 | Эта статья включает в себя список литературы , связанной литературы или внешних ссылок , но ее источники остаются неясными, поскольку в ней отсутствуют встроенные цитаты . ( Июль 2018 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
| Часть серии по |
| Антенны |
|---|
 |
Радиоприемник передатчик или приемник подключен к антенне , которая излучает или принимает радиоволну . Система антенного питания или антенного питания представляет собой кабель или провод и другое связанное с ним оборудование, которое соединяет передатчик или приемник с антенной и обеспечивает совместимость двух устройств. [1] [2] В радиопередатчик, передатчик генерирует переменный ток с радиочастотой, а система питания подает ток на антенну, которая преобразует мощность тока в радиоволны. В радиоприемнике входящие радиоволны возбуждают крошечные переменные токи в антенне, и система питания подает этот ток на приемник, который обрабатывает сигнал.
Для эффективной передачи радиочастотного тока фидер, соединяющий передатчик или приемник с антенной, должен быть кабелем особого типа, называемым линией передачи . На микроволновых частотах часто используется волновод , представляющий собой полую металлическую трубу, по которой проходят радиоволны. В параболической (тарельчатой) антенне источник питания обычно также включает в себя питающую антенну ( рупорную антенну ), которая излучает или принимает радиоволны. В частности, в передатчиках система питания является критическим компонентом, импеданс которого соответствуетантенну, фидер и передатчик. Для этого система питания может также включать в себя схемы, называемые блоками настройки антенны или согласующие цепи между антенной и линией питания, а также линией питания и передатчиком. [3] На антенне точка питания - это точка на ведомом элементе антенны, к которой подключается фидер.
Компоненты [ править ]
В передатчике антенной фидером считаются все компоненты между конечным усилителем передатчика и фидерной антенной. [3] В приемнике это все компоненты между антенной и входными клеммами приемника. В некоторых случаях, таких как параболические антенны, также определяется входная антенна или рупорный рупор .
В некотором радио антенна присоединена непосредственно к передатчику или приемнику, например , как штыревые антенны установлена на рацию и портативных FM - радио , рукав дипольных антенн из беспроводных маршрутизаторов , и PIFA антенн внутри мобильных телефонов. В этом случае система питания просто состоит из схемы согласования импеданса (при необходимости) между антенной и передатчиком или приемником, которая согласовывает импеданс антенны с радиоприемником. [3]
В других случаях антенна расположена отдельно от передатчика или приемника, например, широковещательные телевизионных антенн и спутниковых антенн , установленных на крышах жилых домов, то секторная антенна на вышках сотовой связи в сотовых базовые станциях , вращающиеся радиолокационных антенн в аэропортах, и антенна башни радио- и телестанций . [3] В этом случае антенна подключается к передатчику или приемнику кабелем, который называется фидерной линией . Для эффективного проведения радиочастотного (РЧ) тока линия питания сделана из специального кабеля, называемоголиния передачи . Преимущество линии передачи состоит в том, что она имеет однородный характеристический импеданс, чтобы избежать резких скачков импеданса, которые вызывают отражение радиоэнергии обратно по линии. Основными типами линий передачи являются параллельная проводная линия ( Twin lead ), коаксиальный кабель и волновод для микроволн .
Согласование импеданса [ править ]
В частности, для передающей антенны питание антенны является критическим компонентом, который необходимо настроить для совместимости с антенной и передатчиком. [3] Выходные клеммы передатчика, линия передачи и антенна имеют определенный характеристический импеданс , который представляет собой отношение напряжения к току на клеммах устройства. Для передачи максимальной мощности между передатчиком и антенной передатчик и фидер должны быть согласованы с антенной по сопротивлению . [1] Это означает, что передатчик и антенна должны иметь одинаковое сопротивление и равное, но противоположное реактивное сопротивление.. Фидерная линия также должна быть согласована по сопротивлению с передатчиком. [4] Если это условие выполнено, антенна будет поглощать всю мощность, подаваемую по фидерной линии. Если импедансы на обоих концах линии не совпадают, это вызовет состояние, называемое « стоячими волнами » (высокий КСВН ) на фидерной линии, при котором некоторая часть РЧ-мощности не излучается антенной, а отражается обратно в направлении передатчик, тратя энергию и, возможно, перегревая передатчик. Большинство передатчиков имеют стандартное выходное сопротивление 50 Ом , предназначенное для питания коаксиального кабеля 50 Ом.
Передатчик согласовывается с фидерной линией с помощью устройства, называемого антенным тюнером , блоком настройки антенны или согласующей сетью , которая может быть схемой в передатчике или отдельным элементом оборудования, подключенным между передатчиком и фидерной линией. [3] [1] Между антенной и фидерной линией может быть другая согласующая сеть, чтобы соответствовать фидерной линии к антенне. [4] В бытовых беспроводных устройствах, которые работают на фиксированных частотах, согласующая сеть не регулируется и заключена в корпус устройства. В больших передатчиках, таких как радиовещательные станциии передатчики, которые могут работать на разных частотах, например, коротковолновые станции, антенный тюнер можно регулировать. Изменения частоты передатчика или настройки выходного каскада передатчика или антенны обычно изменяют импеданс, поэтому после выполнения любой работы с передатчиком или антенной необходимо проверить КСВ и отрегулировать согласующую сеть. Для настройки согласующей сети степень рассогласования между фидерной линией и антенной измеряется прибором, называемым КСВ-метр (измеритель коэффициента стоячей волны), который измеряет коэффициент стоячей волны.(КСВ) на линии: отношение соседних максимального и минимального напряжения или тока на линии. Соотношение 1: 1 указывает на соответствие импеданса, что означает, что нагрузка полностью резистивная, поэтому вся мощность поглощается и никакая не отражается. Более высокое соотношение указывает на рассогласование и отраженную мощность. Схема согласования регулируется до тех пор, пока КСВ не станет ниже допустимого предела.
Поскольку в передатчике с согласованным импедансом сопротивление источника передатчика равно сопротивлению нагрузки антенны, и оба соединены последовательно в фиде и потребляют одинаковую мощность, максимальная мощность, которая может быть передана на антенну, составляет 50% от выходной мощности передатчика. ; остальные 50% рассеиваются в виде тепла в сопротивлении выходного каскада преобразователя.
В радиоприемниках несовпадение импеданса с антенной вызывает аналогичное уменьшение энергии сигнала от антенны, достигающей приемника. Однако на более низких частотах ниже 40 МГц это не проблема, потому что минимальный уровень теплового шума в приемниках намного ниже атмосферного шума , поэтому слабый сигнал от антенны можно просто усилить в приемнике, чтобы компенсировать потери мощности из-за любого рассогласования. не загрязняя его шумом.
Сбалансированные и несбалансированные каналы [ править ]
Линии передачи и присоединенные к ним компоненты могут быть классифицированы как сбалансированные, в которых обе стороны линии имеют одинаковый импеданс относительно земли, например, дипольные антенны и параллельные проводные линии , или несимметричные, в которых одна сторона линии подключена к земле. , например монопольные антенны и коаксиальный кабель . [5] Для подключения симметричных и несимметричных компонентов используется двухпортовое устройство, называемое балуном . Балун - это согласующая сеть, обычно трансформатор , который соединяет сбалансированные и несимметричные компоненты линии передачи. Например, для питания дипольной антенны отнесимметричный фидер, такой как коаксиальный кабель, подключен к антенне через симметрирующий кабель . Без балуна на внешней стороне экрана коаксиального кабеля будут возникать токи, в результате чего экран будет действовать как антенна.
Другие компоненты фида [ править ]
Более сложные каналы могут иметь другие компоненты, помимо линии подачи и соответствующих сетей:
Приемная антенна с длинным фидером может иметь усилитель на антенне, называемый малошумящим усилителем (LNA), который увеличивает мощность слабых радиосигналов для компенсации затухания в фиде.
На микроволновых частотах обычные типы линий передачи имеют чрезмерные потери мощности, поэтому для низких потерь микроволны должны переноситься по волноводу - полой металлической трубе, по которой проходят радиоволны. Из-за высокой стоимости и требований к техническому обслуживанию избегают использования длинных волноводов, а параболические антенны, используемые на микроволновых частотах, часто имеют ВЧ передний конец приемника или части передатчика, расположенные на антенне. К примеру , в спутниковых антенн рупорный облучатель на блюдо , которое собирает микроволны присоединен к цепи называется блок с низким уровнем шума понижающий преобразователь (LNB или LNC), который преобразует высокую частоту микроволновой к более низкомупромежуточной частоты , поэтому его можно провести в здание по более дешевому коаксиальному кабелю.
Антенны радара и спутниковой связи могут обрабатывать радиоволны различных частот и поляризаций и могут использоваться как передающая, так и как принимающая антенны, поэтому система подачи передает радиосигналы, распространяющиеся в обоих направлениях. Поэтому эти антенны часто имеют более сложные каналы, которые включают в себя специализированные компоненты, такие как
- направленные ответвители , которые объединяют радиоволны, движущиеся в одном направлении, но не в другом, для отделения принятого сигнала от переданного.
- поляризаторы, пропускающие радиоволны одной поляризации
- орторежимные преобразователи, которые объединяют или разделяют радиосигналы различной поляризации
- диплексеры, которые объединяют или разделяют две разные частоты
- фазовращатели , которые изменяют фазу радиоволн
- волноводные переключатели
- волноводные поворотные соединения
Антенная решетка или антенная решетка состоит из множества антенн , которые соединены с одним передатчиком или приемником , которые работают вместе , чтобы излучать или принимать радиоволны. Системы питания антенных решеток по понятным причинам сложнее одиночных антенн. Сеть питания должна равномерно распределять мощность передатчика между антеннами. Для излучения плоской волны на отдельные антенны (элементы) передающей решетки должен подаваться ток с определенным соотношением фаз . Точно так же с приемными решетками может потребоваться сдвиг по фазе токов от каждого элемента, чтобы они объединялись по фазе в приемнике. Для этого может потребоваться фазовращающая схема на каждом элементе. В фазированной решетке антенны, тип антенной решетки, в которой луч может быть направлен электронным образом в разные стороны, каждый антенный элемент получает ток через программируемый фазовращатель, который управляется компьютером.
См. Также [ править ]
- Коэффициент стоячей волны
- Антенный тюнер
Ссылки [ править ]
- ^ a b c Су, Дунлинь; Се, Шуго; Дай, Фэй (2019). Теория и методы количественного проектирования электромагнитной совместимости на уровне системы . Springer. С. 54–55. ISBN 9789811336904.
- ^ Басу, Дипак (2018). Словарь чистой и прикладной физики . CRC Press. п. 28. ISBN 9781420050226.
- ^ Б с д е е Стро, Р. Дина (2000). Книга антенн ARRL, 19-е изд . Американская радиорелейная лига. С. 25.1–25.8. ISBN 9780872598041.
- ^ a b Стро, Р. Дин (2000). Книга антенн ARRL, 19-е изд . Американская радиорелейная лига. С. 26.1–26.8. ISBN 9780872598041.
- ^ Стро, Р. Дин (2000). Книга антенн ARRL, 19-е изд . Американская радиорелейная лига. п. 18.6. ISBN 9780872598041.
