Всенаправленная антенна

Мачтовая излучающая антенна АМ-радиостанции
Штыревая антенна на рации

В радиосвязи всенаправленная антенна — это класс антенн , которые излучают равную радиомощность во всех направлениях, перпендикулярных оси ( азимутальные направления), причем мощность меняется в зависимости от угла к оси ( угол места ), уменьшаясь до нуля на оси. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} На трехмерном графике (см. график) эту диаграмму направленности часто описывают как пончик . Это отличается от изотропной антенны , которая излучает одинаковую мощность во всех направлениях и имеет сферическую диаграмму направленности. Всенаправленные антенны, ориентированные вертикально, широко используются в качестве ненаправленных антенн на поверхности Земли, поскольку они излучают одинаково во всех горизонтальных направлениях, а излучаемая мощность падает с углом места, поэтому мало радиоэнергии направляется в небо или вниз, к земле, и теряется впустую. . Всенаправленные антенны широко используются в радиовещательных антеннах. ^{[ 3 ]} и в мобильных устройствах, использующих радио, таких как сотовые телефоны , FM-радио , рации , беспроводные компьютерные сети , беспроводные телефоны , GPS , а также для базовых станций, которые связываются с мобильными радиостанциями, например, диспетчеры полиции и такси и авиационная связь.

Диаграмма направленности простой всенаправленной антенны — вертикальной полуволновой дипольной антенны . На этом графике антенна находится в центре «пончика» или тора . Радиальное расстояние от центра представляет собой мощность, излучаемую в этом направлении. Излучаемая мощность максимальна в горизонтальном направлении и падает до нуля непосредственно над и под антенной.

Анимация всенаправленной полуволновой дипольной антенны, передающей радиоволны . Антенна в центре представляет собой два вертикальных металлических стержня, к центру которых подается переменный ток от радиопередатчика (не показан) . Петли электрического поля (черные линии) покидают антенну и уносятся со скоростью света ; это радиоволны. На этой диаграмме показано излучение только в одной плоскости через ось, излучение симметрично относительно вертикальной оси антенны.

Типы

Наиболее распространенными конструкциями всенаправленных антенн являются несимметричная антенна , состоящая из вертикального стержневого проводника, установленного над проводящей плоскостью заземления , и вертикальная дипольная антенна , состоящая из двух коллинеарных вертикальных стержней. И четвертьволновой монополь , и полуволновой диполь имеют вертикальную диаграмму направленности, состоящую из одного широкого лепестка с максимальным излучением в горизонтальных направлениях, поэтому они популярны. Четвертьволновой монополь, самая компактная резонансная антенна, возможно, самая широко используемая антенна в мире. Монополь пятой восьмой волны длиной $5/8=0.625$ длины волны, также популярен, потому что при этой длине монополь излучает максимальную мощность в горизонтальных направлениях.

Распространенными типами всенаправленных антенн с низким коэффициентом усиления являются штыревая антенна , антенна «Rubber Ducky» , антенна наземной плоскости , вертикально ориентированная дипольная антенна , дискообразная антенна , мачтовый излучатель , горизонтальная рамочная антенна (иногда известная в просторечии как «круглая антенна» из-за форма) и гало-антенна .

Также могут быть построены всенаправленные антенны с более высоким коэффициентом усиления. «Более высокий коэффициент усиления» в данном случае означает, что антенна излучает меньше энергии при больших и меньших углах места и больше в горизонтальном направлении. Всенаправленные антенны с высоким коэффициентом усиления обычно реализуются с использованием коллинеарных дипольных решеток . Они состоят из нескольких полуволновых диполей, установленных коллинеарно (в линию), питаемых синфазно. ^{[ 4 ]} Коаксиальная коллинеарная (COCO) антенна использует транспонированные коаксиальные секции для создания синфазных полуволновых излучателей. ^{[ 5 ]} В решетке Франклина используются короткие U-образные полуволновые секции, излучение которых гасится в дальней зоне, чтобы привести каждую полуволновую дипольную секцию в равную фазу. Другой тип — всенаправленная микрополосковая антенна (OMA). ^{[ 6 ]}

Анализ

Всенаправленные диаграммы направленности создают простейшие практические антенны, монопольные и дипольные антенны , состоящие из одного или двух прямых стержневых проводников на общей оси. Усиление антенны (G) определяется как эффективность антенны (e), умноженная на направленность антенны (D), которая математически выражается как: $G=eD$ . Полезная связь между всенаправленной диаграммой направленности (D) в децибелах половинной мощности и шириной луча (HPBW), основанная на предположении из $\sin(b\theta )/{b\theta }$ Форма узора: ^{[ 7 ]}

D\approx 10\log _{10}\left({\frac {101.5}{{\text{HPBW}}-0.00272\,{\text{HPBW}}^{2}}}\right)\ {\text{ dB}}.

См. также

Ссылки

^ Баланис, Константин А.; Иоаннидес, Панайотис И. (2007). Введение в интеллектуальные антенны . Морган и Клейпул. п. 22. ISBN 978-1598291766 .
^ Национальное управление телекоммуникационной информации (1997). Федеральный стандарт 1037C: Глоссарий телекоммуникационных терминов . Управление общих служб США. стр. О-3. ISBN 1461732328 .
^ «Телевидение и радиопередачи всенаправлены, хотя и сфокусированы максимально к горизонту, а это означает большое распространение»: можно ли принять наши телевизионные сигналы на других планетах? , Новости BBC, 6 августа 2008 г.
^ Джонсон, Р.; Джасик, Х., ред. (1984). Справочник по проектированию антенн . МакГроу Хилл. стр. 27–14.
^ Юдаш Т., Болсли Б. (март 1989 г.). «Улучшенные теоретические и экспериментальные модели коаксиальной коллинеарной антенны». Транзакции IEEE по антеннам и распространению . 37 (3): 289–296. Бибкод : 1989ITAP...37..289J . дои : 10.1109/8.18724 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Бэнкрофт Р. (5 декабря 2005 г.). «Расчетные параметры всенаправленной планарной микрополосковой антенны». Письма о микроволновых и оптических технологиях . 47 (5): 414–8. дои : 10.1002/mop.21187 . S2CID 109534272 .
^ Макдональд, Ноэль (апрель 1999 г.). «Направленность всенаправленного рисунка при наличии второстепенных долей: еще раз». Транзакции IEEE по антеннам и распространению . 41 (2): 63–8. дои : 10.1109/74.769693 .

[Balanis-1] Баланис, Константин А.; Иоаннидес, Панайотис И. (2007). Введение в интеллектуальные антенны . Морган и Клейпул. п. 22. ISBN 978-1598291766 .

[NTIA-2] Национальное управление телекоммуникационной информации (1997). Федеральный стандарт 1037C: Глоссарий телекоммуникационных терминов . Управление общих служб США. стр. О-3. ISBN 1461732328 .

[3] «Телевидение и радиопередачи всенаправлены, хотя и сфокусированы максимально к горизонту, а это означает большое распространение»: можно ли принять наши телевизионные сигналы на других планетах? , Новости BBC, 6 августа 2008 г.

[Jasik-4] Джонсон, Р.; Джасик, Х., ред. (1984). Справочник по проектированию антенн . МакГроу Хилл. стр. 27–14.

[Judasz-5] Юдаш Т., Болсли Б. (март 1989 г.). «Улучшенные теоретические и экспериментальные модели коаксиальной коллинеарной антенны». Транзакции IEEE по антеннам и распространению . 37 (3): 289–296. Бибкод : 1989ITAP...37..289J . дои : 10.1109/8.18724 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[6] Бэнкрофт Р. (5 декабря 2005 г.). «Расчетные параметры всенаправленной планарной микрополосковой антенны». Письма о микроволновых и оптических технологиях . 47 (5): 414–8. дои : 10.1002/mop.21187 . S2CID 109534272 .

[7] Макдональд, Ноэль (апрель 1999 г.). «Направленность всенаправленного рисунка при наличии второстепенных долей: еще раз». Транзакции IEEE по антеннам и распространению . 41 (2): 63–8. дои : 10.1109/74.769693 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

v т и антенн Типы
изотропный	Изотропный радиатор
Всенаправленный	Антенна типа «летучая мышь» Биконическая антенна Клеточная антенна Коаксиальная антенна Антенна скрещенного поля Антенна с диэлектрическим резонатором Дипольная антенна Дисконусная антенна Складная однополюсная антенна Антенна Франклина Наземная антенна Антенна G5RV Гало-антенна Спиральная антенна Антенна перевернутая F Перевернутая V-образная антенна J-полевая антенна Мачтовый радиатор Монопольная антенна Случайная проволочная антенна Резиновая антенна-уточка Наклонная антенна Антенна турникета Антенна Т2ФД Т-антенна Зонтичная антенна Штыревая антенна
Направленный	Адкок-антенна AS-2259 Антенна AWX-антенна Антенна для напитков Он поет Антенна Кассегрена Дроссельная кольцевая антенна Коллинеарная антенная решетка Конформная антенна Антенна с угловым рефлектором Массив штор Складная перевернутая конформная антенна Фрактальная антенна Штуковина Спиральная антенна Рупорная антенна Логопериодическая антенна Рамочная антенна Микрополосковая антенна Моксонская антенна Офсетная тарельчатая антенна Патч-антенна Фазированная решетка Планарный массив Параболическая антенна Плазменная антенна Счетверенная антенна Рефлекторная антенна Регенеративная рамочная антенна Ромбическая антенна Секторная антенна Короткая обратная антенна Щелевая антенна Антенна Стерба Антенна Вивальди ВокФи Yagi–Uda antenna
Для конкретного приложения	АЛЛИСС Угловой отражатель (пассивный) Усовершенствованная антенна Земляной диполь Реконфигурируемая антенна ректенна Эталонная антенна Спиральная антенна Антенная решетка, расположенная по кругу Телевизионная антенна