Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Теория радиоволн: антенны / Хабр

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

Направленность — двулепестковая

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.

PS:

Данная статья обрисовывает лишь небольшую часть антенн и не претендует на замену учебнику антенно-фидерных устройств.

Теория антенн – луч и поляризация

В этой главе рассматриваются параметры излучаемого луча антенны. Эти параметры помогают нам узнать характеристики луча.

Площадь луча

Согласно стандартному определению, «площадь луча — это телесный угол, через который будет излучаться вся мощность, излучаемая антенной, если P (θ, Ø) сохранит свое максимальное значение в течение Ω A и в других местах будет равно нулю».

Излучаемый луч антенны выходит под углом к ​​антенне, известным как телесный угол, где интенсивность излучения мощности максимальна. Этот телесный угол пучка называется площадью пучка . Он представлен Ω

A.

Интенсивность излучения P (θ, Ø) должна поддерживаться постоянной и максимальной по всему углу телесного пучка Ω A , при этом ее значение в других местах равно нулю.

Power radiated=P( theta, Phi) OmegaAватт

Угол пучка представляет собой набор углов между точками половинной мощности основного лепестка.

Математическое выражение

Математическое выражение для площади луча

 OmegaA= int2 pi0 int pi0P pi( theta, Phi)d Omega watttsd Omega= sin theta d theta d Phi watts

куда

  •  OmegaA — угол телесного луча.
  •  theta является функцией углового положения.
  •  Phi — функция радиального расстояния.

Единицы

Единица площади луча — Вт .

Эффективность луча

Согласно стандартному определению « Эффективность луча определяет отношение площади луча основного луча к общей излучаемой площади луча».

Энергия, излучаемая антенной, проецируется в соответствии с направленностью антенны. Направление, в котором антенна излучает больше энергии, имеет максимальную эффективность, в то время как часть энергии теряется в боковых лепестках. Максимальная энергия, излучаемая пучком с минимальными потерями, может быть названа эффективностью пучка .

Математическое выражение

Математическое выражение для эффективности пучка —

 etaB= frac OmegaMB OmegaA

Куда,

  •  etaB — эффективность пучка.
  •  OmegaMB — площадь основного луча.
  •  OmegaA — полный угол телесного луча (площадь луча).

Поляризация антенны

Антенна может быть поляризована в зависимости от наших требований. Он может быть линейно поляризованным или циркулярно поляризованным. Тип поляризации антенны определяет форму луча и поляризацию при приеме или передаче.

Линейная поляризация

Когда волна передается или принимается, это может быть сделано в разных направлениях.

Линейная поляризация антенны помогает поддерживать волну в определенном направлении, избегая всех других направлений. Хотя эта линейная поляризация используется, вектор электрического поля остается в одной плоскости. Следовательно, мы используем эту линейную поляризацию для улучшения направленности антенны.

Круговая поляризация

Когда волна поляризована по кругу, вектор электрического поля оказывается повернутым, причем все его компоненты теряют ориентацию. Режим вращения также может быть разным. Однако благодаря использованию круговой поляризации эффект многолучевого распространения уменьшается и, следовательно, он используется в спутниковой связи, такой как GPS .

Горизонтальная поляризация

Горизонтальная поляризация делает волну слабой, так как отражения от земной поверхности влияют на нее. Они обычно слабы на низких частотах ниже 1 ГГц.

Горизонтальная поляризация используется при передаче телевизионных сигналов для достижения лучшего отношения сигнал / шум.

Вертикальная поляризация

Низкочастотные вертикально поляризованные волны выгодны для передачи наземных волн. На них не влияют поверхностные отражения, подобные горизонтально поляризованным. Следовательно, вертикальная поляризация используется для мобильной связи .

Каждый тип поляризации имеет свои преимущества и недостатки. Разработчик радиочастотной системы может выбрать тип поляризации в соответствии с требованиями системы.

Эллиптическая поляризация антенн

Эллиптическая поляризация антенн

Главные преимущества антенн с эллиптической поляризацией:

  • Такие антенны предпочтительны в отсутствие прямой видимости. Очевидно, что сквозь металлический подземный бункер сигнал не пробьётся, но через растительность, решетки на окнах и т.п. пройдет с незначительным ослаблением.
  • Сигнал антенн с эллиптической поляризацией способен проникать как сквозь вертикальные, так и горизонтальные препятствия (и их “производные” под разными углами) с минимальными потерями уровня сигнала.
  • Переотраженный сигнал не оказывает практически никакого влияния на приём основного сигнала за счет смены поляризации при отражении от препятствий. Для приемной антенны отраженного сигнала просто не существует.
  • Но самым замечательным свойством антенн эллиптической поляризации является то, что все пришедшие сигналы суммируются по вектору. То есть антенна просуммирует все составляющие компоненты многолучевого сигнала с какой бы фазовой задержкой они не пришли на антенну. 

Сравнивая на выходе линейную и эллиптическую поляризацию, мы увидим, что в эллиптической поляризации качение, величина задержки и скорость изменений будут меньше. Соответственно, меньше будет и скорость изменения уровня сигнала Это благоприятно сказывается на работе детекторов приёмника. Что на практике позволяет работать сетевым устройствам с большей скоростью и с меньшим количеством ошибок при передаче сигнала и при детектировании полезного сигнала в общем электромагнитном потоке

 

Несколько рекомендаций по применению антенн с эллиптической поляризацией:

1. Антенны с эллиптической поляризацией предпочтительно используйте только с аналогичными антеннами (с эллиптической поляризацией). Принимая сигнал антеннами линейной поляризации, Вы потеряете 3 dB. Но при этом антенна линейной поляризации может устанавливаться произвольно.
2. Используйте антенны с одинаковой поляризацией: или только с левосторонней (LHCP), или только с правосторонней (RHCP).
3. В зеркальных антеннах, необходим облучатель с противоположной поляризацией (см. рис.3).
4. В сильно зашумленном эфире, где велико количество беспроводных сетей и они создают взаимные помехи, целесообразно создавать новые сети именно на антеннах с эллиптической поляризацией. Чужие сети Вам будут мешать на 3 dB меньше, и Вы будете создавать им помехи на 3 dB меньше.

Антенные устройства мобильной связи – основные параметры

Если Вы пользовались беспроводной связью, то, возможно и неосознанно, но также пользовались и антенной. Эти устройства в радиосвязи обязательно используются как при приёме, так и при передаче информации. Размер антенн может быть весьма различным – от огромных до миниатюрных.


Для нас – рядовых пользователей радио связи достаточно уяснить лишь, что антенная подсистема используется непременно, даже когда мы её не видим. В нашей жизни пользователей нередко именуют систему по её задаче, например – антенна Скайлинк. Приведенный метод формирования названия с научной стороны не совсем оправдан.

Для антенны конструкция, параметры, назначение определяются параметрами радиоволн, приём или передачу которых она призвана обеспечивать. Далее мы и опишем основные свойства ЭМ волн. Данные сведения обеспечат возможность вам точно и обоснованно совершать покупку. Независимо, что за систему требуется «вооружить» антенной, для примера, при усилителении мобильного сигнала – эти познания будут небесполезны.

Для характеристики ЭМ волн используется достаточно большое число параметров. В ходе нашей беседы о приобретении антенны, нас должны заинтересовать три важнейшие из них – поляризация, длина волны (частота), амплитуда. Уже слово «волна» говорит о том, что это явление колебательное. При изображении колебательного процесса графически относительно временной оси, мы получаем синусоиду. Дистанция между гребнями нашей синусоиды определит длину волны.

Частота нашей синусоиды – величина обратно пропорциональная длине волны. Частоту выражают в Герцах, длину, конечно же, измеряют в метрах (и его долях). До этого момента мы рассматривали сам характер колебательного процесса синусоиды. Однако также колебание синусоиды обладает и амплитудой –это высота гребней на графическом изображении. Чем излучение более мощное – тем больше будет амплитуда волны. К вариантам поляризации излучения мы вернемся в дальнейшем.

Перейдём к описанию свойств электро-магнитных волн. – ЭМ волна обладает прямолинейным характером распространения. Ни для кого не секрет, что такой характер распространения имеет свет. А свет является электро-магнитной волной – препятствия способны отражать, перенаправлять, изменять направление излучения. Очевидные примеры – увеличительное стекло или зеркало, которые способны отражать, концентрировать, фокусировать падающий свет.

Рассматриваемое в настоящий момент свойство радиоволн полезно, когда, к примеру, усиление мобильного сигнала, прочих диапазонов радиоволн в антенне производится методом фокусирования нужного излучения в определенной точке. Известнейший пример – тарелка для приёма спутникового телевидения – разные преграды оказывают разное влияние на распространение радиоволны. Ряд преград определенной длины волны радиоизлучения совершенно не могут преодолеть.

Иные препятствия могут быть преодолены излучением, но возможно понижение мощности, рассеивание излучения. Данное явление мы можем проследить при распространении световой волны. Свет преодолевает воздух, стекла, но полностью не преодолевает множество иных преград. Что из этого следует? Если перед нами поставлена проблема “вооружить” антенной, например, ретранслятор 3G, то эта антенна должна быть расположена в точке, где нет препятствий, ограничивающих пути распространения сигналов ( на крыше, внешних стенах дома). “Прозрачность” каждого препятствия зависит от материала, размеров преграды и длины нашей радиоволны.

Меньшие или сравнимые с длиной волны преграды для радиоволн с различными потерями преодолимы. В разных видах радиосвязи используются излучения многих частотных диапазонов. Мы в большинстве имеем дело с: WiFi ( 5750 и 2450 МГц), ТВ (50-600 МГц), мобильной связью стандарта GSM ( 900 или 1800 МГц), Интернет 3G (2000 МГц). С точки зрения типов преодолимых преград, для рассматриваемых диапазонов укажем, что небольшие препятствия (до 1 метра) вполне преодолимы.

Большие преграды, такие как дом, особенно – высотный, как минимум, уменьшат сигнал или полностью его погасят. Любая конкретная антенна создается под определенный диапазон частот и может выступать как работающей на приём сигналов, так и передающей. При попадании на антенну, ЭМ волна наводит в её теле электромагнитные колебания, возникает электрический ток в проводящих частях антенны, передаваемый по кабелю в собственно приёмник.

Точно также можем действовать в обратном порядке – подадим заданной частоты ток на антенну, и она станет излучать этой же частоты радиоволны в пространство. Одной из важнейших характеристик служит для антенны коэффициент её усиления. Им фактически характеризуется направленность её действия, способность концентрировать полезный сигнал с какого-либо заданного направления (приём) или в (передача) каком-либо направлении.

Поясняя усиление и селективность (частотный диапазон) любого антенного устройства, именуемого нами, для примера, антенна Скайлинк, следует использовать аналогию с тем, как работают воздухоочистители. Это устройство “прогоняет” воздух через свои фильтры и задерживает только пыль заданного размера. Остальное – воздух, более мелкие пылинки прибор фильтрации возвращает с исходящим потоком.

Аналогично наша антенна «выбирает» только определенной длины волны излучение. Если представить, что воздухоочиститель получает на обработку с определенного направления входящий поток воздуха (для примера, всасывает из внешней среды и подает воздух в микроатмосферу дома по завершению очистки), то это послужит аналогом усиления излучения, способностей антенны концентрировать ЭМ излучения в заданном направлении.

На этом этапе перейдем к следующей немаловажной характеристике излучения, а именно – поляризации, которой описывают направленное колебание вектора напряженности магнитного или электрического поля. О возможных видах поляризаций поля необходимо достаточно долго рассуждать. Чтобы не увеличивать размер нашего текста, нужно сосредоточиться исключительно на горизонтальной и вертикальной разновидностях, так как именно такую линейную поляризацию в большинстве используют репитеры 3G, GSM телефоны, 3G модемы и приборы наземной связи вообще.

Доходчиво объяснить это нетрудно. Вспоминаем, что волна представляет собой синусоиду. Но эта синусоида может в пространстве ориентироваться, поворачиваться вокруг оси различным образом: её гребни могут располагаться в верхней и нижней или левой и правой позициях. Это и будет демонстрационным примером горизонтальной (слева-направо) и вертикальной (снизу-вверх) поляризации.

Антенна любого назначения производится с расчетом, что будет принимать или передавать лишь ЭМ волну с поляризацией, которая совпадает с её собственной, конструктивно заложенной поляризацией. На антенне, предназначенной для работы с излучением с линейной поляризацией, направление поляризации указывают стрелкой, которую наносят при изготовлении на корпус антенны.

Запомните, что не нужно искать антенну с вертикальной или горизонтальной разновидностью поляризации! Важно верно расположить купленную антенну! Устанавливаете антенну таким образом, чтобы стрелка расположилась горизонтально – обеспечиваете горизонтальную, вертикально – задаете вертикальную поляризацию. А вот если развернете антенну под неверное направление поляризации – просто не сможете установить связь.

В лучшем случае – получите предельно слабый уровень сигнала. Выражаем уверенность, что теперь ваши сотовые телефоны, мобильный Интернет, 3G модемы, точки доступа Wi-Fi станут выполнять свои задачи намного лучше. Оптимально подобранная антенна – залог высокого результата. Если информации статьи будет недостаточно для обоснованного выбора антенны, то следует ознакомиться с иными информационными статьями нашего сайта. Лишних знаний не может быть. Любое знание – движение в будущее. Для того чтобы сделать правильный выбор и уточнить все подробности работы комплекта усиления сотовой связи позвоните нам по номеру 067-194-45-55 и наши специалисты ответят вам на возникшие вопросы

Статьи на схожую тематику : Антенна gsm своими руками

Антенна эллиптической поляризации

Изобретение относится к антенной технике, а именно к щелевым антеннам эллиптической поляризации со слабонаправленной диаграммой направленности, предназначенным для использования в космической технике и в других радиолиниях связи между подвижными объектами, когда изменяется взаимная ориентация антенн.

Из уровня техники известны микрополосковые и щелевые слабонаправленные антенны эллиптической поляризации, предназначенные для использования в системах связи с подвижными объектами.

Микрополосковые антенны, предложенные в авторских свидетельствах СССР №1775743 и 1580469, патенте РФ №2601215, заявке ФРГ 10027512, содержат металлический диск, размещенный над экраном, возбуждаются одним зондом. Эллиптическая поляризация в этих антеннах формируется благодаря асимметрии полосковой структуры и соответствующему выбору точки подключения зонда. Однако при этом следует отметить, что при значениях полярного угла, близких к 90°, поляризация вырождается в линейную, а коэффициент усиления антенны существенно снижается. Кроме того, рассматриваемые антенны не являются широкополосными. В таких антеннах также не рассматривается возможность повышения коэффициента усиления при полярных углах, близких к 90°.

Известны антенны эллиптической поляризации (см., например, авторское свидетельство СССР 234479, патенты США 5010348, 4743918), содержащие отрезок круглого волновода, внутри которого возбуждается волна эллиптической поляризации. Такие антенны являются широкополосными, но для устройства, предложенного в патенте США 5010348 и для одной из разновидностей устройства, предложенного в патенте США 4743918, дополнительно требуется равноамплитудный квадратурный делитель мощности. Антенна, предложенная в авторском свидетельстве СССР 234479, имеет сравнительно большие продольные размеры – не меньше, чем 2 длины волны на средней частоте диапазона.

Известна щелевая антенна (см. патент РФ №2474933), в которой имеется крестообразная щель, возбуждаемая пространственным устройством распределения фазы и амплитуды, представляющим собой проводящую спираль, навитую на диэлектрический цилиндр, запитываемую через РЧ – соединитель от коаксиальной линии и расположенную внутри круглого волновода. Данная антенна обладает близкой к осесимметричной диаграммой направленности. Значение коэффициента эллиптичности при значениях полярного угла, близких к 90°, превышает соответствующие значения у упомянутых выше антенн. Однако конструкция пространственного устройства распределения амплитуды и фазы содержит несколько разнородных компонентов, включая диэлектрик, в устройстве неизбежно применение паяных соединений, что существенно уменьшает надежность всей антенны. Также в этой конструкции не рассматривается возможность увеличения коэффициента усиления антенны на границе передней полусферы.

Известна щелевая антенна, содержащая резонатор, закрытый перегородкой с крестообразной щелью (см. патент РФ №2386199), лишенная недостатков, связанных с использованием диэлектрика и сложностью конструкции. Данная антенна работает в широкой полосе частот, но ее диаграмма направленности не обладает высокой осевой симметрией. Кроме того, в антенне не рассматривается возможность обеспечить повышенное значение коэффициента усиления при величине полярного угла, близкой к 90°, а наличие в конструкции настроечного элемента вносит дополнительную асимметрию в диаграмму направленности и может создать проблемы при компоновке антенно-фидерной системы.

Из патента РФ №2427947 известна антенна, включающая возбуждающий элемент и рупорную насадку. Антенна выполнена в виде сочетания резонаторной щелевой антенны и содержит отражатель, форма которого позволяет реализовать диаграмму направленности, удовлетворяющую заданным требованиям по зависимости коэффициента усиления от полярного угла. Резонатор данной антенны не содержит диэлектрика. Недостатком данной антенны, ограничивающим ее использование в системах космической связи, является то, что она работает на линейной поляризации.

Из авторских свидетельств СССР 1390667, 139667, 140983, патентов РФ №140983 U1, 2032256 известны антенны, содержащие отражатели, выполненные в виде последовательно размещенных концентрических канавок прямоугольного в поперечном сечении профиля и ориентированных вдоль оси антенны. Такие антенны являются широкополосными, формируют близкую к осесимметричной диаграмму направленности. Однако конфигурация канавок, используемая в этих антеннах, реализует последовательное смещение донных площадок канавок и вершин, разделяющих канавки ребер в направлении передней полусферы антенны, что не предполагает формирование слабонаправленной диаграммы направленности и обусловливает использование таких антенн в качестве направленных, либо как облучателей зеркальных антенн.

Ближайшим аналогом изобретения является антенна, известная из патента РФ №2096872 (МПК H01Q 13/18, опубл. 20.11.1997). В соответствии с этим патентом антенна включает объемный резонатор, металлический диск, прямоугольную металлическую пластину и питающую коаксиальную линию.

Объемный резонатор этого решения выполнен в виде осесимметричного отрезка нерегулярного волновода – усеченного конуса, первый торец которого перекрыт металлическим основанием. Металлический диск расположен внутри резонатора вблизи его второго торца с зазором относительно его стенок с образованием кольцевой щели между диском и волноводом. Диск ориентирован параллельно основанию резонатора и расположен ему соосно.

Диск закреплен на основании резонатора через прямоугольную пластину с обеспечением электрической связи основания резонатора и диска. Прямоугольная пластина расположена перпендикулярно основанию резонатора и ориентирована вдоль его диаметра – в направлении оси резонатора. В этом изобретении ширина пластины выбрана равной радиусу диска, причем первый боковой торец пластины совмещен с торцом диска.

Внешний проводник питающей коаксиальной линии электрически соединен с основанием резонатора, а ее внутренний проводник подключен к диску вблизи его края с угловым смещением равным 45 градусов от пластины.

Кроме того, антенна снабжена дополнительно проводящими элементами, один конец каждого из которых соединен с диском, а другой через коммутирующие элементы с основанием резонатора. Помимо этого, антенна снабжена диэлектрической крышкой, которая перекрывает второй торец волновода.

Данная антенна эллиптической поляризации имеет малые размеры и благодаря настроечным элементам работает в широкой полосе частот.

Недостатком этой антенны является то, что при значении полярного угла, равном 90°, максимальное значение неравномерности диаграммы направленности составляет 3 дБ, а минимум коэффициента усиления равен минус 4 дБ. В то же время для слабонаправленных антенн, используемых в системах связи с космическими аппаратами, желательным является требование обеспечения коэффициента усиления не менее минус 1…2 дБ при значении полярного угла, равного 90° в любом азимутальном сечении.

Технической проблемой, решаемой заявляемым изобретением является создание слабонаправленной антенны эллиптической поляризации, широкополосной по коэффициенту стоячей волны по напряжению (КСВН) и по коэффициенту эллиптичности (КЭ) в сочетании с повышенной азимутальной равномерностью амплитудной и поляризационной диаграмм направленности, реализующей повышенные значения коэффициента усиления и коэффициента эллиптичности при значениях полярного угла, близких к 90°.

Техническая проблема решается следующим образом.

Антенна эллиптической поляризации, как и ближайший аналог, включает объемный резонатор, содержащий осесимметричный отрезок волновода и основание, перекрывающее первый торец волновода, и металлический диск, расположенный внутри резонатора с зазором относительно волновода и ориентированный параллельно его основанию и ему соосно.

Как и ближайший аналог, диск электрически соединен с основанием резонатора прямоугольной металлической пластиной, расположенной перпендикулярно основанию и ориентированной вдоль диаметрального направления диска, причем торец одной из боковых сторон пластины совмещен с краем диска.

Кроме того, антенна содержит питающую коаксиальную линию, внешний проводник которой электрически соединен с основанием резонатора, а внутренний проводник подключен к диску вблизи его края. При этом пластина отвернута от места соединения внешнего проводника с диском на острый угол.

В отличие от ближайшего аналога в изобретении волновод выполнен в виде цилиндра с внутренним диаметром от 0,48λ, до 0,51λ и высотой от 0,45λ до 0,5λ, где λ – здесь и далее длина волны в свободном пространстве на центральной частоте рабочего диапазона частот. Внутри волновода расположен диск на расстоянии от основания резонатора, не превышающем 0,22λ. Диск снабжен бортиком, пропущенным вдоль края диска на его стороне, обращенной к основанию резонатора. Ширина пластины выбрана меньшей диаметра диска на величину от 28 до 38 процентов. Второй торец волновода перекрыт металлической перегородкой, снабженной крестообразной щелью.

Выбор ширины пластины и ее отворот от места подключения внутреннего проводника коаксиальной линии к диску обеспечивает возбуждение в резонаторе волны эллиптической поляризации, направление вращения которой определяется направлением поворота пластины.

Соответствующие указанным выше величинам размеры волновода, расстояние от диска до основания резонатора, обеспечивают согласование резонатора с фидерным трактом. При выходе диаметра резонатора, высоты расположения диска и положения и размеров пластины за указанные пределы в резонаторе не возбуждается волна круговой поляризации и нарушаются условия согласования резонатора с фидерной линией.

Выполнение бортика с высотой, превышающей величину 0,07λ, образует совместно с охватывающей его стенкой резонатора короткий участок коаксиального волновода, не позволяющий волнам высших типов, возбуждаемым в резонаторе между основанием и диском, распространяться в область резонатора между диском и перегородкой, где они могут препятствовать оптимальному возбуждению крестообразной щели волной основного типа, ухудшая тем самым характеристики излучения антенны.

При меньшей высоте бортика от указанной величины ухудшается согласование антенны с фидерным трактом и снижается азимутальная равномерность амплитудной и поляризационной диаграмм направленности антенны.

Наличие металлической перегородки, снабженной крестообразной щелью в виде комбинации симметричных относительно оси волновода круговых секторов с центральным углом от 35 до 45 градусов и соосного волноводу небольшого отверстия, позволяет расширить диапазон рабочих частот антенны не только по КСВН, но и по КЭ.

В сравнении с формой щели, известной из патента РФ №2474933, предлагаемая в изобретении форма щели реализует более близкое к равномерному азимутальное распределение электрических и магнитных токов по внешней поверхности перегородки, что позволяет повысить азимутальную равномерность амплитудной и поляризационной диаграмм направленности.

Кроме того, указанное размещение перегородки относительно основания и выполнение ее с крестообразной щелью в заявляемом изобретении позволяет увеличить коэффициент усиления и коэффициент эллиптичности при значениях полярного угла, близких к 90.

В соответствии с изобретением антенна снабжена металлическим отражателем, выполненным в виде усеченной конусообразной формы. Меньшее основание отражателя электрически соединено с основанием резонатора, причем его диаметр равен внешнему диаметру волновода, а боковая поверхность выполнена в виде последовательно размещенных концентрических канавок, ориентированных вдоль оси волновода и отделенных друг от друга тонкими ребрами, соосными оси волновода. Выполнение отражателя в виде усеченной конусообразной формы, боковая поверхность которой выполнена в виде последовательно размещенных концентрических канавок, отделенных друг от друга тонкими ребрами, позволяет реализовать практически однородную в широком диапазоне полярных углов амплитудную диаграмму направленности антенны и близкие к осесимметричным по азимуту амплитудную и поляризационную диаграммы направленности антенны. Кроме того, ребристая поверхность отражателя, выполненная из последовательности канавок и ребер, позволяет избежать существенной деполяризации отраженной волны, что имеет место при использовании отражателя, выполненного с гладкой поверхностью. Это дополнительно повышает значение коэффициента усиления и коэффициента эллиптичности при значениях полярного угла, близких к 90 градусов.

Техническим результатом использования указанных признаков является разработка антенны космической связи, обеспечивающей увеличение минимального значения коэффициента усиления при значении полярного угла, равном 90 градусов, до плюс 0,75 дБ с неравномерностью не более 1,2 дБ, в сочетании с обеспечением минимального значения коэффициента эллиптичности на уровне 0,25. При этом в диапазоне частот 7,6-8,8 ГГц КСВН антенны не превышает величины 1,2, а коэффициент эллиптичности антенны в осевом направлении в диапазоне частот 7,8-8,7 ГГц не меньше 0,7.

Помимо этого, предлагаемая антенна реализует неравномерность коэффициента усиления по полярному углу, не превышающую 1,4 дБ в интервале полярных углов от 0 до 90 градусов и обеспечивает величину коэффициента эллиптичности не менее 0,7 в интервале полярных углов от 0 до 60 градусов.

В сравнении с ближайшим аналогом антенна обеспечивает уменьшение неравномерности диаграммы направленности в азимутальной (горизонтальной) плоскости на 1,6 дБ и увеличения коэффициента усиления в направлении горизонта на 4,75 дБ.

Кроме того, перегородка волновода может быть выполнена в виде усеченного конуса с углом при вершине от 160 до 175 градусов. Такая форма перегородки позволяет дополнительно увеличить коэффициент усиления антенны в области полярных углов, близких к 90°.

Пластина и один из секторов крестообразной щели могут быть отвернуты от места подключения внутреннего проводника питающей коаксиальной линии к диску в противоположных направлениях, причем пластина может быть отвернута от места подключения внутреннего проводника питающей коаксиальной линии к диску на угол от 40 до 50 градусов, а ось симметрии одного из секторов крестообразной щели – на угол в пределах от 21 до 23 градусов. Указанные диапазоны углов поворота позволяют реализовать уменьшение неоднородности амплитудной и поляризационной диаграмм направленности по азимуту.

Выполнение всех элементов антенны из металлических материалов позволяет использовать антенну в космических аппаратах для исследования Солнца с близкого расстояния, когда температура антенны может достигать 600 градусов С.

Изобретение иллюстрируется следующими материалами:

– на фиг. 1 представлен общий вид антенны в аксонометрии со стороны передней полусферы,

– на фиг. 2 представлен вид антенны спереди (вид В с фиг. 1),

– на фиг. 3 представлена схема антенны в соответствии с разрезом Г-Г с фиг. 2,

– на фиг. 4 показано размещение внутреннего проводника коаксиальной линии в сквозном канале антенны (сечение А-А с фиг. 3),

– на фиг. 5 представлена схема взаимного расположения пластины относительно внутреннего проводника коаксиальной линии (фрагмент разреза Б-Б с фиг. 3),

– на фиг. 6 представлено взаимное расположение пластины относительно оси волновода и диска в продольном сечении антенны (сечение Д-Д с фиг. 5),

– на фиг. 7 представлена конструктивная схема крестообразной щели (вид Е с фиг. 3) в сочетании со схемой взаимного расположения крестообразной щели пластины относительно внутреннего проводника коаксиальной линии,

– на фиг. 8 представлена схема канавок отражателя и их взаимного расположения относительно второго торца резонатора,

– на фиг. 9 представлена зависимость коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН) от частоты,

– на фиг. 10 представлена зависимость коэффициента эллиптичности антенны от частоты,

– на фиг. 11 представлен график амплитудной диаграммы направленности антенны в плоскости, образованной продольной и поперечной осями антенны,

– на фиг. 12 представлен график поляризационной диаграммы направленности антенны в плоскости, образованной продольной и поперечной осями антенны,

– на фиг. 13 представлен график амплитудной диаграммы направленности антенны в плоскости горизонта,

-на фиг. 14 представлен график поляризационной диаграммы направленности антенны в плоскости горизонта.

В представленных материалах элементы антенны обозначены следующими позициями:

1 волновод,

10 ось волновода,

11 поперечная ось антенны,

13 второй торец волновода,

2 основание,

3 диск,

31 кольцевой бортик диска,

41 внутренний проводник коаксиальной линии,

42 внешний проводник коаксиальной линии,

43 зонд,

5 прямоугольная пластина,

51 ось симметрии пластины в поперечном сечении (см. фиг. 5),

52 ось симметрии пластины в продольном сечении (см. фиг. 6),

6 перегородка,

61 крестообразная щель,

62 центральное отверстие перегородки,

63 ось симметрии сектора крестообразной щели (см. фиг. 6),

7 отражатель,

71, 72, 73, 74, 75, 76 первая, вторая, третья, четвертая, пятая, шестая канавка соответственно,

711, 721, 731, 741, 751, 761 ребро первой, второй, третьей, четвертой, пятой, шестой канавки соответственно,

77 сквозной канал.

Для определенности в описании взаимного расположения элементов продольной осью антенны условимся считать продольную ось 10 волновода 1 резонатора антенны. Поперечной осью 11 антенны условимся считать ось, перпендикулярную оси волновода 10 и пересекающую ось внутреннего проводника коаксиальной линии, а ее положительным направлением – направление от оси волновода 10 к точке подключения внутреннего проводника к диску.

Без ограничения общности условимся:

– терминами «внешний» и «внутренний» обозначать элементы или поверхности конструктивных элементов антенны, которые расположены дальше или ближе к продольной оси 10 антенны в поперечном сечении (за исключением элементов коаксиальной линии 41, 42),

– плоскостью горизонта или азимутальной плоскостью обозначать плоскость большего основания отражателя 7 антенны (см. фиг. 8),

– полярным углом (9) считать угол, отсчитываемый от оси волновода 10 до луча, проведенного из центра большего основания отражателя, как показано на фиг. 8,

– азимутальным углом (ϕ) считать угол, отсчитываемый в плоскости горизонта от поперечной оси 11 против часовой стрелки при наблюдении со стороны передней полусферы антенны (см. фиг. 5, 7).

В целях однозначного понимания, условимся коэффициент эллиптичности определять по соотношению:

где Аосн и Акросс – амплитуды кругополяризованных волн основной и кросс – поляризаций соответственно.

Заявляемая антенна устроена следующим образом.

В соответствии с изобретением антенна (см. фиг. 1, 2, 3) включает объемный резонатор, металлический диск 2 и питающую коаксиальную линию.

Объемный резонатор содержит выполненный в виде цилиндра волновод 1 и основание 2, перекрывающее первый торец волновода. Волновод 1 выполнен в виде цилиндра с внутренним диаметром 0,48λ до 0,51λ и высотой от 0,45λ, до 0,5λ.

Металлический диск 3 расположен внутри волновода 1 с зазором 5 (см. фиг. 5) относительно его внутренней стенки с образование круговой щели между диском 3 и внутренней поверхностью волновода 1. Величина зазора 5 должна удовлетворять соотношению:

где R – внутренний радиус волновода, а λmax – длина волны на нижней частоте рабочего диапазона.

Диск 3 ориентирован параллельно основанию 2 резонатора соосно оси 10 волновода. В соответствии с изобретением диск 3 расположен на расстоянии , не превышающим 0,22λ, от основания 2 резонатора (см. фиг. 6). В наиболее предпочтительном варианте выполнения изобретения расстояние от диска 3 до основания 2 целесообразно выбрать большим величины 0,18λ.

Диск 3 электрически соединен с основанием 2 резонатора прямоугольной металлической пластиной 5, расположенной перпендикулярно основанию 2. Пластина 5 ориентирована вдоль диаметрального направления диска – как показано на фиг. 5, 6, 7, ось 10 волновода 1 расположена в плоскости симметрии 51 пластины 5 в поперечном сечении резонатора. В соответствии с изобретением ширина S металлической пластины 5 (см. фиг. 6) выбрана меньшей диаметра диска на 28-38 процентов, причем торец одной из боковых сторон пластины 5 совмещен с краем диска 3, как показано на фиг. 5, 6, за счет чего ось симметрии 52 пластины 5 в продольном сечении расположена со смещением относительно оси волновода 10.

В соответствии с изобретением диск 3 снабжен прямоугольным в сечении бортиком 31 высотой не менее 0,07λ, пропущенным вдоль края диска 3 на его стороне, обращенной к основанию 2 резонатора (см. фиг. 3, 6). В наиболее предпочтительном варианте выполнения изобретения высоту бортика целесообразно выбрать близкой к 0,075λ. Ширина бортика – его размер в поперечном сечении резонатора, может быть выбрана из диапазона от 0,017λ до 0,020λ. Как показано на фиг. 3, 5, бортик 31 пропущен по краю диска 3 за исключением места расположения соединения с диском пластины 5 и места крепления к диску 3 зонда 43 питающей коаксиальной линии.

В соответствии с изобретением второй торец 13 волновода 1 перекрыт выпуклой металлической перегородкой 6, которая может быть выполнена в виде усеченного конуса с углом при вершине от 160 до 175 градусов. В соответствии с изобретением перегородка 6 снабжена крестообразной щелью 61. Крестообразная щель 61 образована (см. фиг. 7) четырьмя прорезями, выполненными в виде сочетания симметричных круговых секторов, и соосного волноводу 1 отверстия 62. В соответствии с изобретением каждый из секторов крестообразной щели 61 выполнен с центральным углом α, значение которого заключено в пределах от 35 до 45 градусов. Наиболее предпочтительно сектора крестообразной щели в поперечном направлении ограничить дугой с радиусом Rщ величиной 0,18λ-0,20λ. Осевое отверстие 62 в наиболее предпочтительном варианте выполнения изобретения целесообразно выполнить с диаметром Dотв, выбранным из диапазона от 0,039λ до 0,044λ.

Упомянутая питающая коаксиальная линия (см. фиг. 3) содержит внешний 42 и внутренний 41 проводники. Внешний 42 проводник питающей коаксиальной линии электрически соединен с металлическим отражателем 7 и через него, основание 2 резонатора и пластину 5 электрически соединен с диском 3.

Внутренний 41 проводник питающей коаксиальной линии (см. фиг. 3, 4, 5, 7) ориентирован перпендикулярно диску 3 и через цилиндрический зонд 43 электрически соединен с диском 3. Подключение внутреннего проводника 41 к диску 3 наиболее предпочтительно выполнить, снабдив антенну каналом 77, пропущенным сквозь отражатель и основание 2 резонатора, и поместив в него изолированно от его стенок внутренний проводник 41.

Как показано на фиг. 3, внешний проводник 42 и расположенный внутри канала 77 внутренний проводник 41 соединены с коаксиальной фидерной линией.

В соответствии с изобретением пластина 5 отвернута от точки подключения внутреннего проводника 41 к диску 3 на угол β, заключенный в пределах от 40 до 50 градусов, как показано на фиг. 7. При этом ось симметрии 63 одного из секторов крестообразной щели повернута в противоположном направлении от точки подключения внутреннего проводника 41 на угол ϒ, заключенный в пределах от 21 до 23 градусов.

В соответствии с изобретением антенна снабжена упомянутым металлическим отражателем 7. Отражатель 7 выполнен в виде усеченной конусообразной формы – формы, образованной разновеликими основаниями и боковой поверхностью, в наиболее предпочтительном варианте выполнения изобретения угол наклона боковой поверхности отражателя к оси 10 волновода может быть выбран из диапазона от 40 до 45 градусов. Меньшее основание отражателя 7 электрически соединено с основанием 2 резонатора, причем диаметр меньшего основания отражателя равен внешнему диаметру волновода 1.

Боковая поверхность отражателя 7 выполнена в виде последовательно размещенных круговых ступенек (см. фиг. 8), на которых выполнены концентрические канавки с прямоугольным профилем, которые ориентированы вдоль оси 10 волновода. В наиболее предпочтительном варианте выполнения отражатель 7 может быть снабжен шестью концентрическими канавками 71-76 (см. фиг. 2, 8), отделенными друг от друга тонкими концентрическими ребрами 711, 721, 731, 741, 751, 761, соосными оси 10 волновода (см. фиг. 1, 8).

Наиболее предпочтительно внутренний диаметр первой 71 из канавок – канавки, расположенной на наименьшем в сравнении с другими канавками расстоянии от оси волновода, выбрать равным диаметру волновода 1, как показано на фиг. 3, 8. Наиболее предпочтительно дно первой 71 канавки удалить от второго торца 13 волновода на расстояние L1, заключенное в пределах от 0,73λ до 0,77λ. Расстояние от донных площадок до второго торца 13 волновода последующих канавок целесообразно увеличивать при переходе к каждой последующей канавки на 0,11-0,21λ. В соответствии с изобретением ширина канавок S1…S6 может быть выбрана из диапазона от 0,07 до 0,17λ, а высота ребер H1…Н6 канавок при этом может быть выбрана из диапазона от 0,21 до 0,28λ.

Конкретная геометрия канавок отражателя определяется поверочными расчетами и результатами экспериментальной отработкой антенны.

Антенна работает следующим образом.

Внешний проводник коаксиальной линии, замкнутый через отражатель на резонатор и через пластину на диск, и внутренний проводник коаксиальной линии, замкнутый через зонд, присоединенный к диску, при распространении в коаксиальной линии электромагнитной ТЕМ – волны возбуждают в резонаторе между основанием и диском несколько типов волн, структура основных из которых аналогична структуре волн Е11 и Н11 в круглом коаксиальном волноводе.

При выбранных геометрических параметрах резонатора волна, аналогичная волне Е11 в круглом коаксиальном волноводе, затухает по мере удаления от основания резонатора, однако при этом происходит перераспределение энергии электромагнитного поля в волну основного типа, являющуюся аналогом поляризационно вырожденной волны Н11 в круглом коаксиальном резонаторе.

Пластина, расположенная в резонаторе, снимает поляризационное вырождение и перераспределяет энергию электромагнитного поля в волну круговой поляризации с направлением вращения в соответствии с направлением отворота пластины относительно точки подключения внутреннего проводника коаксиальной линии.

Бортик, пропущенный вдоль края диска на стороне, обращенной к основанию резонатора, образует совместно с расположенным напротив него цилиндрическим участком стенки резонатора коаксиальный цилиндрический волновод и обеспечивает прохождение через кольцевую щель между диском и стенкой резонатора волны основного типа H11 коаксиального цилиндрического волновода и быстрое затухание высших типов волн.

В результате между диском и перегородкой антенны существует волна круговой поляризации, которая возбуждает крестообразную щель с амплитудным и фазовым распределением, необходимым для излучения в окружающее пространство волны круговой, или, в общем случае, эллиптической поляризации.

Отражатель антенны с поверхностью, выполненной в виде отделенных друг от друга тонкими ребрами кольцевых канавок, переотражает в окружающее пространство попадающую на него часть электромагнитного излучения крестообразной щели. При этом в кольцевых канавках, являющихся, по сути, открытыми коаксиальными резонаторами, возбуждаются кругополяризованные волны основного типа, которые формируют совокупность излучаемых пространственных гармоник, обеспечивающих, при соответствующем выборе геометрических параметров канавок, равномерность диаграммы направленности антенны по полярному углу и увеличение коэффициента усиления в области полярных углов, близких к 90 градусам.

На фиг. 9-14 представленные результаты расчета характеристик антенны с использованием программы электродинамического моделирования CST-STUDIO. Результаты расчетов показывают эффективность предложенной конструкции антенны для использования в частотном диапазоне от 7,8 до 8.7 ГГц.

В диапазоне 7,8-8,7 ГГц, используемом в радиолиниях космической связи, разработанная конструкция антенны позволяет обеспечить величину коэффициента эллиптичности в осевом направлении более 0,7, а величину коэффициента стоячей волны по напряжению не более 1,16 (см. фиг. 9, 10). Коэффициент усиления антенны в диапазоне полярных углов от 0 до 90 градусов на частоте 8,4 ГГц в любом азимутальном сечении лежит в диапазоне от 0,75 до 2,7 дБ, при этом на большем участке этого диапазона неравномерность коэффициента усиления не превышает 1,8 дБ (см. фиг. 11). В том же диапазоне углов коэффициент эллиптичности не опускается ниже величины 0,27 и его максимальное значение достигает величины 0,95 (см. фиг. 12). В плоскости горизонта (θ=90 градусов, см. фиг. 8) величина коэффициента усиления лежит в пределах от 0,8 до 2дБ (см. фиг. 13), а коэффициент эллиптичности изменяется в пределах от 0,27 до 0,38.

Приведенные выше реализованные радиотехнические характеристики антенны позволяют обеспечить устойчивую радиосвязь между КА и наземной станцией при любой ориентации КА относительно наземной антенны при использовании двух таких антенн, установленных на КА и ориентированных в противоположных направлениях. При этом достигнутая равномерность диаграммы направленности и повышенное значение коэффициента усиления и коэффициента эллиптичности антенны в плоскости горизонта позволяют обеспечить значительный запас энергетического потенциала радиолинии.










Инженерный вестник Дона | Антенна круговой поляризации в диапазоне 1,2 1,6 ГГц

Аннотация

  В статье представлены результаты моделирования и измерения характеристик опытного образца плоской спиральной антенны, предназначенной для ведения приема сигналов в составе станции GPS. Предложенная конструкция состоит из комбинации Архимедовой и логарифмической спиралей и обеспечивает работу антенны на частотах 1,2 ГГц и 1,6 ГГц, а также прием сигналов с любой линейной поляризацией. Показаны основные характеристики антенны, смоделированной в пакете САПР СВЧ HFSS v.10, и характеристики, полученные при измерении опытного образца антенны. Расчеты модели антенны подтвердились экспериментально полученными результатами. 

Ключевые слова: антенны, GPS, ГЛОНАСС, спиральные антенны, антенны станции GPS, антенны круговой поляризации

05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)

В навигационных системах GPS (Global Positioning System) и ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система) для передачи используются сигналы, имеющие вертикальную и горизонтальную поляризацию. Поэтому и прием сигналов пользователями должен осуществляться антеннами, способными принимать излучения круговой поляризации. Помимо этого, необходимо, чтобы антенна GPS осуществляла прием электромагнитного излучения во всех направлениях. Это значит, что диаграмма направленности антенны должна быть близка к круговой в горизонтальной плоскости.
Кроме того, антенна приема сигналов GPS и ГЛОНАСС должна иметь небольшие габаритные размеры и невыступающую конструкцию.
В соответствии с техническим заданием были выбраны спиральные антенны, которые характеризуются широкополосностью, круговой поляризацией и возможностью изготовления простой, небольшой по габаритам конструкции.
Так как системы глобального позиционирования осуществляют передачу сигналов на частотах от 1,2 ГГц до 1,6 ГГц, для разработки антенны была выбрана комбинация плоской двухзаходной самодополнительной Архимедовой спирали и логарифмической равноугольной спирали, которые обеспечат работу антенны на требуемых частотах.
В качестве одного из вариантов конструкции рассматривалась спиральная антенна, имеющая коническую часть [1, 2], представляющую собой логарифмическую равноугольную спираль.
Характеристики антенны соответствуют поставленным требованиям по поляризации и слабонаправленности. 
На рисунке 1,а видно, что антенна сохраняет эллиптическую поляризацию с коэффициентом эллиптичности не хуже 0.75 при рабочих углах наблюдения поля от 0° до 110°. Коэффициент усиления в зените равен 10,3 дБ (рисунок 1,б).


а)                                                                   б)
Рис. 1. – Характеристики спиральной антенны: а) Коэффициент эллиптичности, б) коэффициент усиления

Основной недостаток антенны – это выступающая конструкция, высота конусной части которой не менее 50 мм. Поэтому решено было антенну упростить, оставив только плоскую часть – комбинированную спиральную антенну.
Однонаправленное излучение антенны обеспечивается при помощи цилиндрического резонатора. Кроме того, внутрь резонатора помещаются поглощающие и диэлектрические слои.
Расчет параметров поглощающих и диэлектрических слоев проводился при помощи программы MathCAD. При изменении количества слоев, их толщины и электродинамических характеристик наблюдалось изменение значения коэффициента отражения [3].
Слой поглощающего материала толщиной 9.15 мм марки ПМ-3.2 (номинальная толщина выпускаемых пластин поглотителя – 1.83 мм) с относительной диэлектрической проницаемостью  и относительной магнитной проницаемостью и слой тефлона толщиной 3 мм с  обеспечивают коэффициент отражения в приближении бесконечных слоев не хуже -8 дБ.. 
Основные габаритные размеры антенны: высота антенны – 20 мм, цилиндрическая часть имеет радиус 40.5 мм.
Работа антенны моделировалась  с помощью программного продукта HFSS v.10.
На рисунке 2 показаны нормированные амплитудные диаграммы направленности. Ширина диаграммы направленности по уровню  -3дБ на частоте 1,2 ГГц составляет 98°. КНД в зените на частоте 1,2 ГГц равен 5,9 дБ. На частоте 1,6 ширина ДН по уровню -3дБ составляет 94°. КНД в зените равен 6 дБ.


а)                                                                   б)
Рис. 2. – Амплитудные диаграммы направленности а) на частоте 1,2 ГГц, б) на частоте 1,6ГГц

По имеющимся расчетным данным на опытно-производственной базе ТТИ ЮФУ был изготовлен опытный образец антенны. Способом травления на диэлектрической подложке ФЛАН-2,8 была нанесена спираль (рисунок 3). Питание антенны осуществляется из центра спирали с помощью коаксиального кабеля РК75-2-22.


Рис. 3. – Изготовленная спиральная антенна

Далее представлены результаты измерения диаграммы направленности в вертикальной и горизонтальной плоскости. Ширина диаграммы в вертикальной плоскости по уровню -3 дБ составила 75,476°, в горизонтальной плоскости – 119,073° (рисунок 4,а). Ширина ДН, полученная для модели на этой частоте равна 98°. Измеренный КНД антенны составляет 5,9 дБ. КНД, что совпадает с КНД, полученным для модели.

 
а)                                                               б)
Рис. 4. – Измеренные амлитудные ДН на вертикальной и горизонтальной поляризациях

На частоте 1,6 ГГц ширина диаграммы в вертикальной плоскости по уровню -3 дБ составила 103,762°, в горизонтальной плоскости – 97,692° (рисунок 4,б). Ширина ДН, полученная для модели на этой частоте 94°. Измеренный КНД составил 5,7 дБ, это на 0,3 дБ меньше КНД, полученного для модели.
Таким образом, разработана и изготовлена антенна GPS круговой поляризации. Результаты расчетов модели антенны полностью подтвердились экспериментально полученными результатами.

Список литературы:

  • 1.Семенихина Д.В., Павлов В.П, Маркина Ю.И.Моделирование сверхширокодиапазонной спиральной антенны в САПР СВЧ HFSS v. 10 // Антенны. – 2010. – №12. – С. 63-66.
    2.Семенихина Д.В., Маркина Ю.И. Проектирование широкополосной спиральной антенны в пакете САПР СВЧ HFSS v.10 // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2010. – №12. – С. 46-50.
    3.Юханов Ю.В., Семенихин А.И., Семенихина Д.В., Шабашов А.О., Бобков Н.И. Многооктавные проходные вращатели поляризации  с анизотропно проводящими сетками // В кн. «Рассеяние электромагнитных волн». – 2008. – №15. – С. 89-98.

Поляризация электромагнитных волн. | Основы электроакустики

 Поляризация электромагнитных волн.

Для ЭМВ, распространяющихся в какой-либо среде, существует понятие поляризации. Поляризация ЭМВ – это упорядоченность в ориентации векторов напряженности электрического и магнитного полей в плоскости перпендикулярной вектору скорости распространения ЭМВ. Различают эллиптическую, круговую и линейную поляризации.

Характер поляризации определяется конструкцией и ориентацией передающей антенны. В случае линейной поляризации вектор Е, периодически изменяясь, в процессе распространения остается перпендикулярным самому себе. Антенна в виде вертикального вибратора излучает вертикальную линейно-поляризованную волну. Для приема без потерь вибратор приемной антенны должен быть ориентирован также вертикально

Для создания горизонтальной линейно-поляризованной волны передающие вибраторы антенны должны располагаться горизонтально. Однако для спутниковой связи радиоволны в процессе распространения пронизывают ионосферу, находящуюся в магнитном поле Земли. В результате происходит вращение плоскости поляризации линейно-поляризованной волны (эффект Фарадея).

Ионосфера оказывается средой с двойным лучепреломлением, и радиоволна, распространяющаяся через нее, расщепляется на две составляющие. Эти составляющие распространяются в ионосфере с различными фазовыми скоростями. Поэтому при прохождении некоторого расстояния между ними появляется фазовый сдвиг, который приводит к повороту плоскости поляризации. В результате рассогласования поляризации волны, пришедшей в точку приема, и поляризации приемной антенны происходит потеря энергии – возникают поляризационные замирания. Для предотвращения замираний необходимо использовать антенны с круговой поляризацией, при которой вектор Е вращается с частотой радиоволны, описывая при распространении винтовую линию. При этом величина вектора Е останется постоянной. На пути равном длине волны вектор Е поворачивается на 360 градусов.

Для создания антенны с круговой поляризацией необходимо иметь два передающих вибратора, смещенных в пространстве на 90 градусов один относительно другого. Они должны питаться токами равной амплитуды со сдвигом фазы на 90 градусов.  

Радиоволны с круговой поляризацией излучают, например, турникетная антенна. Прием волн с круговой поляризацией возможен как на однотипные (турникетная, спиральная) антенны, так и на обычные вибраторы

В зависимости от направления вращения вектора Е круговая поляризация может быть:

  • ·  левовинтовая;
  • ·  правовинтовая.

Если передача и прием ведется на одну антенну, то на прием используется одно направление вращения, а на передачу – другое. На частотах от 100МГц до 1 ГГц ионосфера оказывает влияние и на волны с круговой поляризацией. Это проявляется в появлении паразитных компонентов с противоположным направлением вращения, приводящих к потере мощности в точке приема.

 

Mimosa Networks

* Это первая часть технического документа по поляризациям антенн, состоящего из двух частей.
Если вы уже хорошо разбираетесь в различных типах поляризации антенны, переходите ко второй части

Определение поляризации

Самый простой способ описать поляризацию – это направление, в котором электрическое поле радиоволны колеблется, когда она распространяется через среду. Точкой отсчета для определения поляризации является взгляд на нее от передатчика сигнала.Это можно визуализировать, представив, что вы стоите прямо за радиоантенной и смотрите в том направлении, куда она нацелена. В случае горизонтальной поляризации электрическое поле будет двигаться боком в горизонтальной плоскости. И наоборот, при вертикальной поляризации электрическое поле будет колебаться вверх и вниз в вертикальной плоскости.

Линейная поляризация

Линейная поляризация относится к антенной системе, которая работает с горизонтальной и вертикальной поляризацией. Изображение 1 показывает горизонтальную (H) и вертикальную (V) поляризации.


Изображение 1: линейная поляризация (горизонтальная и вертикальная)

Две поляризации, показанные на изображении 1, будут считаться ортогональными друг другу. Ортогональность позволяет антенне с заданной поляризацией принимать только на предполагаемой поляризации, изолированной от ортогональной поляризации, что позволяет избежать помех от энергии на ортогональной поляризации. Это так, даже если две ортогональные поляризации работают на одной и той же частоте / канале.

Наклонная поляризация

В антенне с наклонной поляризацией, а не горизонтальной и вертикальной, поляризация составляет –45 градусов и +45 градусов от плоскости отсчета 0 градусов. Хотя на самом деле это просто еще одна форма линейной поляризации, термин линейная обычно используется для обозначения только антенн с H / V поляризацией. Используя ту же аналогию, когда вы стоите за радиоприемником и смотрите в направлении сигнала, наклонная поляризация эквивалентна повороту радиоприемника с линейной поляризацией на 45 градусов.Это показано на изображении 2.


Изображение 2: наклонная поляризация (+ 45 ° / -45 °)

Круговая поляризация

Можно передать сигнал, в котором поляризация кажется вращающейся во время прохождения сигнала от передатчика к приемнику. Это называется круговой поляризацией (ЦП). Два разных направления, в которых может вращаться сигнал, выражаются либо как правосторонняя круговая поляризация (RHCP), либо как левосторонняя круговая поляризация (LHCP).На изображении 3 показан передающийся сигнал правой круговой поляризации, то есть он кажется вращающимся вправо при наблюдении в направлении передачи.


Изображение 3: Круговая поляризация (RHCP)

Сигнал CP состоит из двух ортогональных волн, которые не совпадают по фазе. На изображении ниже показана одна длина волны.


Изображение 4: 2D-изображение одной длины волны

Полная длина волны выражается как 360 °, что не следует путать с вращением сигнала CP в трехмерном пространстве.Сдвиг фазы, который вызывает сигнал CP, составляет 90 °, что равно смещению на четверть длины волны. как показано на изображении 5, если смотреть на двумерный вид сбоку сдвинутых по фазе радиоволн.


Изображение 5: 2D-вид двух сдвинутых по фазе волн

В трехмерном пространстве эффект, который это произведет, проявляется в виде вращающегося сигнала, либо в левом, либо в правом направлении, в зависимости от того, в каком направлении происходит сдвиг фазы на 90 °, т.е. если H опережает V на 90 ° или наоборот. .В то время как две волны остаются линейными по своей природе и ортогональными на протяжении всей передачи, электрический вектор волны совершает полный оборот на одной длине волны. Это показано на изображении 6.


Изображение 6: Электрический вектор круговой поляризации

Поляризованная антенна – обзор

IV.

A Наблюдаемые эффекты многолучевого распространения для узкополосных сигналов

Типичные процедуры, используемые для измерения узкополосных сигналов или сигналов постоянной волны (CW), включают излучение сигнала от антенны базовой станции, установленной на здании, башне и т. Д. или мачту, установленную на транспортном средстве.В большинстве измерений сигнал принимается простой вертикально поляризованной антенной, имеющей изотропный прием в горизонтальной плоскости, которая установлена ​​на фургоне или автомобиле, который также содержит оборудование для определения местоположения и записывающее оборудование. Таким образом, может быть сгенерирован файл или запись о местоположении мобильного телефона и принятом сигнале в этой позиции для последующей обработки.

Для узкополосного возбуждения огибающая принимаемого напряжения В ( x ) в любой точке x вдоль улицы может быть записана как сумма вкладов отдельных лучей, или

(9) V (x) = | ∑Vnexp (−jkLn) |.

Здесь V n – амплитуда приходящего луча, а L n – длина пути луча. Поскольку терминал перемещается вдоль улицы на несколько длин волн λ, значения фазы kL n в (9) будут изменяться на величину порядка ± 2π, в зависимости от направления прихода луча по сравнению с к направлению движения. Эти изменения относительной фазы членов в (9) приводят к быстрым изменениям принимаемого напряжения на расстояниях, составляющих примерно половину длины волны λ.На рисунке 17 показан пример этого пространственного изменения амплитуды принятого напряжения, измеренной на частоте 910 МГц (Lecours и др. , 1988).

РИСУНОК 17. Пространственное изменение узкополосного сигнала, измеренного вдоль улицы, демонстрирующее как быстрое замирание, так и затухание тени, полученное из скользящего среднего для условий без прямой видимости (From Lecours, M., Chouinard, IY, Delisle, GY, и Рой, Дж. (1988) «Статистическое моделирование полученной спинной огибающей в мобильном радиоканале», IEEE Trans. на Veh. Tech., Vol. VT-37, pp. 204–212.)

Из рисунка 17 видно, что на расстоянии нескольких метров сигнал может измениться на 30 дБ, что по шкале напряжений составляет 31,6 раза. Даже на таких малых расстояниях, как λ / 2, сигнал изменяется на 20 дБ. Это мелкомасштабное изменение возникает в результате прихода сигнала на уровне улицы через несколько лучей, включающих отражение, дифракцию и рассеяние на зданиях, транспортных средствах и других объектах в непосредственной близости от терминала, как показано на рис.16. Множественные лучи создают интерференционную картину в пространстве, через которое движется уличный терминал. Поскольку сигналы поступают со всех сторон в самолете, быстрое затухание будет наблюдаться для всех направлений движения, например, пешеход, переходящий улицу с портативным телефоном, или идущий по улице.

По мере того, как терминал движется дальше по улице, он будет проходить здания разной высоты, пустыри, перекрестки улиц и т.д. место, как видно на рис. 17. Эта средняя шкала, в которой изменяется сигнал, порядка размеров здания, называется различными авторами как затухание тени, медленное замирание или обычное замирание. Наконец, общее среднее значение сигнала систематически уменьшается по мере того, как расстояние R от базовой станции составляет от 100 м до 20 км.

Быстрое замирание можно отделить от замирания тени путем усреднения огибающей или величины принимаемого напряжения В ( x ) на расстоянии порядка 10 м.Хотя напряжение обычно отображается по шкале децибелла, шкала напряжения используется при вычислении среднего значения. Результат называется средним значением для небольшой площади. Усреднение часто выполняется во время сбора данных путем усреднения за 1 секунду напряжения или полученной мощности, чтобы уменьшить объем данных, которые должны быть сохранены. За 1 секунду автомобиль, движущийся со скоростью 40 км / ч (25 миль / ч), преодолевает примерно 11 м, что соответствует 33λ на частоте 900 МГц. Таким образом получается среднее значение на дискретных небольших участках.В качестве альтернативы, если доступна полная запись принятого напряжения В, ( x ), как на рис.17, затухание тени можно отделить от быстрого замирания с помощью скользящего среднего по окну, длина которого составляет порядка 10 м (Lecours и др. , 1988). Скользящее среднее V (x) -, преобразованное обратно в шкалу децибелла, показано на рис. 17. Если рассматривать шкалу децибелла, отношение V (x) / V (x) – получается из разности между двумя кривыми. Видно, что разница имеет неправильный вид и поэтому описывается ее статистическими свойствами.

Пусть ri = ri = V (xi) / V (xi) – значение выборки нормированного напряжения в точке быстрого замирания x i . Используя 200 или более выборочных значений случайной величины , , , и , можно построить функцию распределения вероятностей (PDF). Для мест, которые сильно затенены окружающими зданиями, обычно обнаруживается, что PDF, обозначенный как p ( r ), аппроксимирует распределение Рэлея p ( r ) = (πr / 2) exp (−πr 2). /4) определено для r > 0.Из-за этого свойства быстрое замирание часто называют замиранием Рэлея.

Для мест, где есть один путь, вносящий доминирующий вклад в принимаемое напряжение, например, когда базовая станция видна терминалу, функция распределения обычно является функцией распределения Райса (Parsons, 1996), функция плотности вероятности которой содержит дополнительный параметр. Этот параметр часто принимают как отношение K мощности, переносимой самым сильным лучом, к мощности, переносимой более слабыми лучами.Для K = 0 распределение Ричи сводится к распределению Рэлея. Для больших значений K затухание менее выражено, чем на рис. 17.

Когда терминал находится в движении, будет постоянное изменение фазы каждого приходящего луча, определяемого как – k ( dL n / dt ), который появляется в приемнике как доплеровский сдвиг частоты Δ f = – ( f / c ) ( dL n / dt ). Если терминал движется со скоростью v , доплеровский сдвиг для лучей, образующих угол θ к направлению движения, будет составлять Δ f = ( vf / c ) cosθ. Учитывая все вклады многолучевых лучей, движение терминала расширяет принятый сигнал по полосе частот. Пример измеренного доплеровского спектра принятого сигнала показан на рисунке 18 (Pederson et al ., 1997). Плавная кривая, обозначенная классическим спектром на рис.18 предполагает непрерывное и равномерное распределение направлений прихода в горизонтальной плоскости.

РИСУНОК 18. Спектральная плотность принятой мощности из-за доплеровского рассеяния на терминале, движущемся со скоростью v. Измерения проводились для 1800 МГц и согласуются с простым теоретическим предсказанием. Максимальный доплеровский сдвиг ν / λ. (Из Педерсена, К. И., Могенсена, П. Е., Флери, Б. Х., Фредериксена, Ф., Олесена, К., и Ларсена, С. Л. (1997). «Анализ времени, азимута и доплеровской дисперсии в наружных радиоканалах», Proc ACTS. )

Поскольку фазы отдельных траекторий лучей в (9) зависят от частоты через член kL i , где k = 2π f / c , относительные фазы траекторий лучей с разная длина будет меняться с частотой f . В результате амплитуда полученного напряжения также будет изменяться с частотой. Пример частотной зависимости радиоканала относительно центральной частоты 910 МГц показан на рис.19 для связи длиной 1,2 км в центре Торонто (Соуза, 1994). С учетом разницы в длине L i и L j для двух путей лучей разница в фазе составляет ( L j L i ) 2π f / c . Для трасс на открытом воздухе легко представить рассеиватели, вызывающие разность длин трасс порядка 1 км, так что разность фаз будет претерпевать фазу 2π, когда f изменяется на 0.3 МГц. Другими словами, два лучевых вклада могут изменяться от конструктивного к разрушающему и обратно к конструктивному сложению, или наоборот, в 0,3 МГц, что согласуется с интервалом между минимумами на рисунке 19. Для трасс внутри помещений разница в длине пути будет быть намного меньше, поэтому требуется большее изменение частоты для создания того же цикла интерференции.

РИСУНОК 19. Изменение частоты относительно центральной частоты 910 МГц для радиолинии длиной 1,2 км в центре Торонто.(Из Sousa, ES, Jovanovic, VM, and Daigneault, C. (1994). «Измерения разброса задержки для цифрового сотового канала в Торонто», IEEE Trans. On Veh. Tech, Vol. VT-43, pp. 837– 847.)

Длина пути L n в (9) – это полное расстояние вдоль луча от базовой станции до различных точек отражения и / или рассеивателей, а затем до терминала. Движение разлетающихся объектов, таких как автомобили, пешеходы и деревья, вызывает изменение L n , даже когда терминал неподвижен.Таким образом, результирующее изменение фаз отдельных лучей будет меняться со временем, в результате чего амплитуда принимаемого сигнала будет изменяться во временных интервалах порядка 100 мсек.

Некоторые из процессов рассеяния, которые ответственны за приход из-за многолучевого распространения, деполяризуют приходящие поля. Были проведены измерения сополяризованных (вертикальных) и кросс-поляризованных (горизонтальных) электрических полей, полученных на базовых станциях для вертикально поляризованного излучения от мобильного телефона.Обе поляризации демонстрируют быстрое затухание по мере того, как мобильный телефон движется по улице, с некоррелированными рисунками затухания. Отношение средней мощности кросс-поляризованного поля к средней мощности поляризованного поля составляет около -7 дБ в городах и -13 дБ в пригородных районах. В случае портативных терминалов, где наклон антенны значительный, можно ожидать, что на базовой станции будет приниматься более примерно равная средняя мощность как в вертикальной, так и в горизонтальной поляризациях.

Поляризация волн и антенна

Если волна на Рисунке 4 распространяется за пределы экрана, поле вращается в против часовой стрелки и называется с правой круговой поляризацией (RHCP) . Если бы поля вращались по часовой стрелке, поле было бы Левая круговая поляризация (LHCP) .

Эллиптическая поляризация

Если E-поле имеет две перпендикулярные составляющие, которые не совпадают по фазе на 90 градусов, но не равной по величине, поле будет , эллиптически поляризованным, .Рассмотрим плоскую волну, бегущую в направлении + z, с E-полем, описываемым формулой уравнение (4):

Геометрическое место точек, которое предположит кончик вектора E-поля, показано на рисунке 5.

Рис. 5. Наконечник E-поля для эллиптической поляризованной волны по формуле. (4).

Поле на Рисунке 5 движется против часовой стрелки, и если оно выходит из экран будет Правая эллиптическая поляризация . Если бы вектор E-поля вращался в противоположном направлении поле будет Левостороннее эллиптическое поляризованное .

Кроме того, эллиптическая поляризация может быть определена его осевым отношением , которое является отношением амплитуды большой и малой оси. Например, отношение осей волны, заданное формулой уравнение (4) равно 1 / 0,3 = 3,33. Эллиптически поляризованные волны далее описываются направление большой оси. Волна уравнения (4) имеет большую ось, заданную осью абсцисс. Обратите внимание, что большая ось может находиться под любым углом в плоскости, она не обязательно должна совпадать с ось x, y или z.Наконец, обратите внимание, что и круговая поляризация, и линейная поляризация являются частные случаи эллиптической поляризации. Эллиптически поляризованная волна с отношением осей 1,0 – волна с круговой поляризацией; эллиптически поляризованная волна с бесконечным отношением осей есть линейно поляризованная волна.

В следующем разделе мы будем использовать знания о поляризации плоских волн, чтобы охарактеризовать и понять антенны.

Теперь, когда мы знаем о поляризации плоских электромагнитных полей, Поляризация антенны определить просто.

Поляризация антенны – это поляризация излучаемых полей, создаваемых антенной, оцениваемая в дальней зоне. Следовательно, антенны часто классифицируются как «линейно поляризованные» или «правосторонние антенны с круговой поляризацией».

Эта простая концепция важна для связи антенны с антенной. Во-первых, антенна с горизонтальной поляризацией. не будет связываться с вертикально поляризованной антенной. По теореме взаимности антенны передают и получать точно так же.Следовательно, антенна с вертикальной поляризацией передает и принимает вертикально поляризованные поля. Следовательно, если горизонтально поляризованная антенна пытается связаться с вертикально поляризованной антенна, приема не будет.

Как правило, для двух антенн с линейной поляризацией, повернутых друг относительно друга на под углом будут описаны потери мощности из-за этого рассогласования поляризации. по коэффициенту потери поляризации (PLF):

Следовательно, если обе антенны имеют одинаковую поляризацию, угол между излучаемыми ими E-полями равен нулю и нет потерь мощности из-за рассогласования поляризации. Если одна антенна вертикально поляризована, а другая горизонтально поляризованный, угол составляет 90 градусов, и мощность не передается.

В качестве примечания, это объясняет, почему перемещение мобильного телефона на голове под другим углом может иногда увеличивают прием. Антенны сотовых телефонов часто имеют линейную поляризацию, поэтому они вращаются. телефон часто может соответствовать поляризации телефона и, таким образом, улучшить прием.

Круговая поляризация – желательная характеристика для многих антенн.Две антенны, которые оба поляризованы по кругу, не теряют сигнала из-за рассогласования поляризации. Еще одно преимущество круговой поляризации состоит в том, что волна RHCP будет отражаться от поверхности и быть LHCP. Это выгодно, потому что антенна, предназначенная для приема волн RHCP, будет иметь некоторую устойчивость к замиранию сигнала. эффекты отраженных волн, мешающих желаемой волне. Это некоторые из причин, по которым сигналы GPS от спутники RHCP.

Предположим теперь, что антенна с линейной поляризацией пытается принять волну с круговой поляризацией.Точно так же предположим, что антенна с круговой поляризацией пытается принять волну с линейной поляризацией. Каков результирующий коэффициент поляризационных потерь ?

Напомним, что круговая поляризация – это две ортогональные линейно поляризованные волны, сдвинутые по фазе на 90 градусов. Следовательно, антенна с линейной поляризацией (LP) просто улавливает синфазную составляющую циркулярно поляризованной антенны. (CP) волна. В результате LP-антенна будет иметь потери из-за рассогласования поляризации 0,5 (-3 дБ), независимо от на какой угол повернута антенна LP.Следовательно:

Коэффициент потерь поляризации иногда называют эффективность поляризации, коэффициент рассогласования антенны или коэффициент приема антенны. Все из этого имена относятся к одному и тому же понятию.


Следующая тема: Эффективная апертура

Основы антенны

Антенны (домашняя страница)


Эта страница о поляризации и антеннах защищена авторским правом. Никакая часть не может быть воспроизведена без разрешения автора. Авторская антенная теория.com, 2009-2015 гг. Поляризация, поляризация антенны, поляризация антенн.

Поляризация антенны: вертикальная, линейная: ключевой фактор при выборе антенны

Полярность – это ключевая электрическая характеристика, которую следует учитывать при выборе антенны. Подобно согласованные антенны в РЧ-установке будут иметь оптимальную мощность или передачу сигнала в двухточечных приложениях.

В передающих антеннах поляризация антенны – это направление электромагнитных полей, создаваемых антенной, когда энергия излучается от нее.Эти направленные поля определяют направление или E-плоскость, в которой энергия уходит от антенны или принимается ею. Передающая и приемная антенны спроектированы с определенным типом поляризации как внутренней характеристикой.

Безусловно, наиболее распространенные формы поляризация бывает линейной и вертикальной, но поляризация может быть любой из следующих:

  • линейная или вертикальная поляризация относится к колебаниям электрического поля антенны в горизонтальной или вертикальной плоскости.
  • Наклонная поляризация описывает электромагнитное поле, которое колеблется под углом 45 градусов к плоскости отсчета.
  • Круговая поляризация (CP) касается радиоволны, которая вращается по мере распространения сигнала. Это вращение может быть вправо, как в случае Правосторонняя круговая поляризация (RHCP) , или влево, как в случае Левая круговая поляризация (LHCP) .
  • Эллиптическая поляризация характеризуется электрическим полем, которое распространяется по эллиптической спирали.

С получением антенны, может приниматься только электромагнитная энергия, обладающая той же поляризацией, что и антенна. Антенна с горизонтальной поляризацией не может принимать электромагнитную энергию в плоскости вертикальной поляризации.

Ориентация, физическая структура и установка антенны также определяют их поляризацию. Совмещение ориентации и поляризации передающей и приемной антенн улучшит мощность сигнала и оптимальную передачу мощности. Линейная поляризация антенн определяется геометрически, обычно в направлении тока антенны.

Влияние установки антенн на поляризацию

Установка антенн является важным фактором для достижения оптимальных характеристик, особенно в горизонтальной или вертикальной плоскости.Прямая дипольная антенна будет иметь разную поляризацию при установке в горизонтальном или вертикальном положении. Фактически, антенна с горизонтальной поляризацией будет иметь меньшие потери при установке около потолка, а антенна с вертикальной поляризацией, как было продемонстрировано, имеет меньшие потери при установке около боковой стены.

Всенаправленные антенны

Всенаправленный антенны имеют другую поляризацию и характеристики по сравнению с линейными или направленными антеннами.Эти антенны излучают радиочастотную энергию во всех направлениях, перпендикулярных оси антенны, с характерной диаграммой направленности в форме «орехового ореха». Всенаправленные антенны обычно имеют вертикальную поляризацию, хотя они могут быть с круговой или двойной поляризацией. Всенаправленная природа этих антенн может вызывать отражения, которые смягчаются круговой поляризацией. Всенаправленная антенна с круговой поляризацией нечувствительна к ориентации волн, обеспечивая особенно эффективные характеристики и усиление.В приемных антеннах всенаправленная CP-антенна с двойной поляризацией обеспечивает оптимальную передачу электромагнитной энергии. Это предпочтительный выбор как для передающих, так и для приемных антенн при беспроводной передаче и работе в сети.

В радиочастотных установках Антенна выполняет роль электрического интерфейса, распространяющего электромагнитную энергию и проводящего электрический ток. Правильный выбор антенны имеет решающее значение для создания оптимально функционирующей радиочастотной системы, в которой антенны точно соответствуют по размеру, механике и характеристикам окружающей среды для желаемого применения.

Поляризация, полярность и диаграмма направленности: в чем разница?

Мы часто слышим, как эти три термина путают или используются как синонимы. Хотя все они начинаются с букв ПОЛЯРНЫЙ, это разные понятия, и смешение одного над другим может привести к серьезным ошибкам и / или людям, указывающим на них и смеющимся.

Вот три простых объяснения и практические выводы по трем терминам.

Поляризация

«Поляризация» описывает форму движения, которую принимает электромагнитная волна при движении в пространстве.Поляризованы сами волны, но, поскольку отправка волны через антенну приводит к поляризации, информационные листы антенны обычно включают «поляризацию» в качестве спецификации, которая описывает, какой тип поляризационной характеристики антенна придаст волне. или какую поляризацию они наиболее эффективно принимают.

Антенны с линейной поляризацией – это антенны, которые ограничивают движение электрического электромагнитного поля в одном направлении при его перемещении в пространстве, которое вы можете представить как плоское, например ленту. В линейной поляризации есть два подтипа: вертикальная поляризация и горизонтальная поляризация . Эти два типа зависят от того, насколько антенна ориентирована по отношению к земле. Лопастная антенна, которая установлена ​​перпендикулярно поверхности земли, называется вертикально поляризованной, а если она параллельна, то поляризованной горизонтально.

Волны и антенны также могут быть круговыми или эллиптически поляризованными . Как в круговой, так и в эллиптической поляризациях электрическое поле со временем вращается вдоль фиксированной оси, что-то вроде скручивания плоской ленты, упомянутой выше.Вот видео, демонстрирующее поляризацию. Спиральные антенны – наиболее часто встречающиеся антенны с круговой поляризацией. Антенна Spotlight имеет эллиптическую поляризацию.

Поляризацию волн трудно визуализировать. Это видео пользователя Youtube “Ruff” отлично иллюстрирует концепцию.