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Come funzionano effettivamente le antenne?
2021-9-16 www.whwireless.com
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Antenne sono ampiamente utilizzati nelle telecomunicazioni, ad esempio nelle comunicazioni radio, radio e televisione.
Le antenne captano le onde elettromagnetiche e le convertono in segnali elettrici, oppure captano i segnali elettrici e li irradiano come onde elettromagnetiche.
In questo articolo, diamo un'occhiata alla scienza dietro antenne.
Se abbiamo un segnale elettrico, come lo convertiamo in un'onda elettromagnetica?
Probabilmente hai in mente una risposta semplice: ovvero utilizzare un filo chiuso che, con l'aiuto del principio dell'induzione elettromagnetica, sarà in grado di generare un campo magnetico fluttuante e un campo elettrico attorno ad esso.
Tuttavia, questo campo fluttuante attorno alla sorgente non è di alcuna utilità nella trasmissione del segnale.
Qui il campo elettromagnetico non si propaga, si limita a fluttuare.
In un'antenna, le onde elettromagnetiche intorno alla sorgente devono essere separate dalla sorgente e dovrebbero propagarsi.
Prima di esaminare come realizzare un'antenna, comprendiamo la fisica di un'antenna.
La separazione delle onde considera il posizionamento di una carica positiva e di una carica negativa. Questa coppia di cariche disposte molto vicine tra loro è chiamata dipolo, e producono ovviamente un campo elettrico come mostrato nel diagramma.
Supponendo che queste cariche siano come mostrato, oscillando nel punto medio del loro percorso, la velocità raggiungerà un massimo e alla fine del loro percorso, la velocità sarà zero e, a causa della variazione di velocità, le particelle cariche sperimenteranno successive accelerazioni e decelerazioni.
La sfida ora è scoprire come far variare il campo elettromagnetico a causa di questo movimento.
Concentriamoci su una sola linea di campo elettrico che si espande e si deforma davanti all'onda che si forma al tempo zero, dopo un periodo di un ottavo.
Come mostrato nel diagramma.
Potresti essere sorpreso di aspettarti che un semplice campo elettrico venga mostrato in questa posizione come mostrato di seguito.
Perché il campo elettrico si espande per formare un campo elettrico come questo?
È perché le cariche in accelerazione o in decelerazione producono un effetto memoria del campo elettrico e il vecchio campo elettrico non si adatta facilmente al nuovo campo elettrico. Ci vorrà del tempo per capire questo campo elettrico ad effetto memoria o le cariche in accelerazione o decelerazione prodotte dal nodo.
Tratteremo questo interessante argomento in modo più dettagliato in un altro articolo.
Se continuiamo l'analisi allo stesso modo, possiamo vedere che in un quarto di tempo il fronte d'onda si incontra in un punto in cui.
Dopo questo, i fronti d'onda si separano e si propagano.
Si noti che questo campo elettrico variabile genera automaticamente un campo magnetico perpendicolare al suo cambiamento.
Se si traccia la variazione dell'intensità del campo elettrico con la distanza, si può vedere che la propagazione dell'onda è intrinsecamente sinusoidale.
È interessante notare che la lunghezza d'onda di propagazione risultante è esattamente il doppio della lunghezza del dipolo.
Questo è esattamente ciò di cui abbiamo bisogno in un'antenna; in breve, se possiamo disporre cariche positive e negative oscillanti, possiamo realizzare un'antenna.
In pratica questa carica oscillante si produce facilmente prendendo una bacchetta conduttrice piegata al centro e applicando al centro un segnale di tensione, supponendo che si tratti di un segnale variabile nel tempo, si consideri una situazione in cui all'istante 0 a causa della tensione l'elettrone si allontanerà del lato destro del dipolo e si accumulerà sul lato sinistro.
Ciò significa che l'altra estremità dell'elettrone perdente sarà automaticamente caricata positivamente.
Questa disposizione produce lo stesso effetto del precedente caso di carica dipolo, cioè c'è una carica positiva e negativa all'estremità del filo, e quando la tensione cambia nel tempo le cariche positive e negative viaggiano avanti e indietro, producendo così la propagazione dell'onda.
Abbiamo ora visto come il antenna funziona come un trasmettitore, la frequenza del segnale trasmesso sarà la stessa della frequenza del segnale di tensione applicato: il
Poiché la propagazione viaggia alla velocità della luce, possiamo facilmente calcolare la lunghezza d'onda di propagazione a.
Per perfetto trasmissione , la lunghezza dell'antenna dovrebbe essere la metà della lunghezza d'onda. Il funzionamento dell'antenna è reversibile e può funzionare come un ricevitore.
Se il campo elettromagnetico in propagazione lo colpisce, utilizzeremo di nuovo la stessa antenna e applicheremo un campo elettrico in quel punto, gli elettroni si accumuleranno ad un'estremità dell'asta, questo è lo stesso di un dipolo elettrico, quando il campo elettrico applicato cambia il cariche positive e negative che si accumulano all'altra estremità, l'accumulo di carica variabile significa che un segnale di tensione variabile viene generato al centro dell'antenna.
Questo segnale di tensione è l'uscita del antenna quando funziona come ricevitore e la frequenza del segnale di tensione di uscita è uguale alla frequenza dell'onda a.m. ricevuta.
È chiaro dalla struttura del campo elettrico che l'antenna dovrebbe essere la metà della lunghezza d'onda per ottenere la ricezione desiderata.
In tutta questa discussione abbiamo visto che l'antenna è un circuito aperto, ora esaminiamo alcune antenne reali e come funzionano.
In passato, la ricezione TV utilizzava un'antenna ricevente dipolo con una striscia colorata come ricezione dipolo antenna , questa antenna aveva anche bisogno di un riflettore e di una guida per raccogliere il segnale sul dipolo, questa struttura completa era conosciuta come antenna Yagi-Uda.
Il antenna a dipolo converte il segnale ricevuto in un segnale elettrico e questi segnali elettrici vengono trasmessi all'unità TV tramite un cavo coassiale.
Oggi siamo passati all'antenna Dish TV, che consiste in due componenti principali, un riflettore parabolico e un down-converter a blocco a basso rumore.
Il paraboloide riceve i segnali elettromagnetici dal satellite e li focalizza sull'lnbf, che ha una forma particolare ed è stato appositamente e precisamente progettato.
L'lnbf è costituito da un feedhorn, una guida d'onda, un PCB e una sonda.
Nel diagramma sottostante, puoi vedere come il segnale in ingresso viene focalizzato sulla sonda attraverso il feedhorn e la guida d'onda
Come abbiamo visto nel caso del dipolo semplice, viene indotta una tensione e il segnale di tensione così generato viene inviato al PCB per l'elaborazione del segnale.
Ad esempio, il segnale viene filtrato dalle alte alle basse frequenze e amplificato dopo l'elaborazione e questo segnale elettrico viene trasmesso all'unità TV tramite un cavo coassiale.
Se accendi un Lnb è probabile che trovi due sonde invece di una, la seconda sonda è perpendicolare alla prima, il che significa che lo spettro disponibile può essere utilizzato due volte inviando polarizzazione orizzontale o verticale.
Una sonda rileva il segnale polarizzato orizzontalmente e l'altra rileva il segnale polarizzato verticalmente.
Il telefono che hai in mano utilizza un tipo di antenna completamente diverso chiamato antenna patch. Un'antenna patch è costituita da una patch o striscia di metallo posta su un piano di massa con un pezzo di materiale dielettrico nel mezzo, qui la patch di metallo viene utilizzata come elemento radiante e la lunghezza della patch di metallo dovrebbe essere la metà della lunghezza d'onda dell'appropriata trasmettere e ricevere.
Si prega di notare che la descrizione delle antenne patch che illustriamo qui è molto semplice.
