой операции по мере изменения частоты происходит плавный переход по массиву элементов, что приводит к формированию активной области.

2. Проволочные антенны

Проволочная антенна

Проволочные антенны также известны как линейные или изогнутые антенны. Эти антенны очень просты, дешевы и используются в широком спектре приложений. Эти антенны подразделяются на четыре, как описано ниже.

Дипольная антенна

Дипольная антенна - один из самых простых способов настройки антенны. Эта дипольная антенна состоит из двух тонких металлических стержней с синусоидальной разностью напряжений между ними. Длина стержней выбирается таким образом, чтобы они составляли четверть длины волны на рабочих частотах. Эти антенны используются при разработке собственных антенн или других антенн. Их очень просто построить и использовать.

Дипольная антенна

Дипольная антенна состоит из двух металлических стержней, по которым протекают ток и частота. Этот поток тока и напряжения создает электромагнитную волну и излучает радиосигналы. Антенна состоит из излучающего элемента, который разделяет стержни и пропускает ток через центр с помощью фидера на выходе передатчика, который выводится из приемника. Различные типы дипольных антенн, используемые в качестве RF антенны включают полуволны, множественные, свернутые, нерезонансные и т. д.

Антенна с коротким диполем:

“какова цель повышающего трансформатора ”

Короткая дипольная антенна

Это самая простая из антенн. Эта антенна представляет собой провод с разомкнутой цепью, в котором короткое обозначение «относительно длины волны», поэтому эта антенна отдает приоритет размеру провода относительно длины волны рабочей частоты. При этом не учитывается абсолютный размер дипольной антенны. Короткая дипольная антенна состоит из двух коллинеарных проводников, проложенных встык, с небольшим зазором между проводниками у фидера. Диполь считается коротким, если длина излучающего элемента меньше одной десятой длины волны.

L<λ/10

Короткая дипольная антенна состоит из двух коллинеарных проводников, которые проложены встык, с небольшим зазором между проводниками с помощью фидера.

Короткая дипольная антенна редко бывает удовлетворительной с точки зрения эффективности, поскольку большая часть мощности, поступающей на эту антенну, рассеивается, поскольку тепловые и резистивные потери также постепенно становятся высокими.

Монопольная антенна

Монопольная антенна - это половина простой дипольной антенны, расположенной на заземленной плоскости, как показано на рисунке ниже.

Диаграмма направленности над заземленной плоскостью будет такой же, как у полуволновой дипольной антенны, однако общая излучаемая мощность вдвое меньше, чем у диполя, поле излучается только в области верхней полусферы. Направленность этих антенн увеличивается вдвое по сравнению с дипольными антеннами.

Монопольные антенны также используются в качестве антенн, устанавливаемых на транспортном средстве, поскольку они обеспечивают необходимую заземляющую поверхность для антенн, установленных над землей.

Петлевая антенна

Петлевая антенна

Рамочные антенны имеют схожие характеристики как с дипольными, так и с монопольными антеннами, потому что они просты и легки в сборке. Рамочные антенны доступны в различных формах, таких как круглая, эллиптическая, прямоугольная и т. Д. Основные характеристики рамочной антенны не зависят от ее формы. Они широко используются в линиях связи с частотой около 3 ГГц. Эти антенны также могут использоваться в качестве датчиков электромагнитного поля в микроволновых диапазонах.

Окружность рамочной антенны определяет эффективность антенны, аналогичную эффективности дипольных и монопольных антенн. Эти антенны также подразделяются на два типа: электрически маленькие и электрически большие, в зависимости от длины контура.

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

Электрически большая рамочная антенна ———> Окружность≈λ

Электрически малые петли с одним витком обладают малой радиационной стойкостью по сравнению с их сопротивлением потерь. Радиационную стойкость малых рамочных антенн можно улучшить, добавив больше витков. Многовитковые петли имеют лучшую радиационную стойкость, даже если они имеют меньшую эффективность.

Маленькая петлевая антенна

По этой причине малые рамочные антенны в основном используются в качестве приемных антенн, где потери не являются обязательными. Малые петли не используются в качестве передающих антенн из-за их низкой эффективности.

Резонансные рамочные антенны относительно велики и управляются в зависимости от длины волны. Их также называют большими рамочными антеннами, поскольку они используются на более высоких частотах, таких как УКВ и УВЧ, при этом их размер удобен. Их можно рассматривать как свернутые дипольные антенны и деформировать их в различные формы, такие как сферические, квадратные и т. Д., И иметь аналогичные характеристики, такие как высокая эффективность излучения.

3. Антенны бегущей волны

Спиральные антенны

Спиральные антенны также известны как спиральные антенны. Они имеют относительно простые конструкции с одним, двумя или более проводами, каждая из которых намотана в виде спирали, обычно опирается на заземляющую поверхность или фигурный рефлектор и приводится в действие соответствующим источником питания. Наиболее распространенная конструкция - это одиночный провод с заземлением и коаксиальной линией.

В общем, свойства излучения спиральной антенны связаны с этой спецификацией: электрический размер конструкции, при которой входной импеданс более чувствителен к шагу и размеру провода.

Спиральная антенна

Спиральные антенны имеют два преобладающих режима излучения: нормальный режим и осевой режим. Осевой режим используется в широком спектре приложений. В нормальном режиме размеры спирали малы по сравнению с ее длиной волны. Эта антенна действует как короткая дипольная или несимметричная антенна. В аксиальном режиме размеры спирали совпадают с ее длиной волны. Эта антенна работает как направленная антенна.

Яги-Уда Антенна

Яги-Уда Антенна

Еще одна антенна, в которой используются пассивные элементы, - это Яги-уда антенна . Этот тип антенны недорогой и эффективный. Он может быть сконструирован с одним или несколькими отражательными элементами и одним или несколькими направляющими элементами. Антенны Yagi могут быть изготовлены с использованием антенны с одним отражателем, активным элементом из сложенного диполя и директорами, установленными для горизонтальной поляризации в прямом направлении.

“цепь зарядки литий-ионного аккумулятора ”

4. Антенны СВЧ

Антенны, работающие на микроволновых частотах, известны как микроволновые антенны . Эти антенны используются в широком спектре приложений.

Прямоугольные микрополосковые антенны

Прямоугольные микрополосковые антенны

Для космических аппаратов или самолетов - в зависимости от таких характеристик, как размер, вес, стоимость, характеристики, простота установки и т. Д. - предпочтительны низкопрофильные антенны. Эти антенны известны как прямоугольные микрополосковые антенны или патч-антенны, им требуется только место для линии питания, которая обычно размещается за заземляющим слоем. Основным недостатком использования этих антенн является их неэффективная и очень узкая полоса пропускания, которая обычно составляет доли процента или, самое большее, несколько процентов.

Планарные перевернутые F-антенны

Планарная перевернутая F-антенна может рассматриваться как тип линейной перевернутой F-антенны (IFA), в которой проволочный излучающий элемент заменен пластиной для увеличения полосы пропускания. Преимущество этих антенн заключается в том, что они могут быть спрятаны в корпусе мобильного устройства по сравнению с различными типами антенн, такими как штыревые, стержневые или винтовые антенны и т. Д. антенна за счет поглощения мощности, что увеличивает эффективность. Они обеспечивают высокий коэффициент усиления как в горизонтальном, так и в вертикальном положении. Эта функция наиболее важна для любых типов антенн, используемых в беспроводной связи.

5. Отражательные антенны.

Антенна с угловым отражателем

Антенна с угловым отражателем

Антенна, которая содержит один или несколько дипольных элементов, размещенных перед угловым отражателем, известна как антенна с угловым отражателем. Направленность любой антенны может быть увеличена с помощью отражателей. В случае проволочной антенны за антенной используется проводящий лист для направления излучения в прямом направлении.

Параболическая рефлекторная антенна

Излучающая поверхность параболической антенны имеет очень большие размеры по сравнению с ее длиной волны. Геометрическая оптика, зависящая от лучей и волновых фронтов, используется, чтобы узнать об определенных характеристиках этих антенн. Некоторые важные свойства этих антенн можно изучить с помощью лучевой оптики, а других антенн - с помощью теории электромагнитного поля.

Параболическая антенна

Одним из полезных свойств этой антенны является преобразование расходящегося сферического волнового фронта в параллельный волновой фронт, который дает узкий луч антенны. Различные типы кормов, в которых используется этот параболический отражатель, включают рупорные, декартовые и дипольные.

В этой статье вы узнали о различных типах антенн и их применениях в беспроводной связи, а также об использовании антенн для передачи и приема данных. Для получения любой помощи по этой статье свяжитесь с нами, оставив комментарий в разделе комментариев ниже.

Фото Кредиты: