Антенны используются для передачи и приема информации через изменения электромагнитных полей, которые окружают их. Данная статья представляет собой введение в теорию антенн для начинающих. В ней кратко рассматривается само понятие волны, падающая, отраженная и стоячая волны, КСВ, модуляция, дипольная антенна.
Краткая история электромагнетизма
Более 2600 лет назад (и, вероятно, еще раньше) древние греки обнаружили, что кусок янтаря, натёртый об мех, притягивает легкие предметы, например, перья. Примерно в то же время древние люди обнаружили магнитную руду, которая представляет собой куски намагниченной горной породы.
Потребовалось несколько сотен лет, чтобы определить, что существует два различных вида притяжения и отталкивания (магнитное и электрическое): одинаковые отталкиваются, а противоположные притягиваются. Затем прошло еще 2000 лет перед тем, как ученые впервые обнаружили, что эти два совершенно разных явления природы были неразрывно связаны между собой.
Антенны. Как работают антенны простыми словами. ч 4 — волновой канал (яги).
В начале девятнадцатого века Ханс Кристиан Эрстед помести провод перпендикулярно стрелке компаса и ничего не увидел. Но когда он повернул провод параллельно стрелке компаса и пропустил через него ток, стрелка отклонилась в одном направлении. Когда он пропустил ток через провод в противоположном направлении, стрелка компаса также отклонилась в противоположном направлении.
Этот провод был первой передающей антенной, а компас был первым приемником. Ученые в то время просто не знали об этом.
Пока не очень элегантно, этот эксперимент дал подсказку о том, как работает вселенная – что заряды, двигающиеся через провод, создают магнитное поле, которое перпендекулярно проводу. (Ученые вскоре узнали, что это поле, окружающее проводник, имеет круглую форму, а не форму прямой, перпендикулярной проводнику.)
С помощью этой информации ученые смогли описать способы, с которыми электрические и магнитные поля взаимодействуют с электрическими зарядами, и сформировать основы понимания электромагнетизма.
Составные блоки
В нашей Вселенной действуют определенные правила. Люди обнаружили это тысячи лет назад, когда стали различать силу тяжести и способность одних объектов притягивать или отталкивать другие объекты. Затем люди обнаружили еще один набор правил притяжения и отталкивания, которые были полностью отделены от первого.
Антенны и дураки. Основы антенных устройств
Люди разделили объекты по категориям и с помощью экспериментов определили, что положительный и отрицательный являются противоположными проявлениями свойства под названием «заряд», как и северный и южный полюса являются противоположными проявлениями чего-то под названием магнетизм, как и левая и правая руки являются двумя типами рук.
Что-то происходило в проводе Эрстеда независимо от того, была ли под ним стрелка компаса или нет. Это приводит к идее о неосязаемых электромагнитных полях, которые пронизывают Вселенную – и самые плотные материи, и вакуум. Каждый из наших объектов, отнесенных к категориям (+/-/N/S), влияет на пространство вокруг него и подвергается влиянию, если изменяется окружающее его поле.
Наложение волн (принцип суперпозиции)
Волны переносят энергию из одного места в другое.
Оставаясь нетронутым в течение длительного периода времени, поверхность воды в бассейне будет казаться плоской и неподвижной. Если побеспокоить воду в одном месте, молекулы воды побеспокоят соседние молекулы воды, которые побеспокоят соседние молекулы воды и так далее, пока волнение не дойдет до края бассейна.
Молекулы, которые начали цепь событий, остаются на месте, близкому их начальному расположению, но волнение достигнет края бассейна за секунды. Волны передают энергию без переноса вещества.
Волны, как мы их описываем, это движение возмущения через среду. Одиночное начальное возмущение или миллион таких возмущений, к распространению возмущения приводит цепная реакция столкновений молекул в бассейне.
Когда две волны возмущают одну и ту же область пространства, их амплитуды будут складываться или вычитаться, создавая либо конструктивную, либо разрушающую интерференцию. Эта практика временного сложения или вычитания называется принципом суперпозиции.
После того, как волны интерферируют в определенном месте, они продолжают движение в том же направлении и с той же скоростью, с какими они начали движение, так долго, пока они остаются в той же среде. Скорость и направление могут измениться, когда волна войдет в новую среду. Звуковые волны проходят через воздух, водные волны проходят через жидкости – вещества, через которые проходят волны, называются «средой».
Электромагнитные волны могут проходить через такие среды, как воздух и вода, или через пустоту космоса – они не требуют среды для распространения энергии из одного места в другое.
Отражение волны
При переходе волн из одной среды в другую часть их энергии передается, часть энергии отражается, а часть энергии рассеивается в окружающую среду.
Свойства материалов этих двух сред определяют соотношения передачи к отражению и рассеиванию. А также свойства материалов определяют, будет ли волна инвертироваться при отражении.
Отражение и инверсия
Когда волны распространяются из одной среды в другую, часть падающей энергии отражается. В зависимости от свойств материалов сред волны могут инвертироваться при отражении.
Представьте себе длинную пружину, привязанную к столбу. Если вы слегка ударите пружину слева, возмущение распространится по всей длине пружины, пока оно не ударит столб; и в этот момент оно изменит направление и начнет распространяться назад к вам с другой стороны, справа. Это и есть инверсия.
Возьмите ту же самую пружину и привяжите ее к веревке, одетой петлей на столб. Если вы слегка ударите пружину слева, возмущение распространится по всей длине пружины, пока оно не ударит веревку; в этот момент оно изменит направление и начнет распространяться назад к вам с той же стороны, слева.
Понимание отражения колебаний пружины поможет нам понять, что происходит внутри антенны.
Вот четыре ситуации, которые помогут проиллюстрировать понятия отражения и инверсии.
Инвертируется или нет волна при отражении, это определяется свойствами сред по обе стороны границы раздела.
Если волна инвертируется при отражении, и мы хотим получить конструктивную интерференцию в веревке, у нас должна быть веревка длиной, равной половине длины волны, полной длине волны или полутора длин волны и так далее: (L = n <lambda over 2>) , где n – целое положительное число.
Антенный резонанс основан на тех же принципах отражения и интерференции: выбирайте длину провода так, чтобы отраженная энергия могла интерферировать конструктивно, создавая больший сигнал, а, не уменьшая его.
Стоячие волны
Когда две волны одинаковой длины распространяются в одной среде, но в противоположных направлениях (изображены синим и оранжевым цветами в примерах ниже), они могут взаимодействовать и образовывать стоячую волну (изображена зеленым цветом в примерах ниже). Стоячие волны называются так потому, что в то время, как синие волны движутся влево, а оранжевые волны движутся вправо, зеленые стоячие волны не обладают никаким видимым движением в какую-либо сторону.
Стоячая волна возникает только при определенных условиях в среде, которые определяются режимом отражения и длиной падающей волны.
Коэффициент стоячей волны (КСВ, SWR)
Стоячие волны максимальной амплитуды возникают при очень точной комбинации частоты (или длины волны) и длины антенны.
К сожалению, нецелесообразно и фактически невозможно иметь антенны, которые обладают точной длиной, необходимой для формирования идеальной стоячей волны в требуемом диапазоне частот. К счастью, в этом нет необходимости. Антенна с одной фиксированной длиной может работать в небольшом диапазоне частот с небольшим, приемлемым уровнем расстройки.
Длина антенны должна быть настроена для получения стоячей волны как можно более близкой к идеальной в центре рабочего диапазона частот.
Измерители КСВ (коэффициента стоячей волны) измеряют отношение передаваемой энергии к отраженной, и это отношение должно быть как можно ближе к 1:1.
Небольшие подстройки могут быть выполнены путем добавления в схему пассивных компонентов между оконечным каскадом усиления и антенной. Небольшие недостатки в настройке антенны могут вызвать появление разности потенциалов на конечном каскаде усиления, нагревание конечного участка передающей линии. Большой дисбаланс может вызвать подачу большой разности потенциалов обратно на схему передатчика, вызывая пробой диэлектрика, искрение и выход из строя оконечного усилителя.
Передача информации
Вероятно, наиболее известны два способа передачи информации: частотная модуляция (ЧМ, FM) и амплитудная модуляция (АМ, AM).
Частотная модуляция
При частотной модуляции информация передаются с помощью изменения частоты несущего колебания.
Амплитудная модуляция
При амплитудной модуляции частота несущего колебания остается постоянной. Информация передается с помощью изменения амплитуды несущей.
Дипольная антенна
Простая антенна, которая использует два одинаковых элемента, называется диполем. Самые короткие дипольные антенны работают с колебаниями, для которых длина антенны равна половине длины волны, и которые создают стоячие волны по всей длине антенны.
Изменяющиеся электрические поля вдоль длины антенны создают радиоволны, которые распространяются в направлениях от антенны.
Антенны позволяют передавать и получать информацию, воздействуя и подвергаясь воздействию электромагнитных полей, пронизывающих вселенную. В следующей статье мы рассмотрим различные типы антенн, и как они работают.
Источник: radioprog.ru
Теория радиоволн: антенны
Помимо свойств радиоволн, необходимо тщательно подбирать антенны, для достижения максимальных показателей при приеме/передаче сигнала.
Давайте ближе познакомимся с различными типами антенн и их предназначением.
Антенны — преобразуют энергию высокочастотного колебания от передатчика в электромагнитную волну, способную распространяться в пространстве. Или в случае приема, производит обратное преобразование — электромагнитную волну, в ВЧ колебания.
Диаграмма направленности — графическое представление коэффициента усиления антенны, в зависимости от ориентации антенны в пространстве.
Антенны
Симметричный вибратор
В простейшем случае состоит из двух токопроводящих отрезков, каждый из которых равен 1/4 длины волны.
Широко применяется для приема телевизионных передач, как самостоятельно, так и в составе комбинированных антенн.
Так, к примеру, если диапазон метровых волн телепередач проходит через отметку 200 МГц, то длина волны будет равна 1,5 м.
Каждый отрезок симметричного вибратора будет равен 0,375 метра.
Диаграмма направленности симметричного вибратора
В идеальных условиях, диаграмма направленности горизонтальной плоскости, представляет собой вытянутую восьмерку, расположенную перпендикулярно антенне. В вертикальной плоскости, диаграмма представляет собой окружность.
В реальных условиях, на горизонтальной диаграмме присутствуют четыре небольших лепестка, расположенных под углом 90 градусов друг к другу.
Из диаграммы можем сделать вывод о том, как располагать антенну, для достижения максимального усиления.
В случае не правильно подобранной длины вибратора, диаграмма направленности примет следующий вид:
Основное применение, в диапазонах коротких, метровых и дециметровых волн.
Несимметричный вибратор
Или попросту штыревая антенна, представляет из себя «половину» симметричного вибратора, установленного вертикально.
В качестве длины вибратора, применяют 1, 1/2 или 1/4 длины волны.
Диаграмма направленности следующая:
Представляет собой рассеченную вдоль «восьмерку». За счет того, что вторая половина «восьмерки» поглощается землей, коэффициент направленного действия у несимметричного вибратора в два раза больше, чем у симметричного, за счет того, что вся мощность излучается в более узком направлении.
Основное применение, в диапазонах ДВ, КВ, СВ, активно устанавливаются в качестве антенн на транспорте.
Наклонная V-образная
Конструкция не жесткая, собирается путем растягивания токопроводящих элемементов на кольях.
Имеет смещение диаграммы направленности в стороны противоположную острию буквы V
Применяется для связи в КВ диапазоне. Является штатной антенной военных радиостанций.
Антенна бегущей волны
Также имеет название — антенна наклонный луч.
Представляет из себя наклонную растяжку, длина которой в несколько раз больше длины волны. Высота подвеса антенны от 1 до 5 метров, в зависимости от диапазона работы.
Диаграмма направленности имеет ярко выраженный направленный лепесток, что говорит о хорошем усилении антенны.
Широко применяется в военных радиостанциях в КВ диапазоне.
В развернутом и свернутом состоянии выглядит так:
Антенна волновой канал
Здесь: 1 — фидер, 2 — рефлектор, 3 — директоры, 4 — активный вибратор.
Антенна с параллельными вибраторами и директорами, близкими к 0,5 длины волны, расположенными вдоль линии максимального излучения. Вибратор — активный, к нему подводятся ВЧ колебания, в директорах, наводятся ВЧ токи за счет поглощения ЭМ волны. Расстояние между рифлектором и директорами подпирается таким образом, чтобы при совпадении фаз ВЧ токов образовывался эффект бегущей волны.
За счет такой конструкции, антенна имеет явную направленность:
Рамочная антенна
Применяется для приема ТВ программ дециметрового диапазона.
Как разновидность — рамочная антенна с рефлектором:
Логопериодическая антенна
Свойства усиления большинства антенн сильно меняются в зависимости от длины волны. Одной из антенн, с постоянной диаграммой направленности на разных частотах, является ЛПА.
Отношение максимальной к минимальной длине волн для таких антенн превышает 10 — это довольно высокий коэффициент.
Такой эффект достигается применением разных по длине вибраторов, закрепленных на параллельных несущих.
Диаграмма направленности следующая:
Активно применяется в сотовой связи при строительстве репитеров, используя способность антенн, принимать сигналы сразу в нескольких частотных диапазонах: 900, 1800 и 2100 МГц.
Поляризация
Поляризация — это направленность вектора электрической составляющей электромагнитной волны в пространстве.
Различают: вертикальную, горизонтальную и круговую поляризацию.
Поляризация зависит от типа антенны и ее расположения.
К примеру, вертикально расположенный несимметричный вибратор, дает вертикальную поляризацию, а горизонтально расположенный — горизонтальную.
Антенны горизонтальной поляризации дают больший эффект, т.к. природные и индустриальные помехи, имеют в основном вертикальную поляризацию.
Горизонтально поляризованные волны, отражаются от препятствий менее интенсивно, чем вертикально.
При распространении вертикально поляризованных волн, земная поверхность поглощает на 25% меньше их энергии.
При прохождении ионосферы, происходит вращение плоскости поляризации, как следствие, на приемной стороне не совпадает вектор поляризации и КПД приемной части падает. Для решения проблемы, применяют круговую поляризацию.
Все эти факторы факторы следует учитывать при расчете радиолиний с максимальной эффективностью.
PS:
Данная статья обрисовывает лишь небольшую часть антенн и не претендует на замену учебнику антенно-фидерных устройств.
Источник: habr.com
Что такое эфирная антенна для приятного просмотра телевидения
От качества и типа эфирной антенны, правильности ее монтажа зависит, насколько уверенно телевизор будет принимать телевизионный сигнал. Поэтому при выборе антенны стоит учитывать, что существует несколько разновидностей этого устройства.
Статьи по теме:
- Что такое эфирная антенна для приятного просмотра телевидения
- Как выбрать тв-антенну
- Как сделать домашнюю тв-антенну
Несмотря на то, что количество каналов, принимаемых эфирными антеннами, ограничено, популярность этих конструкций находится на высоком уровне. Это связано с тем, что устройства сочетают в себе такие привлекательные качества, как невысокая стоимость, отсутствие абонентской платы за пользование, простота монтажа.
Конструкция, принцип действия эфирной антенны
Для нормального приема телеканалов на антенном входе телевизора должно быть напряжение в пределах 320-500 мкВ. Чтобы этого достичь, антенна должна иметь определенную конструкцию. В основе каждой эфирной антенны лежит главный элемент – полуволновый вибратор, который может быть петлевым, линейным разрезным и линейным неразрезным.
Вне зависимости от конструкции вибратор имеет диаграмму направленности в виде восьмерки, расположенной в плоскости антенны, поэтому наивысший уровень сигнала находится по направлению к главному лепестку эфирной антенны. Еще один элемент антенны – чаще всего это стержень, расположенный перед полуволновым вибратором. Сзади него располагается рефлектор, — чаще всего тоже стержень, но больших размеров. Также на общей штанге закрепляется несколько пассивных вибраторов. Материалом изготовления антенны обычно служит алюминий или антикоррозийные сплавы.
Типы антенн
Самый простой вариант – рамочные антенны. Это устройства, не требующие каких-либо настроек. Иногда, для повышения коэффициента усиления антенну делают в виде нескольких рамок, соединенных между собой. Не менее распространена конструкция типа «диполь», который может быть волновым, полуволновым или четвертьволновым.
Здесь длина вибраторов соответствует длине волны или составляет от нее ½, ¼. Более сложны по устройству решетчатые (или синфазные) устройства, которые представляют собой систему, состоящую из нескольких малых антенн. Конструкция представляет собой несколько решеток, расположенных на одном стержне. К таким устройствам относятся и «польские» антенны, популярность которых обусловлена возможностью принимать самые слабые сигналы благодаря наличию встроенного усилителя.
Несколько «особняком» стоят логопериодические антенны, относящиеся к категории широкополосных спутниковых устройств. Эти устройства способны принимать сигналы сразу по нескольким каналам в широком диапазоне частот: за низкие частоты «отвечает» наибольший вибратор, за высокие – наименьший. Еще один тип антенны, типа «бегущая волна», отличается высоким уровнем направленности, т.к. волна входящего сигнала проходит вдоль геометрической оси. Это устройство считается идеальным для принятия спутникового интернета.
Совет полезен?
Статьи по теме:
- Что нужно для приёма цифрового эфирного телевидения
- Как выбрать телеантенну
- Как подобрать телевизионную антенну
Добавить комментарий к статье
Похожие советы
- Как выбрать уличную антенну
- Как выбрать комнатную антенну
- Комнатные антенны для телевизоров: особенности, виды
- Как сделать тв антенну
- Как сделать комнатную антенну для ТВ
- Как выбрать спутниковое оборудование
- Как выбрать антенну для дачи
- Как сделать антену тв
- Как выбрать антенну
- Какая из спутниковых антенн лучше
- Как сделать антенну для телевизора
- Как сделать ТВ-антенну из подручных средств
- Как сделать телевизионную антену
- Как сделать комнатную антену
- Как сделать дециметровую антенну
- Как собрать ТВ-антенну
- Как улучшить телевизионный сигнал
- Как собрать антенну для телевизора
- Какие волны улавливает телевизор
- Как собрать антенну
- Как улучшить ТВ-сигнал
- Как улучшить телевизионную антенну
- Цифровая антенна для DVB-T2 своими руками
- Как подключить цифровое телевидение к телевизору
Источник: www.kakprosto.ru