Антенналардың негізгі түрлері мен олардың сипаттамалары
Нанотехнология заманы, ең алдымен, технология тез дамуымен, ғылыми- техникалық прогрестің жоғарылауымен ерекшеленетін нарықтық экономика мен қатал бәсекелестік заманы. Адамзаттың барлық қалауы мен күші өмірлік функцияларды жақсартуға бағытталған. Бірақ та ресурс қорлары шексіз болмағандықтан, өмірлік функцияларды тиімді қолдануды талап етеді. Сол себепті ақпараттық нанотехнологиялар заманы мәліметтерді тез өңдеу мен таратуды қажет етіп отыр. Сондықтан да бұл бағыттың келесі даму қадамы сымсыз байланыс желісі болып табылады.
Сымсыз байланыс желісінің мынадай негізгі артықшылықтары бар:
- қолдану ыңғайлылығы
- технологияның қарапайымдылығы
- арзан
- шығынның тез өтемділігі және т.б.
Егер де біз алі күнге дейін компьютерлер арқылы басқарып, жүзеге асыратын болсақ, онда ғимараттың біраз бөлігін байланыс сымдары алып жатар еді. Сол себепті сымсыз байланыс желісінің тиімділігі бәрімізге айдан анық.
Сымсыз байланыс желісінің мынадай негізгі артықшылықтары бар:
- қолдану ыңғайлылығы
- технологияның қарапайымдылығы
- арзан
- шығынның тез өтемділігі және т.б.
Егер де біз алі күнге дейін компьютерлер арқылы басқарып, жүзеге асыратын болсақ, онда ғимараттың біраз бөлігін байланыс сымдары алып жатар еді. Сол себепті сымсыз байланыс желісінің тиімділігі бәрімізге айдан анық.
1. Ерохин Г.А., Чернышев О.В., Козырев Н.Д., Кочержевский В.Г. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн. – М.: Горячая линия – Телеком, 2004. 491 с.
2. Воскресенский Д.И., Степаненко В.И., Филиппов В.С. и др. Устройства СВЧ и антенны. Проектирование фазированных антенных решеток: Учебное пособие для вузов. – М.: Радиотехника, 2003.
3. Захарьев Л. В., Леманский А. А., Турчин В. И. и др Методы измерения характеристик антенн СВЧ – М.: Радио и связь, 1985.
4. Воскресенский Д. И., Гостюхин В. Л., Максимов В. М., Пономарев Л. И.. Антенны и устройства СВЧ – М.: МАИ, 1999.
5. Minh'Chau T. Huynh. A. Numerical and Experimental Investigation of Planar Inverted'F Antennas for Wireless Communication Applications. – In: Master Thesis of Science in Electrical Engineering. – Virginia Polytechnic Institute and State University. – Blacksburg, Virginia. – Oct. 19, 2000. – 123 p
6. Redvik J. Overview of Small Antennas at EMW.– In: COST 260 Management Committee and Working Groups Meeting, Gothenburg, Sweden, May 2–5, 2001.
7. Ollikainen J., Vainikainen P. Design and Bandwidth Optimization of Dual'Resonant Patch Antennas. – Helsinki University of Technology. Radio Laboratory Publications. REPORTS 252. – Espoo. March, 2002.
8. Patent 6,795,028 USA. H01Q 1/24. Wideband Compact Planar Inverted'F Antenna/ Warren L. Stutzman, Minh'Chou Huynh. – Date of Patent: Sept. 21,2004. – PCT Filed: Apr. 27, 2001.
9. Gobien A.T. Investigation of Low Profile Antenna Designs for Use in Hand_Held Radios.– Master Thesis of Science in Electrical Engineering. – Virginia Polytechnic Institute and State University. Aug. 1, 1997.
10. Беличенко В.П., Буянов Ю.И, Кошелев В.И. Приём сверхширокополосных электромагнитных импульсов. Метод.пособие. Томск: Изд-во Томск.ун-та , 2004 – 31 с.
11. Кочержевский Г.Н. Антенно-фидерные устройства. – М., «Связь». –1972. – 280с.
12. Неганов В.А., Нефедов Е.И., Яровой Г.П. Электродинамические методы проектирования устройств СВЧ и антенн. – М.: Радио и связь, 2002. – 416 с.
13. Петров Б.М. Электродинамика и распространение радиоволн. – М.: Горячая линия – Телеком, 2007. – 558 с.11
14. Нефедов Е.И. Устройства СВЧ и антенны: Учебное пособие. – М.: Издательский центр "Академия", 2009. – 384 с.
15. О.И. Яковлев, В.П.Якубов, В.П. Урядов, А.Г. Павельев. Распространение радиоволн. – М.: ЛЕНАНД, 2009.
16. Неганов В.А., Раевский С.Б., Яровой Г.П. Линейная макроскопическая электродинамика. В 2 томах / В.А.Неганов, С.Б.Раевский, Г.П.Яровой –М.: Радио и связь, 2000 – 2001. – том 1. –512с. – том2. –576 с.
17. Ю.М. Стенин. Распространение радиоволн. Казань: КГУ, 2003.
18. О. И. Яковлев, В. П.Якубов, В. П.Урядов, А. Г.Павельев. Распространение радиоволн. – М.: ЛЕНАНД, 2009.
2. Воскресенский Д.И., Степаненко В.И., Филиппов В.С. и др. Устройства СВЧ и антенны. Проектирование фазированных антенных решеток: Учебное пособие для вузов. – М.: Радиотехника, 2003.
3. Захарьев Л. В., Леманский А. А., Турчин В. И. и др Методы измерения характеристик антенн СВЧ – М.: Радио и связь, 1985.
4. Воскресенский Д. И., Гостюхин В. Л., Максимов В. М., Пономарев Л. И.. Антенны и устройства СВЧ – М.: МАИ, 1999.
5. Minh'Chau T. Huynh. A. Numerical and Experimental Investigation of Planar Inverted'F Antennas for Wireless Communication Applications. – In: Master Thesis of Science in Electrical Engineering. – Virginia Polytechnic Institute and State University. – Blacksburg, Virginia. – Oct. 19, 2000. – 123 p
6. Redvik J. Overview of Small Antennas at EMW.– In: COST 260 Management Committee and Working Groups Meeting, Gothenburg, Sweden, May 2–5, 2001.
7. Ollikainen J., Vainikainen P. Design and Bandwidth Optimization of Dual'Resonant Patch Antennas. – Helsinki University of Technology. Radio Laboratory Publications. REPORTS 252. – Espoo. March, 2002.
8. Patent 6,795,028 USA. H01Q 1/24. Wideband Compact Planar Inverted'F Antenna/ Warren L. Stutzman, Minh'Chou Huynh. – Date of Patent: Sept. 21,2004. – PCT Filed: Apr. 27, 2001.
9. Gobien A.T. Investigation of Low Profile Antenna Designs for Use in Hand_Held Radios.– Master Thesis of Science in Electrical Engineering. – Virginia Polytechnic Institute and State University. Aug. 1, 1997.
10. Беличенко В.П., Буянов Ю.И, Кошелев В.И. Приём сверхширокополосных электромагнитных импульсов. Метод.пособие. Томск: Изд-во Томск.ун-та , 2004 – 31 с.
11. Кочержевский Г.Н. Антенно-фидерные устройства. – М., «Связь». –1972. – 280с.
12. Неганов В.А., Нефедов Е.И., Яровой Г.П. Электродинамические методы проектирования устройств СВЧ и антенн. – М.: Радио и связь, 2002. – 416 с.
13. Петров Б.М. Электродинамика и распространение радиоволн. – М.: Горячая линия – Телеком, 2007. – 558 с.11
14. Нефедов Е.И. Устройства СВЧ и антенны: Учебное пособие. – М.: Издательский центр "Академия", 2009. – 384 с.
15. О.И. Яковлев, В.П.Якубов, В.П. Урядов, А.Г. Павельев. Распространение радиоволн. – М.: ЛЕНАНД, 2009.
16. Неганов В.А., Раевский С.Б., Яровой Г.П. Линейная макроскопическая электродинамика. В 2 томах / В.А.Неганов, С.Б.Раевский, Г.П.Яровой –М.: Радио и связь, 2000 – 2001. – том 1. –512с. – том2. –576 с.
17. Ю.М. Стенин. Распространение радиоволн. Казань: КГУ, 2003.
18. О. И. Яковлев, В. П.Якубов, В. П.Урядов, А. Г.Павельев. Распространение радиоволн. – М.: ЛЕНАНД, 2009.
Пән: Автоматтандыру, Техника
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 37 бет
Таңдаулыға:
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 37 бет
Таңдаулыға:
КІРІСПЕ
Нанотехнология заманы, ең алдымен, технология тез дамуымен, ғылыми- техникалық прогрестің жоғарылауымен ерекшеленетін нарықтық экономика мен қатал бәсекелестік заманы. Адамзаттың барлық қалауы мен күші өмірлік функцияларды жақсартуға бағытталған. Бірақ та ресурс қорлары шексіз болмағандықтан, өмірлік функцияларды тиімді қолдануды талап етеді. Сол себепті ақпараттық нанотехнологиялар заманы мәліметтерді тез өңдеу мен таратуды қажет етіп отыр. Сондықтан да бұл бағыттың келесі даму қадамы сымсыз байланыс желісі болып табылады.
Сымсыз байланыс желісінің мынадай негізгі артықшылықтары бар:
oo қолдану ыңғайлылығы
oo технологияның қарапайымдылығы
oo арзан
oo шығынның тез өтемділігі және т.б.
Егер де біз алі күнге дейін компьютерлер арқылы басқарып, жүзеге асыратын болсақ, онда ғимараттың біраз бөлігін байланыс сымдары алып жатар еді. Сол себепті сымсыз байланыс желісінің тиімділігі бәрімізге айдан анық.
Дегенмен, бұндай ақпарат тарату әдістерін жүзеге асыру үшін сенімді қабылдап-таратушы антенналар болу керек. Айта кететін жайт, мұндай антенналар кең жиілік жолағында сигналдарды қабылдап тарата алатын қасиетке ие болуы тиіс, өлшемдері кішкентай және конструктивті құрылымы қарапайым. Егер аэропорттарға арналған жүйелер болса, онда артық зиянды сәулелендіруден қорғалуы қажет және бағасы да аса қымбат емес қол жетімді болады.
Біздің мақсатымыз сымсыз байланыс желілерінде қолданылатын жоғарыда келтірілген талаптарға сай келетін қондырылған антенналардың бірін қайта құру мүмкіндігін зерттеу болып есептеледі. Ол үшін антенналардың сипаттамаларымен танысып білу, құрылымындағы туындауы мүмкін қиындықтарды ұғыну және ұтымды жақтарын қарастыру керек.
1. АНТЕННАЛАРДЫҢ НЕГІЗГІ ТҮРЛЕРІ МЕН ОЛАРДЫҢ СИПАТТАМАЛАРЫ
1.1 Айналы антенналар
Қазіргі уақытта айналы антенналар аса жоғары жиілікте жұмыс істейтін антенналарға қарағанда арзан және дамыған түрі болғандықтан көп қолданысқа ие. Дециметрлік, сантиметрлік, миллиметрлік толқын диапозонында айналы антенналардың көп қолданысқа ие болу себептері мынадай:
oo құрылымының қарапайымдылығы;
oo өлшемінің аздығы;
oo электрлік сипаттамасы.
Параболалық айналы антенналар - ең көп қолданылатын антенналардың бірі. Параболалы айналы антенналарды жобалаудың теориясы мен сұрақтары толықтай сипатталған [1].
Параболалы айналы антенналардың сәулелендіргіші ретінде көп жағдайда Н10 типті толқыны бар тікбұрышты толқын арнасы қолданылады. Рупорға жүктелген тік бұрышты және дөңгелек толқын арнасы да көп қолданысқа ие. Сонымен қатар, екі саңылаулы сәулелендіргіштер мен тербеткіш сәулелендіргіштер де қолданылады. Екі саңылаулы сәулелендіргіші бар антенна жүйесі өлшемі жағынан өте шағын болып келеді екен. Сәулелендіргіш айнаны сәл ғана қараңғылатады. Дөңгелек поляризациясы бар сәулелендіргіштің мысалы ретінде спиралды антенналарды ала аламыз. Сәулелендіргіш ретінде антенналар, толқын арналары және микрожолақты антенналар қолданыла береді.
Өте төмен шу деңгейіне ие аса жоғары жиілікті күшейткіштердің дамуына байланысты антенналардың жүйенің шуылдық температурасына біршама үлесін қосатынын байқадық. Шуылдық құраушысын антеннаны жобалау барысында кішірейтуімізге болады.
1.2 Рупорлы антенналар
Рупорлы антенналар аса жоғары жиілікті антенналардың кең таралған түрі және ол тек өздік қолданыстағы антенна ретінде ғана емес, сол жиілік диапозонындағы күрделі антенналардың алғашқы сәулелендіргіштері ретінде қолданылады.
Бағытталу өлшемі көп болу үшін толқын тәріздес сәулелендіргішті рупорлы антеннаға айналдырады. Қазіргі таңда секторлы (сурет 1.1, а, ә), пирамидалы (сурет 1.1, б), конустық (сурет 1.1, в) тіксызықты құраушылары бар рупорлы антенналар дамыған.
Сурет 1.1. Рупорлы антенналар. а - Е секторлы антенна; ә - Н секторлы антенна; б - пирамидалы антенна; в - конустық антенна
Рупорлы амплитудалы бағытталу диаграммасы бар антенналардың басты жапырағының сұлбасы рупордың бұрышына байланысты. Тәжірибелер көрсеткендей,егер рупордың ұзындығы тұрақты болса, онда сәулелендіру бағыты секторлы рупорлы антенналар үшін диафрагма шетінен (радиан) мынадай фазалық қателерге сәйкес келуi қажет: Н жазықтығы үшін Ф =3PI 4 және Е жазықтығы үшін Ф = PI 2.
Мұндай фазалық қателіктері максималды рупорлар оптималды рупорлар деп аталады.
Оптималды Нм - жазықтығының секторлы рупоры (сурет 1.1, а) өзара мынадай қатынасқа ие:
(1.1 )
мұндағы, lопт - рупордың ашылуының оптималды ұзындығы мен ені.
Осы сияқты рупорлардың қуат деңгейі 0,5 (радианда) болған жағдайда сәулесінің ені мынадай формуламен анықталады.
Н жазықтығы үшін:
(1.2)
Е жазықтығы үшін:
(1.3)
Оптималды Е - жазықтығының секторлы рупоры (сурет 1.1, ә) өзара мынадай қатынасқа ие:
(1.4)
мұндағы bp - рупор ашылу ені.
Рупорлардың қуат деңгейі 0,5 ( радианда) болған жағдайда сәулесінің ені мынадай формуламен анықталады.
Н жазықтығы үшін:
(1.5)
Е жазықтығы үшін:
(1.6)
Секторлы рупорлардың бағытталу диаграммасы былай есептелінеді:
(1.7)
мұндағы, Sр- рупордың ашылу ауданы; ν - 0,64- ке тең ауданды қолдану коэффициенті.
Пирамидалы рупорлар сына тәріздес (сурет 1.1, б-да көрсетілгендей) және сүйір тәріздес ( рупордың қабырғалары бір нүктеде түйіскенде) болып келеді.
Амплитудалы диаграмма бағыты бар қалыпқа келтірілген пирамидалы рупорлы антенналар H10 толқынмен қоздырылатын болса, Н және Е жазықтықтары үшін төмендегідей формулалармен есептеуге болады.
Н жазықтығы үшін:
(1.8)
Е жазықтығы үшін:
(1.9)
мұндағы θH және θE- Н және Е жазықтығындағы рупор өсінен бастап есептелетін бұрыштар [2].
Диапозондылық және амплитудалы диаграммалы бағытқа ие болу жағынан қарастырсақ, баспалдақты, қисықсызықты (көп жағдайда экспоненциалды) және атжалды құраушылары бар рупорлы антенналар өте жақсы сипаттамаға ие. Баспалдақты және қисық сызықты антенналардың жұмыс істеу жиілігінің диапозоны 1,5 - 2 есеге дейін үлкейе береді, ал жазықтықты амплитудалы диаграмма бағыты остік симметрияға жақын. Рупорлы антенналардың күшейту коэффициенті антеннадағы шығын мөлшері аз болғандықтан диаграмма бағытының коэффициентіне шамалас болып келеді:
(1.10)
1.3 Директорлы антенналар
Директорлы антенналар немесе толқын арнасы тәріздес антенналар бір жазықтықта параллельді орналасқан сымды тербеткіштерден құралады (сурет 1.2). 1 - тербеткіш (әдетте жарты толқынды) фидермен байланысып антеннаның бірінші ретті сәулелендіргіші болып табылады. Басқа тербеткіштердің ешқайсы да фидермен байланыспайды, сол себепті екінші ретті сәулелендіргіштер болып есептеледі. Десек те, антеннаның максималды сәулелендіру бағыты бойынша орналасқан тербеткіштер (сурет 1.2, 2 - тербеткіш) 2lд λ2 ұзындыққа ие, сондықтан директор деп аталады, ал, 1 - тербеткіштің басқа жағында орналасқан, 2lp λ2 ұзындыққы ие болатын 3 - тербеткіш - рефлектор деп аталады. Бұл антенналар метрлік және дециметрлік толқындарда іске асырылады. Мәселен, телекөріністе, радиохабарламада, радиолокацияда.
Сурет 1.2. Толқындық арна антеннасы
2 және 3 тербеткіштер өзара әсерлескеннен немесе 1 - тербеткішпен әсерлескеннен қозады.Директордың өлшемі мен орны антеннаның жанынды баяу толқын таралатындай және өстік сәулелендіру режимі қамтамасыз етілетіндей таңдалынып алу керек. Директорлы антеннаның барлық тербеткіштеріндегі ток Кирхгоф теңдеулер жүйесіне негізделген.
1.3.1 Спиралды антенналар
Спиралды антенналар сәулелендірудің электромагниттік жазықтығы антеннаның өсіне бағытталған дөңгелек поляризациясы бар антеналардың түрі ретінде қарастырылады. Мұндай антенналар анық бейне алу үшін радиолокацияда және ұшатын және ғарыштық құрылғылармен жұмыс жасағанда көп қолданылады.
Спирал өздігінен бөлек антенна секілді жұмыс істей алады немесе антенналы торламаның элементі ретінде не айналы антеннаның сәулелендіргіші ретінде жұмыс жасай алады. Бір жақты сәулелендіргіші бар цилиндрлік және конустық спиралды антенналар (сурет 1.3) көп кездеседі. Олар рефлектордың қызметін атқаратын, спиралдың алдында салынатын бірыңғай жазық немесе торлы металл экранның көмегімен алынады.
Сурет 1.3. Спиралды антенналар: а - цилиндрлік спирал; ә - конустық спирал
Цилиндрлік спиралдың геометриялық параметрлері мынадай: la - өстік ұзындығы; l - бір айналымның ұзындығы; s - екі ораманың арасындағы қашықтық (спирал қадамы; r - ораманың радиусы; N - орама саны және - ораманың көтерілу бұрышы (қадамдық бұрыш). Бұл параметрлердің арасында мынадай байланыс бар:
(1.11)
Конустық спиралда (сурет 1.3, ә) ораманың ұзындығы мен екі ораманың арасындағы қашықтық айнымалы болып келеді. Параметрлері: la - өстік ұзындығы; rмин - ораманың минималды радиусы; r макс - ораманың максималды радиусы; N - орама саны және - ораманың көтерілу бұрышы (қадамдық бұрыш); β - конустың төбесіндегі бұрыштың жартысы. Конустық спиралдың геометриялық параметрлері мына формуламен анықталады:
(1.12)
мұндағы, λmin- антеннаның жұмыс істеу жиілігі толқынының төменгі ұзындығы.
Өстік сәулелендіру режимі кезінде цилиндрлік спиралды антеннаның бойымен баяу толқын таралады. Ол тек бір ораманың сыртынан бір λ толқын ұзындығы орныққында ғана жүзеге асады, яғни:
(1.13)
Антеннаның бағытталған әрекетінің максималды коэффициентін алу үшін спиралды антеннаның ұзындығы мынаған тең қылып алу керек:
(1.14)
мұндағы, ξ =11.4 - антеннаның бойымен таралатын толқынды қысқарту коэфициенті. Осыдан антеннаның бағытталу диаграммасы мына формуламен есептеледі:
(1.15)
мұндағы, - антенна өсі мен бақылау нүктесіне бағытталған бұрыш. Өстік сәулелендірудің режимінің оптималды ξ және N 3 мәнінде цилиндрлі спиралды антенналар мына параметрлермен сипатталады.
а) қуат деңгейі 0.5 (радиан бойынша) болғанда сәуленің ені:
(1.16)
Егер сәулелендіру деңгейі 0 (радиан бойынша) болса:
(1.17)
ә) бағытталу әрекетінің коэффициенті:
(1.18)
б) кіріс кедергісі (Ом):
(1.19)
Егер де біз цилиндрлі спиралды антеннаның бағытталу әрекетінің коэффициентін максималды түрде өсіне қарай баңыттасақ бізде дөңгелек поляризация емес, эллипс тәрізді поляризация пайда болады. Дөңгелек поляризацияға ие болу үшін антеннаның өлшемі мына қатынасты қанағанттандыру керек:
(1.20)
Содан:
(1.21)
Осылайша, бағытталу әрекетінің максималды коэффициентін алу мен дөңгелек поляризация жазықтығының сәулелендіру шарты бір - біріне қарама-қайшы. Тәжірибе барысында осы екі шарттың біріне аса зор мән беріледі. Себебі, ол спиралды антеннаның бағыты немесе сәулелендірудің дөңгелек поляризациясының қайсысы маңызды екендігіне байланысты.
Конустық спиралды антенналар кең жолақты болып келеді, бірақ та орама саны аз болғандықтан бағытталу әрекетінің коэффициенті төмен болады да, өстік сәулелендіру режимін қамтамасыз ету шарты жүзеге асырылады [3].
1.4 Жолақты антенналар
Дециметрлік және сантиметрлік толқын диапозондарында баспа технологиясы бойынша жүзеге асырылған антенналар қолданылады. Мұндай антенналар салмағы, өлшемі аз және құрылымының қарапайымдылығымен ерекшеленеді. Сурет 1.4-те қазіргі кезде көп қолданысқа ие тік бұрышты және дөңгелек жолақты антенналар көрсетілген. Қоздыру нүктесін сәйкестендіру үшін y0 және ρ0 нүктелері антенна шетінен ығыстырылған (сурет 1.4).
Негізгі тербелістер режимінде антенналар бір жапырақты бағытталу диаграммасына ие (θ = 0°).
Сурет 1.4. Микрожолақты сәулелендіргіш: а - тікбұрышты; ә - дөңгелек
Тікбұрышты жолақты антенна үшін есептеу формулаларын көрсетейік. Резонанс нүктесінде кіріс кедергісі активті және ол мына формулаға сай анықталады:
(1.22)
мұндағы, - резонатордың сәулені өткізгіштігі:
(1.23)
Антеннаның резонансты ұзындығы:
(1.24)
- заттың салыстырмалы диэлектрлік өтімділігі.
Рұқсат етілетін өлшем және аралығын қамтиды.
Тікбұрышты антеннаның бағытталу диаграммасын мына формула бойынша анықтайды:
(1.25)
Резонанс нүктесінде дөңгелек дискілі антеннаның кіріс кедергісі (сурет 1.4, ә):
(1.26)
мұндағы, J1(x) - бірінші ретті Бессель функциясы.
Дискілі жолақты антенналардың негізгі типті тербелістері үшін резонансты жиілік былайша есептеледі:
(1.27)
мұндағы:
(1.28)
Дискілі антеннаның бағытталу диаграммасы үшін:
(1.29)
Негізгі тербелістер типі режимінде жұмыс атқаратын тікбұрышты және дөңгелек жолақты антенналар кроссполяризационды құраушысын сөндіру деңгейі өте үлкен, сызықты поляризация өрісін тудырады (Y0Z жазықтығындағы Е векторы) [4].
2. МОБИЛЬДІ БАЙЛАНЫС ҚҰРЫЛҒЫЛАРЫ ҮШІН ҚОЛДАНЫЛАТЫН ҚОНДЫРЫЛАТЫН АНТЕННАЛАРДЫҢ ТҮРЛЕРІ
Бұл бөлімде сымсыз байланыс желілері үшін антенналардың түрлері, типтері қарастырылған. Мобильді байланыс құрылғылары үшін антенналарды ойлап табу, ең алдымен, мобильді телефондарға арналып жасалған. Тек біршама уақыт өткен соң ғана мұндай антенна түрлері жылжымалы ноутбук - компьютерлерге арналып жасалды. Сондықтан мобильді телефондарға арналған антенналардың дизайны мен сипаттамаларына кеңірек тоқталғанымыз жөн.
Сымсыз байланыс желілері үшін антенналардың түрлерін қарастыру оның анықтаушыларының себептерін қарастырумен тікелей байланысты. Ең негізгісі ол мобильді құрылғылардың жұмыс істейтін жиілік жолағымен антеннаның сыртқы параметрлері мен өлшемдерін анықтауға болады. Тағы да айта кететін жайт, ұялы байланыс арнасына арналған антенналар вертикалды жазықтықта поляризацияланатын және жерге параллельді кеңістікте таралатын толқындармен жұмыс істейді, яғни, көлденең бағытталған тік сызықты толқындармен жұмыс істейді [5].
Кесте 2.1
Қолданбалы абоненттік тармақ антенналарына сипаттама
Параметр
Техникалық талаптар
Сәулелену және қабылдау
824 - 894 МГц
Антеннаның БӘК-і
3 дБ
Поляризация
Тік
Кіріс импедансы
50 Ом
Физикалық параметрлер
Тербеткіштің ұзындығы 10 см, Биіктігі 5 см
Кесте 2.1-де сымсыз байланыс желісі антенналарына деген жалпы талаптар көрсетілген. Жұмыс жиілігі антенналардың өлшемін анықтайтын негізгі фактор болып табылады. Ұялы телефондар үшін жиілік жолағы 824 - 894 МГц аралығын қамтиды, ортаңғы жиілік 859 МГц-ті құраса, өткізу жолағы 8.1%-ті құрайды. Бұл жиілік аумағында толқынның ұзындығы 35см. Бұдан ойға түйгеніміз қондырылған антеннаның өлшемі осы ұзындыққа сай болуы керек немесе шағын болуы тиіс. Мысалы, жарты толқынды дипольдың осы жиілік жолағында ұзындығы 18 см-ді құрайды. Антеннаның ұзындығы 10 см-ден ал, биіктігі - 5 см-ден аспауы тиіс. Бағытталған әрекет коэффициенті шартты түрде 3 дБ шамасында болуы тиіс. Жарты толқынды диполь үшін ол 2.15 дБ-ді құрайды. Көптеген антенналы станциялар тік сызықты поляризацияға сай толқындар шығаратындықтан біз вертикалды сызықты поляризацияны қажет етеміз. Жоғарыда айтып кеткен талаптардың барлығына сай келетін ақпаратты сымсыз тарату желісінде қолданылатын антенналар жетерлік. Соның ішінде микрожолақты антенналар, қада (істік) тәріздес антенналар бірінші орынға ие, кейінгі орында түрлендірілген, электрлік ұзындығы сақталған инверсті типті спиралды антенналар тұр: ILA (inverted L-antenna) типті антенна, IFA (inverted F-antenna) типті антенна, PIFA (planar inverted F-antenna) типті антенна, MPIFA (meandering PIFA) типті антенналар. Осы антенналардың бірнешеуінің сипаттамалары кесте 2.2-де көрсетілген [6].
Кесте 2.2
Танымал антенналардың сыртқы өлшемдері мен өткізу жолағы
Антенналардың түрлері
Сыртқы өлшемдері (толқын ұзындықтары бойынша)
Өткізу жолағы (пайызбен%)
ILA
λ 4
1
IFA
λ 4
2
DIFA (dual IFA)
λ 4
5-7
PIFA
λ 4
8
MPIFA
λ 4
2-8
2.1 Спиралды антенналар (электрлі монопол)
Осыдан біршама уақыт бұрын ұялы телефондарда спиралды антенналардың көп қолданылғаны бәрімізге белгілі. Дәлірек айтқанда, олар өлшемдері шағын болып келетін, түрлендірілген электрлі қадалар болып есептеледі. Оның басты себебі, қада тәріздес антенналар толқынның жұмыс істеу ұзындығының (14) ғана құрайды. Бұл дегеніміз, 900 МГц жұмыс жиілігінде таралатын толқынның ұзындығы 83 миллиметрге тең болады деген сөз. Әлбетте мұндай өлшемі бар антеннаны ұялы телефонға орнату күрделірек. Бұл мәселенің ең қолайлы шешімі тіксызықты өткізгішті спирал тәрізді өткізгішке айырбастау. Спирал тәрізді антенналардың ерекшелігі өс бойымен таралатын толқынның жылдамдығы жарық жылдамдығынан төмен. Яғни, спирал тәрізді антеннадағы электромагнитті толқынның ұзындығы бос кеңістіктегі толқынның ұзындығына қарағанда аз болып келеді (сурет 2.1). Мұндай құрылымы бар аппараттардағы баяулататын қасиет электрлік өлшемдерін өзгертпей - ақ сәулелендіргіштің ұзындығын 10 есеге қысқартуға мүмкіндік береді.
Сурет 2.1. Резонансты жиілігі 868 МГц құрайтын спиралды (а) және ширек толқынды антенналар (ә)
Спиралды антенналарды қолдану қабылдағыштың кеңістікте еркін бағдар алу мәселесін шешуге мүмкіндік берді. Мұндай типті антенналардың монополдерден айырмашылығы эллипс тәрізді поляризация толқындарына сезімталдыққа қол жеткізуге болады, кейбір шарттарда дөңгелек поляризацияға да қол жеткізе аламыз. Демек, антенна кез келген кеңістікте жұмыс істей алады және поляризация жазықтығының әр түрлі бұрыш көлбеулерінде сигналдарды қабылдай алады. Мұның бәрі антеннаның бағытталу диаграммасының шегінде жүзеге асады. Мәні және ток фазасы спирал бойымен біртекті таралатын дөңгелек спирал поляризациясының шарты Вилер қатынасымен анықталады:
(2.1)
мұндағы, Т - спирал қадамы, D - диаметр, λ - толқын ұзындығы.Дөңгелек поляризацияның өткізгіштігінің көлбеу бұрышы 45° - қа тең болу керек. Тәжірибе жүзінде мұндай бұрыш қолданылмайды, себебі спиралдағы орама санын максимумға дейін көтеріп минималды физикалық ұзындаққа ие боламыз. Сондықтан да портативті радио жүйелерде спиралды құрылымдар эллипс тәрізді поляризация толқындарын сәулелендіреді.
Спирал тәріздес қондырылған антенналарды қолдану оның құрылымының одан әрі дамып, мұндай антенналардың сипаттамаларының жақсартуына әкеліп соқты. Негізгі мәселе қабылданатын жиілік диапозоны тар. Бұл мәселені шешу үшін спирал орамының айнымалы қадамын қолдану керек. Ол әр түрлі жиілікте қабылдауға мүмкіндік береді (сурет 2.2).
Сурет 2.2. Екі диапозонды спиралды антеннаның қимасы
Бұл антенналардың кемшілігі, барлық ұялы телефондарға тән, баңытталу диаграммасы болып табылады. Спирал тәрізді антенналар ұялы телфонды қолданушыға да, оған қарама-қарсы жаққа да бірдей сәулелендіреді. Бұл дегеніміз, спирал тәрізді антенналарды ұялы телефондарға қолдану қажет еместігін көрсетеді, яғни адам денсаулығына зиян деген сөз. Және де мұндай антенналардың дұрыс жұмыс істеуі үшін антеннаның бағдары тік болуы керек, себебі ұялы телефондарды қабылданатын толқындар тік поляризацияланған [7].
2.2 Inverted L-antenna
Ұялы байланыста қолданылатын қондырылған антенналардың дамуының келесі бір қадамы inverted L-antenna (ILA) антенналары. Сурет 2.3-те антеннаның сұлбасы көрсетілген.
Сурет 2.3. Төңкерілген L- тәріздес тербеткіш
ILA типті антенна сымды көлденең элементпен тұйықталған, экранның астында орналасқан, сыйымдылық жүктеме ретінде қызмет атқаратын монополь болып табылады. Бұл антенна типін таңдауымызға ең басты себеп жасалу қарапайымдылығы және қолданылатын материалдардың арзандылығы. Сонымен бірге, бұл антеннаның электрлік сипаттамалары кәдімгі қысқа монопольдың сипаттамаларына ұқсас.
L - тербеткіштің бағытталу диаграммасы қысқа монопольдың бағытталу диаграммасына өте ұқсас. Монопольдың бағытталу диаграммасы өсіне перпендикуляр бағытта максимум мәнге ие, және де барлық бағытта бірдей тармақталған. L - тербеткішті антеннаның кіріс импедансы қысқа монопольдің кіріс импедансымен салыстырайық: төмен активті және жоғары реактивті кедергі. Активті (RILA) және реактивті (XILA) кедергілер формула бойынша былай анықталады:
(2.2)
(2.3)
мұндағы, L - көлденең бөлігінің ұзындығы, h - экранның үстіндегі биіктік, a- өткізгіштің радиусы, к - толқындық сан, La = L + a, T = 1 - ah.
Сурет 2.4-те RILA және XILA кедергі мәндерінің Lv L, Lv - антеннаның горизонталды бөлігінің айнымалы ұзындығына тәуелділігі көрсетілген. ILA антенналарды микрожолақты сызықтар арқылы орындаудың балама әдісі бар. Антеннаның мұндай түрлері ноутбуктарда қолданылады. Сурет 2.4-те құрылымы микрожолақты сызықтар арқылы орындалған антенналардың күшейту коэффициентінің мәндері көрсетілген [8].
Сурет 2.3. Баспа диполдардың күшейту коэффициенті
Сурет 2.4. L- тербеткіштің көлденең бөлігінің ұзындығынан активті және реактивті кедергілергілердің тәуелділігі
Сурет 2.4-тен көріп тұрғанымыздай, төмен активті және жоғары реактивті кедергілердің бар болуы ILA антенналарды қолданудың шығынын ақтамайды. Сол себепті бұл антенналардың келісім параметрлерін жақсарту үшін біршама түрлендірулер жүргізу қажет. Түрлендірілген ILA антенналар төңкерілген F тәріздес тербеткіштер болып табылады.
2.3 Inverted F-antenna
F тәріздес тербеткіштердің сыртқы бейнесі сурет 2.5-те көрсетілген. Inverted F-antenna (IFA) антеннасы ILA типті антеннаның түрлендірілген типі. Оны Inverted F-antenna (IFA) антеннада ILA типті антеннаға қарағанда кіріс импедансы көп болу үшін түрлендірген болатынбыз. Осы арқылы сәйкессіздіктен туындайтын шығандарды қысқартуға болады.
IFA, негізінен, ұзындығы әр түрлі екі L - тербеткіштерден тұрады. Сонда F тәріздес тербеткіштің сыртқы тік тартпасы корпусқа жүктеліп, сигнал ішкі тік бөлім арқылы шығарылады. Қосымша L сегментін қосқанымыз, кіріс кедергісін оңайлықпен басқаруға мүмкіндік беріп отыр. Тік секциялардың арасында S қашықтықты өзгерте отырып, өзімізге тиімді реактивті кедергінің мәнін ала аламыз. S мәні сәулелендіргіштің реактивті кедергісіне әсер етпейді,келісімді антеннаның есебінен резонансты жиілікте тұрған толқынның коэффициенті (VSWR) кернеуі бойынша 2-ден кем болмауы керек.
Сурет 2.5. Төңкерілген F тәріздес тербеткіштер
Сурет 2.6-да өлшемдері мынаған тең (VSWR) IFA антенна көрсетілген: h = 2,28 см, L = 7,2 см, өткізгіштің радиусы - 0,15 см, S = 0,68 см. Жұмыс істейтін жиілік жолағының ені 1,5% - ті құрайды.
Сурет 2.6. Берілген параметрлер бойынша Ғ антеннаның коэффициенттік көрсеткіштері
IFA антенналардың құрылымы жағынан қарапайым және тиімділігіне қарамастан мұндай үлгідегі антенналардың ішінде жалғыз деп есептелмейді. Көлденең бөлімінің ұзындығы мен сәулелендірудің биіктігін өзгерте отырып
IFA антенналардың электрлік параметрлерін, сонымен қатар, келісімді жолақ енін өзгерте аламыз. Қорытындылай айта кететін жайт, біріншіден, антеннадағы жиілік жолағының ені 2% - ті құрайды, ол L тербеткіштерге қарағанда әлдеқайда үлкен, екіншіден, бұл жиілік жолағы сонда да сымсыз байланыс желісі арқылы сапалы түрде ақпаратты қабылдауға жеткіліксіз. Жиілік жолағының кеңеюі антенналардың да өзгеруіне әкеліп соғады. Антенналардың дамуының келесі бір қадамы - планарлы төңкерілген F тәріздес тербеткіштер [9].
2.4 Planar inverted F-antenna
Планарлы төңкерілген F тәріздес тербеткіштер (PIFA) басқа антенналармен салыстырғанда құрылымы жағынан күрделі болып келеді. Сурет 2.7-де планарлы төңкерілген F тәріздес тербеткіштердің (PIFA) сұлбасы көрсетілген.
Сурет 2.7. Планарлы F тәріздес антенналар [10]
Планарлы F тәріздес антенналардың электрлік сипатталамалары жоғарғы сәулелендіргіш пластинаның өлшеміне, тараптарының ұзындығының қатынасына, пластинаның экраннан биіктігіне және антеннаның қорек көзі нүктесіне, тік қабырғаның орналасқан жеріне байланысты анықталады.
Планарлы F тәріздес антенналардың өткізу жолағының ені D қысқартылған тік пластинаның еніне тәуелді. Жолақтың енінің кеңдігі D қысқартылған тік пластинаның ені мен онымен байланысқа түсетін W көлденең сәулелену ені сәйкес келген жағдайда үлкейе түседі. Сонда көлденең пластинаның тармақтарының ұзындықтарының қатынасы WL = 2 және экраннан биіктігі h = 0,053λ болғанда 10%-тік жиілік жолағына ие болады. DW қатынасының шамасы 0,1 деңгейге дейін төмендегенде жұмыс жиілігінің диапозоны 1 %- ға дейін төмендейді. Сурет 2.8-де PIFA көлденең пластинасы үшін сыртқы токтардың бағыты көрсетілген.
Бұдан басқа, D көлденең секция ені сәулелендіру поляризациясына да әсер етеді. (VSWR) мәнінің ең жақсы көрсеткіштері DW = 1 қатынасында ғана орындалады. Антеннаның өлшемдері мынаны құрайды: W =14,32 см, h =1,57 см, L = 7,16 см.
Сурет 2.8. PIFA антеннаның (VSWR) типі
Ауаның диэлектрлік қасиеттерін пайдаланғанымен бірге PIFA құрылымындағы көлденең пластинаның астындағы кеңістік диэлектрлік материалдармен толықтырлуы мүмкін. Мұндай әдісті Ericsson Microwave Systems компаниясы Bluetooth каналымен байланысты жүзеге асыру үшін 2,40 - 2,48 ГГц жиілік диапозонында жүзеге асыру үшін ұсынған болатын (λ ≈ 12 см). Мұндай диэлектрлі қабаты бар планарлы антенналардың өткізу жолағы 2,46 ГГц резонансты жиілікте 102 МГц-ті құрайды [10].
Планарлы антенналарда фидерлі сызықтардың орналасуының әсерін есепке алатын нақты қатынастар жоқ. Бұл ғалымдарды оптимизацияның сандық әдістерін қолдануға мәжбүрлеп отыр. Себебі сандық әдіспен есептеу арқылы PIFA-ның керекті параметрлерін алуға мүмкіндік бар. Атап айтқанда, PIFA жобалау технологиясын жетілдіру жолдарының бірі антенна басқа геометриялық параметрлерін таңдап ұштастыра отырып, фидерлік байланыс ұстанымын генетикалық алгоритмдермен оңтайландыру.
Екіқабатты PIFA антенналардың кемшілігі - өлшемдерінің салыстырмалы түрде үлкен болуы. Сондықтан, түрлі геометриялық көлденең пластина қималарын фрезерлеу арқылы антенналардың өткізу жолағын кеңейту әдісі кең таралған. Сонымен қатар, қималар антеннаның электрлік ұзындығын үлкейтіп, өлшемін кішірейтуге мүмкіндік береді, ал кейбір геометриялық PIFA қатынастарда көпдиапозонды қасиеттер бере аламыз.
Сурет 2.9-да көп диапозонды PIFA антенналардың бірнеше түрі ғана көрсетілген. Қималардың әсерінен антенналардың сипаттамасы жақсаруына байланысты PIFA антенналар құрылымында жаңа жетілдірілген бағыт пайда болды. Бастапқыда қималар жай геометриялық формалардан болған. Әлгі геометриялық формалар бірқатар жағдайларда резонансты жиіліктің аналитикалық есебінің шешімін шығарды. Мысалы, U тәріздес қимасы бар екі жиілікті PIFA (сурет 2.9 а) үшін төменгі резонансты жиілік көлденең пластинаның өлшемімен анықталады. Ол PIFA резонансты толқын ұзындығы анықтауға Minh Chau T. Huynh қатынасы бойынша есептелуі мүмкін. U тәріздес қимасына сай жоғарғы резонансты жиілік шамамен мына формула бойынша анықталады:
(2.4)
мұндағы, с- жарық жылдамдығы, α = 0,9. Сурет 2.9 а-да көрсетілген құрылым үшін L = 21 мм, W = 16 мм, L2 = 10 мм және W2 = 6 мм. Бұл бізге екі жиілік жолағын алуға мүмкіндік тудырады: 2,45 - 2,48 ГГц және 5,25 - 5,32 ГГц.
Сурет 2.9. Түрлі қималар арқылы PIFA антенналардың өткізі жолағын кеңейту әдістері: а - U тәріздес, б - меандр тәріздес, в - L - тәріздес [11]
Тәжірибе жүзінде антеннада меандр типті бірнеше ұқсас қималардың болуы PIFA антенналарда өткізу жолағын (10% шамасында) өзгертпей-ақ өлшемін 18- ге дейін кішірейтуге болатынына көз жеткіздік. Экранның көлденең сегментінің биіктігін азайту үшін PIFA түрі орнына тұйықталған нөмірдің тік бөлімінде кеңжолақты қасиеттерін қамтамасыз Meander төмен омды резистор пайдалануға болады. Кедергінің мәні жұмыс жасайтын жиілік жолағы пен антеннаның өткізу жолағын анықтайды. Байқағанымыздай, резистордың номиналы үлкейген сайын жұмыс жасайтын жиілік жолағы 11,2% -ке жетіп, кеңейе түседі ( резистордың кедергісі 6,8 Ом). Бірақ та, резисторды қосқанда номиналы 5,6 Ом 6 дБ бағаланатын антеннаның күшейткішінде шығын пайда болатынын айта кетейік.
Фидердің қосылу нүктесінің түрлі жағдайда резистор кедергісінің антенна сипаттамаларын тәуелділігі (антеннаның геометриялық өлшемдерінің негізгі элементтері: L = 40 мм; W = 25 мм; I = 20 мм; h = 3,2мм; S = 2 мм).
Кесте 2.1.
Фидердің қосылу нүктесінің түрлі жағдайда резистор кедергісінің антенна сипаттамаларын тәуелділігі
Кедергі, Ом
Резонансты жиілік, МГц
Қималардың қатынасы dAB
Өткізу жолағы, %
3,3
861
0,35
4,7
5,6
857
0,6
8,6
6,8
857
0,7
11,2
( PIFA)
1298
0,6
0,9
Осылайша, сәулелендіру толқынының ұзындығы 0.01-ге тең болса және экраннан қашықтығы аз болғанда экранның өлшемі PIFA антенналардың электрлік қасиеттеріне әсер ететінін ұқтық. Басқаша айтқанда, салыстырмалы жиілік жолағы жерлендірілген қыртыстың өлшемдерінің үлкеюіне байланысты кеңейе береді. Оның үлкен өлшемдері резистивті жүктемеден туындайтын антеннадағы күшейткіштің шығындарының орнын толтырып отырады. Егер экранның өлшемі ~0,9 тең болса, антеннаның күшейткіші 5 дБ-ге дейін күшейеді. Сонымен бірге, созылмалы экран қолданушының денсаулығына зиян келтіретін радио толқындарды өткізбейтін сенімді, қауіпсіз қорғаныс қызметін атқарады.
... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Нанотехнология заманы, ең алдымен, технология тез дамуымен, ғылыми- техникалық прогрестің жоғарылауымен ерекшеленетін нарықтық экономика мен қатал бәсекелестік заманы. Адамзаттың барлық қалауы мен күші өмірлік функцияларды жақсартуға бағытталған. Бірақ та ресурс қорлары шексіз болмағандықтан, өмірлік функцияларды тиімді қолдануды талап етеді. Сол себепті ақпараттық нанотехнологиялар заманы мәліметтерді тез өңдеу мен таратуды қажет етіп отыр. Сондықтан да бұл бағыттың келесі даму қадамы сымсыз байланыс желісі болып табылады.
Сымсыз байланыс желісінің мынадай негізгі артықшылықтары бар:
oo қолдану ыңғайлылығы
oo технологияның қарапайымдылығы
oo арзан
oo шығынның тез өтемділігі және т.б.
Егер де біз алі күнге дейін компьютерлер арқылы басқарып, жүзеге асыратын болсақ, онда ғимараттың біраз бөлігін байланыс сымдары алып жатар еді. Сол себепті сымсыз байланыс желісінің тиімділігі бәрімізге айдан анық.
Дегенмен, бұндай ақпарат тарату әдістерін жүзеге асыру үшін сенімді қабылдап-таратушы антенналар болу керек. Айта кететін жайт, мұндай антенналар кең жиілік жолағында сигналдарды қабылдап тарата алатын қасиетке ие болуы тиіс, өлшемдері кішкентай және конструктивті құрылымы қарапайым. Егер аэропорттарға арналған жүйелер болса, онда артық зиянды сәулелендіруден қорғалуы қажет және бағасы да аса қымбат емес қол жетімді болады.
Біздің мақсатымыз сымсыз байланыс желілерінде қолданылатын жоғарыда келтірілген талаптарға сай келетін қондырылған антенналардың бірін қайта құру мүмкіндігін зерттеу болып есептеледі. Ол үшін антенналардың сипаттамаларымен танысып білу, құрылымындағы туындауы мүмкін қиындықтарды ұғыну және ұтымды жақтарын қарастыру керек.
1. АНТЕННАЛАРДЫҢ НЕГІЗГІ ТҮРЛЕРІ МЕН ОЛАРДЫҢ СИПАТТАМАЛАРЫ
1.1 Айналы антенналар
Қазіргі уақытта айналы антенналар аса жоғары жиілікте жұмыс істейтін антенналарға қарағанда арзан және дамыған түрі болғандықтан көп қолданысқа ие. Дециметрлік, сантиметрлік, миллиметрлік толқын диапозонында айналы антенналардың көп қолданысқа ие болу себептері мынадай:
oo құрылымының қарапайымдылығы;
oo өлшемінің аздығы;
oo электрлік сипаттамасы.
Параболалық айналы антенналар - ең көп қолданылатын антенналардың бірі. Параболалы айналы антенналарды жобалаудың теориясы мен сұрақтары толықтай сипатталған [1].
Параболалы айналы антенналардың сәулелендіргіші ретінде көп жағдайда Н10 типті толқыны бар тікбұрышты толқын арнасы қолданылады. Рупорға жүктелген тік бұрышты және дөңгелек толқын арнасы да көп қолданысқа ие. Сонымен қатар, екі саңылаулы сәулелендіргіштер мен тербеткіш сәулелендіргіштер де қолданылады. Екі саңылаулы сәулелендіргіші бар антенна жүйесі өлшемі жағынан өте шағын болып келеді екен. Сәулелендіргіш айнаны сәл ғана қараңғылатады. Дөңгелек поляризациясы бар сәулелендіргіштің мысалы ретінде спиралды антенналарды ала аламыз. Сәулелендіргіш ретінде антенналар, толқын арналары және микрожолақты антенналар қолданыла береді.
Өте төмен шу деңгейіне ие аса жоғары жиілікті күшейткіштердің дамуына байланысты антенналардың жүйенің шуылдық температурасына біршама үлесін қосатынын байқадық. Шуылдық құраушысын антеннаны жобалау барысында кішірейтуімізге болады.
1.2 Рупорлы антенналар
Рупорлы антенналар аса жоғары жиілікті антенналардың кең таралған түрі және ол тек өздік қолданыстағы антенна ретінде ғана емес, сол жиілік диапозонындағы күрделі антенналардың алғашқы сәулелендіргіштері ретінде қолданылады.
Бағытталу өлшемі көп болу үшін толқын тәріздес сәулелендіргішті рупорлы антеннаға айналдырады. Қазіргі таңда секторлы (сурет 1.1, а, ә), пирамидалы (сурет 1.1, б), конустық (сурет 1.1, в) тіксызықты құраушылары бар рупорлы антенналар дамыған.
Сурет 1.1. Рупорлы антенналар. а - Е секторлы антенна; ә - Н секторлы антенна; б - пирамидалы антенна; в - конустық антенна
Рупорлы амплитудалы бағытталу диаграммасы бар антенналардың басты жапырағының сұлбасы рупордың бұрышына байланысты. Тәжірибелер көрсеткендей,егер рупордың ұзындығы тұрақты болса, онда сәулелендіру бағыты секторлы рупорлы антенналар үшін диафрагма шетінен (радиан) мынадай фазалық қателерге сәйкес келуi қажет: Н жазықтығы үшін Ф =3PI 4 және Е жазықтығы үшін Ф = PI 2.
Мұндай фазалық қателіктері максималды рупорлар оптималды рупорлар деп аталады.
Оптималды Нм - жазықтығының секторлы рупоры (сурет 1.1, а) өзара мынадай қатынасқа ие:
(1.1 )
мұндағы, lопт - рупордың ашылуының оптималды ұзындығы мен ені.
Осы сияқты рупорлардың қуат деңгейі 0,5 (радианда) болған жағдайда сәулесінің ені мынадай формуламен анықталады.
Н жазықтығы үшін:
(1.2)
Е жазықтығы үшін:
(1.3)
Оптималды Е - жазықтығының секторлы рупоры (сурет 1.1, ә) өзара мынадай қатынасқа ие:
(1.4)
мұндағы bp - рупор ашылу ені.
Рупорлардың қуат деңгейі 0,5 ( радианда) болған жағдайда сәулесінің ені мынадай формуламен анықталады.
Н жазықтығы үшін:
(1.5)
Е жазықтығы үшін:
(1.6)
Секторлы рупорлардың бағытталу диаграммасы былай есептелінеді:
(1.7)
мұндағы, Sр- рупордың ашылу ауданы; ν - 0,64- ке тең ауданды қолдану коэффициенті.
Пирамидалы рупорлар сына тәріздес (сурет 1.1, б-да көрсетілгендей) және сүйір тәріздес ( рупордың қабырғалары бір нүктеде түйіскенде) болып келеді.
Амплитудалы диаграмма бағыты бар қалыпқа келтірілген пирамидалы рупорлы антенналар H10 толқынмен қоздырылатын болса, Н және Е жазықтықтары үшін төмендегідей формулалармен есептеуге болады.
Н жазықтығы үшін:
(1.8)
Е жазықтығы үшін:
(1.9)
мұндағы θH және θE- Н және Е жазықтығындағы рупор өсінен бастап есептелетін бұрыштар [2].
Диапозондылық және амплитудалы диаграммалы бағытқа ие болу жағынан қарастырсақ, баспалдақты, қисықсызықты (көп жағдайда экспоненциалды) және атжалды құраушылары бар рупорлы антенналар өте жақсы сипаттамаға ие. Баспалдақты және қисық сызықты антенналардың жұмыс істеу жиілігінің диапозоны 1,5 - 2 есеге дейін үлкейе береді, ал жазықтықты амплитудалы диаграмма бағыты остік симметрияға жақын. Рупорлы антенналардың күшейту коэффициенті антеннадағы шығын мөлшері аз болғандықтан диаграмма бағытының коэффициентіне шамалас болып келеді:
(1.10)
1.3 Директорлы антенналар
Директорлы антенналар немесе толқын арнасы тәріздес антенналар бір жазықтықта параллельді орналасқан сымды тербеткіштерден құралады (сурет 1.2). 1 - тербеткіш (әдетте жарты толқынды) фидермен байланысып антеннаның бірінші ретті сәулелендіргіші болып табылады. Басқа тербеткіштердің ешқайсы да фидермен байланыспайды, сол себепті екінші ретті сәулелендіргіштер болып есептеледі. Десек те, антеннаның максималды сәулелендіру бағыты бойынша орналасқан тербеткіштер (сурет 1.2, 2 - тербеткіш) 2lд λ2 ұзындыққа ие, сондықтан директор деп аталады, ал, 1 - тербеткіштің басқа жағында орналасқан, 2lp λ2 ұзындыққы ие болатын 3 - тербеткіш - рефлектор деп аталады. Бұл антенналар метрлік және дециметрлік толқындарда іске асырылады. Мәселен, телекөріністе, радиохабарламада, радиолокацияда.
Сурет 1.2. Толқындық арна антеннасы
2 және 3 тербеткіштер өзара әсерлескеннен немесе 1 - тербеткішпен әсерлескеннен қозады.Директордың өлшемі мен орны антеннаның жанынды баяу толқын таралатындай және өстік сәулелендіру режимі қамтамасыз етілетіндей таңдалынып алу керек. Директорлы антеннаның барлық тербеткіштеріндегі ток Кирхгоф теңдеулер жүйесіне негізделген.
1.3.1 Спиралды антенналар
Спиралды антенналар сәулелендірудің электромагниттік жазықтығы антеннаның өсіне бағытталған дөңгелек поляризациясы бар антеналардың түрі ретінде қарастырылады. Мұндай антенналар анық бейне алу үшін радиолокацияда және ұшатын және ғарыштық құрылғылармен жұмыс жасағанда көп қолданылады.
Спирал өздігінен бөлек антенна секілді жұмыс істей алады немесе антенналы торламаның элементі ретінде не айналы антеннаның сәулелендіргіші ретінде жұмыс жасай алады. Бір жақты сәулелендіргіші бар цилиндрлік және конустық спиралды антенналар (сурет 1.3) көп кездеседі. Олар рефлектордың қызметін атқаратын, спиралдың алдында салынатын бірыңғай жазық немесе торлы металл экранның көмегімен алынады.
Сурет 1.3. Спиралды антенналар: а - цилиндрлік спирал; ә - конустық спирал
Цилиндрлік спиралдың геометриялық параметрлері мынадай: la - өстік ұзындығы; l - бір айналымның ұзындығы; s - екі ораманың арасындағы қашықтық (спирал қадамы; r - ораманың радиусы; N - орама саны және - ораманың көтерілу бұрышы (қадамдық бұрыш). Бұл параметрлердің арасында мынадай байланыс бар:
(1.11)
Конустық спиралда (сурет 1.3, ә) ораманың ұзындығы мен екі ораманың арасындағы қашықтық айнымалы болып келеді. Параметрлері: la - өстік ұзындығы; rмин - ораманың минималды радиусы; r макс - ораманың максималды радиусы; N - орама саны және - ораманың көтерілу бұрышы (қадамдық бұрыш); β - конустың төбесіндегі бұрыштың жартысы. Конустық спиралдың геометриялық параметрлері мына формуламен анықталады:
(1.12)
мұндағы, λmin- антеннаның жұмыс істеу жиілігі толқынының төменгі ұзындығы.
Өстік сәулелендіру режимі кезінде цилиндрлік спиралды антеннаның бойымен баяу толқын таралады. Ол тек бір ораманың сыртынан бір λ толқын ұзындығы орныққында ғана жүзеге асады, яғни:
(1.13)
Антеннаның бағытталған әрекетінің максималды коэффициентін алу үшін спиралды антеннаның ұзындығы мынаған тең қылып алу керек:
(1.14)
мұндағы, ξ =11.4 - антеннаның бойымен таралатын толқынды қысқарту коэфициенті. Осыдан антеннаның бағытталу диаграммасы мына формуламен есептеледі:
(1.15)
мұндағы, - антенна өсі мен бақылау нүктесіне бағытталған бұрыш. Өстік сәулелендірудің режимінің оптималды ξ және N 3 мәнінде цилиндрлі спиралды антенналар мына параметрлермен сипатталады.
а) қуат деңгейі 0.5 (радиан бойынша) болғанда сәуленің ені:
(1.16)
Егер сәулелендіру деңгейі 0 (радиан бойынша) болса:
(1.17)
ә) бағытталу әрекетінің коэффициенті:
(1.18)
б) кіріс кедергісі (Ом):
(1.19)
Егер де біз цилиндрлі спиралды антеннаның бағытталу әрекетінің коэффициентін максималды түрде өсіне қарай баңыттасақ бізде дөңгелек поляризация емес, эллипс тәрізді поляризация пайда болады. Дөңгелек поляризацияға ие болу үшін антеннаның өлшемі мына қатынасты қанағанттандыру керек:
(1.20)
Содан:
(1.21)
Осылайша, бағытталу әрекетінің максималды коэффициентін алу мен дөңгелек поляризация жазықтығының сәулелендіру шарты бір - біріне қарама-қайшы. Тәжірибе барысында осы екі шарттың біріне аса зор мән беріледі. Себебі, ол спиралды антеннаның бағыты немесе сәулелендірудің дөңгелек поляризациясының қайсысы маңызды екендігіне байланысты.
Конустық спиралды антенналар кең жолақты болып келеді, бірақ та орама саны аз болғандықтан бағытталу әрекетінің коэффициенті төмен болады да, өстік сәулелендіру режимін қамтамасыз ету шарты жүзеге асырылады [3].
1.4 Жолақты антенналар
Дециметрлік және сантиметрлік толқын диапозондарында баспа технологиясы бойынша жүзеге асырылған антенналар қолданылады. Мұндай антенналар салмағы, өлшемі аз және құрылымының қарапайымдылығымен ерекшеленеді. Сурет 1.4-те қазіргі кезде көп қолданысқа ие тік бұрышты және дөңгелек жолақты антенналар көрсетілген. Қоздыру нүктесін сәйкестендіру үшін y0 және ρ0 нүктелері антенна шетінен ығыстырылған (сурет 1.4).
Негізгі тербелістер режимінде антенналар бір жапырақты бағытталу диаграммасына ие (θ = 0°).
Сурет 1.4. Микрожолақты сәулелендіргіш: а - тікбұрышты; ә - дөңгелек
Тікбұрышты жолақты антенна үшін есептеу формулаларын көрсетейік. Резонанс нүктесінде кіріс кедергісі активті және ол мына формулаға сай анықталады:
(1.22)
мұндағы, - резонатордың сәулені өткізгіштігі:
(1.23)
Антеннаның резонансты ұзындығы:
(1.24)
- заттың салыстырмалы диэлектрлік өтімділігі.
Рұқсат етілетін өлшем және аралығын қамтиды.
Тікбұрышты антеннаның бағытталу диаграммасын мына формула бойынша анықтайды:
(1.25)
Резонанс нүктесінде дөңгелек дискілі антеннаның кіріс кедергісі (сурет 1.4, ә):
(1.26)
мұндағы, J1(x) - бірінші ретті Бессель функциясы.
Дискілі жолақты антенналардың негізгі типті тербелістері үшін резонансты жиілік былайша есептеледі:
(1.27)
мұндағы:
(1.28)
Дискілі антеннаның бағытталу диаграммасы үшін:
(1.29)
Негізгі тербелістер типі режимінде жұмыс атқаратын тікбұрышты және дөңгелек жолақты антенналар кроссполяризационды құраушысын сөндіру деңгейі өте үлкен, сызықты поляризация өрісін тудырады (Y0Z жазықтығындағы Е векторы) [4].
2. МОБИЛЬДІ БАЙЛАНЫС ҚҰРЫЛҒЫЛАРЫ ҮШІН ҚОЛДАНЫЛАТЫН ҚОНДЫРЫЛАТЫН АНТЕННАЛАРДЫҢ ТҮРЛЕРІ
Бұл бөлімде сымсыз байланыс желілері үшін антенналардың түрлері, типтері қарастырылған. Мобильді байланыс құрылғылары үшін антенналарды ойлап табу, ең алдымен, мобильді телефондарға арналып жасалған. Тек біршама уақыт өткен соң ғана мұндай антенна түрлері жылжымалы ноутбук - компьютерлерге арналып жасалды. Сондықтан мобильді телефондарға арналған антенналардың дизайны мен сипаттамаларына кеңірек тоқталғанымыз жөн.
Сымсыз байланыс желілері үшін антенналардың түрлерін қарастыру оның анықтаушыларының себептерін қарастырумен тікелей байланысты. Ең негізгісі ол мобильді құрылғылардың жұмыс істейтін жиілік жолағымен антеннаның сыртқы параметрлері мен өлшемдерін анықтауға болады. Тағы да айта кететін жайт, ұялы байланыс арнасына арналған антенналар вертикалды жазықтықта поляризацияланатын және жерге параллельді кеңістікте таралатын толқындармен жұмыс істейді, яғни, көлденең бағытталған тік сызықты толқындармен жұмыс істейді [5].
Кесте 2.1
Қолданбалы абоненттік тармақ антенналарына сипаттама
Параметр
Техникалық талаптар
Сәулелену және қабылдау
824 - 894 МГц
Антеннаның БӘК-і
3 дБ
Поляризация
Тік
Кіріс импедансы
50 Ом
Физикалық параметрлер
Тербеткіштің ұзындығы 10 см, Биіктігі 5 см
Кесте 2.1-де сымсыз байланыс желісі антенналарына деген жалпы талаптар көрсетілген. Жұмыс жиілігі антенналардың өлшемін анықтайтын негізгі фактор болып табылады. Ұялы телефондар үшін жиілік жолағы 824 - 894 МГц аралығын қамтиды, ортаңғы жиілік 859 МГц-ті құраса, өткізу жолағы 8.1%-ті құрайды. Бұл жиілік аумағында толқынның ұзындығы 35см. Бұдан ойға түйгеніміз қондырылған антеннаның өлшемі осы ұзындыққа сай болуы керек немесе шағын болуы тиіс. Мысалы, жарты толқынды дипольдың осы жиілік жолағында ұзындығы 18 см-ді құрайды. Антеннаның ұзындығы 10 см-ден ал, биіктігі - 5 см-ден аспауы тиіс. Бағытталған әрекет коэффициенті шартты түрде 3 дБ шамасында болуы тиіс. Жарты толқынды диполь үшін ол 2.15 дБ-ді құрайды. Көптеген антенналы станциялар тік сызықты поляризацияға сай толқындар шығаратындықтан біз вертикалды сызықты поляризацияны қажет етеміз. Жоғарыда айтып кеткен талаптардың барлығына сай келетін ақпаратты сымсыз тарату желісінде қолданылатын антенналар жетерлік. Соның ішінде микрожолақты антенналар, қада (істік) тәріздес антенналар бірінші орынға ие, кейінгі орында түрлендірілген, электрлік ұзындығы сақталған инверсті типті спиралды антенналар тұр: ILA (inverted L-antenna) типті антенна, IFA (inverted F-antenna) типті антенна, PIFA (planar inverted F-antenna) типті антенна, MPIFA (meandering PIFA) типті антенналар. Осы антенналардың бірнешеуінің сипаттамалары кесте 2.2-де көрсетілген [6].
Кесте 2.2
Танымал антенналардың сыртқы өлшемдері мен өткізу жолағы
Антенналардың түрлері
Сыртқы өлшемдері (толқын ұзындықтары бойынша)
Өткізу жолағы (пайызбен%)
ILA
λ 4
1
IFA
λ 4
2
DIFA (dual IFA)
λ 4
5-7
PIFA
λ 4
8
MPIFA
λ 4
2-8
2.1 Спиралды антенналар (электрлі монопол)
Осыдан біршама уақыт бұрын ұялы телефондарда спиралды антенналардың көп қолданылғаны бәрімізге белгілі. Дәлірек айтқанда, олар өлшемдері шағын болып келетін, түрлендірілген электрлі қадалар болып есептеледі. Оның басты себебі, қада тәріздес антенналар толқынның жұмыс істеу ұзындығының (14) ғана құрайды. Бұл дегеніміз, 900 МГц жұмыс жиілігінде таралатын толқынның ұзындығы 83 миллиметрге тең болады деген сөз. Әлбетте мұндай өлшемі бар антеннаны ұялы телефонға орнату күрделірек. Бұл мәселенің ең қолайлы шешімі тіксызықты өткізгішті спирал тәрізді өткізгішке айырбастау. Спирал тәрізді антенналардың ерекшелігі өс бойымен таралатын толқынның жылдамдығы жарық жылдамдығынан төмен. Яғни, спирал тәрізді антеннадағы электромагнитті толқынның ұзындығы бос кеңістіктегі толқынның ұзындығына қарағанда аз болып келеді (сурет 2.1). Мұндай құрылымы бар аппараттардағы баяулататын қасиет электрлік өлшемдерін өзгертпей - ақ сәулелендіргіштің ұзындығын 10 есеге қысқартуға мүмкіндік береді.
Сурет 2.1. Резонансты жиілігі 868 МГц құрайтын спиралды (а) және ширек толқынды антенналар (ә)
Спиралды антенналарды қолдану қабылдағыштың кеңістікте еркін бағдар алу мәселесін шешуге мүмкіндік берді. Мұндай типті антенналардың монополдерден айырмашылығы эллипс тәрізді поляризация толқындарына сезімталдыққа қол жеткізуге болады, кейбір шарттарда дөңгелек поляризацияға да қол жеткізе аламыз. Демек, антенна кез келген кеңістікте жұмыс істей алады және поляризация жазықтығының әр түрлі бұрыш көлбеулерінде сигналдарды қабылдай алады. Мұның бәрі антеннаның бағытталу диаграммасының шегінде жүзеге асады. Мәні және ток фазасы спирал бойымен біртекті таралатын дөңгелек спирал поляризациясының шарты Вилер қатынасымен анықталады:
(2.1)
мұндағы, Т - спирал қадамы, D - диаметр, λ - толқын ұзындығы.Дөңгелек поляризацияның өткізгіштігінің көлбеу бұрышы 45° - қа тең болу керек. Тәжірибе жүзінде мұндай бұрыш қолданылмайды, себебі спиралдағы орама санын максимумға дейін көтеріп минималды физикалық ұзындаққа ие боламыз. Сондықтан да портативті радио жүйелерде спиралды құрылымдар эллипс тәрізді поляризация толқындарын сәулелендіреді.
Спирал тәріздес қондырылған антенналарды қолдану оның құрылымының одан әрі дамып, мұндай антенналардың сипаттамаларының жақсартуына әкеліп соқты. Негізгі мәселе қабылданатын жиілік диапозоны тар. Бұл мәселені шешу үшін спирал орамының айнымалы қадамын қолдану керек. Ол әр түрлі жиілікте қабылдауға мүмкіндік береді (сурет 2.2).
Сурет 2.2. Екі диапозонды спиралды антеннаның қимасы
Бұл антенналардың кемшілігі, барлық ұялы телефондарға тән, баңытталу диаграммасы болып табылады. Спирал тәрізді антенналар ұялы телфонды қолданушыға да, оған қарама-қарсы жаққа да бірдей сәулелендіреді. Бұл дегеніміз, спирал тәрізді антенналарды ұялы телефондарға қолдану қажет еместігін көрсетеді, яғни адам денсаулығына зиян деген сөз. Және де мұндай антенналардың дұрыс жұмыс істеуі үшін антеннаның бағдары тік болуы керек, себебі ұялы телефондарды қабылданатын толқындар тік поляризацияланған [7].
2.2 Inverted L-antenna
Ұялы байланыста қолданылатын қондырылған антенналардың дамуының келесі бір қадамы inverted L-antenna (ILA) антенналары. Сурет 2.3-те антеннаның сұлбасы көрсетілген.
Сурет 2.3. Төңкерілген L- тәріздес тербеткіш
ILA типті антенна сымды көлденең элементпен тұйықталған, экранның астында орналасқан, сыйымдылық жүктеме ретінде қызмет атқаратын монополь болып табылады. Бұл антенна типін таңдауымызға ең басты себеп жасалу қарапайымдылығы және қолданылатын материалдардың арзандылығы. Сонымен бірге, бұл антеннаның электрлік сипаттамалары кәдімгі қысқа монопольдың сипаттамаларына ұқсас.
L - тербеткіштің бағытталу диаграммасы қысқа монопольдың бағытталу диаграммасына өте ұқсас. Монопольдың бағытталу диаграммасы өсіне перпендикуляр бағытта максимум мәнге ие, және де барлық бағытта бірдей тармақталған. L - тербеткішті антеннаның кіріс импедансы қысқа монопольдің кіріс импедансымен салыстырайық: төмен активті және жоғары реактивті кедергі. Активті (RILA) және реактивті (XILA) кедергілер формула бойынша былай анықталады:
(2.2)
(2.3)
мұндағы, L - көлденең бөлігінің ұзындығы, h - экранның үстіндегі биіктік, a- өткізгіштің радиусы, к - толқындық сан, La = L + a, T = 1 - ah.
Сурет 2.4-те RILA және XILA кедергі мәндерінің Lv L, Lv - антеннаның горизонталды бөлігінің айнымалы ұзындығына тәуелділігі көрсетілген. ILA антенналарды микрожолақты сызықтар арқылы орындаудың балама әдісі бар. Антеннаның мұндай түрлері ноутбуктарда қолданылады. Сурет 2.4-те құрылымы микрожолақты сызықтар арқылы орындалған антенналардың күшейту коэффициентінің мәндері көрсетілген [8].
Сурет 2.3. Баспа диполдардың күшейту коэффициенті
Сурет 2.4. L- тербеткіштің көлденең бөлігінің ұзындығынан активті және реактивті кедергілергілердің тәуелділігі
Сурет 2.4-тен көріп тұрғанымыздай, төмен активті және жоғары реактивті кедергілердің бар болуы ILA антенналарды қолданудың шығынын ақтамайды. Сол себепті бұл антенналардың келісім параметрлерін жақсарту үшін біршама түрлендірулер жүргізу қажет. Түрлендірілген ILA антенналар төңкерілген F тәріздес тербеткіштер болып табылады.
2.3 Inverted F-antenna
F тәріздес тербеткіштердің сыртқы бейнесі сурет 2.5-те көрсетілген. Inverted F-antenna (IFA) антеннасы ILA типті антеннаның түрлендірілген типі. Оны Inverted F-antenna (IFA) антеннада ILA типті антеннаға қарағанда кіріс импедансы көп болу үшін түрлендірген болатынбыз. Осы арқылы сәйкессіздіктен туындайтын шығандарды қысқартуға болады.
IFA, негізінен, ұзындығы әр түрлі екі L - тербеткіштерден тұрады. Сонда F тәріздес тербеткіштің сыртқы тік тартпасы корпусқа жүктеліп, сигнал ішкі тік бөлім арқылы шығарылады. Қосымша L сегментін қосқанымыз, кіріс кедергісін оңайлықпен басқаруға мүмкіндік беріп отыр. Тік секциялардың арасында S қашықтықты өзгерте отырып, өзімізге тиімді реактивті кедергінің мәнін ала аламыз. S мәні сәулелендіргіштің реактивті кедергісіне әсер етпейді,келісімді антеннаның есебінен резонансты жиілікте тұрған толқынның коэффициенті (VSWR) кернеуі бойынша 2-ден кем болмауы керек.
Сурет 2.5. Төңкерілген F тәріздес тербеткіштер
Сурет 2.6-да өлшемдері мынаған тең (VSWR) IFA антенна көрсетілген: h = 2,28 см, L = 7,2 см, өткізгіштің радиусы - 0,15 см, S = 0,68 см. Жұмыс істейтін жиілік жолағының ені 1,5% - ті құрайды.
Сурет 2.6. Берілген параметрлер бойынша Ғ антеннаның коэффициенттік көрсеткіштері
IFA антенналардың құрылымы жағынан қарапайым және тиімділігіне қарамастан мұндай үлгідегі антенналардың ішінде жалғыз деп есептелмейді. Көлденең бөлімінің ұзындығы мен сәулелендірудің биіктігін өзгерте отырып
IFA антенналардың электрлік параметрлерін, сонымен қатар, келісімді жолақ енін өзгерте аламыз. Қорытындылай айта кететін жайт, біріншіден, антеннадағы жиілік жолағының ені 2% - ті құрайды, ол L тербеткіштерге қарағанда әлдеқайда үлкен, екіншіден, бұл жиілік жолағы сонда да сымсыз байланыс желісі арқылы сапалы түрде ақпаратты қабылдауға жеткіліксіз. Жиілік жолағының кеңеюі антенналардың да өзгеруіне әкеліп соғады. Антенналардың дамуының келесі бір қадамы - планарлы төңкерілген F тәріздес тербеткіштер [9].
2.4 Planar inverted F-antenna
Планарлы төңкерілген F тәріздес тербеткіштер (PIFA) басқа антенналармен салыстырғанда құрылымы жағынан күрделі болып келеді. Сурет 2.7-де планарлы төңкерілген F тәріздес тербеткіштердің (PIFA) сұлбасы көрсетілген.
Сурет 2.7. Планарлы F тәріздес антенналар [10]
Планарлы F тәріздес антенналардың электрлік сипатталамалары жоғарғы сәулелендіргіш пластинаның өлшеміне, тараптарының ұзындығының қатынасына, пластинаның экраннан биіктігіне және антеннаның қорек көзі нүктесіне, тік қабырғаның орналасқан жеріне байланысты анықталады.
Планарлы F тәріздес антенналардың өткізу жолағының ені D қысқартылған тік пластинаның еніне тәуелді. Жолақтың енінің кеңдігі D қысқартылған тік пластинаның ені мен онымен байланысқа түсетін W көлденең сәулелену ені сәйкес келген жағдайда үлкейе түседі. Сонда көлденең пластинаның тармақтарының ұзындықтарының қатынасы WL = 2 және экраннан биіктігі h = 0,053λ болғанда 10%-тік жиілік жолағына ие болады. DW қатынасының шамасы 0,1 деңгейге дейін төмендегенде жұмыс жиілігінің диапозоны 1 %- ға дейін төмендейді. Сурет 2.8-де PIFA көлденең пластинасы үшін сыртқы токтардың бағыты көрсетілген.
Бұдан басқа, D көлденең секция ені сәулелендіру поляризациясына да әсер етеді. (VSWR) мәнінің ең жақсы көрсеткіштері DW = 1 қатынасында ғана орындалады. Антеннаның өлшемдері мынаны құрайды: W =14,32 см, h =1,57 см, L = 7,16 см.
Сурет 2.8. PIFA антеннаның (VSWR) типі
Ауаның диэлектрлік қасиеттерін пайдаланғанымен бірге PIFA құрылымындағы көлденең пластинаның астындағы кеңістік диэлектрлік материалдармен толықтырлуы мүмкін. Мұндай әдісті Ericsson Microwave Systems компаниясы Bluetooth каналымен байланысты жүзеге асыру үшін 2,40 - 2,48 ГГц жиілік диапозонында жүзеге асыру үшін ұсынған болатын (λ ≈ 12 см). Мұндай диэлектрлі қабаты бар планарлы антенналардың өткізу жолағы 2,46 ГГц резонансты жиілікте 102 МГц-ті құрайды [10].
Планарлы антенналарда фидерлі сызықтардың орналасуының әсерін есепке алатын нақты қатынастар жоқ. Бұл ғалымдарды оптимизацияның сандық әдістерін қолдануға мәжбүрлеп отыр. Себебі сандық әдіспен есептеу арқылы PIFA-ның керекті параметрлерін алуға мүмкіндік бар. Атап айтқанда, PIFA жобалау технологиясын жетілдіру жолдарының бірі антенна басқа геометриялық параметрлерін таңдап ұштастыра отырып, фидерлік байланыс ұстанымын генетикалық алгоритмдермен оңтайландыру.
Екіқабатты PIFA антенналардың кемшілігі - өлшемдерінің салыстырмалы түрде үлкен болуы. Сондықтан, түрлі геометриялық көлденең пластина қималарын фрезерлеу арқылы антенналардың өткізу жолағын кеңейту әдісі кең таралған. Сонымен қатар, қималар антеннаның электрлік ұзындығын үлкейтіп, өлшемін кішірейтуге мүмкіндік береді, ал кейбір геометриялық PIFA қатынастарда көпдиапозонды қасиеттер бере аламыз.
Сурет 2.9-да көп диапозонды PIFA антенналардың бірнеше түрі ғана көрсетілген. Қималардың әсерінен антенналардың сипаттамасы жақсаруына байланысты PIFA антенналар құрылымында жаңа жетілдірілген бағыт пайда болды. Бастапқыда қималар жай геометриялық формалардан болған. Әлгі геометриялық формалар бірқатар жағдайларда резонансты жиіліктің аналитикалық есебінің шешімін шығарды. Мысалы, U тәріздес қимасы бар екі жиілікті PIFA (сурет 2.9 а) үшін төменгі резонансты жиілік көлденең пластинаның өлшемімен анықталады. Ол PIFA резонансты толқын ұзындығы анықтауға Minh Chau T. Huynh қатынасы бойынша есептелуі мүмкін. U тәріздес қимасына сай жоғарғы резонансты жиілік шамамен мына формула бойынша анықталады:
(2.4)
мұндағы, с- жарық жылдамдығы, α = 0,9. Сурет 2.9 а-да көрсетілген құрылым үшін L = 21 мм, W = 16 мм, L2 = 10 мм және W2 = 6 мм. Бұл бізге екі жиілік жолағын алуға мүмкіндік тудырады: 2,45 - 2,48 ГГц және 5,25 - 5,32 ГГц.
Сурет 2.9. Түрлі қималар арқылы PIFA антенналардың өткізі жолағын кеңейту әдістері: а - U тәріздес, б - меандр тәріздес, в - L - тәріздес [11]
Тәжірибе жүзінде антеннада меандр типті бірнеше ұқсас қималардың болуы PIFA антенналарда өткізу жолағын (10% шамасында) өзгертпей-ақ өлшемін 18- ге дейін кішірейтуге болатынына көз жеткіздік. Экранның көлденең сегментінің биіктігін азайту үшін PIFA түрі орнына тұйықталған нөмірдің тік бөлімінде кеңжолақты қасиеттерін қамтамасыз Meander төмен омды резистор пайдалануға болады. Кедергінің мәні жұмыс жасайтын жиілік жолағы пен антеннаның өткізу жолағын анықтайды. Байқағанымыздай, резистордың номиналы үлкейген сайын жұмыс жасайтын жиілік жолағы 11,2% -ке жетіп, кеңейе түседі ( резистордың кедергісі 6,8 Ом). Бірақ та, резисторды қосқанда номиналы 5,6 Ом 6 дБ бағаланатын антеннаның күшейткішінде шығын пайда болатынын айта кетейік.
Фидердің қосылу нүктесінің түрлі жағдайда резистор кедергісінің антенна сипаттамаларын тәуелділігі (антеннаның геометриялық өлшемдерінің негізгі элементтері: L = 40 мм; W = 25 мм; I = 20 мм; h = 3,2мм; S = 2 мм).
Кесте 2.1.
Фидердің қосылу нүктесінің түрлі жағдайда резистор кедергісінің антенна сипаттамаларын тәуелділігі
Кедергі, Ом
Резонансты жиілік, МГц
Қималардың қатынасы dAB
Өткізу жолағы, %
3,3
861
0,35
4,7
5,6
857
0,6
8,6
6,8
857
0,7
11,2
( PIFA)
1298
0,6
0,9
Осылайша, сәулелендіру толқынының ұзындығы 0.01-ге тең болса және экраннан қашықтығы аз болғанда экранның өлшемі PIFA антенналардың электрлік қасиеттеріне әсер ететінін ұқтық. Басқаша айтқанда, салыстырмалы жиілік жолағы жерлендірілген қыртыстың өлшемдерінің үлкеюіне байланысты кеңейе береді. Оның үлкен өлшемдері резистивті жүктемеден туындайтын антеннадағы күшейткіштің шығындарының орнын толтырып отырады. Егер экранның өлшемі ~0,9 тең болса, антеннаның күшейткіші 5 дБ-ге дейін күшейеді. Сонымен бірге, созылмалы экран қолданушының денсаулығына зиян келтіретін радио толқындарды өткізбейтін сенімді, қауіпсіз қорғаныс қызметін атқарады.
... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz