ТВ антенна. Виды и конструкция. Работа и применение. Особенности

Tnv1M.jpg Помимо свойств радиоволн, необходимо тщательно подбирать антенны, для достижения максимальных показателей при приеме/передаче сигнала. Давайте ближе познакомимся с различными типами антенн и их предназначением.Антенны — преобразуют энергию высокочастотного колебания от передатчика в электромагнитную волну, способную распространяться в пространстве. Или в случае приема, производит обратное преобразование — электромагнитную волну, в ВЧ колебания.Диаграмма направленности — графическое представление коэффициента усиления антенны, в зависимости от ориентации антенны в пространстве.

Антенны
Симметричный вибратор

Ld2EG.jpg В простейшем случае состоит из двух токопроводящих отрезков, каждый из которых равен 1/4 длины волны. Широко применяется для приема телевизионных передач, как самостоятельно, так и в составе комбинированных антенн. Так, к примеру, если диапазон метровых волн телепередач проходит через отметку 200 МГц, то длина волны будет равна 1,5 м. Каждый отрезок симметричного вибратора будет равен 0,375 метра. Диаграмма направленности симметричного вибратора В идеальных условиях, диаграмма направленности горизонтальной плоскости, представляет собой вытянутую восьмерку, расположенную перпендикулярно антенне. В вертикальной плоскости, диаграмма представляет собой окружность. В реальных условиях, на горизонтальной диаграмме присутствуют четыре небольших лепестка, расположенных под углом 90 градусов друг к другу. Из диаграммы можем сделать вывод о том, как располагать антенну, для достижения максимального усиления. В случае не правильно подобранной длины вибратора, диаграмма направленности примет следующий вид: Основное применение, в диапазонах коротких, метровых и дециметровых волн.

Несимметричный вибратор

Или попросту штыревая антенна, представляет из себя «половину» симметричного вибратора, установленного вертикально. В качестве длины вибратора, применяют 1, 1/2 или 1/4 длины волны. Диаграмма направленности следующая: Представляет собой рассеченную вдоль «восьмерку». За счет того, что вторая половина «восьмерки» поглощается землей, коэффициент направленного действия у несимметричного вибратора в два раза больше, чем у симметричного, за счет того, что вся мощность излучается в более узком направлении. Основное применение, в диапазонах ДВ, КВ, СВ, активно устанавливаются в качестве антенн на транспорте.

Наклонная V-образная

Конструкция не жесткая, собирается путем растягивания токопроводящих элемементов на кольях. Имеет смещение диаграммы направленности в стороны противоположную острию буквы V Применяется для связи в КВ диапазоне. Является штатной антенной военных радиостанций.

Антенна бегущей волны

Также имеет название — антенна наклонный луч. Представляет из себя наклонную растяжку, длина которой в несколько раз больше длины волны. Высота подвеса антенны от 1 до 5 метров, в зависимости от диапазона работы. Диаграмма направленности имеет ярко выраженный направленный лепесток, что говорит о хорошем усилении антенны. Широко применяется в военных радиостанциях в КВ диапазоне. В развернутом и свернутом состоянии выглядит так:

Антенна волновой канал

Здесь: 1 — фидер, 2 — рефлектор, 3 — директоры, 4 — активный вибратор. Антенна с параллельными вибраторами и директорами, близкими к 0,5 длины волны, расположенными вдоль линии максимального излучения. Вибратор — активный, к нему подводятся ВЧ колебания, в директорах, наводятся ВЧ токи за счет поглощения ЭМ волны. Расстояние между рифлектором и директорами подпирается таким образом, чтобы при совпадении фаз ВЧ токов образовывался эффект бегущей волны. За счет такой конструкции, антенна имеет явную направленность:

Рамочная антенна

Направленность — двулепестковая Применяется для приема ТВ программ дециметрового диапазона. Как разновидность — рамочная антенна с рефлектором:

Логопериодическая антенна

Свойства усиления большинства антенн сильно меняются в зависимости от длины волны. Одной из антенн, с постоянной диаграммой направленности на разных частотах, является ЛПА. Отношение максимальной к минимальной длине волн для таких антенн превышает 10 — это довольно высокий коэффициент. Такой эффект достигается применением разных по длине вибраторов, закрепленных на параллельных несущих. Диаграмма направленности следующая: Активно применяется в сотовой связи при строительстве репитеров, используя способность антенн, принимать сигналы сразу в нескольких частотных диапазонах: 900, 1800 и 2100 МГц.

Поляризация

Поляризация — это направленность вектора электрической составляющей электромагнитной волны в пространстве. Различают: вертикальную, горизонтальную и круговую поляризацию.

Поляризация зависит от типа антенны и ее расположения. К примеру, вертикально расположенный несимметричный вибратор, дает вертикальную поляризацию, а горизонтально расположенный — горизонтальную. Антенны горизонтальной поляризации дают больший эффект, т.к. природные и индустриальные помехи, имеют в основном вертикальную поляризацию. Горизонтально поляризованные волны, отражаются от препятствий менее интенсивно, чем вертикально. При распространении вертикально поляризованных волн, земная поверхность поглощает на 25% меньше их энергии. При прохождении ионосферы, происходит вращение плоскости поляризации, как следствие, на приемной стороне не совпадает вектор поляризации и КПД приемной части падает. Для решения проблемы, применяют круговую поляризацию. Все эти факторы факторы следует учитывать при расчете радиолиний с максимальной эффективностью.

PS:

Данная статья обрисовывает лишь небольшую часть антенн и не претендует на замену учебнику антенно-фидерных устройств.

Для принятия бесплатного эфирного цифрового телевещания подойдет любой приемник дециметровых волн, на вещательное качество сигнала можно повлиять тщательным выбором антенны. Если принцип работы телевизионной антенны понятен, и вы любите экспериментировать, а также экономить, то лучше сделать её своими руками. В большинстве случаев для самостоятельной разработки выбирают пассивный тип антенн, так как эти устройства не включают в себя сложных технических устройств. Но отсутствие микросхем и другой электроники не относится к активным видам улавливателей телесигнала. Независимо от того какую по технологии приемную антенну вы решили изготовить из подручных материалов, сначала необходимо самому выяснить как она работает.

Устройство и физические принципы работы антенн

Эфирный ТВ сигнал на расстояние до 60 км., передается электромагнитной волной синусоидальной формы с высокой частотой в дециметровом диапазоне, и принимается цифровой антенной.

Электромагнитная волна - электромагнитное колебание,   распространяющееся в пространстве с конечной скоростью в форме синусоиды.

Считывающие усы вызывают напряжение V на сердечнике антенны при протекание в них электромагнитной волны. Синусоида разделяется на 2 полупериода, в результате чего полуволны формируют разность потенциалов с разными знаками.

Принцип работы цифровой антенны

Воздействие вызванного напряжения, в замкнутом приемном контуре приводит к прохождению в нем электрического тока, из входного сигнала с сопротивлением R. Усиленный и обработанный импульс в радиоканале DVB-T2 телевизора, транслируется на дисплее в формате 16:9 видеосигналом со звуком.

Как правильно поставить антенну

Источниками передающими энергию в электромагнитной волне выступают фотоны.

Фотоны - сгустки энергии с электромагнитным полем, не имеющие массы.

Движение заряженных частиц по любой проводящей поверхности выделяет электромагнитные волны. Эти колебания всегда двух синусоидальных видов:

  1. Магнитное;
  2. Электрическое.

Они всегда перпендикулярны друг другу. Когда электрическая волна параллельна горизонту, а магнитная расположена вертикально, то волна считается горизонтальной поляризации. Соответственно в другом случае волна вертикальной поляризации.

Схема вертикальной и горизонтальной поляризации телевизионного сигнала

Таким образом расположение несимметричного вибратора транслирующего телевизионный сигнал напрямую влияет на поляризацию волны. В применении вертикально расположенный передатчик — вертикальная поляризация, горизонтально — горизонтальная поляризация. В Российской зоне охвата цифрового телевидения принято использовать именно горизонтальную поляризацию. Так как естественные и промышленные преграды создающие трудности прохождению сигнала чаще всего расположены вертикально. Поэтому на вопрос: как правильно поставить антенну? Ответ: горизонтально. Антенна своими руками создается учитывая этот факт.

Как правильно поставить антенну

Требования к конструкции телевизионных антенн

Принцип работы телевизионной антенны ставит определенные условия на её структуру при разработке, особенно во время самостоятельного исполнения:

  • обязательная установка точно по линии оси электромагнитной волны, распространяющейся от передатчика;
  • самодельная конструкция своими руками должна быть выполнена сверх тщательно и скрупулезно, из-за возможного ухудшения сигнала в местах не качественной сборки;
  •  настроена в пространстве по типу поляризации;
  • перед тем как сделать антенну самому, необходимо рассчитать и убедиться в том что её конструкция будет закрыта и хорошо экранирована от побочных радиопомех, фона и шумов.
Коаксиальный экранированный кабель

Расчет антенны своими руками

Базовой физической величиной при  самостоятельном расчете и создание цифровой ТВ антенны берется длина электромагнитной волны излучения. Так как она оказывает большое влияние на свойства и работу телевизионного эфира. А соответственно от неё зависят конструкция и размеры антенны.

Выражение для расчета длины волны: λ =300/F (частота мультиплекса).

Узнать F для любого региона России можно в разделе — Карта зоны покрытия цифрового телевидения. Далее высчитываем амплитуду А полученной волны —  λ / 4, и используем результат для того чтобы сделать правильное приемное устройство.

Например 1-ый мультиплекс в Краснодаре транслирует на частоте:  F равной 618 МГц.  Тогда λ = 300 / 618 = 0,48 м.  Амплитуда А = 0,48/4 = 12 см.    Таким образом благодаря данным расчетом делать антенну Харченко в Краснодаре  мы будем с ребрами длинной или кратными 12 см.

Как сделать мощную антенну своими руками

Из любого металла проводящего электричество делаем 2 ромба и соединяем их углами, а за ними крепится отражатель, для того чтобы избавиться от помех.

Лучший метал для антенны Харченко своими руками — это проволока из меди или алюминия размерами 3 — 6 мм в диаметре.

Для присоединения цифровой антенны и получения сигнала на цифровом телевизоре необходим коаксиальный кабель нужных размеров.

Антенна Харченко своими руками

Как сделать антенну из кабеля своими руками

Идея упрощенной структуры самодельной антенны без использования меди и алюминия понравиться стремящимся выполнить замысел в домашних условиях. Для этого потребуется материал который можно найти дома или в гараже и коаксиальный кабель.

Как сделать квадратную антенну своими руками

В квадратной антенне узкополосный принцип, она применяется если ловить необходимо очень тихий, глухой сигнал. Также спасает в случаях, когда тихий сигнал «перебивается» сильным. По причине узкополосности — требуется более меткое определение цели с исходящим сигналом. Квадратное устройство подойдет для принятия цифрового ТВ обоих мультиплексов.

Устройство и сырьё для того чтобы сделать антенну своими руками

Создается такая конструктивная принимающая цифровой сигнал антенна из:

  • Медная или алюминиевая труба не большого диаметра ( 11-22 мм);
  • Латунная трубка (7 — 12 мм);
  • ДМВ диапазон — медная или латунная проволока диаметром 2-6 мм.

ТВ антенна – это устройство для улучшения качества приема волн телевизионных каналов. Принятый с ее помощью сигнал передается на телевизор по коаксиальному кабелю, который обеспечивает минимальное искажение. Антенны могут использоваться для приема аналогового, цифрового либо спутникового сигнала, что зависит от их конструктивных особенностей. На данный момент на территории России самыми распространенными являются антенны аналогового телевидения. Его трансляцию ведет Останкинская башня, используя метровые и дециметровые волны.

Виды телевизионных антенн

Устройство является очень распространенным, поскольку практически ни один телевизор не сможет работать без антенны, за исключением тех, которые подключаются к кабельному телевидению. Различные населенные пункты имеют разную удаленность от ретранслятора. Одни дома могут быть расположены в сотнях километрах от них, а другие всего в нескольких шагах. Этот фактор напрямую влияет на мощность антенны, которая позволит принимать сигнал приемлемого качества, компенсируя удаленность.

Все ТВ антенны можно разделить на 3 категории:
  • Комнатные.
  • Уличные.
  • Спутниковые.
Комнатная ТВ антенна

Эти устройства устанавливаются внутри помещения. Они самые дешевые, а кроме этого не требуют сложного монтажа. При выборе в их пользу не придется прокладывать коаксиальный кабель на улицу, проделывая сквозное отверстие в фасадной стене или раме окна. Огромным недостатком данной конструкции является слабый сигнал. В связи с этим их устанавливают только в зонах с расстоянием до 30 км от телецентра или ретранслятора. На более дальней дистанции получаемый сигнал будет иметь сильное искажение, что не позволит просматривать качественную картинку телепередач.

Комнатные антенны также могут оснащаться усилителем сигнала. Чем дальше от ретранслятора, тем более мощный усилитель потребуется. Данные устройства по конструкции разделяют на два вида:
  • Стержневые.
  • Рамочные.
Стержневые

Это самые слабые комнатные устройства. Они имеют 2 или 4 телескопических усов-вибраторов, которые и улавливают сигналы. Их длина обычно не превышает 1 м. Они подключаются к специальной подставке, которая внутри имеет согласующий трансформатор, передающий сигнал на коаксиальный кабель и дальше на телевизор. Использование такой конструкции имеет свои преимущества. Она легкая, а благодаря телескопическим усам может компактно складываться для транспортировки.

Если ретранслятор сигнала находится близко, усы можно сделать короткими, чтобы они не занимали полезное пространство. При отдаленности телебашни их высота ставится на максимум, что позволяет компенсировать расстояние. Зачастую стержневая ТВ антенна идет в комплекте с телевизором. Большинству она известна под народным названием «рожки». Такие антенны хорошо принимают волны в метровом диапазоне. Для проведения их настройки необходимо менять не только высоту, но и расстояние между усами, для чего предусматривается их крепление с помощью шарниров. Большим недостатком стержневой антенны является отсутствие универсальной настройки. Выставив положение усов для хорошего приема одного канала, второй начнет транслироваться на экране с помехами.

Рамочные

Более или менее совершенными являются устройства рамочного типа. Они улавливают сигналы в дециметровом диапазоне. Эти устройства имеют металлический контур, выполненный в виде рамки, которая закреплена на подставке. Такое оборудование все же лучше чем стержневое, но все равно далеко от идеала. Его не получится использовать при значительной удаленности от ретранслятора или телебашни.

Уличная ТВ антенна

Более мощными являются наружные антенны для приема телевизионного сигнала. Они устанавливаются на возвышении в зонах открытой видимости. Зачастую такие антенны можно увидеть на крышах многоэтажных домов. Жители частного сектора устанавливают их на вершине высокой металлической трубы зафиксированной вертикально. В этом случае обеспечивается возвышение на 10-15 м, что позволяет компенсировать искажение волн стенами домов и ветвями деревьев. Фактически, чем больше вокруг преград для сигнала, тем на более высокое расстояние необходимо поднять антенну.

Данные устройства бывают различной внешней конструкции, но все они разделяются на 2 вида по принципу действия:
  • Активные.
  • Пассивные.
Активная конструкция

Такая ТВ антенна имеет усилитель мощности, что позволяет принимать сигналы намного качественнее и компенсировать помехи. Подобные устройства выбираются в том случае, если ретранслятор находится далеко, а перед антенной имеются серьезные преграды рассеивающие сигналы, такие как дома, лесные массивы и линии электропередач. Также активное устройство потребуется, если установка ведется на низине, когда нет прямой видимости между источником трансляции и точкой приема.

Активные антенны могут передавать сигнал на несколько телевизоров. Для этого необходимо просто использовать специальный тройник для коаксиального кабеля. Применяемый у них усилитель требует отдельного источника питания. Для этого предусматривается понижающий блок на 12 вольт. Он подключается к коаксиальному кабелю у телевизора и подает напряжение к точке приема к усикам-вибраторам, возле которых находится скрытая в герметичном корпусе плата усилителя.

Пассивные устройства

Такие антенны стоят дешевле, но их можно выбирать только в том случае, если имеется прямая видимость без препятствий между точкой приема и оборудованием трансляции. В таких условиях использование усилителя не нужно. Жители отдельных домов могут проживать слишком близко к транслирующей башне, поэтому им нужна именно такая антенна. Но даже она может принимать сигнал с искажением от того, что он слишком сильный. В этом случае потребуется установка специального оборудования – аттенюатора. Он позволяет компенсировать этот недостаток, уменьшив силу сигнала до приемлемого для телевизора уровня.

Спутниковая антенна

Безусловно, самым лучшим оборудованием для получения телевизионного сигнала является спутниковая ТВ антенна. Она улавливает трансляцию не от расположенной на земле телебашни, а со спутника. Это массивная конструкция, которая стоит в разы дороже, чем уличные и тем более комнатные устройства. Антенна состоит из большой тарелки из металла окрашенной в белый цвет, которая выступает в роли экрана для фокусировки спутниковой трансляции. Попавшие на нее волны улавливаются конвертером, который выполнен в виде небольшой головки размером немного меньше кулака. Он настраивается на определенный спутник и принимает все телеканалы, которые тот передает. Количество конверторов на антенне отличается в зависимости от региона, но редко превышает 3 штуки.

Сигналы обычных трансляторов на земле и спутниковых отличаются, поэтому телевизор не может их воспринимать. В связи с этим между инвертором и телевизионным экраном устанавливается ресивер. Он представляет собой небольшое устройство, габариты которого немного меньше чем DVD приставки. Его задача заключается в трансформации спутникового сигнала в стандартный для телевизора.

Обычно, если в доме имеется два телевизора, то для каждого из них потребуется отдельная ТВ антенна, что обусловлено спецификой конвертера. При приеме одного канала со спутника он не может одновременно обрабатывать другой канал. Иными словами, если провести такое подключение, то все телевизоры будут показывать один телеканал.

Сравнительно недавно данная проблема была решена. Появились универсальные конвертеры, которые позволяют проводить подключение к двум телевизорам, сохранив возможность просмотра разных каналов. В их конструкции предусматривается два входа для подключения коаксиального кабеля. К сожалению, конструкция не идеальна. При выборе такого конвертера, будет использоваться одна ТВ антенна, но все равно к каждому телевизору потребуется подключить по ресиверу.

Спутниковые устройства передают на телевизор намного более качественный сигнал, чем наземные станции, поэтому пользуются большой популярностью, особенно в регионах, где трансляторы находится очень далеко. Даже вместе с очень сложным рельефом удастся смотреть телевизионные программы с идеальной картинкой, что было бы невозможно при использовании наружной антенны. Помехи при трансляции со спутника могут возникать только в случае сильной грозы или интенсивного снегопада.

Спутниковые антенны имеют массу преимуществ. Они безусловно лучше остальных видов, но у них имеется и недостаток. Помимо большей стоимости, они требуют квалифицированного обслуживания. Провести их установку самостоятельно вряд ли удастся, поскольку нужно изначально проверить качество сигнала и выставить тарелку в правильном направлении под нужным углом. Кроме этого, чтобы ресивер работал правильно, необходимо записать частоты каналов трансляции, которые периодически меняются. После прошивки можно будет просматривать все каналы на протяжении нескольких месяцев, после чего некоторые из них начнут исчезать, пока из сотен не останется всего несколько штук. Потребуется снова проводить перепрошивку. Сделать это самостоятельно сложно, потому что требуется специальный кабель и программное обеспечение с кодами каналов. Придется периодически обращаться в специализированные сервисные центры, услуги которых не бесплатны.

Если при нормальных погодных условиях спутниковая ТВ антенна начинает транслировать сигнал с помехами, то скорее всего это связано с отсутствием прямой видимости между тарелкой и спутником. Обычно это связано с разрастанием деревьев. Достаточно обрезать ветки и качество сигнала восстанавливается. Кроме этого, проблема может заключаться в изменение положения конвертера. При монтаже антенны он выставляется под правильным углом относительно расположение спутника. Если угол немного меняется, то качество приема искажается. Обычно во время сильного ветра плохо закрепленная тарелка может немного повернуться, буквально на несколько сантиметров. В этом случае требуется ее перенастройка. Это довольно сложно сделать без специального диагностического оборудования.

Похожие темы:

РубрикаОБОРУДОВАНИЕ

Добавлено 28 января 2017 в 18:30

Основы антенн

Антенны используются для передачи и приема информации через изменения электромагнитных полей, которые окружают их. Данная статья представляет собой введение в теорию антенн для начинающих. В ней кратко рассматривается само понятие волны, падающая, отраженная и стоячая волны, КСВ, модуляция, дипольная антенна.

Краткая история электромагнетизма

Более 2600 лет назад (и, вероятно, еще раньше) древние греки обнаружили, что кусок янтаря, натёртый об мех, притягивает легкие предметы, например, перья. Примерно в то же время древние люди обнаружили магнитную руду, которая представляет собой куски намагниченной горной породы.

Потребовалось несколько сотен лет, чтобы определить, что существует два различных вида притяжения и отталкивания (магнитное и электрическое): одинаковые отталкиваются, а противоположные притягиваются. Затем прошло еще 2000 лет перед тем, как ученые впервые обнаружили, что эти два совершенно разных явления природы были неразрывно связаны между собой.

В начале девятнадцатого века Ханс Кристиан Эрстед помести провод перпендикулярно стрелке компаса и ничего не увидел. Но когда он повернул провод параллельно стрелке компаса и пропустил через него ток, стрелка отклонилась в одном направлении. Когда он пропустил ток через провод в противоположном направлении, стрелка компаса также отклонилась в противоположном направлении.

0c0cbcc1b2b24372a4a85801690cbfa4ac35a6c9.jpeg
Ток, протекающий через проводник, расположенный перпендикулярно стрелке компаса, не вызывает ее движения
f400f2921565fe8874cc6dd1ea8abee52e972467.jpeg
Стрелка компаса, расположенная параллельно проводнику, через который проходит ток. При изменении направления протекания тока на противоположное направление отклонение стрелки также меняется на противоположное.

Этот провод был первой передающей антенной, а компас был первым приемником. Ученые в то время просто не знали об этом.

Пока не очень элегантно, этот эксперимент дал подсказку о том, как работает вселенная – что заряды, двигающиеся через провод, создают магнитное поле, которое перпендекулярно проводу. (Ученые вскоре узнали, что это поле, окружающее проводник, имеет круглую форму, а не форму прямой, перпендикулярной проводнику.)

С помощью этой информации ученые смогли описать способы, с которыми электрические и магнитные поля взаимодействуют с электрическими зарядами, и сформировать основы понимания электромагнетизма.

Видео выше показывает, как нить лампы накаливания, работающей от переменного тока, изгибается между точками крепления при воздействии сильного магнитного поля.

Вскоре Никола Тесла в своей лаборатории без проводов зажег лампы, продемонстрировал первую игрушечную лодку с дистанционным управлением и создал систему переменного тока, которую сегодня мы используем по всему миру для передачи электрической энергии.

Менее чем через столетие после эксперимента Эрстеда, Гульельмо Маркони изобрел способ передачи первых беспроводных телеграфных сигналов через Атлантику.

И вот теперь, через два столетия после первого эксперимента с компасом, мы можем делать фотографии далеких планет и отправлять их через необъятный космос на устройства, которые мы можем держать в руках – и всё благодаря антеннам.

f1ded71315360554b6a3dab192cfd6c3cc2ee389.jpeg
Фотография Плутона

Составные блоки

В нашей Вселенной действуют определенные правила. Люди обнаружили это тысячи лет назад, когда стали различать силу тяжести и способность одних объектов притягивать или отталкивать другие объекты. Затем люди обнаружили еще один набор правил притяжения и отталкивания, которые были полностью отделены от первого.

Люди разделили объекты по категориям и с помощью экспериментов определили, что положительный и отрицательный являются противоположными проявлениями свойства под названием «заряд», как и северный и южный полюса являются противоположными проявлениями чего-то под названием магнетизм, как и левая и правая руки являются двумя типами рук.

1d9e8f985dda11420bfe6dbc558ffd49b6c582c0.png
Изображение, показывающее зеркальную симметрию между электрическими зарядами, магнитными полюсами и руками

Что-то происходило в проводе Эрстеда независимо от того, была ли под ним стрелка компаса или нет. Это приводит к идее о неосязаемых электромагнитных полях, которые пронизывают Вселенную – и самые плотные материи, и вакуум. Каждый из наших объектов, отнесенных к категориям (+/-/N/S), влияет на пространство вокруг него и подвергается влиянию, если изменяется окружающее его поле.

Наложение волн (принцип суперпозиции)

Волны переносят энергию из одного места в другое.

Оставаясь нетронутым в течение длительного периода времени, поверхность воды в бассейне будет казаться плоской и неподвижной. Если побеспокоить воду в одном месте, молекулы воды побеспокоят соседние молекулы воды, которые побеспокоят соседние молекулы воды и так далее, пока волнение не дойдет до края бассейна.

Молекулы, которые начали цепь событий, остаются на месте, близкому их начальному расположению, но волнение достигнет края бассейна за секунды. Волны передают энергию без переноса вещества.

Одиночная волна в бассейне

Волны, как мы их описываем, это движение возмущения через среду. Одиночное начальное возмущение или миллион таких возмущений, к распространению возмущения приводит цепная реакция столкновений молекул в бассейне.

График распространения двух волн в бассейне

Когда две волны возмущают одну и ту же область пространства, их амплитуды будут складываться или вычитаться, создавая либо конструктивную, либо разрушающую интерференцию. Эта практика временного сложения или вычитания называется принципом суперпозиции.

График конструктивной интерференции волн

После того, как волны интерферируют в определенном месте, они продолжают движение в том же направлении и с той же скоростью, с какими они начали движение, так долго, пока они остаются в той же среде. Скорость и направление могут измениться, когда волна войдет в новую среду. Звуковые волны проходят через воздух, водные волны проходят через жидкости – вещества, через которые проходят волны, называются «средой».

Электромагнитные волны могут проходить через такие среды, как воздух и вода, или через пустоту космоса – они не требуют среды для распространения энергии из одного места в другое.

Отражение волны

При переходе волн из одной среды в другую часть их энергии передается, часть энергии отражается, а часть энергии рассеивается в окружающую среду.

Свойства материалов этих двух сред определяют соотношения передачи к отражению и рассеиванию. А также свойства материалов определяют, будет ли волна инвертироваться при отражении.

Передача и отражение энергии одиночного волнового импульса
Непрерывная падающая волна (оранжевый) попадает на границу сред, где часть энергии отражается (светло-оранжевый), а часть энергии передается (темно-оранжевый)

Отражение и инверсия

Когда волны распространяются из одной среды в другую, часть падающей энергии отражается. В зависимости от свойств материалов сред волны могут инвертироваться при отражении.

Представьте себе длинную пружину, привязанную к столбу. Если вы слегка ударите пружину слева, возмущение распространится по всей длине пружины, пока оно не ударит столб; и в этот момент оно изменит направление и начнет распространяться назад к вам с другой стороны, справа. Это и есть инверсия.

Инверсия волны при отражении

Возьмите ту же самую пружину и привяжите ее к веревке, одетой петлей на столб. Если вы слегка ударите пружину слева, возмущение распространится по всей длине пружины, пока оно не ударит веревку; в этот момент оно изменит направление и начнет распространяться назад к вам с той же стороны, слева.

Отсутствие инверсии при отражении

Понимание отражения колебаний пружины поможет нам понять, что происходит внутри антенны.

Вот четыре ситуации, которые помогут проиллюстрировать понятия отражения и инверсии.

Инвертируется или нет волна при отражении, это определяется свойствами сред по обе стороны границы раздела.

Если волна инвертируется при отражении, и мы хотим получить конструктивную интерференцию в веревке, у нас должна быть веревка длиной, равной половине длины волны, полной длине волны или полутора длин волны и так далее:(L = n {lambda over 2}), где n – целое положительное число.

Антенный резонанс основан на тех же принципах отражения и интерференции: выбирайте длину провода так, чтобы отраженная энергия могла интерферировать конструктивно, создавая больший сигнал, а, не уменьшая его.

Стоячие волны

Когда две волны одинаковой длины распространяются в одной среде, но в противоположных направлениях (изображены синим и оранжевым цветами в примерах ниже), они могут взаимодействовать и образовывать стоячую волну (изображена зеленым цветом в примерах ниже). Стоячие волны называются так потому, что в то время, как синие волны движутся влево, а оранжевые волны движутся вправо, зеленые стоячие волны не обладают никаким видимым движением в какую-либо сторону.

Падающая волна (оранжевая) и отраженная волна (синяя) объединяются, формируя стоячую волну (зеленая)

Стоячая волна возникает только при определенных условиях в среде, которые определяются режимом отражения и длиной падающей волны.

Коэффициент стоячей волны (КСВ, SWR)

Стоячие волны максимальной амплитуды возникают при очень точной комбинации частоты (или длины волны) и длины антенны.

К сожалению, нецелесообразно и фактически невозможно иметь антенны, которые обладают точной длиной, необходимой для формирования идеальной стоячей волны в требуемом диапазоне частот. К счастью, в этом нет необходимости. Антенна с одной фиксированной длиной может работать в небольшом диапазоне частот с небольшим, приемлемым уровнем расстройки.

b44874bde55a472ba830a91f08bfc6670bf0a953.png
Стоячие волны и напряжения в линии, показанные в течение периода колебаний

Длина антенны должна быть настроена для получения стоячей волны как можно более близкой к идеальной в центре рабочего диапазона частот.

Измерители КСВ (коэффициента стоячей волны) измеряют отношение передаваемой энергии к отраженной, и это отношение должно быть как можно ближе к 1:1.

Небольшие подстройки могут быть выполнены путем добавления в схему пассивных компонентов между оконечным каскадом усиления и антенной. Небольшие недостатки в настройке антенны могут вызвать появление разности потенциалов на конечном каскаде усиления, нагревание конечного участка передающей линии. Большой дисбаланс может вызвать подачу большой разности потенциалов обратно на схему передатчика, вызывая пробой диэлектрика, искрение и выход из строя оконечного усилителя.

Передача информации

Вероятно, наиболее известны два способа передачи информации: частотная модуляция (ЧМ, FM) и амплитудная модуляция (АМ, AM).

Частотная модуляция

При частотной модуляции информация передаются с помощью изменения частоты несущего колебания.

5a2e43ea56210f9abc9cc49232c6694e353992e4.jpeg
Частотная модуляция

Амплитудная модуляция

При амплитудной модуляции частота несущего колебания остается постоянной. Информация передается с помощью изменения амплитуды несущей.

5998840966e7c7c42fd6980f871a351c5dcc26c0.jpeg
Амплитудная модуляция

Дипольная антенна

Простая антенна, которая использует два одинаковых элемента, называется диполем. Самые короткие дипольные антенны работают с колебаниями, для которых длина антенны равна половине длины волны, и которые создают стоячие волны по всей длине антенны.

Стоячие волны в дипольной антенне

Изменяющиеся электрические поля вдоль длины антенны создают радиоволны, которые распространяются в направлениях от антенны.

Антенная, излучающая энергию

Антенны позволяют передавать и получать информацию, воздействуя и подвергаясь воздействию электромагнитных полей, пронизывающих вселенную. В следующей статье мы рассмотрим различные типы антенн, и как они работают.

Теги

AM / АМ (амплитудная модуляция)FM / ЧМ (частотная модуляция)VSWR / КСВН / КСВ (коэффициент стоячей волны по напряжению)АнтеннаДипольИнтерференцияКонструктивная интерференцияМодуляцияПринцип суперпозицииРазрушающая интерференцияСтоячая волнаЭлектромагнитное излучение (ЭМИ) / Electromagnetic radiation (EMR) Оглавление Вперед Используемые источники:

  • https://habr.com/ru/post/158273/
  • http://tele-kadr.ru/antenna-diy/
  • https://electrosam.ru/glavnaja/slabotochnye-seti/oborudovanie/tv-antenna/
  • https://radioprog.ru/post/161

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий