Антенна

Пән: Автоматтандыру, Техника
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 9 бет
Таңдаулыға:

Жоспар:

Кіріспе
Антеннаның негізгі параметрлері мен сипаттамалары
Антенна фидерлі құрылғы
Антенаның негізгі параметрлері мен мінездемесі

Кіріспе

Антенна - радио, телехабар толқындарын тарататын және қабылдайтын құрылғы. Антеннаны (латынша antenna - діңгек, сырық) жасау теориясы мен әдістері 1889 ж. неміс физигі Генрих Герц жариялаған қарапайым электрлік вибратордың толқын таратуы теориясына негізделеді. Кез келген антенна бірнеше қарапайым вибраторлардың жиынтығы. Симметриялы емес вибратор түріндегі алғашқы антеннаны тәжірибе жүзінде 1895 ж. орыс өнертапқышы Александр Попов ұсынды.

Александр Попов.

Таратқыш антенна радиотаратқыштың шығардағы тербеліс тізбектеріне жинақталатын жоғары жиіліктіэлектр магниттік тербеліс энергиясын тараған радиотолқын энергиясына айналдырады. Ал қабылдағыш антенна радиотолқын энергиясын қабылдағыштың кіреберістегі тербеліс тізбегіне жинақталатын энергияға түрлендіреді. Антенналар: таратылатын (қабылданатын) радиотолқындардың диапазонына, жиілік қамтуына (жиілікке тәуелсіз, ауқымды және тар ауқымды), тарату немесе қабылдау бағыттылығына (бағытталмаған, сәл бағытталған, дәл бағытталған), әсерлік принципі мен құрылымына (кесінді сым, металл айналар, рупорлар, спиральдар, саңылаулар, рамалар, дипольдар, диэлектрлік стержень комбинациялары түрінде) қарай ажыратылады.

1. Антеннаның негізгі параметрлері мен сипаттамалары

Антеннаның негізгі параметрлері мен сипаттамалары: бағыттық әсер коэффициенті, бағытталу диаграммасы, қамтитын тиімді ауданы (бірден бірнеше мың м2-ге дейін жетеді), таратудағы кедергісі (көбінесе 100 Ом шамасы), толқынның полярлану түрі (сызықтық, шеңберлік, эллипстік), т. б. Антеннаның толқын тарату бағыттылығы толқынның таралу бағытындағы толқын өрісі кернеуін жоғарылатады.

Үлкен параболдық антенна ғарыш кемелерімен байланысқа арналған

Сөйтіп, таралған толқынның қуатына шамалас толқын қуаты пайда болады. Тарату қуатындағы эквиваленттік ұтымдылықты санмен бағалау үшін бағыттылық әсер коэффициенті (БӘК) енгізілген. Антенна бойындағы толқын қуаты кеңістікке түгелдей таралмайды. Толқын қуатының біршама бөлігі антенна сымы мен оқшаулағышқа (изоляторға) және антенна бекітілген құрылымға кетеді. Тараған толқын қуатының антенна сымдарына кететін қуатына қатынасын антеннаның пайдалы әсер коэффициенті дейді. Ал БӘК-тің пайдалы әсер коэффициентіне көбейтіндісі күшейту коэффициенті (КК) деп аталады. Кез келген антеннаның бағытталу диаграммасының пішіні, БӘК-і мен пайдалы әсер коэффиенті қабылдау режимінде де, тарату режимінде де бірдей. Ұзын толқында радиохабар таратуда ( Т, Г әріптері тәрізді антенналар қолданылады) толқындық кедергіні азайту үшін антенналарға көлденеңінен және тігінен бірнеше қатар сым қосады. Орта толқында радиохабар қабылдауға рама тәрізді антенна, магниттік антенна, сондай-ақ рама тәрізді антенна мен симметриялы тік вибратордан тұратын композициялық антенна қолданылады. Қысқа толқын таратуға арналған антенналар тарату қашықтығына лайықталып жасалады. Қысқа қашықтықтағы байланыс (бірнеше ондаған км-ге дейінгі) жер бетімен көлбеу таралатын толқын арқылы жүзеге асады. Мұндай қашықтыққа антенна ретінде орта және ұзын толқындарға арналған вибраторларға ұқсас симметриялы емес және симметриялы тік вибраторлар пайдаланылады. Алыс қашықтықтағы байланыс (50 - 100 км және онан да алыс) ионосферадан бір немесе бірнеше рет шағылысып, қайтқан радиотолқын арқылы жүзеге асады. Қысқа толқынды алысқа таратқанда байланыс желілеріне БӘК-і жоғары антенна қолданылады. Мұндай антеннаға симметриялы вибраторлардан тұратын жазық торлы синфазалық (бірнеше антенналардан тұратын жүйе) антенна жатады. Тарату аясы кең болу үшін антенналар жерден 100 - 300 м және онан да биік діңгек немесе мұнараға орнатылады.

Қазақстандағы антенналар[өңдеу]

Қазақстандағы ең биік теледидарлық мұнара (теңіз деңгейінен 1000 м, мұнарасының биіктігі 372 м) Алматыдағы Көктөбе беткейіне тұрғызылған. Теледидарлық хабар жеке үй шатырына немесе биік сырықтарға бекітілетін симметриялық вибратор, «толқынды каналы», т. б. осы типтегі антенналар, ал көп пәтерлі үйлерде жоғары жиілікті күшейткіш пен одан шығатын жоғары жиілік энергиясын теледидарларға тарататын фидерлер жүйесінен тұратын ұжымдық антенналармен қабылданады. Аса жоғары жиілікті толқындарда (дециметрлік, сантиметрлік және миллиметрлік) жұмыс жасайтын синфазалық антенналар радиорелелі байланыс жүйесінде, радиолокацияда, ғарыштық байланыс желісінде, радиоастрономияда, т. б. қолданылады. Жұмыс принципі жағынан синфазалық антенналар көп вибраторлы торға ұқсайды. Мұндай антенналардың басқа антенналардан басты ерекшелігі - оларда дискретті таратқыш элементтер (вибраторлар) болмайтындығы. Аса жоғары жиілікті диапазонда рупорлы антенна, линзалы антенна, қос айналы антенна, саңылаулы антенна, сондай-ақ жүгірме толқынды антенна, спиральді антенна, «толқынды канал» типіндегі антенна, диэлектрлік антенна, т. б. қолданылады. Антенналар техниканың сан-саласында (автомобильдерде, ұшақтарда, ғарыш кемелерінде, қалта , радиотелефондарда, техникалық модельдерде, т. б. ) басты қызмет атқарады. Үлкен радиотелескоптардың (мысалы, РАТАН-600) антенналары - алюминий айналары мен табақтары. Ондай антенналар арқылы алыс галактикалардан радиодабылдар қабылданады. [1]

Антенна - радиотаратқыштан шыққан электромагниттік тербелістің радиотолқыны ретінде эфирге таралуын, сондай-ақ радиоқабылдағыштың эфирден радиотолқынды қабылдауын қамтамасыз ететін құрылғы. Антеннаның түрлері көп. Олар бірбірінен тарататын (қабылдайтын) толқын ұзындықтарымен, жиілік диапазонымен (жиіліктік тәуелсіздікті, кең жолақты және тар жолақты), толқынды тарату (қабылдау) бағыттылығымен, әрекет ету және құрылымдық түрімен (сым кесіндісі, металл айна, рупор, спираль, рама, дипольдер жиынтығы, саңылау, диэлектрлік өзек түрінде және т. б. ) ерекшеленеді. Антеннаның негізгі параметрлері мен сипаттамалары: бағыттық әрекет ету коэффициенті, бағытталғандық диаграммасы, тиімділік алаңы (бірден бірнеше мың шаршы км-ге дейін), сәуле шығару кедергісі (көбіне 100 Ом шамасында), толқынды поляризациялау түрі (жазық, дөңгелек, эллипстік) .

Антенналарды беруші және қабылдаушы деп бөлуте болады. Бірақ, түрлер арасында ешкандай принципиалды айырмашылығы жок.

Антенді күрылғының күрамына антеннаның өзінен баска тағы да фидерлі сызык та көрінеді. Ол кабылдағыш антенна мен беруші антеннаның арасындағы бөгеуліктерді азайту максатында колданылады. Дүрыс эффект үшін фидерлерге антенналық қасиеттер, яғни қабылдау және беру тән болмауы керек.

Антенналар деп таратушы станцияларда радитолқындарды шығаруға, ал кабылдаушы станцияларда радиотолқындарды қабылдауға қолданыдатын жүйені атаймыз. Баскаша айтқанда антенналар жоғарғы жиілікті ток энергиясын радиотолқындар энергиясына және сондай-ақ, қарама-қарсы процесті жүзеге асыруға қолданылады.

Қысқа толкындарға арналған кейбір антенна түрлерін қарастырайық. Олар кабылдағыш ретінде де, беруші антенна ретінде қолданылады.

Қозғалғыш және орын ауыстырғыш станциялар аз қашықтықтарда жүмыс істеу үшін штырьлі антенналарды қолданады. Ол радиостанцияның өзінде орналаскан бірнеше бөліктерден түратын біліктен күрастырылған.

Беруші кашыктығын арттыру масатында біліктің жоғарғы шетіне жүлдызша немесе метелка бекітіледі. Ол антеннаның сыйымдылығын және ондағы токтың бағытын өзгертеді. Антеннаның жоғарында жүлдызша болмаса, онда өзекшенің жоғарындағы ток түйіні ( 1=0 ) болады. Ал егер жүлдызша болса, онда түйін жүлдызшаның шетіне жылжиды, яғни штырьдің аяғындағы ток пен сәуле шығару нольге тең болады.

Штырьлі антеннаның бір қолайсыздығы оның корпусының темірден жасалуында, яғни ол өте ауыр болып табылады.

Көшпелі радиостанцияларда қолданылатын аз қуатты бұл антенна бір түзу бойында тартылған екі сымнан түрады. Төмен орналасқан диполь антенналары сәулелер тартылған ортада ең жақсы шығаруды және ең жақсы кабылдауды, ал сәулелерге перпендикуляр ортада ең жаман шығаруды және кабылдауды жүзеге асырады.

Егер диполь изоляцияланған сымдардан жасалса, онда аз қашықтықтағы алмасуларды жерде орналастырылған сымдар арқылы жүзеге асыруға болады. Беру кашықтығын арттыру үшін «диполь» типті антеннаны вертикальді етіп көтереді. Бүл жағдай үшін дипольді жерден биік қашықтыққа орналастырады және бірнеше вибраторы бар антаннаны қолданады. Вибратор ұзындығы Л-дың сым диаметріне қатынасы арқылы анықталады. Мысалы, JI/d=400, онда 1=0. 47Л, ал, JI/d=1000 болса, онда вибратордың толқын үзындығы 0, 485Л-ға тең болуы керек.

2. Антенна фидерлі құрылғы

Антенна құрылымының жалпы принципі

Антенна кез-келген радиоқабылдағыш және радиотаратқыш құрылғының басты, әрі қажетті элементі болып табылады. Радиотаратқыш антенна (таратқыш антенна) жоғарғы жиілікті токты энергия бөліп шығаратын электромагниттік толқындарға ауыстыру үшін арналған. Радиоқабылдағыш антенна (қабылдағыш антенна) қабылданған электромагниттік толқындарды жоғарғы жиілікті энергия тоғына ауыстыру үшін арналған. Процестер сипаттамасы қабылдағыш және таратқыш антеннаның принциптік мүмкіншілігі тек бір ғана антенаны қолдануда емес, сонымен қатар оның негізгі параметрлерін таратуда және қабылдауда да сақталады. Бұл жоғарғы практикалық көрсеткішке ие. Сонымен байланысқа арналығын көптеген қозғалысты радиостанцияларда қабылдағыш және таратқыш тек бір ғана жалпы антеннасы болады.

Электрлік сым және көмекші құрылғы радиотаратқыштан антеннаға немесе антеннадан радиоқабылдағышқа радиожиілікті энергия каналы арқылы жүргізіледі. Олар фидер деп аталады. Фидер құрылғысы оның жиілікті тарату диапазонына байланысты. Электромагнитті энергияны жол бойымен таратуда жолдың өзінен бөлінуін қысқартуға тырысады.

Осы сым үшін оларды паралельді және мүмкіндігінше бір-біріне жақын орналастыру керек. Бұл алаңда екі бірдей мәнді, бірақ қарама-қарсы бағытта токтар бір-бірінің орнын толтырады және қоршаған ортада энергия бөлінбейді. Антенаны құрастыру кезінде қарама-қарсы тапсырма беріледі: неғұрлым үлкендеу бөлініс алу керек. Ол үшін ұзын сымдарды қолдануға болады, мысалы: сымды бірнеше бұрыштарға бөлсек, нәтижесінде олардың алаңы бірінің орнын бірі толтырмайды. V-типтес және ромб типтес антеналардың жұмысы осыған негізделген. Тік бұрышта бір-біріне бөліп шығаратын сымдар орналасқан және симметриялы вибратор, сымды 180 градусқа бұру арқылы бөлінеді. (2 а, б, в-суреттер)

Орын толтыру кезінде фидердің бір сымын жүйеден алып тастауға болады. Бұл симметриялы емес вибраторды алуға көмектеседі. (2 а-сурет) . Осы принципті қолданатын антеналардың бәрі бірдей симметриялы емес антенналар класына жатады. Оларға тағы да Г-типті және Т-типті антеналар жатады. (2 б, в-сурет)

Егер көрші екі сым бір-бірін қаптаса және фазамен сай келсе, алаң бірін-бірі күшейтеді. Ол үшін толқын жарты ұзындығына фазаны ығыстыру керек, мысалы, бөлінбейтін шлейф есебінен. (3 а-сурет) . Аса көп таратылған синфазалы антенаның принципі осыған негізделген. (3 б-сурет) .

Егер сымдар арасында кейбір бағытта айтарлықтай жолға ие болады, осы кезде фидер бөлінеді. Сондай-ақ осы сымдар арасын таңдап алуымызға болады, кейде осы екі сымдар арасында толқын болуы мүмкін. Мұны көптеген кері фазалы антенналарда кеңінен қолданылады. Бұндай антенналардың жұмысын 3 в, д- суретте көрсетілген үш мысалдан оңай түсінуге болады. Сымдағы кері фазалы ток жарты толқынға фидерді қашықтықтан қосуға болатынын көрсетеді. 3 г-суретте көрсетілген антенна аяғында созылған фидерді толыстырады. 3 д-суретте керіфазалы токтың жұтатын сымды үзуін қамтамасыз етеді.

Көптеген антенаның құрамына кіретін симметриялы вибратордың жұмысына тоқталайық. Симметриялы вибратордың соңында ажыратылған ұзын сызық сымдары 180 градуста қайтарылған сым ретінде қарастырылған. Кез-келген элемент берілген линияда белгілі-бір индуктивтілік және сымдар арасындағы көлемге ие.

Симметриялы вибратордағы еркін электірлік тербеліс процесін қарастырайық. Екі жартысын Э. Қ. К тұрақты қысымына қосамыз. Вибратордың көлемдері бөлінген сымдары зарядталған соң, екеуінің арасында потенциялдар айырымы туындайды. Содан кейін қорек көзін өшіріп, вибратордың екі жартысын тұйықтаймыз.

Сонымен қатар бөлінген көлемдер тұйықтағыш арқылы разрядтайды. Әлбетте ортасында орналасқан вибратор сымының кесінділерінен азғантай электрлік заряд өтеді. Сондықтан разрядты токтың азғантай мәні болады: сымның ұшындағы ток нөлге теңгеріледі. Сымдағы ток жаймен өседі, өйткені бөлінген индуктивтілікте Э. Қ. К өздік индукциясы туындайды. Нүктелер арасындағы патенциалдар айырымы вибратордың ортасынан дәлдеп алынған. Осы нүктелер неғұрлым көп болған сайын, соғұрлым осы нүктелер ортасынан ұзақтау орналасады. Патенциал белгісі ортаңғы нүктеге қатысты екі жақтан да бөлек, өйткені вибратордың бір жартысынан ток оған, ал екіншісіне одан ағады.

Бөлінген көлімдегі разрядты ток сымда өсіп максималды мәніне ол толығымен разрядталғанда жетеді. Осыдан электрлік алаңның барлық энергиясының көлемі қамданады. Энергиялы магнитті алаңда бөлінген индуктивтілікке өтеді. Егер алғашында вибраторлық сымның индуктивтілігі токтың өсуіне қиыншылық туғызса, ал қазір ол оның өсуіне кедергі келтіреді. Сондықтан ток бұрынғы бағытын сақтай отырып жаймен кішірейеді. Осының нәтижесінде бөлінген көлемде қайта зарядталу жүреді, егер ток нөлге төмендесе көлем зарядталған болып табылады. Осыдан кейін процесс кері бағытта өтеді. Осы жағдайдан кейін вибраторда еркін электрлік тербеліс туындайды. Осыдан кейінтұрақты толқын тоғы және кернеуі орнатылады және оның ұзындығындажарты тұрақты толқын тоғы мен кернеуі төселеді. Толқын ұзындығы λ тербелісі симметриялы вибратор тербелісінен 2 есе үлкен. λ =21 Сондықтан симметриялы вибратор жарты толқынды диполь деп аталады. Ол өзінің тербеліс толқын ұзындығынан 2 есе қысқа.

Егер жартытолқынды вибраторды вертикальды орналастырсақ, жердің құрылымының арқасында оның өлшемінде 2 есе кішірейтуге болады. Төменгі антенаның соңын вертикальды орналастырсақ электромагнитті тербеліс генераторының тұйықтағышына біреуіне қосамыз. (4 а-сурет) . Ол екінші тұйықтағыш генератор жерге қосылады. Егер жерді идеалды өткізгіш деп қарастырсақ, онда ода Э. Қ. К бағытталады, негізгі вибратор айнадағы кескін ретінде көрсетіледі. (4 б-сурет) .