Směrová anténa - Directional antenna

Víceprvkový, logicko-periodické dipólové pole
70 metrů Cassegrain rádiová anténa na GDSCC, Kalifornie

A směrová anténa nebo paprsková anténa je anténa který vyzařuje nebo přijímá větší výkon v určitých směrech, což umožňuje vyšší výkon a snížení rušení z nechtěných zdrojů. Směrové antény poskytují vyšší výkon dipólové antény -nebo všesměrové antény obecně - když je větší koncentrace záření v určitém směru je žádoucí.

A anténa s vysokým ziskem (HGA) je směrová anténa se zaostřenou úzkou šířkou paprsku rádiových vln, která umožňuje přesnější zaměření rádiových signálů.[Citace je zapotřebí ] Nejčastěji zmiňované během vesmírné mise,[Citace je zapotřebí ] tyto antény se také používají všude Země, nejúspěšněji v plochých otevřených oblastech, kde nejsou hory, které by rušily rádiové vlny.[Citace je zapotřebí ] Naproti tomu a anténa s nízkým ziskem (LGA) je všesměrová anténa se širokou šířkou paprsku rádiových vln, která umožňuje, aby se signál přiměřeně dobře šířil i v horských oblastech, a je tak spolehlivější bez ohledu na terén. Antény s nízkým ziskem se často používají v kosmická loď jako záloha do anténa s vysokým ziskem, který přenáší mnohem užší paprsek, a proto je náchylný ke ztrátě signálu.[1]

Všechny praktické antény jsou alespoň trochu směrové, i když se obvykle uvažuje pouze směr v rovině rovnoběžné se zemí a praktické antény mohou být snadno všesměrové v jedné rovině. Nejběžnější typy jsou Yagi anténa, logicko-periodická anténa a rohová anténa reflektoru,[Citace je zapotřebí ] které jsou často kombinovány a komerčně prodávány jako rezidenční objekty Televizní antény. Buněčné opakovače často využívají externí směrové antény k poskytnutí mnohem většího signálu, než jaký lze získat na standardu mobilní telefon. Satelitní televize přijímače obvykle používají parabolické antény. Pro dlouhé a střední vlnová délka frekvence, věžová pole se ve většině případů používají jako směrové antény.

Princip činnosti

Při přenosu a anténa s vysokým ziskem umožňuje odeslat více přenášeného výkonu ve směru k přijímači, čímž se zvyšuje síla přijímaného signálu. Při příjmu zachycuje anténa s vysokým ziskem více signálu, což opět zvyšuje sílu signálu. Kvůli vzájemnost, tyto dva efekty jsou stejné - anténa, díky níž je přenášený signál stokrát silnější (ve srovnání s izotropní radiátor ) také zachytí stokrát více energie než izotropní anténa, pokud se použije jako přijímací anténa. V důsledku své směrovosti směrové antény také vysílají méně (a méně přijímají) signál z jiných směrů, než je hlavní paprsek. Tuto vlastnost lze použít ke snížení rušení.

Existuje mnoho způsobů, jak vyrobit anténu s vysokým ziskem; nejběžnější jsou parabolické antény, spirálové antény, yagi antény, a fázovaná pole menších antén jakéhokoli druhu. Hornové antény mohou být také konstruovány s vysokým ziskem, ale jsou méně často vidět. Jsou možné ještě další konfigurace - Observatoř Arecibo používá kombinaci a posuv řádku s enormním sférickým reflektorem (na rozdíl od obvyklejšího parabolického reflektoru) k dosažení extrémně vysokých zisků při konkrétních frekvencích.

Zisk antény

Zisk antény je často citován s ohledem na hypotetickou anténu, která vyzařuje rovnoměrně ve všech směrech, an izotropní radiátor. Tento zisk, měřeno v decibely, se nazývá dBi. Úspora energie vyžaduje, aby antény s vysokým ziskem musely být úzké paprsky. Například pokud anténa s vysokým ziskem způsobí, že 1 wattový vysílač vypadá jako 100 wattový vysílač, může paprsek pokrýt maximálně1⁄100 oblohy (jinak by celkové množství energie vyzařované ve všech směrech činilo více než výkon vysílače, což není možné). To zase znamená, že antény s vysokým ziskem musí být fyzicky velké, protože podle difrakční limit čím je paprsek užší, tím větší musí být anténa (měřeno ve vlnových délkách).

Zisk antény lze také měřit v dBd, což je zisk v Decibelech ve srovnání se směrem maximální intenzity půlvlnného dipólu. V případě antén typu Yagi se to víceméně rovná zisku, který by člověk od testované antény očekával po odečtení všech jejích směrovačů a reflektorů. Je důležité nezaměňovat dBi a dBd; dva se liší o 2,15 dB, přičemž hodnota dBi je vyšší, protože dipól má zisk 2,15 db vzhledem k izotropní anténě.

Zisk také závisí na počtu prvků a vyladění těchto prvků. Antény lze vyladit tak, aby rezonovaly při širším šíření frekvencí, ale pokud jsou všechny ostatní věci stejné, znamená to, že zisk antény je nižší než u jedné naladěné pro jednu frekvenci nebo skupinu frekvencí. Například v případě širokopásmových televizních antén je pokles zisku obzvláště velký ve spodní části pásma vysílajícího televizi. Ve Velké Británii je tato spodní třetina televizního pásma známá jako skupina A; vidět získat graf porovnání seskupených antén s širokopásmovou anténou stejné velikosti / modelu.

Zisk mohou ovlivnit i další faktory, jako je clona (oblast, ze které anténa sbírá signál, téměř zcela souvisí s velikostí antény, ale u malých antén může být zvýšena přidáním feritová tyč ) a účinnost (opět ovlivněna velikostí, ale také odporem použitých materiálů a přizpůsobením impedance). Tyto faktory lze snadno vylepšit bez úpravy dalších funkcí antén nebo se shodou okolností zlepšují stejnými faktory, které zvyšují směrovost, a proto se obvykle nezvýrazňují.

Aplikace

Antény s vysokým ziskem jsou obvykle největší součástí sond v hlubokém vesmíru a rádiové antény s nejvyšším ziskem jsou fyzicky obrovské struktury, jako například Observatoř Arecibo. The Deep Space Network používá 35 m talíře při vlnových délkách asi 1 cm. Tato kombinace poskytuje zisk antény asi 100 000 000 (nebo 80 dB, jak se běžně měří), takže vysílač vypadá asi 100 milionůkrát silnější a přijímač asi 100 milionů krát citlivější, za předpokladu, že cíl je uvnitř paprsku. Tento paprsek může pokrýt maximálně stovku miliontiny (10−8) oblohy, takže je vyžadováno velmi přesné míření.

Použití vysokého zisku a Milimetrová vlna komunikace v WPAN zisk zvyšuje pravděpodobnost souběžného plánování nerušivých přenosů v lokalizované oblasti, což má za následek nesmírné zvýšení propustnosti sítě. Optimální plánování souběžného přenosu je však problém NP-Hard.[2]

Galerie

Viz také

Reference

  1. ^ „Anténa s nízkým ziskem - Oxford Reference“. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  2. ^ Bilal, Muhammad; et al. (2014). „Schémata časově omezeného plánování pro souběžný přenos s více hopy ve WPAN se směrovou anténou“. Deník ETRI. 36 (3): 374–384. arXiv:1801.06018. doi:10.4218 / etrij.14.0113.0703.
  3. ^ Crawford, A.B. D.C. Hogg a L.E. Hunt (červenec 1961). „Project Echo: A Horn-Reflector Antenna for Space Communication“. The Bell System Technical Journal: 1095–1099.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  4. ^ „Služba národního parku: Astronomie a astrofyzika (Hornová anténa)“. 2001-11-05. Archivovány od originál dne 12. května 2008. Citováno 2008-05-23.

externí odkazy