Всенаправленная антенна

Радиоантенна, которая посылает сигналы во всех направлениях

• 
  Мачтовая излучающая антенна АМ-радиостанции
• 
  Штыревая антенна на рации

В радиосвязи всенаправленная антенна — это класс антенн , которые излучают равную радиомощность во всех направлениях, перпендикулярных оси ( азимутальные направления ), причем мощность меняется в зависимости от угла к оси ( угол места ), уменьшаясь до нуля на оси. ^{[1] [2]} При построении трехмерного графика (см. график) эту диаграмму направленности часто описывают как пончиковую . Это отличается от изотропной антенны , которая излучает одинаковую мощность во всех направлениях и имеет сферическую диаграмму направленности. Всенаправленные антенны, ориентированные вертикально, широко используются в качестве ненаправленных антенн на поверхности Земли, поскольку они излучают одинаково во всех горизонтальных направлениях, а излучаемая мощность падает с углом места, поэтому мало радиоэнергии направляется в небо или вниз, к земле, и теряется впустую. . Всенаправленные антенны широко используются в радиовещательных антеннах ^[3] и в мобильных устройствах, использующих радио, таких как сотовые телефоны , FM -радиоприемники , рации , беспроводные компьютерные сети , беспроводные телефоны , GPS , а также для базовых станций, которые обмениваются данными с мобильные радиостанции, такие как диспетчеры полиции и такси, а также авиационная связь.

Типы

Диаграмма направленности монопольной антенны 3λ/2 . Хотя излучение всенаправленной антенны симметрично в азимутальных направлениях, оно может сложным образом меняться в зависимости от угла места, имея лепестки и нули под разными углами.

Наиболее распространенными конструкциями всенаправленных антенн являются несимметричная антенна , состоящая из вертикального стержневого проводника, установленного над проводящей плоскостью заземления , и вертикальная дипольная антенна , состоящая из двух коллинеарных вертикальных стержней. И четвертьволновой монополь , и полуволновой диполь имеют вертикальную диаграмму направленности , состоящую из одного широкого лепестка с максимальным излучением в горизонтальных направлениях, поэтому они популярны. Четвертьволновой монополь, самая компактная резонансная антенна, возможно, самая широко используемая антенна в мире. Монополь пять восьмых волн длиной в одну длину волны также популярен, потому что при этой длине монополь излучает максимальную мощность в горизонтальных направлениях. ${\displaystyle 5/8=0.625}$

Распространенными типами всенаправленных антенн с низким коэффициентом усиления являются штыревая антенна , антенна «Rubber Ducky» , антенна наземной поверхности , вертикально ориентированная дипольная антенна , дискообразная антенна , мачтовый излучатель , горизонтальная рамочная антенна (иногда известная в просторечии как «круглая антенна» из-за форма) и гало-антенна .

Также могут быть построены всенаправленные антенны с более высоким коэффициентом усиления. «Более высокий коэффициент усиления» в данном случае означает, что антенна излучает меньше энергии при больших и меньших углах места и больше в горизонтальном направлении. Всенаправленные антенны с высоким коэффициентом усиления обычно реализуются с использованием коллинеарных дипольных решеток . Они состоят из нескольких полуволновых диполей , установленных коллинеарно (в линию), питаемых синфазно. ^[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 подавляется в дальней зоне, чтобы привести каждую полуволновую дипольную секцию в равную фазу. Другой тип — всенаправленная микрополосковая антенна (OMA). ^[6]

Анализ

Биконическая антенна ОВЧ-УВЧ с вертикальной поляризацией, 170–1100 МГц, со всенаправленной диаграммой направленности в Н-плоскости.

Всенаправленные диаграммы направленности создают простейшие практические антенны, монопольные и дипольные антенны , состоящие из одного или двух прямых стержневых проводников на общей оси. Усиление антенны (G) определяется как эффективность антенны (e), умноженная на направленность антенны (D), которая математически выражается как: . Полезная зависимость между направленностью всенаправленной диаграммы направленности (D) в децибелах и шириной луча половинной мощности (HPBW), основанная на предположении о форме диаграммы направленности, следующая: ^[7] ${\displaystyle G=eD}$ ${\displaystyle \sin(b\theta )/{b\theta }}$

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

Смотрите также

• Дроссельная кольцевая антенна
• Направленная антенна

Рекомендации

1. Баланис, Константин А.; Иоаннидес, Панайотис И. (2007). Введение в интеллектуальные антенны. Морган и Клейпул. п. 22. ISBN 978-1598291766.
2. Национальное управление телекоммуникационной информации (1997). Федеральный стандарт 1037C: Глоссарий телекоммуникационных терминов. Управление общих служб США. стр. О-3. ISBN 1461732328.
3. «Телевидение и радиопередачи всенаправлены, хотя и сосредоточены максимально к горизонту, а это означает большое распространение»: Можно ли принять наши телесигналы на других планетах? , BBC News, 6 августа 2008 г.
4. Джонсон, Р; Джасик, Х., ред. (1984). Справочник по проектированию антенн . МакГроу Хилл. стр. 27–14.
5. Иудас Т., Болсли Б. (март 1989 г.). «Улучшенные теоретические и экспериментальные модели коаксиальной коллинеарной антенны». Транзакции IEEE по антеннам и распространению . 37 (3): 289–296. Бибкод : 1989ITAP...37..289J. дои : 10.1109/8.18724.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
6. Бэнкрофт Р. (5 декабря 2005 г.). «Расчетные параметры всенаправленной планарной микрополосковой антенны». Письма о микроволновых и оптических технологиях . 47 (5): 414–8. дои : 10.1002/mop.21187. S2CID  109534272.
7. Макдональд, Ноэль (апрель 1999 г.). «Направленность всенаправленного рисунка при наличии второстепенных долей: еще раз». Транзакции IEEE по антеннам и распространению . 41 (2): 63–8. дои : 10.1109/74.769693.