Ăng-ten thực sự hoạt động như thế nào?

2021-9-16 www.whwireless.com

Ước tính 8 phút để đọc xong

Ăng ten được sử dụng rộng rãi trong viễn thông, ví dụ như trong liên lạc vô tuyến, đài phát thanh và truyền hình.

Ăng-ten thu nhận sóng điện từ và chuyển đổi chúng thành tín hiệu điện, hoặc nhận tín hiệu điện và bức xạ chúng dưới dạng sóng điện từ.

Trong bài viết này, chúng ta hãy xem xét khoa học đằng sau ăng ten.

Nếu chúng ta có một tín hiệu điện, làm thế nào để chúng ta chuyển nó thành sóng điện từ?

Bạn có thể có một câu trả lời đơn giản trong đầu: đó là sử dụng một dây dẫn kín, với sự trợ giúp của nguyên lý cảm ứng điện từ, sẽ có thể tạo ra từ trường dao động và điện trường xung quanh nó.

Tuy nhiên, trường dao động này xung quanh nguồn không được sử dụng trong việc truyền tín hiệu.

Ở đây điện từ trường không lan truyền mà chỉ dao động.

Trong một ăng-ten, các sóng điện từ xung quanh nguồn cần phải được tách ra khỏi nguồn và chúng sẽ lan truyền.

Trước khi xem xét cách tạo ra một ăng-ten, chúng ta hãy hiểu về vật lý của một ăng-ten.

Tách sóng xem xét vị trí của một điện tích dương và một điện tích âm. Cặp điện tích được sắp xếp rất gần nhau này được gọi là lưỡng cực, và chúng hiển nhiên tạo ra một điện trường như trong sơ đồ.

Giả sử các điện tích này như hình vẽ, dao động tại trung điểm của đường đi thì vận tốc đạt cực đại và khi kết thúc đường đi của chúng thì vận tốc bằng không, và do vận tốc thay đổi nên các hạt mang điện sẽ liên tiếp nhau. gia tốc và giảm tốc.

Thách thức bây giờ là tìm ra cách làm cho trường điện từ thay đổi do chuyển động này.

Chúng ta hãy tập trung vào chỉ một đường sức điện trường giãn nở và biến dạng trước sóng hình thành tại thời điểm không, sau một khoảng thời gian là 1/8.

Như trong sơ đồ.

Bạn có thể ngạc nhiên khi mong đợi một điện trường đơn giản được hiển thị tại vị trí này như hình dưới đây.

Tại sao điện trường lại nở ra để tạo thành điện trường như thế này?

Đó là bởi vì các điện tích tăng hoặc giảm tốc tạo ra một số hiệu ứng nhớ điện trường và điện trường cũ không dễ dàng thích ứng với điện trường mới. Chúng ta sẽ mất một thời gian để hiểu được điện trường hiệu ứng bộ nhớ này hoặc các điện tích tăng hoặc giảm tốc do đường gấp khúc tạo ra.

Chúng ta sẽ thảo luận chi tiết hơn về chủ đề thú vị này trong một bài viết khác.

Nếu chúng ta tiếp tục phân tích theo cách tương tự, chúng ta có thể thấy rằng trong một phần tư thời gian, mặt trước sóng gặp nhau tại một điểm mà ở đó.

Sau đó, các mặt trận sóng tách ra và lan truyền.

Lưu ý rằng điện trường thay đổi này sẽ tự động tạo ra một từ trường vuông góc với sự thay đổi của nó.

Nếu bạn vẽ biểu đồ sự biến thiên của cường độ điện trường theo khoảng cách, bạn có thể thấy rằng sự truyền sóng về bản chất là hình sin.

Điều thú vị là bước sóng lan truyền thu được chính xác gấp đôi độ dài của lưỡng cực.

Đây chính xác là những gì chúng ta cần ở một ăng-ten; Tóm lại, nếu sắp xếp được các điện tích âm và dương dao động, chúng ta có thể chế tạo ra một ăng-ten.

Trong thực tế, điện tích dao động này dễ dàng được tạo ra bằng cách lấy một thanh dẫn bị uốn cong ở tâm và đặt một tín hiệu điện áp vào tâm, giả sử đây là tín hiệu biến thiên theo thời gian, hãy xem xét một tình huống mà tại thời điểm 0 do hiệu điện thế, êlectron sẽ di chuyển ra ngoài. của phía bên phải của lưỡng cực và sẽ được tích lũy ở phía bên trái.

Điều này có nghĩa là đầu kia của electron bị mất sẽ tự động được tích điện dương.

Sự sắp xếp này tạo ra hiệu ứng tương tự như trường hợp điện tích lưỡng cực trước đó, tức là có một điện tích âm và dương ở cuối dây, và khi điện áp thay đổi theo thời gian, các điện tích âm và dương chuyển động qua lại, do đó tạo ra sự truyền sóng.

Bây giờ chúng tôi đã thấy làm thế nào ăng ten hoạt động như một máy phát, tần số của tín hiệu truyền đi sẽ giống với tần số của tín hiệu điện áp đặt vào:

Vì sự truyền đi với tốc độ ánh sáng, chúng ta có thể dễ dàng tính được bước sóng của sự truyền tại.

Cho hoàn hảo truyền tải , chiều dài của ăng-ten phải bằng một nửa bước sóng. Hoạt động của ăng-ten có thể đảo ngược và nó có thể hoạt động giống như một máy thu.

Nếu trường điện từ lan truyền chạm vào nó, chúng ta sẽ sử dụng lại cùng một ăng ten và đặt một điện trường tại điểm đó, các electron sẽ tích tụ ở một đầu của thanh, điều này giống như một lưỡng cực điện, khi điện trường đặt vào thay đổi tích tụ điện tích dương và điện tích âm ở đầu kia, sự tích tụ điện tích thay đổi có nghĩa là tín hiệu điện áp thay đổi được tạo ra ở trung tâm của ăng-ten.

Tín hiệu điện áp này là đầu ra của ăng ten khi nó đang hoạt động như một máy thu và tần số của tín hiệu điện áp đầu ra giống với tần số của sóng sáng thu được.

Rõ ràng từ cấu trúc điện trường rằng ăng ten phải có kích thước bằng một nửa bước sóng để thu được mong muốn.

Trong tất cả các cuộc thảo luận này, chúng ta đã thấy rằng ăng-ten là một mạch hở, bây giờ chúng ta hãy xem xét một số ăng-ten thực tế và cách chúng hoạt động.

Trước đây, quá trình thu sóng TV sử dụng một ăng-ten thu lưỡng cực với dải màu làm lưỡng cực thu ăng ten , ăng ten này cũng cần một bộ phản xạ và dẫn hướng để thu thập tín hiệu trên lưỡng cực, cấu trúc hoàn chỉnh này được gọi là ăng ten Yagi-Uda.

Các ăng ten lưỡng cực chuyển đổi tín hiệu nhận được thành tín hiệu điện và các tín hiệu điện này được truyền đến thiết bị TV thông qua cáp đồng trục.

Hôm nay chúng ta đã chuyển sang ăng-ten TV Dish, bao gồm hai thành phần chính, một bộ phản xạ hình parabol và một bộ chuyển đổi khối nhiễu thấp.

Hình paraboloid nhận các tín hiệu điện từ từ vệ tinh và tập trung chúng vào lnbf, có hình dạng đặc biệt và được thiết kế đặc biệt và chính xác.

Lnbf bao gồm một feedhorn, ống dẫn sóng, PCB và đầu dò.

Trong sơ đồ bên dưới, bạn có thể thấy cách tín hiệu đến được tập trung vào đầu dò thông qua feedhorn và ống dẫn sóng

Như chúng ta đã thấy trong trường hợp lưỡng cực đơn giản, một điện áp được tạo ra và tín hiệu điện áp được tạo ra được đưa đến PCB để xử lý tín hiệu.

Ví dụ, tín hiệu được lọc từ tần số cao xuống tần số thấp và được khuếch đại sau khi xử lý, và tín hiệu điện này được truyền đến thiết bị TV thông qua cáp đồng trục.

Nếu bạn bật Lnb, bạn có khả năng tìm thấy hai đầu dò thay vì một, đầu dò thứ hai vuông góc với đầu dò đầu tiên, có nghĩa là phổ có sẵn có thể được sử dụng hai lần bằng cách gửi phân cực ngang hoặc dọc.

Một đầu dò phát hiện tín hiệu phân cực ngang và đầu dò còn lại phát hiện tín hiệu phân cực dọc.

Điện thoại bạn đang cầm sử dụng một loại ăng-ten hoàn toàn khác được gọi là ăng-ten vá. Ăng ten vá bao gồm một miếng vá hoặc dải kim loại được đặt trên mặt phẳng với một miếng vật liệu điện môi ở giữa, ở đây miếng vá kim loại được sử dụng làm phần tử bức xạ và chiều dài của miếng vá kim loại phải bằng một nửa bước sóng thích hợp. truyền và nhận.

Xin lưu ý rằng mô tả về ăng-ten vá mà chúng tôi minh họa ở đây là rất cơ bản.

www.whwireless.com