Wie funktionieren Antennen eigentlich?

2021-9-16 www.whwireless.com

Geschätzte 8 Minuten bis zum Ende des Lesens

Antennen sind in der Telekommunikation weit verbreitet, beispielsweise in der Funkkommunikation, im Rundfunk und im Fernsehen.

Antennen nehmen elektromagnetische Wellen auf und wandeln sie in elektrische Signale um oder nehmen elektrische Signale auf und strahlen sie als elektromagnetische Wellen ab.

Werfen wir in diesem Artikel einen Blick auf die Wissenschaft dahinter Antennen.

Wenn wir ein elektrisches Signal haben, wie wandeln wir es in eine elektromagnetische Welle um?

Sie haben wahrscheinlich eine einfache Antwort im Kopf: Das heißt, einen geschlossenen Draht zu verwenden, der mit Hilfe des Prinzips der elektromagnetischen Induktion in der Lage ist, ein fluktuierendes Magnetfeld und ein elektrisches Feld um ihn herum zu erzeugen.

Dieses schwankende Feld um die Quelle herum ist jedoch bei der Übertragung des Signals unbrauchbar.

Hier breitet sich das elektromagnetische Feld nicht aus, es schwankt nur.

In einer Antenne müssen die elektromagnetischen Wellen um die Quelle herum von der Quelle getrennt werden und sie sollten sich ausbreiten.

Bevor wir uns ansehen, wie man eine Antenne herstellt, wollen wir die Physik einer Antenne verstehen.

Die Wellentrennung berücksichtigt die Platzierung einer positiven Ladung und einer negativen Ladung. Dieses sehr nahe beieinander liegende Ladungspaar wird Dipol genannt und erzeugt offensichtlich ein elektrisches Feld, wie in der Abbildung gezeigt.

Unter der Annahme, dass diese Ladungen wie gezeigt in der Mitte ihrer Bahn schwingen, erreicht die Geschwindigkeit ein Maximum und am Ende ihrer Bahn ist die Geschwindigkeit Null, und aufgrund der Geschwindigkeitsänderung erfahren die geladenen Teilchen sukzessive Beschleunigungen und Verzögerungen.

Die Herausforderung besteht nun darin, herauszufinden, wie das elektromagnetische Feld aufgrund dieser Bewegung variiert werden kann.

Konzentrieren wir uns auf nur eine elektrische Feldlinie, die sich vor der Welle ausdehnt und verformt, die sich zum Zeitpunkt Null nach einer Zeitdauer von einem Achtel bildet.

Wie im Diagramm gezeigt.

Sie werden überrascht sein zu erwarten, dass an dieser Stelle ein einfaches elektrisches Feld angezeigt wird, wie unten gezeigt.

Warum dehnt sich das elektrische Feld aus, um ein elektrisches Feld wie dieses zu bilden?

Dies liegt daran, dass beschleunigende oder verlangsamende Ladungen einen gewissen elektrischen Feld-Memory-Effekt erzeugen und sich das alte elektrische Feld nicht leicht an das neue elektrische Feld anpasst. Es wird einige Zeit dauern, um dieses elektrische Feld mit Gedächtniseffekt oder die durch den Knick erzeugten beschleunigenden oder verlangsamenden Ladungen zu verstehen.

Auf dieses interessante Thema werden wir in einem anderen Artikel genauer eingehen.

Wenn wir die Analyse auf die gleiche Weise fortsetzen, können wir sehen, dass sich die Wellenfront in einem Viertelzeitraum an einem Punkt trifft, an dem sich die Wellenfront trifft.

Danach trennen sich die Wellenfronten und breiten sich aus.

Beachten Sie, dass dieses sich ändernde elektrische Feld automatisch ein Magnetfeld senkrecht zu seiner Änderung erzeugt.

Wenn Sie den Verlauf der elektrischen Feldstärke mit der Entfernung auftragen, können Sie sehen, dass die Wellenausbreitung intrinsisch sinusförmig ist.

Interessant ist, dass die resultierende Ausbreitungswellenlänge genau das Doppelte der Länge des . ist Dipol.

Genau das brauchen wir in einer Antenne; Kurz gesagt, wenn wir oszillierende positive und negative Ladungen anordnen können, können wir eine Antenne herstellen.

In der Praxis wird diese oszillierende Ladung leicht erzeugt, indem man einen in der Mitte gebogenen leitenden Stab nimmt und ein Spannungssignal an die Mitte anlegt der rechten Seite des Dipols und wird auf der linken Seite akkumuliert.

Dies bedeutet, dass das andere Ende des verlorenen Elektrons automatisch positiv geladen wird.

Diese Anordnung erzeugt den gleichen Effekt wie der vorherige Dipolladungsfall, d.h. es gibt eine positive und eine negative Ladung am Ende des Drahtes, und wenn sich die Spannung mit der Zeit ändert, wandern die positiven und negativen Ladungen hin und her und erzeugen so eine Wellenausbreitung.

Wir haben jetzt gesehen, wie die Antenne arbeitet als Sender, die Frequenz des gesendeten Signals ist die gleiche wie die Frequenz des angelegten Spannungssignals: die

Da die Ausbreitung mit Lichtgeschwindigkeit verläuft, können wir die Ausbreitungswellenlänge leicht berechnen.

Für perfekt Übertragung , sollte die Länge der Antenne die halbe Wellenlänge betragen. Der Betrieb der Antenne ist umkehrbar und kann wie ein Empfänger funktionieren.

Wenn das sich ausbreitende elektromagnetische Feld darauf trifft, verwenden wir dieselbe Antenne erneut und legen an diesem Punkt ein elektrisches Feld an, Elektronen sammeln sich an einem Ende des Stabes, dies ist dasselbe wie ein elektrischer Dipol, wenn das angelegte elektrische Feld die ändert sich am anderen Ende positive und negative Ladungen ansammeln, bedeutet die sich ändernde Ladungsakkumulation, dass ein sich änderndes Spannungssignal in der Mitte der Antenne erzeugt wird.

Dieses Spannungssignal ist der Ausgang des Antenne wenn es als Empfänger arbeitet, und die Frequenz des Ausgangsspannungssignals gleich der Frequenz der empfangenen AM-Welle ist.

Aus der Struktur des elektrischen Feldes ist ersichtlich, dass die Antenne halb so groß wie die Wellenlänge sein sollte, um den gewünschten Empfang zu erhalten.

In all dieser Diskussion haben wir gesehen, dass die Antenne ein offener Stromkreis ist. Lassen Sie uns nun einige tatsächliche Antennen und ihre Funktionsweise betrachten.

In der Vergangenheit wurde beim TV-Empfang eine Dipol-Empfangsantenne mit einem farbigen Streifen als Dipol-Empfang verwendet Antenne , diese Antenne benötigte auch einen Reflektor und eine Führung, um das Signal auf dem Dipol zu sammeln, diese vollständige Struktur wurde als Yagi-Uda-Antenne bekannt.

Die Dipolantenne wandelt das empfangene Signal in ein elektrisches Signal um und diese elektrischen Signale werden über ein Koaxialkabel an das TV-Gerät übertragen.

Heute sind wir zur Dish-TV-Antenne übergegangen, die aus zwei Hauptkomponenten besteht, einem Parabolreflektor und einem rauscharmen Block-Down-Konverter.

Das Paraboloid empfängt die elektromagnetischen Signale des Satelliten und fokussiert sie auf das speziell geformte und präzise konstruierte lnbf.

Das lnbf besteht aus Feedhorn, Waveguide, PCB und Sonde.

Im Diagramm unten sehen Sie, wie das eingehende Signal durch das Feedhorn und den Wellenleiter auf die Sonde fokussiert wird

Wie wir beim einfachen Dipol gesehen haben, wird eine Spannung induziert und das so erzeugte Spannungssignal der Leiterplatte zur Signalverarbeitung zugeführt.

Beispielsweise wird das Signal von hohen zu niedrigen Frequenzen gefiltert und nach der Verarbeitung verstärkt, und dieses elektrische Signal wird über ein Koaxialkabel an das Fernsehgerät übertragen.

Wenn Sie einen Lnb einschalten, finden Sie wahrscheinlich zwei Sonden statt einer, die zweite Sonde ist senkrecht zur ersten, was bedeutet, dass das verfügbare Spektrum durch Senden von horizontaler oder vertikaler Polarisation zweimal verwendet werden kann.

Eine Sonde erkennt das horizontal polarisierte Signal und die andere erkennt das vertikal polarisierte Signal.

Das Mobilteil, das Sie in der Hand halten, verwendet eine völlig andere Art von Antenne, die als Patch-Antenne bezeichnet wird. Eine Patchantenne besteht aus einem Metallpatch oder -streifen, der auf einer Massefläche mit einem Stück dielektrischem Material in der Mitte platziert ist, hier wird der Metallpatch als strahlendes Element verwendet und die Länge des Metallpatchs sollte die halbe Wellenlänge des entsprechenden . sein senden und empfangen.

Bitte beachten Sie, dass die hier dargestellte Beschreibung der Patchantennen sehr einfach ist.

www.whwireless.com