Антенна – электр тізбегі мен кеңістік арасындағы интерфейс қызметін атқаратын құрылғы, өзінің өлшемі мен пішініне сәйкес белгілі бір жиілік диапазонында электромагниттік толқындарды қабылдауға және беруге арналған. Ол металдан, негізінен мыс немесе алюминийден жасалған, таратушы антенналар электр тогын электромагниттік сәулеленуге және керісінше түрлендіре алады. Әрбір сымсыз құрылғыда кемінде бір антенна бар.
Сымсыз желі радиотолқындары
Сымсыз байланыс қажет болғанда, антенна қажет. Оның сымды жүйені орнату мүмкін емес жерде байланысу үшін электромагниттік толқындарды жіберу немесе қабылдау мүмкіндігі бар.
Антенна осы сымсыз технологияның негізгі элементі болып табылады. Радиотолқындар ғимараттар арқылы өту және ұзақ қашықтыққа жүру қабілетіне байланысты оңай жасалады және ішкі және сыртқы байланыстар үшін кеңінен қолданылады.
Тарату антенналарының негізгі мүмкіндіктері:
- Радио тарату жан-жақты болғандықтан, физикалық сәйкестік қажеттаратқыш пен қабылдағыш қажет.
- Радиотолқындардың жиілігі көптеген тасымалдау сипаттамаларын анықтайды.
- Төмен жиілікте толқындар кедергілерден оңай өте алады. Алайда олардың күші қашықтықтың кері квадратымен төмендейді.
- Жоғары жиілікті толқындардың жұтылуы ықтимал және кедергілерде шағылысады. Радиотолқындардың ұзақ таралу диапазонына байланысты таратулар арасындағы кедергі проблема болып табылады.
- VLF, LF және MF жолақтарында толқынның таралуы, жердегі толқындар деп те аталады, Жердің қисықтығы бойынша жүреді.
- Бұл толқындардың максималды өткізу диапазоны бірнеше жүз километрге тең.
- Таратушы антенналар амплитудалық модуляция (AM) таратылымдары сияқты өткізу қабілеті төмен таратулар үшін пайдаланылады.
- ЖЖ және VHF диапазонының берілістері Жер бетіне жақын атмосферамен жұтылады. Алайда радиацияның аспан толқыны деп аталатын бөлігі атмосфераның жоғарғы қабатында ионосфераға қарай сыртқа және жоғарыға таралады. Ионосферада Күн сәулесінің әсерінен пайда болған иондалған бөлшектер бар. Бұл иондалған бөлшектер аспан толқындарын Жерге қайтарады.
Толқынның таралуы
- Көру сызығының таралуы. Барлық тарату әдістерінің ішінде бұл ең кең таралған. Толқын жай көзбен көруге болатын ең аз қашықтықты өтеді. Әрі қарай, сигналды көбейту және оны қайтадан жіберу үшін күшейткіштің таратқышын пайдалану керек. Егер оның берілу жолында қандай да бір кедергі болса, мұндай таралу біркелкі болмайды. Бұл трансмиссия инфрақызыл немесе микротолқынды тарату үшін пайдаланылады.
- Таратушы антеннадан жердегі толқынның таралуы. Толқынның жерге таралуы Жер контуры бойынша жүреді. Мұндай толқынды тура толқын деп атайды. Толқын кейде Жердің магнит өрісінің әсерінен бүгіліп, қабылдағышқа түседі. Мұндай толқынды шағылысқан толқын деп атауға болады.
- Жер атмосферасы арқылы таралатын толқын жер толқыны деп аталады. Тура толқын мен шағылған толқын бірге қабылдау станциясында сигнал береді. Толқын қабылдағышқа жеткенде кідіріс тоқтайды. Бұған қоса, анық шығу үшін бұрмалану мен күшейтуді болдырмау үшін сигнал сүзіледі. Толқындар бір жерден және көптеген қабылдағыш антенналармен қабылданатын жерден беріледі.
Антеннаны өлшеу координат жүйесі
Тегіс үлгілерді қараған кезде пайдаланушы жазықтықтың азимуты мен өрнек жазықтығының биіктігінің көрсеткіштеріне тап болады. Азимут термині әдетте «горизонтқа» немесе «көлденеңге» қатысты кездеседі, ал «биіктік» термині әдетте «тікке» қатысты. Суретте xy жазықтығы азимут жазықтығы.
Азимуттық жазықтық үлгісі сыналатын трансивер антеннасының айналасында бүкіл xy жазықтығын жылжыту арқылы өлшеу жүргізілгенде өлшенеді. Биіктік жазықтық деп xy жазықтығына ортогональ жазықтықты айтады, мысалы, yz жазықтығы. Биіктік жоспары сыналатын антеннаның айналасында бүкіл yz жазықтығымен қозғалады.
Үлгілер (азимуттар мен биіктіктер) жиі полярлық кескіндер ретінде көрсетіледікоординаттар. Бұл пайдаланушыға антеннаның барлық бағытта қалай сәулеленетінін, ол әлдеқашан «көрсетілген» немесе орнатылған сияқты оңай елестету мүмкіндігін береді. Кейде декарттық координаттарда сәулелену үлгілерін салу пайдалы болады, әсіресе өрнектерде бірнеше бүйірлік бөліктер болған кезде және бүйір лоб деңгейлері маңызды болған кезде.
Негізгі байланыс сипаттамалары
Антенналар кез келген электр тізбегінің маңызды құрамдас бөліктері болып табылады, өйткені олар таратқыш пен бос кеңістік арасындағы немесе бос кеңістік пен қабылдағыш арасындағы өзара байланысты қамтамасыз етеді. Антенналардың түрлері туралы айтпас бұрын, олардың қасиеттерін білу керек.
Антенна массиві - бірге жұмыс істейтін антенналарды жүйелі түрде орналастыру. Жиымдағы жеке антенналар әдетте бір типті және жақын жерде, бір-бірінен белгіленген қашықтықта орналасқан. Массив бағытты арттыруға, радиацияның негізгі сәулелерін және бүйірлік сәулелерді басқаруға мүмкіндік береді.
Барлық антенналар пассивті күшейту болып табылады. Пассивті күшейту дБи-де өлшенеді, бұл теориялық изотропты антеннаға қатысты. Ол энергияны барлық бағытта бірдей таратады, бірақ табиғатта жоқ деп есептеледі. Керемет жарты толқынды диполь антеннасының күшейту коэффициенті 2,15 дБи.
EIRP немесе таратқыш антеннаның эквивалентті изотропты сәулелену қуаты теориялық изотропты антеннаның бағытта тарайтын максималды қуатының өлшемі болып табылады.максималды пайда. EIRP электр желілері мен қосқыштардан болатын шығындарды ескереді және нақты пайданы қамтиды. EIRP нақты қуат пен өріс күшін, егер таратқыштың нақты кірісі мен шығыс қуаты белгілі болса, есептеуге мүмкіндік береді.
Бағыттардағы антеннаның күшеюі
Ол берілген бағыттағы қуат күшінің сол бағыттағы эталондық антеннаның күшейту күшіне қатынасы ретінде анықталады. Антенна ретінде изотропты радиаторды пайдалану стандартты тәжірибе болып табылады. Бұл жағдайда изотропты эмитент шығынсыз болады, өз энергиясын барлық бағытта бірдей сәулелендіреді. Бұл изотропты радиатордың күшейту коэффициенті G=1 (немесе 0 дБ) екенін білдіреді. Изотропты радиаторға қатысты күшейту үшін dBi (изотропты радиаторға қатысты децибелдер) бірлігін пайдалану әдеттегідей.
ДБi-де көрсетілген пайда келесі формула арқылы есептеледі: GdBi=10Журнал (GNumeric / GISotropic)=10Log (GNumeric).
Кейде анықтама ретінде теориялық диполь пайдаланылады, сондықтан дипольге қатысты күшейтуді сипаттау үшін dBd (дипольге қатысты децибелдер) бірлігі пайдаланылады. Бұл блок әдетте көп бағыттағы антенналарды күшейту кезінде қолданылады. Бұл жағдайда олардың күшеюі 2,2 дБи жоғары болады. Сондықтан антеннаның күшейту күші 3 дБу болса, жалпы күшейту 5,2 дБ болады.
3 дБ сәуленің ені
Антеннаның бұл сәулелік ені (немесе жарты қуат сәулесінің ені) әдетте әрбір негізгі жазықтық үшін көрсетіледі. Әрбір жазықтықтағы 3 дБ сәуленің ені максималды күшейтуден 3 дБ-ге азайған негізгі лоб нүктелері арасындағы бұрыш ретінде анықталады. Сәулелік ені 3 дБ - полярлық аймақтағы екі көк сызық арасындағы бұрыш. Бұл мысалда бұл жазықтықтағы 3 дБ сәуленің ені шамамен 37 градус. Кең сәулелік антенналар әдетте аз өседі, ал тар сәулелік антенналар жоғарырақ болады.
Осылайша, энергиясының көп бөлігін тар сәулеге, кем дегенде бір жазықтықта бағыттайтын антеннаның пайдасы жоғары болады. Алдыңғы-артқа қатынасы (F/B) бағытталған антеннаның артқы жағынан сәулелену деңгейін сипаттауға тырысатын лайықтылық өлшемі ретінде пайдаланылады. Негізінде, алдыңғы-артқа қатынасы - алға бағыттағы шыңның күшеюінің шыңнан 180 градус артындағы өсімге қатынасы. Әрине, DB шкаласында алдыңғы-артқы ара қатынасы жай ғана алға шыңның өсуі мен шыңнан 180 градус артындағы күшейтудің арасындағы айырмашылық болып табылады.
Антенна классификациясы
Байланыс, радар, өлшеу, электромагниттік импульстік модельдеу (EMP), электромагниттік үйлесімділік (EMC) және т.б. сияқты әртүрлі қолданбаларға арналған антенналардың көптеген түрлері бар. Олардың кейбіреулері тар жиілік диапазонында жұмыс істеуге арналған, ал басқаларөтпелі импульстарды шығаруға/қабылдауға арналған. Таратушы антеннаның сипаттамалары:
- Антеннаның физикалық құрылымы.
- Жиілік жолақтары.
- Қолданба режимі.
Физикалық құрылымына сәйкес антенналардың келесі түрлері берілген:
- сым;
- диафрагма;
- рефлексиялық;
- антенна линзасы;
- микрожолақты антенналар;
- үлкен антенналар.
Жұмыс жиілігіне байланысты жіберуші антенналардың келесі түрлері берілген:
- Өте төмен жиілік (VLF).
- Төмен жиілік (LF).
- Орта жиілік (MF).
- Жоғары жиілік (ЖЖ).
- Өте жоғары жиілік (VHF).
- Ультра жоғары жиілік (UHF).
- Супер жоғары жиілік (SHF).
- Микротолқынды толқын.
- Радиотолқын.
Төмендегілер қолданбалы режимдерге сәйкес жіберу және қабылдау антенналары:
- Нүкте-нүкте байланысы.
- Тарату қолданбалары.
- Радар байланысы.
- Спутниктік байланыс.
Дизайн мүмкіндіктері
Таратушы антенналар кеңістікте таралатын радиожиілік сәулеленуін жасайды. Қабылдаушы антенналар кері процесті орындайды: олар радиожиілік сәулеленуді қабылдайды және оны дыбыс, теледидар таратқыш антенналардағы және ұялы телефондағы кескін сияқты қажетті сигналдарға түрлендіреді.
Антеннаның ең қарапайым түрі екі металл шыбықтардан тұрады және диполь ретінде белгілі. Ең көп таралған түрлерінің біріжер үсті ретінде қызмет ететін үлкен металл тақтаға тігінен орналастырылған өзекшеден тұратын монополды антенна. Көлік құралдарына монтаждау әдетте монополь болып табылады және көліктің металл төбесі жер ретінде қызмет етеді. Таратушы антеннаның дизайны, оның пішіні мен өлшемі жұмыс жиілігін және сәулеленудің басқа сипаттамаларын анықтайды.
Антеннаның маңызды атрибуттарының бірі оның бағыты болып табылады. Екі тіркелген нысан арасындағы байланыста, екі тіркелген тарату станциясы арасындағы байланыста немесе радиолокациялық қолданбаларда, жіберу энергиясын қабылдағышқа тікелей жіберу үшін антенна қажет. Керісінше, ұялы байланыстардағы сияқты таратқыш немесе қабылдағыш стационарлық болмаса, бағытсыз жүйе қажет. Мұндай жағдайларда көлденең жазықтықтың барлық бағыттары бойынша барлық жиіліктерді біркелкі қабылдайтын жан-жақты антенна қажет, ал тік жазықтықта радиация біркелкі емес және ЖЖ таратқыш антенна сияқты өте аз болады.
Тасымалдау және қабылдау көздері
Таратқыш радиожиілік сәулеленудің негізгі көзі болып табылады. Бұл түр қарқындылығы уақыт бойынша өзгеретін және оны кеңістікте таралатын радиожиілік сәулеленуге айналдыратын өткізгіштен тұрады. Қабылдаушы антенна – радиожиіліктерді (РЖ) қабылдауға арналған құрылғы. Ол таратқыш орындайтын кері жіберуді орындайды, РЖ сәулеленуін қабылдайды, оны антенна тізбегіндегі электр тогына түрлендіреді.
Телевизиялық және радиохабар станциялары ауа арқылы таралатын сигналдардың белгілі бір түрлерін жіберу үшін таратқыш антенналарды пайдаланады. Бұл сигналдар оларды сигналға түрлендіретін және теледидар, радио, ұялы телефон сияқты сәйкес құрылғы арқылы қабылданатын антенналар арқылы анықталады.
Радио және теледидар қабылдағыш антенналар тек радиожиілік сәулеленуді қабылдауға арналған және радиожиілік сәулеленуін жасамайды. Базалық станциялар, қайталағыштар және ұялы телефондар сияқты ұялы байланыс құрылғыларында радиожиілік энергиясын шығаратын және байланыс желісінің технологияларына сәйкес ұялы желілерге қызмет көрсететін арнайы жіберу және қабылдау антенналары бар.
Аналогтық және цифрлық антеннаның айырмашылығы:
- Аналогтық антеннаның айнымалы күшеюі бар және DVB-T үшін 50 км диапазонында жұмыс істейді. Пайдаланушы сигнал көзінен неғұрлым алыс болса, сигнал соғұрлым нашар болады.
- Сандық теледидарды қабылдау үшін - пайдаланушы жақсы суретті немесе мүлде кескінді алады. Егер ол сигнал көзінен алыс болса, ол ешқандай кескінді қабылдамайды.
- Таратушы сандық антеннада шуды азайту және сурет сапасын жақсарту үшін кіріктірілген сүзгілер бар.
- Аналогтық сигнал тікелей теледидарға жіберіледі, бұл кезде сандық сигналды алдымен декодтау керек. Ол қателерді, сондай-ақ Қосымша арналар, EPG, ақылы теледидар сияқты қосымша мүмкіндіктер үшін сигналды қысу сияқты деректерді түзетуге мүмкіндік береді.интерактивті ойындар, т.б.
Дипольді таратқыштар
Дипольды антенналар ең көп таралған көп бағытты түрі және радиожиілік (РЖ) энергиясын көлденеңінен 360 градусқа таратады. Бұл құрылғылар қолданылатын жиіліктің жарты немесе төрттен бір толқын ұзындығында резонансты болу үшін жасалған. Ол екі ұзындықтағы сым сияқты қарапайым болуы мүмкін немесе оны инкапсуляциялауға болады.
Диполь көптеген корпоративтік желілерде, шағын кеңселерде және үйде пайдалануда (SOHO) қолданылады. Максималды қуатты беру үшін таратқышпен сәйкестендіру үшін оның әдеттегі кедергісі бар. Антенна мен таратқыш сәйкес келмесе, тарату желісінде шағылыстар пайда болады, бұл сигналды нашарлатады немесе тіпті таратқышты зақымдайды.
Бағытталған фокус
Бағытталған антенналар таралатын қуатты тар сәулелерге бағыттайды, бұл процесте айтарлықтай пайда әкеледі. Оның қасиеттері де өзара. Таратушы антеннаның кедергі және күшейту сияқты сипаттамалары қабылдау антеннасына да қатысты. Сондықтан бір антеннаны сигналды жіберуге де, қабылдауға да пайдалануға болады. Жоғары бағытталған параболалық антеннаның күшейтуі әлсіз сигналды күшейту үшін қызмет етеді. Бұл олардың қалааралық байланыс үшін жиі қолданылатын себептерінің бірі.
Жиі қолданылатын бағыттаушы антенна - Yagi деп аталатын Яги-Уда массиві. Оны 1926 жылы Шинтаро Уда мен оның әріптесі Хидетсугу Яги ойлап тапқан. Яги антеннасы бірнеше элементтерді пайдаланадыбағытталған массив құру. Бір жетектелетін элемент, әдетте диполь, РЖ энергиясын таратады, жетекші элементтің тікелей алдындағы және артындағы элементтер РЖ энергиясын фазаның ішінде және сыртында қайта сәулелендіреді, сәйкесінше сигналды күшейтеді және баяулатады.
Бұл элементтер паразиттік элементтер деп аталады. Құлдың артындағы элемент рефлектор деп аталады, ал құлдың алдындағы элементтер директорлар деп аталады. Yagi антенналарының ені 30-дан 80 градусқа дейін ауытқиды және 10 дБи-ден астам пассивті күшейтуді қамтамасыз ете алады.
Параболалық антенна – бағытталған антеннаның ең таныс түрі. Парабола симметриялы қисық, ал параболалық рефлектор 360 градус айналу кезінде қисық сызықты сипаттайтын бет – ыдыс. Параболалық антенналар ғимараттар немесе үлкен географиялық аймақтар арасындағы ұзақ қашықтыққа байланыстар үшін пайдаланылады.
Жартылай бағытты секциялық радиаторлар
Жамау антеннасы жердің үстіне орнатылған жалпақ металл жолақты пайдаланатын жартылай бағытталған радиатор. Антеннаның артқы жағындағы радиация жер жазықтығымен тиімді түрде кесіліп, алға бағыттылықты арттырады. Антеннаның бұл түрі микрожолақты антенна ретінде де белгілі. Ол әдетте төртбұрышты және пластикалық қорапқа салынған. Антеннаның бұл түрін стандартты PCB әдістерімен жасауға болады.
Жамау антеннасының сәуленің ені 30-дан 180 градусқа дейін болуы мүмкін жәнеәдеттегі күшейту 9 дБ. Секциялық антенналар жартылай бағыттағы антенналардың тағы бір түрі болып табылады. Секторлық антенналар сектордың сәулелену үлгісін қамтамасыз етеді және әдетте массивте орнатылады. Секторлық антеннаға арналған сәуленің ені 60-тан 180 градусқа дейін болуы мүмкін, бұл 120 градусқа тән. Бөлінген массивте антенналар бір-біріне жақын орнатылып, 360 градусты толық қамтуды қамтамасыз етеді.
Яги-Уда антеннасын жасау
Соңғы онжылдықтарда Яги-Уда антеннасы әр үйде дерлік көрінді.
Антеннаның бағытын арттыру үшін көптеген директорлар бар екенін көруге болады. Фидер бүктелген диполь болып табылады. Рефлектор - құрылымның соңында орналасқан ұзын элемент. Бұл антеннаға келесі сипаттамалар қолданылуы керек.
| Элемент | Спецификация |
| Бақыланатын элемент ұзындығы | 0,458λ - 0,5λ |
| Рефлектор ұзындығы | 0, 55λ - 0,58λ |
| Директор ұзақтығы 1 | 0,45λ |
| Директор ұзындығы 2 | 0,40λ |
| Директор ұзақтығы 3 | 0,35λ |
| Директорлар арасындағы аралық | 0,2λ |
| Диполдар арасындағы қашықтыққа арналған рефлектор | 0,35λ |
| Диполдар мен директор арасындағы қашықтық | 0,125λ |
Төменде Яги-Уда антенналарының артықшылықтары:
- Жоғары табыс.
- Жоғары фокус.
- Оңай өңдеу және техникалық қызмет көрсету.
- Қуат азырақ жұмсалады.
- Кеңірек жиілік қамтуы.
Яги-Уда антенналарының кемшіліктері мыналар:
- Шуылға бейім.
- Атмосфералық әсерлерге бейім.
Егер жоғарыда көрсетілген сипаттамалар орындалса, Яги-Уда антеннасын жасауға болады. Антеннаның бағытталу үлгісі суретте көрсетілгендей өте тиімді. Кішкентай лобтар басылады және антеннаға режиссерлер қосу арқылы негізгі соққының бағыты артады.
