A kürtantennák előnyei és hátrányai. Kürtantenna: leírás, kialakítás, tulajdonságok és felhasználás. E-sík szektorális kürt
2,45 GHz-en a WiFi jel hullámhossza 122 mm. A polarizáció függőleges. A hálózat érdekes diagramot ad egy 10 cm átmérőjű rézcső köré ívelt biquadrátról, amelyből kiderül, hogy egy ilyen antenna sugárzási mintája torz és azimutban megnyúlik. Nincsenek MMANA modellek, hogy pontosan lássák, mi történik, de az amatőrök azzal érvelnek, hogy ez a lépés nem a legjobb (ezt később megnézzük). A kürtantennák alkalmasak magas frekvenciákhoz, de túl terjedelmesek az alacsony frekvenciákhoz. Lehetséges-e saját kezűleg antennát készíteni egy routerhez hangszóró formájában? Kivételes esetekben (tavi kacsa hangjának utánzása) mindenképpen igen.
Kevesen gondolnak az antenna fizikai jelentésére. Az átlagember azt válaszolja, hogy antenna szükséges a jel erősítéséhez, de az egy passzív, nem erősítő eszköz. Nagy területről gyűjt jelet, és egy kicsire küldi, ahol a vevőkábel található. Ezt kivétel nélkül minden antenna megteszi. Mit gyűjthet egy vibrátor? Elég megjegyezni, hogy a hullámvibrátor (a hullámhossznak megfelelő huzaldarab) jobb, mint egy félhullámú vibrátor, amelynek előnye van a negyedhullámú vibrátorral szemben (a hullámhossz negyedével egyenlő). Minél hosszabb a vibrátor, annál hatékonyabb. Ebben az esetben bizonyos arányokat figyelnek meg. Ezt a természet hullámtörvényei diktálják.
Ismeretes, hogy egy operaénekes, miután megütött egy magas hangot, betör egy kristálypoharat. Hogyan történik. Az énekmester enyhén megüti a hangszert, és hallgatja, milyen hang árad az edényből. Ez az objektum rezonanciafrekvenciája. Ugyanazt a hangot edzett hanggal lejátszva az énekes választ vált ki a konténerből. Az oszcillációk felhalmozódnak, felerősödnek, és nem halnak ki. Ennek eredményeként az üveg darabokra törik. Pontosan ugyanez történik az antennában is. Rezonáns hullámokat gyűjt és továbbít. Ez pedig az alapfrekvencia és a harmonikusok (kettővel, négyel stb. szorozva). A router házi készítésű antennája segít kiszűrni a feleslegeseket. A jel a megfelelő helyre koncentrálódik.
Fontos, hogy a vezetéket megfelelően csatlakoztassa az antennához. A hullámok és harmonikusok vétele lehetővé teszi olyan harmonikus antenna előállítását, amely olyan frekvenciákat vesz, amelyek félhullámai többszörösei az eszköz méretének.
Például az 1: 2: 4: 6-hoz kapcsolódó frekvenciák stb. A megfelelően megrajzolt vonal lehetővé teszi, hogy egyszerre több hullámot is elkapjon. Ha megszegi a szabályokat, a készülék nem fog működni. Íme, hogyan kell csinálni:
- Rajzoljon fel egy vibrátor vázlatos diagramját (egyenes), amelyen vázlatosan fel vannak tüntetve az áramok és feszültségek eloszlásának törvényei minden hullámhosszra.
- Ha a vezetékeket a feszültség ellencsomópontjához csatlakoztatja, feszültségellátást kap.
- Ha az összes áram ellencsomópontjához csatlakoztatja a vezetékeket, akkor áramellátást kap.
Így készülnek a harmonikus antennák. Ahhoz, hogy valami ilyesmit készítsünk, például 3,7 MHz-es frekvenciához (HF tartomány), egy 80 méter hosszú vezetékre van szükség. Nyilvánvaló, hogy egy ilyen helyzet nem biztos, hogy megfelel Önnek. Ezért folyamatosan keresik az új terveket. Nem sokkal ezelőtt publikálták a 3,7-7 MHz-es ferromágneses antenna felépítésének folyamatát, amely ökölbe fér. Nem állítjuk, hogy 80 méter rezet helyettesít majd, de a kutatók pozitív hatást figyeltek meg tőle, amelyet rádióvevőkben használnak.
Kürt antennák routerhez
Mi fog tetszeni egy router kürterősítő antennájával. Egyszerű kialakítás. Íme az elmélet:
- piramis (csonka gúla);
- szektorális, szektorális (hullámvezetőből készült szektor, az alja és a mennyezet párhuzamos egymással, az oldalak eltérnek);
- kúpos (csonka kúp);
- hibrid (a kürt formája aligha nevezhető kitalált szónak; aki szétszedte a műholdátalakítókat, az ismeri a lépcsős kürtöt).
Ha a kürtöket 5 GHz feletti frekvencián használnak műholdas kommunikációban, akkor WiFi-re is alkalmasak. Hogyan készítsünk antennát egy routerhez. A kürtök a mikrohullámú készülékek osztályába tartoznak. Az antenna belül acélból készült. Ez javítja a vezetőképességi feltételeket, lehetővé teszi a hullám szabad mozgását a belsejében, és keményebbé teszi a falakat. A gyakorlatban üvegezett loggiához a belül fóliával borított karton alkalmas. A fólia, mint tudod, alumíniumból készül, a réz a legjobb tulajdonságokkal rendelkezik. Vannak, akik PCB-ből szerelik össze a kürtantennákat. Ezután a felületet polírozzák, például radírral, és lakkozzák. Zárja le a kürtantenna portált dielektrikummal, műanyaggal, habbal stb.
Fontos! Fólia nélkül a kürt nyilvánvaló okokból nem fog működni. A dielektrikum nem képes visszaverni az elektromágneses sugárzást.
Az illesztések NYÁK esetén forrasztottak, a karton ragasztva. Valószínűleg jobb rétegelt lemezt venni, mert az antenna szempontjából fontos a megfelelő geometria. A furnérlemez pedig jobban tartja a formáját. Belül a varratoknál ragasztani kell, kívülről pedig alapozóval kell bevonni, ami megakadályozza a nedvesség behatolását. Ezután lefestik és bárhol felakasztják. Igény szerint a tetejére madáretető rögzíthető. Fedje le a szerkezet belsejét fóliával, lehetőleg egyenletesen (a ragasztás egyenletessége nem befolyásolja az antenna működését). Javasoljuk egy piramis alakú kürt készítését, amely egyszerűbb, és elfogadható sugárzási mintát és magasságot biztosít arra az esetre, ha idegenek szeretnének bejutni hálózatunkba.
A router kürtantennájának sugárzási mintája nem eredeti. Ez egy szirom, 15 fok széles (a kialakítástól függően) irányszögben és magasságban. Ez határozza meg a konkrét alkalmazást. A ház lefedéséhez az antennát a középtávolság magasságában kell elhelyezni. Úgy, hogy a fő szirom minden fogyasztót lefedjen. Kezdjük a táphullámvezető méreteivel, amelyre kevés figyelmet fordítunk. A http://users.skynet.be/chricat/horn/horn-javascript.html weboldalon található egy számológép, amellyel a frekvencia helyettesítésével számíthatja ki a paramétereket. Az alapértelmezett a 6-os csatorna (2437 MHz).
A betápláló hullámvezető alját alulról a hátsó faltól a hullámhossz negyedével távolságra lévő csap szúrja át, a szakasz hossza pedig a hullámhossz fele. Egy fizikából származó képlet segítségével megtaláljuk a hullámhosszt: 299792458 / 2430000000 = 123 mm. Ez a hullámhossz a szabad térben. Kritikus hullám van a hullámvezetőben, alatta nem működhet. Az érték megegyezik a hullámvezető hosszú oldalának kétszeresével. Kövessük a számológép tanácsát, és vegyünk 90 x 60 mm-es falakat. A kritikus hullámhossz 180 mm lesz. A hullámvezető belsejében a hullám szögben mozog. Következésképpen a hullámhossz növekszik, egyenlő a szabad térben lévő hullámhossz hányadosával, osztva a belső mozgás szögének koszinuszával.
A nehézség a szög megtalálása. A számításhoz speciális képleteket dolgoztak ki, amelyeket az olvasók maguk találnak meg, de mi felhasználjuk az eredményeket. Kezdetben a számológép kéri, hogy adja meg a kürt méreteit. Adjuk meg a helyes értékeket. A módszerrel megkeressük egy paralelepipedon oldalait, amely magában foglalja a kürt nyílását (ellátó hullámvezető nélkül). Kiderül:
- Hossza P – 60 cm.
- Szélesség H – 25 cm.
- Magasság E – 10 cm.
A külső portál méretei megtalálhatók, a belső pedig megegyezik a hullámvezető bejáratával. Ez határozza meg a négy fal geometriáját. Kattintson a Számítás gombra, és kap egy kész sablont. Ügyeljen az Aperture Quality oszlopra. A hullám 1/8-ánál kisebb számot kell tartalmaznia (ebben az esetben 15 mm). Egy negyede megjelent az oldal eredeti adataival, de a szerző nem biztos a pontosságában. Ne ragasszuk szorosan az első modellt, hanem először a talajon teszteljük. Kérjük, vegye figyelembe, hogy már kiszámoltuk a hullámhosszt a hullámvezetőben, ez a szám 16,85 cm. Most már értjük, mit kell tenni a rúddal:
- a hullámvezető hátsó takarófalától 168,5 / 4 = 42,125 mm távolságra;
- a hullámvezető szakasz hossza 84 mm;
Ezek fontos paraméterek, amelyeket szigorúan be kell tartani. Itt a jel lekerül a tűről. Hogyan hozzunk létre egy webhelyet. A csap alulról egy bizonyos hosszúságig kinyúlik, ez egy negyed hullám szabad térben (31 mm). Vegye elő az SWR-mérőt, és mozgassa különböző irányokba, amíg meg nem kap egy értéket az egységtartományban. Ha hosszú ideig nem működik, döntse kissé a rudat a hátsó fal felé.
Nos, a WiFi router külső antennája készen áll. Ezután a mikrohullámú technológiákról lesz szó.
A cikket fordításra alessandro893 javasolta. Az anyag egy kiterjedt referenciahelyről származik, amely leírja különösen a radarok működési elveit és kialakítását.
Az antenna olyan elektromos eszköz, amely az elektromosságot rádióhullámokká alakítja és fordítva. Az antennát nemcsak radarok, hanem zavaró berendezések, sugárzásjelző rendszerek és kommunikációs rendszerek is használják. Az átvitel során az antenna koncentrálja a radaradó energiáját, és a kívánt irányba irányított sugarat képez. Az antenna vételkor összegyűjti a visszavert jelekben található radarenergiát, és továbbítja a vevőnek. Az antennák sugár alakja és hatásfoka gyakran különbözik.
A bal oldalon egy izotróp antenna, a jobb oldalon egy irányított antenna található
Dipólus antenna
A dipólus antenna vagy dipólus az antennák legegyszerűbb és legnépszerűbb osztálya. Két azonos vezetőből, vezetékből vagy rúdból áll, általában kétoldali szimmetriával. Adókészülékeknél áramot vezetnek rá, vevőkészülékeknél pedig jelet vesznek az antenna két fele között. Az adónál vagy vevőnél az adagoló mindkét oldala az egyik vezetőhöz csatlakozik. A dipólusok rezonáló antennák, vagyis elemeik rezonátorként szolgálnak, amelyben az állóhullámok egyik végéből a másikba haladnak. Tehát a dipóluselemek hosszát a rádióhullám hossza határozza meg.
Irányított minta
A dipólusok mindenirányú antennák. Emiatt gyakran használják kommunikációs rendszerekben.Antenna aszimmetrikus vibrátor (monopólus) formájában
Az aszimmetrikus antenna a dipólantenna fele, és a vezető felületre merőlegesen van felszerelve, egy vízszintes visszaverő elem. A monopólus antenna irányítottsága kétszerese a dupla hosszúságú dipólus antennáénak, mivel a vízszintes visszaverő elem alatt nincs sugárzás. Ebből a szempontból egy ilyen antenna hatékonysága kétszer akkora, és ugyanazzal az átviteli teljesítménnyel képes továbbvinni a hullámokat.
Irányított minta
Hullámcsatorna antenna, Yagi-Uda antenna, Yagi antenna
Irányított minta
Sarokantenna
VHF és UHF adókon gyakran használt antennatípus. Ez egy besugárzóból áll (ez lehet dipólus vagy Yagi tömb), amely két lapos, négyszögletes tükröző képernyő elé van szerelve, amelyek szögben, általában 90°-ban vannak összekapcsolva. Egy fémlemez vagy egy rács (alacsony frekvenciájú radarok esetén) reflektorként működhet, csökkentve a súlyt és a szélellenállást. A sarokantennák széles hatótávolságúak, és a nyereség körülbelül 10-15 dB.
Irányított minta
Vibrátor log-periodikus (logaritmikus periodikus) antenna vagy szimmetrikus vibrátorok log-periodikus tömbje
A log-periodic antenna (LPA) több, fokozatosan növekvő hosszúságú félhullámú dipól emitterből áll. Mindegyik egy pár fémrúdból áll. A dipólusok szorosan, egymás mögé kapcsolódnak, és párhuzamosan, ellentétes fázisokkal kapcsolódnak az adagolóhoz. Ez az antenna úgy néz ki, mint a Yagi antenna, de másképp működik. Elemek hozzáadása a Yagi antennához növeli annak irányíthatóságát (erősítését), és elemek hozzáadása az LPA-hoz növeli a sávszélességét. Fő előnye más antennákkal szemben a rendkívül széles működési frekvencia tartomány. Az antennaelemek hossza logaritmikus törvény szerint viszonyul egymáshoz. A leghosszabb elem hossza a legalacsonyabb frekvencia hullámhosszának fele, a legrövidebbé pedig a legmagasabb frekvencia hullámhosszának 1/2-e.
Irányított minta
Helix antenna
A spirál alakú antenna egy spirálba csavart vezetőből áll. Általában egy vízszintes fényvisszaverő elem fölé vannak szerelve. Az adagoló a spirál aljához és a vízszintes síkhoz csatlakozik. Két üzemmódban működhetnek - normál és axiális.
Normál (transzverzális) mód: A spirálméretek (átmérő és dőlésszög) kicsik az átvitt frekvencia hullámhosszához képest. Az antenna ugyanúgy működik, mint egy rövidre zárt dipólus vagy monopólus, ugyanazzal a sugárzási mintával. A sugárzás a spirál tengelyével párhuzamosan lineárisan polarizált. Ezt az üzemmódot a hordozható és mobil rádiók kompakt antennáiban használják.
Axiális mód: a spirál méretei összemérhetőek a hullámhosszal. Az antenna irányítottan működik, a sugarat a spirál végétől a tengelye mentén továbbítja. Kör polarizációjú rádióhullámokat bocsát ki. Gyakran használják műholdas kommunikációra.
Irányított minta
Rombusz antenna
A gyémántantenna egy széles sávú irányított antenna, amely egy-három párhuzamos vezetékből áll, amelyek a föld felett gyémánt alakban vannak rögzítve, és minden csúcsán tornyok vagy oszlopok támasztják alá, amelyekhez a vezetékek szigetelőkkel vannak rögzítve. Az antenna mind a négy oldala azonos hosszúságú, általában legalább azonos hullámhosszú, vagy hosszabb. Gyakran használják kommunikációra és működésre a dekaméteres hullámtartományban.
Irányított minta
Kétdimenziós antennatömb
A HF sávokban (1,6-30 MHz) használt dipólusok többelemes tömbje, amely dipólusok soraiból és oszlopaiból áll. A sorok száma 1, 2, 3, 4 vagy 6 lehet. Az oszlopok száma 2 vagy 4 lehet. A dipólusok vízszintesen polarizáltak, és a dipólustömb mögé fényvisszaverő ernyőt helyeznek el, hogy felerősített sugarat biztosítsanak. A dipólusoszlopok száma határozza meg az azimutális nyaláb szélességét. 2 oszlopnál a sugárzási minta szélessége kb. 50°, 4 oszlopnál 30°. A távolsági fénysugár 15°-ban vagy 30°-ban dönthető a maximális 90°-os lefedettség érdekében.
A sorok száma és a legalacsonyabb elem talajszint feletti magassága határozza meg a emelkedési szöget és a kiszolgált terület méretét. Egy kétsoros tömb szöge 20°, a négysoros tömb szöge pedig 10°. A kétdimenziós tömb sugárzása általában enyhe szögben közelíti meg az ionoszférát, és alacsony frekvenciája miatt gyakran visszaverődik a földfelszínre. Mivel a sugárzás sokszor visszaverődhet az ionoszféra és a talaj között, az antenna működése nem korlátozódik a horizontra. Ennek eredményeként egy ilyen antennát gyakran használnak távolsági kommunikációra.
Irányított minta
Kürt antenna
A kürtantenna egy táguló kürt alakú fém hullámvezetőből áll, amely a rádióhullámokat nyalábban gyűjti össze. A kürtantennák nagyon széles működési frekvenciával rendelkeznek, 20-szoros résszel is működhetnek a határaiban - például 1-től 20 GHz-ig. Az erősítés 10 és 25 dB között változik, és gyakran használják nagyobb antennák betáplálásaként.
Irányított minta
Parabola antenna
Az egyik legnépszerűbb radarantenna a parabola reflektor. A betáplálás a parabola fókuszában található, a radar energiája pedig a reflektor felületére irányul. Leggyakrabban egy kürtantennát használnak betáplálásként, de dipólus és spirális antenna is használható.
Mivel a pontszerű energiaforrás a fókuszban van, állandó fázisú hullámfronttá alakul, így a parabola alkalmas radarban való használatra. A fényvisszaverő felület méretének és alakjának változtatásával változatos formájú nyalábok, sugárzási minták hozhatók létre. A parabolaantennák irányítottsága sokkal jobb, mint a Yagi-é vagy a dipóléké, az erősítés elérheti a 30-35 dB-t. Legfőbb hátrányuk, hogy méretükből adódóan nem tudják kezelni az alacsony frekvenciákat. Egy másik dolog az, hogy a besugárzó blokkolhatja a jel egy részét.
Irányított minta
Cassegrain antenna
A Cassegrain antenna nagyon hasonlít a hagyományos parabola antennához, de két reflektorból álló rendszert használ a radarsugár létrehozásához és fókuszálásához. A fő reflektor parabolikus, a kiegészítő reflektor pedig hiperbolikus. A besugárzó a hiperbola két gócának egyikében található. Az adóból származó radarenergia visszaverődik a segédreflektorról a főre, és fókuszálódik. A célpontról visszatérő energiát a fő reflektor gyűjti össze, és egy ponton a segédre konvergáló sugár formájában tükrözi vissza. Ezután egy kiegészítő reflektor visszaveri, és összegyűjti azon a helyen, ahol a besugárzó található. Minél nagyobb a kiegészítő reflektor, annál közelebb lehet a főhöz. Ez a kialakítás csökkenti a radar tengelyirányú méreteit, de növeli a rekesz árnyékolását. Egy kis kiegészítő reflektor éppen ellenkezőleg, csökkenti a nyílás árnyékolását, de a főtől távol kell elhelyezkedni. Előnyök a parabola antennához képest: kompaktság (a második reflektor jelenléte ellenére a két reflektor közötti teljes távolság kisebb, mint a betáplálás és a parabola antenna reflektor közötti távolság), kisebb veszteségek (a vevő közel helyezhető el a kürt emitterére), csökkentett oldallebeny-interferencia a földi radarok számára. Főbb hátrányai: a sugár erősebben blokkolt (a segédreflektor és az előtolás mérete nagyobb, mint a hagyományos parabola antenna betáplálásának mérete), nem működik jól széles hullámtartományban.
Irányított minta
Antenna Gregory
A bal oldalon a Gregory antenna, a jobb oldalon a Cassegrain antenna
A Gregory-parabola antenna felépítésében nagyon hasonló a Cassegrain antennához. A különbség az, hogy a kiegészítő reflektor az ellenkező irányba ívelt. Gregory tervezése kisebb másodlagos reflektort használhat a Cassegrain antennához képest, így kevesebb a nyaláb blokkolása.
Offset (aszimmetrikus) antenna
Ahogy a neve is sugallja, az offset antenna emittere és kiegészítő reflektora (ha Gregory-antennáról van szó) el van tolva a fő reflektor közepétől, hogy ne takarják el a sugarat. Ezt a kialakítást gyakran használják parabola- és Gregory-antennákon a hatékonyság növelése érdekében.
Cassegrain antenna lapos fázislemezzel
Egy másik kialakítás, amelyet a kiegészítő reflektor általi sugárblokkolás leküzdésére terveztek, a lapos lemezes Cassegrain antenna. A hullámok polarizációját figyelembe véve működik. Az elektromágneses hullámnak 2 összetevője van, mágneses és elektromos, amelyek mindig merőlegesek egymásra és a mozgás irányára. A hullám polarizációját az elektromos tér irányultsága határozza meg, lehet lineáris (függőleges/vízszintes) vagy körkörös (kör vagy elliptikus, az óramutató járásával megegyezően vagy ellentétes irányban csavart). A polarizáció érdekessége a polarizátor, vagyis a hullámok szűrésének folyamata, így csak egy irányban vagy síkban polarizált hullámok maradnak. A polarizátor jellemzően párhuzamos atomelrendezésű anyagból készül, vagy lehet párhuzamos huzalokból álló rács, amelyek távolsága kisebb, mint a hullámhossz. Gyakran feltételezik, hogy a távolság körülbelül a hullámhossz fele.
Elterjedt tévhit, hogy az elektromágneses hullám és a polarizátor hasonlóan működik, mint egy oszcilláló kábel és egy deszkakerítés - azaz például egy vízszintesen polarizált hullámot függőleges réseken lévő képernyővel kell blokkolni.
Valójában az elektromágneses hullámok másképpen viselkednek, mint a mechanikai hullámok. A párhuzamos vízszintes vezetékekből álló rács teljesen blokkolja és visszaveri a vízszintesen polarizált rádióhullámot, és egy függőlegesen polarizált rádióhullámot továbbít – és fordítva. Ennek oka a következő: amikor egy elektromos tér vagy hullám párhuzamos egy vezetékkel, az elektronokat gerjeszt a vezeték hosszában, és mivel a vezeték hossza sokszorosa a vastagságának, az elektronok könnyen mozoghatnak és elnyelik a hullám energiájának nagy részét. Az elektronok mozgása áram megjelenéséhez vezet, és az áram saját hullámokat hoz létre. Ezek a hullámok kioltják az átviteli hullámokat, és visszavert hullámokként viselkednek. Másrészt, ha a hullám elektromos tere merőleges a vezetékekre, akkor a huzal szélességében elektronokat gerjeszt. Mivel az elektronok ilyen módon nem tudnak aktívan mozogni, nagyon kevés energia fog visszaverődni.
Fontos megjegyezni, hogy bár a legtöbb illusztráción a rádióhullámoknak csak 1 mágneses és 1 elektromos mezője van, ez nem jelenti azt, hogy szigorúan ugyanabban a síkban oszcillálnak. Valójában elképzelhető, hogy az elektromos és mágneses mezők több részmezőből állnak, amelyek vektoriálisan összeadódnak. Például két részmezőből származó függőlegesen polarizált hullám esetén a vektorok összeadásának eredménye függőleges lesz. Ha két részmező fázisban van, a keletkező elektromos tér mindig ugyanabban a síkban áll. De ha az egyik részmező lassabb, mint a másik, akkor az eredményül kapott mező a hullám mozgási iránya körül elkezd forogni (ezt gyakran elliptikus polarizációnak nevezik). Ha az egyik részmező pontosan egy negyed hullámhosszal lassabb a többinél (a fázis 90 fokkal különbözik), akkor körpolarizációt kapunk:
Egy hullám lineáris polarizációjának cirkuláris polarizációvá és visszafordításához az egyik részmezőt a többihez képest pontosan a hullámhossz negyedével le kell lassítani. Ehhez leggyakrabban párhuzamos vezetékekből álló rácsot (negyedhullámú fázislemezt) használnak, amelyek távolsága 1/4 hullámhossz, és amelyek a vízszinteshez képest 45 fokos szöget zárnak be.
Az eszközön áthaladó hullám esetében a lineáris polarizáció körkörössé, a kör alakú pedig lineárissá válik.
Az ezen az elven működő lapos fázislemezes Cassegrain antenna két azonos méretű reflektorból áll. A segédeszköz csak vízszintesen polarizált hullámokat veri vissza, és függőlegesen polarizált hullámokat továbbít. A fő tükrözi az összes hullámot. A kiegészítő reflektorlemez a fő előtt található. Két részből áll: egy lemezből, amelynek rései 45°-os szögben futnak, és egy lemezből, amelynek vízszintes rései 1/4 hullámhossznál kisebbek.
Tegyük fel, hogy az előtolás körpolarizációjú hullámot sugároz az óramutató járásával ellentétes irányba. A hullám áthalad a negyedhullámú lemezen, és vízszintesen polarizált hullámmá válik. A vízszintes vezetékekről visszaverődik. Ismét áthalad a negyedhullámú lemezen, a másik oldalon, és számára a lemezhuzalok már tükörképesek, azaz 90°-kal elforgatva. A polarizáció korábbi változása megfordul, így a hullám ismét körkörösen polarizálódik az óramutató járásával ellentétes irányba, és visszatér a fő reflektorhoz. A reflektor polarizációját az óramutató járásával ellentétesről az óramutató járásával megegyező irányba változtatja. Ellenállás nélkül halad át a segédreflektor vízszintes résein, és függőlegesen polarizálva távozik a célpontok irányába. Fogadási módban ennek az ellenkezője történik.
Réselt antenna
Bár a leírt antennák a rekesznyílás méretéhez képest meglehetősen nagy erősítéssel rendelkeznek, mindegyiknek megvannak a közös hátrányai: nagy az oldallebeny-érzékenység (érzékenység a földfelszínről érkező zavaró visszaverődésekre és érzékenység az alacsony effektív szórási területtel rendelkező célpontokra), csökkent hatásfok a sugárblokkolás (repülőgépen használható kis radarok blokkolási problémát okoznak; nagy radarok, ahol kisebb a blokkolási probléma, nem használhatók a levegőben). Ennek eredményeként egy új antennatervet találtak fel - egy résantennát. Fém felületként készül, általában lapos, amelybe lyukakat vagy réseket vágnak. A kívánt frekvencián történő besugárzáskor elektromágneses hullámok bocsátanak ki minden résből - vagyis a rések különálló antennákként működnek, és egy tömböt alkotnak. Mivel az egyes résekből érkező sugár gyenge, az oldallebenyeik is nagyon kicsik. A résantennákat nagy nyereség, kis oldallebenyek és kis súly jellemzi. Előfordulhat, hogy nincsenek kiálló részeik, ami bizonyos esetekben fontos előnyük (például repülőgépre szerelve).
Irányított minta
Passzív fázisú antenna (PFAR)
Radar MIG-31-el
A radarfejlesztés korai napjai óta a fejlesztőket egyetlen probléma sújtja: a radar pontossága, hatótávolsága és pásztázási ideje közötti egyensúly. Ez abból adódik, hogy a keskenyebb sugárszélességű radarok azonos teljesítmény mellett növelik a pontosságot (megnövelt felbontás) és hatótávolságot (teljesítménykoncentráció). De minél kisebb a sugárszélesség, annál tovább pásztázza a radar a teljes látómezőt. Ráadásul egy nagy erősítésű radarhoz nagyobb antennákra lesz szükség, ami kényelmetlen a gyors pásztázáshoz. A gyakorlati pontosság eléréséhez alacsony frekvenciákon a radarhoz akkora antennák kellenek, amelyek mechanikailag nehezen forgathatók. A probléma megoldására egy passzív fázisú antennát hoztak létre. Nem a mechanikára, hanem a hullámok interferenciájára támaszkodik a sugár szabályozásához. Ha két vagy több azonos típusú hullám oszcillál és találkozik a tér egy pontján, akkor a hullámok teljes amplitúdója nagyjából ugyanúgy összeadódik, ahogy a vízen lévő hullámok összeadódnak. E hullámok fázisától függően az interferencia erősítheti vagy gyengítheti őket.
A nyaláb alakítható és elektronikusan vezérelhető az adóelemek egy csoportjának fáziskülönbségének szabályozásával – így szabályozható, hogy hol lép fel erősítés vagy csillapítási interferencia. Ebből következik, hogy a repülőgép-radarnak legalább két sugárzó elemmel kell rendelkeznie a nyaláb oldalról-oldalra történő irányításához.
A PFAR radar jellemzően 1 tápegységből, egy LNA-ból (alacsony zajszintű erősítőből), egy teljesítményelosztóból, 1000-2000 adóelemből és azonos számú fázisváltóból áll.
Az adóelemek izotróp vagy irányított antennák lehetnek. Néhány tipikus átviteli elemtípus:
A vadászrepülőgépek első generációinál a patch antennákat (szalagantennákat) használták leggyakrabban, mert ezeket volt a legkönnyebb fejleszteni.
A modern aktív fázisú tömbök barázdás emittereket használnak szélessávú képességeiknek és jobb erősítésüknek köszönhetően:
Az alkalmazott antenna típusától függetlenül a sugárzó elemek számának növelése javítja a radar irányíthatósági jellemzőit.
Mint tudjuk, ugyanazon radarfrekvencia mellett a rekesznyílás növelése a sugárszélesség csökkenéséhez vezet, ami növeli a hatótávolságot és a pontosságot. Fázisos tömböknél azonban nem érdemes növelni a távolságot a kibocsátó elemek között, hogy megkíséreljék növelni a rekesznyílást és csökkenteni a radar költségét. Mert ha az elemek közötti távolság nagyobb, mint a működési frekvencia, oldallebenyek jelenhetnek meg, jelentősen rontva a radar teljesítményét.
A PFAR legfontosabb és legdrágább része a fázisváltók. Ezek nélkül nem lehet szabályozni a jel fázisát és a sugárirányát.
Különböző típusúak, de általában négy típusra oszthatók.
Fázisváltók időkésleltetéssel
A fázisváltók legegyszerűbb típusa. Időbe telik, amíg a jel áthalad az átviteli vonalon. Ez a késleltetés, amely megegyezik a jel fáziseltolódásával, függ az átviteli vezeték hosszától, a jel frekvenciájától és a jel fázissebességétől az adóanyagban. Két vagy több adott hosszúságú távvezeték közötti jel átkapcsolásával a fáziseltolás szabályozható. A kapcsolóelemek mechanikus relék, tűs diódák, térhatású tranzisztorok vagy mikroelektromechanikai rendszerek. A tűs diódákat gyakran használják nagy sebességük, alacsony veszteségük és egyszerű előfeszítésük miatt, amelyek 10 kΩ-ról 1 Ω-ra változtatják az ellenállást.
Késleltetés, mp = fáziseltolás ° / (360 * frekvencia, Hz)
Hátrányuk, hogy a fázishiba a frekvencia növekedésével növekszik, a frekvencia csökkenésével pedig növekszik. Ezenkívül a fázisváltozás a frekvenciától függően változik, ezért nem alkalmazhatók nagyon alacsony és magas frekvenciákra.
Fényvisszaverő/kvadratúra fázisváltó
Jellemzően ez egy kvadratúra csatoló eszköz, amely a bemeneti jelet két, 90°-os fázison kívüli jelre osztja, amelyek aztán visszaverődnek. Ezután fázisonként egyesülnek a kimeneten. Ez az áramkör azért működik, mert a vezető vonalakból érkező jelek visszaverődései fázison kívül eshetnek a beeső jelhez képest. A fáziseltolás 0°-tól (nyitott áramkör, nulla varaktorkapacitás) -180°-ig (zárlat, végtelen varaktorkapacitás) változik. Az ilyen fázisváltók működési tartománya széles. A varaktorok fizikai korlátai azonban azt jelentik, hogy a gyakorlatban a fáziseltolódás csak a 160°-ot érheti el. De egy nagyobb műszakhoz több ilyen lánc kombinálható.
Vector IQ modulátor
Csakúgy, mint egy fényvisszaverő fázisváltónál, itt is a jel két kimenetre oszlik 90 fokos fáziseltolás mellett. A torzítatlan bemeneti fázist I-csatornának, a 90 fokos eltolású kvadratúrát pedig Q-csatornának nevezzük. Ezután minden jel áthalad egy kétfázisú modulátoron, amely képes a jel fázisát eltolni. Minden jel fáziseltolása 0°-kal vagy 180°-kal történik, így tetszőleges kvadratúra vektorpár kiválasztható. Ezután a két jelet újra kombinálják. Mivel mindkét jel csillapítása szabályozható, nem csak a fázis, hanem a kimenő jel amplitúdója is szabályozható.
Fázisváltó felül/aluláteresztő szűrőkön
Azért gyártották, hogy megoldja azt a problémát, hogy az időkésleltetésű fázisváltók nem tudnak nagy frekvenciatartományban működni. Úgy működik, hogy átkapcsolja a jelutat a felül- és aluláteresztő szűrők között. Hasonló az időkésleltetési fázisváltóhoz, de átviteli vonalak helyett szűrőket használ. A felüláteresztő szűrő egy sor induktorból és kondenzátorból áll, amelyek fázis előrelépést biztosítanak. Az ilyen fázisváltó állandó fáziseltolást biztosít a működési frekvencia tartományban. Mérete is jóval kisebb, mint a korábban felsorolt fázisváltók, ezért használják leggyakrabban radaros alkalmazásokban.
Összefoglalva, a hagyományos fényvisszaverő antennához képest a PFAR fő előnyei a következők lesznek: nagy pásztázási sebesség (növekszik a követett célpontok száma, csökken annak valószínűsége, hogy az állomás sugárzási figyelmeztetést észlel), a célponton eltöltött idő optimalizálása, nagy nyereség és kis oldallebenyek (nehezen zavarható és észlelhető), véletlenszerű letapogatási szekvencia (nehezebb elakadni), speciális modulációs és észlelési technikák használatának képessége jelek kivonására a zajból. A fő hátrányok a magas költségek, a 60 foknál szélesebb pásztázási képtelenség (az állófázisú tömb látómezeje 120 fok, a mechanikus radar 360-ra bővítheti).
Aktív fázisú antenna
Kívül az AFAR-t (AESA) és a PFAR-t (PESA) nehéz megkülönböztetni, de belül gyökeresen különböznek egymástól. A PFAR egy vagy két nagy teljesítményű erősítőt használ egyetlen jel továbbítására, amelyet aztán több ezer útvonalra osztanak fel több ezer fázisváltó és elem számára. Az AFAR radar több ezer vételi/átviteli modulból áll. Mivel az adók közvetlenül magukban az elemekben találhatók, nincs külön vevő és adó. Az építészeti különbségek a képen láthatók.
Az AFAR-ban a legtöbb alkatrész, például a gyenge jelerősítő, a nagy teljesítményű erősítő, a duplexer és a fázisváltó mérete lecsökken, és egy házban van összeszerelve, amelyet adó-vevő modulnak neveznek. Mindegyik modul egy kis radar. Felépítésük a következő:
Bár az AESA és a PESA hulláminterferenciát használ a sugár formálására és eltérítésére, az AESA egyedi kialakítása számos előnnyel rendelkezik a PFAR-ral szemben. Például egy kis jelerősítő a vevő közelében van elhelyezve, azok előtt az alkatrészek előtt, ahol a jel egy része elveszik, így jobb jel-zaj aránya van, mint a PFAR-nak.
Ezen túlmenően, azonos észlelési képességekkel, az AFAR alacsonyabb munkaciklussal és csúcsteljesítménnyel rendelkezik. Továbbá, mivel az egyes APAA-modulok nem támaszkodnak egyetlen erősítőre, különböző frekvenciájú jeleket tudnak egyidejűleg továbbítani. Ennek eredményeként az AFAR több különálló sugárnyalábot tud létrehozni, a tömböt altáblákra osztva. A több frekvencián való működés képessége többfeladatos munkavégzést tesz lehetővé, és lehetővé teszi az elektronikus zavaró rendszerek bárhol telepítését a radarhoz képest. De túl sok egyidejű sugár létrehozása csökkenti a radar hatótávolságát.
Az AFAR két fő hátránya a magas költség és a 60 fokra korlátozott látómező.
Hibrid elektronikus-mechanikus fázissoros antennák
A fázisos tömb nagyon nagy pásztázási sebessége korlátozott látómezővel párosul. A probléma megoldására a modern radarok fázisos tömböket helyeznek el egy mozgatható lemezen, ami növeli a látómezőt. Ne keverje össze a látómezőt a sugár szélességével. A sugárszélesség a radarsugárra, a látómező pedig a pásztázott terület teljes méretére utal. A pontosság és a hatótávolság javításához gyakran van szükség keskeny nyalábokra, de általában nincs szükség szűk látómezőre.
Kürtantennák alkalmazása
Az önálló kürtantennát főként olyan esetekben használják, amikor nincs szükség éles sugárzási mintázatra, és amikor az antennának elegendő hatótávolsággal kell rendelkeznie. A gyakorlatban egy kürtantennával a hullámhossz-tartomány körülbelül kétszeresét fedheti le. Szigorúan véve az elektromágneses kürtantenna hatótávolságát nem a kürt, hanem az azt tápláló hullámvezető korlátozza.
A kürtantennák nagy választéka és a tervezés egyszerűsége jelentős előnye az ilyen típusú mikrohullámú antennáknak, ennek köszönhetően széles körben alkalmazzák az antennaméréseknél és az elektromágneses térjellemzők mérésénél.
a kürtöket széles körben használják lencse- és tükörantennák táplálására, valamint antennatömbök elemeiként is.
Az antennát a hatósági dokumentációnak megfelelően üzemeltetik, amely előírja a rendszeres karbantartás időzítését. A rutinmunka az antenna pontosságának és paramétereinek, valamint mechanikai és elektromos tulajdonságainak ellenőrzéséhez szükséges műveletek listája.
A külső ellenőrzést folyamatosan kell végezni a mechanikai és elektromos sérülések jelenlétére. Rendszeresen tisztítsa meg az antennát a szennyeződéstől és a portól, és ellenőrizze az adagoló útvonalát.
Következtetés
A tanfolyami munka során kiszámolták az antenna fő méreteit, valamint a betápláló vezeték paramétereit. Az elvégzett számítások alapján sugárzási mintát szerkesztettek és vázlatot készítettek az antennáról.
A sugárzási minták alakja és a számított hatékonysági érték alapján megállapíthatjuk, hogy az antenna fő paraméterei megfelelnek a megadott értékeknek.
Antenna hatásfoka: 0,84
A kürtantennával szemben támasztott követelmények a műszaki leírásban bizonyos teljesítménytartalékkal teljesülnek.
kürt antenna feeder irányítottsága
Irodalom és információforrások
1. Sazonov D. M. Antennák és mikrohullámú készülékek. - M.: Felsőiskola, 1988. - 432 p.
2. Nechaev E. E. Módszertani utasítások az „Antennák és RVR” tudományágban a tanfolyam elvégzéséhez. M.: MGTUGA, 1996. -106 p.
3. Kocherzhevsky G.N., Erokhin G.A., Antenna adagoló eszközök. M.: Rádió és kommunikáció, 1989. - 352 p.
4. A.Z. Fradin. Antenna adagoló eszközök. Oktatóanyag. M.: Svyaz, 1997.
A rendezőantenna számítása………………………………………………3
A kürtantenna számítása……………………………………………………………10
Egytükrös parabolaantenna számítása………………………………………
Következtetések a számítási munkáról………………………………………………..24
Hivatkozások listája…………………………………………………………….25
A vibrátorantennákat milliméter, centiméter, deciméter, méter és hosszabb hullámhossz-tartományban használják, és bizonyos pontokon gerjesztett egyenes vezetők. A vibrációs antennák a kialakítástól függően több egységtől több tízezerig terjedő iránytényezővel rendelkeznek, és rádiókommunikációs rendszerekben, rádiónavigációban, televízióban, telemetriában és a rádiótechnika egyéb területein használják.
Az irányíthatóság növelésére reflektorral és egy vagy több irányítóval ellátott vibrátort használnak. Az ilyen antennát irányító antennának nevezik, és széles körben használják a rádiókommunikáció különböző területein a VHF tartományban. Minél több rendező, annál nagyobb a KND és máris a DN fő sziromja. A rendezőantennák hatásfoka jellemzően 10...30, de ismertek a 80...100 hatásfokú irányítóantennák kivitelei is.
Rajz 1.1 - A rendezőantenna általános képe
Az ábrán látható egy hosszúságú aktív vibrátor, egy hosszúságú reflektor, egy hosszúságú irányító, egy gém, egy árboc és egy antennatartó doboz, valamint a vibrátor és a reflektor közötti távolságok, a vibrátort a rendezőnek, és magának az antennának a hosszát.
Antennaparaméterek elméleti számítása.
A rendezőantennában az aktív vibrátor hosszát egyenlővé teszik a rezonancia hosszával:
Ilyen hosszúság mellett a bemeneti ellenállásnak van egy nullához közeli reaktív része. A reflektor hosszának hosszabbnak kell lennie, mint a rezonancia hossz:
A rendezők hossza kisebb, mint a rezonanciahossz:
Ráadásul a rendezők hossza az elsőtől az utolsóig csökken.
A vibrátor-reflektor rendszernél a maximális hatékonyság szempontjából az optimális távolságot a következő határokon belül választják ki:
A rendszer számára a vibrátor az első irányító:
A szomszédos rendezők közötti távolság a következő határokon belül van:
A hullámhosszt a következő képlettel határozzuk meg:
Hol van a fénysebesség, és hol a csatorna frekvenciája. Mert 5-6 televíziós csatornát kapunk, akkor e két csatorna foglalt frekvenciasávjának átlagos frekvenciáját vesszük: , akkor az (1.7) képletből származó hullámhossz egyenlő lesz:
Számítsuk ki az antennavibrátorok hosszát és a köztük lévő távolságot (1.1 – 1.6) képletekkel:
Az 1.2. ábrán látható antenna teljes hosszát és képét a VIBRAT programból vesszük.
Rajz 1.2 - A számított rendezőantenna általános képe
A rendezőantenna síkbeli iránymintájának megtalálásához az (1.8) képletet használjuk:
Hol van a vibrátorok száma, k a hullámszám, és a vibrátorok közötti átlagos távolság.
Az (1.9) és (1.10) értékeket (1.8) és számértékekre behelyettesítve egy kifejezést kapunk egy adott rendezőantenna mintájának megkeresésére:
A Mathcad csomag segítségével normalizált sugárzási mintát készítünk. Mert szimmetrikus nullára, akkor megszerkesztjük:
Rajz 1.3 - DN síkban
A grafikonról meghatározhatja a főlebeny szélességét és az oldallebenyek maximális szintjét: .
Az irányítottsági tényezőt és a főlebeny szélességét az (1.10-1.11) képletek határozzák meg:
Az és együtthatók az 1.4. ábra grafikonjából határozhatók meg:
Rajz 1.4 - Oddstáblázat
Határozzuk meg az antenna hullámhosszát:
Az antenna hullámhosszának ismeretében és az 1.4. ábra alapján megállapítjuk, hogy . Akkor:
Hasonlítsuk össze a kapott számítási eredményeket a programban modellezett, számított irányítóantenna eredményeivel. Az eredmények enyhe eltérést mutatnak, mivel az alkalmazott képletek közelítőek, és nem vesznek figyelembe számos tényezőt.
Rajz 1.5 - Irányító antenna VIBRAT-ban számolva
Következtetés: kiszámítottuk a rendezőantenna irányítottsági tényezőjét, DP és DP paramétereit egy adott frekvenciatartományban. A VIBRAT programmal ezt az antennát szimuláltuk és ellenőriztük a kapott paraméterek érvényességét.
Rizs. A kürtantennák típusai: a) E- ágazati, b) N-ágazati, c) piramis, d) kúpos.
Tulajdonságok:
A kürtantennák nagyon széles sávúak, és nagyon jól illeszkednek a betáplálási vonalhoz – valójában az antenna sávszélességét az izgalmas hullámvezető tulajdonságai határozzák meg. Ezeket az antennákat a sugárzási mintázat hátsó lebenyeinek alacsony szintje (-40 dB-ig) jellemzi, mivel kevés az RF áram a kürt árnyékoldalára. Az alacsony erősítésű kürtantennák kialakítása egyszerű, de a nagy (>25 dB) erősítéshez hullámfázis-beállító eszközök (lencsék vagy tükrök) használata szükséges a kürt apertúrájában. Ilyen eszközök nélkül az antennát praktikusan hosszúra kell tenni.
Alkalmazás:
A kürtantennákat önállóan és tükör- és egyéb antennák betáplálásaként is használják. A kürtantennát, amelyet szerkezetileg egy parabola reflektorral kombinálnak, gyakran kürt-parabola antennának neveznek. Az alacsony nyereségű kürtantennákat gyakran használják mérőantennaként, kedvező tulajdonságkészletük és jó ismételhetőségük miatt.
A Holmdale rádióteleszkópnál, amely egy kürtparabola antennán alapuló Dicke sugármérő, Arno Penzias és Robert Woodrow Wilson 1965-ben fedezte fel a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzást.
Jellemzők és képletek:
A kürtantenna erősítését a nyitási területe határozza meg, és a következő képlettel számítható ki:
ahol: - kürtnyílás területe.
λ a fő sugárzás hullámhossza.
- 0,4....0,8 hangszerelés(kürtfelület kihasználtsági tényező), 0,6 abban az esetben, ha a központi és a perifériás nyaláb közötti útkülönbség kisebb, de közel a Pi/2-hez, és 0,8, ha hullámfázis-kiegyenlítő eszközöket használnak.
Főlebeny szélessége DNS H:
Főlebeny szélessége DNS nulla sugárzással a síkban E:
Mivel egyenlőséggel L EÉs L H DNS a repülőben N 1,5-szer szélesebbnek bizonyul; gyakran, ha mindkét síkban azonos sziromszélességet szeretne elérni, válassza a következőket:
Ahhoz, hogy a kürt nyílásában a fázistorzulások elfogadható határokon belül maradjanak (legfeljebb Pi/2), a következő feltételnek kell teljesülnie (piramis alakú kürt esetében):
hol és vannak a kürtöt alkotó piramis lapjainak magasságai.
Más forrásból:
Ahol L H- nyílásszélesség síkban N,
L E- nyílásszélesség síkban E,
ÚJRAÉs R H- szarv hossza.
Egy ilyen antennához KND egyszerűsített formában a következő képlettel számítják ki:
D RUR = 4piνS/λ 2
Ahol: S = L H * L E- kürt nyílás;
λ
- a fő sugárzás hullámhossza;
ν
= 0,4...0,8 - felülethasználati együttható ( hangszerelés);
A kürt típusától függően a kürtantennák fel vannak osztva N- És E- szektorális, piramis és kúpos. Kürtök, amelyek mérete megfelel a maximális értéknek KND optimálisnak nevezzük. Az optimális N-ágazati kürtantennák kürt hossza RH=LH2/3λ, az optimális E-ágazati kürtantennák R E =L E 2 /2λ. hangszerelés optimális N- És E-ágazati, piramis szarvak 0,64. Ha feltételesen a végtelenre növeljük a kürt hosszát, akkor hangszerelés Az antenna értéke 0,81-re nő.
Kúpos szarvban, optimális hosszúságban R opt. con. a nyílás átmérőjétől függ
d:
R opt. con. = d2/2,4λ + 0,15λ
hangszerelés optimális kúpos szarv v=0,5.
asztal 1.2. A kürt sugárzási minta szélessége optimális hosszúsággal.
Kürt típus |
Sugárzási minta szélessége a H síkban |
Sugárzási minta szélessége az E síkban |
E-szektor |
2Θ 0,7 =68λ/L H |
2Θ 0,7 =53λ/L E |
H-ágazati |
2Θ 0,7 =80λ/L H |
2Θ 0,7 =51λ/L E |
Piramis alakú |
2Θ 0,7 =80λ/L H |
2Θ 0,7 =53λ/L E |
Kúpos |
2Θ 0,7 =60 λ/d |
2Θ 0,7 =70 λ/d |
Ha egy 1,25 ellipszis tengelyarányú elliptikus kürtöt veszünk, akkor a kürt tengelyén áthaladó összes szakaszon megközelítőleg azonos szélességű sugárzási mintát kaphatunk.
A kürtantenna előnye a széles sáv, amelyet a betápláló hullámvezető széles sávja, hatékonysága határoz meg. kürtantenna egyenlő az egységgel.
A kürtantennák hátránya, hogy a kürtnek túl hosszúnak kell lennie ahhoz, hogy erősen irányított sugárzást érjen el. Az optimális kürthossz arányos a nyílásméretek négyzetével L H vagy L E, és a sugárzási mintázat szélessége fordítottan arányos L H vagy L E első fokon. Ezért a kürtantenna sugárzási mintázatának szűkítéséhez N alkalommal növelni kell a nyílás szélességét N alkalommal, és a kürt hossza benn van N2 egyszer. Ez a körülmény korlátozza a kürtantennák sugárzási mintázatának szélességét.