Jak właściwie działają anteny?

2021-9-16 www.whwireless.com

Szacuje się, że 8 minut do zakończenia czytania

Anteny znajdują szerokie zastosowanie w telekomunikacji, na przykład w radiokomunikacji, radiu i telewizji.

Anteny wychwytują fale elektromagnetyczne i przekształcają je w sygnały elektryczne lub wychwytują sygnały elektryczne i emitują je jako fale elektromagnetyczne.

W tym artykule przyjrzyjmy się nauce za anteny.

Jeśli mamy sygnał elektryczny, jak zamienić go na falę elektromagnetyczną?

Zapewne masz na myśli prostą odpowiedź: to znaczy użyć zamkniętego przewodu, który za pomocą zasady indukcji elektromagnetycznej będzie w stanie generować zmienne pole magnetyczne i pole elektryczne wokół niego.

Jednak to zmienne pole wokół źródła jest bezużyteczne w transmisji sygnału.

Tutaj pole elektromagnetyczne nie rozchodzi się, tylko waha się.

W antenie fale elektromagnetyczne wokół źródła muszą być oddzielone od źródła i powinny się rozchodzić.

Zanim przyjrzymy się, jak zrobić antenę, zrozummy fizykę anteny.

Separacja fal uwzględnia umieszczenie ładunku dodatniego i ładunku ujemnego. Ta para ładunków ułożonych bardzo blisko siebie nazywana jest dipolem i oczywiście wytwarza pole elektryczne, jak pokazano na schemacie.

Zakładając, że ładunki te są jak pokazano, oscylują w punkcie środkowym ich toru, prędkość osiągnie maksimum, a na końcu ich toru prędkość wyniesie zero, a ze względu na zmianę prędkości naładowane cząstki będą doświadczać kolejnych przyspieszenia i opóźnienia.

Wyzwanie polega teraz na tym, jak sprawić, by pole elektromagnetyczne zmieniało się pod wpływem tego ruchu.

Skupmy się tylko na jednej linii pola elektrycznego, która rozszerza się i odkształca przed falą, która tworzy się w czasie zero, po okresie jednej ósmej.

Jak pokazano na schemacie.

Możesz być zaskoczony, że w tym miejscu pojawi się proste pole elektryczne, jak pokazano poniżej.

Dlaczego pole elektryczne rozszerza się, tworząc pole elektryczne takie jak to?

Dzieje się tak, ponieważ przyspieszające lub spowalniające ładunki wytwarzają pewien efekt pamięci pola elektrycznego, a stare pole elektryczne nie przystosowuje się łatwo do nowego pola elektrycznego. Zrozumienie tego pola elektrycznego efektu pamięci lub przyspieszających lub zwalniających ładunków wytwarzanych przez zagięcie zajmie nam trochę czasu.

Ten interesujący temat omówimy bardziej szczegółowo w innym artykule.

Jeśli będziemy kontynuować analizę w ten sam sposób, zobaczymy, że za ćwierć okresu czoło fali spotyka się w punkcie, w którym.

Następnie fronty fal rozdzielają się i rozchodzą.

Zauważ, że to zmieniające się pole elektryczne automatycznie generuje pole magnetyczne prostopadłe do jego zmiany.

Jeśli wykreślisz zmienność natężenia pola elektrycznego wraz z odległością, zobaczysz, że propagacja fali jest wewnętrznie sinusoidalna.

Warto zauważyć, że uzyskana długość fali propagacji jest dokładnie dwa razy większa od długości dipol.

Właśnie tego potrzebujemy w antenie; krótko mówiąc, jeśli potrafimy ustawić oscylujące ładunki dodatnie i ujemne, możemy zrobić antenę.

W praktyce ten ładunek oscylacyjny można łatwo wytworzyć, biorąc pręt przewodzący zagięty w środku i przykładając do środka sygnał napięciowy, zakładając, że jest to sygnał zmienny w czasie, rozważ sytuację, w której w momencie 0 pod wpływem napięcia elektron wyjdzie na zewnątrz prawej strony dipola i będą skumulowane po lewej stronie.

Oznacza to, że drugi koniec tracącego elektronu zostanie automatycznie naładowany dodatnio.

Ten układ daje ten sam efekt, co w poprzednim przypadku ładunku dipolowego, tj. na końcu drutu znajduje się ładunek dodatni i ujemny, a wraz ze zmianą napięcia w czasie ładunki dodatnie i ujemne przemieszczają się tam iz powrotem, wytwarzając w ten sposób propagację fali.

Widzieliśmy teraz, jak antena pracuje jako nadajnik, częstotliwość nadawanego sygnału będzie taka sama jak częstotliwość przyłożonego sygnału napięciowego: the

Ponieważ propagacja przemieszcza się z prędkością światła, możemy łatwo obliczyć długość fali propagacji przy.

Dla perfekcji przenoszenie , długość anteny powinna być równa połowie długości fali. Działanie anteny jest odwracalne i może pracować jak odbiornik.

Jeśli rozchodzące się pole elektromagnetyczne uderzy w nią, ponownie użyjemy tej samej anteny i przyłożymy w tym miejscu pole elektryczne, elektrony gromadzą się na jednym końcu pręta, to tak samo jak dipol elektryczny, gdy przyłożone pole elektryczne zmienia Ładunki dodatnie i ujemne gromadzące się na drugim końcu, akumulacja zmieniającego się ładunku oznacza, że ​​w środku anteny generowany jest zmieniający się sygnał napięciowy.

Ten sygnał napięciowy jest wyjściem antena gdy pracuje jako odbiornik, a częstotliwość sygnału napięcia wyjściowego jest taka sama jak częstotliwość odbieranej fali w.p.

Ze struktury pola elektrycznego jasno wynika, że ​​antena powinna być o połowę mniejsza od długości fali, aby uzyskać pożądany odbiór.

W całej tej dyskusji widzieliśmy, że antena jest obwodem otwartym, teraz spójrzmy na niektóre rzeczywiste anteny i jak one działają.

W przeszłości odbiór telewizji wykorzystywał antenę odbiorczą dipolową z kolorowym paskiem jako odbiór dipolowy antena , ta antena również potrzebowała reflektora i prowadnicy do zbierania sygnału na dipolu, ta kompletna konstrukcja była znana jako antena Yagi-Uda.

ten antena dipolowa konwertuje odebrany sygnał na sygnał elektryczny, a te sygnały elektryczne są przesyłane do odbiornika telewizyjnego kablem koncentrycznym.

Dzisiaj przeszliśmy do anteny telewizyjnej Dish, która składa się z dwóch głównych elementów, reflektora parabolicznego i niskoszumowego konwertera blokującego w dół.

Paraboloid odbiera sygnały elektromagnetyczne z satelity i skupia je na lnbf, które ma specjalny kształt i zostało specjalnie i precyzyjnie zaprojektowane.

Lnbf składa się z tuby zasilającej, falowodu, płytki drukowanej i sondy.

Na poniższym schemacie możesz zobaczyć, jak przychodzący sygnał jest skupiany na sondzie przez tubę i falowód

Jak widzieliśmy w przypadku prostego dipola, indukowane jest napięcie i tak wygenerowany sygnał napięciowy jest podawany na płytkę drukowaną w celu przetworzenia sygnału.

Na przykład sygnał jest filtrowany od wysokich do niskich częstotliwości i wzmacniany po przetworzeniu, a ten sygnał elektryczny jest przesyłany do odbiornika telewizyjnego kablem koncentrycznym.

Jeśli włączysz Lnb, prawdopodobnie znajdziesz dwie sondy zamiast jednej, druga sonda jest prostopadła do pierwszej, co oznacza, że ​​dostępne widmo można wykorzystać dwukrotnie, wysyłając polaryzację poziomą lub pionową.

Jedna sonda wykrywa sygnał o polaryzacji poziomej, a druga wykrywa sygnał o polaryzacji pionowej.

Słuchawka, którą trzymasz, używa zupełnie innego rodzaju anteny, zwanej anteną krosową. Antena krosowa składa się z metalowej łaty lub paska umieszczonego na płaszczyźnie uziemienia z kawałkiem materiału dielektrycznego pośrodku, tutaj metalowa łatka jest używana jako element promieniujący, a długość metalowej łatki powinna wynosić połowę długości fali odpowiedniej nadawać i odbierać.

Należy pamiętać, że opis anten krosowych, które tu ilustrujemy, jest bardzo prosty.

www.whwireless.com