Предимства и недостатъци на рупорните антени. Рупорна антена: описание, дизайн, свойства и употреба. Секторен клаксон на електронен самолет
При 2,45 GHz дължината на вълната на WiFi сигнала е 122 мм. Поляризацията е вертикална. Мрежата предоставя интересна диаграма на биквадрат, извит около медна тръба с диаметър 10 см. Оказва се, че диаграмата на излъчване на такава антена е изкривена и опъната по азимут. Няма модели MMANA, за да видим какво точно се случва, но аматьорите твърдят, че този ход не е най-добрият (ще го разгледаме по-късно). Рупорните антени са подходящи за високи честоти, но са твърде обемисти за ниски честоти. Възможно ли е да направите антена за рутер със собствените си ръце под формата на високоговорител. В изключителни случаи (имитация на глас на езерна патица) определено да.
Малко хора мислят за физическия смисъл на антената. Обикновеният човек ще отговори, че е необходима антена за усилване на сигнала, но това е пасивно, неусилващо устройство. Той събира сигнал от голяма площ и го изпраща към малка, където се намира кабелът на приемника. Всички антени правят това без изключение. Какво може да събере един вибратор? Достатъчно е да запомните, че вълновият вибратор (парче тел, равно на дължината на вълната) е по-добър от полувълновия вибратор, който има предимство пред четвъртвълновия вибратор (равен на една четвърт от дължината на вълната). Колкото по-дълъг е вибраторът, толкова по-ефективен. В този случай се спазват определени пропорции. Това е продиктувано от вълновите закони на природата.
Известно е, че оперен певец, след като удари висока нота, счупи кристална чаша. Как се прави. Пеещият майстор удря леко инструмента и се вслушва каква нота струи от съда. Това е резонансната честота на обекта. Като изсвири същата нота с обучен глас, певецът предизвиква отговор от контейнера. Трептенията се натрупват, засилват се и не изчезват. В резултат на това стъклото се разпада на парчета. Абсолютно същото нещо се случва в антената. Събира и предава вълни, които са резонансни. И това е основната честота и хармониците (умножени по две, четири и т.н. честоти). Домашна антена за рутер ще помогне да премахнете ненужното. Сигналът ще бъде концентриран на правилното място.
Важно е да свържете проводника към антената правилно. Приемането на вълни и хармоници ще направи възможно създаването на хармонична антена, която приема честоти, чиито полувълни са кратни на размерите на устройството.
Например честоти, свързани като 1: 2: 4: 6 и т.н. Правилно начертаната линия ще ви позволи да хванете няколко вълни едновременно. Ако нарушите правилата, устройството няма да работи. Ето как да го направите:
- Начертайте схематична диаграма на вибратор (права линия), върху която схематично са посочени законите за разпределение на токовете и напреженията за всички дължини на вълните.
- Ако свържете проводниците в точката на антинода на напрежението, получавате захранване с напрежение.
- Ако свържете проводниците в точката на антинода на всички токове, получавате захранване с ток.
Така се правят хармоничните антени. За да направите нещо подобно, например, за честота от 3,7 MHz (HF диапазон), имате нужда от парче тел с дължина 80 метра. Ясно е, че подобна ситуация може да не ви устройва. Поради това непрекъснато се търсят нови дизайни. Неотдавна те публикуваха описание на процеса на конструиране на феромагнитна антена за диапазона 3,7 - 7 MHz, която се побира в юмрук. Не твърдим, че ще замени 80 метра мед, но изследователите са наблюдавали положителен ефект от него, който се използва в радиоприемниците.
Роксови антени за рутер
Какво ще ви зарадва с рупорна усилвателна антена за рутер. Опростен дизайн. Ето я теорията:
- пирамидална (пресечена пирамида);
- секторен, секторен (сектор, направен от вълновод, дъното и таванът са успоредни един на друг, страните се разминават);
- коничен (пресечен конус);
- хибрид (формата на клаксона трудно може да се нарече измислена дума; тези, които са разглобявали сателитни конвертори, са запознати с рог със стъпала).
Ако клаксони се използват в сателитни комуникации на честоти над 5 GHz, тогава те са подходящи и за WiFi. Как да си направим антена за рутер. Роговете принадлежат към класа на микровълновите устройства. Антената е изработена от стоманено покритие отвътре. Това подобрява условията на проводимост, позволява на вълната да се движи свободно вътре и придава на стените твърдост. На практика картонът, покрит с фолио отвътре, е подходящ за остъклена лоджия. Фолиото, както знаете, е направено от алуминий; Някои хора сглобяват рупорни антени от PCB. След това повърхността се полира, например с гумичка, и се лакира. Запечатайте портала на рупорната антена с диелектрик, пластмаса, пяна и др.
важно! Без фолио клаксона няма да работи по очевидни причини. Диелектрикът не може да отразява електромагнитното излъчване.
Съединенията, при PCB, са запоени, картонът е залепен. Вероятно е по-добре да вземете шперплат, защото правилната геометрия е важна за антената. И фурнирният лист държи формата си по-добре. Отвътре е необходимо да се залепят шевовете, а отвън да се намаже с грунд, който предотвратява проникването на влага вътре. След това се боядисва и окачва навсякъде. При желание отгоре е възможно да се закрепи хранилка за птици. Покрийте вътрешността на конструкцията с фолио, възможно най-равномерно (равномерността на залепването няма да повлияе на работата на антената). Предлагаме да направите пирамидален рог, който е по-прост и ще осигури приемлив модел на излъчване и надморска височина, в случай че непознати искат да влязат в нашата мрежа.
Диаграмата на излъчване на рупорната антена за рутера не е оригинална. Това е венчелистче, широко 15 градуса (в зависимост от дизайна) по азимут и височина. Това определя конкретното приложение. За покриване на къщата антената се поставя на височината на средата, далеч от нея. Така че основното венчелистче покрива всички потребители. Нека започнем с размерите на захранващия вълновод, който получава малко внимание. Има калкулатор на уебсайта http://users.skynet.be/chricat/horn/horn-javascript.html; използвайте го, за да изчислите параметрите чрез заместване на честотата. По подразбиране е канал 6 (2437 MHz).
Дъното на захранващия вълновод е пробито отдолу с щифт, отдалечен от задната стена на една четвърт от дължината на вълната, а дължината на секцията е половината от дължината на вълната. Използвайки формула от физиката, намираме дължината на вълната: 299792458 / 2430000000 = 123 mm. Това е дължината на вълната в свободното пространство. Във вълновода има критична вълна; под нея не може да работи. Стойността е равна на два пъти дългата страна на вълновода. Нека следваме съвета на калкулатора и вземем стени 90 х 60 мм. Критичната дължина на вълната ще бъде 180 mm. Вътре във вълновода вълната се движи под ъгъл. Следователно дължината на вълната се увеличава, равна на частното от дължината на вълната в свободното пространство, разделено на косинуса на ъгъла на движение вътре.
Трудността е намирането на ъгъла. Разработени са специални формули за изчисление; читателите ще ги намерят сами, но ние ще използваме резултатите. Първоначално калкулаторът ви моли да посочите размерите на клаксона. Нека дадем правилните стойности. Използвайки метода, намираме страните на паралелепипед, който включва отвора на клаксона (без захранващ вълновод). Оказва се:
- Дължина P – 60см.
- Ширина H – 25см.
- Височина E – 10см.
Намерени са размерите на външния портал, а вътрешният е равен на входа на вълновода. Това ще определи геометрията на четирите стени. Кликнете върху Compute и ще получите готов шаблон. Обърнете внимание на колоната Качество на блендата. Трябва да съдържа фигура, по-малка от 1/8 от вълната (в този случай 15 mm). Една четвърт е публикувана с оригиналните данни от сайта, но авторът не е сигурен в тяхната точност. Не залепвайте плътно първия модел, а първо го тествайте на земята. Моля, обърнете внимание, че вече сме изчислили дължината на вълната във вълновода, цифрата е 16,85 см. Сега разбираме какво да правим с пръта:
- разстояние от задната заглушена стена на вълновода с 168,5 / 4 = 42,125 mm;
- вълноводната секция е с дължина 84 mm;
Това са важни параметри и трябва да се спазват стриктно. Тук сигналът се премахва от щифта. Как да настроите сайт. Щифтът стърчи от дъното до определена дължина, това е една четвърт от вълната в свободното пространство (31 mm). Трябва да вземете SWR метъра и да го преместите в различни посоки, докато получите стойност в областта на единството. Ако не работи дълго време, наклонете пръта леко към задната стена.
Е, външната антена на WiFi рутера е готова. След това ще има разговор за микровълновите технологии.
Статията за превод е предложена от alessandro893. Материалът е взет от обширен справочен сайт, описващ по-специално принципите на работа и дизайна на радарите.
Антената е електрическо устройство, което преобразува електричеството в радиовълни и обратно. Антената се използва не само в радари, но и в заглушители, системи за предупреждение за радиация и комуникационни системи. По време на предаване антената концентрира енергията на радарния предавател и образува лъч, насочен в желаната посока. При приемане антената събира връщащата се радарна енергия, съдържаща се в отразените сигнали, и ги предава на приемника. Антените често се различават по форма на лъч и ефективност.
Ляво – изотропна антена, дясно – насочена
Диполна антена
Диполна антена или дипол е най-простият и популярен клас антени. Състои се от два еднакви проводника, жици или пръти, обикновено с двустранна симетрия. За предавателните устройства към него се подава ток, а за приемащите устройства се получава сигнал между двете половини на антената. Двете страни на захранващото устройство при предавателя или приемника са свързани към един от проводниците. Диполите са резониращи антени, тоест техните елементи служат като резонатори, в които стоящите вълни преминават от единия край до другия. Така че дължината на диполните елементи се определя от дължината на радиовълната.
Насочен модел
Диполите са всепосочни антени. Поради тази причина те често се използват в комуникационни системи.Антена под формата на асиметричен вибратор (монопол)
Асиметричната антена е половината от диполна антена и е монтирана перпендикулярно на проводящата повърхност, хоризонтален отразяващ елемент. Насочеността на монополна антена е два пъти по-голяма от тази на диполна антена с двойна дължина, тъй като няма радиация под хоризонталния отразяващ елемент. В това отношение ефективността на такава антена е два пъти по-висока и е в състояние да предава вълни допълнително, използвайки същата мощност на предаване.
Насочен модел
Антена за вълнов канал, антена Yagi-Uda, антена Yagi
Насочен модел
Ъглова антена
Тип антена, често използвана на VHF и UHF предаватели. Състои се от облъчвател (това може да бъде дипол или решетка Yagi), монтиран пред два плоски правоъгълни отразяващи екрана, свързани под ъгъл, обикновено 90°. Метален лист или решетка (за нискочестотни радари) може да действа като рефлектор, намалявайки теглото и съпротивлението на вятъра. Ъгловите антени имат широк обхват, а усилването е около 10-15 dB.
Насочен модел
Вибраторна логаритмична (логаритмична периодична) антена или логаритмична решетка от симетрични вибратори
Логапериодичната антена (LPA) се състои от няколко полувълнови диполни емитери с постепенно нарастваща дължина. Всеки се състои от чифт метални пръти. Диполите са прикрепени плътно един зад друг и свързани към фидера паралелно с противоположни фази. Тази антена е подобна на вид на антена Yagi, но работи по различен начин. Добавянето на елементи към Yagi антена увеличава нейната насоченост (усилване), а добавянето на елементи към LPA увеличава нейната честотна лента. Основното й предимство пред другите антени е изключително широкият диапазон от работни честоти. Дължините на елементите на антената са свързани помежду си по логаритмичен закон. Дължината на най-дългия елемент е 1/2 от дължината на вълната на най-ниската честота, а най-късият е 1/2 от дължината на вълната на най-високата честота.
Насочен модел
Спираловидна антена
Спиралната антена се състои от проводник, усукан в спирала. Обикновено се монтират над хоризонтален отразяващ елемент. Подаващото устройство е свързано към дъното на спиралата и хоризонталната равнина. Могат да работят в два режима - нормален и аксиален.
Нормален (напречен) режим: Размерите на спиралата (диаметър и наклон) са малки в сравнение с дължината на вълната на предаваната честота. Антената работи по същия начин като дипол или монопол с късо съединение, със същия модел на излъчване. Излъчването е линейно поляризирано успоредно на оста на спиралата. Този режим се използва в компактни антени за преносими и мобилни радиостанции.
Аксиален режим: размерите на спиралата са сравними с дължината на вълната. Антената работи като насочена, като предава лъча от края на спиралата по нейната ос. Излъчва радиовълни с кръгова поляризация. Често се използва за сателитна комуникация.
Насочен модел
Ромбична антена
Диамантената антена е широколентова насочена антена, състояща се от един до три успоредни проводника, фиксирани над земята във формата на диамант, поддържани на всеки връх от кули или стълбове, към които проводниците са прикрепени с помощта на изолатори. И четирите страни на антената са с еднаква дължина, обикновено поне еднаква дължина на вълната или по-дълга. Често се използва за комуникация и работа в диапазона на декаметровите вълни.
Насочен модел
Двуизмерна антенна решетка
Многоелементна матрица от диполи, използвани в HF обхватите (1,6 - 30 MHz), състояща се от редове и колони от диполи. Броят на редовете може да бъде 1, 2, 3, 4 или 6. Броят на колоните може да бъде 2 или 4. Диполите са хоризонтално поляризирани и отразяващ екран е поставен зад диполния масив, за да осигури усилен лъч. Броят на диполните колони определя ширината на азимуталния лъч. За 2 колони ширината на лъча е около 50°, за 4 колони е 30°. Основният лъч може да бъде наклонен на 15° или 30° за максимално покритие от 90°.
Броят на редовете и височината на най-ниския елемент над терена определя ъгъла на издигане и размера на обслужваната площ. Ред от два реда има ъгъл от 20°, а масив от четири има ъгъл от 10°. Излъчването от двуизмерна решетка обикновено се приближава до йоносферата под лек ъгъл и поради ниската си честота често се отразява обратно към земната повърхност. Тъй като радиацията може да се отразява многократно между йоносферата и земята, действието на антената не е ограничено до хоризонта. В резултат на това такава антена често се използва за комуникация на дълги разстояния.
Насочен модел
Роксова антена
Роксовата антена се състои от разширяващ се метален вълновод с форма на рог, който събира радиовълни в лъч. Рупорните антени имат много широк диапазон от работни честоти; могат да работят с 20-кратна разлика в границите си - например от 1 до 20 GHz. Усилването варира от 10 до 25 dB и те често се използват за захранване на по-големи антени.
Насочен модел
Параболична антена
Една от най-популярните радарни антени е параболичният рефлектор. Захранването е разположено във фокуса на параболата, а радарната енергия е насочена към повърхността на рефлектора. Най-често като захранване се използва рупорна антена, но може да се използва както диполна, така и спирална антена.
Тъй като точковият източник на енергия е във фокуса, той се преобразува във вълнов фронт с постоянна фаза, което прави параболата много подходяща за използване в радар. Чрез промяна на размера и формата на отразяващата повърхност могат да се създават лъчи и модели на излъчване с различни форми. Насочеността на параболичните антени е много по-добра от тази на Yagi или дипола; усилването може да достигне 30-35 dB. Основният им недостатък е невъзможността да се справят с ниски честоти поради размера си. Друг е, че емисията може да блокира част от сигнала.
Насочен модел
Касегренова антена
Антената на Cassegrain е много подобна на конвенционалната параболична антена, но използва система от два рефлектора за създаване и фокусиране на радарния лъч. Основният рефлектор е параболичен, а спомагателният е хиперболичен. Облъчвателят е разположен в един от двата фокуса на хиперболата. Радарната енергия от предавателя се отразява от спомагателния рефлектор върху основния и се фокусира. Енергията, която се връща от целта, се събира от главния рефлектор и се отразява под формата на лъч, събиращ се в една точка към спомагателния. След това се отразява от допълнителен рефлектор и се събира в точката, където се намира облъчвателят. Колкото по-голям е спомагателният рефлектор, толкова по-близо може да бъде до основния. Този дизайн намалява аксиалните размери на радара, но увеличава засенчването на апертурата. Малък допълнителен рефлектор, напротив, намалява засенчването на отвора, но трябва да бъде разположен далеч от основния. Предимства в сравнение с параболична антена: компактност (въпреки наличието на втори рефлектор, общото разстояние между двата рефлектора е по-малко от разстоянието от захранващия канал до рефлектора на параболична антена), намалени загуби (приемникът може да се постави близо към излъчвателя на клаксона), намалени странични лобови смущения за наземни радари. Основни недостатъци: лъчът е блокиран по-силно (размерът на спомагателния рефлектор и захранването е по-голям от размера на захранването на конвенционална параболична антена), не работи добре с широк диапазон от вълни.
Насочен модел
Антена Грегъри
Отляво е антената на Грегори, отдясно е антената на Касегрен
Параболичната антена на Грегори е много подобна по структура на антената на Касегрен. Разликата е, че спомагателният рефлектор е извит в обратна посока. Дизайнът на Грегъри може да използва по-малък вторичен рефлектор в сравнение с антената на Cassegrain, което води до блокиране на по-малка част от лъча.
Офсетна (асиметрична) антена
Както подсказва името, излъчвателят и спомагателният рефлектор (ако е антена Gregory) на офсетна антена са изместени спрямо центъра на основния рефлектор, за да не блокират лъча. Този дизайн често се използва при параболични антени и антени Gregory за повишаване на ефективността.
Касегренова антена с плоска фазова пластина
Друг дизайн, предназначен да се бори с блокирането на лъча от допълнителен рефлектор, е плоската плоча Cassegrain антена. Работи, като взема предвид поляризацията на вълните. Електромагнитната вълна има 2 компонента, магнитен и електрически, които винаги са перпендикулярни един на друг и посоката на движение. Поляризацията на вълната се определя от ориентацията на електрическото поле, тя може да бъде линейна (вертикална/хоризонтална) или кръгова (кръгова или елипсовидна, усукана по или обратно на часовниковата стрелка). Интересното при поляризацията е поляризаторът или процесът на филтриране на вълните, оставяйки само вълни, поляризирани в една посока или равнина. Обикновено поляризаторът е направен от материал с успоредно разположение на атомите или може да бъде решетка от успоредни проводници, разстоянието между които е по-малко от дължината на вълната. Често се приема, че разстоянието трябва да бъде приблизително половината от дължината на вълната.
Често срещано погрешно схващане е, че електромагнитната вълна и поляризаторът работят по подобен начин на осцилиращ кабел и дървена ограда - т.е. например хоризонтално поляризирана вълна трябва да бъде блокирана от екран с вертикални процепи.
Всъщност електромагнитните вълни се държат различно от механичните вълни. Решетка от успоредни хоризонтални проводници напълно блокира и отразява хоризонтално поляризирана радиовълна и предава вертикално поляризирана - и обратно. Причината е следната: когато електрическо поле или вълна е успоредно на проводник, то възбужда електрони по дължината на проводника и тъй като дължината на проводника е многократно по-голяма от дебелината му, електроните могат лесно да се движат и поглъщат по-голямата част от енергията на вълната. Движението на електроните ще доведе до появата на ток, а токът ще създаде свои собствени вълни. Тези вълни ще елиминират предавателните вълни и ще се държат като отразени вълни. От друга страна, когато електрическото поле на вълната е перпендикулярно на жиците, то ще възбуди електрони по ширината на жицата. Тъй като електроните няма да могат да се движат активно по този начин, много малко енергия ще бъде отразена.
Важно е да се отбележи, че въпреки че в повечето илюстрации радиовълните имат само 1 магнитно поле и 1 електрическо поле, това не означава, че те осцилират строго в една и съща равнина. Всъщност можем да си представим, че електрическите и магнитните полета се състоят от няколко подполета, които се сумират векторно. Например, за вертикално поляризирана вълна от две подполета, резултатът от добавянето на техните вектори е вертикален. Когато две подполета са във фаза, полученото електрическо поле винаги ще бъде неподвижно в една и съща равнина. Но ако едно от подполетата е по-бавно от другото, тогава полученото поле ще започне да се върти около посоката, в която се движи вълната (това често се нарича елиптична поляризация). Ако едно подполе е по-бавно от останалите с точно една четвърт от дължината на вълната (фазата се различава с 90 градуса), тогава получаваме кръгова поляризация:
За да преобразувате линейната поляризация на вълната в кръгова поляризация и обратно, е необходимо едно от подполетата да се забави спрямо останалите точно с една четвърт от дължината на вълната. За това най-често се използва решетка (четвърт вълнова фазова плоча) от успоредни проводници с разстояние между тях 1/4 дължина на вълната, разположени под ъгъл 45 градуса спрямо хоризонталата.
За вълна, преминаваща през устройството, линейната поляризация се превръща в кръгова, а кръговата в линейна.
Антена Cassegrain с плоска фазова пластина, работеща на този принцип, се състои от два рефлектора с еднакъв размер. Спомагателният модул отразява само хоризонтално поляризирани вълни и предава вертикално поляризирани вълни. Основният отразява всички вълни. Спомагателната рефлекторна плоча е разположена пред основната. Състои се от две части - плоча с процепи, разположени под ъгъл 45°, и плоча с хоризонтални процепи с ширина под 1/4 дължина на вълната.
Да кажем, че захранването предава вълна с кръгова поляризация обратно на часовниковата стрелка. Вълната преминава през четвъртвълновата плоча и се превръща в хоризонтално поляризирана вълна. Отразява се от хоризонтални проводници. Той отново преминава през четвъртвълновата пластина, от другата страна, и за нея проводниците на пластината вече са ориентирани огледално, т.е. сякаш са завъртяни на 90°. Предишната промяна в поляризацията се обръща, така че вълната отново става кръгово поляризирана обратно на часовниковата стрелка и се връща обратно към главния рефлектор. Рефлекторът променя поляризацията от обратно на часовниковата стрелка на часовниковата стрелка. Преминава без съпротивление през хоризонталните процепи на спомагателния рефлектор и излиза по посока на целите, вертикално поляризиран. В режим на получаване се случва обратното.
Слот антена
Въпреки че описаните антени имат доста високо усилване спрямо размера на апертурата, всички те имат общи недостатъци: висока чувствителност на страничните пластини (податливост на неприятни отражения от земната повърхност и чувствителност към цели с ниска ефективна площ на разсейване), намалена ефективност поради блокиране на лъча (малки радари, които могат да се използват в самолети, имат проблем с блокиране; големи радари, където проблемът с блокиране е по-малък, не могат да се използват във въздуха). В резултат на това беше изобретен нов дизайн на антената - слот антена. Изработен е под формата на метална повърхност, обикновено плоска, в която са изрязани дупки или процепи. Когато се облъчва с желаната честота, от всеки слот се излъчват електромагнитни вълни - т.е. слотовете действат като отделни антени и образуват решетка. Тъй като лъчът, идващ от всеки слот, е слаб, техните странични лобове също са много малки. Слот антените се характеризират с високо усилване, малки странични листа и ниско тегло. Те могат да нямат изпъкнали части, което в някои случаи е важното им предимство (например при инсталиране на самолети).
Насочен модел
Пасивна фазирана антена (PFAR)
Радар с МИГ-31
От първите дни на разработването на радара, разработчиците са измъчвани от един проблем: балансът между точност, обхват и време за сканиране на радара. Това възниква, защото радарите с по-тясна ширина на лъча увеличават точността (повишена разделителна способност) и обхвата при същата мощност (концентрация на мощност). Но колкото по-малка е ширината на лъча, толкова по-дълго радарът сканира цялото зрително поле. Освен това, радар с голямо усилване ще изисква по-големи антени, което е неудобно за бързо сканиране. За постигане на практическа точност при ниски честоти, радарът ще изисква антени, толкова огромни, че ще бъде механично трудно да се въртят. За да се реши този проблем, беше създадена пасивна фазирана антена. Той разчита не на механиката, а на интерференцията на вълните за управление на лъча. Ако две или повече вълни от един и същи тип осцилират и се срещнат в една точка в пространството, общата амплитуда на вълните се сумира почти по същия начин, както вълните върху вода. В зависимост от фазите на тези вълни интерференцията може да ги засили или отслаби.
Лъчът може да бъде оформен и контролиран по електронен път чрез контролиране на фазовата разлика на група от предавателни елементи - по този начин контролирайки къде възникват смущения при усилване или затихване. От това следва, че радарът на самолета трябва да има поне два предавателни елемента за управление на лъча от едната към другата страна.
Обикновено радарът PFAR се състои от 1 захранващ блок, един LNA (нискошумящ усилвател), един разпределител на мощност, 1000-2000 предавателни елемента и равен брой фазови превключватели.
Предавателните елементи могат да бъдат изотропни или насочени антени. Някои типични типове трансмисионни елементи:
При първите поколения бойни самолети най-често се използват пач антени (лентови антени), тъй като те са най-лесни за разработване.
Съвременните решетки с активна фаза използват канализационни излъчватели поради техните широколентови възможности и подобрено усилване:
Независимо от вида на използваната антена, увеличаването на броя на излъчващите елементи подобрява характеристиките на насоченост на радара.
Както знаем, за една и съща радарна честота увеличаването на апертурата води до намаляване на ширината на лъча, което увеличава обхвата и точността. Но за фазираните решетки не си струва да увеличавате разстоянието между излъчващите елементи в опит да увеличите апертурата и да намалите цената на радара. Защото, ако разстоянието между елементите е по-голямо от работната честота, могат да се появят странични лобове, което значително влошава работата на радара.
Най-важната и скъпа част от PFAR са фазовите регулатори. Без тях е невъзможно да се контролира фазата на сигнала и посоката на лъча.
Те се предлагат в различни видове, но най-общо могат да бъдат разделени на четири вида.
Фазорегулатори с времезакъснение
Най-простият тип фазови превключватели. Отнема време, докато сигналът премине през преносна линия. Това забавяне, равно на фазовото изместване на сигнала, зависи от дължината на предавателната линия, честотата на сигнала и фазовата скорост на сигнала в предаващия материал. Чрез превключване на сигнал между две или повече предавателни линии с дадена дължина може да се контролира фазовото изместване. Превключващите елементи са механични релета, щифтови диоди, полеви транзистори или микроелектромеханични системи. Пин диодите често се използват поради тяхната висока скорост, ниски загуби и прости вериги на отклонение, които осигуряват промени в съпротивлението от 10 kΩ до 1 Ω.
Закъснение, сек = фазово изместване ° / (360 * честота, Hz)
Техният недостатък е, че фазовата грешка се увеличава с увеличаване на честотата и увеличава размера си с намаляване на честотата. Също така промяната на фазата варира в зависимост от честотата, така че те не са приложими за много ниски и високи честоти.
Отразяващ/квадратурен фазоизменител
Обикновено това е устройство за квадратурно свързване, което разделя входния сигнал на два сигнала на 90° извън фазата, които след това се отразяват. След това те се комбинират във фаза на изхода. Тази схема работи, защото отраженията на сигнала от проводими линии могат да бъдат извън фаза по отношение на инцидентния сигнал. Фазовото изместване варира от 0° (отворена верига, нулев варакторен капацитет) до -180° (късо съединение, безкраен варакторен капацитет). Такива фазови превключватели имат широк диапазон на действие. Въпреки това, физическите ограничения на варакторите означават, че на практика фазовото изместване може да достигне само 160°. Но за по-голяма смяна е възможно да се комбинират няколко такива вериги.
Векторен IQ модулатор
Точно като отразяващ фазов превключвател, тук сигналът се разделя на два изхода с 90-градусово фазово изместване. Безпристрастната входна фаза се нарича I-канал, а квадратурата с 90-градусово отместване се нарича Q-канал. След това всеки сигнал преминава през двуфазен модулатор, способен да измества фазата на сигнала. Всеки сигнал е фазово изместен с 0° или 180°, което позволява да бъде избрана всяка двойка квадратурни вектори. След това двата сигнала се комбинират отново. Тъй като затихването и на двата сигнала може да се контролира, се контролира не само фазата, но и амплитудата на изходния сигнал.
Фазов превключвател на високо/нискочестотни филтри
Той е произведен, за да реши проблема с фазовите превключватели със закъснение, които не могат да работят в широк честотен диапазон. Работи чрез превключване на пътя на сигнала между високочестотен и нискочестотен филтър. Подобно на фазов превключвател със закъснение, но използва филтри вместо предавателни линии. Високочестотният филтър се състои от серия индуктори и кондензатори, които осигуряват фазово изпреварване. Такъв фазов превключвател осигурява постоянно фазово изместване в работния честотен диапазон. Освен това е много по-малък по размер от предишните изброени фазови превключватели, поради което най-често се използва в радарни приложения.
За да обобщим, в сравнение с конвенционалната отразяваща антена, основните предимства на PFAR ще бъдат: висока скорост на сканиране (увеличаване на броя на проследяваните цели, намаляване на вероятността станцията да открие предупреждение за радиация), оптимизиране на времето, прекарано върху целта, високо усилване и малки странични лобове (трудни за заглушаване и откриване), произволна последователност на сканиране (по-трудно за заглушаване), възможност за използване на специални техники за модулация и засичане за извличане на сигнал от шума. Основните недостатъци са високата цена, невъзможността за сканиране по-широка от 60 градуса по ширина (зрителното поле на стационарна фазова решетка е 120 градуса, механичен радар може да го разшири до 360).
Активна фазирана антена
Отвън AFAR (AESA) и PFAR (PESA) се различават трудно, но отвътре са коренно различни. PFAR използва един или два усилвателя с висока мощност за предаване на единичен сигнал, който след това се разделя на хиляди пътеки за хиляди фазови превключватели и елементи. Радарът AFAR се състои от хиляди модули за приемане/предаване. Тъй като предавателите са разположени директно в самите елементи, той няма отделни приемник и предавател. Разликите в архитектурата са показани на снимката.
В AFAR повечето от компонентите, като усилвател на слаб сигнал, усилвател с висока мощност, дуплексер и фазов регулатор, са намалени по размер и събрани в един корпус, наречен модул за предаване/приемане. Всеки от модулите представлява малък радар. Архитектурата им е следната:
Въпреки че AESA и PESA използват вълнова интерференция, за да оформят и отклонят лъча, уникалният дизайн на AESA осигурява много предимства пред PFAR. Например малък усилвател на сигнала е разположен близо до приемника, преди компонентите, където се губи част от сигнала, така че има по-добро съотношение сигнал/шум от PFAR.
Освен това, с еднакви възможности за откриване, AFAR има по-нисък работен цикъл и пикова мощност. Освен това, тъй като отделните модули APAA не разчитат на един усилвател, те могат да предават сигнали на различни честоти едновременно. В резултат на това AFAR може да създаде няколко отделни лъча, разделяйки масива на подматрици. Възможността за работа на множество честоти носи многозадачност и възможност за разполагане на системи за електронно заглушаване навсякъде по отношение на радара. Но формирането на твърде много едновременни лъчи намалява обхвата на радара.
Двата основни недостатъка на AFAR са високата цена и ограниченото зрително поле до 60 градуса.
Хибридни електронно-механични антени с фазирана решетка
Много високата скорост на сканиране на фазираната решетка се комбинира с ограничено зрително поле. За да решат този проблем, съвременните радари поставят фазирани решетки върху подвижен диск, което увеличава зрителното поле. Не бъркайте зрителното поле с ширината на лъча. Ширината на лъча се отнася до радарния лъч, а зрителното поле се отнася до общия размер на пространството, което се сканира. Често са необходими тесни лъчи за подобряване на точността и обхвата, но обикновено не е необходимо тясно зрително поле.
Приложение на рупорни антени
Самостоятелна рупорна антена се използва главно в случаите, когато не се изисква рязка диаграма на излъчване и когато антената трябва да има достатъчен обхват. На практика, използвайки рупорна антена, можете да покриете приблизително два пъти обхвата на дължината на вълната. Строго погледнато, обхватът на електромагнитната рупорна антена е ограничен не от клаксона, а от захранващия го вълновод.
Голямата гама от рупорни антени и простотата на дизайна са значителни предимства на този тип микровълнови антени, благодарение на които те намират широко приложение при антенни измервания и измервания на характеристиките на електромагнитното поле.
роговете също се използват широко като захранващи устройства за лещи и огледални антени, както и елементи на антенни решетки.
Антената се експлоатира в съответствие с нормативната документация, която определя времето за рутинна поддръжка. Рутинната работа е списък от необходими действия за проверка на точността на антената и нейните параметри, както и механичните и електрически свойства.
Постоянно трябва да се извършва външна проверка за наличие на механични и електрически повреди. Редовно почиствайте антената от мръсотия и прах и проверявайте захранващия път.
Заключение
По време на курсовата работа бяха изчислени основните размери на антената и параметрите на захранващата линия. Въз основа на направените изчисления е конструирана диаграма на излъчване и е направена скица на антената.
Въз основа на формата на диаграмите на излъчване и изчислената стойност на ефективността можем да заключим, че основните параметри на антената съответстват на посочените стойности.
Ефективност на антената: 0.84
Изискванията към рупорната антена в техническите спецификации са спазени с известен резерв на мощност.
насоченост на фидера на рупорната антена
Литература и източници на информация
1. Сазонов Д. М. Антени и микровълнови устройства. - М.: Висше училище, 1988. - 432 с.
2. Нечаев Е. Е. Методически указания за завършване на курсовата работа по дисциплината „Антени и RVR“. М.: MGTUGA, 1996. -106 с.
3. Кочержевски Г.Н., Ерохин Г.А., Антенно-фидерни устройства. М .: Радио и комуникация, 1989. - 352 с.
4. А.З. Фрадин. Антенно-фидерни устройства. Урок. М.: Связь, 1997.
Изчисляване на директорската антена……………………………………………3
Изчисляване на рупорна антена…………………………………………………………………10
Изчисляване на едноогледална параболична антена………………………17
Заключения относно изчислителната работа……………………………………………..24
Списък с референции……………………………………………………….25
Вибраторните антени се използват в милиметрови, сантиметрови, дециметрови, метрови и по-дълги вълнови диапазони и са прави проводници, възбудени в определени точки. Вибраторните антени, в зависимост от дизайна, имат коефициент на насоченост от няколко единици до десетки хиляди и се използват в радиокомуникационни системи, радионавигация, телевизия, телеметрия и други области на радиотехниката.
За увеличаване на насочеността се използва вибратор с рефлектор и един или повече директори. Такава антена се нарича директорска антена и се използва широко в различни области на радиокомуникациите в УКВ диапазона. Колкото повече директори, толкова по-голям е KND и вече основното венчелистче на DN. Обикновено ефективността на директорските антени е 10...30, но са известни проекти на директорски антени с ефективност = 80...100.
рисуване 1.1 - Общ изглед на режисьорската антена
Фигурата показва активен вибратор с дължина , рефлектор с дължина , директор с дължина , стрела, мачта и антенна монтажна кутия, както и разстоянията от вибратора до рефлектора, от вибратор към режисьора и дължината на самата антена.
Теоретично изчисляване на параметрите на антената.
В директорската антена дължината на активния вибратор е равна на резонансната дължина:
При такава дължина входното съпротивление има реактивна част, близка до нула. Дължината на рефлектора трябва да е по-голяма от резонансната дължина:
Дължината на директорите е по-малка от резонансната дължина:
Освен това дължината на режисьорите намалява от първия до последния.
За система вибратор-рефлектор оптималното разстояние от гледна точка на максимална ефективност се избира в границите:
За системата вибраторът е първият директор:
Разстоянието между съседните директори се приема в границите:
Дължината на вълната се определя по формулата:
Къде е скоростта на светлината и е честотата на канала. защото дадени са ни 5 - 6 телевизионни канала, след което вземаме средната честота на заетите честотни ленти на тези два канала: , тогава дължината на вълната от формула (1.7) ще бъде равна на:
Нека изчислим дължините на вибраторите на антената и разстоянието между тях по формули (1.1 – 1.6):
Ще вземем общата дължина на антената и нейното изображение на фигура 1.2 от програмата VIBRAT.
рисуване 1.2 - Общ изглед на изчислената директорска антена
За да намерим диаграмата на посоката на директорската антена в равнината, използваме формула (1.8):
Където е броят на вибраторите, k е вълновото число и е средното разстояние между вибраторите.
Замествайки (1.9) и (1.10) в (1.8) и числени стойности, получаваме израз за намиране на модела на дадена директорска антена:
Ще изградим нормализиран модел на излъчване с помощта на пакета Mathcad. защото е симетричен спрямо нула, тогава ще го конструираме за:
рисуване 1.3 - DN в равнина
От графиката можете да определите ширината на главния лоб и максималното ниво на страничните лобове: .
Коефициентът на насоченост и ширината на главния лоб се определят по формули (1.10-1.11):
Коефициентите и се определят от графиката на фигура 1.4:
рисуване 1.4 - Диаграма на коефициентите
Да определим дължината на вълната на антената:
Познавайки дължината на вълната на антената и използвайки фигура 1.4, определяме, че . Тогава:
Нека сравним получените резултати от изчислението с резултатите от изчислената директорска антена, моделирана в програмата. Резултатите имат леко разминаване поради факта, че използваните формули са приблизителни и не отчитат редица фактори.
рисуване 1.5 - Директорска антена изчислена във VIBRAT
Заключение: изчислихме фактора на насоченост, DP и параметрите на DP на директорската антена в даден честотен диапазон. С помощта на програмата VIBRAT ние симулирахме тази антена и проверихме валидността на получените параметри.
Ориз. Видове рупорни антени: а) д-отраслови, б) н-секторни, в) пирамидални, г) конични.
Имоти:
Рупорните антени са много широколентови и отговарят много добре на захранващата линия - всъщност честотната лента на антената се определя от свойствата на вълноводния вълновод. Тези антени се характеризират с ниско ниво на задните лобове на диаграмата на излъчване (до -40 dB) поради факта, че има малък поток от радиочестотни токове към страната на сянка на клаксона. Рупорните антени с ниско усилване са прости по дизайн, но постигането на високо (>25 dB) усилване изисква използването на устройства за фазово изравняване на вълната (лещи или огледала) в отвора на клаксона. Без такива устройства антената трябва да бъде направена непрактично дълга.
Приложение:
Рупорните антени се използват както самостоятелно, така и като захранващи устройства за огледални и други антени. Роксовата антена, структурно комбинирана с параболичен рефлектор, често се нарича рупорно-параболична антена. Рупорните антени с ниско усилване често се използват като измервателни антени поради техния благоприятен набор от свойства и добра повторяемост.
В радиотелескопа Holmdale, който е радиометър на Dicke, базиран на рупорна параболична антена, Арно Пензиас и Робърт Удроу Уилсън откриха космическото микровълново фоново лъчение през 1965 г.
Характеристики и формули:
Коефициентът на усилване на рупорна антена се определя от нейната площ на отваряне и може да се изчисли по формулата:
където: - зона на отваряне на клаксона.
λ е дължината на вълната на основното излъчване.
- 0,4....0,8 инструментариум(коефициент на използване на повърхността на рога), равен на 0,6 за случая, когато разликата в пътя между централните и периферните лъчи е по-малка, но близка до Pi/2, и 0,8, когато се използват устройства за фазово нивелиране на вълната.
Ширина на главния лоб ДНК з:
Ширина на главния лоб ДНКчрез нулева радиация в равнина д:
Тъй като с равенство Л ЕИ L H ДНКв самолета нсе оказва 1,5 пъти по-широк, за да получите еднаква ширина на венчелистчето в двете равнини, изберете:
За да се запазят фазовите изкривявания в апертурата на клаксона в приемливи граници (не повече от Pi/2), е необходимо да бъде изпълнено следното условие (за пирамидален рог):
където и са височините на лицата на пирамидата, образуваща рога.
От друг източник:
Където L H- ширина на отвора в равнина н,
Л Е- ширина на отвора в равнина д,
R EИ R H- дължина на рога.
За такава антена KNDв опростена форма се изчислява по формулата:
D RUR = 4piνS/λ 2
Където: S = L H * L E- зона на отваряне на клаксона;
λ
- дължина на вълната на основното излъчване;
ν
= 0,4...0,8 - коефициент на използване на повърхността ( инструментариум);
В зависимост от вида на клаксона рупорните антени се делят на н- И д- секторни, пирамидални и конични. Рога, чиито размери съответстват на максималната стойност KNDсе наричат оптимални. За оптимално н-секторни рупорни антени дължина на рупор R H = L H 2 /3λ, за оптимално д-секторни рупорни антени R E = L E 2 /2λ. инструментариумоптимален н- И д-секторни, пирамидални рога е 0,64. Ако условно увеличим дължината на рога до безкрайност, тогава инструментариумантената ще се увеличи до 0,81.
В коничен рог, оптимална дължина R опт. кон. зависи от диаметъра на отвора му
д:
R опт. кон. = d 2 /2,4λ + 0,15λ
инструментариумоптимален коничен рог v=0,5.
Таблица 1.2.Ширина на диаграма на излъчване на рог с оптимална дължина.
Тип рог |
Ширина на диаграмата на излъчване в равнината H |
Ширина на лъча в равнина E |
Е-отраслови |
2Θ 0,7 =68λ/L H |
2Θ 0,7 =53λ/L E |
Н-секторни |
2Θ 0,7 =80λ/L H |
2Θ 0,7 =51λ/L E |
Пирамидален |
2Θ 0,7 =80λ/L H |
2Θ 0,7 =53λ/L E |
Конична |
2Θ 0,7 =60λ/d |
2Θ 0,7 =70λ/d |
Ако вземем елипсовиден рог с аксиално съотношение на елипса 1,25, тогава можем да получим приблизително еднаква ширина на диаграмата на излъчване във всички секции, минаващи през оста на рога.
Предимството на рупорната антена е нейната широколентова ефективност, определена от широколентовата лента на захранващия вълновод. рупорна антена е равна на единица.
Недостатъкът на рупорните антени е, че дължината на рупора трябва да е твърде голяма, за да се получи силно насочено излъчване. Оптималната дължина на рога е пропорционална на квадрата на размерите на отвора L Hили Л Е, а ширината на диаграмата на излъчване е обратно пропорционална L Hили Л Ев първа степен. Следователно, за да стесните диаграмата на излъчване на рупорна антена нпъти, ширината на отвора трябва да се увеличи с нпъти, а дължината на клаксона е в N2веднъж. Това обстоятелство налага ограничения върху ширината на диаграмата на излъчване на рупорните антени.