Направленная антенна - Directional antenna

Многоэлементный, логопериодическая дипольная решетка
70-метровый Кассегрен радиоантенна на GDSCC, Калифорния

А направленная антенна или же луч антенны является антенна который излучает или получает большую мощность в определенных направлениях, что позволяет повысить производительность и снизить вмешательство из нежелательных источников. Направленные антенны обеспечивают повышенную производительность более дипольные антенны -или же всенаправленные антенны в целом - при большей концентрации радиация в определенном направлении желательно.

А антенна с высоким коэффициентом усиления (HGA) представляет собой направленную антенну с узкой сфокусированной шириной луча радиоволн, позволяющей более точно нацеливать радиосигналы.[нужна цитата ] Чаще всего упоминается во время космические миссии,[нужна цитата ] эти антенны также используются повсюду земной шар, наиболее успешно на плоских открытых участках, где нет гор, чтобы нарушить радиоволны.[нужна цитата ] Напротив, антенна с низким усилением (LGA) является всенаправленная антенна с широкой шириной луча радиоволны, что позволяет сигналу достаточно хорошо распространяться даже в горных регионах и, таким образом, является более надежным независимо от местности. Антенны с низким коэффициентом усиления часто используются в космический корабль в качестве резервной копии антенна с высоким коэффициентом усиления, который пропускает гораздо более узкий луч и, следовательно, подвержен потере сигнала.[1]

Все практические антенны являются, по крайней мере, в некоторой степени направленными, хотя обычно рассматривается только направление в плоскости, параллельной земле, а практические антенны могут легко быть всенаправленными в одной плоскости. Наиболее распространены типы Яги антенна, то логопериодическая антенна, а антенна с угловым отражателем,[нужна цитата ] которые часто объединяются и продаются как жилые ТВ антенны. Сотовые ретрансляторы часто используют внешние направленные антенны, чтобы дать гораздо больший сигнал, чем можно получить на стандартных сотовый телефон. Спутниковое телевидение приемники обычно используют параболические антенны. Для длинных и средних длина волны частоты, массивы башен в большинстве случаев используются как направленные антенны.

Принцип действия

При передаче антенна с высоким коэффициентом усиления позволяет передавать большую часть передаваемой мощности в направлении приемника, увеличивая силу принимаемого сигнала. При приеме антенна с высоким коэффициентом усиления улавливает больше сигнала, снова увеличивая силу сигнала. Из-за взаимность, эти два эффекта равны: антенна делает передаваемый сигнал в 100 раз сильнее (по сравнению с изотропный радиатор ) также будет улавливать в 100 раз больше энергии, чем изотропная антенна при использовании в качестве приемной антенны. Вследствие своей направленности направленные антенны также посылают меньше (и принимают меньше) сигналов с направлений, отличных от главного луча. Это свойство можно использовать для уменьшения помех.

Есть много способов сделать антенну с большим усилением; наиболее распространены параболические антенны, спиральные антенны, яги антенны, и фазированные решетки антенн меньшего размера любого типа. Рупорные антенны также могут быть сконструированы с высоким коэффициентом усиления, но встречаются реже. Возможны и другие конфигурации - Обсерватория Аресибо использует комбинацию перевод строки с огромным сферическим отражателем (в отличие от более обычного параболического отражателя) для достижения чрезвычайно высокого коэффициента усиления на определенных частотах.

Усиление антенны

Усиление антенны часто цитируется в отношении гипотетической антенны, которая излучает одинаково во всех направлениях, изотропный радиатор. Этот выигрыш, измеренный в децибелы, называется дБи. Сохранение энергии требует, чтобы антенны с высоким коэффициентом усиления имели узкие балки. Например, если из-за антенны с высоким коэффициентом усиления передатчик мощностью 1 Вт выглядит как передатчик мощностью 100 Вт, то луч может покрывать не более1⁄100 неба (в противном случае общее количество энергии, излучаемой во всех направлениях, будет больше, чем мощность передатчика, что невозможно). В свою очередь, это означает, что антенны с высоким коэффициентом усиления должны быть физически большими, поскольку в соответствии с предел дифракции, чем уже желаемый луч, тем больше должна быть антенна (измеряется в длинах волн).

Усиление антенны также можно измерить в дБд, что представляет собой усиление в децибелах по сравнению с направлением максимальной интенсивности полуволнового диполя. В случае антенн типа Yagi это более или менее равно усилению, которое можно было бы ожидать от тестируемой антенны без учета всех ее директоров и отражателя. Важно не путать дБи и дБд; они отличаются на 2,15 дБ, причем показатель дБи выше, поскольку диполь имеет усиление 2,15 дБ по сравнению с изотропной антенной.

Усиление также зависит от количества элементов и настройки этих элементов. Антенны можно настроить так, чтобы они резонировали в более широком диапазоне частот, но, при прочих равных условиях, это будет означать, что усиление антенны ниже, чем у антенны, настроенной на одну частоту или группу частот. Например, в случае широкополосных телевизионных антенн падение усиления особенно велико в нижней части полосы телевизионной передачи. В Великобритании эта нижняя треть телевизионного диапазона известна как группа А; видеть график усиления сравнение сгруппированных антенн с широкополосной антенной того же размера / модели.

На усиление также могут влиять другие факторы, такие как апертура (область, из которой антенна собирает сигнал, почти полностью зависит от размера антенны, но для небольших антенн можно увеличить, добавив ферритовый стержень ) и КПД (опять же, зависит от размера, но также от удельного сопротивления используемых материалов и согласования импеданса). Эти факторы легко улучшить, не изменяя другие характеристики антенн, или по совпадению улучшить с помощью тех же факторов, которые увеличивают направленность, и поэтому обычно не подчеркиваются.

Приложения

Антенны с высоким коэффициентом усиления обычно являются самым большим компонентом зондов для дальнего космоса, а радиоантенны с самым высоким коэффициентом усиления представляют собой физически огромные конструкции, такие как Обсерватория Аресибо. В Сеть Deep Space использует 35-метровые тарелки с длиной волны около 1 см. Эта комбинация дает усиление антенны около 100000000 (или 80 дБ, как обычно измеряется), что делает передатчик примерно в 100 миллионов раз сильнее, а приемник - примерно в 100 миллионов раз более чувствительным, при условии, что цель находится в пределах луча. Этот луч может покрыть не более одной стомиллионной (10−8) неба, поэтому требуется очень точное наведение.

Использование высокого усиления и Миллиметровая волна общение в WPAN усиление увеличивает вероятность одновременного планирования передачи без помех в локальной области, что приводит к огромному увеличению пропускной способности сети. Однако оптимальное планирование одновременной передачи - это NP-трудная проблема.[2]

Галерея

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Антенна с низким усилением - Oxford Reference». Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  2. ^ Билал, Мухаммед; и другие. (2014). «Схемы расписания с временным интервалом для одновременной передачи с несколькими переходами в сетях WPAN с направленной антенной». Журнал ETRI. 36 (3): 374–384. arXiv:1801.06018. Дои:10.4218 / etrij.14.0113.0703.
  3. ^ Кроуфорд, А. , Д.К. Хогг и Л. Хант (июль 1961 г.). «Проект Эхо: Рупорная антенна с отражателем для космической связи». Технический журнал Bell System: 1095–1099.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  4. ^ «Служба национальных парков: астрономия и астрофизика (рупорная антенна)». 2001-11-05. Архивировано из оригинал на 2008-05-12. Получено 2008-05-23.

внешняя ссылка