Антенна турникета - Википедия - Turnstile antenna

Антенна турникета осевого режима на 136–137 МГц для приема данных от метеорологические спутники, состоящий из пары ведомых скрещенных диполей над парой пассивных скрещенных диполей, служащих отражателем.
Осевой режим с высоким коэффициентом усиления Яги турникет, используемый для связи с метеорологическими спутниками на частотах 136–137 МГц в Уменьшить, Бельгия. Каждый из 6 компонентов массива состоит из двух 9-элементных Яги антенны установлен на одной оси под прямым углом и питается в квадратуре для излучения узкого луча радиоволн с круговой поляризацией

А антенна турникета, или антенна с перекрестным диполем,[1] это радиоантенна состоящий из набора из двух одинаковых дипольные антенны установлены под прямым углом друг к другу и подаются фазовая квадратура; два тока, приложенные к диполям, не совпадают по фазе на 90 °.[2][3] Название отражает представление, что антенна выглядит как турникет при установке в горизонтальном положении. Антенну можно использовать в двух возможных режимах. В нормальный режим антенна излучает горизонтально поляризованный радиоволны перпендикулярны его оси. В осевой режим антенна излучает циркулярно поляризованный излучение вдоль своей оси.

Специализированные антенны турникета нормального режима называются сверхтурникет или же антенны крыла летучей мыши используются как телевизионное вещание антенны. Турникеты с осевым режимом широко используются для антенн наземных спутниковых станций в УКВ и УВЧ диапазонов, поскольку круговая поляризация часто используется для спутниковой связи, поскольку она не чувствительна к ориентации спутниковой антенны в пространстве.

История

Антенна турникета была изобретена Джорджем Брауном в 1935 году.[2] и описан в стипендии 1936 г.[4] История патентов показывает, насколько популярна антенна турникета на протяжении многих лет.[5]

Характеристики

(оставили) Первая антенна турникета, антенная решетка нормального режима, построенная станцией W8XH, Буффало, штат Нью-Йорк, в 1936 году, вещавший на частоте 41 МГц
(центр) Турникет нормальный режим (нижняя антенна) на Эмпайр Стейт Билдинг в Нью-Йорке для экспериментальной телестанции NBC W2XBS с частотой 46,5 МГц в 1939 году. Сигарообразные элементы дали антенне более широкую полосу пропускания 30 МГц, необходимую для передачи ТВ.
(верно) Специализированный тип антенны турникета нормального режима, используемый для телевизионного вещания, называемый супертурнителем или антенна крыла летучей мыши

Антенну можно использовать в двух разных режимах: нормальный режим и осевой режим.[нужна цитата ]

Нормальный режим

В направлениях, перпендикулярных своей оси, антенна излучает линейно поляризованный радиоволны (горизонтально поляризованный когда ось антенны вертикальна). Это называется нормальный режим. В диаграмма направленности, суперпозиция двух дипольных картин близка к всенаправленный но на самом деле «в форме клеверного листа», с четырьмя небольшими максимумами на концах 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 по направлению к Земле. Эти штабелированные 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 турникетом, работающим в обычном режиме. Антенна турникета Джордж Браун.[3]

Осевой режим

Массив из 4-х осевых турникетов для портативных военных спутниковая связь Терминал

С торцов оси антенны, перпендикулярной плоскости элементов, антенна излучает с круговой поляризацией (CP) радиоволны. Это называется осевой режим. Излучение с одного конца имеет правую круговую поляризацию, а другой конец - левую круговую поляризацию. Какой конец производит, какая поляризация 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, 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 на Яги массив.

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 круговая поляризация используется в спутниковая связь.[нужна цитата ] Это связано с тем, что в случае волн с круговой поляризацией относительная ориентация элементов антенны не влияет на усиление.

Питание антенны

Чтобы антенна работала, на два диполя должны подаваться токи одинаковой величины. фазовая квадратура, 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]

Квадратурная подача

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

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 турникет кормления.[1]

Приложения

Составные массивы

В оригинальном патенте Брауна описывалось расположение нескольких антенн турникета по вертикали, чтобы получить горизонтально поляризованную всенаправленную антенну с высоким коэффициентом усиления для радиовещания.[3][2] Они использовались для некоторых из первых FM-вещание антенны в 1930-е гг. Однако в большинстве современных антенн FM-вещания используется круговая поляризация, поэтому мощность сигнала не зависит от ориентации антенны приемника.

Крыло летучей мыши или супертурстиль

Основная статья: Антенна крыла летучей мыши

Более позднее нововведение включало изменение формы дипольных элементов с простых стержней на более широкие формы, чтобы увеличить пропускная способность антенны.[7] Ранние антенны телевещания использовали элементы в форме сигары, показанные на изображении антенны RCA Empire State Building 1939 года выше. Распространенной формой сегодня является летучая мышь или же сверхтурникет антенна, используемая для телевизионного вещания в диапазонах VHF или UHF[8] В летучая мышь Форма каждого элемента дает антенну с широким диапазоном импеданса.[1] До восьми антенн типа «крыло летучей мыши» обычно устанавливаются вертикально друг на друга и питаются по фазе, чтобы получить всенаправленную антенну с высоким коэффициентом усиления для телевещания.[3][1] Широкая полоса пропускания была необходима в низком диапазоне частот аналогового ТВ-вещания ОВЧ, поскольку полоса пропускания ТВ-канала 6 МГц составляет около 10% от частоты.[1]

Антенны космических аппаратов

Круговая поляризация использовался для связи космических аппаратов (спутников и ракет), поскольку круговая поляризация не чувствительна к относительной ориентации антенн, а антенна космического аппарата могла иметь любую ориентацию относительно наземной антенны. Антенны турникета Yagi с высоким коэффициентом усиления часто использовались для наземных станций.

Соединенные штаты Ракета Nike программа использовала осевой режим для телеметрии и использовала модифицированный диполь техника нагнетания квадратурных токов.[6]

внешняя ссылка

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм Миллиган, Томас (2005). «5 - Диполи, пазы и петли». Современный дизайн антенны (2-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc., стр.231 –237. ISBN  978-0-471-45776-3.
  2. ^ а б c Браун, Джордж. «Патент США 2086976». Антенная система. Получено 14 января 2014. подано: 20 сентября 1935 г .; предоставлено: 13 июля 1937 г.
  3. ^ а б c d е ж грамм час 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.
  4. ^ Браун, Джордж (апрель 1936 г.). "Антенна турникета". Электроника.
  5. ^ «Патенты на турникетные антенны».
  6. ^ а б c Мартин, Джон (1952). "[Ракетная] Антенна". Получено 15 января 2014.
  7. ^ Мастерс, Роберт (1945). "[Крыло летучей мыши] Антенна". Получено 15 января 2014.
  8. ^ 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.