Turniketová anténa - Turnstile antenna - Wikipedia

Axiální turniketová anténa pro 136-137 MHz pro příjem dat meteorologické satelity, skládající se z dvojice poháněných zkřížených dipólů nad dvojicí pasivních zkřížených dipólů sloužících jako reflektor.
Axiální režim s vysokým ziskem Yagi turniketové pole používané ke komunikaci s meteorologickými satelity na 136-137 MHz při Redu, Belgie. Každá ze 6 složek pole se skládá ze dvou 9 prvků Yagi antény namontován na stejné ose v pravých úhlech a přiváděn do kvadratury, aby vyzařoval úzký paprsek kruhově polarizovaných rádiových vln

A turniketová anténa, nebo zkřížená dipólová anténa,[1] je rádiová anténa skládající se ze sady dvou identických dipólové antény namontovány navzájem kolmo a napájeny fázová kvadratura; dva proudy aplikované na dipóly jsou 90 ° mimo fázi.[2][3] Název odráží představu, že anténa vypadá jako turniket při vodorovné montáži. Anténu lze použít ve dvou možných režimech. v normální mód anténa vyzařuje horizontálně polarizovaný rádiové vlny kolmé k jeho ose. v axiální režim anténa vyzařuje kruhově polarizovaný záření podél jeho osy.

Volaly speciální turniketové antény v normálním režimu superturnstile nebo antény se používají jako televizní vysílání antény. Turnikety v axiálním režimu jsou široce používány pro satelitní antény pozemních stanic v EU VHF a UHF pásma, protože pro satelitní komunikaci se často používá kruhová polarizace, protože není citlivá na orientaci satelitní antény ve vesmíru.

Dějiny

Turniketová anténa byla vynalezena Georgem Brownem v roce 1935[2] a popsáno ve stipendiu v roce 1936.[4] Historie patentů odhaluje popularitu turniketové antény v průběhu let.[5]

Vlastnosti

(vlevo, odjet) První turniketová anténa, pole v normálním režimu postavené stanicí W8XH, Buffalo, NY, v roce 1936, který vysílal na 41 MHz
(centrum) Turniket v normálním režimu (spodní anténa) na Empire State Building v New Yorku pro experimentální televizní stanici NBC 46,5 MHz W2XBS v roce 1939. Prvky ve tvaru doutníku poskytly anténě širší šířku pásma 30 MHz nezbytnou pro televizní přenos.
(že jo) Specializovaný typ turniketové antény v normálním režimu používaný pro televizní vysílání, nazývaný superturniatik nebo anténa

Anténu lze použít ve dvou různých režimech: normální mód a axiální režim.[Citace je zapotřebí ]

Normální mód

Ve směrech kolmých na jeho osu vyzařuje anténa lineárně polarizovaný rádiové vlny (horizontálně polarizovaný když je osa antény svislá). Tomu se říká normální mód. The radiační vzor, superpozice dvou dipólových vzorů, je blízká všesměrový ale ve skutečnosti "čtyřlístek ve tvaru", se čtyřmi malými maximy od konců prvků. Vzor se odchyluje od všesměrové pouze o ± 5 procent.[3] Záření v těchto vodorovných směrech se často zvyšuje vertikálním stohováním více turniketových antén (nazývaných „zátoky“) napájených ve fázi. To zvyšuje zisk zesílením záření v požadovaných vodorovných směrech, ale způsobuje částečné zrušení záření ve svislých směrech, čímž se snižuje plýtvání energií vyzařovanou do nebe nebo dolů k zemi. Tyto skládané turniketové antény v normálním režimu se používají na kmitočtech VHF a UHF pro FM a televizní vysílání.

Vzhledem k tomu, že první turnikety vynalezené Brownem fungovaly v tomto režimu, běžný režim turniketu se občas nazývá Turniketová anténa George Brown.[3]

Axiální režim

Pole 4 turniketů v axiálním režimu pro přenosnou armádu satelitní komunikace terminál

Z konců osy antény, kolmo k rovině prvků, vyzařuje anténa kruhově polarizovaný (CP) rádiové vlny. Tomu se říká axiální režim. Vyzařování z jednoho konce je pravo-kruhově polarizované a druhý konec je levo-kruhově polarizované. Který konec vytváří polarizaci, je určena fází napájecích připojení. Protože ve směrové anténě je požadován pouze jediný paprsek, v jednoduché anténě v axiálním režimu je přidán plochý vodivý povrch, jako je kovový reflektor obrazovky, za zkříženými prvky čtvrtvlnnou délku.[1] Vlny v tomto směru se odráží zpět o 180 ° a odraz obrací polarizační smysl, takže odražené vlny posilují dopředné záření.[1] Například pokud jsou rádiové vlny vyzařované dopředu pravo-kruhově polarizované, budou vlny vyzařované dozadu levotočivě-polarizovány. Plochý reflektor obrací polarizační smysl, takže odražené vlny jsou pravo-kruhově polarizované. Umístěním reflektoru λ / 4 za prvky jsou přímé a odražené vlny ve fázi a přidávají se. Přidání reflektoru zvyšuje axiální záření o faktor 2 (3 dB).

Dalším běžným způsobem, jak zvýšit záření v axiálním režimu, je nahradit každý dipól a Yagiho pole.

V kruhově polarizované anténě je důležité, aby směr polarizace vysílacích a přijímacích antén byl stejný, protože pravá kruhově polarizovaná anténa utrpí silnou ztrátu zisku přijímáním levých kruhově polarizovaných rádiových vln a vice naopak.

Turniketové antény v axiálním režimu se často používají pro satelitní a raketové antény,[6] protože kruhová polarizace se používá v satelitní komunikace.[Citace je zapotřebí ] Je to proto, že u kruhově polarizovaných vln nemá relativní orientace anténních prvků vliv na zisk.

Napájení antény

Aby anténa fungovala, musí být dva dipóly napájeny stejnými proudy fázová kvadratura, což znamená, že fáze sinusových vln musí být od sebe vzdálena 90 °.[3] To se provádí technikami napájecího vedení nebo přidáním reaktance v sérii s dipóly.[3]

Kvadraturní krmení

Populární metodou napájení dvou dipólů v turniketové anténě je rozdělení vysokofrekvenčního signálu z přenosového vedení na dva stejné signály pomocí obousměrného rozdělovače a následné zpoždění jednoho o 90 stupňů další elektrické délky. Každá fáze se aplikuje na jeden z dipólů.[3]

Upravené rozměry dipólu

Úpravou délky a tvaru dipólů může kombinovaná koncová impedance prezentovaná jednomu napájecímu bodu dosáhnout čistého odporu a výtěžku kvadraturních proudů v každém dipólu.[3][6] Tato metoda změny fyzických rozměrů anténního prvku za vzniku kvadraturních proudů je známá jako krmení turniketem.[1]

Aplikace

Skládaná pole

Brownův původní patent popsal stohování více turniketových antén svisle, aby se dosáhlo horizontálně polarizované všesměrové antény s vysokým ziskem pro rozhlasové vysílání.[3][2] Ty byly použity pro některé z prvních FM vysílání antény ve 30. letech. Většina moderních vysílacích antén pro pásmo FM však používá kruhovou polarizaci, takže síla signálu se nebude lišit podle orientace antény přijímače.

Batwing nebo superturnstile pole

Hlavní článek: Batwing anténa

Pozdější inovace zahrnovala změnu tvaru dipólových prvků, od jednoduchých tyčí po širší tvary, aby se zvýšila šířka pásma antény.[7] Rané televizní vysílací antény používaly prvky „doutníkového tvaru“, které jsou znázorněny na obrázku antény RCA Empire State Building z roku 1939 výše. Běžným tvarem je dnes batwing nebo superturnstile anténa používaná pro televizní vysílání v pásmech VHF nebo UHF[8] The batwing tvar každého prvku vytváří anténu se širokou šířkou pásma impedance.[1] Až osm antén pro natáčení je obvykle naskládáno svisle a napájeno fází, aby byla zajištěna všesměrová anténa s vysokým ziskem pro televizní vysílání.[3][1] Široká šířka pásma byla potřebná v pásmu analogového televizního vysílání s nízkým VHF, protože šířka pásma televizního kanálu 6 MHz byla asi 10% frekvence.[1]

Antény kosmických lodí

Kruhová polarizace byl použit pro komunikaci kosmických lodí (satelitů a raket), protože kruhová polarizace není citlivá na relativní orientaci antén a anténa vesmírného vozidla mohla mít jakoukoli orientaci vzhledem k pozemní anténě. Pro pozemní stanici se často používaly turniketové antény Yagi s vysokým ziskem.

Spojené státy Raketa Nike program využil axiální režim pro telemetrii a použil modifikovaný dipól technika k vynucení kvadraturních proudů.[6]

externí odkazy

Reference

  1. ^ A b C d E F G Milligan, Thomas (2005). "5 - Dipóly, sloty a smyčky". Moderní anténní design (2. vyd.). Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc. str.231 –237. ISBN  978-0-471-45776-3.
  2. ^ A b C Brown, George. „US Patent 2086976“. Anténní systém. Citováno 14. ledna 2014. podáno: 20. září 1935; uděleno: 13. července 1937
  3. ^ A b C d E F G h i Kraus, John (1988). "16: Antény pro speciální aplikace: Krmení aplikací". Antény (2. vyd.). McGraw-Hill, Inc. str.726 –729. ISBN  0-07-035422-7.
  4. ^ Brown, George (duben 1936). "Turniketová anténa". Elektronika.
  5. ^ „Patenty o turniketových anténách“.
  6. ^ A b C Martin, John (1952). „[Missile] Antenna“. Citováno 15. ledna 2014.
  7. ^ Masters, Robert (1945). „[Batwing] Anténa“. Citováno 15. ledna 2014.
  8. ^ Whitaker, Jerry (1996). "Antény pro specifické aplikace". V Jerry Whitaker (ed.). Příručka o elektronice. CRC Press, Inc. str. 1341. ISBN  0-8493-8345-5. Turniket je nejstarší a nejpopulárnější rezonanční anténa pro VHF vysílání.