Назначение антенно-фидерного устройства
Реферат
«Фидерные линии»
Выполнила: Маратова А. М.
Группа: АТ (АВ) 14 – 2,2
Проверила: Каипбек Г.М.
Алматы 2016г.
Антенно-фидерное устройство (АФУ) — совокупность антенны и фидерного тракта, входящая в качестве составной части в радиоэлектронное изделие.
АФУ используются для передачи сигналов в системах радиосвязи, радиовещания, телевидения, а также других радиотехнических системах, использующих для передачи сигналов радиоволны. Функция антенны заключается в излучении или приеме электромагнитных волн. Электрическое подключение антенны к источнику (потребителю) может быть непосредственным, а может осуществляться с помощью линии передачи, оснащенной радиочастотными соединителями, т.е. с помощью фидера. Функция фидера — в передаче электромагнитного колебания от радиопередатчика ко входу антенны и передаче электромагнитного колебания от антенны к радиоприемнику.
Антенна
Передающая антенна преобразует энергию волн, поступающих по фидеру от передатчика к антенне, в энергию свободных колебаний, распространяющихся в окружающем пространстве. Передающая антенна должна не просто излучать электромагнитные волны, а обеспечивать наиболее рациональное распределение энергии в пространстве. В связи с этим одной из основных характеристик передающих антенн является диаграмма направленности (ДН) — зависимость излучаемого поля от положения точки наблюдения (точка наблюдения должна находиться в дальней зоне — на неизменно большом расстоянии от антенны). Требования к направленности колеблются в очень широких пределах от близких к направленным (системы радиовещания и эфирного телевидения) до резко выраженной направленности в определенном направлении (дальняя космическая радиосвязь, радиолокация, радиоастрономия и т. д.). Направленность позволяет без увеличения мощности передатчика увеличить мощность поля, излучаемого в данном направлении, а также позволяет уменьшать помехи соседним радиотехническим системам, то есть способствует решению проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС). Направленность можно получить только когда размеры антенны существенно превышают длину волны колебаний.
Приёмная антенна улавливает энергию свободных колебаний и превращает её в энергию волн, которая поступает по фидеру на вход приемника. Для приемных антенн диаграмма направленности (ДН) — это зависимость тока в нагрузке антенны, то есть в конечном счете в приемнике, или ЭДС наводимой на входе приемника, от направления прихода электромагнитной волны, облучающей антенну. Наличие направленных свойств у приемных антенн позволяет не только увеличивать мощность выделяемую током в нагрузке, но и существенно ослаблять приём различного рода помех, то есть повышает качество приёма.
Любую передающую антенну можно использовать и для приёма электромагнитных волн и вообще говоря, наоборот, однако из этого не следует что они одинаковы по конструкции.
Фидер (радиотехника)
Важную роль в работе антенных устройств играет линия передач (фидер), которая передаёт энергию от генератора к антенне (в передающем режиме) или от антенны к приёмнику (в режиме приёма).
Основные требования к фидеру сводятся к его электрогерметичности (отсутствию излучения энергии из фидера) и малым тепловым потерям. В передающем режиме волновое сопротивление фидера должно быть согласовано с входным сопротивлением антенны (что обеспечивает в фидере режим бегущей волны) и с выходом передатчика (для максимальной отдачи мощности). В приёмном режиме согласование входа приёмника с волновым сопротивлением фидера обеспечивает в последнем режим бегущей волны. Согласование же волнового сопротивления фидера с сопротивлением нагрузки — условие максимальной отдачи мощности в нагрузку приёмника. В зависимости от диапазона радиоволн применяют различные типы фидеров:
· двух или много-проводные воздушные фидеры
· волноводы прямоугольного, круглого или эллиптического сечений
· линии с поверхностной волной
и другие
«Хорошая антенна - лучший усилитель высокой частоты»
Радиосвязь между двумя пунктами, расположенными на поверхности Земли осуществляется пространственными и поверхностными волнами.
В настоящее время в радиотехнике используются частоты от 1,5×104 до 3×1011 Гц. Радиоволны с учетом особенностей их распространения делятся на пять диапазонов, а диапазон ультракоротких волн дополнительно делится на пять поддиапазонов.
Ультракороткие волны (УКВ) отличаются от более длинных волн многими признаками и свойствами. Так, например, они распространяются преимущественно прямолинейно и почти не огибают природных и искусственных преград (гор, высоких строений), встречающихся на их пути. На распространение ультракоротких волн, в особенности дециметровых, сантиметровых и миллиметровых, существенное влияние оказывают рельеф местности, различные препятствия, а также метеорологические условия. Сантиметровые и миллиметровые волны сильно поглощаются атмосферными осадками (дождем, снегом) и газами атмосферы (кислородом, водяным паром), что приводит к быстрому ослаблению напряженности поля.
В настоящее время в диапазоне УКВ организовано как телевизионное вещание, так и высококачественное радиовещание, а также системы радиосвязи.
Для увеличения дальности передач на УКВ антенны поднимают над землей как можно выше.
В процессе организации связи, звукового и телевизионного вещания широко применяются радиосредства, обеспечивающие излучение и прием радиоволн.
Антенны можно классифицировать по различным признакам. На первый взгляд может показаться удобным разделить все антенны по характеру их использования на две группы: передающие и приемные. Однако между свойствами передающих и приемных антенн существует вполне определенная связь, следовательно, не имеет смысла изучать эти антенны раздельно. Можно также отметить, что на многих радиостанциях одна и та же антенна одновременно служит как для передачи, так и для приема.
Часто принято классифицировать антенны по диапазонам волн. Для коротких и более длинных волн характерным является применение антенн из проводов сравнительно небольшого поперечного сечения (линейных проводников). Для дециметровых и более коротких волн применяются антенны, у которых токи протекают по проводящим поверхностям, имеющим большие размеры по сравнению с длиной волны.
Назначение антенно-фидерного устройства
Антенно-фидерные устройства (АФУ) - предназначаются для передачи сигналов в системах радиосвязи, радиовещания, телевидения, а также других радиотехнических системах, использующих для передачи информации свободное распространение радиоволн.
Хотя антенна и фидер и являются самостоятельными элементами, их характеристики сильно взаимосвязаны и их часто рассматривают как единое целое - антенно-фидерное устройство (АФУ).
Функции антенн в указанных системах сводятся к излучению или приему электромагнитных волн. Соответственно различают передающие и приемные антенны, подключаемые либо к передатчику, либо к приёмнику. Подключение осуществляется обычно не непосредственно, а с помощью линий передачи энергии - фидеров.
Фидер-линия передачи электромагнитных волн от генератора к антенне (в передающем режиме) или от антенны к приёмнику (в режиме приёма).
Во многих случаях практического использования радиотехнической аппаратуры антенна оказывается удаленной от передатчика или приемника на некоторое расстояние. На коротких и метровых волнах это расстояние часто оказывается значительным по сравнению с длиной волны. В таких случаях антенна соединяется с передатчиком или приемником посредством фидерной системы, состоящей из фидерной линии и переходного устройства между антенной и фидером.
Основные требования к фидеру сводятся к его электрогерметичности (отсутствию излучения энергии из фидера) и малым тепловым потерям. В зависимости от диапазона радиоволн применяют различные типы фидеров:
· -двух или многопроводные воздушные фидеры
· -волноводы прямоугольного, круглого или эллиптического сечений
· -линии с поверхностной волной.
Антенна - устройство для излучения и приема радиоволн, она является преобразователем электрического тока радиочастотного диапазона в электромагнитное излучение, и наоборот.
Требования, предъявляемые к антенне, различны в зависимости от назначения радиостанции. Так, например, в случае работы радиовещательной станции, обслуживающей определенный район, в центре которого она расположена, передающая антенна, как правило, должна создавать равномерное излучение во все стороны, т. е. должна быть не направленной в горизонтальной плоскости. С другой стороны, антенна, например, радиолокационной станции, должна концентрировать излучение в малом телесном угле, т. е. должна быть остронаправленной. К приемной антенне часто предъявляется также требование направленного действия, т. е. требование более эффективного, приема волн, приходящих с определенных направлений. Пространственная избирательность приемной антенны наряду с частотной избирательностью и применением специальных фильтров в радиоприемнике является действенным средством борьбы с внешними помехами, естественными и искусственными. Таким образом, наряду с требованием эффективного излучения или приема радиоволн к антенне предъявляется требование определенного распределения в пространстве потока мощности излучаемых волн.
Антенны часто классифицируются по диапазонам волн. Для коротких и более длинных волн характерным является применение антенн из проводов сравнительно небольшого поперечного сечения (линейных проводников). Для дециметровых и более коротких волн применяются антенны, у которых токи протекают по проводящим поверхностям, имеющим большие размеры по сравнению с длиной волны.
Все антенны удобно разделить на две большие группы:
· -линейные антенны;
· -апертурные антенны;
· -антенные решетки, элементами которых являются либо линейные, либо апертурные излучатели.
Линейная антенна - тонкий металлический провод, в котором возбужден переменный электрический ток, или узкая щель в металлическом экране, между краями которой приложено переменное электрическое напряжение. Линейными антеннами называются любые излучающие системы малого (по сравнению с длиной) поперечного размера и с переменными токами, текущими вдоль оси системы. У линейных антенн размер поперечного сечения много меньше длины волны.
Характерным для линейных антенн является то, что распределение тока вдоль их оси мало зависит от конфигурации провода. Поэтому к линейным антеннам относятся не только прямолинейные антенны но также искривленные, изогнутые и свернутые провода и щели, если их поперечные размеры много меньше продольных и меньше длины волны, такие как:
· -симметричные и несимметричные вибраторы и антенны,
· -рамочные антенны,
· -проволочные антенны бегущей волны (в том числе спиральные),
· -тонкие щелевые антенны стоящих и бегущих волн.
Апертурные антенны - у них можно определить некоторую ограниченную воображаемую поверхность, через которую проходит весь поток излучаемой (принимаемой) электромагнитной энергии - апертуру или раскрыв, часто представляемый в виде плоскости. Размеры раскрыва обычно много больше длины волны. Примеры:
· -пирамидальная рупорная антенна,
· -зеркальная параболическая антенна,
· -линзовые антенны,
· -открытые излучающие концы волноводов.
Антенная решетка - антенна, состоящая из нескольких однотипных излучателей, определенным образом расположенных в пространстве и возбуждаемых одним генератором иди несколькими когерентными генераторами. Здесь удается получить как требуемое пространственное распределение излучаемой энергии, так и нужное управление та времени этим распределением. Типичная антенная решетка - директорная антенна УКВ - линейная решетка из полуволновых симметричных вибраторов.
Вибраторы, в зависимости от длины плеча, бывают полуволновые и волновые; т.е. при длине плеча l, равной половине принимаемой (передаваемой) волны ?- полуволновой, при l= ?- волновой вибратор.
Сопротивление излучения полуволнового вибратора равно 73? Ом. Его кпд весьма высок (более 90%).
Вследствие своей большей протяженности волновой вибратор несколько эффективнее, чем полуволновый, и имеет большее усиление.
Так как вибратор представляет собой проводник, открытый на концах, то его можно рассматривать как открытый колебательный контур. Его резонансная частота определяется индуктивностью и емкостью вибратора, зависящей от его геометрических размеров.
Почти все антенны коротковолнового и ультракоротковолнового диапазонов представляют собой комбинации из полуволновых вибраторов.
Если фидер подключен к вибратору в его середине, такой излучатель носит название симметричного.
Полуволновые вибраторы могут быть соединены в виде шлейфа, при этом образуется петлевой вибратор. Разновидностью простого петлевого вибратора является двойной петлевой вибратор . Полоса пропускания петлевых вибраторов больше, чем у простого вибратора.