Jak vlastně antény fungují?

2021-9-16 www.whwireless.com

Odhadem 8 minut na dokončení čtení

Antény jsou široce používány v telekomunikacích, například v radiových komunikacích, rozhlase a televizi.

Antény zachycují elektromagnetické vlny a převádějí je na elektrické signály nebo zachycují elektrické signály a vyzařují je jako elektromagnetické vlny.

V tomto článku se podívejme na vědu, která je za tím antény.

Pokud máme elektrický signál, jak jej převedeme na elektromagnetickou vlnu?

Pravděpodobně máte na mysli jednoduchou odpověď: použít uzavřený vodič, který pomocí principu elektromagnetické indukce bude schopen generovat kolísavé magnetické pole a elektrické pole kolem něj.

Toto kolísavé pole kolem zdroje je však při přenosu signálu k ničemu.

Zde se elektromagnetické pole nešíří, pouze kolísá.

V anténě musí být elektromagnetické vlny kolem zdroje odděleny od zdroje a měly by se šířit.

Než se podíváme na to, jak vyrobit anténu, pojďme pochopit fyziku antény.

Vlnová separace zvažuje umístění kladného a záporného náboje. Tato dvojice nábojů uspořádaných velmi blízko sebe se nazývá dipól a očividně vytvářejí elektrické pole, jak ukazuje diagram.

Za předpokladu, že tyto náboje jsou, jak je ukázáno, oscilující ve středu jejich dráhy, rychlost dosáhne maxima a na konci jejich dráhy bude rychlost nulová a vzhledem ke změně rychlosti budou nabité částice zažívat postupně zrychlení a zpomalení.

Nyní je úkolem zjistit, jak přimět elektromagnetické pole, aby se měnilo díky tomuto pohybu.

Zaměřme se pouze na jednu linii elektrického pole, která se rozpíná a deformuje před vlnou, která se tvoří v čase nula, po časovém období jedné osminy.

Jak ukazuje diagram.

Možná vás překvapí, že v tomto místě očekáváte zobrazení jednoduchého elektrického pole, jak je znázorněno níže.

Proč se elektrické pole rozpíná a vytváří elektrické pole, jako je toto?

Důvodem je, že zrychlující nebo zpomalující náboje vytvářejí určitý paměťový efekt elektrického pole a staré elektrické pole se snadno nepřizpůsobuje novému elektrickému poli. Chvíli nám bude trvat, než porozumíme tomuto elektrickému poli s paměťovým efektem nebo zrychlujícím nebo zpomalovacím nábojům vytvářeným smyčkou.

Tomuto zajímavému tématu se budeme podrobněji věnovat v jiném článku.

Pokud budeme v analýze pokračovat stejným způsobem, můžeme vidět, že za čtvrtletí se front vlny setká v bodě, kde.

Poté se fronty vln oddělí a šíří.

Všimněte si, že toto měnící se elektrické pole automaticky generuje magnetické pole kolmé na jeho změnu.

Pokud vykreslíte změnu síly elektrického pole se vzdáleností, můžete vidět, že šíření vln je vnitřně sinusové.

Je zajímavé poznamenat, že výsledná vlnová délka šíření je přesně dvojnásobkem délky dipól.

Přesně to potřebujeme v anténě; zkrátka, pokud dokážeme uspořádat oscilující kladné a záporné náboje, můžeme vyrobit anténu.

V praxi je tento oscilační náboj snadno produkován odebráním vodivé tyče ohnuté ve středu a aplikováním napěťového signálu do středu, za předpokladu, že se jedná o časově proměnný signál, zvažte situaci, kdy v okamžiku 0 v důsledku napětí se elektron odstěhuje na pravé straně dipólu a budou se hromadit na levé straně.

To znamená, že druhý konec ztraceného elektronu bude automaticky kladně nabit.

Toto uspořádání produkuje stejný účinek jako předchozí případ dipólového náboje, tj. Na konci vodiče je kladný a záporný náboj a jak se napětí mění s časem, kladné a záporné náboje se pohybují tam a zpět, čímž dochází k šíření vln.

Nyní jsme viděli, jak anténa funguje jako vysílač, frekvence přenášeného signálu bude stejná jako frekvence aplikovaného napěťového signálu:

Protože se šíření šíří rychlostí světla, můžeme snadno vypočítat vlnovou délku šíření při.

Pro dokonalé přenos , délka antény by měla být polovina vlnové délky. Provoz antény je reverzibilní a může fungovat jako přijímač.

Pokud do něj šířící se elektromagnetické pole zasáhne, použijeme znovu stejnou anténu a v tom místě použijeme elektrické pole, elektrony se budou hromadit na jednom konci tyče, to je stejné jako elektrický dipól, když použité elektrické pole změní kladné a záporné náboje akumulující se na druhém konci, akumulace měnícího se náboje znamená, že ve středu antény je generován měnící se napěťový signál.

Tento napěťový signál je výstupem anténa když pracuje jako přijímač a frekvence výstupního napěťového signálu je stejná jako frekvence přijímané a.m. vlny.

Ze struktury elektrického pole je zřejmé, že anténa by měla být o polovinu menší než vlnová délka, aby bylo dosaženo požadovaného příjmu.

V celé této diskusi jsme viděli, že anténa je otevřený obvod, nyní se podívejme na některé skutečné antény a na to, jak fungují.

V minulosti televizní příjem používal jako přijímač dipólu dipólovou přijímací anténu s barevným pruhem anténa „Tato anténa také potřebovala reflektor a vedení pro shromažďování signálu na dipólu, tato kompletní struktura byla známá jako anténa Yagi-Uda.

The dipólová anténa převádí přijatý signál na elektrický signál a tyto elektrické signály jsou přenášeny do televizní jednotky koaxiálním kabelem.

Dnes jsme přešli na anténu Dish TV, která se skládá ze dvou hlavních komponent, parabolického reflektoru a down-konvertoru bloku s nízkým šumem.

Paraboloid přijímá elektromagnetické signály ze satelitu a zaostřuje je na lnbf, který má zvláštní tvar a byl speciálně a přesně navržen.

Lnbf se skládá z feedhornu, vlnovodu, PCB a sondy.

Na níže uvedeném diagramu vidíte, jak je příchozí signál zaostřen na sondu skrz feedhorn a vlnovod

Jak jsme viděli v případě jednoduchého dipólu, je indukováno napětí a takto generovaný napěťový signál je přiveden na PCB pro zpracování signálu.

Signál je například filtrován z vysokých na nízké frekvence a po zpracování zesílen a tento elektrický signál je přenášen do televizní jednotky pomocí koaxiálního kabelu.

Pokud zapnete Lnb, pravděpodobně najdete dvě sondy místo jedné, druhá sonda je kolmá na první, což znamená, že dostupné spektrum lze použít dvakrát odesláním horizontální nebo vertikální polarizace.

Jedna sonda detekuje horizontálně polarizovaný signál a druhá detekuje vertikálně polarizovaný signál.

Sluchátko, které držíte v ruce, používá úplně jiný typ antény nazývaný patch anténa. Patchová anténa se skládá z kovové záplaty nebo pásu umístěného na zemní rovině s kouskem dielektrického materiálu uprostřed, zde je kovová záplata použita jako vyzařující prvek a délka kovové záplaty by měla být polovina vlnové délky příslušné vysílat a přijímat.

Upozorňujeme, že popis patchových antén, který zde ilustrujeme, je velmi základní.

www.whwireless.com