Антенна турникета
Антенна турникета или антенна скрещенного диполя. [1] — радиоантенна, состоящая из набора двух одинаковых дипольных антенн, установленных под прямым углом друг к другу и питаемых в квадратуре по фазе ; два тока, подаваемые на диполи, сдвинуты по фазе на 90 °. [2] [3] Название отражает представление о том, что антенна выглядит как турникет при горизонтальной установке . Антенну можно использовать в двух возможных режимах. В обычном режиме антенна излучает горизонтально поляризованные радиоволны, перпендикулярные своей оси. В осевом режиме антенна излучает излучение круговой поляризации вдоль своей оси.
специализированные турникетные антенны нормального режима, называемые супертурникетами или антеннами типа «летучая мышь» используются В качестве антенн телевизионного вещания . Турникеты осевого режима широко используются для антенн наземных спутниковых станций в диапазонах УКВ и УВЧ , поскольку для спутниковой связи часто используется круговая поляризация, поскольку она не чувствительна к ориентации спутниковой антенны в пространстве.
История
[ редактировать ]Антенна турникета была изобретена Джорджем Брауном в 1935 году. [2] и описан в научной литературе в 1936 году. [4] История патентов показывает популярность турникетной антенны на протяжении многих лет. [5]
Характеристики
[ редактировать ]
- (слева) Первая турникетная антенна, антенна нормального режима, построенная станцией W8XH , Буффало, штат Нью-Йорк, в 1936 году и вещающая на частоте 41 МГц.
- (в центре) Турникет нормального режима (нижняя антенна) на Эмпайр-стейт-билдинг в Нью-Йорке для экспериментальной телевизионной станции NBC W2XBS с частотой 46,5 МГц в 1939 году. Сигарообразные элементы давали антенне более широкую полосу пропускания на 30 МГц, необходимую для телевизионной передачи.
- (справа) Специализированный тип турникетной антенны нормального режима, используемый для телевещания, называемый супертурникетом или антенной типа «крыло летучей мыши».
Антенну можно использовать в двух разных режимах: нормальном и осевом . [ нужна ссылка ]
Обычный режим
[ редактировать ]В направлениях, перпендикулярных своей оси, антенна излучает линейно поляризованные радиоволны ( горизонтально поляризованные, когда ось антенны вертикальна). Это называется нормальный режим . Диаграмма направленности , представляющая собой суперпозицию двух дипольных диаграмм, близка к всенаправленной , но на самом деле имеет форму «клеверного листа» с четырьмя небольшими максимумами на концах элементов. Рисунок отклоняется от всенаправленного всего на ±5 процентов. [3] Излучение в этих горизонтальных направлениях часто увеличивается за счет вертикального расположения нескольких антенн турникета (называемых «отсеками»), питаемых синфазно. Это увеличивает выигрыш за счет усиления излучения в желаемых горизонтальных направлениях, но вызывает частичное подавление излучения в вертикальных направлениях, уменьшая потери мощности, излучаемой в небо или вниз, к земле. Эти сложенные друг на друга турникетные антенны нормального режима используются на частотах ОВЧ и УВЧ для FM- и телевещания.
Поскольку первые турникеты, изобретенные Брауном, работали в этом режиме, турникет нормального режима иногда называют антенной турникета Джорджа Брауна . [3]
Осевой режим
[ редактировать ]
С концов оси антенны, перпендикулярно плоскости элементов, антенна излучает с круговой поляризацией радиоволны (CP). Это называется осевым режимом . Излучение с одного конца имеет правостороннюю круговую поляризацию, а другой конец — левоциркулярную поляризацию. Какой конец создает какую поляризацию, определяется фазой питающих соединений. Поскольку в направленной антенне требуется только один луч, в простой антенне с осевым режимом добавляется плоская проводящая поверхность, такая как металлический экранный отражатель, на четверть длины волны позади скрещенных элементов. [1] Волны в этом направлении отражаются назад на 180°, и отражение меняет направление поляризации, поэтому отраженные волны усиливают прямое излучение. [1] Например, если радиоволны, излучаемые вперед, имеют правую круговую поляризацию, волны, излучаемые назад, будут иметь левую круговую поляризацию. Плоский отражатель меняет направление поляризации, поэтому отраженные волны имеют правую круговую поляризацию. При расположении отражателя λ/4 позади элементов прямые и отраженные волны совпадают по фазе и суммируются. Добавление отражателя увеличивает осевое излучение в 2 раза (3 дБ).
Другой распространенный способ увеличить излучение осевой моды — заменить каждый диполь решеткой Яги .
В антенне с круговой поляризацией важно, чтобы направление поляризации передающей и приемной антенн было одинаковым, поскольку антенна с правой круговой поляризацией будет страдать от серьезной потери усиления при приеме радиоволн с левой круговой поляризацией, и наоборот. наоборот.
Турникетные антенны осевого режима часто используются для спутниковых и ракетных антенн, [6] используется круговая поляризация поскольку в спутниковой связи . [ нужна ссылка ] Это связано с тем, что в случае волн с круговой поляризацией относительная ориентация элементов антенны не влияет на усиление.
Питание антенны
[ редактировать ]Чтобы антенна функционировала, на два диполя должны поступать токи одинаковой величины в квадратуре фазы , то есть фазы синусоидальных волн должны находиться под углом 90 ° друг от друга. [3] Это делается с помощью методов питающей линии или путем добавления реактивного сопротивления последовательно с диполями. [3]
Квадратурная подача
[ редактировать ]Популярный метод питания двух диполей турникетной антенны заключается в разделении радиочастотного сигнала из линии передачи на два равных сигнала с помощью двустороннего делителя, а затем задержке одного из них на дополнительную электрическую длину на 90 градусов. Каждая фаза подается на один из диполей. [3]
Измененные размеры диполя
[ редактировать ]Изменяя длину и форму диполей, объединенный оконечный импеданс, подаваемый в одну точку питания, может достигать чистого сопротивления и давать квадратурные токи в каждом диполе. [3] [6] Этот метод изменения физических размеров антенного элемента для получения квадратурных токов известен как турникетное питание . [1]
Приложения
[ редактировать ]Составные массивы
[ редактировать ]В оригинальном патенте Брауна описывалось вертикальное расположение нескольких турникетных антенн для создания всенаправленной антенны с горизонтальной поляризацией и высоким коэффициентом усиления для радиовещания. [3] [2] Они использовались для некоторых из первых антенн FM-вещания в 1930-х годах. Однако большинство современных антенн FM-вещания используют круговую поляризацию, поэтому мощность сигнала не будет меняться в зависимости от ориентации антенны приемника.
Крыло летучей мыши или массив супертурникетов
[ редактировать ]Более позднее нововведение заключалось в изменении формы дипольных элементов с простых стержней на более широкие, чтобы увеличить полосу пропускания антенны. [7] Ранние антенны телевещания использовали элементы «сигарообразной формы», показанные на изображении антенны RCA Empire State Building 1939 года выше. Распространенной формой сегодня является антенна «крыло летучей мыши» или супертурникет , используемая для телевизионного вещания в диапазонах ОВЧ или УВЧ. [8] Форма каждого элемента «крыло летучей мыши» обеспечивает антенну с широкой полосой сопротивления. [1] До восьми антенн типа «крыло летучей мыши» обычно устанавливаются вертикально и питаются синфазно, образуя всенаправленную антенну с высоким коэффициентом усиления для телевещания. [3] [1] Широкая полоса пропускания была необходима в нижнем диапазоне аналогового телевещания УКВ, поскольку полоса пропускания ТВ-канала 6 МГц составляла около 10% от частоты. [1]
Антенны космического корабля
[ редактировать ]Для связи космических аппаратов (спутниковых и ракетных) использовалась круговая поляризация , поскольку круговая поляризация не чувствительна к взаимной ориентации антенн, а антенна космического корабля могла иметь любую ориентацию относительно наземной антенны. Для наземной станции часто использовались турникетные антенны Яги с высоким коэффициентом усиления.
Ракетная программа США Nike использовала осевой режим для телеметрии и модифицированную дипольную технику для создания квадратурных токов. [6]
Внешние ссылки
[ редактировать ]Планы строительства АТА (асимметричная турникетная антенна)
Библиография
[ редактировать ]- Джон Дэниел Краус (1988). Антенны (далее изд.). Колледж МакГроу-Хилл. п. 892. ИСБН 978-0-070-35422-7 . $ 16–7: Антенна турникета , стр. 726–729.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г Миллиган, Томас (2005). «5 — Диполи, прорези и петли». Современный дизайн антенн (2-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc., стр. 231–237 . ISBN 978-0-471-45776-3 .
- ^ Перейти обратно: а б с Браун, Джордж. «Патент США 2086976» . Антенная система . Проверено 14 января 2014 г. подано: 20 сентября 1935 г.; выдано: 13 июля 1937 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я Краус, Джон (1988). «16: Антенны для специальных применений: приложения для питания». Антенны (2-е изд.). McGraw-Hill, Inc., стр. 726–729 . ISBN 0-07-035422-7 .
- ^ Браун, Джордж (апрель 1936 г.). «Антенна турникета». Электроника .
- ^ «Патенты на турникетные антенны» .
- ^ Перейти обратно: а б с Мартин, Джон (1952). «[Ракетная] Антенна» . Проверено 15 января 2014 г.
- ^ Мастерс, Роберт (1945). «Антенна [Летучая мышь]» . Проверено 15 января 2014 г.
- ^ Уитакер, Джерри (1996). «Антенны для конкретных применений». В Джерри Уитакере (ред.). Справочник по электронике . CRC Press, Inc. с. 1341. ИСБН 0-8493-8345-5 .
Турникет – самая ранняя и популярная резонансная антенна для УКВ-вещания.