Hoe werken antennes eigenlijk?

2021-9-16 www.whwireless.com

Geschatte 8 minuten om het lezen te voltooien

Antennes worden veel gebruikt in de telecommunicatie, bijvoorbeeld in radiocommunicatie, radio en televisie.

Antennes pikken elektromagnetische golven op en zetten ze om in elektrische signalen, of pikken elektrische signalen op en stralen ze uit als elektromagnetische golven.

Laten we in dit artikel eens kijken naar de wetenschap erachter antennes.

Als we een elektrisch signaal hebben, hoe zetten we het dan om in een elektromagnetische golf?

Je hebt waarschijnlijk een eenvoudig antwoord in gedachten: dat is een gesloten draad gebruiken die, met behulp van het principe van elektromagnetische inductie, in staat zal zijn om een ​​fluctuerend magnetisch veld en een elektrisch veld eromheen te genereren.

Dit fluctuerende veld rond de bron heeft echter geen zin bij de overdracht van het signaal.

Hier plant het elektromagnetische veld zich niet voort, het fluctueert alleen.

In een antenne moeten de elektromagnetische golven rond de bron worden gescheiden van de bron en moeten ze zich voortplanten.

Voordat we kijken naar het maken van een antenne, laten we eerst de fysica van een antenne begrijpen.

Golfscheiding houdt rekening met de plaatsing van een positieve lading en een negatieve lading. Dit paar ladingen die heel dicht bij elkaar zijn geplaatst, wordt een dipool genoemd en ze produceren duidelijk een elektrisch veld zoals weergegeven in het diagram.

Ervan uitgaande dat deze ladingen zijn zoals weergegeven, oscillerend in het midden van hun pad, zal de snelheid een maximum bereiken en aan het einde van hun pad zal de snelheid nul zijn, en als gevolg van de verandering in snelheid zullen de geladen deeltjes opeenvolgende versnellingen en vertragingen.

De uitdaging is nu om erachter te komen hoe je het elektromagnetische veld kunt laten variëren door deze beweging.

Laten we ons concentreren op slechts één elektrische veldlijn die uitzet en vervormt voor de golf die zich vormt op tijdstip nul, na een tijdsperiode van een achtste.

Zoals weergegeven in het schema.

Het zal je misschien verbazen dat op deze locatie een eenvoudig elektrisch veld wordt weergegeven, zoals hieronder weergegeven.

Waarom breidt het elektrische veld zich uit om een ​​elektrisch veld zoals dit te vormen?

Het is omdat versnellende of vertragende ladingen een elektrisch veldgeheugeneffect produceren en het oude elektrische veld zich niet gemakkelijk aanpast aan het nieuwe elektrische veld. Het zal wat tijd kosten om dit elektrische veld met geheugeneffect of de versnellende of vertragende ladingen die door de knik worden geproduceerd, te begrijpen.

We zullen dit interessante onderwerp in meer detail bespreken in een ander artikel.

Als we de analyse op dezelfde manier voortzetten, kunnen we zien dat in een kwart tijdsperiode het golffront samenkomt op een punt waar.

Hierna scheiden de golffronten zich en planten ze zich voort.

Merk op dat dit veranderende elektrische veld automatisch een magnetisch veld genereert dat loodrecht op zijn verandering staat.

Als je de variatie van de elektrische veldsterkte met afstand uitzet, kun je zien dat de golfvoortplanting intrinsiek sinusvormig is.

Het is interessant op te merken dat de resulterende voortplantingsgolflengte precies tweemaal de lengte is van de dipool.

Dit is precies wat we nodig hebben in een antenne; kortom, als we oscillerende positieve en negatieve ladingen kunnen regelen, kunnen we een antenne maken.

In de praktijk wordt deze oscillerende lading gemakkelijk geproduceerd door een in het midden gebogen geleidende staaf te nemen en een spanningssignaal op het midden aan te brengen, ervan uitgaande dat dit een in de tijd variërend signaal is, overweeg dan een situatie waarin op moment 0 als gevolg van de spanning het elektron naar buiten zal bewegen van de rechterkant van de dipool en wordt aan de linkerkant geaccumuleerd.

Dit betekent dat het andere uiteinde van het verliezende elektron automatisch positief geladen wordt.

Deze opstelling produceert hetzelfde effect als het vorige geval van een dipoollading, d.w.z. er is een positieve en negatieve lading aan het uiteinde van de draad, en naarmate de spanning verandert met de tijd, gaan de positieve en negatieve ladingen heen en weer, waardoor golfvoortplanting wordt geproduceerd.

We hebben nu gezien hoe de antenne werkt als een zender, zal de frequentie van het uitgezonden signaal hetzelfde zijn als de frequentie van het aangelegde spanningssignaal: de

Omdat de voortplanting zich met de snelheid van het licht voortplant, kunnen we gemakkelijk de voortplantingsgolflengte berekenen bij.

voor perfect overdragen , moet de lengte van de antenne de helft van de golflengte zijn. De werking van de antenne is omkeerbaar en kan werken als een ontvanger.

Als het zich voortplantende elektromagnetische veld het raakt, zullen we dezelfde antenne opnieuw gebruiken en op dat punt een elektrisch veld aanbrengen, elektronen zullen zich ophopen aan het ene uiteinde van de staaf, dit is hetzelfde als een elektrische dipool, wanneer het aangelegde elektrische veld de positieve en negatieve ladingen accumuleren aan het andere uiteinde, de veranderende ladingsaccumulatie betekent dat een veranderend spanningssignaal wordt gegenereerd in het midden van de antenne.

Dit spanningssignaal is de uitgang van de antenne wanneer het werkt als een ontvanger en de frequentie van het uitgangsspanningssignaal hetzelfde is als de frequentie van de ontvangen a.m.-golf.

Uit de elektrische veldstructuur blijkt duidelijk dat de antenne half zo groot moet zijn als de golflengte om de gewenste ontvangst te verkrijgen.

In al deze discussies hebben we gezien dat de antenne een open circuit is, laten we nu eens kijken naar enkele echte antennes en hoe ze werken.

In het verleden gebruikte TV-ontvangst een dipoolontvangstantenne met een gekleurde strip als dipoolontvangst antenne , deze antenne had ook een reflector en geleider nodig om het signaal op de dipool te verzamelen, deze complete structuur stond bekend als een Yagi-Uda-antenne.

De dipool antenne zet het ontvangen signaal om in een elektrisch signaal en deze elektrische signalen worden via een coaxkabel naar het tv-meubel verzonden.

Vandaag zijn we overgegaan op de Dish TV-antenne, die bestaat uit twee hoofdcomponenten, een parabolische reflector en een low noise block down-converter.

De paraboloïde ontvangt de elektromagnetische signalen van de satelliet en richt ze op de lnbf, die een bijzondere vorm heeft en speciaal en nauwkeurig is ontworpen.

De lnbf bestaat uit een feedhorn, golfgeleider, printplaat en sonde.

In het onderstaande diagram kunt u zien hoe het binnenkomende signaal via de feedhorn en golfgeleider op de sonde wordt gericht

Zoals we zagen in het geval van de eenvoudige dipool, wordt een spanning geïnduceerd en wordt het aldus gegenereerde spanningssignaal naar de PCB gevoerd voor signaalverwerking.

Zo wordt het signaal gefilterd van hoge naar lage frequenties en na verwerking versterkt, en dit elektrische signaal wordt via een coaxkabel naar de tv-eenheid gestuurd.

Als je een Lnb aanzet, zul je waarschijnlijk twee sondes vinden in plaats van één, de tweede sonde staat loodrecht op de eerste, wat betekent dat het beschikbare spectrum twee keer kan worden gebruikt door horizontale of verticale polarisatie te verzenden.

Een sonde detecteert het horizontaal gepolariseerde signaal en de andere detecteert het verticaal gepolariseerde signaal.

De handset die u vasthoudt, gebruikt een heel ander type antenne, een patch-antenne. Een patch-antenne bestaat uit een metalen patch of strip die op een grondvlak is geplaatst met een stuk diëlektrisch materiaal in het midden, hier wordt de metalen patch gebruikt als het stralende element en de lengte van de metalen patch moet de helft van de golflengte zijn van de juiste zenden en ontvangen.

Houd er rekening mee dat de beschrijving van patchantennes die we hier illustreren erg eenvoudig is.

www.whwireless.com