Sarvantennide eelised ja puudused. Sarvantenn: kirjeldus, disain, omadused ja kasutamine. E-lennuk sektoraalsarv
2,45 GHz juures on WiFi signaali lainepikkus 122 mm. Polarisatsioon on vertikaalne. Võrgustik annab huvitava diagrammi bikvadraadist, mis on kõverdunud ümber 10 cm läbimõõduga vasktoru. Selgub, et sellise antenni kiirgusmuster on moonutatud ja asimuutis venitatud. Puuduvad MMANA mudelid, et täpselt näha, mis juhtub, kuid amatöörid väidavad, et see samm pole parim (vaatame seda hiljem). Sarvantennid sobivad kõrgete sageduste jaoks, kuid on madalate sageduste jaoks liiga mahukad. Kas ruuterile on võimalik oma kätega antenni teha kõlari kujul. Erandjuhtudel (järvpardi hääle jäljendamine) kindlasti jah.
Vähesed inimesed mõtlevad antenni füüsilisele tähendusele. Tavainimene vastab, et signaali võimendamiseks on vaja antenni, kuid see on passiivne, mittevõimendusseade. See kogub signaali suurelt alalt ja saadab selle väikesele, kus asub vastuvõtja kaabel. Kõik antennid teevad seda eranditult. Mida saab vibraator koguda? Piisab, kui meeles pidada, et lainevibraator (lainepikkusega võrdne juhtmejupp) on parem kui poollaine vibraator, millel on eelis veerandlaine vibraatori ees (võrdne veerandlainepikkusega). Mida pikem on vibraator, seda tõhusam. Sel juhul järgitakse teatud proportsioone. Seda määravad looduse laineseadused.
Teatavasti lõhub ooperilaulja pärast kõrge noodi tabamist kristallklaasi. Kuidas seda tehakse. Laulumeister lööb kergelt pilli ja kuulab, mis noot anumast voolab. See on objekti resonantssagedus. Treenitud häälega sama nooti mängides kutsub laulja anumast esile vastuse. Võnked kuhjuvad, intensiivistuvad ega sure välja. Selle tulemusena puruneb klaas tükkideks. Täpselt sama juhtub antenniga. Kogub ja edastab resonantslaineid. Ja see on põhisagedus ja harmoonilised (korrutatuna kahe, nelja jne sagedusega). Ruuteri omatehtud antenn aitab ebavajaliku välja rookida. Signaal koondub õigesse kohta.
Oluline on juhe antenniga õigesti ühendada. Lainete ja harmooniliste vastuvõtt võimaldab toota harmoonilist antenni, mis võtab vastu sagedusi, mille poollained on seadme mõõtmete kordsed.
Näiteks sagedused, mis on seotud 1: 2: 4: 6 jne. Õigesti tõmmatud joon võimaldab püüda mitut lainet korraga. Reegleid rikkudes seade ei tööta. Seda saab teha järgmiselt.
- Joonistage vibraatori (sirge) skemaatiline diagramm, millel on skemaatiliselt näidatud voolude ja pingete jaotuse seadused kõigil lainepikkustel.
- Kui ühendate juhtmed pinge antinode punktis, saate pingetoiteallika.
- Kui ühendate juhtmed kõigi voolude antisõlmede punktis, saate voolu.
Nii valmivad harmoonilised antennid. Näiteks sageduse 3,7 MHz jaoks (HF-vahemik) millegi sellise valmistamiseks vajate 80 meetri pikkust traati. On selge, et selline olukord ei pruugi teile sobida. Seetõttu otsitakse pidevalt uusi disainilahendusi. Hiljuti avaldasid nad 3,7–7 MHz vahemikule sobiva ferromagnetilise antenni valmistamise protsessi kirjelduse, mis sobib rusikasse. Me ei väida, et see asendab 80 meetrit vaske, kuid teadlased on täheldanud selle positiivset mõju, mida kasutatakse raadiovastuvõtjates.
Sarvantennid ruuterile
Mis rõõmustab teid ruuteri sarvevõimendusantenniga. Lihtne disainilt. Siin on teooria:
- püramiidne (kärbitud püramiid);
- sektoraalne, sektoraalne (lainejuhist koosnev sektor, põhi ja lagi on paralleelsed, küljed lahknevad);
- kooniline (kärbitud koonus);
- hübriid (sarve kuju saab vaevalt väljamõeldud sõnaks nimetada; kes on satelliidimuundurid lahti võtnud, tunneb astmetega sarve).
Kui sarvi kasutatakse satelliitsides sagedustel üle 5 GHz, siis sobivad need ka WiFi jaoks. Kuidas teha ruuterile antenni. Sarved kuuluvad mikrolaineseadmete klassi. Antenn on seest kaetud terasest. See parandab juhtivuse tingimusi, võimaldab lainel sees vabalt liikuda ja annab seintele kõvaduse. Praktikas sobib klaasitud lodža jaoks seest fooliumiga kaetud papp. Foolium, nagu teate, on valmistatud alumiiniumist, vasel on parimad omadused. Mõned inimesed panevad sarveantenne kokku PCB-st. Seejärel poleeritakse pind näiteks kustutuskummiga ja lakitakse. Tihendage sarveantenni portaal dielektri, plasti, vahuga jne.
Tähtis! Ilma fooliumita sarv arusaadavatel põhjustel ei tööta. Dielektrik ei suuda elektromagnetkiirgust peegeldada.
Ühendused PCB puhul on joodetud, papp liimitud. Tõenäoliselt on parem võtta vineer, sest antenni jaoks on oluline õige geomeetria. Ja spoonileht hoiab paremini oma kuju. Seest tuleb õmblustest liimida ja väljast kruntvärviga, mis takistab niiskuse sissetungimist. Järgmiseks värvitakse ja riputatakse kõikjale. Soovi korral on võimalik ülaossa kinnitada lindude toitja. Kata konstruktsiooni sisemus fooliumiga võimalikult ühtlaselt (kleepimise ühtlus ei mõjuta antenni tööd). Soovitame teha püramiidsarve, mis on lihtsam ja annab vastuvõetava kiirgusmustri ja kõrguse juhuks, kui võõrad soovivad meie võrku sattuda.
Ruuteri sarvantenni kiirgusmuster ei ole originaalne. See on kroonleht, 15 kraadi laiune (olenevalt disainist) asimuuti ja kõrgusega. See määrab konkreetse rakenduse. Maja katmiseks asetatakse antenn keskmise vahemaa kõrgusele. Nii et peamine kroonleht katab kõik tarbijad. Alustame toitelainejuhi mõõtmetega, millele pööratakse vähe tähelepanu. Veebisaidil http://users.skynet.be/chricat/horn/horn-javascript.html on olemas kalkulaator; kasutage seda parameetrite arvutamiseks, asendades sageduse. Vaikimisi on kanal 6 (2437 MHz).
Toitelainejuhi põhja läbistab altpoolt tihvt, mis on tagaseinast veerandi lainepikkusest eemal, ja sektsiooni pikkus on pool lainepikkusest. Kasutades füüsikast pärit valemit, leiame lainepikkuse: 299792458 / 2430000000 = 123 mm. See on lainepikkus vabas ruumis. Lainejuhis on kriitiline laine, see ei saa sellest allpool töötada. Väärtus on võrdne kahekordse lainejuhi pika küljega. Järgime kalkulaatori nõuandeid ja võtame seinad 90 x 60 mm. Kriitiline lainepikkus on 180 mm. Lainejuhi sees liigub laine nurga all. Järelikult suureneb lainepikkus, mis on võrdne vaba ruumi lainepikkuse jagatisega, mis on jagatud sisemise liikumisnurga koosinusega.
Raskus on nurga leidmine. Arvutamiseks on välja töötatud spetsiaalsed valemid, mille lugejad leiavad ise, aga meie kasutame tulemusi. Esialgu palub kalkulaator määrata sarve mõõtmed. Anname õiged väärtused. Meetodit kasutades leiame rööptahuka küljed, mis sisaldavad sarve ava (ilma toitelainejuhita). Selgub:
- Pikkus P – 60 cm.
- Laius H – 25 cm.
- Kõrgus E – 10 cm.
Leitakse välisportaali mõõtmed ja sisemine on võrdne lainejuhi sissepääsuga. See määrab nelja seina geomeetria. Klõpsake nuppu Arvuta ja saate valmis malli. Pöörake tähelepanu veerule Ava kvaliteet. See peaks sisaldama arvu, mis on väiksem kui 1/8 lainest (antud juhul 15 mm). Veerand avaldati saidi algandmetega, kuid autor pole nende õigsuses kindel. Ärge liimige esimest mudelit tihedalt, vaid katsetage seda kõigepealt maa peal. Pange tähele, et oleme lainejuhis lainepikkuse juba välja arvutanud, see arv on 16,85 cm. Nüüd saame aru, mida vardaga teha:
- kaugus lainejuhi tagaseinast 168,5 / 4 = 42,125 mm;
- lainejuhisektsiooni pikkus on 84 mm;
Need on olulised parameetrid ja neid tuleks rangelt järgida. Siin eemaldatakse signaal kontaktilt. Kuidas saiti üles seada. Tihvt ulatub põhjast välja teatud pikkuseni, see on veerand lainet vabas ruumis (31 mm). Peate võtma SWR-mõõturi ja liigutama seda eri suundades, kuni saate ühtsuse piirkonnas väärtuse. Kui see pikka aega ei tööta, kallutage varras kergelt tagaseina poole.
Noh, WiFi-ruuteri väline antenn on valmis. Järgmisena toimub vestlus mikrolainetehnoloogiate teemal.
Artikli tõlkimiseks pakkus välja alessandro893. Materjal on võetud ulatuslikult viitekohalt, kirjeldades eelkõige radarite tööpõhimõtteid ja konstruktsiooni.
Antenn on elektriseade, mis muudab elektrienergia raadiolaineteks ja vastupidi. Antenni ei kasutata mitte ainult radarites, vaid ka segajates, kiirgushoiatussüsteemides ja sidesüsteemides. Edastamise ajal koondab antenn radarisaatja energia ja moodustab soovitud suunas suunatud kiire. Vastuvõtmisel kogub antenn tagasi peegeldunud signaalides sisalduva radarienergia ja edastab need vastuvõtjasse. Antennid on sageli erineva valgusvihu kuju ja tõhususe poolest.
Vasakul on isotroopne antenn, paremal on suundantenn
Dipoolantenn
Dipoolantenn ehk dipoolantenn on lihtsaim ja populaarseim antennide klass. Koosneb kahest identsest juhist, juhtmest või vardast, tavaliselt kahepoolse sümmeetriaga. Saateseadmete puhul antakse sellele vool ja vastuvõtvatele seadmetele võetakse signaal vastu antenni kahe poole vahel. Sööturi mõlemad pooled saatja või vastuvõtja juures on ühendatud ühe juhtmega. Dipoolid on resoneerivad antennid, st nende elemendid toimivad resonaatoritena, milles seisulained liiguvad ühest otsast teise. Nii et dipoolelementide pikkuse määrab raadiolaine pikkus.
Suunamuster
Dipoolid on mitmesuunalised antennid. Sel põhjusel kasutatakse neid sageli sidesüsteemides.Antenn asümmeetrilise vibraatori kujul (monopool)
Asümmeetriline antenn on pool dipoolantennist ja on paigaldatud risti juhtiva pinnaga, horisontaalse peegeldava elemendiga. Monopoolantenni suunavus on kaks korda suurem kui kahekordse pikkusega dipoolantennil, kuna horisontaalse peegeldava elemendi all puudub kiirgus. Sellega seoses on sellise antenni efektiivsus kaks korda kõrgem ja see on võimeline edastama laineid edasi, kasutades sama edastusvõimsust.
Suunamuster
Lainekanali antenn, Yagi-Uda antenn, Yagi antenn
Suunamuster
Nurga antenn
Antennitüüp, mida sageli kasutatakse VHF- ja UHF-saatjatel. See koosneb kiiritajast (see võib olla dipool või Yagi massiiv), mis on paigaldatud kahe lameda ristkülikukujulise peegeldava ekraani ette, mis on ühendatud tavaliselt 90° nurga all. Metallleht või võre (madalsageduslike radarite jaoks) võib toimida reflektorina, vähendades kaalu ja vähendades tuuletakistust. Nurgaantennidel on lai ulatus ja võimendus on umbes 10-15 dB.
Suunamuster
Vibraatori logaritmiline (logaritmiline perioodiline) antenn või sümmeetriliste vibraatorite logaritmiline järjestus
Log-periodic antenn (LPA) koosneb mitmest poollaine dipoolemitterist, mille pikkus kasvab järk-järgult. Igaüks neist koosneb paarist metallvardast. Dipoolid on tihedalt kinnitatud üksteise taga ja ühendatud sööturiga paralleelselt, vastupidiste faasidega. See antenn näeb välja sarnane Yagi antenniga, kuid töötab erinevalt. Yagi antennile elementide lisamine suurendab selle suunatavust (võimendust) ja elementide lisamine LPA-le suurendab selle ribalaiust. Selle peamine eelis teiste antennide ees on äärmiselt lai töösageduste vahemik. Antenni elementide pikkused on omavahel seotud logaritmilise seaduse järgi. Pikima elemendi pikkus on 1/2 madalaima sageduse lainepikkusest ja lühem on 1/2 kõrgeima sageduse lainepikkusest.
Suunamuster
Helix antenn
Spiraalantenn koosneb spiraaliks keeratud juhist. Tavaliselt paigaldatakse need horisontaalse peegeldava elemendi kohale. Söötur on ühendatud spiraali põhja ja horisontaaltasapinnaga. Need võivad töötada kahes režiimis - tavaline ja aksiaalne.
Tavaline (risti) režiim: spiraali mõõtmed (läbimõõt ja kalle) on edastatava sageduse lainepikkusega võrreldes väikesed. Antenn töötab samamoodi nagu lühistatud dipool või monopool, sama kiirgusmustriga. Kiirgus on lineaarselt polariseeritud paralleelselt spiraali teljega. Seda režiimi kasutatakse kaasaskantavate ja mobiilsete raadioside kompaktsetes antennides.
Aksiaalne režiim: spiraali mõõtmed on võrreldavad lainepikkusega. Antenn töötab suunavana, edastades kiirt spiraali otsast mööda oma telge. Väljastab ringpolarisatsiooniga raadiolaineid. Kasutatakse sageli satelliitside jaoks.
Suunamuster
Rombiline antenn
Teemantantenn on lairiba suundantenn, mis koosneb ühest kuni kolmest teemandikujuliselt maapinnast kinnitatud paralleelsest juhtmest, mida toetavad igas tipus tornid või postid, mille külge juhtmed on isolaatorite abil kinnitatud. Antenni kõik neli külge on ühepikkused, tavaliselt vähemalt sama lainepikkusega või pikemad. Sageli kasutatakse sidepidamiseks ja töötamiseks dekameetri lainevahemikus.
Suunamuster
Kahemõõtmeline antenni massiiv
Kõrgsagedusalades (1,6–30 MHz) kasutatav mitmeelemendiline dipoolide massiiv, mis koosneb dipoolide ridadest ja veergudest. Ridade arv võib olla 1, 2, 3, 4 või 6. Veergude arv võib olla 2 või 4. Dipoolid on horisontaalselt polariseeritud ja dipoolmassiivi taha asetatakse peegeldav ekraan, et saada võimendatud kiirt. Dipoolkolonnide arv määrab asimuutkiire laiuse. 2 veeru puhul on kiirgusmustri laius umbes 50°, 4 veeru puhul 30°. Kaugkiirt saab kallutada 15° või 30°, et tagada maksimaalne katvus 90°.
Ridade arv ja madalaima elemendi kõrgus maapinnast määrab tõusunurga ja hooldatava ala suuruse. Kahest reast koosneva massiivi nurk on 20° ja neljast koosneva massiivi nurk on 10°. Kahemõõtmelise massiivi kiirgus läheneb ionosfäärile tavaliselt väikese nurga all ja peegeldub madala sageduse tõttu sageli tagasi maapinnale. Kuna kiirgus võib ionosfääri ja maapinna vahelt peegelduda mitu korda, ei piirdu antenni tegevus ainult horisondiga. Seetõttu kasutatakse sellist antenni sageli kaugside jaoks.
Suunamuster
Sarv antenn
Sarvantenn koosneb laienevast sarvekujulisest metallist lainejuhist, mis kogub raadiolained kiireks. Sarvantennidel on väga lai töösageduste vahemik, need võivad töötada 20-kordse vahega selle piirides - näiteks 1 kuni 20 GHz. Võimendus varieerub vahemikus 10 kuni 25 dB ja neid kasutatakse sageli suuremate antennide toiteks.
Suunamuster
Paraboolantenn
Üks populaarsemaid radariantenne on paraboolne reflektor. Toide asub parabooli fookuses ja radari energia suunatakse reflektori pinnale. Kõige sagedamini kasutatakse toiteallikana sarvantenni, kuid kasutada saab nii dipool- kui ka spiraalantenni.
Kuna punktenergia allikas on fookuses, muudetakse see konstantse faasiga lainefrondiks, mistõttu parabool sobib hästi radaris kasutamiseks. Peegeldava pinna suurust ja kuju muutes saab luua erineva kujuga kiiri ja kiirgusmustreid. Paraboolantennide suunavus on palju parem kui Yagi või dipooli omal, võimendus võib ulatuda 30-35 dB-ni. Nende peamine puudus on nende suutmatus hallata madalaid sagedusi nende suuruse tõttu. Teine asi on see, et kiiritaja võib osa signaalist blokeerida.
Suunamuster
Cassegraini antenn
Cassegraini antenn on väga sarnane tavapärase paraboolantenniga, kuid kasutab radarikiire loomiseks ja fokuseerimiseks kahest reflektorist koosnevat süsteemi. Peamine reflektor on paraboolne ja lisareflektor hüperboolne. Kiiritusseade asub ühes kahest hüperbooli fookusest. Saatja radarienergia peegeldub lisareflektorilt põhireflektorile ja fokusseeritakse. Sihtmärgilt naasva energia kogub peareflektor ja peegeldub ühes punktis abitulele koonduva kiirena. Seejärel peegeldub see lisareflektorist ja kogutakse kiiritaja asukohas. Mida suurem on lisareflektor, seda lähemal võib see olla peamisele. See disain vähendab radari aksiaalseid mõõtmeid, kuid suurendab ava varjutust. Väike lisareflektor, vastupidi, vähendab ava varjutust, kuid see peab asuma peamisest eemal. Eelised võrreldes paraboolantenniga: kompaktsus (hoolimata teise reflektori olemasolust on kahe reflektori kogukaugus väiksem kui paraboolantenni toiteallika vaheline kaugus), väiksemad kaod (vastuvõtja saab paigutada lähedale sarvest), vähendas maaradarite külgsagara häireid. Peamised puudused: kiir on tugevamalt blokeeritud (lisareflektori ja ettenihke suurus on suurem kui tavalise paraboolantenni etteande suurus), ei tööta hästi laia lainevahemikuga.
Suunamuster
Antenn Gregory
Vasakul on Gregory antenn, paremal Cassegraini antenn
Gregory paraboolantenn on oma ehituselt väga sarnane Cassegraini antenniga. Erinevus seisneb selles, et lisareflektor on kumerdunud vastupidises suunas. Gregory disain võib kasutada väiksemat sekundaarset reflektorit võrreldes Cassegraini antenniga, mille tulemusel blokeeritakse vähem valgusvihku.
Nihke (asümmeetriline) antenn
Nagu nimigi ütleb, on nihkeantenni emitter ja lisareflektor (kui see on Gregory antenn) põhireflektori keskpunktist nihutatud, et mitte kiirt blokeerida. Seda disaini kasutatakse sageli parabool- ja Gregory antennidel, et suurendada tõhusust.
Lameda faasiplaadiga Cassegrain antenn
Teine konstruktsioon, mis on mõeldud abireflektori kiirte blokeerimise vastu võitlemiseks, on lameplaat Cassegrain antenn. See töötab, võttes arvesse lainete polarisatsiooni. Elektromagnetlainel on 2 komponenti, magnetiline ja elektriline, mis on alati üksteise ja liikumissuunaga risti. Laine polarisatsiooni määrab elektrivälja orientatsioon, see võib olla lineaarne (vertikaalne/horisontaalne) või ringikujuline (ringi- või elliptiline, keeratud päri- või vastupäeva). Polarisatsiooni huvitav asi on polarisaator ehk lainete filtreerimise protsess, jättes ainult ühes suunas või tasapinnas polariseeritud lained. Tavaliselt on polarisaator valmistatud aatomite paralleelse paigutusega materjalist või võib see olla paralleelsete juhtmete võre, mille vaheline kaugus on väiksem kui lainepikkus. Sageli eeldatakse, et kaugus peaks olema ligikaudu pool lainepikkusest.
Levinud väärarusaam on, et elektromagnetlaine ja polarisaator töötavad sarnaselt võnkekaabli ja planktaraga – ehk näiteks horisontaalselt polariseeritud laine tuleb tõkestada vertikaalsete piludega ekraaniga.
Tegelikult käituvad elektromagnetlained teisiti kui mehaanilised lained. Paralleelsete horisontaalsete juhtmete võre blokeerib ja peegeldab täielikult horisontaalselt polariseeritud raadiolaineid ning edastab vertikaalselt polariseeritud raadiolaine - ja vastupidi. Põhjus on järgmine: kui elektriväli ehk laine on juhtmega paralleelne, ergastab see elektrone piki traadi pikkust ja kuna traadi pikkus on mitu korda suurem selle paksusest, saavad elektronid kergesti liikuda ja neelavad suurema osa laine energiast. Elektronide liikumine toob kaasa voolu ilmumise ja vool tekitab oma laineid. Need lained tühistavad ülekandelained ja käituvad nagu peegeldunud lained. Teisest küljest, kui laine elektriväli on juhtmetega risti, ergastab see elektrone kogu traadi laiuses. Kuna elektronid ei saa sel viisil aktiivselt liikuda, peegeldub väga vähe energiat.
Oluline on märkida, et kuigi enamikel illustratsioonidel on raadiolainetel ainult 1 magnetväli ja 1 elektriväli, ei tähenda see, et nad võnguksid rangelt samal tasapinnal. Tegelikult võib ette kujutada, et elektri- ja magnetväljad koosnevad mitmest alamväljast, mis vektoriaalselt summeeruvad. Näiteks kahe alamvälja vertikaalselt polariseeritud laine puhul on nende vektorite liitmise tulemus vertikaalne. Kui kaks alamvälja on faasis, jääb tekkiv elektriväli alati paigale samal tasapinnal. Kuid kui üks alamväljadest on teisest aeglasem, hakkab saadud väli pöörlema laine liikumise suunas (seda nimetatakse sageli elliptiliseks polarisatsiooniks). Kui üks alamväli on teistest täpselt veerandi lainepikkuse võrra aeglasem (faas erineb 90 kraadi võrra), siis saame ringpolarisatsiooni:
Laine lineaarse polarisatsiooni teisendamiseks ringpolarisatsiooniks ja tagasi on vaja üht alamvälja teiste suhtes aeglustada täpselt veerandi lainepikkusest. Selleks kasutatakse kõige sagedamini paralleelsete juhtmete võre (veerandlaine faasiplaat), mille vaheline kaugus on 1/4 lainepikkusest ja mis asub horisontaali suhtes 45-kraadise nurga all.
Seadet läbiva laine puhul muutub lineaarne polarisatsioon ringikujuliseks ja ringikujuline lineaarseks.
Sellel põhimõttel töötav lameda faasiplaadiga Cassegraini antenn koosneb kahest võrdse suurusega reflektorist. Abiseade peegeldab ainult horisontaalselt polariseeritud laineid ja edastab vertikaalselt polariseeritud laineid. Peamine peegeldab kõiki laineid. Täiendav helkurplaat asub peamise ees. See koosneb kahest osast – plaadist, mille pilud jooksevad 45° nurga all, ja plaadist, mille horisontaalsed pilud on vähem kui 1/4 lainepikkusest.
Oletame, et toide edastab ringpolarisatsiooniga lainet vastupäeva. Laine läbib veerandlaineplaadi ja muutub horisontaalselt polariseeritud laineks. See peegeldub horisontaalsetest juhtmetest. See läbib veerandlaineplaadi uuesti, teiselt poolt ja selle jaoks on plaadi juhtmed juba peegelpildis orienteeritud, st justkui 90° võrra pööratud. Eelnev polarisatsioonimuutus pööratakse ümber, nii et laine muutub taas ringpolarisatsiooniks vastupäeva ja liigub tagasi põhireflektorisse. Reflektor muudab polarisatsiooni vastupäeva päripäeva. See läbib lisareflektori horisontaalsed pilud ilma takistuseta ja väljub vertikaalselt polariseeritult sihtmärkide suunas. Vastuvõturežiimis toimub vastupidine.
Pesa antenn
Kuigi kirjeldatud antennidel on ava suuruse suhtes üsna suur võimendus, on neil kõigil ühised puudused: suur külgsagara vastuvõtlikkus (vastuvõtlikkus häirivatele peegeldustele maapinnalt ja tundlikkus sihtmärkide suhtes, mille efektiivne hajuvusala), vähenenud tõhusus. kiire blokeerimine (väikestel radaritel, mida saab kasutada lennukitel, on blokeerimisega probleem; suuri radareid, kus blokeerimise probleem on väiksem, ei saa õhus kasutada). Selle tulemusena leiutati uus antenni disain - piluantenn. See on valmistatud metallpinna kujul, tavaliselt tasane, millesse on lõigatud augud või pilud. Kui seda kiiritatakse soovitud sagedusega, kiirgatakse igast pilust elektromagnetlaineid - see tähendab, et pilud toimivad üksikute antennidena ja moodustavad massiivi. Kuna igast pilust tulev kiir on nõrk, on ka nende külgmised labad väga väikesed. Piluantenne iseloomustavad suur võimendus, väikesed külgmised labad ja väike kaal. Neil ei pruugi olla väljaulatuvaid osi, mis on mõnel juhul nende oluline eelis (näiteks lennukisse paigaldamisel).
Suunamuster
Passiivfaasiline maatriksantenn (PFAR)
Radar MIG-31-ga
Radari arendamise algusaegadest saati on arendajaid vaevanud üks probleem: tasakaal radari täpsuse, ulatuse ja skaneerimisaja vahel. See tekib seetõttu, et kitsama kiire laiusega radarid suurendavad täpsust (suurenenud eraldusvõime) ja ulatust sama võimsusega (võimsuse kontsentratsioon). Kuid mida väiksem on kiire laius, seda kauem skaneerib radar kogu vaatevälja. Lisaks vajab suure võimendusega radar suuremaid antenne, mis on kiireks skaneerimiseks ebamugav. Praktilise täpsuse saavutamiseks madalatel sagedustel vajaks radar nii suuri antenne, et neid oleks mehaaniliselt raske pöörata. Selle probleemi lahendamiseks loodi passiivne faasmassiiviga antenn. See ei tugine mehaanikale, vaid lainete häiretele, et juhtida kiiret. Kui kaks või enam sama tüüpi lainet ühes ruumipunktis võnkuvad ja kohtuvad, liidetakse lainete koguamplituud kokku samamoodi nagu veepinnalained. Sõltuvalt nende lainete faasidest võivad häired neid tugevdada või nõrgendada.
Kiirt saab kujundada ja juhtida elektrooniliselt, kontrollides edastavate elementide rühma faaside erinevust – seega kontrollides, kus esinevad võimendus- või sumbumishäired. Sellest järeldub, et õhusõiduki radaril peab olema vähemalt kaks edastavat elementi, et juhtida kiirt küljelt küljele.
Tavaliselt koosneb PFAR radar ühest toitest, ühest LNA-st (madala müravõimendist), ühest toitejaoturist, 1000-2000 saateelemendist ja võrdsest arvust faasinihutitest.
Saateelemendid võivad olla isotroopsed või suundantennid. Mõned tüüpilised ülekandeelementide tüübid:
Hävituslennukite esimestel põlvkondadel kasutati kõige sagedamini plaastriantenne (ribaantenne), kuna neid oli kõige lihtsam arendada.
Kaasaegsed aktiivse faasi massiivid kasutavad nende lairibavõimaluste ja parema võimenduse tõttu soonemittereid:
Olenemata kasutatava antenni tüübist parandab kiirgavate elementide arvu suurendamine radari suunamisomadusi.
Nagu me teame, viib ava suurendamine sama radari sageduse korral kiire laiuse vähenemiseni, mis suurendab ulatust ja täpsust. Kuid faasimassiivide puhul ei tasu suurendada kiirgavate elementide vahelist kaugust, et suurendada ava ja vähendada radari maksumust. Sest kui elementide vaheline kaugus on suurem kui töösagedus, võivad tekkida külgmised labad, mis oluliselt halvendavad radari jõudlust.
PFAR-i kõige olulisem ja kallim osa on faasinihutid. Ilma nendeta on signaali faasi ja kiire suuna juhtimine võimatu.
Neid on erinevat tüüpi, kuid üldiselt võib need jagada nelja tüüpi.
Ajaviivitusega faasinihutid
Lihtsaim faasivahetajate tüüp. Signaali liikumine läbi ülekandeliini võtab aega. See viivitus, mis on võrdne signaali faasinihkega, sõltub ülekandeliini pikkusest, signaali sagedusest ja signaali faasikiirusest edastavas materjalis. Lülitades signaali kahe või enama etteantud pikkusega ülekandeliini vahel, saab faasinihet juhtida. Lülituselemendid on mehaanilised releed, pin-dioodid, väljatransistorid või mikroelektromehaanilised süsteemid. Pin-dioode kasutatakse sageli nende suure kiiruse, väikese kadu ja lihtsate nihkeahelate tõttu, mis tagavad takistuse muutused vahemikus 10 kΩ kuni 1 Ω.
Viivitus, s = faasinihe ° / (360 * sagedus, Hz)
Nende puuduseks on see, et faasiviga suureneb sageduse suurenedes ja suureneb sageduse vähenemisega. Samuti varieerub faasimuutus sõltuvalt sagedusest, mistõttu need ei ole rakendatavad väga madalate ja kõrgete sageduste puhul.
Peegeldav/kvadratuurne faasinihutaja
Tavaliselt on see kvadratuurne sidestusseade, mis jagab sisendsignaali kaheks 90° faasist väljas olevaks signaaliks, mis seejärel peegelduvad. Seejärel ühendatakse need väljundis faasis. See ahel töötab, kuna juhtivate liinide signaali peegeldused võivad langeva signaali suhtes olla faasist väljas. Faasinihe varieerub vahemikus 0° (avatud ahel, nullvaraktori mahtuvus) kuni -180° (lühis, lõpmatu varaktori mahtuvus). Sellistel faasinihutitel on lai töövahemik. Varaktorite füüsilised piirangud tähendavad aga seda, et praktikas võib faasinihe ulatuda vaid 160°-ni. Kuid suurema vahetuse jaoks on võimalik mitu sellist ketti kombineerida.
Vector IQ modulaator
Nii nagu peegeldav faasinihe, jagatakse siin signaal kaheks 90-kraadise faasinihkega väljundiks. Erapooletut sisendifaasi nimetatakse I-kanaliks ja kvadratuuri 90-kraadise nihkega Q-kanaliks. Seejärel juhitakse iga signaal läbi kahefaasilise modulaatori, mis on võimeline signaali faasi nihutama. Iga signaali faasinihe 0° või 180° võrra, mis võimaldab valida mis tahes kvadratuurvektorite paari. Seejärel ühendatakse need kaks signaali uuesti. Kuna mõlema signaali sumbumist saab reguleerida, ei juhita mitte ainult faasi, vaid ka väljundsignaali amplituudi.
Kõrg-/madalpääsfiltrite faasilüliti
See toodeti selleks, et lahendada probleem, mis seisneb selles, et viivitusega faasinihutid ei saa töötada suures sagedusvahemikus. See töötab, lülitades signaalitee kõrg- ja madalpääsfiltrite vahel. Sarnaselt viivitusega faasinihutajale, kuid kasutab ülekandeliinide asemel filtreid. Kõrgpääsfilter koosneb reast induktiivpoolidest ja kondensaatoritest, mis tagavad faasi edasiliikumise. Selline faasinihe tagab pideva faasinihke töösagedusvahemikus. Samuti on see palju väiksem kui eelmised loetletud faasinihutid, mistõttu kasutatakse seda kõige sagedamini radarirakendustes.
Kokkuvõtteks võib öelda, et võrreldes tavapärase peegeldava antenniga on PFAR-i peamised eelised järgmised: suur skaneerimiskiirus (suurendab jälgitavate sihtmärkide arvu, vähendab jaama kiirgushoiatuse tuvastamise tõenäosust), sihtmärgil veedetud aja optimeerimine, suure võimendusega ja väikesed külgmised labad (keeruline segada ja tuvastada), juhuslik skaneerimisjada (raskem segada), võime kasutada spetsiaalseid modulatsiooni- ja tuvastamistehnikaid signaali eraldamiseks mürast. Peamised puudused on kõrge hind, suutmatus skaneerida laiemalt kui 60 kraadi (statsionaarse faasi massiivi vaateväli on 120 kraadi, mehaaniline radar võib selle laiendada 360-ni).
Aktiivne faasmaatriksiga antenn
Väljas on AFAR-i (AESA) ja PFAR-i (PESA) raske eristada, kuid sees on need kardinaalselt erinevad. PFAR kasutab üht või kahte suure võimsusega võimendit ühe signaali edastamiseks, mis seejärel jagatakse tuhandeteks faasinihutite ja elementide jaoks tuhandeteks radadeks. AFAR radar koosneb tuhandetest vastuvõtu-/edastusmoodulitest. Kuna saatjad asuvad otse elementides endis, ei ole sellel eraldi vastuvõtjat ja saatjat. Arhitektuuri erinevused on näidatud pildil.
AFAR-is on enamik komponente, nagu nõrga signaali võimendi, suure võimsusega võimendi, duplekser ja faasinihutaja, vähendatud ja koondatud ühte korpusesse, mida nimetatakse saate-/vastuvõtumooduliks. Iga moodul on väike radar. Nende arhitektuur on järgmine:
Kuigi AESA ja PESA kasutavad kiirte kujundamiseks ja kõrvalekaldumiseks lainehäireid, pakub AESA ainulaadne disain PFAR-i ees palju eeliseid. Näiteks väike signaalivõimendi asub vastuvõtja lähedal, enne komponente, kus osa signaalist kaob, seega on sellel parem signaali-müra suhe kui PFAR-il.
Lisaks on AFARil võrdsete tuvastamisvõimalustega madalam töötsükkel ja tippvõimsus. Samuti, kuna üksikud APAA moodulid ei tugine ühele võimendile, saavad nad samaaegselt edastada signaale erinevatel sagedustel. Selle tulemusena saab AFAR luua mitu eraldi kiirt, jagades massiivi alamkiibideks. Võimalus töötada mitmel sagedusel toob kaasa multitegumtöötluse ja võimaluse kasutada elektroonilisi segamissüsteeme kõikjal, mis on seotud radariga. Kuid liiga paljude samaaegsete kiirte moodustamine vähendab radari ulatust.
AFAR-i kaks peamist puudust on kõrge hind ja piiratud vaateväli 60 kraadini.
Hübriidelektroonilis-mehaanilised faasmaatriksiga antennid
Faseeritud massiivi väga suur skaneerimiskiirus on kombineeritud piiratud vaateväljaga. Selle probleemi lahendamiseks paigutavad kaasaegsed radarid liikuvale kettale faasitud massiivid, mis suurendab vaatevälja. Ärge ajage vaatevälja segamini valgusvihu laiusega. Kiire laius viitab radari kiirele ja vaateväli viitab skaneeritava ala üldisele suurusele. Täpsuse ja ulatuse parandamiseks on sageli vaja kitsaid kiireid, kuid kitsas vaateväli pole tavaliselt vajalik.
Sarveantennide rakendamine
Eraldiseisvat sarveantenni kasutatakse peamiselt juhtudel, kui teravat kiirgusmustrit pole vaja ja kui antenn peab olema piisava leviulatusega. Praktikas saate sarvantenni kasutades katta ligikaudu kahekordse lainepikkuse vahemiku. Rangelt võttes ei piira elektromagnetilise sarve antenni ulatust mitte sarv, vaid seda toidab lainejuht.
Sarvantennide suur valik ja disaini lihtsus on seda tüüpi mikrolaineantennide olulised eelised, tänu millele kasutatakse neid laialdaselt antennide mõõtmisel ja elektromagnetvälja karakteristikute mõõtmisel.
sarvi kasutatakse laialdaselt ka läätse- ja peegelantennide toitena, samuti antennimassiivide elementidena.
Antenni kasutatakse vastavalt regulatiivsele dokumentatsioonile, mis sätestab korralise hoolduse aja. Rutiinne töö on vajalike toimingute loend antenni ja selle parameetrite täpsuse, samuti mehaaniliste ja elektriliste omaduste kontrollimiseks.
Välist kontrolli tuleb pidevalt läbi viia mehaaniliste ja elektriliste kahjustuste suhtes. Puhastage antenni regulaarselt mustusest ja tolmust ning kontrollige sööturiteed.
Järeldus
Kursusetöö käigus arvutati välja antenni põhimõõtmed, arvutati etteandeliini parameetrid. Tehtud arvutuste põhjal konstrueeriti kiirgusmuster ja koostati antenni eskiis.
Kiirgusmustrite kuju ja arvutatud efektiivsuse väärtuse põhjal võime järeldada, et antenni peamised parameetrid vastavad määratud väärtustele.
Antenni efektiivsus: 0,84
Tehnilistes kirjeldustes sarvantennile esitatavad nõuded on teatud võimsusvaruga täidetud.
sarveantenni söötja suund
Kirjandus ja teabeallikad
1. Sazonov D. M. Antennid ja mikrolaineseadmed. - M.: Kõrgkool, 1988. - 432 lk.
2. Nechaev E. E. Metoodilised juhised kursuste sooritamiseks erialal “Antennid ja RVR”. M.: MGTUGA, 1996. -106 lk.
3. Kocherzhevsky G.N., Erokhin G.A., Antenni söötja seadmed. M.: Raadio ja side, 1989. - 352 lk.
4. A.Z. Fradin. Antenni toiteseadmed. Õpetus. M.: Svyaz, 1997.
Suunamisantenni arvutamine………………………………………………3
Sarvantenni arvutamine……………………………………………………………10
Ühepeeglilise paraboolantenni arvutamine…………………………………………………………
Järeldused arvutustöö kohta………………………………………………..24
Viidete loetelu…………………………………………………………….25
Vibraatorantenne kasutatakse millimeetri, sentimeetri, detsimeetri, meetri ja pikemate lainepikkuste vahemikes ning need on teatud punktides ergastatud sirged juhid. Vibraatorantennide suunategur on olenevalt konstruktsioonist mitmest ühikust kümnete tuhandeteni ning neid kasutatakse raadiosidesüsteemides, raadionavigatsioonis, televisioonis, telemeetrias ja muudes raadiotehnika valdkondades.
Suunavuse suurendamiseks kasutatakse helkuri ja ühe või mitme suunajaga vibraatorit. Sellist antenni nimetatakse suunamisantenniks ja seda kasutatakse laialdaselt erinevates VHF-i raadioside valdkondades. Mida rohkem direktoreid, seda suurem on KND ja juba DN-i peamine kroonleht. Tüüpiliselt on suunamisantennide kasutegur 10...30, kuid teada on ka suundantennide konstruktsioonid efektiivsusega = 80...100.
Joonistamine 1.1 - Üldvaade suunamisantennile
Joonisel on aktiivne vibraator pikkusega , helkur pikkusega , suunaja pikkusega , poom, mast ja antenni kinnituskarp, samuti vibraatori ja reflektori kaugused, vibraatorit ja antenni enda pikkust.
Antenni parameetrite teoreetiline arvutamine.
Režissöörantennis võrdub aktiivse vibraatori pikkus resonantsi pikkusega:
Sellise pikkusega on sisendtakistusel nullilähedane reaktiivne osa. Reflektori pikkus peab olema pikem kui resonantspikkus:
Režissööride pikkus on tehtud resonantspikkusest väiksemaks:
Pealegi väheneb direktorite pikkus esimesest viimaseni.
Vibraator-reflektorsüsteemi jaoks valitakse maksimaalse efektiivsuse seisukohast optimaalne kaugus järgmistes piirides:
Süsteemi jaoks on vibraator esimene juht:
Naaberrežissööride vaheline kaugus võetakse piirides:
Lainepikkus määratakse järgmise valemi abil:
Kus on valguse kiirus ja kanali sagedus. Sest meile antakse 5–6 telekanalit, siis võtame nende kahe kanali hõivatud sagedusribade keskmise sageduse: , siis on valemi (1.7) lainepikkus võrdne:
Arvutame valemite (1.1 – 1.6) abil antennivibraatorite pikkused ja nendevahelise kauguse:
Antenni kogupikkuse ja selle pildi joonisel 1.2 võtame VIBRAT programmist.
Joonistamine 1.2 - Arvutatud suunamisantenni üldvaade
Režissööri antenni suunamustri leidmiseks tasapinnal kasutame valemit (1.8):
Kus on vibraatorite arv, k on lainearv ja vibraatorite keskmine kaugus.
Asendades (1.9) ja (1.10) (1.8) ja arvväärtustega, saame avaldise antud suunaja antenni mustri leidmiseks:
Ehitame Mathcad paketi abil normaliseeritud kiirgusmustri. Sest see on sümmeetriline nulli suhtes, siis konstrueerime selle jaoks:
Joonistamine 1.3 - DN tasapinnas
Graafikult saate määrata põhisagara laiuse ja külgsagara maksimaalse taseme: .
Suunatavustegur ja põhisagara laius määratakse valemitega (1.10-1.11):
Koefitsiendid ja määratakse joonise 1.4 graafiku alusel:
Joonistamine 1.4 - Koefitsientide diagramm
Määrame antenni lainepikkuse:
Teades antenni lainepikkust ja kasutades joonist 1.4, teeme kindlaks, et . Seejärel:
Võrdleme saadud arvutustulemusi programmis modelleeritud arvutusliku suunamisantenni tulemustega. Tulemustes on väike lahknevus, kuna kasutatud valemid on ligikaudsed ega võta arvesse mitmeid tegureid.
Joonistamine 1.5 - Suunamisantenn, mis on arvutatud VIBRAT-is
Järeldus: arvutasime välja režissöörantenni suunateguri, DP ja DP parameetrid antud sagedusvahemikus. Programmi VIBRAT abil simuleerisime seda antenni ja kontrollisime saadud parameetrite kehtivust.
Riis. Sarvantennide tüübid: a) E-valdkondlik, b) N-sektoriline, c) püramiidne, d) kooniline.
Omadused:
Sarvantennid on väga lairiba ja sobivad väga hästi toiteliiniga – tegelikult määravad antenni ribalaiuse põneva lainejuhi omadused. Neid antenne iseloomustab kiirgusmustri tagumiste labade madal tase (kuni -40 dB), mis on tingitud asjaolust, et sarve varjuküljele on vähe RF-voolu. Madala võimendusega sarveantennid on disainilt lihtsad, kuid suure (>25 dB) võimenduse saavutamiseks on vaja sarve avas kasutada lainefaasi joondavaid seadmeid (läätsi või peegleid). Ilma selliste seadmeteta tuleb antenn teha ebapraktiliselt pikaks.
Rakendus:
Sarvantenne kasutatakse nii iseseisvalt kui ka peegel- ja muude antennide toitena. Sarvantenni, mis on struktuurselt kombineeritud paraboolse reflektoriga, nimetatakse sageli sarv-paraboolantenniks. Mõõteantennidena kasutatakse sageli madala võimendusega sarvantenne tänu nende soodsale omadustele ja heale korratavusele.
Holmdale'i raadioteleskoobis, mis on sarv-paraboolantennil põhinev Dicke'i radiomeeter, avastasid Arno Penzias ja Robert Woodrow Wilson 1965. aastal kosmilise mikrolaine taustkiirguse.
Karakteristikud ja valemid:
Sarvantenni võimenduse määrab selle avanemisala ja seda saab arvutada järgmise valemi abil:
kus: - sarve avanemisala.
λ on põhikiirguse lainepikkus.
- 0,4....0,8 instrumentaarium(sarve pinna kasutustegur), võrdne 0,6-ga juhul, kui kesk- ja perifeerse kiirte vahe on väiksem, kuid lähedane Pi/2-le, ja 0,8-ga, kui kasutatakse lainefaasi nivelleerimisseadmeid.
Peasagara laius DNA H:
Peasagara laius DNA nulli kiirgusega tasapinnas E:
Alates võrdõiguslikkusest L E Ja L H DNA lennukis N osutub 1,5 korda laiemaks; sageli mõlemal tasapinnal sama kroonlehe laiuse saamiseks valige:
Et hoida faasimoonutusi sarve avas vastuvõetavates piirides (mitte rohkem kui Pi/2), on vajalik, et (püramiidsarve puhul) oleks täidetud järgmine tingimus:
kus ja on sarve moodustava püramiidi tahkude kõrgused.
Teisest allikast:
Kus L H- avanemislaius tasapinnas N,
L E- avanemislaius tasapinnas E,
R E Ja RH- sarve pikkus.
Sellise antenni jaoks KND lihtsustatud kujul arvutatakse see järgmise valemi abil:
D RUR = 4piνS/λ 2
Kus: S = L H * L E- sarve avanemisala;
λ
- põhikiirguse lainepikkus;
ν
= 0,4...0,8 - pinna kasutuskoefitsient ( instrumentaarium);
Sõltuvalt sarve tüübist jagunevad sarveantennid N- Ja E- sektoraalne, püramiidne ja kooniline. Sarved, mille mõõtmed vastavad maksimaalsele väärtusele KND nimetatakse optimaalseks. Optimaalseks N-sektori sarveantennide sarve pikkus RH = LH2/3λ, optimaalseks E-valdkondlikud sarveantennid RE =LE2/2λ. instrumentaarium optimaalne N- Ja E-sektorilised, püramiidsed sarved on 0,64. Kui tinglikult suurendada sarve pikkust lõpmatuseni, siis instrumentaarium antenn tõuseb 0,81-ni.
Koonilises sarves, optimaalne pikkus R opt. con. oleneb selle ava läbimõõdust
d:
R opt. con. = d2 /2,4λ + 0,15λ
instrumentaarium optimaalne kooniline sarv v=0,5.
Tabel 1.2. Sarve kiirgusmustri laius optimaalse pikkusega.
Sarve tüüp |
Kiirgusmustri laius H-tasandil |
Kiirgusmustri laius tasapinnal E |
E-sektor |
2Θ 0,7 = 68 λ/L H |
2Θ 0,7 =53λ/L E |
H-valdkond |
2Θ 0,7 =80 λ/L H |
2Θ 0,7 =51 λ/L E |
Püramiidne |
2Θ 0,7 =80 λ/L H |
2Θ 0,7 =53λ/L E |
Kooniline |
2Θ 0,7 =60 λ/d |
2Θ 0,7 =70 λ/d |
Kui võtta elliptiline sarv ellipsi teljesuhtega 1,25, siis saame kõigis sarve telge läbivates lõikudes ligikaudu sama laiuse kiirgusmustri.
Sarvantenni eeliseks on selle lairiba, mille määrab toitelainejuhi lairiba, efektiivsus. sarvi antenn võrdub ühtsusega.
Sarvantennide puuduseks on see, et sarve pikkus peab olema liiga pikk, et saada tugevalt suunatud kiirgust. Optimaalne sarve pikkus on võrdeline ava mõõtmete ruuduga L H või L E, ja kiirgusmustri laius on pöördvõrdeline L H või L E esimeses astmes. Seetõttu sarveantenni kiirgusmustri kitsendamiseks N korda, tuleks ava laiust suurendada N korda ja sarve pikkus on sees N2üks kord. See asjaolu seab piirangud sarveantennide kiirgusmustri laiusele.