Как на самом деле работают антенны?

2021-9-16 www.whwireless.com

Приблизительно 8 минут на чтение

Антенны широко используются в телекоммуникациях, например, в радиосвязи, радио и телевидении.

Антенны улавливают электромагнитные волны и преобразуют их в электрические сигналы или улавливают электрические сигналы и излучают их как электромагнитные волны.

В этой статье давайте посмотрим на науку, лежащую в основе антенны.

Если у нас есть электрический сигнал, как нам преобразовать его в электромагнитную волну?

Вы, вероятно, имеете в виду простой ответ: использовать замкнутый провод, который с помощью принципа электромагнитной индукции сможет генерировать флуктуирующее магнитное поле и электрическое поле вокруг него.

Однако это флуктуирующее поле вокруг источника бесполезно для передачи сигнала.

Здесь электромагнитное поле не распространяется, оно просто колеблется.

В антенне электромагнитные волны вокруг источника должны быть отделены от источника, и они должны распространяться.

Прежде чем мы рассмотрим, как сделать антенну, давайте разберемся с физикой антенны.

Разделение волн рассматривает размещение положительного заряда и отрицательного заряда. Эта пара зарядов, расположенных очень близко друг к другу, называется диполем, и они, очевидно, создают электрическое поле, как показано на схеме.

Если предположить, что эти заряды, как показано, колеблются в средней точке своего пути, скорость достигнет максимума, а в конце их пути скорость будет равна нулю, и из-за изменения скорости заряженные частицы будут испытывать последовательные ускорения и замедления.

Теперь задача состоит в том, чтобы выяснить, как заставить электромагнитное поле изменяться из-за этого движения.

Давайте сосредоточимся только на одной силовой линии электрического поля, которая расширяется и деформируется перед волной, которая формируется в нулевой момент времени, после периода времени в одну восьмую.

Как показано на схеме.

Вы можете быть удивлены, увидев простое электрическое поле в этом месте, как показано ниже.

Почему электрическое поле расширяется, образуя такое электрическое поле?

Это происходит потому, что ускоряющие или замедляющие заряды создают некоторый эффект памяти электрического поля, а старое электрическое поле не легко адаптируется к новому электрическому полю. Нам потребуется некоторое время, чтобы понять это электрическое поле с эффектом памяти или ускоряющие или замедляющие заряды, создаваемые изломом.

Подробнее об этой интересной теме мы поговорим в другой статье.

Если мы продолжим анализ таким же образом, мы увидим, что через четверть периода времени фронт волны встречается в точке, где.

После этого волновые фронты разделяются и распространяются.

Обратите внимание, что это изменяющееся электрическое поле автоматически создает магнитное поле, перпендикулярное его изменению.

Если вы построите график изменения напряженности электрического поля с расстоянием, вы увидите, что распространение волны по своей природе синусоидально.

Интересно отметить, что результирующая длина волны распространения ровно в два раза больше длины волны. диполь.

Это именно то, что нам нужно в антенне; Короче говоря, если мы сможем расположить колеблющиеся положительные и отрицательные заряды, мы сможем сделать антенну.

На практике этот колеблющийся заряд легко получить, если взять согнутый в центре проводящий стержень и приложить сигнал напряжения к центру, предполагая, что это изменяющийся во времени сигнал, рассмотрим ситуацию, когда в момент 0 из-за напряжения электрон будет двигаться наружу. правой стороны диполя и будет накапливаться на левой стороне.

Это означает, что другой конец теряющего электрона автоматически будет заряжен положительно.

Эта компоновка производит тот же эффект, что и предыдущий случай дипольного заряда, то есть на конце провода есть положительный и отрицательный заряд, и по мере того, как напряжение изменяется со временем, положительный и отрицательный заряды перемещаются назад и вперед, тем самым вызывая распространение волны.

Теперь мы видели, как антенна работает как передатчик, частота передаваемого сигнала будет такой же, как частота подаваемого сигнала напряжения:

Поскольку распространение происходит со скоростью света, мы можем легко вычислить длину волны распространения при.

Для идеального коробка передач , длина антенны должна составлять половину длины волны. Работа антенны обратима, и она может работать как приемник.

Если распространяющееся электромагнитное поле попадает в него, мы снова будем использовать ту же антенну и приложить электрическое поле в этой точке, электроны будут накапливаться на одном конце стержня, это то же самое, что и электрический диполь, когда приложенное электрическое поле изменяет положительный и отрицательный заряды накапливаются на другом конце, накопление изменяющегося заряда означает, что сигнал изменяющегося напряжения генерируется в центре антенны.

Этот сигнал напряжения является выходом антенна когда он работает как приемник, а частота выходного сигнала напряжения совпадает с частотой принятой волны AM.

Из структуры электрического поля ясно, что размер антенны должен быть в два раза меньше длины волны, чтобы получить желаемый прием.

Во время всего этого обсуждения мы видели, что антенна представляет собой разомкнутую цепь, а теперь давайте посмотрим на некоторые настоящие антенны и то, как они работают.

В прошлом для приема ТВ использовалась дипольная приемная антенна с цветной полосой в качестве приемной дипольной антенны. антенна , эта антенна также нуждалась в отражателе и направляющей для сбора сигнала на диполе, эта полная структура была известна как антенна Яги-Уда.

В дипольная антенна преобразует принятый сигнал в электрический сигнал, и эти электрические сигналы передаются на телевизионный блок по коаксиальному кабелю.

Сегодня мы перешли к антенне Dish TV, которая состоит из двух основных компонентов: параболического рефлектора и понижающего преобразователя.

Параболоид принимает электромагнитные сигналы со спутника и фокусирует их на ЛНБФ, который имеет особую форму и был специально и точно спроектирован.

LNBF состоит из рупора, волновода, печатной платы и зонда.

На схеме ниже вы можете увидеть, как входящий сигнал фокусируется на датчике через рупор и волновод.

Как мы видели в случае простого диполя, индуцируется напряжение, и сгенерированный таким образом сигнал напряжения подается на печатную плату для обработки сигнала.

Например, сигнал фильтруется от высоких до низких частот и усиливается после обработки, и этот электрический сигнал передается на телевизионный блок по коаксиальному кабелю.

Если вы включите Lnb, вы, скорее всего, найдете два зонда вместо одного, второй зонд перпендикулярен первому, а это означает, что доступный спектр можно использовать дважды, посылая горизонтальную или вертикальную поляризацию.

Один зонд обнаруживает горизонтально поляризованный сигнал, а другой - вертикально поляризованный сигнал.

В телефоне, который вы держите в руке, используется антенна совершенно другого типа, называемая патч-антенной. Патч-антенна состоит из металлической накладки или полосы, размещенной на плоскости заземления с куском диэлектрического материала посередине, здесь металлическая накладка используется в качестве излучающего элемента, а длина металлической накладки должна составлять половину длины волны соответствующего передавать и получать.

Обратите внимание, что описание патч-антенн, которые мы здесь проиллюстрируем, очень простое.

www.whwireless.com