Турникет антенна или перекрещивающаяся дипольная антенна, [1] является радиоантенны , состоящие из набора двух идентичных дипольных антенн установлены под прямым углом друг к другу и подаются в фазовой квадратуре ; два тока, приложенные к диполям, не совпадают по фазе на 90 °. [2] [3] Название отражает представление о том, что антенна выглядит как турникет при установке в горизонтальном положении. Антенну можно использовать в двух возможных режимах. В нормальном режиме антенна излучает горизонтально поляризованные радиоволны перпендикулярно своей оси. В осевом режиме антенна излучает круговую поляризацию. излучение вдоль своей оси.
В качестве антенн телевизионного вещания используются специализированные антенны турникета нормального режима, называемые антеннами супертурнстиля или летучей мыши . Турникеты с осевым режимом широко используются для антенн наземных спутниковых станций в диапазонах ОВЧ и УВЧ , поскольку круговая поляризация часто используется для спутниковой связи, поскольку она не чувствительна к ориентации спутниковой антенны в пространстве.
История [ править ]
Антенна турникета была изобретена Джорджем Брауном в 1935 году [2] и описана в научных трудах в 1936 году. [4] История патентов показывает, насколько популярна антенна турникета на протяжении многих лет. [5]
Характеристики [ править ]
(в центре) турникет в нормальном режиме (нижняя антенна) на Эмпайр-стейт-билдинг в Нью-Йорке для телеканалов NBC. экспериментальная телевизионная станция W2XBS на 46,5 МГц в 1939 году. Сигарообразные элементы дали антенне более широкую полосу пропускания 30 МГц, необходимую для телевещания.
(справа) Специализированный тип антенны турникета нормального режима, используемой для телевещания, называемый антенной супертурникет или крыло летучей мыши.
Антенна может использоваться в двух разных режимах: нормальном режиме и осевом режиме . [ необходима цитата ]
Нормальный режим [ править ]
В направлениях, перпендикулярных своей оси, антенна излучает радиоволны с линейной поляризацией ( горизонтально поляризованные, когда ось антенны вертикальна). Это называется нормальным режимом . Диаграмма направленности , суперпозиция два дипольных моделей, близка к всенаправленному , но на самом деле «клеверной форме», с четырьмя небольших максимумами от концов элементов. Шаблон отклоняется от всенаправленного только на ± 5 процентов. [3] Излучение в этих горизонтальных направлениях часто увеличивается за счет вертикального штабелирования нескольких антенн турникета (так называемых «отсеков»), питаемых по фазе. Это увеличивает усиление за счет усиления излучения в желаемых горизонтальных направлениях, но вызывает частичное подавление излучения в вертикальных направлениях, уменьшая потери мощности, излучаемой в небо или вниз к Земле. Эти уложенные друг на друга антенны турникета нормального режима используются на частотах УКВ и УВЧ для ЧМ и телевизионного вещания.
Поскольку первые турникеты, изобретенные Брауном, работали в этом режиме, турникет нормального режима иногда называют антенной турникета Джорджа Брауна . [3]
Осевой режим [ править ]
На концах оси антенны, перпендикулярной плоскости элементов, антенна излучает радиоволны с круговой поляризацией (ЦП). Это называется осевым режимом . Излучение с одного конца имеет правую круговую поляризацию, а другой конец имеет левую круговую поляризацию. Какой конец производит какую поляризацию определяется фазой питающих соединений. Поскольку в направленной антенне требуется только один луч, в простой антенне с осевым режимом добавляется плоская проводящая поверхность, такая как металлический экранный отражатель, на четверть длины волны позади скрещенных элементов. [1] Волны в этом направлении отражаются назад на 180 °, и отражение меняет направление поляризации на противоположное, поэтому отраженные волны усиливают прямое излучение. [1] Например, если радиоволны, излучаемые вперед, имеют правую круговую поляризацию, волны, излучаемые назад, будут иметь левую круговую поляризацию. Плоский отражатель меняет направление поляризации на противоположное, поэтому отраженные волны имеют правильную круговую поляризацию. За счет размещения отражателя λ / 4 за элементами прямая и отраженная волны синфазны и складываются. Добавление отражателя увеличивает осевое излучение в 2 раза (3 дБ).
Другой распространенный способ увеличения излучения осевой моды - замена каждого диполя решеткой Яги .
В антенне с круговой поляризацией важно, чтобы направление поляризации передающей и приемной антенн было одинаковым, поскольку антенна с правой круговой поляризацией будет испытывать серьезную потерю усиления при приеме радиоволн с левой круговой поляризацией и наоборот. наоборот.
Антенны турникета с осевым режимом часто используются для спутниковых и ракетных антенн [6], поскольку в спутниковой связи используется круговая поляризация . [ необходима цитата ] Это связано с тем, что с волнами с круговой поляризацией относительная ориентация антенных элементов не влияет на усиление.
Питание антенны [ править ]
Чтобы антенна работала, на два диполя должны подаваться токи одинаковой величины в фазовой квадратуре , то есть фазы синусоидальных волн должны быть разнесены на 90 °. [3] Это делается с помощью фидерных технологий или путем добавления реактивного сопротивления последовательно с диполями. [3]
Квадратурный канал [ править ]
Популярным методом питания двух диполей в антенне турникета является разделение РЧ-сигнала от линии передачи на два равных сигнала с помощью двухстороннего разветвителя с последующей задержкой одного на 90 градусов дополнительной электрической длины. Каждая фаза подается на один из диполей. [3]
Измененные размеры диполя [ править ]
Изменяя длину и форму диполей, объединенный оконечный импеданс, подаваемый на одну точку питания, может достигать чистого сопротивления и давать квадратурные токи в каждом диполе. [3] [6] Этот метод изменения физических размеров антенного элемента для получения квадратурных токов известен как турникетное питание . [1]
Приложения [ править ]
Составные массивы [ править ]
В оригинальном патенте Брауна описывалось расположение нескольких антенн турникета вертикально, чтобы получить горизонтально поляризованную всенаправленную антенну с высоким коэффициентом усиления для радиовещания. [3] [2] Они использовались для некоторых из первых антенн FM-вещания в 1930-х годах. Однако в большинстве современных антенн FM-вещания используется круговая поляризация, поэтому мощность сигнала не зависит от ориентации антенны приемника.
Крыло летучей мыши или супертурстиль [ править ]
Более позднее нововведение включало изменение формы дипольных элементов, от простых стержней до более широких форм, чтобы увеличить полосу пропускания антенны. [7] В антеннах ранних телевизионных трансляций использовались элементы в форме сигары, как показано на изображении антенны RCA Empire State Building 1939 года выше. Распространенной формой сегодня является антенна типа « крыло летучей мыши» или супертурнстиль , используемая для телевизионного вещания в диапазонах ОВЧ или УВЧ [8]. Форма крыла летучей мыши каждого элемента создает антенну с широкой полосой сопротивления. [1] До восьми антенн типа «крыло летучей мыши» обычно устанавливаются вертикально и подаются синфазно, чтобы получилась всенаправленная антенна с высоким коэффициентом усиления для телевещания. [3] [1] Широкая полоса пропускания была необходима в низкой полосе аналогового ТВ-вещания ОВЧ, поскольку полоса пропускания ТВ-канала 6 МГц составляла около 10% от частоты. [1]
Антенны космических кораблей [ править ]
Круговая поляризация использовалась для связи космических аппаратов (спутников и ракет), поскольку круговая поляризация не чувствительна к относительной ориентации антенн, а антенна космического корабля могла иметь любую ориентацию относительно наземной антенны. Антенны турникета Yagi с высоким коэффициентом усиления часто использовались для наземных станций.
В американской ракетной программе Nike для телеметрии использовался осевой режим, а для создания квадратурных токов - модифицированная дипольная техника. [6]
Внешние ссылки [ править ]
- Планы строительства
- Излучение антенн турникетов над проводящей плоскостью заземления
Ссылки [ править ]
- ^ Б с д е е г Миллигана, Thomas (2005). «5 - Диполи, пазы и петли». Современный дизайн антенн (2-е изд.). Хобокен, Нью - Джерси: John Wiley & Sons, Inc. стр. 231 -237. ISBN 978-0-471-45776-3.
- ^ a b c Браун, Джордж. «Патент США 2086976» . Антенная система . Проверено 14 января 2014 года .подано: 20 сентября 1935 г .; предоставлено: 13 июля 1937 г.
- ^ a b c d e f g h я Краус, Джон (1988). «16: Антенны для специальных применений: кормление». Антенны (2-е изд.). McGraw-Hill, Inc. стр. 726 -729. ISBN 0-07-035422-7.
- ^ Браун, Джордж (апрель 1936 г.). "Антенна турникета". Электроника .
- ^ "Патенты на турникетные антенны" .
- ^ a b c Мартин, Джон (1952). "[Ракетная] Антенна" . Проверено 15 января 2014 года .
- ^ Мастерс, Роберт (1945). "[Крыло летучей мыши] Антенна" . Проверено 15 января 2014 года .
- ^ Уитакер, Джерри (1996). «Антенны для специальных приложений». В Джерри Уитакере (ред.). Справочник по электронике . CRC Press, Inc. стр. 1341. ISBN 0-8493-8345-5.
Турникет - самая ранняя и самая популярная резонансная антенна для УКВ вещания.
