Antena de alta ganancia
¿Cómo funcionan realmente las antenas?
2021-9-16 www.whwireless.com
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Antenas se utilizan ampliamente en telecomunicaciones, por ejemplo en radiocomunicaciones, radio y televisión.
Las antenas captan ondas electromagnéticas y las convierten en señales eléctricas, o captan señales eléctricas y las irradian como ondas electromagnéticas.
En este artículo, echemos un vistazo a la ciencia detrás antenas.
Si tenemos una señal eléctrica, ¿cómo la convertimos en una onda electromagnética?
Probablemente tengas una respuesta simple en mente: es usar un cable cerrado que, con la ayuda del principio de inducción electromagnética, podrá generar un campo magnético fluctuante y un campo eléctrico a su alrededor.
Sin embargo, este campo fluctuante alrededor de la fuente no sirve de nada en la transmisión de la señal.
Aquí el campo electromagnético no se propaga, simplemente fluctúa.
En una antena, las ondas electromagnéticas alrededor de la fuente deben separarse de la fuente y deben propagarse.
Antes de ver cómo hacer una antena, comprendamos la física de una antena.
La separación de ondas considera la ubicación de una carga positiva y una carga negativa. Este par de cargas dispuestas muy juntas se llama dipolo y obviamente producen un campo eléctrico como se muestra en el diagrama.
Suponiendo que estas cargas son como se muestra, oscilando en el punto medio de su camino, la velocidad alcanzará un máximo y al final de su camino, la velocidad será cero, y debido al cambio de velocidad, las partículas cargadas experimentarán sucesivas aceleraciones y desaceleraciones.
El desafío ahora es descubrir cómo hacer que el campo electromagnético varíe debido a este movimiento.
Centrémonos en una sola línea de campo eléctrico que se expande y se deforma frente a la onda que se forma en el tiempo cero, después de un período de tiempo de un octavo.
Como se muestra en el diagrama.
Es posible que se sorprenda al esperar que se muestre un campo eléctrico simple en esta ubicación, como se muestra a continuación.
¿Por qué el campo eléctrico se expande para formar un campo eléctrico como este?
Esto se debe a que las cargas que se aceleran o desaceleran producen algún efecto de memoria de campo eléctrico y el antiguo campo eléctrico no se adapta fácilmente al nuevo campo eléctrico. Nos llevará algún tiempo comprender este campo eléctrico de efecto memoria o las cargas de aceleración o desaceleración producidas por la torcedura.
Discutiremos este interesante tema con más detalle en otro artículo.
Si continuamos el análisis de la misma manera, podemos ver que en un cuarto de período de tiempo el frente de onda se encuentra en un punto donde.
Después de esto, los frentes de onda se separan y se propagan.
Tenga en cuenta que este campo eléctrico cambiante genera automáticamente un campo magnético perpendicular a su cambio.
Si traza la variación de la intensidad del campo eléctrico con la distancia, puede ver que la propagación de la onda es intrínsecamente sinusoidal.
Es interesante notar que la longitud de onda de propagación resultante es exactamente el doble de la longitud de la dipolo.
Esto es exactamente lo que necesitamos en una antena; en resumen, si podemos disponer cargas oscilantes positivas y negativas, podemos hacer una antena.
En la práctica, esta carga oscilante se produce fácilmente tomando una varilla conductora doblada en el centro y aplicando una señal de voltaje en el centro, asumiendo que esta es una señal variable en el tiempo, considere una situación en la que en el momento 0 debido al voltaje el electrón saldrá del lado derecho del dipolo y se acumularán en el lado izquierdo.
Esto significa que el otro extremo del electrón perdedor se cargará automáticamente de forma positiva.
Esta disposición produce el mismo efecto que el caso de carga del dipolo anterior, es decir, hay una carga positiva y negativa al final del cable, y a medida que el voltaje cambia con el tiempo, las cargas positivas y negativas viajan hacia adelante y hacia atrás, produciendo así la propagación de la onda.
Ahora hemos visto cómo el antena funciona como transmisor, la frecuencia de la señal transmitida será la misma que la frecuencia de la señal de voltaje aplicada: el
Dado que la propagación viaja a la velocidad de la luz, podemos calcular fácilmente la longitud de onda de propagación en.
Perfecto transmisión , la longitud de la antena debe ser la mitad de la longitud de onda. El funcionamiento de la antena es reversible y puede funcionar como un receptor.
Si el campo electromagnético que se propaga lo golpea, usaremos la misma antena nuevamente y aplicaremos un campo eléctrico en ese punto, los electrones se acumularán en un extremo de la varilla, esto es lo mismo que un dipolo eléctrico, cuando el campo eléctrico aplicado cambia el cargas positivas y negativas que se acumulan en el otro extremo, la acumulación de carga cambiante significa que se genera una señal de voltaje cambiante en el centro de la antena.
Esta señal de voltaje es la salida del antena cuando está funcionando como receptor, y la frecuencia de la señal de voltaje de salida es la misma que la frecuencia de la onda AM recibida.
De la estructura del campo eléctrico se desprende claramente que la antena debe tener la mitad del tamaño de la longitud de onda para obtener la recepción deseada.
En toda esta discusión hemos visto que la antena es un circuito abierto, ahora veamos algunas antenas reales y cómo funcionan.
En el pasado, la recepción de televisión utilizaba una antena receptora dipolo con una franja de color como receptor dipolo antena , esta antena también necesitaba un reflector y una guía para recoger la señal en el dipolo, esta estructura completa se conocía como antena Yagi-Uda.
los antena dipolo convierte la señal recibida en una señal eléctrica y estas señales eléctricas se transmiten a la unidad de TV a través de un cable coaxial.
Hoy hemos pasado a la antena Dish TV, que consta de dos componentes principales, un reflector parabólico y un convertidor descendente de bloque de bajo ruido.
El paraboloide recibe las señales electromagnéticas del satélite y las enfoca en el lnbf, que tiene una forma especial y ha sido diseñado de manera especial y precisa.
El lnbf consta de una bocina de alimentación, una guía de ondas, una placa de circuito impreso y una sonda.
En el diagrama a continuación, puede ver cómo la señal entrante se enfoca en la sonda a través de la bocina de alimentación y la guía de ondas.
Como vimos en el caso del dipolo simple, se induce un voltaje y la señal de voltaje así generada se alimenta a la PCB para el procesamiento de la señal.
Por ejemplo, la señal se filtra de frecuencias altas a bajas y se amplifica después del procesamiento, y esta señal eléctrica se transmite a la unidad de TV a través de un cable coaxial.
Si enciende un Lnb, es probable que encuentre dos sondas en lugar de una, la segunda sonda es perpendicular a la primera, lo que significa que el espectro disponible se puede usar dos veces enviando polarización horizontal o vertical.
Una sonda detecta la señal polarizada horizontalmente y la otra detecta la señal polarizada verticalmente.
El teléfono que está sosteniendo utiliza un tipo de antena completamente diferente llamada antena de parche. Una antena de parche consiste en un parche o tira de metal colocado en un plano de tierra con un trozo de material dieléctrico en el medio, aquí el parche de metal se usa como elemento radiante y la longitud del parche de metal debe ser la mitad de la longitud de onda del correspondiente. transmitir y recibir.
Tenga en cuenta que la descripción de las antenas de parche que ilustramos aquí es muy básica.
