Всенаправленная антенна

Мачтовая излучающая антенна АМ-радиостанции
Штыревая антенна на рации

В радиосвязи всенаправленная антенна — это класс антенн , которые излучают одинаковую мощность радиосигнала во всех направлениях, перпендикулярных оси ( азимутальные направления), причем мощность изменяется в зависимости от угла к оси ( угол места ), снижаясь до нуля на оси. ^[1]^[2] При графическом отображении в трех измерениях (см. график) эта диаграмма направленности часто описывается как имеющая форму пончика . Это отличается от изотропной антенны , которая излучает одинаковую мощность во всех направлениях, имея сферическую диаграмму направленности. Всенаправленные антенны, ориентированные вертикально, широко используются для ненаправленных антенн на поверхности Земли, поскольку они излучают одинаково во всех горизонтальных направлениях, в то время как излучаемая мощность падает с углом места, поэтому мало радиоэнергии направляется в небо или вниз к земле и тратится впустую.

Всенаправленные антенны широко используются для антенн радиовещания ^[3] и в мобильных устройствах, использующих радио, таких как сотовые телефоны , FM-радио , рации , беспроводные компьютерные сети , беспроводные телефоны , GPS , а также для базовых станций, которые взаимодействуют с мобильными радиостанциями, такими как диспетчеры полиции и такси, а также для связи с самолетами.

Типы

Наиболее распространенными конструкциями всенаправленных антенн являются монопольная антенна , состоящая из вертикального стержневого проводника, установленного над проводящей заземляющей плоскостью , и вертикальная дипольная антенна , состоящая из двух коллинеарных вертикальных стержней. Четвертьволновой монополь и полуволновой диполь имеют вертикальные диаграммы направленности , состоящие из одного широкого лепестка с максимальным излучением в горизонтальных направлениях, поэтому они популярны. Четвертьволновой монополь, самая компактная резонансная антенна, может быть наиболее широко используемой антенной в мире. Пять восьмых волнового монополя, длиной длины волны, также популярен, потому что на этой длине монополь излучает максимальную мощность в горизонтальных направлениях. $5/8=0.625$

Распространенными типами всенаправленных антенн с низким коэффициентом усиления являются штыревая антенна , антенна «резиновая уточка» , антенна на земле , вертикально ориентированная дипольная антенна , дискоконическая антенна , мачтовый излучатель , горизонтальная рамочная антенна (иногда называемая в просторечии «круговой антенной» из-за своей формы) и гало-антенна .

Также могут быть построены всенаправленные антенны с более высоким коэффициентом усиления. «Большой коэффициент усиления» в этом случае означает, что антенна излучает меньше энергии при более высоких и низких углах возвышения и больше в горизонтальных направлениях. Всенаправленные антенны с высоким коэффициентом усиления обычно реализуются с использованием коллинеарных дипольных решеток . Они состоят из нескольких полуволновых диполей, установленных коллинеарно (в линию), питаемых в фазе. ^[4] Коаксиальная коллинеарная (COCO) антенна использует транспонированные коаксиальные секции для создания синфазных полуволновых излучателей. ^[5] Решетка Франклина использует короткие U-образные полуволновые секции, излучение которых компенсируется в дальнем поле, чтобы привести каждую полуволновую дипольную секцию в равную фазу. Другой тип — всенаправленная микрополосковая антенна (OMA). ^[6]

Анализ

Всенаправленные диаграммы направленности излучения производятся простейшими практичными антеннами, монопольными и дипольными антеннами , состоящими из одного или двух прямых стержневых проводников на общей оси. Коэффициент усиления антенны (G) определяется как эффективность антенны (e), умноженная на направленность антенны (D), которая математически выражается как: . Полезное соотношение между направленностью всенаправленной диаграммы направленности излучения (D) в децибелах и шириной луча половинной мощности (HPBW), основанное на предположении о форме диаграммы направленности, следующее: ^[7] $G=eD$ $\sin(b\theta )/{b\theta }$

D\approx 10\log _{10}\left({\frac {101.5}{{\text{HPBW}}-0.00272\,{\text{HPBW}}^{2}}}\right)\ {\text{ dB}}.

Смотрите также

Ссылки

^ Баланис, Константин А.; Иоаннидес, Панайотис И. (2007). Введение в интеллектуальные антенны. Морган и Клейпул. стр. 22. ISBN 978-1598291766.
^ Национальное управление телекоммуникационной информации (1997). Федеральный стандарт 1037C: Глоссарий телекоммуникационных терминов. Управление общих служб США. С. O-3. ISBN 1461732328.
^ «Теле- и радиопередачи являются всенаправленными, хотя и максимально сфокусированы на горизонте, а это означает большую рассеиваемость»: Могут ли наши телевизионные сигналы приниматься на других планетах?, BBC news, 6 августа 2008 г.
^ Джонсон, Р.; Джасик, Х., ред. (1984). Справочник по антенной инженерии . McGraw Hill. стр. 27–14.
^ Judasz, T., Balsley, B. (март 1989). «Улучшенные теоретические и экспериментальные модели для коаксиальной коллинеарной антенны». Труды IEEE по антеннам и распространению . 37 (3): 289–296. Bibcode : 1989ITAP...37..289J. doi : 10.1109/8.18724.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
^ Bancroft R (5 декабря 2005 г.). «Параметры конструкции всенаправленной планарной микрополосковой антенны». Microwave and Optical Technology Letters . 47 (5): 414–8. doi :10.1002/mop.21187. S2CID 109534272.
^ Макдональд, Ноэль (апрель 1999 г.). «Направленность всенаправленного рисунка при наличии второстепенных лепестков: пересмотр». Труды IEEE по антеннам и распространению . 41 (2): 63–8. doi :10.1109/74.769693.