Антенна фидерлі құрылғы
Антенна туралы
Антенналарды шартты түрде беруші және қабылдаушы деп бөлуге болады. Алайда олардың арасында принциптік айырмашылық жоқ: көп жағдайда бір антенна әрі таратуға, әрі қабылдауға қолданыла береді.
Антенналық құрылғының құрамына антеннаның өзінен бөлек фидерлік желі (қоректендіру сызығы) де кіреді. Фидер радиожиілікті энергияны радиотаратқыштан антеннаға немесе антеннадан радиоқабылдағышқа жеткізеді және жол бойындағы қажетсіз сәулеленуді (шығынды) азайтуға көмектеседі. Дұрыс жұмыс істеу үшін фидердің өзі антенна секілді сәулелендіріп/қабылдап кетпеуі тиіс.
Негізгі анықтама
Антенна — таратушы станцияда радиотолқындарды шығару, ал қабылдаушы станцияда радиотолқындарды қабылдау үшін қолданылатын жүйе.
Энергия түрлендіру
Антенна жоғары жиілікті ток энергиясын электромагниттік толқын энергиясына және кері бағыттағы процесті жүзеге асырады.
Практикалық артықшылық
Қозғалысты радиостанцияларда көбіне қабылдағыш пен таратқышқа ортақ бір ғана антенна пайдаланылады.
Қысқа толқындарға арналған антенна түрлері
Қысқа толқын диапазонында қолданылатын антенналардың бір бөлігі қабылдағыш ретінде де, таратқыш ретінде де жұмыс істей алады. Төменде жиі кездесетін нұсқалар қысқаша сипатталады.
Штырьлі антенна (қозғалмалы және көшпелі станциялар)
Қозғалмалы және орын ауыстырғыш станциялар аз қашықтыққа байланыс үшін жиі штырьлі антенналарды қолданады. Мұндай антенна әдетте радиостанцияның өзінде орналасқан бірнеше бөліктен тұратын біліктен құрастырылады.
Байланыс қашықтығын арттыру үшін біліктің жоғарғы ұшына «жұлдызша» немесе «метелка» бекітіледі. Бұл антеннаның сыйымдылығына әсер етіп, токтың таралу сипатын өзгертеді: жұлдызша болмаған жағдайда ток түйіні өзекшенің жоғарғы жағында орналасады, ал жұлдызша орнатылса — түйін жұлдызшаның ұштарына ығысады.
Штырьлі антеннаның кемшіліктерінің бірі — корпусының темірден жасалуы салдарынан ауыр болуы.
Диполь антенна және оның орналастырылуы
Көшпелі радиостанцияларда қолданылатын аз қуатты антенналардың бірі — бір түзу бойымен тартылған екі сымнан тұратын диполь.
Төмен орналасқан диполь ең жақсы сәулелендіруді және қабылдауды сымдарға перпендикуляр бағытта емес, керісінше кеңістіктік таралу заңдылықтарына сәйкес белгілі бір бағыттарда береді; ал кей бағыттарда сәуле шығару/қабылдау әлсірейді. Бағыттылық антеннаның биіктігіне, жер бедеріне және қоршаған ортаға тәуелді.
Егер диполь оқшауланған сымдардан жасалса, аз қашықтықтағы алмасуды жерге төселген сымдар арқылы ұйымдастыруға болады. Ал беру қашықтығын арттыру үшін «диполь» антеннасын вертикаль көтеріп, жерден биігірек орналастырады немесе бірнеше вибраторы бар жүйелерді қолданады.
Ескерту (мәтіндегі тәуелділік):
Вибратор ұзындығы сым ұзындығының диаметрге қатынасына байланысты келтіріледі: мысалы, L/d = 400 болса, l ≈ 0,47L; ал L/d = 1000 болса, l ≈ 0,485L.
Антенна және фидер: жалпы құрылым принципі
Антенна кез келген радиоқабылдағыш пен радиотаратқыштың негізгі әрі міндетті элементі болып саналады:
Радиотаратқыш антенна
Жоғары жиілікті токты электромагниттік толқындарға түрлендіріп, кеңістікке сәулелендіруге арналған.
Радиоқабылдағыш антенна
Қабылданған электромагниттік толқын энергиясын жоғары жиілікті токқа түрлендіруге арналған.
Тарату мен қабылдаудың принциптік қайтымдылығы көптеген қолданбалы жүйелер үшін маңызды: бір антенна екі режимде де жұмыс істей алады.
Фидерлер және сәулеленуді азайту логикасы
Фидер — радиожиілікті энергияны тасымалдайтын өткізгіштер жүйесі. Энергияны жол бойымен тасымалдағанда қажетсіз сәулеленуді азайту үшін өткізгіштерді параллель және мүмкіндігінше бір-біріне жақын орналастыруға тырысады. Мұнда шамалас, бірақ қарама-қарсы бағытталған токтар сыртқы өрістің бір бөлігін өзара өтеп, қоршаған ортаға бөлінетін энергияны азайтады.
Ал антеннада керісінше мақсат қойылады: кеңістікке сәуле шығаруды күшейту. Сондықтан ұзын сымдар, әртүрлі геометриялар (мысалы, V-тәрізді, ромб тәрізді) арқылы өрістердің толық өтеліп кетпеуіне қол жеткізіледі.
Симметриялы және симметриялы емес антенналар
- Фидердің бір өткізгішін «жүйеден алып тастау» арқылы симметриялы емес вибратор алуға болады.
- Бұл принципке жататын антенналарға Г-тәрізді және Т-тәрізді шешімдер де кіреді.
Синфазалы және кері фазалы жүйелер туралы түсінік
Егер көрші өткізгіштердегі токтар фазасы сәйкес келіп, геометриясы өрісті «қаптасатындай» болса, сәулелену бірін-бірі күшейтуі мүмкін. Мұндайда фазаны ығыстыру (мысалы, шлейф арқылы) қолданылады — бұл синфазалы антенна жүйелерінің таралған принциптерінің бірі.
Кейбір конструкцияларда керісінше кері фазалы токтар пайдаланылады. Бұл белгілі бір бағытта сәулеленуді қалыптастыруға немесе фидер бойындағы сәулеленуді басқаруға көмектеседі.
Симметриялы вибратор (жарты толқынды диполь) жұмысының мәні
Көптеген антенналардың негізінде симметриялы вибратор жатады. Ол екі иықтан тұрады және оның бойында ток пен кернеудің таралуы белгілі заңдылыққа бағынады.
Еркін тербеліс қалай пайда болады?
Вибратордың екі жартысы кернеу көзіне қосылғанда, олардың арасында потенциалдар айырымы пайда болып, «сыйымдылық» әсерінен заряд жиналады. Кейін қорек ажыратылып, иықтар тұйықталса, жиналған заряд разрядталады да ток туындайды.
Ток бірден максимал болмайды: өткізгіштің индуктивтілігі өздік индукция ЭҚК-ын тудырып, токтың өзгерісіне қарсы әсер етеді. Соның нәтижесінде электр өрісі мен магнит өрісі арасында энергия алмасуы жүріп, жүйеде еркін электрлік тербеліс қалыптасады.
Тұрақталған режимде вибратор бойында тұрақты толқын сипатындағы ток пен кернеу таралады: ұштарында ток нөлге жуық, ал ортасында ток максимумға жақын болады.
Симметриялы вибратордың классикалық түсіндірмесінде оның жұмыс режимі жарты толқынды диполь ұғымымен байланыстырылады: геометриялық өлшемі шамамен толқын ұзындығының λ/2 бөлігіне сәйкес келеді.
Вертикальды симметриялы емес антенна және жердің әсері
Жартытолқынды вибраторды жерге қатысты ерекше орналастыру арқылы өлшемді ықшамдауға болады. Егер вибратордың бір ұшын генератордың бір қысқышына, ал екіншісін жерге қосса, онда идеал өткізгіш жер жағдайында «айнадағы кескін» қағидасы арқылы эквивалентті өріс түзіледі. Мұндай антенна вертикальды симметриялы емес антенна деп аталады және практикалық жуықтауда биіктігі λ/4 шамасында болады.
Бұл тұжырым идеал жер үшін ғана дәл. Егер топырақ нашар өткізгіш болса, жер бетіндегі токтардың таралуы өзгереді және әсіресе антенна маңындағы жердің кедергісі күшті әсер етеді.
Жерлендіруді жақсарту тәсілдері
- Жерді металдау: металл пластиналарды немесе сымдарды көму.
- Тәжірибеде толық металдау емес, радиалды сымдар жүйесі (шамамен 20–50 см тереңдікте) жиі жеткілікті.
- Қозғалысты станцияларда жер орнына кері салмақ (counterpoise) қолданылуы мүмкін; кейде бұл рөлді автокөлік корпусы атқарады.
Антеннаның негізгі параметрлері мен сипаттамалары
Сәуле шығаратын қуат және сәуле шығару кедергісі
Сәуле шығаратын қуат — антеннадан кеңістікке бөлініп шығатын электромагниттік толқын қуаты. Бұл қуатты активті кедергі арқылы сипаттауға болады, оны сәуле шығару кедергісі деп атайды:
Rн = Pн / Iа²
Мұндағы Iа — антенна кірісіндегі әсерлік ток.
Жоғалту қуаты және жоғалту кедергісі
Жоғалту қуаты — антенна сымында, жерге жақындықта және қоршаған заттардың әсерінен қажетсіз түрде шығындалатын қуат. Ол да активті қуат ретінде сипатталып, жоғалту кедергісімен өрнектеледі:
Rп = Pп / Iа²
Антеннаға берілетін қуат және ПӘК
Антеннаға берілетін қуат сәуле шығару қуаты мен жоғалту қуатының қосындысына тең:
Pа = Pи + Pп
Пайдалы әсер коэффициенті (ПӘК) — сәуле шығару қуатының антеннаға берілген қуатқа қатынасы:
η = Pи / Pа = Rн / (Rн + Rп)
Кірмелі кедергі және резонанс
Антеннаның кірмелі кедергісі — антеннаның қоректендіру нүктесіндегі кедергі. Ол активті және реактивті құрамдарға бөлінеді. Резонансқа келтірілген кезде антенна генераторға негізінен таза активті жүктеме ретінде көрінеді, бұл энергияны тиімді беруге қолайлы.
Бағыттылық және бағыттау диаграммасы
Антеннаның бағыттылығы — электромагниттік толқындарды кеңістікте белгілі бағыттарда басым сәулелендіру қасиеті. Бұл қасиет бағыттау диаграммасымен сипатталады: ол өріс кернеулігінің немесе сәуле шығару қуатының кеңістіктегі таралуын көрсетеді.
Көбіне диаграмма нормаланған түрде беріледі (абсолют мәндер емес, максимумға қатысты). Тәжірибеде кеңістіктегі толық диаграмманың орнына горизонталь және вертикаль жазықтықтардағы қималар қолданылады.
Диаграмма енін бағалауда жиі жарты қуат деңгейі қолданылады: қуат 2 есе азайғанда өріс кернеулігі максимумның 0,707 бөлігіне тең болады (өйткені қуат кернеудің квадратына пропорционал).
Қолданылған әдебиет
- Шувалов. Сети и системы телекоммуникаций.