Основы радиолокации — Антенна Кассегрена
Антенна Кассегрена
Рисунок 1. Принцип работы антенны Кассегрена
Рисунок 1. Принцип работы антенны Кассегрена
Антенна Кассегрена
Антенны Кассегрена — это антенны, построенные в стиле одноименного отражающего телескопа
.Сьер Гийом Кассегрен (Sieur Guillaume Cassegrain) был французским скульптором,
который изобрел форму зеркального телескопа.
Телескоп Кассегрена состоит из главного (первичного) и вторичного отражающих зеркал.
В традиционном зеркальном телескопе свет отражается от главного зеркала и с помощью плоского зеркала,
расположенного в фокусе главного зеркала, выводится наружу к окуляру наблюдателя.
В телескопе Кассегрена в главном зеркале имеется отверстие.
Свет, попадающий в апертуру главного зеркала, отражается в обратную сторону, к вторичному зеркалу.
Наблюдатель через отверстие в главном зеркале наблюдает изображение на вторичном зеркале.
Рисунок 2. Антенна Кассегрена, используемая в радиолокаторе управления огнем
Рисунок 2. Антенна Кассегрена, используемая в радиолокаторе управления огнем
Применяемая в телекоммуникационных и радиолокационных системах антенна Кассегрена представляет собой антенну, в которой облучатель размещается на поверхности вогнутого параболического главного зеркала или вблизи нее и направлен на выпуклый гиперболический субрефлектор (вторичное зеркало). Оба отражателя имеют общий фокус. Энергия от облучателя (как правило, рупорного) попадает на вторичный рефлектор, который отражает ее назад на главный рефлектор, формирующий требуемый луч в прямом направлении.
Преимущества:
- более простая установка облучателя и более компактная геометрия антенны;
- обеспечиваются меньшие потери, поскольку приемник может быть размещен в непосредственной близости от рупора.
Недостатки:
- вторичное зеркало устанавливается при помощи креплений (кронштейнов).
Крепления и само вторичное зеркало являются препятствиями для лучей,
исходящих от главного рефлектора в наиболее эффективном направлении.
Крепления и само вторичное зеркало являются препятствиями для лучей,
исходящих от главного рефлектора в наиболее эффективном направлении.левая
круговая
правая
круговая
linear
horizontal
линейная горизонтальная
Рисунок 3. Принцип преобразования плоскости поляризации
левая круговая
правая круговая
линейная
горизон-
тальная
линейная вертикальная
Рисунок 3. Принцип преобразования плоскости поляризации
Существует возможность избежать негативного влияния затенения главного рефлектора вторичным рефлектором и элементами его крепления.
Соответствующее решение реализовано, например, в антенне радиолокатора сопровождения SkyGuard производства компании
Oerlikon/Contraves AG.
Субрефлектор отражает только горизонтально поляризованные волны и пропускает сквозь себя волны с вертикальной
поляризацией.
Главное зеркало отражает все волны, с любой поляризацией.
Зондирующий импульс излучается рупорным излучателем, например, в виде волны с левой круговой поляризацией. После прохождения первого слоя поляризация волны преобразовывается в линейную горизонтальную поляризацию. Волна с такой поляризацией будет отражаться от поляризационного фильтра. Далее волна опять проходит сквозь преобразователь поляризации, но теперь в противоположном направлении. Это приводит к развороту плоскости поляризации на 90º и волна с левой круговой поляризацией падает на главный параболический рефлектор.
Рисунок 4. Антенны радиолокационных станций боевой машины ЗРК 9К33 «Оса»
Рисунок 4.
Антенны радиолокационных станций боевой машины ЗРК 9К33 «Оса»
При отражении от металлического рефлектора направление вращения вектора поляризации волны меняется с левого на правое. После прохождения преобразователя поляризации в третий раз поляризация волны становится линейной вертикальной. Волна с такой поляризацией свободно проходит сквозь поляризационный фильтр и излучается в направлении цели. В режиме приема волна проходит путь в обратном порядке.
Преобразование плоскости поляризации реализовано также в антенне станции сопровождения цели и антеннах станций визирования ракет боевой машины зенитного ракетного комплекса 9К33 «Оса» (по классификации НАТО — SA-8 «Gecko»).
чертежи, размеры, 23 фото и подробное описание изготовления
Подробное описание изготовления 4G антенны для приёма интернет сигнала: чертежи, размеры и пошаговые фото изготовления антенны.
Обычно для жителей городов, проблем с 4G интернетом нет, но за городом, в селе или на даче, сигнал 4G значительно уменьшается или вообще отсутствует.
Эту проблему можно решить, если собрать антенну, которая позволит улавливать сигнал на расстоянии около 30 км от базовой станции мобильной связи.
Материалы для изготовления 4G антенны:
- резьбовая шпилька М6 или М8, длиной 140 мм;
- гайки под шпильку – 12 шт.;
- тонкая жесть из любого металла;
- коаксиальный кабель длиной до 12 м – 2 шт.;
- разъем Pigtail с переходником – 2 шт.;
- F разъем для ТВ кабеля – 4 шт.
Немного теории
Параметры антенны отличаются для 3G или 4G интернета. Важен диапазон частоты, на котором работает нужный оператор. Чтобы собрать правильную антенну его нужно узнать. Для этого следует войти в настройки сети телефона и выполнить поиск операторов сети. В выдаваемом списке со множеством 2G позиций нужно искать только 3G и 4G. Зная какой оператор обеспечивает нужное покрытие в данной местности можно купить подходящую SIM-карту этого оператора и модем, саму антенну можно сделать своими руками.
При сборке антенны важно соблюсти все размеры вплоть до миллиметра. Для каждого типа сети они разные. Обычно 4G сеть работает с частотой 2600 МГц, в 3G – 2100 МГц. Иногда 4G и 3G имеют частоту 1800 или 850 МГц.
Схема 4G антенны для частоты 2600 МГц.
Схема 3G антенны для частоты 2100 МГц.
Схема 3G и 4G антенны для частоты 1800 МГц.
Схема 3G и 4G антенны для частоты 850 МГц.
Далее показан процесс изготовления антенны (размеры используйте только под частоту вашего оператора мобильной связи).
В качестве примера будет собрана антенна 3G под частоту 2100 МГц. Процесс изготовления устройств разных параметров аналогичный, но отличается по диаметру сегментов и расстоянию между ними. Сначала нужно из жести вырезать 6 дисков. Я применяю тонкую листовую медь, поскольку она легко разрезается с помощью канцелярских ножниц. Диаметры сегментов антенны согласно схеме должен составлять 100, 74, 54, 39, 39, и 39 мм.
Поскольку важно соблюсти размеры до миллиметра, то лучше сначала просверлить отверстие под диаметр имеющейся шпильки, а уже после по нему циркулем построить плоскость для выреза диска.
На диске с диаметром 74 мм нужно подготовить отверстие для пайки жилы провода. Оно сверлится на расстоянии 11 мм от края. Данная антенна при работе с 3G диапазоном требует присоединение 2 коаксиальных ТВ проводов. Длина каждого из них не должна превышать больше 12 м. Второе отверстия нужно просверлить тоже на расстояние 11 мм от края, но под углом 90 градусов относительно первого.
Теперь приложив диск на 74 мм к большому сегменту на 100 мм нужно сделать разметку под большие отверстия для ввода коаксиального телевизионного кабеля вместе с оплеткой.
Из пары обыкновенных телевизионных F разъемов нужно отломать выступающую часть, как сделал я, и запрессовать их в имеющиеся отверстия на диске 100 мм. Для надежности разъемы лучше немного обжать.
Теперь нужно зафиксировать диски на шпильку в указанной очередности и с соблюдением расстояния предложенного схемой. Дистанция между сегментами на 100 и 74 мм составляет 10 мм, в следующем переходе между дисками расстояние будет соответственно 9, 33, 33 и 33 мм. Каждый элемент фиксируется двумя гайками, по одной из каждой стороны.
При сборке нужно еще раз перепроверить расстояние между дисками, поскольку отклонение приведет к уменьшению качества приема сигнала.
Далее нужно подсоединить коаксиальные кабеля к большому диску. Это нужно сделать так, чтобы центральная медная жила каждую провода входила в тонкое отверстие на соседнем сегменте с диаметром 74 мм. После установки проволоку нужно припаять, ни в коем случае не загибая.
К выступающему хвостику шпильки на задней части антенны нужно прикрепить деревянную, пластиковую или металлическую планку, выполняющую роль держателя. Для надежности к ней можно подвязать коаксиальные кабеля, чтобы не создавать нагрузку на тонкий жестяной диск, к которому они припаяны.
Теперь на свободные концы коаксиального кабеля нужно закрепить разъемы Pigtail с переходниками. Именно они и подключаются в 3G 4G модем. Все антенна готово, осталось ее установить.
Антенну подключаем к 4G модему в котором уже есть сим карта выбранного оператора связи.
Для достижения максимального качества приема нужно вывести антенну за пределы помещения. Ее нужно поставить немного выше крыш ближайших построек, чтобы минимизировать возможные помехи и не допустить шумов. Нужно направить антенну прямо на ближайшую вышку, которая транслирует интернет сигнал. Чтобы узнать, где она располагается можно воспользоваться приложением Netmonitor. Такая простенькая антенна способна улавливать сигнал от вышек расположенных на расстоянии даже больше 30 км.
Процесс изготовления 4G антенны показан также в этом видео:
Автор самоделки: KREOSAN
Схема активной антенныГлавная » Схемы
Коротковолновые слушатели часто не могут или не имеют права устанавливать антенну с длинным проводом или другую антенну большого размера в доме или вокруг него.
В таких случаях может оказаться полезной настоящая активная антенна, предназначенная для диапазона частот 3–30 МГц. Автор использовал стержень длиной 1 метр или латунную трубку диаметром 2–6 мм. Схема состоит из двух частей, одна из которых должна быть расположена рядом с антенной, а другая должна быть помещена в соответствующий блок питания приемника.
Изображение проекта:
Две секции могут быть соединены коаксиальным кабелем длиной до 20 м без заметного затухания. Сигнал антенны предварительно усиливается с помощью двухкаскадной комбинации T1-T3. Основное усиление обеспечивается входным трансформатором, образованным L3, L4 и L5, в секции приемника. Затем следует переключатель, позволяющий выбрать диапазон частот (3–10 МГц в положении LOW и 9–30 МГц в положении HIGH). Сила сигнала может быть отрегулирована в соответствии с приемником с помощью потенциометра P1.
Активная антенна легко собирается с помощью двух показанных печатных плат.
Поскольку нас интересуют только относительно низкие радиочастоты, выбор компонентов не так важен. Можно использовать различные типы полевых транзисторов: BF245, BF246, BF256 или их варианты SMD, но обратите внимание на их соединения! То же самое относится и к транзисторам: BFW16, BFY90, BFR91, BFR96; любой из них подойдет.
Принципиальная схема:
Несколько советов читателям, которые проводят собственные эксперименты. Меньшее значение конденсатора C1 приводит к более слабой связи с антенной, но также и к более низкому уровню сигнала. Возможно, имеет смысл заменить конденсатор на переменный тип. Дроссель L6 обеспечивает то, что выходное напряжение на более высоких частотах (30 МГц) ненамного выше, чем на более низких частотах (3 МГц). Это связано с тем, что добротность катушек L4 и L5 увеличивается на более высоких частотах, что приводит к более высоким амплитудам. Это компенсируется L6.
Детали и разводка печатной платы:
Эту катушку индуктивности можно не использовать и заменить проволочной перемычкой, но тогда выходное напряжение на более высоких частотах возрастет.
ПЕРЕЧЕНЬ КОМПОНЕНТОВ
Резисторы
R1 = 470 кОм
R2 = 220 кОм
R3 = 1 кОм
R4 = 100 Ом
R5 = 150 Ом
R6 = 39R
R7 = 1M
P1 = 470R Logarithmic
Конденсаторы
C1 = 1NF
C2, C3, C8, C9 = 100NF
C4, C10 = 47 мкф 25 В. Катушки индуктивности
L1,L2,L6 = 10 витков 0,7 мм ECW, диаметр
4 мм (намотка на сверло 3,5 мм)
L3 = 1 виток 0,7 мм ECW, вокруг L4 на сверле 10 мм)
L5 = 22 витка 0,7 мм ECW, диаметр 12 мм
(намотка на сверло 10 мм)
L7,L8 = 1mH миниатюрный дроссель
Semiconductors
T1 = BF247B
T2 = BF245A
Author: Stefan Delleman — Copyright: Elektor Electronics
Antenna Fundamentals
A proper understanding of antennas requires familiarity with electromagnetics, circuit theory, electronics and signal обработка.
Кэндис Суриано, доктор философии, Suriano Solutions
Джон Суриано, доктор философии, Nidec Motors, Оберн-Хиллз, Мичиган, США
Том Холмс, Agilent Technologies, Типп-Сити, Огайо, США
Qin Yu, Alcatel-Lucent, Колумбус, Огайо, США
Как антенна улавливает сигнал и преобразует его во что-то полезное для приемной схемы? Каков текущий путь для сигналов, полученных или переданных от антенны? Почему существуют разные типы антенн и почему они имеют разную форму? Какие стандартные инженерные термины связаны с антенной техникой? Как усиливаются сигналы от антенн?
Это отправная точка для понимания многих требований по электромагнитной совместимости и процедур тестирования, а также для решения проблем соответствия. Основы антенн можно вывести из фундаментальных принципов электромагнетизма и электрических цепей. Даже элементарное понимание может оказаться бесценным при решении проблем ЭМС.
Как антенны обнаруживают сигналы?
Рис.
1. (a) Антенна электрического поля и (b) антенна магнитного поля. Антенны выполняют две взаимодополняющие функции: преобразование электромагнитных волн в напряжение и ток, используемые в цепи, и преобразование напряжения и тока в электромагнитные волны, которые передаются в космос. Сигналы передаются через пространство электромагнитными волнами, состоящими из электрических полей, измеряемых в вольтах на метр, и магнитных полей, измеряемых в амперах на метр. В зависимости от типа обнаруживаемого поля антенна принимает ту или иную конструкцию. Антенны, предназначенные для улавливания электрических полей, такие как антенна на рис. 1(а), сделаны из стержней и пластин, а антенны, предназначенные для улавливания магнитных полей, как на рис. 1(б), сделаны из проволочных петель. Иногда части электрических цепей могут иметь характеристики, которые непреднамеренно делают их антеннами. EMC заботится о снижении вероятности того, что эти непреднамеренные антенны будут подавать сигналы в свои цепи или влиять на другие цепи.
Рассмотрим антенну автомобильного радиоприемника. Когда электрическое поле (В/м) попадает на антенну, оно создает напряжение по ее длине (м*В/м = В) относительно земли. Приемник определяет напряжение между антенной и землей. Другой способ представить этот тип антенны — это один вывод вольтметра, измеряющий потенциал в космосе. Другой провод вольтметра является землей цепи.
Какое значение имеет форма антенны?
Некоторые антенны сделаны из проволочных петель. Эти антенны обнаруживают магнитное поле, а не электрическое поле. Точно так же, как магнитное поле в катушке с проводом создается током в этой катушке, точно так же ток индуцируется в катушке с проводом, когда магнитное поле проходит через эту катушку. Концы рамочной антенны присоединены к приемной цепи, через которую протекает этот наведенный ток, когда рамочная антенна обнаруживает магнитное поле. Магнитные поля обычно направлены перпендикулярно направлению их распространения, поэтому плоскость контура должна быть выровнена параллельно направлению распространения волны для обнаружения поля.
Некоторые типы антенн электрического поля: биконические , рупорные и микрополосковые . Как правило, антенны, излучающие электрические поля, состоят из двух компонентов, изолированных друг от друга. Простейшей антенной электрического поля является дипольная антенна , само название которой подразумевает ее двухкомпонентную природу. Два проводящих элемента действуют как пластины конденсатора, при этом поле между ними направлено в пространство, а не заключено между пластинами. С другой стороны, антенны магнитного поля состоят из катушек, которые действуют как катушки индуктивности. Поля индуктора проецируются в космос, а не ограничиваются замкнутой магнитной цепью. Однако категоризация антенн таким образом несколько искусственна, поскольку фактический механизм излучения включает в себя как электрические, так и магнитные поля, независимо от конструкции.
Как антенны формируют и излучают электромагнитные поля?
Как упоминалось ранее, антенны электрического поля могут быть связаны с конденсаторами.
Рассмотрим простой конденсатор с плоскими пластинами, показанный на рис. 2(а). Электрическое поле, возникающее при размещении заряда на каждой из пластин, находится между пластинами. Если пластины раздвинуты так, что они лежат в одной плоскости, электрическое поле между пластинами распространяется в космос. Тот же процесс происходит с дипольной антенной электрического поля, как показано на рисунке 2(b). Заряды на каждой части антенны создают поле в пространстве между двумя половинами антенны. Между двумя стержнями дипольной антенны имеется собственная емкость, как показано на рисунке 2(c). Ток необходим для зарядки дипольных стержней. Ток в каждой части антенны течет в одном направлении. Такой ток называется режим антенны ток. Это состояние особенное, потому что оно приводит к радиации. Поскольку сигнал, подаваемый на две половины антенны, колеблется, поле продолжает меняться и посылает волны в космос.
Заряд и ток на диполе создают поля, перпендикулярные друг другу.
Электрическое поле Е течет от положительного заряда к отрицательному заряду, размещенному на элементах под действием напряжения, приложенного к антенне, как показано на рисунке 3(а). Зарядный ток, подаваемый на антенну, создает магнитное поле Н, которое циркулирует по проводу по закону 9.0065 правило правой руки , как показано на рисунке 3(b). Бог сделал так, что когда электроны движутся по проводу, возникает магнитный «ветер», который циркулирует по проводу. Направляя большой палец правой руки по ходу тока, пальцы обхватывают провод по направлению магнитного поля. Циркуляция этого магнитного поля приводит к индуктивности антенны. Таким образом, антенна представляет собой реактивное устройство, имеющее как емкость от распределения заряда, так и индуктивность от распределения тока.
Как показано на рисунке 3(c), поля E и H перпендикулярны друг другу. Они расходятся в космос от антенны по кругу.
Когда сигнал на антенне колеблется, образуются волны. Поперечные электромагнитные (ТЕМ) волны производятся, в которых E и H перпендикулярны друг другу. Антенна также может преобразовывать TEM-волну обратно в ток и напряжение с помощью чего-то, что называется 9.0065 взаимность . Антенна дополняет друг друга при отправке и приеме.
Состояние излучения антенны показано на рис. 4. Реактивные компоненты антенны накапливают энергию в электрических и магнитных полях, окружающих антенну. Реактивная мощность обменивается туда и обратно между источником питания и реактивными компонентами антенны. Как и в любой LC-цепи, где напряжение и ток всегда сдвинуты по фазе на 90°, так и в антенне поле E (созданное напряжением) и поле H (созданное током) равны 90° не по фазе, если сопротивлением антенны пренебречь. В электрической цепи реальная мощность подается только тогда, когда нагрузка имеет реальную составляющую своего импеданса, которая приводит к тому, что составляющая тока и напряжения находятся в фазе.
Это обстоятельство справедливо и для антенн. Антенна имеет небольшое сопротивление, поэтому часть реальной мощности рассеивается в антенне. Для возникновения излучения поля E и H должны совпадать по фазе друг с другом, как показано на рисунке 3(c). Как может иметь место это излучение, если антенна действует как емкость и как индуктивность? Синфазные компоненты являются результатом задержка распространения . Волны от антенны не формируются мгновенно во всех точках пространства одновременно, а распространяются со скоростью света. На больших расстояниях от антенны эта задержка приводит к тому, что компоненты полей E и H находятся в фазе.
Таким образом, существуют разные компоненты полей E и H, которые составляют запасающую энергию (реактивную) часть поля или излучаемую (реальную) часть поля. Реактивная часть определяется емкостью и индуктивностью антенны и существует преимущественно в ближнее поле . Реальная часть определяется чем-то, называемым сопротивлением излучения , вызванным задержкой распространения, и существует на большом расстоянии от антенны в дальнем поле .
Иногда приемные антенны, например те, которые используются при испытаниях на электромагнитную совместимость, могут располагаться так близко к источнику, что на них больше влияют эффекты ближнего поля, чем излучение дальнего поля. При этом приемная и передающая антенны связаны емкостью и взаимной индуктивностью. Таким образом, приемная антенна действует как нагрузка на передатчик.
Как сопротивление антенны зависит от частоты?
Импеданс антенны зависит от частоты. Распределение тока и заряда на антенне изменяется с частотой. Ток на диполе обычно имеет форму синусоидальной зависимости от положения на антенне в зависимости от частоты. Поскольку длина волны сигнала зависит от частоты, на определенных частотах длина антенны равна ключевым долям длины волны. Ток на диполе для частот, соответствующих ½ и 1 длине волны, показан на рис. 5(a) и 5(b) соответственно. При ½ длины волны ток от источника максимален. Таким образом, входное сопротивление антенны на этой частоте минимально и эквивалентно сопротивлению антенны (фактическое + сопротивление излучения).
На частоте с длиной волны, равной длине антенны, ток от источника равен нулю; и, следовательно, входное сопротивление бесконечно. График зависимости импеданса от частоты показан на рисунке 5(c).
Излучают ли антенны во всех направлениях?
Мощность антенны излучается по схеме, которая может быть неравномерной во всех направлениях. Для характеристики усиления антенны используется отношение мощности, излучаемой в заданном направлении, к плотности мощности, если излучение происходит равномерно во всех направлениях (распределено по поверхности сферы). Для дипольной антенны большая часть мощности излучается в направлении, перпендикулярном оси антенны, как показано на рис. 3. направленность антенны — это коэффициент усиления в направлении максимальной мощности, то есть в направлении, перпендикулярном оси диполя. Усиление измеряется в дБи=10*log(усиление).
Трехмерная или двумерная диаграмма направленности антенны также называется диаграммой мощности , графиком мощности , или распределением мощности . Он наглядно иллюстрирует, как антенна принимает или передает в определенном диапазоне частот. Обычно он строится для дальнего поля. На диаграмму направленности антенны в первую очередь влияет геометрия антенны. На него также влияет окружающий ландшафт или другие антенны. Иногда несколько антенн используются в антенная решетка для воздействия на направленность. Как показано на рисунке 6(a), две антенны, питаемые от одного и того же источника, могут использоваться для подавления полей в плоскости антенн, если они разнесены на ½ длины волны. Вид сверху на это устройство показан на рисунке 6(b) с эскизом диаграммы направленности.
Рис. 6. (а) Вид сбоку на полуволновую дипольную решетку и (б) вид сверху с распределением мощности.Зеркало, Зеркало на стене: в чем важность отражений?
Когда мы смотрим в зеркало, мы видим эффект отражения электромагнитного излучения.
Почему волны отражаются от проводящих поверхностей? Каков результат этих отражений излучения? В основе отражений лежит граничное условие полей на поверхности проводника. Граничные условия для полей E и H показаны на рисунке 7. Внутри проводника заряды могут свободно перемещаться под воздействием электрических полей, а ток индуцируется изменяющимися во времени магнитными полями. Заряд вблизи проводника заставляет заряды мигрировать по поверхности проводника. Любая тангенциальная составляющая поля E заставит заряды двигаться до тех пор, пока тангенциальная составляющая E не станет равной нулю. Полученный эффект эквивалентен image , или виртуальный заряд, расположенный под поверхностью проводника, показанной на рисунке 7(c). Изображение не является реальным, но представляет собой заряд, который вызовет эффект, эквивалентный реальному результату.
Магнитное поле, которое изменяется во времени, индуцирует ток в идеальном проводнике.
Ток противодействует магнитному полю, так что никакая нормальная составляющая не может проникнуть через поверхность проводника. Таким образом, текущее изображение, показанное на рисунке 7(c), вызывает исчезновение результирующей нормальной компоненты H на поверхности.
Эффект изображения очень важен, потому что антенны часто находятся рядом с проводящими поверхностями, такими как Земля, листовой металл автомобиля или самолета, или плоскость заземления печатной платы. Поля, излучаемые в космос, представляют собой сумму полей от антенны и от изображения. Если мы рассмотрим E-поле от диполя, то легко увидеть эффект. На рис. 8(а) диполь, параллельный проводнику, показан своим изображением. Когда диполь перпендикулярен плоскости земли, под ним существует изображение диполя с инвертированным зарядом, как показано на рисунке 8(b). В этих двух примерах поле в некоторой точке пространства представляет собой сумму полей от диполя и его изображения. Когда поле, излучаемое диполем, попадает на проводник, как показано на рисунке 8(c), отражение можно интерпретировать как волну от изображения.
Как формируются и усиливаются сигналы от антенн?
Антенны подключаются к передатчикам или приемникам через линии передачи. Поскольку импеданс антенны не является постоянной функцией частоты, его нельзя согласовать с линией передачи на всех частотах. Когда полное сопротивление антенны не соответствует полному сопротивлению линии передачи (обычно 50 Вт или 75 Вт), в месте соединения с антенной образуются отражения. Волны, исходящие от источника, отражаются обратно по линии передачи, снижая возможность передачи мощности. VSWR , коэффициент стоячей волны по напряжению, является мерой несоответствия. КСВ представляет собой отношение максимального напряжения к минимальному напряжению на линии передачи. При несоответствии импеданса КСВ больше единицы, что указывает на наличие отражений. По мере того, как импеданс на конце линии передачи становится выше — приближаясь к разомкнутой цепи, КСВ приближается к бесконечности, указывая на то, что отражается вся мощность.
Эта ситуация аналогична падению светового луча на границу раздела двух сред, таких как воздух и вода, при котором часть света отражается, а часть уходит в воду. КСВ снижает мощность, передаваемую на антенну, или уменьшает сигнал от антенны, когда она используется для приема сигналов. Изменение КСВ и отраженная пропорция показаны на рисунке 9.(а) и 9(б) соответственно для системы мощностью 50 Вт, в которой сопротивление нагрузки варьируется.
Еще одна проблема с подключением к антеннам — это дисбаланс сигнала, вызванный заземлением. На рис. 10(а) показана дипольная антенна, подключенная к источнику через экранированный кабель. Экран соединен с заземляющей пластиной. Паразитная емкость между антенной и заземляющей пластиной заставляет некоторый ток течь через заземляющую пластину, а не через экран. Когда это происходит, ток на антенне становится несбалансированным, и антенна теряет эффективность.
Чтобы исправить этот дисбаланс, устройство под названием 9Используется балун 0065 (от балансного к небалансному). Балун простого типа показан на рис. 10(b). Здесь балун состоит из ферритового цилиндра (шарика), размещенного над коаксиальным кабелем. Феррит увеличивает импеданс только для синфазного тока и не влияет на обычный дифференциальный ток в кабеле. Следовательно, ток, вызывающий дисбаланс, уменьшается, что улучшает работу антенны. Для приемных антенн входящий сигнал может индуцировать ток на экране, что вызывает дисбаланс. Ферритовая шайба уменьшает ток на экране.
Антенны используются для приема очень слабых сигналов. Поэтому часто необходимо использовать усилитель для увеличения отношения сигнал-шум . Минимальный тепловой шум окружающей среды, обнаруженный в полосе пропускания 9 кГц, составляет примерно –27 дБмкВ (–134 дБм). Однако когда сигналы обрабатываются и усиливаются до пригодных для использования уровней, появляется шум.
Коэффициент шума усилителя определяется как разница между его минимальным уровнем шума и фоновым шумом окружающей среды. Рассмотрим антенну, улавливающую сигнал мощностью всего 0 dBuV, как показано на рисунке 11(a). Сигнал может быть на 27 дБ выше окружающего; но для приемника с коэффициентом шума 24 дБ сигнал всего на 3 дБ выше уровня шума. Таким образом, отношение сигнал/шум составляет всего 3 дБ. Для увеличения этого запаса можно использовать хороший усилитель, как показано на рис. 11(b). Здесь усилитель на 20 дБ повышает уровень сигнала с 0 dBuV до 20 dBuV. Усилитель также повышает окружающий звук на 20 дБ до –7 дБмкВ. Поскольку коэффициент шума усилителя составляет 8 дБ, он добавляет еще 8 дБ к фоновому шуму, что составляет +1 дБмкВ. Уровень собственных шумов приемника (-3 dBuV) ниже этого значения и поэтому не влияет на результат. Новое отношение сигнал/шум равно 19.дБмкВ.
РЕЗЮМЕ
Для правильного понимания антенн требуется знакомство с электромагнетизмом, теорией цепей, электроникой и обработкой сигналов.