Турникетная антенна , или антенна скрещенного диполя, [1] — радиоантенна , состоящая из набора двух одинаковых дипольных антенн , установленных под прямым углом друг к другу и питаемых в квадратуре фазы ; два тока, подаваемые на диполи, сдвинуты по фазе на 90 °. [2] [3] Название отражает представление о том, что антенна при горизонтальной установке выглядит как турникет . Антенну можно использовать в двух возможных режимах. В обычном режиме антенна излучает горизонтально поляризованные радиоволны, перпендикулярные своей оси. В осевом режиме антенна излучает излучение круговой поляризации вдоль своей оси.
В качестве антенн телевизионного вещания используются специализированные турникетные антенны нормального режима, называемые супертурникетами или антеннами типа «летучая мышь» . Турникеты осевого режима широко используются для антенн наземных спутниковых станций в диапазонах УКВ и УВЧ , поскольку для спутниковой связи часто используется круговая поляризация, поскольку она не чувствительна к ориентации спутниковой антенны в пространстве.
Антенна турникета была изобретена Джорджем Брауном в 1935 году [2] и описана в научной литературе в 1936 году. [4] История патентов показывает популярность турникетной антенны на протяжении многих лет. [5]
Антенну можно использовать в двух разных режимах: нормальном и осевом . [ нужна цитата ]
В направлениях, перпендикулярных своей оси, антенна излучает линейно поляризованные радиоволны ( горизонтально поляризованные, когда ось антенны вертикальна). Это называется нормальный режим . Диаграмма направленности , представляющая собой суперпозицию двух дипольных диаграмм, близка к всенаправленной , но на самом деле имеет форму «клеверного листа» с четырьмя небольшими максимумами на концах элементов. Рисунок отклоняется от всенаправленного всего на ±5 процентов. [3] Излучение в этих горизонтальных направлениях часто увеличивается за счет вертикального расположения нескольких антенн турникета (называемых «отсеками»), питаемых синфазно. Это увеличивает выигрыш за счет усиления излучения в желаемых горизонтальных направлениях, но вызывает частичное подавление излучения в вертикальных направлениях, уменьшая потери мощности, излучаемой в небо или вниз, к земле. Эти сложенные друг на друга турникетные антенны нормального режима используются на частотах ОВЧ и УВЧ для FM- и телевещания.
Поскольку первые турникеты, изобретенные Брауном, работали в этом режиме, турникет нормального режима иногда называют антенной турникета Джорджа Брауна . [3]
_Exercise_Triad_'84_DF-ST-86-05052.jpg/1280px-thumbnail.jpg)
С концов оси антенны, перпендикулярно плоскости элементов, антенна излучает радиоволны с круговой поляризацией (CP). Это называется осевым режимом . Излучение с одного конца имеет правостороннюю круговую поляризацию, а другой конец — левоциркулярную поляризацию. Какой конец создает какую поляризацию, определяется фазой питающих соединений. Поскольку в направленной антенне требуется только один луч, в простой антенне с осевым режимом добавляется плоская проводящая поверхность, такая как металлический экранный отражатель, на четверть длины волны позади скрещенных элементов. [1] Волны в этом направлении отражаются назад на 180°, и отражение меняет направление поляризации, поэтому отраженные волны усиливают прямое излучение. [1] Например, если радиоволны, излучаемые вперед, имеют правую круговую поляризацию, волны, излучаемые назад, будут иметь левую круговую поляризацию. Плоский отражатель меняет направление поляризации, поэтому отраженные волны имеют правую круговую поляризацию. При расположении отражателя λ/4 позади элементов прямые и отраженные волны совпадают по фазе и суммируются. Добавление отражателя увеличивает осевое излучение в 2 раза (3 дБ).
Другой распространенный способ увеличить излучение осевой моды — заменить каждый диполь решеткой Яги .
В антенне с круговой поляризацией важно, чтобы направление поляризации передающей и приемной антенн было одинаковым, поскольку антенна с правой круговой поляризацией будет страдать от серьезной потери усиления при приеме радиоволн с левой круговой поляризацией, и наоборот. наоборот.
Турникетные антенны осевого режима часто используются для спутниковых и ракетных антенн, [6] поскольку в спутниковой связи используется круговая поляризация . [ нужна цитата ] Это связано с тем, что в случае волн с круговой поляризацией относительная ориентация элементов антенны не влияет на усиление.
Чтобы антенна функционировала, на два диполя должны поступать токи одинаковой величины в квадратуре фазы , то есть фазы синусоидальных волн должны находиться под углом 90 ° друг от друга. [3] Это делается с помощью методов питающей линии или путем добавления реактивного сопротивления последовательно с диполями. [3]
Популярный метод питания двух диполей турникетной антенны заключается в разделении радиочастотного сигнала из линии передачи на два равных сигнала с помощью двустороннего делителя, а затем задержке одного из них на дополнительную электрическую длину на 90 градусов. Каждая фаза подается на один из диполей. [3]
Изменяя длину и форму диполей, комбинированный оконечный импеданс, подаваемый в одну точку питания, может достигать чистого сопротивления и давать квадратурные токи в каждом диполе. [3] [6] Этот метод изменения физических размеров антенного элемента для получения квадратурных токов известен как питание турникета . [1]
В оригинальном патенте Брауна описывалось вертикальное расположение нескольких турникетных антенн для создания всенаправленной антенны с горизонтальной поляризацией и высоким коэффициентом усиления для радиовещания. [3] [2] Они использовались для некоторых из первых антенн FM-вещания в 1930-х годах. Однако большинство современных антенн FM-вещания используют круговую поляризацию, поэтому мощность сигнала не будет меняться в зависимости от ориентации антенны приемника.
Более позднее нововведение включало изменение формы дипольных элементов с простых стержней на более широкие, чтобы увеличить полосу пропускания антенны. [7] Ранние антенны телевещания использовали элементы «сигарообразной формы», показанные на изображении антенны RCA Empire State Building 1939 года выше. Распространенной формой сегодня является антенна «крыло летучей мыши » или антенна -супертурникет , используемая для телевизионного вещания в диапазонах ОВЧ или УВЧ [8]. Форма каждого элемента « крыло летучей мыши » создает антенну с широкой полосой сопротивления. [1] До восьми антенн типа «крыло летучей мыши» обычно устанавливаются вертикально и питаются синфазно, образуя всенаправленную антенну с высоким коэффициентом усиления для телевещания. [3] [1] Широкая полоса пропускания была необходима в нижнем диапазоне аналогового телевизионного вещания УКВ, поскольку полоса пропускания телевизионного канала 6 МГц составляла около 10% от частоты. [1]
Для связи космических аппаратов (спутниковых и ракетных) использовалась круговая поляризация , поскольку круговая поляризация не чувствительна к взаимной ориентации антенн, а антенна космического корабля могла иметь любую ориентацию относительно наземной антенны. Для наземной станции часто использовались турникетные антенны Яги с высоким коэффициентом усиления.
Ракетная программа США Nike использовала осевой режим для телеметрии и модифицированную дипольную технику для создания квадратурных токов. [6]
Турникет – самая ранняя и популярная резонансная антенна для УКВ-вещания.