Как работает антенна: Ликбез: основы теории по антеннам

Содержание

как подключиться, кто обслуживает, почему плохо показывают каналы

Обязательный переход на цифровое вещание в России создал пользователям массу проблем. Но если в многоквартирном доме работает коллективная антенна, трудностей становится чуть меньше. Можно сказать, вам повезло. Рассказываем, что нужно сделать для подключения цифрового ТВ через общую антенну.

Что такое коллективная ТВ-антенна

Прежде всего определимся, к чему будет вестись подключение.

Коллективная телевизионная антенна – это комплекс устройств, предназначенных для приема эфирных телепередач и последующей трансляции сигнала жильцам многоквартирного дома, с которыми заключен договор на обслуживание.

Она включает в себя:

  • сложнонаправленную установку, размещенную на крыше здания;
  • широкополосные усилители, задача которых – обеспечить достаточный уровень сигнала каждому из абонентов, которые решат подключаться;
  • систему кабелей и разводящих элементов — передает сигнал от крыши к квартирам.

Коллективная антенна тесно связана с электросистемой дома: для ее усилительных блоков требуется питание, а при прокладке кабелей нужно учитывать влияние электрической разводки.

Принимает ли такая антенна цифровое ТВ

Физической нет, отличие только в принципе кодирования информации, передаваемой по каналу. Следовательно, если раньше можно было ловить передачи в ДМВ-диапазоне, точно так же будет работать и цифровое телевидение через коллективную антенну.

Изменения касаются только конечных пользователей: чтобы смотреть телевизор дальше, потребуется самостоятельно приобретать нужные устройства. К ним относятся и .

Поэтому с общедомовыми крышными антеннами все просто:

  • если она дециметровая (ДМВ) или всеволновая, то без проблем сможет принимать и цифровое ТВ.
  • если это старая метровая (МВ), то при попытке настроить телевизор на прием «цифры» он будет показывать лишь надпись: «Нет сигнала». В этом случае нужно обращаться в обслуживающую компанию и требовать разъяснений.

В многоэтажных домах на крыше устанавливается сразу 2-3 приемника, которые ловят отдельно аналоговые и цифровые диапазоны. Затем сигналы суммируются, усиливаются и раздаются поквартирно на дом или подъезд через единый кабель.

Кто отвечает за общую крышную антенну

Поскольку антенна вместе с усилителями и кабельной сетью относится к общедомовому имуществу, обслуживать ее должна та же управляющая компания (УК, ТСЖ, ТД и пр.), которая занимается и другими коммунальными вопросами. При этом за доступ с жильцов взимается абонентская плата.

Мнение эксперта

Виталий Садовников

Специалист по подключению и настройке цифрового телевидения

Задать вопрос

Также управляющая компания может заключить договор на обслуживание коллективной антенны с фирмой, оказывающей телекоммуникационные услуги. В этом случае подключать абонентов и следить за исправностью всей системы будут специалисты уже этой компании. Однако даже в этом случае ответственность перед жильцами будет нести УК.

Подключение

Чтобы получить доступ к вещанию через коллективную общедомовую антенну, необходимо заключить договор с обслуживающей компанией. После этого нужно подключиться к распределительному щитку.

Эти работы могут выполнить как сотрудники обслуживающей компании, так и частные мастера по согласованию с ней.

С технической стороны подключение осуществляется следующим образом:

  1. Приобретите  (фидер).
    Его длина должна равняться расстоянию от щитка до точки подключения телевизора с запасом в 2–3 м. Брать слишком длинный кабель не имеет смысла: из-за затухания сигнала ухудшится прием. Использовать же слишком короткий рискованно, поскольку его может не хватить. Волновое сопротивление провода должно составлять 75 Ом – именно на такие показатели рассчитана кабельная сеть коллективных антенн.
  2. Проложите кабель.
    Для этого в притолоке входного проема сверлят отверстие, через него пропускают шнур и дальше ведут до места с помощью кабель-каналов. Нужно учитывать, что провод должен иметь определенный радиус поворота, чтобы в нем не переломилась центральная жила. В частности, не допускается его сгибание под прямым углом. При необходимости разведите антенну на несколько телевизоров.
  3. Подключите кабель к сплиттеру в щитке.
    Внешнюю часть кабеля разделывают и крепят в распределительный узел. При этом важно подсоединить кабель к абонентскому отводу, а не к магистральному каналу. При подключении к последнему качество приема будет намного лучше, но при этом просядет мощность сигнала во всем доме, и у других пользователей телевизоры будут показывать хуже.
  4. На домашнем конце кабеля установите F-штекер.
    Для этого снимите 2-3 см внешней изоляции, а оплетку (экран из фольги) заверните наружу. Снимите изоляцию с внутренней жилы и на подготовленный конец накрутите штекер.
  5. Подключите кабель к телевизору или приставке.
    После этого останется только поймать телеканалы.

Настройка цифрового ТВ через общую антенну

Настойка приема цифрового телевещания с помощью коллективной антенны производится на двух уровнях:

  • На стороне обслуживающей организации. Они отвечают за обеспечение правильной работы телеантенны и кабельной сети, четкое ориентирование конструкции на источник вещания, корректное усиление.
  • На стороне пользователя. Подключившись к телеантенне, нужно поймать на телевизоре или приставке-ресивере цифровые телеканалы. В России их , а в Москве .

выглядит следующим образом:

  1. зайдите в режим «Меню»;
  2. выберите пункт «Настройка», затем – «Настройка телеканалов» или аналогичный;
  3. задайте источник сигнала для телевизора (им в данном случае будет антенна) и запустите автонастройку;
  4. принимающее устройство сканирует диапазон и записывает в память найденные каналы;
  5. после завершения можно удалить ненужные или провести их сортировку. Например, переместить нравящиеся каналы на первые кнопки пульта, а остальные задвинуть подальше.

На этом процедура настройки окончена.

Проблемы с подключением: что делать

Если при подключении к коллективной антенне не удается принять телесигнал, воспроизвести изображение или звук, причиной может быть:

  • Неправильное подключение кабеля к телевизору. Проверьте исправность антенного разъема и штекера. Если требуется, заменить последний.
  • Повреждение кабеля внутри квартиры (например, при сильном перегибании). Нужно проверить провод. По возможности стоит воспользоваться мультиметром, определив уровень сигнала в распределительной коробке и на выходном конце: если есть провал, значит, повреждение внутри квартиры.
  • Неправильное подсоединение кабеля к отводу от магистрального канала. Проверьте правильность и качество монтажа.
  • Неисправность кабельной сети или усилительного блока. Обратитесь в обслуживающую компанию и сообщите о проблеме.

Какие есть альтернативы

Если по каким-то причинам вас не устраивает качество или стоимость пользования коллективной антенной, есть возможность выбрать другой источник телевещания:

  • Индивидуальная комнатная антенна.
    Это подходящий выбор для зоны уверенного приема от ретранслятора, особенно если квартира находится на верхних этажах и выходит окнами в сторону источника сигнала.
  • .
    Ее можно смонтировать снаружи на стене или изнутри на лоджии. Преимущество – большая чувствительность и качество приема по сравнению с комнатной.
  • Кабельное телевидение.
    Оптоволоконная сеть в крупных городах развита очень хорошо. Например, в Москве почти 90 % жителей имеют доступ к ней. Кабельное ТВ платное, однако выбор каналов намного шире.
  • IPTV – телевещание по интернет-протоколу.
    Нужен телевизор, поддерживающий технологию Смарт-ТВ, или IPTV-приставка.

Коллективная или индивидуальная антенна — что для вас лучше?

Общедомовая!Только своя!

Вместо заключения

Коллективная антенна – удачный вариант для тех, кто хочет смотреть цифровое телевидение, не заморачиваясь с покупкой, установкой и настройкой индивидуального принимающего устройства. При этом качество трансляции зависит от своевременной и профессиональной работы обслуживающей организации.

Предыдущая

АнтеннаРазница между активными и пассивными телевизионными антеннами

Следующая

АнтеннаПростое подключение антенны к телевизору и приставке: важные нюансы

FPV антенна, что это такое, как работает и какие бывают — Все о квадрокоптерах

В этой большой статье вы узнаете, что такое FPV антенна, как она работает, устройство, а также какие бывают FPV антенны.

Аналогия лампочки

Начнем с простой аналогии для понимания принципа работы радиосвязи. Представьте, что вы стоите посреди поля в полной темноте. У вас есть квадрокоптер, на который вы повесили лампочку. Вы ее включили, дрон взлетел и начинает летать вокруг вас. Теперь вашей целью будет поставить около себя камеру, которая всегда должна улавливать свет от лампочки квадрокоптера, при том, что он летает.

Как вы это сделаете? Сделаете лампу яркой, чтобы она лучше светила и камере было проще видеть свет? Будете использовать объектив на 360 градусов? Или может несколько объективов с поворотными механизмами? Смысл этой аналогии в том, что свет, который излучает лампа, является формой электромагнитного излучения, подобного радиоволнам. Так работают и антенны, они должны уловить радиоволны.

Мы применим эту аналогию к системе видеопередачи с квадрокоптера:

  • Интенсивность источника света представляет собой выходную мощность VTX (измеряется в милливаттах или мВт/mW).
  • Тип источника света (лампочка, фонарик, флуоресцентный свет и т. д.) — это тип антенны на видеопередатчике.
  • Тип объектива на камере, — это тип антенны на вашем шлеме или очках.
  • Чувствительность камеры (часто выраженная в мегапикселях) — это чувствительность вашего шлема или очков.

Далее в статье, будем использовать аналогию с видимым светом, чтобы было проще понимать, как это все работает.

 Для чего нужна FPV антенна?

Целью антенны является преобразование осциллирующей электрической энергии в электромагнитное излучение и наоборот: преобразование электромагнитного излучения в колебания электрической энергии в цепи.

Электромагнитное излучение — это научный термин для «радиоволн», это физическое «вещество», которое несёт видео, звук и данные по радиоволнам.

В обычном квадрокоптере есть две радиосистемы: система радиоуправления для управления дроном и видеосистема для трансляции видео через FPV камеру.

Передающими элементами этих двух систем будет радиопередатчик, который вы держите в руках (пульт), и передатчик видео на борту дрона, который называется видеопередатчик или VTX. Принимают сигналы приемники.

Более простое объяснение — вы поворачиваете стик, сигнал с пульта отправляется на приемник, который есть в квадрокоптере, он обрабатывает сигнал. Камера на дроне отправляет свой сигнал на видеопередатчик, который находится на борту квадрокоптера, он отправляет этот сигнал в приемник ваших очков или шлема и вы видите видео.

Давайте поговорим конкретно о видеосистеме квадрокоптера. В этой системе передатчик видеосигнала принимает аналоговый видеосигнал от камеры в качестве входного сигнала и преобразует его в импульсы электрической энергии, которые колеблются 5 800 000 000 раз в секунду или 5,8 GHz. Эта энергия направляется в антенну, которая преобразовывает ее в очень «яркие» радиоволны 5,8 GHz. При правильной настройке и позиционировании эти волны подхватываются второй антенной, установленной на ваших очках или шлеме FPV. В зависимости от того, насколько удален ваш квадрокоптер, эти волны будут значительно «тусклее» или «ярче». 

Антенна преобразует волны обратно в электрические колебания, а затем плата управления переходит к преобразованию этой энергии обратно в аналоговый видеосигнал —  противоположный процесс, который происходил в передатчике квадрокоптера — после этого вы видите видео на экране шлема.

 Нужна ли антенна для работы квадрокоптера?

Сейчас некоторые подумают — что за глупый вопрос? Возник этот вопрос вот почему: опытные пилоты наверняка замечали, что если включить передатчики без антенн, они все равно будут ловить сигнал, но слабенький. Происходит это потому, что у передатчиков есть SMA или любой другой разъем, он металлический и начинает работать в качестве антенны. Из этого сделаем вывод, что роль антенны может выполнять любой проводящий материал, в том числе медные дорожки на платах дрона и даже карбоновая (углеродная) рама вашего дрона.

Строение FPV антенны

Каждая FPV антенна, независимо от внешнего вида, имеет одинаковый набор компонентов:

Проводящий элемент

Формирует осциллирующий электрический сигнал и «передает» его в эфир в виде радиоволн. Каждая антенна имеет хотя бы один элемент. Некоторые могут иметь несколько элементов.

Земля/основание

Этот компонент делают металлическим, он соединен с квадрокоптером посредством коннектора, также, при правильном позиционировании, усиливает сигнал, который передается до/от квадрокоптера. Основание нужно располагать так, чтобы оно было параллельно земле.

Структура

В качестве материала пластик или акрил, не проводящий материал, служит для опоры проводящих элементов.

Коаксил

Коаксиальный кабель представляет собой специальный тип защитного провода, который может передавать электрические сигналы от одной точки к другой без излучения радиосигнала.

Коннектор

Коннектор это то, чем соединяется антенна к плате или передатчику на дроне. Служит проводящим элементом.

Как работает FPV антенна?

Так как эта тема для новичков, мы не будем углубляться в механику работы радиоволн, да и это не обязательно знать, чтобы использовать радиоуправление на дроне.
Принцип работы основан на теории резонанса, волны протекают по антенне со скоростью света. Предположим, что мы подаем на антенну импульс 5В, вначале импульса будет +5В, в середине -5В, в конце снова +5В, наглядно можете посмотреть на этой гифке:

Читайте также: Линейная поляризация и круговая, какая антенна лучше для квадрокоптера

Мощность передатчика

Помните ту аналогию с лампочкой? Чем мощнее передатчик будет генерировать сигнал, тем ярче будет гореть лампочка. Большинство видеопередатчиков на 200-400 mW и им не требуется дополнительное охлаждение, в то время как передатчикам на 1 W уже нужны специальные радиаторы, чтобы отводить тепло от платы, а видеопередатчики на 2 W оборудуются вентиляторами для обдува. На сегодня, радиаторы ставятся на видеопередатчики от 600 mW.

Чем больше мощности, тем больше будет различных радиошумов, так как вся электроника на дроне не экранирована. Еще одной особенностью будет то, что если вы увеличите мощность передатчика, от этого не увеличится расстояние, на которое сможет пробить сигнал этот видеопередатчик. Для увеличения расстояния, требуется более энергозатратное и мощное устройство, чем рядовой видеопередатчик.

Какие бывают антенны

Круговая поляризация / «Гриб» / «Грибовидная антенна»

У антенн с круговой поляризацией, диаграмма направленности напоминает бублик. На стержне антенны закрепляется такая конструкция, как на фото ниже. Благодаря своей универсальной поляризации, эти антенны отлично принимают и передают радиоволны почти в любом положении. Наибольшее усиление происходит в горизонтальной плоскости, а наименьшее в вертикальной. По факту, хуже всего такая антенна будет работать, если ее конец направить на квадрокоптер, но сигнал все равно будет.

 

Монополь или линейная

У монопольных антенн, диаграмма направленности тоже напоминает бублик, но более сжатый и с большим отверстием в центре. Основное отличие от антенны с круговой поляризацией заключается в том, что сигнал монопольной антенны работает лучше всего, когда антенны параллельны. Если такие антенны (прием и передача) расположить перпендикулярно или под прямым углом, а также, если они направлены прямо друг на друга, то сигнал будет очень плохой.

 

Линейная антенна, как на 1 фото

Линейная антенна, как на 2 фото

 

Диполь

Дипольная антенна тоже формирует диаграмму-бублик, но немного другой. Разница между дипольной и монопольной антенной заключается в том, что монопольный бублик намного более круглый с меньшим отверстием в середине. Это, дает дипольной антенне лучшие характеристики, чем монопольной, при более широком диапазоне углов.

Дипольная антенна

Патч / Плата / Заплатка

Патч-антенны имеют трехмерную диаграмму направленности излучения в форме капли в одном направлении. Это означает, что у них высокий коэффициент усиления в одном направлении (направление, в котором находится патч), но очень низкий коэффициент усиления в других направлениях. Они идеально подходят для установки на приемник.

Спиральная антенна

Спиральные антенны — отличный способ получить высокую направленность из круговой поляризации антенны. Чем больше витков спирали, те мбольше мощность и направленность. Спиральные антенны с 1 или 2 оборотами имеют характеристики, очень похожие на патч-антенну. Однако добавление 6 и больше оборотов может значительно улучшить диапазон антенны.

Как установить антенну на квадрокоптер

Теперь вам нужно узнать, как правильно установить FPV антенну на квадрокоптер, потому что от это зависит качество сигнала.

Карбоновое волокно рамы блокирует радиоволны, в этом случае, антенны нужно ставить так, чтобы они как можно меньше экранировались рамой.

Расположение и установка антенн приемника 2.4 GHz квадрокоптера

У большинства приемников 2.4 GHz используются две линейные антенны. В идеале они должны устанавливаться под прямым углом 90° друг к другу.

Самый популярный способ крепления — это использовать пластиковые стяжки, как показано на фото ниже. Не менее популярным местом будет и расположение антенн со второго фото, когда антенны располагаются буквой V на хвосте дрона.

Для второго способа можно купить специальное крепление для антенн, либо распечатать модельку на 3D принтере. По нашим наблюдениям, со вторым способом помехи возникают реже.

Дипольные антенны и Crossfire 

Такие антенны нужно устанавливать так, чтобы было как можно меньше экранирования от карбоновой рамы. У антенн Crossfire на концах есть наконечники, для гонок на близком расстоянии ничего учитывать не нужно, а вот для фристайла и при полетах на дальние расстояния, нужно следить за тем, чтобы наконечники «не смотрели» на пульт управления. Ниже на фото показано расположение такой антенны.

Расположение и установка антенн видеопередатчика 5.8 GHz квадрокоптера

Правильно установленная антенна видеопередатчика обеспечит оптимальный сигнал. Антенна видеопередатчика должна быть установлена ​​перпендикулярно направлению камеры. Таким образом, он всегда будет направлен вверх, когда дрон летит вперед. Это касается и самолетов с неподвижным крылом. Это идеальный угол для установки антенн как с линейной, так и с круговой поляризацией. В идеале следует использовать антенну CP, такую ​​как Lumeneir AXII. Если использовать более дорогие варианты антенн, то будет обеспечена максимальная производительность.

Что касается размещения антенны VTX на дроне, ее следует располагать как можно дальше от рамы. В идеале антенна должна находиться в таком положении, чтобы между ней и антеннами на вашем шлеме или очках можно было провести воображаемую линию, при этом рама дрона не будет блокировать ее. Лучшее решение для этого — установить антенну под углом в ​​задней части квадрокоптера.

Важно хорошо закрепить антенну, чтобы в случае краша (аварии) антенна не сломала разъем видеопередатчика, так как крепление там жесткое.

Если собираетесь участвовать в гонках, то лучше использовать короткую антенну, которую сложнее повредить. Так как вы не будете далеко летать, то особого снижения качества видео не будет. Другое дело фристайл или полеты на дальние расстояния, тут нужна антенна более длинная.

Как расположить антенну на FPV очках и шлеме?

Расположение и тип антенн на шлемах и очках тоже имеет значения для качества сигнала. Если у ваших очков или шлема один приемник без разнесения, то нужно использовать антенну с круговой поляризацией. Если внутри шлема/очков два приемника или есть разнесение, то нужно использовать на одном разъеме круговую, антенну, а на другом — патч антенну. Так вы добьетесь наилучшего сигнала. Патч антенну не рекомендуется использовать там, где много шумов — где много электроники и линий электропередач, особенно в помещении.

Лучшим решением будет использование наземной станции для антенн, так ничего не будет зависеть от движений вашей головы.

Качество антенн

Качество антенн достаточно сильно влияет на производительность сигнала, его качество. Наверняка в интернет-магазинах вы видели антенны за 30-40 долларов и рядом за 10 или меньше. Дешевые варианты обычно плохо откалиброваны и у них наименьшая чувствительность. У дорогих антенн наоборот, максимальная чувствительность и хорошая калибровка в завода.

Ниже видео тестирования антенн с результатами. Видео на английском, но можно включить субтитры с переводом на русский.

Заключение

Надеемся, вы пополнили багаж своих знаний и теперь будете знать какие антенны где применять, как их располагать и почему не стоит покупать самые дешевые антенны.

Читайте также: Как собрать гоночный квадрокоптер 6S на раме TRANSTEC LASER S, собираем и настраиваем с фото

Что делать и куда звонить, если не работает общедомовая антена?

Телевизор до сих пор играет важную роль в жизни миллионов наших соотечественников. И хотя основная масса людей давным-давно пользуется услугами кабельных компаний, интернет-провайдеров и спутниковых передатчиков, обеспечивающих телеприемники цифровым сигналом, еще немало тех, кто смотрит телевизор через коллективную антенну. При этом ответ на вопрос, куда звонить, если не работает общедомовая антенна, с каждым годом становится всё менее очевидным.

Статус коллективной антенны

Если Вы смотрите кабельное, спутниковое или интернет-телевидение, то при пропаже сигнала тут же звоните в компанию, предоставляющую Вам данную услугу. Но общедомовая антенна — это не услуга, а прибор, который установили на крыше Вашего дома десятки лет назад и с тех пор, скорее всего, никто даже не проверял ее исправность. Следовательно, неясно, кто же обслуживает и ремонтирует коллективную антенну.

В некоторых городах России такой проблемы нет, поскольку городские власти приняли решение собирать с каждой квартиры небольшую ежемесячную плату, за счет которой и ремонтируют антенны. И в том случае, если не работает общая антенна, куда звонить знает любой горожанин — в ЖЭК (управляющую компанию или ТСЖ).

Но так повезло не всем. Чаще за коллективными антеннами нет никакого ухода, и деньги на их обслуживание никто не собирает. То, что нет регулярного сбора, кажется преимуществом, но только до тех пор, пока вместо выпуска новостей или сериала Вы не увидите в своем телеприемнике густой «снег». И тогда придется сильно пожалеть, что антенны в городе централизовано не обслуживают.

Кто отремонтирует антенну?

Итак, если Вы оказались в числе тех, кто ежемесячно платит за обслуживание коллективной антенны, то в случае ее поломки следует позвонить в свою управляющую организацию. Заявку на ремонт примет либо сама организация, либо там подскажут телефон коммунальной службы (если таковая существует), которая специализируется на данном оборудовании.

Если же коммунальщики открещиваются от телеантенны, то спасение утопающих становится делом рук самих утопающих. В ситуации, когда не работает коллективная антенна, куда звонить не ясно, а что-то делать всё равно надо, приходится обращаться за помощью к частным компаниям. Так, например, московская компания «Арс-Мастер» среди прочего предоставляет услуги по ремонту и обслуживанию общедомовых антенн.

Примечательно, что очень часто управляющие компании и сами обращаются за подобными услугами к частным компаниям, и в нашу в том числе.

Преимущества частного исполнителя

Также стоит сказать несколько слов о том, почему даже при наличии специальной службы, отвечающей за обслуживание антенн, стоит отдать предпочтение частному исполнителю:

  • Во-первых, частная компания качсетвенно отремонтирует антенну с максимальной оперативностью — в течение суток с момента поступления заявки.
  • Во-вторых, Вам не нужно портить себе нервы и долго уговаривать коммунальщиков выполнить свою работу.
  • В-третьих, частный мастер дает гарантию на выполненную работу. Это значит, что сигнал не «исчезнет на третий день» после ремонта.

Как работает телевизионная антенна — Инженер ПТО

ТВ антенна – это устройство для улучшения качества приема волн телевизионных каналов. Принятый с ее помощью сигнал передается на телевизор по коаксиальному кабелю, который обеспечивает минимальное искажение. Антенны могут использоваться для приема аналогового, цифрового либо спутникового сигнала, что зависит от их конструктивных особенностей. На данный момент на территории России самыми распространенными являются антенны аналогового телевидения. Его трансляцию ведет Останкинская башня, используя метровые и дециметровые волны.

Виды телевизионных антенн

Устройство является очень распространенным, поскольку практически ни один телевизор не сможет работать без антенны, за исключением тех, которые подключаются к кабельному телевидению. Различные населенные пункты имеют разную удаленность от ретранслятора. Одни дома могут быть расположены в сотнях километрах от них, а другие всего в нескольких шагах. Этот фактор напрямую влияет на мощность антенны, которая позволит принимать сигнал приемлемого качества, компенсируя удаленность.

Все ТВ антенны можно разделить на 3 категории:
  • Комнатные.
  • Уличные.
  • Спутниковые.
Комнатная ТВ антенна

Эти устройства устанавливаются внутри помещения. Они самые дешевые, а кроме этого не требуют сложного монтажа. При выборе в их пользу не придется прокладывать коаксиальный кабель на улицу, проделывая сквозное отверстие в фасадной стене или раме окна. Огромным недостатком данной конструкции является слабый сигнал. В связи с этим их устанавливают только в зонах с расстоянием до 30 км от телецентра или ретранслятора. На более дальней дистанции получаемый сигнал будет иметь сильное искажение, что не позволит просматривать качественную картинку телепередач.

Комнатные антенны также могут оснащаться усилителем сигнала. Чем дальше от ретранслятора, тем более мощный усилитель потребуется. Данные устройства по конструкции разделяют на два вида:
  • Стержневые.
  • Рамочные.
Стержневые

Это самые слабые комнатные устройства. Они имеют 2 или 4 телескопических усов-вибраторов, которые и улавливают сигналы. Их длина обычно не превышает 1 м. Они подключаются к специальной подставке, которая внутри имеет согласующий трансформатор, передающий сигнал на коаксиальный кабель и дальше на телевизор. Использование такой конструкции имеет свои преимущества. Она легкая, а благодаря телескопическим усам может компактно складываться для транспортировки.

Если ретранслятор сигнала находится близко, усы можно сделать короткими, чтобы они не занимали полезное пространство. При отдаленности телебашни их высота ставится на максимум, что позволяет компенсировать расстояние. Зачастую стержневая ТВ антенна идет в комплекте с телевизором. Большинству она известна под народным названием «рожки». Такие антенны хорошо принимают волны в метровом диапазоне. Для проведения их настройки необходимо менять не только высоту, но и расстояние между усами, для чего предусматривается их крепление с помощью шарниров. Большим недостатком стержневой антенны является отсутствие универсальной настройки. Выставив положение усов для хорошего приема одного канала, второй начнет транслироваться на экране с помехами.

Рамочные

Более или менее совершенными являются устройства рамочного типа. Они улавливают сигналы в дециметровом диапазоне. Эти устройства имеют металлический контур, выполненный в виде рамки, которая закреплена на подставке. Такое оборудование все же лучше чем стержневое, но все равно далеко от идеала. Его не получится использовать при значительной удаленности от ретранслятора или телебашни.

Уличная ТВ антенна

Более мощными являются наружные антенны для приема телевизионного сигнала. Они устанавливаются на возвышении в зонах открытой видимости. Зачастую такие антенны можно увидеть на крышах многоэтажных домов. Жители частного сектора устанавливают их на вершине высокой металлической трубы зафиксированной вертикально. В этом случае обеспечивается возвышение на 10-15 м, что позволяет компенсировать искажение волн стенами домов и ветвями деревьев. Фактически, чем больше вокруг преград для сигнала, тем на более высокое расстояние необходимо поднять антенну.

Данные устройства бывают различной внешней конструкции, но все они разделяются на 2 вида по принципу действия:
  • Активные.
  • Пассивные.
Активная конструкция

Такая ТВ антенна имеет усилитель мощности, что позволяет принимать сигналы намного качественнее и компенсировать помехи. Подобные устройства выбираются в том случае, если ретранслятор находится далеко, а перед антенной имеются серьезные преграды рассеивающие сигналы, такие как дома, лесные массивы и линии электропередач. Также активное устройство потребуется, если установка ведется на низине, когда нет прямой видимости между источником трансляции и точкой приема.

Активные антенны могут передавать сигнал на несколько телевизоров. Для этого необходимо просто использовать специальный тройник для коаксиального кабеля. Применяемый у них усилитель требует отдельного источника питания. Для этого предусматривается понижающий блок на 12 вольт. Он подключается к коаксиальному кабелю у телевизора и подает напряжение к точке приема к усикам-вибраторам, возле которых находится скрытая в герметичном корпусе плата усилителя.

Пассивные устройства

Такие антенны стоят дешевле, но их можно выбирать только в том случае, если имеется прямая видимость без препятствий между точкой приема и оборудованием трансляции. В таких условиях использование усилителя не нужно. Жители отдельных домов могут проживать слишком близко к транслирующей башне, поэтому им нужна именно такая антенна. Но даже она может принимать сигнал с искажением от того, что он слишком сильный. В этом случае потребуется установка специального оборудования – аттенюатора. Он позволяет компенсировать этот недостаток, уменьшив силу сигнала до приемлемого для телевизора уровня.

Спутниковая антенна

Безусловно, самым лучшим оборудованием для получения телевизионного сигнала является спутниковая ТВ антенна. Она улавливает трансляцию не от расположенной на земле телебашни, а со спутника. Это массивная конструкция, которая стоит в разы дороже, чем уличные и тем более комнатные устройства. Антенна состоит из большой тарелки из металла окрашенной в белый цвет, которая выступает в роли экрана для фокусировки спутниковой трансляции. Попавшие на нее волны улавливаются конвертером, который выполнен в виде небольшой головки размером немного меньше кулака. Он настраивается на определенный спутник и принимает все телеканалы, которые тот передает. Количество конверторов на антенне отличается в зависимости от региона, но редко превышает 3 штуки.

Сигналы обычных трансляторов на земле и спутниковых отличаются, поэтому телевизор не может их воспринимать. В связи с этим между инвертором и телевизионным экраном устанавливается ресивер. Он представляет собой небольшое устройство, габариты которого немного меньше чем DVD приставки. Его задача заключается в трансформации спутникового сигнала в стандартный для телевизора.

Обычно, если в доме имеется два телевизора, то для каждого из них потребуется отдельная ТВ антенна, что обусловлено спецификой конвертера. При приеме одного канала со спутника он не может одновременно обрабатывать другой канал. Иными словами, если провести такое подключение, то все телевизоры будут показывать один телеканал.

Сравнительно недавно данная проблема была решена. Появились универсальные конвертеры, которые позволяют проводить подключение к двум телевизорам, сохранив возможность просмотра разных каналов. В их конструкции предусматривается два входа для подключения коаксиального кабеля. К сожалению, конструкция не идеальна. При выборе такого конвертера, будет использоваться одна ТВ антенна, но все равно к каждому телевизору потребуется подключить по ресиверу.

Спутниковые устройства передают на телевизор намного более качественный сигнал, чем наземные станции, поэтому пользуются большой популярностью, особенно в регионах, где трансляторы находится очень далеко. Даже вместе с очень сложным рельефом удастся смотреть телевизионные программы с идеальной картинкой, что было бы невозможно при использовании наружной антенны. Помехи при трансляции со спутника могут возникать только в случае сильной грозы или интенсивного снегопада.

Спутниковые антенны имеют массу преимуществ. Они безусловно лучше остальных видов, но у них имеется и недостаток. Помимо большей стоимости, они требуют квалифицированного обслуживания. Провести их установку самостоятельно вряд ли удастся, поскольку нужно изначально проверить качество сигнала и выставить тарелку в правильном направлении под нужным углом. Кроме этого, чтобы ресивер работал правильно, необходимо записать частоты каналов трансляции, которые периодически меняются. После прошивки можно будет просматривать все каналы на протяжении нескольких месяцев, после чего некоторые из них начнут исчезать, пока из сотен не останется всего несколько штук. Потребуется снова проводить перепрошивку. Сделать это самостоятельно сложно, потому что требуется специальный кабель и программное обеспечение с кодами каналов. Придется периодически обращаться в специализированные сервисные центры, услуги которых не бесплатны.

Если при нормальных погодных условиях спутниковая ТВ антенна начинает транслировать сигнал с помехами, то скорее всего это связано с отсутствием прямой видимости между тарелкой и спутником. Обычно это связано с разрастанием деревьев. Достаточно обрезать ветки и качество сигнала восстанавливается. Кроме этого, проблема может заключаться в изменение положения конвертера. При монтаже антенны он выставляется под правильным углом относительно расположение спутника. Если угол немного меняется, то качество приема искажается. Обычно во время сильного ветра плохо закрепленная тарелка может немного повернуться, буквально на несколько сантиметров. В этом случае требуется ее перенастройка. Это довольно сложно сделать без специального диагностического оборудования.

Телевизионная антенна с середины прошлого века стала неотъемлемым атрибутом нашего быта. Она останется им еще неопределенно долго, несмотря на активное развитие кабельного телевидения. И в девяноста случаях из ста эта антенна пассивная. Таковой она называется за то, что прием неощутимых флюидов электромагнитных волн осуществляется ею только за счет геометрических форм и размеров.

Немного мистики

Представить себе, что некая «железяка» способна воспринять на расстоянии нескольких десятков километров неощутимые электромагнитные волны и доставить к экрану телевизора звук, цвет, изобразить кишение страстей, можно только априори, не вдаваясь в подробности. Хотя весь процесс детально описывается математическими моделями, правильность которых подтверждается практикой. Телевидение и телевизионная антенна – действительно существующее чудо, которым мы привычно пользуемся, при этом мечтая о каких-то еще неведомых чудесах.

Возвращаемся к реальности

Из всей абракадабры, которой полна наука радиоэлектроника, рядовому обывателю, выбирающему себе телевизионную антенну, стоит знать только то, что ее размер должен быть равен, как минимум, половине длины волны принимаемого телевизионного канала.

Такая простейшая принимающая «штучка» называется полуволновой диполь. Она воспринимает все электромагнитные волны, перпендикулярные ее плоскости. Простейшая пассивная телевизионная антенна состоит из двух «усов», длиной в три метра. Она «видит» сигнал в двух секторах по 60 0 , расположенных впереди и сзади диполя. Поэтому ровно половину сигнала она теряет.

Такая потеря приводит к тому, что на расстоянии более 15 км от телевизионной вышки простейшая антенна ничего не принимает или делает это очень плохо. Выходов из положения может быть два:

1) поднять антенну очень высоко;

2) использовать остронаправленную телевизионную антенну, в которой задний «лепесток» приема ликвидирован.

Остронаправленные антенны

Остронаправленные – это, конечно, громко сказано. Угол зрения у этих антенн сужен до 40, редко 30 градусов, а задний лепесток задавлен процентов на 60. Но и это дает неплохой результат. Такая телевизионная антенна принимает на дистанции до 30 км от телецентра. Они бывают:

1) волновой канал;

Внешне антенна «волновой канал» выглядит как полуволновой диполь с одной горизонтальной штангой, на которой расположены несколько усов (директоров) разной длины. У логопериодической антенны таких штанг две и директоры «перескакивают» с одной на другую, постепенно увеличивая длину к концу, противоположному направлению на телевизионную вышку. При этом последняя «железяка» у нее тоже равна половине длины волны.

Основным параметром остронаправленной антенны является коэффициент усиления сигнала. Эта величина измеряется в децибелах. Чем больше директоров (поперечных железок), тем она выше. Стандартно выпускаемая пятиэлементная телевизионная антенна типа «волновой канал» имеет коэффициент усиления равный 6–7 дБ. Для логопериодической антенны того же качества количество директоров должно превышать 10.

Если в паспорте антенны указан коэффициент усилении больший, чем 15 дБ, то – это обман и надувательство.

Выбирая антенну

Телевизионная антенна – это устройство, воспринимающее сигнал с длиной волны максимум 5,7 метра (1-й TV канал) и минимум 38 см (60-й).

Единственным реальным критерием выбора антенны является ее размер. Если вы собираетесь подключиться к цифровому эфирному телевидению, вещание которого ведется на дециметровых волнах (длина волны от 63 до 38 см), то приобретение антенны с размахом «усов» в 2,4 метра (соответствует половине длины волны 3-го TV канала) будет напрасной тратой денег. То же самое касается выбора «маленькой и аккуратненькой», если вы решите смотреть обычное эфирное телевидение.

Наилучшим выбором будет так называемая всеволновая телевизионная антенна, у которой есть секция метровых и дециметровых волн. Она несколько дороже, но это оправданные затраты.

И как всегда, напоследок видео, как выбрать антенну для цифрового ТВ:

Помимо свойств радиоволн, необходимо тщательно подбирать антенны, для достижения максимальных показателей при приеме/передаче сигнала.
Давайте ближе познакомимся с различными типами антенн и их предназначением.

Антенны — преобразуют энергию высокочастотного колебания от передатчика в электромагнитную волну, способную распространяться в пространстве. Или в случае приема, производит обратное преобразование — электромагнитную волну, в ВЧ колебания.

Диаграмма направленности — графическое представление коэффициента усиления антенны, в зависимости от ориентации антенны в пространстве.

Антенны
Симметричный вибратор

В простейшем случае состоит из двух токопроводящих отрезков, каждый из которых равен 1/4 длины волны.

Широко применяется для приема телевизионных передач, как самостоятельно, так и в составе комбинированных антенн.
Так, к примеру, если диапазон метровых волн телепередач проходит через отметку 200 МГц, то длина волны будет равна 1,5 м.
Каждый отрезок симметричного вибратора будет равен 0,375 метра.

Диаграмма направленности симметричного вибратора

В идеальных условиях, диаграмма направленности горизонтальной плоскости, представляет собой вытянутую восьмерку, расположенную перпендикулярно антенне. В вертикальной плоскости, диаграмма представляет собой окружность.
В реальных условиях, на горизонтальной диаграмме присутствуют четыре небольших лепестка, расположенных под углом 90 градусов друг к другу.
Из диаграммы можем сделать вывод о том, как располагать антенну, для достижения максимального усиления.

В случае не правильно подобранной длины вибратора, диаграмма направленности примет следующий вид:

Основное применение, в диапазонах коротких, метровых и дециметровых волн.

Несимметричный вибратор

Или попросту штыревая антенна, представляет из себя «половину» симметричного вибратора, установленного вертикально.
В качестве длины вибратора, применяют 1, 1/2 или 1/4 длины волны.

Диаграмма направленности следующая:

Представляет собой рассеченную вдоль «восьмерку». За счет того, что вторая половина «восьмерки» поглощается землей, коэффициент направленного действия у несимметричного вибратора в два раза больше, чем у симметричного, за счет того, что вся мощность излучается в более узком направлении.
Основное применение, в диапазонах ДВ, КВ, СВ, активно устанавливаются в качестве антенн на транспорте.

Наклонная V-образная

Конструкция не жесткая, собирается путем растягивания токопроводящих элемементов на кольях.
Имеет смещение диаграммы направленности в стороны противоположную острию буквы V

Применяется для связи в КВ диапазоне. Является штатной антенной военных радиостанций.

Антенна бегущей волны

Также имеет название — антенна наклонный луч.

Представляет из себя наклонную растяжку, длина которой в несколько раз больше длины волны. Высота подвеса антенны от 1 до 5 метров, в зависимости от диапазона работы.
Диаграмма направленности имеет ярко выраженный направленный лепесток, что говорит о хорошем усилении антенны.

Широко применяется в военных радиостанциях в КВ диапазоне.
В развернутом и свернутом состоянии выглядит так:

Антенна волновой канал


Здесь: 1 — фидер, 2 — рефлектор, 3 — директоры, 4 — активный вибратор.

Антенна с параллельными вибраторами и директорами, близкими к 0,5 длины волны, расположенными вдоль линии максимального излучения. Вибратор — активный, к нему подводятся ВЧ колебания, в директорах, наводятся ВЧ токи за счет поглощения ЭМ волны. Расстояние между рифлектором и директорами подпирается таким образом, чтобы при совпадении фаз ВЧ токов образовывался эффект бегущей волны.

За счет такой конструкции, антенна имеет явную направленность:

Рамочная антенна

Применяется для приема ТВ программ дециметрового диапазона.

Как разновидность — рамочная антенна с рефлектором:

Логопериодическая антенна

Свойства усиления большинства антенн сильно меняются в зависимости от длины волны. Одной из антенн, с постоянной диаграммой направленности на разных частотах, является ЛПА.

Отношение максимальной к минимальной длине волн для таких антенн превышает 10 — это довольно высокий коэффициент.
Такой эффект достигается применением разных по длине вибраторов, закрепленных на параллельных несущих.
Диаграмма направленности следующая:

Активно применяется в сотовой связи при строительстве репитеров, используя способность антенн, принимать сигналы сразу в нескольких частотных диапазонах: 900, 1800 и 2100 МГц.

Поляризация

Поляризация — это направленность вектора электрической составляющей электромагнитной волны в пространстве.
Различают: вертикальную, горизонтальную и круговую поляризацию.


Поляризация зависит от типа антенны и ее расположения.
К примеру, вертикально расположенный несимметричный вибратор, дает вертикальную поляризацию, а горизонтально расположенный — горизонтальную.

Антенны горизонтальной поляризации дают больший эффект, т.к. природные и индустриальные помехи, имеют в основном вертикальную поляризацию.
Горизонтально поляризованные волны, отражаются от препятствий менее интенсивно, чем вертикально.
При распространении вертикально поляризованных волн, земная поверхность поглощает на 25% меньше их энергии.

При прохождении ионосферы, происходит вращение плоскости поляризации, как следствие, на приемной стороне не совпадает вектор поляризации и КПД приемной части падает. Для решения проблемы, применяют круговую поляризацию.

Все эти факторы факторы следует учитывать при расчете радиолиний с максимальной эффективностью.

Читают сейчас

Похожие публикации

  • 19 января 2017 в 09:12

Как избежать самовозбуждения усилителя сотовой связи

Излучение сотовой связи: опасно?

Операторы сотовой связи США могут начать блокировать рекламу

Вакансии

AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

Комментарии 45

Ждем статью изготовление и упрощенный расчет антенн дома.

Интересная статья, но хотелось бы по больше практических знаний скажем для радио любителей и скажем готовые расчеты для типовых антенн для свободных(без лицензионных) частот 433/868/2400 МГц.

Тьфю, сам проглядел:
1- фидер, 2-рефлектор, 4 — активный вибратор, 3- директоры.

Странная нумерация на картинке 🙂

информации, что полезного можно почерпнуть из диаграммы направленности

Куда самый узкий лепесток вытянут — туда основная мощща передатчика и бьёт

как могут наушники быть антенной для приема FM-радиостанций (как-то подбирается длина шнура?)

вопрос непонятен, потому и ответ такой: длина никак не подбирается, для fm-диапазон (88-108 МГц) достаточно длины проводника около 1м. А наушники служат антенной, т.к. просто заведены на УВЧ приёмника.

как делают антенны WiFi из банок для кофе

Симметричный вибратор
В простейшем случае состоит из двух токопроводящих отрезков, каждый из которых равен длине волны(1/2 или 1/4)
Так, к примеру, если диапазон метровых волн телепередач проходит через отметку 200 МГц, то длина волны будет равна 1,5 м.
Каждый отрезок симметричного вибратора будет равен 1,5 метра.

Когда-то интересовался телевизионными и УКВ-радиовещательными антеннами. Что-то не припомню, чтобы где-либо рекомендовались симметричные вибраторы общей длинной отличной от половины длинны волны. На картинке в статье изображен полуволновой разрезной вибратор, где четко указана его длина — λ/2, где λ-это длина волны.

Точно помню, как сам делал радиоантенну для УКВ радио на 88-107МГц, то брал за середину 100МГц, (с усилителем и приемником Т-7111 слушал рижские FM-радиостанции на удалении 150Км «в яме») общая длина вибратора получалась 1,5м (длина волны(м)=300/частота(МГц))

Нынче термин«Волновой канал» редко встречается, чаще такие антенны называют «яги» или Yagi.

Диаграммы симетричного вибратора, в зависимости от длины уса

КУ вы уже написали — 15 dBi
dBi — коэффициент усиления в децибелах по отношению к не направленной антенне (изотропной).
А выбирать готовую антенну нужно по следующим параметрам
1) Коэффициент усиления — чем больше тем лучше
2) Раскрыв главного лепестка в горизонтальной и вертикальной плоскости (указывается в градусах, направление максимально излучения). Тут выбирать исходя из задач и размещения, так же следует помнить, что чем уже луч — тем больше КУ.
3) Рабочая полоса частот (должна соответствовать полосе частот сигнала)
4) входное сопротивление антенны (должно быть точно равно выходному сопротивлению передатчика). В случае рассогласования входного и выходного сопротивлений, в лучшем случае снизится эффективность антенны, в худшем можно повредить выходные каскады передатчика.

Для Wi-Fi бытовых антенн последние два параметра по умолчанию согласованы с сетевыми картами (разве что диапазон придется выбрать 2,4 или 5 ГГц, но последний в Украине запрещен, не знаю как у вас). Так же следует помнить, что Wi-FI карта — это приемопередатчик и кроме антенны обращать внимание на мощность передатчика и чувствительность приемника (обычно задаются в dBm (дБм), чем больше первое и чем меньше второе — тем выше качество сигнала получится в итоге.

Что такое ЕН-антенна и как она работает?

Что такое ЕН-антенна и как она работает?
Сушко Сергей Анисимович
UA9LBG «Радио-Вектор-Тюмень» —
«Радиоклуб индивидуального (любительского) радиовещания «Tesla» в Тюменской обл.
Individuаl broadcast «Радио-Вектор-Тюмень»

E-mail: broadcast72 (at) yandex.ru

Введение

Радиолюбители всегда отличались своими неутомимыми изысканиями, они всегда ищут лучшую антенну для конкретного места ее установки, будь то поле, горы, водная гладь  или жилой дом, и это достаточно сложный вопрос. Ключевым вопросом в этих условиях могут оказаться размеры, эффективность, стоимость, надежность, или полоса пропускания. Нет антенны, которая удовлетворяла бы всем этим критериям одновременно. Все антенны имеют сильные и слабые стороны. Цель данной статьи состоит в том, чтобы дать понятие о том, как же работает ЕН-антенна, что такое диполь сопряженных полей (ДСП), что любая антенна, это открытый колебательный контур, который имеет свои характеристики по резонансу, добротности, диаграмме направленности и ширине полосы пропускания.

Излучатель

Что бы понять до конца, как работает эта антенна, нужно полностью изменить свое представление о работе этого типа антенн и понять, что излучатель этой антенны не укороченный диполь Герца, а открытый конденсатор, который тоже создает   электромагнитное поле. Сравнивать диполь-провод и диполь-емкость, так же бессмысленно и невежественно, как сравнивать подъемную силу самолета и стратостата. Вспомним, что в среде вокруг проводника, по которому протекает постоянный электрический ток, возникает только постоянное магнитное поле, которое не может создать вокруг себя электромагнитное поле.

Для правильного понятия работы емкостного излучателя нужно вспомнить работу электростатического поля. — Если к двум электродам (пластинам), находящимся на определенном расстоянии друг от друга, приложен постоянный электрический потенциал, то в среде между ними и вокруг них возникает только электростатическое поле, которое так же не может создать вокруг себя электромагнитное поле.

Задавшись целью создать электромагнитное поле, достаточно к проводнику или пластинам приложить переменный по знаку электрический потенциал. Только эта цель объединяет эти два совершенно разных излучателя.

Теперь мы знаем, что переменный по знаку электрический потенциал (переменное напряжение), приложенный к пластинам, будет изменять направление и величину напряженности электрического поля между ними, а поле становится электромагнитным, потому что каждое переменное электрическое поле создает электрический ток смещения и закономерно вызывает электромагнитное поле. Вот, основной принцип работы емкостного излучателя по Максвеллу.

Разность потенциалов между излучателями и расстояние их друг от друга, определяют напряженность электромагнитного поля между ними. Напряженность поля выражается в Вольт/метр (В/м, мВ/м, мкВ/м). К примеру, если к электродам излучателя, находящимся друг от друга на расстоянии 0,1м приложить напряжение в 100В, то напряженность поля между ними составит 1000В. Если эти электроды размещены на расстояние 0,2 м, то напряженность поля между ними составит всего 500В. Это один из принципов работы емкостного излучателя и как мы видим, ни чего общего с диполем Герца здесь нет.  Теперь мы имеем начальное представление о работе емкостного излучателя, что может стать определяющим направлением конструкции емкостного диполя и его размеров.

Возвращаясь к истокам открытого колебательного контура Максвелла, Никола Тесла решил задачу излучения электромагнитной волы другим путем. Если Генрих Герц вытянул витки в длинный провод, то Никола Тесла создал развитый элемент связи со средой не вытягиванием провода, а при помощи объемного емкостного излучателя, как это было в первых опытах Максвелла. Точно так же решил эту задачу наш современник Тэд Хард.

Конструкция антенны Т.Харда, это диполь Тесла. Стоит ли, лишний раз утверждать, что ЕН-антенна конструкции Т. Харда, см. Рис.1, это копия оригинала антенны Тесла, см. Fig.1. Тот же резонансный контур, тот же емкостной излучатель с катушкой индуктивности и катушкой связи. Антенна Тесла напоминает первый автомобиль Ford, а антенна Т. Харда, — последнюю модель Ford-Focus. Да, действительно Тед до максимума отработал конструктив антенны так, что бы он был легко повторяемым, как для начинающих радиолюбителей, так и для промышленного производства. Тем не менее, справедливости ради, автор данной статьи склонен называть эту антенну диполем Тесла с конструктивом Т. Харда. Думаю трудно недооценить, как заслуги Г.Форда, так и заслуги великого изобретателя начала 20-го века Н.Тесла?

Основой несущей конструкции инженера Т. Харда служит недорогая пластиковая труба с хорошими изоляционными характеристиками. Фольга в виде цилиндров плотно облегает ее, тем самым формируя излучатели антенны с небольшой емкостью. Индуктивность L1 образованного последовательного колебательного контура располагается за апертурой излучателя. Катушка индуктивности L2, расположенная в центре излучателя компенсирует противофазное и вредное излучение катушки L1. Разъем питания антенны (от генератора) W1 располагается внизу, это удобно для подключения фидера питания, уходящего вниз.

В данной конструкции настройка антенны производится двумя элементами, L1 и L3. Методом подбора витков катушки L1, антенна настраивается в режим последовательного резонанса по максимуму излучения, где антенна приобретает емкостной характер. Отвод от катушки индуктивности определяет входное сопротивление антенны и наличие у радиолюбителя фидера с волновым сопротивлением на 75 или 50 Ом. Подбором отвода от катушки L1 можно добиться КСВ = 1,2-1,5. Катушкой индуктивности L3 добиваются компенсации с емкостного характера антенны, по входному сопротивлению антенны и КСВ=1,05-1,1. Антенна принимает активный характер. Что бы понять до конца, как же нужно настраивать эту антенну, нужно подробнее изучить ее теорию и принцип действия диполя Тесла.

Примечание: Катушки L1 и L2 намотаны в разные стороны, а катушки L1 и L3 перпендикулярны друг другу для уменьшения взаимного влияния.

Рассмотрим принцип действия диполя Тесла.

Анализируя работу такой антенны, нужно рассматривать ее с разных позиций, как:
1. Работа последовательного колебательного контура (ПКК) со стороны генератора;
2. Питание контура и работа излучателя;
3. Работа емкостного излучателя со стороны среды.

1. Работа последовательного колебательного контура (ПКК) со стороны генератора.
На рис.2а изображена эквивалентная схема последовательного резонансного контура с учетом омических потерь Rк, подключенного к идеальному генератору гармонического напряжения с амплитудой U. Очевидно, что на резонансной частоте, когда величины реактивных сопротивлений катушки XL и конденсатора -ХC равны по модулю, реактивная величина обращается в ноль, но фазы их противоположны. Действительно, напряжение на катушке UL опережает ток на 90°, а напряжение на конденсаторе UC отстает от тока на 90°. Ясно, что между этими напряжениями сдвиг фаз равен 180° (Рис.2б).  Следовательно, сопротивление в цепи чисто активное, а ток в цепи определятся отношением амплитуды напряжения генератора к сопротивлению омических потерь: I= U/r. При этом на катушке и на конденсаторе, в которых запасена реактивная электроэнергия, падает одинаковое напряжение UL=UC=I|XL|=I|-XC|.

Резонанс в последовательном колебательном контуре принято называть резонансом напряжений. Резонансной частотой последовательного колебательного контура называют такую частоту, на которой сопротивление контура имеет чисто активный (резистивный) характер.

На (рис.2в) изображен график изменения полного сопротивления контура Z и тока Iконт. при изменении частоты генератора f. Таким образом, напряжение генератора U равно падению напряжения на активном сопротивлении Rк.

При резонансе напряжений, ток в контуре увеличивается. На индуктивном и емкостном сопротивлениях создается высокое напряжение, значительно превышающее напряжение генератора.

И действительно, если к контуру приложить напряжение U =100В, то напряжение на пластинах излучателя U2 с учетом  добротности контура Q=26  будет выглядеть согласно следующей формуле:
U2 = Q * U ,
где U напряжение на входе контура.
Согласно скромным расчетам U2 может составлять 2600В!

При расстройке контура выше или ниже по частоте на уровне 0,707, фазы отличаются друг от друга на 45 градусов, что часто применяется в фазоинверторах многих электронных устройств. Данное свойство так же используется для точной настройки LC- элементов и совмещения по фазе напряжения и тока в диполе Тесла.

2. Питание контура и работа излучателя.

Мы знаем, что диполь Тесла это последовательный колебательный контур (ПКК), где емкость С является открытым элементом связи со средой, участвующем в излучении. Индуктивность L участвует только в резонансе (рис. 3а). Кроме того, ее участие в излучении категорически неприемлемо, т.к. мы знаем, что напряжение на индуктивности противофазно на 180 градусов напряжению емкости образованного контура.                        

Но напряжение, приложенное к пластинам излучателя Uc (зеленая кривая, см. Рис.3б), это еще не напряженность поля среды вокруг излучателя. Напряженность поля излучения Ec, сосредоточенная в электрическом поле излучателя, без учета расстояния между пластинами равна:

где: С — ёмкость конденсатора.
U — максимальное значение напряжения на пластинах конденсатора.
ЕLнапряженность поля излучения катушкой индуктивности.

Из приведенной формулы ясно, что напряженность поля среды Ес в данной антенне прямо пропорционально емкости открытого конденсатора умноженное на квадрат приложенного напряжения, минус напряженность противофазного поля EL (рис.3б). Напряжение емкостного излучателя антенны может составлять десятки и сотни киловольт, что немаловажно для рассматриваемого излучателя. Здесь прослеживается полное подтверждение работы резонансного трансформатора Тесла как антенны, ведь вокруг излучателя трансформатора Тесла наблюдаются нимбы и коронарное свечение. Особенно это наблюдается при большой подводимой мощности или очень маленьких размеров диполя Тесла по отношению к длине волны. Подобное свечение вокруг излучателя диполя Тесла создаются за счет содержания в земной атмосфере газов, способствующих этому, ровно как свечение газа в неоновой лампе при напряжении между электродами всего в 50-60 В.

Исходя из теории работы последовательного колебательного контура, размещение и конструкция катушки индуктивности L в конструктиве Т. Харда играет не маловажную роль. Если разместить ее между электродами излучателя C (рис.4а), а энергия излучения катушки L противофазна энергии излучения емкостного излучателя C, то общая энергия излучения будет вычитаться, а при развитой одновитковой катушке будет стремиться к нулю. Противофазная напряженность EL  показана на графике, см. рис.3б красной линией. По этому катушку индуктивности строят с максимальным применением мероприятий по устранению ее излучения. Размещение катушки индуктивности L за апертурой излучателя C, дает более положительные результаты (рис.4б), что так же отмечено на графике рис.3б синей линией.

Значительное устранение влияния катушки индуктивности на излучатель возможно введением в центр апертуры излучения противофазной катушки индуктивности L пр.ф. (рис.4в) или катушки фазовой компенсации. Обычно эта катушка составляет четвертую часть витков, намотанных в противоположном направлении относительно катушки L.  Так сделал Тед Хард (катушка L2, рис.1) в предложенной им конструкции ЕН- антенны.

3. Работа емкостного излучателя со стороны среды.

И так, мы имеем ПКК с емкостным излучателем, в который необходимо вкладывать максимальную энергию излучения. Потери на сопротивлении среды Rср. это потери на излучение. При идеальной настройке ПКК в резонанс напряжений, реактивные элементы становятся равны друг другу. Токи и напряжения в цепи приобретают характер как на графике рис.2б.

Поскольку индуктивность искусственным путем не должна участвовать в излучении, далее в графиках мы будем рассматривать только работу емкостного излучателя. Размеры излучателя по отношению к длине волны и элементы реактивного характера настолько малы, что ими можно пренебречь и излучатель можно рассматривать как активный элемент, имеющий связь со средой. По этому при появлении на клеммах излучателя потенциала Uc, ток смещения Iсм. в среде появляется без задержки по фазе, как это происходит в диполе Герца. В силу вступают законы электромагнитной волны по Максвеллу, где каждый электрический ток в среде вызывает  сопряженное электромагнитное поле (рис.5). С этого момента можно дать определение емкостному диполю, как диполю сопряженных полей (ДСП) и поставить знак равенства между диполем Тесла и ДСП! Но амплитуда Iсм. еще мала, т.к. ток контура Iк. опережает ток смещения на 90 градусов.  Здесь процесс настройки ДСП еще не завершен, т.к. распределение мощностей не достигнуто до необходимого уровня, ровно как не достигнуто максимальное излучение. Используя возможность фазирования контура методом настройки LC –элементов, необходимо настроить контур так, что бы он приобретал емкостной характер (осторожно сдвигая резонанс вниз по частоте), а фаза Ес и Iсм. максимально приближались к фазе тока контура Iк.

Рассматривая задачу настройки диполя Тесла на максимальное излучение, можно подойти к этому вопросу тремя путями:

— настройкой катушкой индуктивности;
— настройкой емкостью излучателя;
— изменением частоты генератора. Используя любой из этих путей или решая эту задачу комплексно, напряжение U0 на излучателе согласно векторной диаграмме, см. Рис.6. резко увеличивается, а вместе с ней и напряженность поля Ес по графику, рис.6.

Благодаря этому в среде между элементами излучателя диполя Тесла создаются мощное синфазное электромагнитное ЕН поле. Этот процесс можно считать завершающей фазой настройки диполя, если не учитывать компенсацию емкостного характера антенны индуктивностью L3, см. Рис.1. Здесь поля взаимно перпендикулярны и синфазны уже в ближней зоне антенны (рис.7).

Этот тип антенны имеет небольшую емкость и достаточно большое L/C соотношение. Мощность излучения такой антенны в непосредственной близости выше диполя Герца примерно на 30 дб и являются сосредоточенной. В дальней зоне общая излучаемая мощность антенны, должна быть такой же, как у диполя Герца.   Подобное явление на уровне волновой теории можно сравнить с осветительными лампами. К примеру, лампу мощностью 40 Вт можно считать как излучатель с концентрированным полем. Ее можно приравнять к диполю Тесла. В свою очередь длинную гирлянду с той же излучаемой мощностью, где каждая из ста ламп излучает всего по 0,4 Вт, можно приравнять к диполю Герца, и здесь нет ни каких противоречий.

В антенне, разработанной Тедом Хардом, уровень излучения чуть ниже, чем у диполя Герца. Это связано с тем, что емкостной излучатель еще не до конца  исчерпал своих конструктивных возможностей, но имеет большую перспективу в своем развитии.

Подводя итог, мы можем сказать, что емкостной излучатель диполя Тесла, создает вокруг себя мощное и концентрированное электромагнитное излучение. Диполь Тесла обладает особенностью накопления энергии, что характерно последовательному LC- контуру, где суммарное выходное напряжение значительно превосходит входное, что наглядно видно по результатам простых расчетов. Данное свойство давно практикуют в промышленных радио-устройствах с большим входным сопротивлением. Таким образом, мы можем сделать следующий вывод:
Диполь Тесла — это открытый колебательный контур, где емкость — С,    это  конденсатор, который является открытым элементом (в виде сфер, конусов или цилиндров), осуществляющим связь со средой. Индуктивность L является лишь  резонансным элементом, не участвующим в излучении. Это диполь сопряженных полей (ДСП).

Заключение.

На практике, вплоть до 50-60х годов прошлого столетия, такие антенны применялись в войсковой радиосвязи многих развитых стран мира (СССР, США, ФРГ, Франции, и Великобритании) и по непонятным причинам были забыты. Чаще всего они использовались как антенны зенитного излучения (АЗИ) на мобильных объектах КВ радиосвязи и кое — где их можно встретить в службах обеспечения связи гражданских аэропортов в секторе списанного оборудования, и это не блеф. Особенно запоминаемым был тот факт, когда подобную антенну успешно применял для своих радиообменов оператор незаконно действующего передатчика (НДП) на юге Тюменской области с позывным радиосигнала «Катерина» в 1978-93 годах.

ДСП может быть использован, как временная антенна городского радиолюбителя с ограниченным бюджетом или возможностями. Антенна для туризма и экспедиций. Антенна имеет принцип работы, основанный на  классической теории, но требует некоторой теоретической подготовки.

Дуэт из двух и более одинаковых антенн с легкостью может быть преобразован в направленную антенную систему, но питание отдельных элементов его должно быть только активным. Для увеличения эффективности излучающих элементов, стоит обратить свой взор на статический излучатель Чижевского и все встанет на свои места. В обиходе автора статьи, эта антенна имеет название «Кактус». ДСП только технологически сложнее диполя Герца, но значительно меньше его по размерам. Это не кусок провода, который можно отмерять рулеткой и забросить на ближайший высоко стоящий объект. Это хорошо выверенный четырехполюсник с LC элементами со стороны фидера и С-излучатель со стороны среды. В связи с выше сказанным, диполь Тесла по праву занимает одну нишу с диполем Герца, но условия их применения разнятся, как использование разных инструментов, предназначенных для выполнения одной и той же задачи, — где-то требуется использовать острый топор, а где-то ножовку…

Как работает «антенна» Термен?

Тот факт, что Термены используют гетеродинные смесители, не имеет ничего общего с RF. −12 Ф / м для воздуха).

Когда вы работаете с терменом, ваша рука — это одна пластина (ваша рука эффективно заземлена), антенна — другая, а воздух между ними — диэлектрик. Когда вы двигаете рукой, вы меняете емкость между землей и антенной. Обе руки воздействуют на обе антенны, так как они действуют как две пластины параллельно, увеличивая общую площадь.

Две антенны расположены под прямым углом, потому что это уменьшает влияние, которое ваша левая рука окажет на правую антенну, и наоборот. Например, когда вы перемещаете руку вверх и вниз над объемной антенной, она сохраняет относительно постоянное расстояние от основной антенны, поэтому ее вклад в общую емкость постоянен (и мал).

Теория Операции

Примечание / Обновление: Пожалуйста, обратитесь к Ответу FredM для более подробного описания генератора.

Конденсаторы обеих антенн являются частью двух разных сложных активных LC-генераторов . «L» относится к индукторам, которые накапливают энергию в магнитном поле; «С» относится к конденсаторам, которые накапливают энергию в электрическом поле. В LC-генераторе энергия постоянно течет назад и вперед между ними, меняя электрический потенциал на магнитный.

Частота генератора основного тона выше звуковых частот, поэтому ее нельзя использовать напрямую. Термен имеет третий генератор, который работает с фиксированной частотой. Генератор основного тона и выходы фиксированного генератора поступают в гетеродинный смеситель, в результате чего получается выход, который включает в себя сумму сумм и разностей частот двух входов. Суммарная частота даже выше исходного сигнала, поэтому она бесполезна и отфильтровывается . Результирующий сигнал представляет собой одну частоту (плюс гармоники ) в звуковом диапазоне.

Частота генератора громкости используется для управления уровнем звукового сигнала. Когда вы двигаете рукой, частота изменяется, поэтому изменяется усиление усилителя и, следовательно, изменяется выходная громкость.

Введение в основы антенн

Добавлено 28 января 2017 в 18:30

Сохранить или поделиться

Основы антенн

Антенны используются для передачи и приема информации через изменения электромагнитных полей, которые окружают их. Данная статья представляет собой введение в теорию антенн для начинающих. В ней кратко рассматривается само понятие волны, падающая, отраженная и стоячая волны, КСВ, модуляция, дипольная антенна.

Краткая история электромагнетизма

Более 2600 лет назад (и, вероятно, еще раньше) древние греки обнаружили, что кусок янтаря, натёртый об мех, притягивает легкие предметы, например, перья. Примерно в то же время древние люди обнаружили магнитную руду, которая представляет собой куски намагниченной горной породы.

Потребовалось несколько сотен лет, чтобы определить, что существует два различных вида притяжения и отталкивания (магнитное и электрическое): одинаковые отталкиваются, а противоположные притягиваются. Затем прошло еще 2000 лет перед тем, как ученые впервые обнаружили, что эти два совершенно разных явления природы были неразрывно связаны между собой.

В начале девятнадцатого века Ханс Кристиан Эрстед помести провод перпендикулярно стрелке компаса и ничего не увидел. Но когда он повернул провод параллельно стрелке компаса и пропустил через него ток, стрелка отклонилась в одном направлении. Когда он пропустил ток через провод в противоположном направлении, стрелка компаса также отклонилась в противоположном направлении.

Ток, протекающий через проводник, расположенный перпендикулярно стрелке компаса, не вызывает ее движенияСтрелка компаса, расположенная параллельно проводнику, через который проходит ток. При изменении направления протекания тока на противоположное направление отклонение стрелки также меняется на противоположное.

Этот провод был первой передающей антенной, а компас был первым приемником. Ученые в то время просто не знали об этом.

Пока не очень элегантно, этот эксперимент дал подсказку о том, как работает вселенная – что заряды, двигающиеся через провод, создают магнитное поле, которое перпендекулярно проводу. (Ученые вскоре узнали, что это поле, окружающее проводник, имеет круглую форму, а не форму прямой, перпендикулярной проводнику.)

С помощью этой информации ученые смогли описать способы, с которыми электрические и магнитные поля взаимодействуют с электрическими зарядами, и сформировать основы понимания электромагнетизма.

Видео выше показывает, как нить лампы накаливания, работающей от переменного тока, изгибается между точками крепления при воздействии сильного магнитного поля.

Вскоре Никола Тесла в своей лаборатории без проводов зажег лампы, продемонстрировал первую игрушечную лодку с дистанционным управлением и создал систему переменного тока, которую сегодня мы используем по всему миру для передачи электрической энергии.

Менее чем через столетие после эксперимента Эрстеда, Гульельмо Маркони изобрел способ передачи первых беспроводных телеграфных сигналов через Атлантику.

И вот теперь, через два столетия после первого эксперимента с компасом, мы можем делать фотографии далеких планет и отправлять их через необъятный космос на устройства, которые мы можем держать в руках – и всё благодаря антеннам.

Фотография Плутона

Составные блоки

В нашей Вселенной действуют определенные правила. Люди обнаружили это тысячи лет назад, когда стали различать силу тяжести и способность одних объектов притягивать или отталкивать другие объекты. Затем люди обнаружили еще один набор правил притяжения и отталкивания, которые были полностью отделены от первого.

Люди разделили объекты по категориям и с помощью экспериментов определили, что положительный и отрицательный являются противоположными проявлениями свойства под названием «заряд», как и северный и южный полюса являются противоположными проявлениями чего-то под названием магнетизм, как и левая и правая руки являются двумя типами рук.

Изображение, показывающее зеркальную симметрию между электрическими зарядами, магнитными полюсами и руками

Что-то происходило в проводе Эрстеда независимо от того, была ли под ним стрелка компаса или нет. Это приводит к идее о неосязаемых электромагнитных полях, которые пронизывают Вселенную – и самые плотные материи, и вакуум. Каждый из наших объектов, отнесенных к категориям (+/-/N/S), влияет на пространство вокруг него и подвергается влиянию, если изменяется окружающее его поле.

Наложение волн (принцип суперпозиции)

Волны переносят энергию из одного места в другое.

Оставаясь нетронутым в течение длительного периода времени, поверхность воды в бассейне будет казаться плоской и неподвижной. Если побеспокоить воду в одном месте, молекулы воды побеспокоят соседние молекулы воды, которые побеспокоят соседние молекулы воды и так далее, пока волнение не дойдет до края бассейна.

Молекулы, которые начали цепь событий, остаются на месте, близкому их начальному расположению, но волнение достигнет края бассейна за секунды. Волны передают энергию без переноса вещества.

Одиночная волна в бассейне

Волны, как мы их описываем, это движение возмущения через среду. Одиночное начальное возмущение или миллион таких возмущений, к распространению возмущения приводит цепная реакция столкновений молекул в бассейне.

График распространения двух волн в бассейне

Когда две волны возмущают одну и ту же область пространства, их амплитуды будут складываться или вычитаться, создавая либо конструктивную, либо разрушающую интерференцию. Эта практика временного сложения или вычитания называется принципом суперпозиции.

График конструктивной интерференции волн

После того, как волны интерферируют в определенном месте, они продолжают движение в том же направлении и с той же скоростью, с какими они начали движение, так долго, пока они остаются в той же среде. Скорость и направление могут измениться, когда волна войдет в новую среду. Звуковые волны проходят через воздух, водные волны проходят через жидкости – вещества, через которые проходят волны, называются «средой».

Электромагнитные волны могут проходить через такие среды, как воздух и вода, или через пустоту космоса – они не требуют среды для распространения энергии из одного места в другое.

Отражение волны

При переходе волн из одной среды в другую часть их энергии передается, часть энергии отражается, а часть энергии рассеивается в окружающую среду.

Свойства материалов этих двух сред определяют соотношения передачи к отражению и рассеиванию. А также свойства материалов определяют, будет ли волна инвертироваться при отражении.

Передача и отражение энергии одиночного волнового импульсаНепрерывная падающая волна (оранжевый) попадает на границу сред, где часть энергии отражается (светло-оранжевый), а часть энергии передается (темно-оранжевый)

Отражение и инверсия

Когда волны распространяются из одной среды в другую, часть падающей энергии отражается. В зависимости от свойств материалов сред волны могут инвертироваться при отражении.

Представьте себе длинную пружину, привязанную к столбу. Если вы слегка ударите пружину слева, возмущение распространится по всей длине пружины, пока оно не ударит столб; и в этот момент оно изменит направление и начнет распространяться назад к вам с другой стороны, справа. Это и есть инверсия.

Инверсия волны при отражении

Возьмите ту же самую пружину и привяжите ее к веревке, одетой петлей на столб. Если вы слегка ударите пружину слева, возмущение распространится по всей длине пружины, пока оно не ударит веревку; в этот момент оно изменит направление и начнет распространяться назад к вам с той же стороны, слева.

Отсутствие инверсии при отражении

Понимание отражения колебаний пружины поможет нам понять, что происходит внутри антенны.

Вот четыре ситуации, которые помогут проиллюстрировать понятия отражения и инверсии.

Инвертируется или нет волна при отражении, это определяется свойствами сред по обе стороны границы раздела.

Если волна инвертируется при отражении, и мы хотим получить конструктивную интерференцию в веревке, у нас должна быть веревка длиной, равной половине длины волны, полной длине волны или полутора длин волны и так далее:\(L = n {\lambda \over 2}\), где n – целое положительное число.

Антенный резонанс основан на тех же принципах отражения и интерференции: выбирайте длину провода так, чтобы отраженная энергия могла интерферировать конструктивно, создавая больший сигнал, а, не уменьшая его.

Стоячие волны

Когда две волны одинаковой длины распространяются в одной среде, но в противоположных направлениях (изображены синим и оранжевым цветами в примерах ниже), они могут взаимодействовать и образовывать стоячую волну (изображена зеленым цветом в примерах ниже). Стоячие волны называются так потому, что в то время, как синие волны движутся влево, а оранжевые волны движутся вправо, зеленые стоячие волны не обладают никаким видимым движением в какую-либо сторону.

Падающая волна (оранжевая) и отраженная волна (синяя) объединяются, формируя стоячую волну (зеленая)

Стоячая волна возникает только при определенных условиях в среде, которые определяются режимом отражения и длиной падающей волны.

Коэффициент стоячей волны (КСВ, SWR)

Стоячие волны максимальной амплитуды возникают при очень точной комбинации частоты (или длины волны) и длины антенны.

К сожалению, нецелесообразно и фактически невозможно иметь антенны, которые обладают точной длиной, необходимой для формирования идеальной стоячей волны в требуемом диапазоне частот. К счастью, в этом нет необходимости. Антенна с одной фиксированной длиной может работать в небольшом диапазоне частот с небольшим, приемлемым уровнем расстройки.

Стоячие волны и напряжения в линии, показанные в течение периода колебаний

Длина антенны должна быть настроена для получения стоячей волны как можно более близкой к идеальной в центре рабочего диапазона частот.

Измерители КСВ (коэффициента стоячей волны) измеряют отношение передаваемой энергии к отраженной, и это отношение должно быть как можно ближе к 1:1.

Небольшие подстройки могут быть выполнены путем добавления в схему пассивных компонентов между оконечным каскадом усиления и антенной. Небольшие недостатки в настройке антенны могут вызвать появление разности потенциалов на конечном каскаде усиления, нагревание конечного участка передающей линии. Большой дисбаланс может вызвать подачу большой разности потенциалов обратно на схему передатчика, вызывая пробой диэлектрика, искрение и выход из строя оконечного усилителя.

Передача информации

Вероятно, наиболее известны два способа передачи информации: частотная модуляция (ЧМ, FM) и амплитудная модуляция (АМ, AM).

Частотная модуляция

При частотной модуляции информация передаются с помощью изменения частоты несущего колебания.

Частотная модуляция

Амплитудная модуляция

При амплитудной модуляции частота несущего колебания остается постоянной. Информация передается с помощью изменения амплитуды несущей.

Амплитудная модуляция

Дипольная антенна

Простая антенна, которая использует два одинаковых элемента, называется диполем. Самые короткие дипольные антенны работают с колебаниями, для которых длина антенны равна половине длины волны, и которые создают стоячие волны по всей длине антенны.

Стоячие волны в дипольной антенне

Изменяющиеся электрические поля вдоль длины антенны создают радиоволны, которые распространяются в направлениях от антенны.

Антенная, излучающая энергию

Антенны позволяют передавать и получать информацию, воздействуя и подвергаясь воздействию электромагнитных полей, пронизывающих вселенную. В следующей статье мы рассмотрим различные типы антенн, и как они работают.

Оригинал статьи:

Теги

AM / АМ (амплитудная модуляция)FM / ЧМ (частотная модуляция)VSWR / КСВН / КСВ (коэффициент стоячей волны по напряжению)АнтеннаДипольИнтерференцияКонструктивная интерференцияМодуляцияПринцип суперпозицииРазрушающая интерференцияСтоячая волнаЭлектромагнитное излучение (ЭМИ) / Electromagnetic radiation (EMR)

Сохранить или поделиться

Как работают антенны | Мобильные системы

Представьте, что вы протягиваете руку и ловите проходящие мимо слова, картинки и информацию. Это примерно то же самое, что и антенна (иногда называемая антенной): это металлический стержень или тарелка, которая улавливает радиоволны и превращает их в электрические сигналы, поступающие в что-то вроде радио, телевидения или телефонной системы. Такие антенны иногда называют приемниками. Передатчик — это антенна другого типа, которая выполняет функцию, противоположную работе приемника: она превращает электрические сигналы в радиоволны, чтобы они могли путешествовать иногда на тысячи километров вокруг Земли или даже в космос и обратно.Антенны и передатчики являются ключом практически ко всем формам современной электросвязи. Давайте подробнее разберемся, что это такое и как они работают!

Как работают антенны

Предположим, вы руководитель радиостанции и хотите транслировать свои программы на весь мир. Как вы это делаете? Вы используете микрофоны, чтобы улавливать звуки голосов людей и превращать их в электрическую энергию. Вы берете это электричество и, грубо говоря, заставляете его течь по высокой металлической антенне (многократно увеличивая ее мощность, чтобы она могла путешествовать так далеко, как вам нужно).Когда электроны (крошечные частицы внутри атомов) в электрическом токе движутся вперед и назад вдоль антенны, они создают невидимое электромагнитное излучение в форме радиоволн. Эти волны распространяются со скоростью света, унося с собой вашу радиопрограмму. Что происходит, когда я включаю радио у себя дома в нескольких милях от вас? Радиоволны, которые вы посылаете, проходят через металлическую антенну и заставляют электроны раскачиваться взад и вперед. Это генерирует электрический ток — сигнал о том, что электронные компоненты внутри моего радио снова превращаются в звук, который я слышу.

Как передатчик посылает радиоволны приемнику. 1) Электричество, поступающее в антенну передатчика, заставляет электроны колебаться вверх и вниз, создавая радиоволны. 2) Радиоволны распространяются по воздуху со скоростью света. 3) Когда волны достигают приемной антенны, они заставляют электроны внутри нее вибрировать. Это производит электрический ток, который воссоздает исходный сигнал.

Антенны передатчика и приемника часто очень похожи по конструкции.Например, если вы используете что-то вроде спутникового телефона, который может отправлять и принимать видеотелефонные вызовы в любое другое место на Земле с помощью космических спутников, все передаваемые и принимаемые вами сигналы проходят через одну спутниковую тарелку особого вида. антенны в форме чаши (технически известной как параболический рефлектор, потому что тарелка изгибается в форме графика, называемого параболой). Однако часто передатчики и приемники выглядят по-разному. Антенны теле- или радиовещания — это огромные мачты, иногда поднимающиеся в воздух на сотни метров, потому что они должны посылать мощные сигналы на большие расстояния.Но вам не нужно ничего такого большого на вашем телевизоре или радио дома: антенна гораздо меньшего размера отлично справится с этой задачей.

Волны не всегда проходят по воздуху от передатчика к приемнику. В зависимости от того, какие виды (частоты) волн мы хотим послать, как далеко мы хотим их послать и когда мы хотим это сделать, на самом деле существует три различных способа распространения волн:

Иллюстрация: Как волна распространяется от передатчика к приемнику: 1) По прямой видимости; 2) земной волной; 3) Через ионосферу.

  1. Как мы уже видели, они могут стрелять по линии прямой видимости, как луч света. В старых сетях междугородной телефонной связи микроволновые печи использовались для передачи вызовов таким образом между очень высокими коммуникационными вышками.
  2. Они могут двигаться вокруг кривизны Земли в так называемой земной волне. AM (средневолновое) радио имеет тенденцию перемещаться по этому пути на короткие и средние расстояния. Это объясняет, почему мы можем слышать радиосигналы за горизонтом (когда передатчик и приемник не находятся в пределах видимости друг друга).
  3. Они могут выстрелить в небо, отразиться от ионосферы (электрически заряженная часть верхней атмосферы Земли) и снова спуститься на землю. Этот эффект лучше всего работает ночью, что объясняет, почему удаленные (иностранные) AM-радиостанции намного легче поймать по вечерам. Днем уходящие в небо волны поглощаются нижними слоями ионосферы. Ночью этого не происходит. Вместо этого более высокие слои ионосферы улавливают радиоволны и отбрасывают их обратно на Землю, давая нам очень эффективное «небесное зеркало», которое может помочь переносить радиоволны на очень большие расстояния.

Какой длины должна быть антенна?

Фото: Эта телескопическая антенна FM-радио выдвигается на длину примерно 1-2 м (3-6 футов или около того), что примерно вдвое меньше длины радиоволн, которую она пытается уловить.

Самая простая антенна — это кусок металлического провода, прикрепленный к радиоприемнику. Первое радио, которое я когда-либо построил, когда мне было 11 или 12, было на кристалле с длинной петлей из медного провода, выступающей в качестве антенны. Я проложил антенну прямо вокруг потолка моей спальни, так что в целом она должна была быть около 20–30 метров (60–100 футов) в длину!

Фото: Антенны, которые используют связь прямой видимости, должны быть установлены на высоких башнях, как это.Вы можете видеть тонкие диполи антенны, торчащие из верхней части, но большая часть того, что вы видите здесь, — это просто башня, которая держит антенну высоко в воздухе. Фото Пьера-Этьена Куртежуа любезно предоставлено Армией США.

Большинство современных транзисторных радиоприемников имеют как минимум две антенны. Один из них — длинный блестящий телескопический стержень, который вынимается из корпуса и поворачивается для приема сигналов FM (частотной модуляции). Другой — это антенна внутри корпуса, обычно прикрепленная к основной плате, и она принимает сигналы AM (амплитудной модуляции).(Если вы не уверены в разнице между FM и AM, обратитесь к нашей статье о радио.)

Зачем в радиоприемнике две антенны? Сигналы в этих разных диапазонах волн передаются радиоволнами разной частоты и длины волны. Типичные радиосигналы AM имеют частоту 1000 кГц (килогерц), тогда как типичные сигналы FM имеют частоту около 100 МГц (мегагерц), поэтому они вибрируют примерно в сто раз быстрее. Поскольку все радиоволны распространяются с одинаковой скоростью (скорость света, которая составляет 300 000 км / с или 186 000 миль в секунду), сигналы AM имеют длины волн примерно в сто раз больше, чем сигналы FM.Вам нужны две антенны, потому что одна антенна не может улавливать столь сильно различающиеся диапазоны длин волн. Длина (или частота, если хотите) радиоволн, которые вы пытаетесь обнаружить, определяет длину антенны, которую вам нужно использовать. Вообще говоря, длина антенны должна составлять примерно половину длины волны радиоволн, которую вы пытаетесь принять (также можно сделать антенны, длина которых составляет четверть длины волны, хотя мы не будем здесь вдаваться в подробности). .

Руководство для новичков о том, как работает антенна

Возможность подключения в нашем мире поистине удивительна.Многие из нас считают само собой разумеющимся изощренность отправки сообщений по всему миру с поразительной скоростью.

Большая часть технологического мира обязана своим нынешним состоянием существованию антенн. Мы собираемся дать вам руководство для начинающих по изучению антенн. Надеюсь, мы сможем понять их важность и ценность.

Понимание того, как работает антенна, может открыть двери для понимания более широкого спектра современных средств массовой информации. Приступим:

Как работает антенна: Руководство для начинающих

Для начала мы рассмотрим основные функции антенн на простом примере.Мы рассмотрим другие приложения после того, как определим основные процессы антенн.

Хотя глобальное взаимодействие — сложный процесс, основы радиосвязи относительно просты и лежат в основе всей системы. Итак, начнем с основ.

Передатчики и приемники

В основе радиосвязи лежит использование передатчиков и приемников. Сигналы отправляются от передатчика и движутся по пути к приемнику, который принимает сигнал и модулирует его, чтобы восстановить сообщение.

Оба этих устройства состоят из разных частей, всегда включая антенну. Антенна, которая может потребоваться для приема спутникового телевидения, автомобильного радио или чего-либо еще, является приемником.

Размер, форма и объем этих антенн будут зависеть от целей отправителя и расстояния, на которое должен пройти сигнал.

Основы передачи

Фактический процесс передачи включает в себя несколько технических идей, и обычно люди предпочитают прекращать обучение.Однако мы заверяем вас, что понять основы не так уж сложно.

Чтобы передатчик мог посылать сигнал через антенну, через антенну должен проходить электрический ток и генерировать магнитное поле. Вместо того, чтобы просто посылать сигнал на определенной частоте, антенна отправляет сигналы, модулированные по частоте или амплитуде.

Частотная модуляция (FM) и амплитудная модуляция (AM) — два наиболее распространенных способа упаковки информации в радиоволнах.

Когда вы разбиваете частоту вашей любимой радиостанции, вы замечаете, что в вашей стереосистеме содержится много информации, скажем, на канале 99.9.

Сигнал модулируется так, чтобы содержать монофоническую аудиоинформацию (левый и правый динамики), пилот-сигнал, информацию о подавленной несущей AM и текстовую информацию.

Прием

Этот модулированный сигнал передается по воздуху, распространяется на очень определенных длинах волн и принимается антенной, которую вы используете.

Сигнал с информацией называется сигналом несущей. Когда сигнал был модулирован и передан в эфир, мы называем его сигналом несущей, потому что он несет информацию вместе с ним.

Подобно тому, как сигнал должен быть модулирован, чтобы стать сигналом несущей, он должен быть демодулирован, когда он достигает приемника. Другими словами, сигнал сводится к соответствующей информации.

Затем эта информация передается в аудиосистему вашего автомобиля и отправляется через акустическую систему.Когда дело доходит до других типов носителей, таких как видео, сигнал должен быть оцифрован.

Как перемещаются волны

Есть несколько способов, которыми радиоволны могут парить в воздухе.

Некоторые волны проходят прямо от передатчика к приемнику. Это просто называется «прямой видимостью». Микроволны использовались для передачи телефонных звонков в режиме прямой видимости.

Линия прямой видимости была фактически устранена в 60-х годах, когда оптоволоконные кабели были основным методом передачи телефонных звонков.Волоконно-оптические кабели кодируют информацию в луч света, который проходит через стеклянную трубу.

Сигналы, передаваемые на низких частотах, чаще всего АМ-станции, для работы полагаются на распространение земной волны. Сигналы земных волн используют пространство между Землей и ионосферой Земли для передачи сигналов.

Эти земные волны могут распространяться на большие расстояния при использовании в более низких частотах спектра. Ряд сигналов должен зависеть от передачи земной волны, потому что некоторые волны испытывают прерывание из-за воздействия света на D-область ионосферы.

Воздействие ионосферы

Последний метод, который мы обсудим, — это использование ионосферы для направления и усиления сигналов. Ионосфера — это электрически заряженный слой атмосферы нашей планеты, и он сильно влияет на распространение радиосигналов на огромные расстояния.

Ионосфера является домом для свободных электронов, которые помогают отражать сигналы и позволяют передавать сообщения по всему земному шару. Чтобы помочь вам представить себе важность ионосферы, представьте наш мир до появления спутников.

Спутники летают по нашему небу и принимают, а затем передают сигналы обратно, используя свой прицел для отправки сообщений на расстояния, которые наши предки никогда не могли себе представить.

Когда вы представляете себе путь сообщения, оно поднимается вверх, вероятно, под углом, принимается, а затем передается получателю. Он образует своего рода треугольник, основание которого может охватывать более половины земного шара.

Ионосфера выполняет аналогичную роль. Представьте, что у вас есть сообщение, которое вы можете отправить так далеко, как захотите, но только в одном направлении без влияния гравитации.Другими словами, вы могли бы направить это послание на своего друга в Ирландии, но в конечном итоге оно вылетело бы прямо на край кривизны Земли и сбилось бы с пути.

Ионосфера позволяет вам эффективно «пропустить» это сообщение с точки в небе обратно туда, где находится ваш друг. До появления спутниковой технологии мы использовали этот метод для организации первых трансляций по всему миру.

Хотите узнать больше?

Понимание того, как работает антенна, — важный первый шаг к пониманию того, как устроен наш мир.Это довольно сложная система, в которой мы живем, и мы сможем лучше ориентироваться в ней, если попытаемся сломать ее и разобраться в ней.

Посетите наш сайт для получения дополнительной информации о спутниковых технологиях!

Как работает антенна?

11 октября 2019 г.

Антенны широко используются в области телекоммуникаций, и мы знаем много приложения для них. Антенны принимают электромагнитную волну и преобразовать его в электрический сигнал или получить электрический сигнал и излучать его как электромагнитный волна.В этой статье мы собираемся взглянуть на науку, лежащую в основе антенн.

Разница между колеблющимся и излучающим электромагнитным полем

У нас есть электрический сигнал, как нам преобразовать его в электромагнитную волну? Ты можешь иметь в уме простой ответ. То есть использовать закрытый проводник, а с помощью принцип электромагнитной индукции вы сможете создавать колеблющееся магнитное поле и электрическое поле вокруг него, как показано на рис. 1А.Однако это флуктуирующее поле вокруг источника бесполезно при передаче сигналов. Электромагнитное поле здесь не распространяется; вместо этого он просто колеблется вокруг источника. В антенне электромагнитные волны необходимо отделить от источник, и они должны распространяться (Рис: 1B). Прежде чем посмотреть, как делается антенна, давайте понять физику разделения волн.

Рис. 1A Колеблющееся электромагнитное поле при электромагнитной индукции Рис. 1B Излучающее электромагнитное поле в гипотетической антенне

Физика колеблющегося диполя и излучения

Рассмотрим один положительный и один отрицательный заряды, расположенные на некотором расстоянии друг от друга.Это расположение известный как диполь, и они, очевидно, создают электрическое поле, как показано на рисунке 2A. Теперь предположим, что эти заряды колеблются, как показано на рис. 2В. В средней точке их пути скорость будет на уровне максимум и на концах их траекторий скорость будет равна нулю. Заряженные частицы претерпевают постоянное ускорение и замедление из-за этого изменения скорости.

Рис. 2A Силовые линии электрического поля электрического диполя вытянуты на
от положительного заряда к отрицательному. Рис: 2B Ускорение и замедление заряженных частиц

1.Силовая линия электрического поля при t = 0

Теперь задача состоит в том, чтобы выяснить, как электрическое поле изменяется из-за этого движения. Давайте сконцентрируйтесь только на одной силовой линии электрического поля (рис. 3).

Рис. 3 Электрическое поле показано при t = 0

2. Линия электрического поля при t = T / 8

Волновой фронт, сформированный в нулевой момент времени, расширяется и имеет вид деформируется, как показано, через одну восьмую периода времени (рис. 4A). Это удивительно; Ты можешь иметь ожидается простое электрическое поле, как показано в этом месте.Почему растянулось электрическое поле и образовали такое поле? как показано на рис. 4B. Это связано с тем, что ускоряющие или замедляющие заряды производят электрическое поле с некоторыми эффектами памяти. Старое электрическое поле нелегко приспособиться к новое состояние. Нам нужно потратить некоторое время, чтобы понять этот эффект памяти электрического генерация поля или излома ускоряющих или замедляющих зарядов.

Рис. 4A. При t = T / 8 ожидаемая форма электрического поля Рис. 4B При t = T / 8 действительная форма электрического поля

3.Силовая линия электрического поля при t = T / 4

Если мы продолжим наш анализ таким же образом, мы сможем видите, что через четверть периода времени концы волнового фронта встречаются в одной точке (рис. 5).

Рис. 5 При t = T / 4 концы электрического поля встречаются в одной точке, и происходит разделение и распространение

После этого происходит разделение и распространение волнового фронта. Если нарисовать напряженность электрического поля В зависимости от расстояния можно увидеть, что распространение волны носит синусоидальный характер (рис. 6).это Интересно отметить, что длина волны распространения, создаваемого таким образом, ровно вдвое больше, чем у длина диполя. Мы вернемся к этому вопросу позже. Обратите внимание, что это различное электрическое поле автоматически создает переменное магнитное поле, перпендикулярное ему. Это именно то, что нам нужно в антенне. Короче говоря, мы можем сделать антенну, если сможем сделать устройство для колебания положительных и отрицательных зарядов.

Рис: 6 Электромагнитное излучение в диполе

Как происходит излучение в антеннах?

На практике создать такой колеблющийся заряд очень просто.Возьмите токопроводящий стержень с изгиб в его центре и подайте сигнал напряжения в центре (7A). Предположим, это сигнал, который у вас есть приложен изменяющийся во времени сигнал напряжения. Рассмотрим случай в нулевой момент времени. Из-за эффекта напряжения, электроны будут смещены справа от диполя и будут накапливаться на левый. Это означает, что другой конец, который потерял электроны, автоматически становится положительно заряженным (7B). Это расположение создало тот же эффект, что и предыдущий случай дипольного заряда, т.е.е. положительные и отрицательные заряды на конце провода. При изменении напряжения во времени положительные и отрицательные заряды будут курсировать туда и сюда.

Рис: 7A Длинный прямой провод с переменным током Источником в центре
является дипольная антенна, излучающая электромагнитные волны Рис. 7B При подаче изменяющегося во времени сигнала напряжения количество электронов составляет
. накопленный на одном конце и создавал положительные заряды на другом конце

Простая дипольная антенна также производит происходит то же явление, которое мы видели в предыдущем разделе, и распространение волн.У нас есть теперь видно как антенна работает как передатчик. Частота передаваемого сигнала будет быть такой же, как частота подаваемого сигнала напряжения. Поскольку распространение происходит в скорость света, мы можем легко вычислить длину волны распространения (рис: 8). Для идеального передачи, длина антенны должна составлять половину длины волны.

ƒ антенна = ƒ вход

C = ƒ антенна x ƛ антенна

Рис. 8 Антенна излучает электромагнитные волны со скоростью света

Как антенны принимают сигналы?

Антенна работает обратимо, и она может работать как приемник, если на нее попадает распространяющееся электромагнитное поле.Давайте посмотрим на это явление подробнее.

Возьмите ту же антенну снова и приложите электрическое поле. В этот момент электроны будут накапливаются на одном конце стержня. Это то же самое, что и электрический диполь. В качестве примененного электрического поле меняется, положительные и отрицательные заряды накапливаются на других концах. Различная плата накопление означает, что в центре антенны вырабатывается сигнал переменного электрического напряжения. Этот сигнал напряжения является выходом, когда антенна работает как приемник, как показано на рисунке 9.Частота сигнал выходного напряжения совпадает с частотой принимаемой электромагнитной волны. Это ясно из конфигурация электрического поля, при которой для идеального приема размер антенны должен составлять половину длина волны. Во всех этих обсуждениях мы видели, что антенна представляет собой разомкнутую цепь.

Рис. 9 Антенна может работать как приемник, если на нее попадает распространяющееся электромагнитное поле.

Конструкция и работа нескольких антенн

А теперь давайте посмотрим на несколько практических антенн и на то, как они работают.

1. Антенна Яги Уда

Раньше для приема ТВ использовались дипольные антенны. Цветная полоса действует как диполь и принимает сигнал, как показано на рисунке. Диполь является его основным ведомым элементом. В такой антенне также необходимы рефлектор и директор для фокусировки сигнал на диполе. Отражающий элемент всегда длиннее, а направляющий элемент всегда короче ведомого. Эта полная структура известна как антенна Яги-Уда (рис. 10А).Антенна яги уда была изобретена двумя японскими учеными Хидэцугу Яги и Синтаро Уда. Это направленная антенна, используемая для связи точка-точка. Управляемый элемент или дипольная антенна преобразовывала полученный сигнал в электрические сигналы, и эти электрические сигналы передавались по коаксиальному кабелю на телевизионный блок (рис. 10B).

Рис. 10A Антенна Яги уда состоит из диполя, директоров и отражателей. Рис. 10B Антенна яги уда преобразует принятые сигналы в электрические сигналы
, и эти сигналы передаются по коаксиальному кабелю на телевизионный блок.

2.Спутниковая антенна в деталях

В настоящее время мы перешли на спутниковые телевизионные антенны. Они состоят из двух основных компонентов: параболический отражатель и малошумящий блочный понижающий преобразователь. Параболическая тарелка получает электромагнитные сигналы со спутника и фокусирует их на LNBF, как показано на рисунке 11. Форма параболический спроектирован очень точно и точно.

Рис. 11 В спутниковой тарелке входящий сигнал фокусируется на LNBF через параболический отражатель.

LNBF состоит из рупора, волновода, печатной платы и зонда (12A).Поступающие сигналы фокусируются на зонд через рупор и волновод. На датчике индуцируется напряжение, как мы видели в случае простого диполя. Сигнал напряжения так сгенерированный подается на печатную плату для обработки сигнала, такой как фильтрация, преобразование из высокого в низкий частота и усиление. После обработки эти электрические сигналы передаются на телевизионный блок через коаксиальный кабель (рис. 12Б).

Рис. 12A Подробная структура малошумящего рупора с блокирующим сигналом (LNBF) Рис. 12B Спутниковая тарелка преобразует принятые электромагнитные сигналы
в электрические сигналы, которые передаются по коаксиальному кабелю на телевизионный блок.

Если вы откроете LNB, вы, скорее всего, найдете 2 щуп вместо одного, причем второй щуп перпендикулярен первому.2-х зондовый расположение означает, что доступный спектр можно использовать дважды, посылая волны либо горизонтальная или вертикальная поляризация. Один зонд обнаруживает горизонтально поляризованный сигнал и другой сигнал с вертикальной поляризацией, как показано на рис. 13.

Рис. 13 Горизонтальный и вертикальный зонд обнаруживает горизонтально поляризованный сигнал и вертикально поляризованный сигнал соответственно.

3. Микрополосковая антенна или патч-антенна

В мобильном телефоне в вашей руке используется антенна совершенно другого типа, называемая патчем. антенна (рис. 14А).Эти типы антенн недороги и легко устанавливаются на печатную плату. Патч-антенна представляет собой металлическую пластину или полосу, размещенную на плоскости заземления с кусок диэлектрического материала между ними. Здесь металлическая накладка действует как излучающий элемент. В длина металлической накладки должна составлять половину длины волны для правильной передачи и прием (рис: 14Б). Обратите внимание, что описание патч-антенны, которое мы здесь объяснили, очень простое.

Рис. 14A Плоская перевернутая F-антенна, тип патч-антенны, используемой в современных сотовых телефонах.Рис. 14B Схема простой патч-антенны

ОБ АВТОРЕ

PRERNA GUPTA

Аспирант кафедры КИПиА. В настоящее время она работает в Lesics engineering Pvt.Ltd руководителем группы по визуальному образованию. Сферы ее интересов — телекоммуникации, полупроводниковые материалы и устройства, встроенные системы и дизайн. Prerna выполнила такие проекты, как MOSFET, волоконно-оптический кабель, маршрутизация, система GPS, модуляция, спутник, работа мобильного телефона, электромагнитное излучение и т. Д.Чтобы узнать больше об авторе, перейдите по этой ссылке.

Основы антенны »Примечания по электронике

Радиоантенны или антенны необходимы для работы любой радиосистемы. Понимание того, как они работают, и базовой теории является ключом к установке, оптимизации и проектированию антенн.


Учебное пособие по базовой теории антенны Включает:
Базовая теория антенны Поляризация Резонанс и полоса пропускания Усиление и направленность Сопротивление подачи


Радиоантенны — ключевой элемент любой системы радиовещания или беспроводной связи.Для излучения и приема сигналов требуется антенна, поэтому их характеристики являются ключевыми для работы всей радиосистемы.

Если качество радиоантенны низкое, то это ограничит производительность всей системы радиосвязи или любой другой беспроводной системы, которая ее использует. Таким образом, очень важно обеспечить максимальные характеристики антенны. Понимание основ теории радиоантенн поможет получить максимум от любой воздушной системы.

Углубленная теория антенн может стать довольно сложной, но качественное и упрощенное теоретическое объяснение помогает понять, что на самом деле происходит, как работают радиоантенны и как их можно оптимизировать.Это может быть ключевым моментом при настройке системы радиосвязи или канала связи.

Как работает антенна

Назначение радиоантенны — преобразование мощности, подаваемой на нее в виде радиочастотного сигнала переменного тока, в электромагнитную волну.

Эта электромагнитная волна может проходить через пространство между передающей радиоантенной и приемной антенной. На приемном конце электромагнитная волна преобразуется из электромагнитной волны обратно в радиочастотный сигнал, который может подаваться на вход радиоприемника.

Таким образом, к радиоантенне может подаваться питание, от которого запускается сигнал в виде электромагнитной волны. Точно так же, когда электромагнитная волна падает на антенну, она преобразуется из электромагнитной волны в радиочастотный сигнал, который может быть передан на вход приемного оборудования.

Основная теория работы антенн может быть объяснена с помощью уравнений Максвелла. Они подробно описывают способ, которым ток или заряды движутся по антенне, и они производят электромагнитные волны.

Глядя на то, как работает антенна с более качественной точки зрения, можно визуализировать точечный заряд, который колеблется в соответствии с радиочастотным сигналом.

В результате колебаний заряда результирующее электрическое поле также изменится, и это изменяющееся электрическое поле будет генерировать ток смещения.

В свою очередь, в результате закона Ампера этот ток будет генерировать магнитное поле.

Ввиду того факта, что колебания заряда создают переменное электрическое поле, а затем магнитное поле, все они изменяются вместе.

Применяя закон Фарадея, изменяющееся магнитное поле создает электрическое поле. В свою очередь, это электрическое поле снова создаст магнитное поле, и процесс повторяется. Эти волны электрического и магнитного полей составляют электромагнитные волны, которые распространяются наружу от исходного точечного заряда.

Энергия исходного колеблющегося точечного заряда преобразуется в энергию электромагнитной волны — другими словами, энергия, поступающая в антенну, преобразуется в энергию электромагнитных волн.

Также видно, что именно текущая составляющая сигнала на антенне вызывает излучаемые электромагнитные волны.

Передатчик и приемник взаимности

Одним из ключевых аспектов любой радиоантенны является то, будет ли она принимать и передавать одинаковым образом. Любая пассивная антенна, то есть та, которая не использует встроенную электронную схему, такую ​​как активная антенна, будет работать таким же образом, как передача и прием.

Он будет иметь одинаковое усиление, одинаковую диаграмму направленности, поляризацию, одинаковый импеданс и другие аспекты как для передачи, так и для приема.

Часто легче визуализировать такие факторы, как усиление и диаграмму направленности, используя изображение передаваемого сигнала, но антенна будет иметь такое же усиление, диаграмму направленности и т. Д. При приеме.

Ключевые вопросы теории антенн

Есть несколько основных тем, которые являются общими для всех типов радиоантенн и составляют часть базовой теории антенн.

  • Поляризация: Радиоантенны чувствительны к поляризации.Антенны могут быть поляризованы точно так же, как электромагнитные волны. Можно видеть, что некоторые антенны имеют свои элементы вертикально, а другие — горизонтально. Это необходимо для приема вертикальных и горизонтально поляризованных электромагнитных волн.

    Антенны с вертикальной и горизонтальной поляризацией принимают электромагнитные волны одинаковой поляризации — поляризация электромагнитного карниза определяется плоскостью, в которой находится электрическое поле. Если поляризация волны не совмещена, уровень сигнала будет уменьшен — антенны с кросс-поляризацией не будут принимать сигналы, передаваемые другой.Поэтому важно обеспечить одинаковую поляризацию антенн в системе радиосвязи.

    Помимо линейной поляризации, электромагнитные волны также могут быть поляризованы по кругу — очевидно, есть два направления, то есть по часовой стрелке и против часовой стрелки. Подобно линейной поляризации, антенны с круговой поляризацией должны иметь одинаковое направление поляризации для приема сигналов, передаваемых другой.


  • Резонанс и полоса пропускания: Резонанс и полоса пропускания являются ключевыми вопросами теории антенн.По сути, полоса пропускания антенны — это диапазон частот, в котором антенна будет работать в соответствии со своими техническими характеристиками. Хотя это определение может показаться расплывчатым, на самом деле оно является наиболее полезным, поскольку для разных антенн в разных сценариях часто используются разные критерии.

    Два аспекта характеристик антенны могут ограничивать полосу пропускания. Один — это отраженная мощность, а другой — коэффициент усиления.

    Поскольку многие антенны работают как резонансные, существует только ограниченный диапазон, в котором они могут работать.Вне этих пределов уровень отраженной мощности увеличивается, и они могут не работать так же эффективно.

    Другое распространенное ограничение — это усиление. Многие антенны, такие как Yagi, обычно используются в качестве телевизионной антенны. Эти антенны хорошо работают в пределах заданной полосы пропускания. В противном случае направление движения изменится, и они не будут столь же эффективными.

    Ширина полосы частот антенн может иметь значение. Для некоторых приложений требуется очень широкая полоса пропускания. Например, телевизионные антенны часто должны иметь широкую полосу пропускания — не только передачи занимают достаточно широкую полосу пропускания, но, что более важно, различные телевизионные сигналы могут быть разнесены в широком диапазоне, и антенна должна будет принимать их.Для других приложений, например различных беспроводных систем, система может работать на одной частоте с использованием узкополосной передачи, и для этих приложений ширина полосы частот антенны может быть узкой.


  • Усиление и направленность: Антенны не излучают одинаково во всех направлениях — только изотропный источник излучает одинаково во всех направлениях, и это только теоретическая сущность. В некоторых направлениях практические антенны демонстрируют усиление, когда доступная мощность сосредоточена в определенном направлении, и они имеют диаграмму направленности.Теория антенн для направленности и усиления важна во многих областях, будь то для различных беспроводных систем, радиосвязи или радиовещания.

  • Сопротивление фидера и согласование: Входное соединение антенны представляет импеданс фидеру, к которому она подключена. Для оптимальной передачи мощности источник и нагрузка должны быть согласованы. Соответственно, теория антенны, связанная с импедансом питания, важна для оптимальной работы антенны.

    Существует множество факторов, связанных с импедансом фидера, и существуют различные методы обеспечения хорошего фидера и согласования для любой конкретной антенны, чтобы гарантировать оптимальные характеристики ее работы.


Хотя теория радиоантенн может показаться сложной, рабочее понимание того, как работают антенны, и некоторых ключевых концепций очень полезно. Это может быть бесценным при настройке системы радиосвязи или канала связи или даже при установке приемных антенн для радиовещания или радиоантенн для любого из множества приложений.

Другие темы об антеннах и распространении:
ЭМ-волны Распространение радио Ионосферное распространение Земная волна Рассеивание метеоров Тропосферное распространение Кубический четырехугольник Диполь Дискон Ферритовый стержень Логопериодическая антенна Параболическая рефлекторная антенна Вертикальные антенны Яги Заземление антенны Коаксиальный кабель Волновод КСВ Балуны для антенн MIMO
Вернуться в меню «Антенны и распространение».. .

Как работает радиоантенна CB?

Радиоантенна гражданского диапазона (CB) — это устройство, предназначенное для выполнения двух задач: оно улавливает радиочастотные сигналы, которые затем преобразуются в электрические сигналы приемником, и оно принимает электрические сигналы от передатчика и преобразует их в радиосигналы. частотные сигналы. В этой второй функции вступает в игру настройка, поскольку антенна должна излучать радиочастотных сигналов , что лучше всего получается, когда длина антенны точно соответствует длине волны передаваемой радиочастоты.

Вы можете определить правильную длину антенны по формуле:

Длина волны (в футах) = 984 / частота (в мегагерцах)

CB-часть спектра начинается с 25,01 мегагерц, поэтому антенна с полной длиной волны будет быть немного больше 39,34 футов в длину. Очевидно, что это немного длинновато для крепления к бамперу, поэтому люди, как правило, используют антенны, составляющие часть длины волны: 1/2, 5/8, 1/4 и 1/8 — обычные длины волн для антенн. В случае CB антенна 1/4 длиной чуть менее 10 футов — это обычный «хлыст», который вы можете увидеть на легковых и грузовых автомобилях.

Проблема в том, что на современных трансиверах CB имеется 40 каналов, каждый из которых соответствует разной частоте. Нецелесообразно иметь отдельную антенну для каждой частоты, поэтому разработчикам антенн приходится идти на компромисс, обычно выбирая частоту в середине диапазона и выбирая соответствующую длину антенны.

Когда достигается подобный компромисс, вы должны увидеть, является ли он хорошим компромиссом. Это делается путем измерения коэффициента стоячей волны (КСВ) антенны и кабеля между антенной и настройки антенны до тех пор, пока КСВ не станет приемлемым.

Каждая антенна и каждая антенная фидерная линия имеет характеристический импеданс или сопротивление электрическому току. В идеальной ситуации импедансы линии и антенны идеально совпадают, и 100 процентов электрической энергии, посылаемой на антенну, преобразуется в энергию радиоизлучения и излучается в атмосферу. В менее чем идеальном случае, когда импедансы не идеально согласованы, часть электрической энергии, отправляемой на антенну, не будет преобразована в энергию радио, а будет отражена обратно по фидерной линии.Энергия, отражающаяся от антенны, вызывает стоячих волн и электрической энергии в фидерной линии. (Пример стоячих волн за пределами мира электроники можно найти на речных порогах. Когда вода проходит вокруг и между валунами, она может образовывать волну, которая не идет вверх или вниз по реке, а просто остается на одном месте. Это стоячая волна. волна воды.) Отношение наибольшего напряжения на линии к наименьшему — это коэффициент стоячей волны. В идеально подобранной системе КСВ составляет 1: 1.

Для настройки антенны используйте измеритель КСВ, прикрепленный между передатчиком и антенной фидерной линией.В зависимости от измерителя вы можете либо использовать кнопку на измерителе для генерации сигнала по различным каналам, либо задействовать микрофон на трансивере CB для генерации сигнала, пока вы смотрите на показания КСВ. В общем, если КСВ никогда не превышает 1,5: 1, вы в хорошей форме. Если КСВ действительно превышает 1,5: 1, то посмотрите на измеритель на разных частотах, чтобы увидеть, как развивается тенденция: КСВ будет больше либо на более высоких каналах, либо на более низких. Если КСВ больше на нижних каналах, попробуйте постепенно удлинить антенну, перемещая ее в основании.Если КСВ больше на более высоких каналах, попробуйте укоротить антенну.

Имейте в виду, что электрическое заземление антенны, структура вокруг антенны и любые другие антенны рядом с антенной CB могут повлиять на импеданс антенны и КСВ. Существует достаточно переменных, в которых настройка антенны сочетает искусство и науку, но ваше оборудование и радиоконтакты будут вам благодарны, если вы потратите время на настройку.

Вот несколько интересных ссылок:

Основы антенн: принцип работы, типы и применение

Поскольку первые антенны были сконструированы немецким физиком Генрихом Герцем, их конструкция и возможности значительно улучшились на сегодняшний день с появлением антенн с высокой направленностью.

Хотя почти каждый сталкивался с антеннами в какой-то момент, мало кто понимает принципы, которые позволяют им выполнять работу по передаче, которую мы принимаем как должное. В этой статье мы объясним, как антенны интегрируются и работают в наших устройствах.

Что такое антенны?

Антенны — это устройства, которые взаимодействуют с радиоволнами, перемещающимися в космосе из одной точки в другую. Эти устройства существуют уже давно и используются во множестве электронных систем, требующих передачи сигнала с помощью электромагнитных волн, таких как радиолокационные системы, радио и телевидение.

Антенны используются в большом количестве устройств и электронных систем, которым требуется передача сигнала посредством электромагнитных волн.

Основные принципы работы

Антенна состоит из металлического проводника, который передает радиоволны (RF) между двумя точками в пространстве. Это устройство может либо передавать сигнал, либо принимать его. Когда напряжение подается на передающую антенну, она генерирует радиосигналы, которые поступают на приемную антенну, где сигнал преобразуется обратно в электрическую энергию в виде информации.

Основные характеристики антенны

Все антенны обладают определенными фундаментальными свойствами, которые позволяют им эффективно функционировать. Эти ключевые свойства антенн перечислены ниже:

Интенсивность излучения

Интенсивность излучения данной антенны означает мощность на единицу угла, измеряемую в ваттах на стерадиан (Вт / ср).

Диаграмма направленности

В большинстве случаев антенна не может излучать одинаковое количество энергии во всех направлениях.Большинство антенн излучают радиоволны максимально в одном направлении, в то время как энергия, излучаемая в других областях, незначительна. Диаграмма направленности антенны представлена ​​величиной напряженности поля. Напряженность поля измеряется на расстоянии от антенны в вольт / метр.

Эффективность излучения и увеличение мощности

Насколько эффективно функции антенны ограничиваются материалом проводника, из которого она состоит. Поскольку антенны сделаны из материалов с несовершенной проводимостью, их эффективность не является стопроцентной.Эффективность излучения антенны — это отношение излучаемой мощности к входной мощности. Прирост мощности относится к мощности, излучаемой в определенном направлении, по сравнению с общей потребляемой мощностью.

Входное сопротивление

Входное сопротивление антенны относится к величине сопротивления, установленного против потока тока через ее проводящий материал. Чтобы оставаться эффективной, антенна должна иметь входной импеданс, хорошо сбалансированный с входной линией передачи.

Эффективная длина

Эффективная длина воображаемой линейной антенны — это ее общая длина, по которой течет равномерно распределенный ток.

Пропускная способность

В зависимости от типа антенны передают сигнал на разных частотах. Полоса пропускания антенны относится к фиксированному набору частот, на которых характеристики антенны поддерживаются на определенном эффективном значении.

Эффективная апертура

Этот термин используется для описания приемной антенны. Влияние антенны / площади — это мера способности антенны извлекать соответствующие сигналы из электромагнитных волн.

Поляризация антенны

Направление, в котором излучаются электромагнитные волны, обозначается как их поляризация.Для антенны, которая излучает радиоволны в нескольких направлениях, направление максимального усиления используется для определения ее поляризации.

Схемы передачи волны

Электромагнитные волны, распространяющиеся между двумя передающими устройствами, могут следовать по одному из трех путей, чтобы достичь целевых антенн. Электромагнитные волны могут излучаться по прямой линии от передающей антенны к приемному устройству. Однако этот метод передачи сигнала используется все реже, поскольку волоконная оптика становится все более распространенным явлением.

Еще один метод передачи AM-волн на умеренное расстояние — посылать их по кривизне Земли. Эти волны известны как земные волны и могут эффективно проводить радиосигналы к приемнику за пределами прямой видимости передающего устройства.

Третий метод передачи сигналов между передающей и приемной антеннами заключается в отражении волн от верхних слоев атмосферы (ионосферы) Земли. Сигналы, исходящие от передатчика и отраженные вниз к приемнику, могут испытывать некоторые искажения в дневное время и наиболее эффективно передаются ночью.

Спутниковая антенна для отслеживания и обнаружения. Тип антенны — спиральная, которая передает и принимает радиоволны с круговой поляризацией, которые широко используются для спутниковой связи. Кредит изображения: Wikimedia Commons.

Типы антенн

Антенны

бывают самых разных конфигураций и размеров, подходящие для различных функций. Основные типы антенн, используемых в современных приложениях, описаны ниже:

  • Проволочные антенны

  • Логопериодические антенны

  • Апертурные антенны

  • Антенны решетчатые

  • Винтовые антенны

Проволочные антенны

Это один из самых популярных типов антенн, используемых в самых разных условиях.Проволочные антенны обычно используются в автомобилях, море и самолетах, а также в коммерческих и жилых зданиях.

Логопериодические антенны

Логопериодическая антенна — это направленная антенна, состоящая из нескольких элементов, которые работают в широком диапазоне частот. Логопериодические антенны обычно представляют собой диполи, расположенные вдоль их оси. Эти типы антенн особенно полезны в приложениях, где требуется переменная ширина полосы, направленность и усиление антенны являются приоритетами.

Апертурные антенны

Это существенно модифицированные дипольные или рамочные антенны, заключенные в структуру, которая позволяет диполям передавать радиоволны в фиксированном направлении. Апертурные антенны бывают щелевыми или рупорными. В то время как антенны с щелевой апертурой имеют щели, которые позволяют всенаправленное излучение электромагнитных волн, рупорные антенны имеют пирамидальную структуру, которая выполняет аналогичную функцию.

Массивные антенны

Эти типы антенн представляют собой совокупность простых антенн, функционирующих как составное устройство.В большинстве антенных решеток компоненты обычно представляют собой дипольные антенны, расположенные перпендикулярно плоскости антенны. Популярным вариантом антенных решеток является антенна Яги, которая представляет собой направленную установку с использованием диполей для создания и излучения радиоволн.

Винтовые антенны

Спиральная антенна состоит из одного металлического проводника, намотанного в форме спирали. Уникальной особенностью спиральных антенн является их круговая поляризация (они имеют как вертикальную, так и горизонтальную диаграмму направленности радиоволн).

Электронный символ антенны, используемый в принципиальных электрических схемах радиоантенны. Кредит изображения: Wikimedia Commons.

Приложения

Имеющиеся сегодня многочисленные варианты антенн используются для передачи информации на короткие и большие расстояния. В зависимости от требований к широковещательной передаче или приему для передачи радиоволн могут использоваться различные антенны. Ниже описаны некоторые ключевые области применения современных антенн.

Передача высоких и сверхвысоких частот

Радио- и телевизионные станции передают свои программы, используя антенны очень высоких (VHF) и сверхвысоких частот (UHF), чтобы речь и данные могли достигать зрителей и слушателей на удаленных расстояниях. Типичные частоты вещания, используемые этими антеннами, находятся в диапазоне от 3 МГц до 300 МГц.

Радар и сонар

Интеллектуальные антенные решетки критически важны для работы радарных систем, используемых в системах управления воздушным движением и наведения самолетов, а также для определения источника и навигационного гидролокатора, используемого морскими судами.

Телевидение и радио

Решетчатые антенны Yagi обычно используются в телевизионных и FM-устройствах для приема сигналов VHF и UHF, излучаемых радиовещательными базами. Эти типы антенн являются направленными и должны быть расположены напротив источника радиоволн для эффективного захвата и передачи излучаемых сигналов.

Дальнейшие достижения в области антенных технологий

Антенны — это вездесущие компоненты, которые можно найти во всех типах систем передачи сигналов, используемых сегодня.Кроме того, антенны бывают разных конфигураций и размеров. В этой статье мы пролили больше света на некоторые из наиболее часто используемых типов антенн, а также на их области применения.

По мере того, как устройства становятся меньше, размеры антенн также уменьшаются. Инженеры-электрики могут ожидать дальнейшего развития антенных технологий по мере появления новых тенденций, таких как стандарт беспроводной связи 5G.

карт и станций, которые нужно знать

Направляющая для обрезки шнура

11 декабря 2019


Новости: ушастые антенны, которые устанавливались на телевизоре в гостиной вашей бабушки, ушли в прошлое.Но это не значит, что антенны вышли из моды; Фактически, FCC и индустрия сделали высококачественное видео даже проще, чем это было во времена бабушки! Если вы отрезаете кабель, простая установка цифровой антенны поможет вам получить доступ к местным каналам без ежемесячного счета.

Прежде чем мы перейдем к тому, как будет выглядеть жизнь после того, как вы перережете шнур, важно понять, как работают антенны HDTV, какой тип сигнала вы можете ожидать и какой тип антенны вам понадобится для приема.

Как работают OTA-антенны?

Чтобы упростить его, телевизионная антенна представляет собой набор специально расположенных проводов или металлических элементов, предназначенных для приема сигналов вещания из телевизионных сетей. Антенны HDTV принимают телевизионные передачи с помощью электромагнитных сигналов и преобразуют их в видео и аудио для отображения любых программ, которые вы хотите смотреть.

Поскольку спектр цифрового вещания по-прежнему принадлежит населению и регулируется FCC, вы можете получить доступ ко всему этому без ежемесячной платы.Возможно, вам придется заплатить за устройства, но это означает, что все, что вам нужно, это HDTV и антенна HD, чтобы смотреть некоторые из ваших любимых каналов в четком и четком формате высокой четкости.

Еще лучше: в то время как некоторые кабельные сети для эффективности сжимают свои сигналы, местные радиовещательные передачи передают несжатые сигналы, поэтому вы получаете аудио и видео высочайшего качества. Около 90% всех домохозяйств могут свободно принимать как минимум 5 местных станций, используя антенну HDTV.

Некоторые антенны можно подключать напрямую к телевизору; Если в вашем телевизоре есть встроенный тюнер, все в порядке.Другим понадобится тюнер, подключенный между антенной и вашим устройством. Не волнуйтесь, если у вас несколько телевизоров, вам не нужно покупать несколько антенн, поскольку при необходимости соединения можно разделить или усилить.

Какой тип антенны мне нужен?

Хотя мы не можем контролировать, где вы живете (это зависит от вас, ребята), мы можем предложить несколько советов о том, как добиться наилучшего приема независимо от вашего местоположения.

Если у вас хороший прием в вашем районе, и ваш телевизор удобно разместить возле окна, комнатная антенна, вероятно, все, что вам нужно для приема хорошего сигнала.Недавнее исследование, проведенное Consumer Reports, показало, что четкость и производительность самых продаваемых домашних телевизионных антенн зависят не только от местоположения. Для некоторых моделей было важно, чтобы они были направленными, что означало, что они должны были быть направлены на башни вещания, чтобы работать хорошо. Другие, хотя и были дорогими, не обеспечивали производительности. В целом, размещение антенны как можно выше физически и рядом с окном для предотвращения помех обеспечит наилучший сигнал.

Если в вашем доме уровень сигнала слабее, вам следует рассмотреть возможность установки наружной антенны, которую можно разместить на крыше или сбоку от дома.

Что я могу смотреть с помощью антенны?

То, что вы сможете смотреть конкретно, и его качество в некоторой степени зависит от того, где вы живете. Если вы живете на крупном телевизионном рынке (например, в Нью-Йорке), у вас будет доступ ко многим местным станциям, таким как ABC, CBS, Fox и NBC. Такие веб-сайты, как AntennaWeb.org и TV Fool, а также страница FCC DTV Reception Maps, дадут вам лучшее представление о том, какие станции могут принимать в вашем районе. Обязательно изучите различные антенные телеканалы по почтовому индексу, чтобы точно знать, что вы сможете смотреть.

Вы можете поэкспериментировать с различными вариантами размещения антенны, используя только коаксиальный кабель дополнительной длины. И вы также можете использовать усилитель для усиления сигнала и подключения более удаленных станций. Усилители особенно полезны, если вы планируете разделить сигнал от одной антенны для подачи на несколько телевизоров.

Общий совет для получения максимально бесплатного ТВ с цифровой антенной — это регулярно выполнять повторное сканирование каналов. Тот факт, что некоторые станции недоступны при первой настройке антенны, не означает, что их не будет через несколько месяцев.Многие станции постоянно находятся в процессе перехода на новые частоты, поэтому повторное сканирование один раз в месяц, скорее всего, даст вам новые станции, которые в противном случае вы не смогли бы найти.

Если вы используете антенну в качестве дополнения к потоковым сервисам, ознакомьтесь с другими нашими публикациями о смарт-телевизорах, потоковых джойстиках и потоковых приставках.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *