4.1: Прелюдія до антен

Last updated
Save as PDF

Page ID: 29479

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Антени - це пристрої перетворення енергії, які перетворюють між електричною енергією та електромагнітною енергією. Антени можуть виступати як передавачами, так і приймачами. Передавачі перетворюють електричну енергію потоку електронів в енергію електромагнітних хвиль. Приймачі перетворюють енергію з електромагнітних хвиль в електричну енергію електронів в ланцюзі. Одна і та ж фізична антена може працювати в обох напрямках залежно від того, як вона використовується.

Антени навколо нас. Стільникові телефони і ноутбуки мають антени, а антени монтуються на дахах більшості автомобілів. Антени передають інформацію про електромережу на місцеву енергокомпанію, а антени на супутниках передають метеокарти метеостанцій на землі. Антени навіть вбудовані в RFID-мітки на сорочках в магазинах, і ці мітки використовуються для відстеження інвентарю та запобігання крадіжкам.

Інженери-електрики вивчають як електричну, так і електромагнітну енергію, причому слова, що використовуються для опису цих явищ, схожі. Це дійсно процес перетворення енергії? Відповідь - так. Електрична енергія передбачає протікання електронів через дріт. Ми часто думаємо про електрони як про частинки. Ми часто використовуємо термін електромагнітна хвиля для опису потоку електромагнітної енергії, що передається антеною. Однак електрони володіють як хвилеподібними, так і частиноподібними властивостями. Аналогічно електромагнітні хвилі мають як хвилеподібні, так і частиноподібні властивості. Задіяні довжини хвиль знаходяться на порядок один від одного, тому зручно обговорювати лише хвилеподібні або частинки властивості. Існують принципові відмінності між електрикою та електромагнітними хвилями. Ферміони - це елементарні частинки з напівцілими спіновим квантовим числом та квантово-механічними хвильовими функціями, які є антисиметричними при зміні двох частинок [46, с. 391]. Бозони - це елементарні частинки з цілими спіновим квантовим числом і з хвильовими функціями, які симетричні при зміні двох частинок [46, с. 391]. Електрони - це ферміони, тоді як електромагнітні хвилі - бозони. Отже, антени - це пристрої перетворення енергії. Повне обговорення відмінностей між ферміонами та бозонами вимагає вивчення квантової механіки та квантової теорії поля, які виходять за рамки цієї книги.

4.1.1.PNG — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Полухвильові дипольні та чвертьхвильові монопольні антени з центральним живленням.

Антена може бути такою ж простою, як один металевий стрижень, це може бути мідний слід на друкованій платі, це може бути конусоподібний ріг, або це може бути складне розташування декількох проводів. Деякі антени навіть нагадують плоскі або об'ємні фрактали [47] [48]. Розроблено сотні типів антен. Сімдесят п'ять типів обговорюються в [49], а 91 - в [50].

Найпростіша антена - це всього лише шматок дроту. Вона може бути прямою і підтягнутою, а може бути недбало нанизаною з дерева. Для антени, призначеної для роботи на довжині хвилі\(\lambda\), довжина антени часто приблизно\(\frac{\lambda}{2}\). Пряма антена довжини\(\frac{\lambda}{2}\) з сигналом, що подається в центр, називається центральним подається напівхвильовим диполем або\(\frac{\lambda}{2}\) диполем. Деякі антени розміщуються над провідною пластиною, або над струмопровідною поверхнею, яка виконує роль відбивача. Пряма антена навколо довжини,\(\frac{\lambda}{4}\) що подається сигналом на одному кінці з відбивачем під ним називається чвертьхвильовий монополь або\(\frac{\lambda}{4}\) монополь. Малюнок\(\PageIndex{1}\) ілюструє як дипольні, так і монопольні антени. Хоча випадковий провід буде діяти як антена, антена з частотною характеристикою, імпедансом, діаграмою випромінювання та електромагнітною поляризацією, розробленою для конкретного застосування, буде працювати набагато ефективніше, і ці фактори розглянуті нижче в п. 4.4.