антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

of 51 /51
Антенн, түүний үзүүлэлтүүд

Transcript of антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Page 1: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Антенн, түүний

үзүүлэлтүүд

Page 2: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Радио долгионыг цацруулах буюу хүлээн авах

зориулалттай төхөөрөмжийг антенн гэнэ.

Антенн фидерийн байгууламж нь аливаа нэвтрүүлэгч,

хүлээн авагчийн үндсэн элемент бөгөөд антенны гаралт

хүлээн авагчийн оролт \нэвтрүүлэгчийн гаралт\ хоёрыг

хооронд нь холбох үүрэгтэй.

Page 3: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Нэвтрүүлэгч нь ирж байгаа цахилгаан гүйдлийг фидерээр

дамжуулан антеннд өгч антеннаар дамжуулан радио

долгион болгон хувиргаж орчинд цацах үүрэгтэй.

Хүлээн авагч нь ирж байгаа радио долгионыг антеннаар

хүлээн авч цахилгаан гүйдэл болгож хувиргасны дараа

зохих боловсруулалт хийгдсэний үр дүнд төгсгөлийн

байгууламжид өгнө.

Page 4: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Нэвтрүүлэх антенн

Page 5: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Хүлээн авах антенн

Page 6: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Нэг төрлийн ямар ч антеннаар нэвтрүүлэх ба хүлээн

авах ажиллагааг нэгэн зэрэг буюу салангид

байдлаар гүйцэтгэж болно.

Антеннаас цацарч байгаа цахилгаан соронзон

долгион ямар ч алдагдалгүйгээр бүх зүг рүү ижилхэн

чадалд тархаж байвал үүнийг изотроп цацаргалт

гэнэ. Ийм антенныг чиглэлгүй антенн гэнэ.

Харин аль нэг чиглэлд сигналын түвшин их байвал

чиглэлтэй антенн гэнэ.

Page 7: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Чиглэлгүй антенн

Page 8: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Чиглэлтэй антенн

Page 9: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Цахилгаан соронзон долгион цацруулагч буюу антенн

Цахилгаан соронзон цацруулагч нь гэрлийн хурдаар тархах

ижил фазтай, харилцан перпендикуляр цахилгаан соронзон

долгионы хэлбэлзлээс тогтох ба энергийн тархалтын чиглэлд

перпендикуляр хөндлөн долгион үүсгэнэ.

Цахилгаан соронзон долгион нь хурдасгагдсан цэнэгтэй эгэл

хэсгүүдийн энерги, хурдатгал, өнцөг хурдатгалыг хадгалан өөр

цэнэгтэй эгэл хэсгүүдэд дамжуулан цаашид тархах

боломжтой.

Page 10: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд
Page 11: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Үндсэн үзүүлэлтүүд

Давтамж

Антенны цар

Чиглэлийн характеристик ба диаграмм

Өсгөлт

Оролтын эсэргүүцэл

Туйлшрал

Page 12: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Frequency Band

Name Frequency Range

Wavelength

(Meters) Application

Extremely Low

Frequency (ELF) 3-30 Hz 10,000-100,000 km

Underwater

Communication

Super Low Frequency

(SLF) 30-300 Hz 1,000-10,000 km

AC Power (though not a

transmitted wave)

Ultra Low Frequency

(ULF) 300-3000 Hz 100-1,000 km

Very Low Frequency

(VLF) 3-30 kHz 10-100 km Navigational Beacons

Low Frequency (LF) 30-300 kHz 1-10 km AM Radio

Medium Frequency

(MF) 300-3000 kHz 100-1,000 m Aviation and AM Radio

High Frequency (HF) 3-30 MHz 10-100 m Shortwave Radio

Very High Frequency

(VHF) 30-300 MHz 1-10 m FM Radio

Ultra High Frequency

(UHF) 300-3000 MHz 10-100 cm

Television, Mobile Phones,

GPS

Super High Frequency

(SHF) 3-30 GHz 1-10 cm

Satellite Links, Wireless

Communication

Extremely High

Frequency (EHF) 30-300 GHz 1-10 mm

Astronomy, Remote

Sensing

Visible Spectrum

400-790 THz

(4*10^14-

7.9*10^14)

380-750 nm

(nanometers) Human Eye

Page 13: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Антенны давтамжийн параметр тогтоосон хязгаараас илүү

өөрчлөгдөөгүй 𝒇𝒎𝒊𝒏 − аас 𝒇𝒎𝒂𝒙 доторх мужийг антенны (𝜟𝒇) цар

гэж нэрлэдэг.

Антенны царыг дундаж давтамжид хуваасан харьцааг

давтамж бүрхэлтийн коэффициент гэнэ.

𝜟𝒇 𝒇ср = 𝟐(𝒇𝒎𝒂𝒙 − 𝒇𝒎𝒊𝒏)/(𝒇𝒎𝒂𝒙 + 𝒇𝒎𝒊𝒏)

𝜟𝒇 𝒇ср < 𝟎. 𝟏 байвал нарийн зурвасын

𝜟𝒇 𝒇ср=1,2….1,5 байвал өргөн зурвасын

𝜟𝒇 𝒇ср = 𝟓 байвал давтамжаас хамааралгүй антенн гэнэ.

Антенны цар

Page 14: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Антеннаас цацруулж байгаа оронгийн хүчлэгийг

түүнээс алсад тогтмол зайд антенны эргэн тойронд

𝜽 ба өнцгөөс хамааруулж орон зайд хэмжсэн

цахилгаан соронзон долгионы тоон үзүүлэлтээр

байгуулсан зураглалыг чиглэлийн характеристик

гэнэ.

Энэ характеристикийг зайнаас хамаарсан график

байдлаар илэрхийлснийг чиглэлийн диаграмм гэж

нэрлэдэг.

Чиглэлийн характеристик ба диаграмм

Page 15: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Чиглэлтэй антенны чиглэлийн

диаграмм

Page 16: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Өөр хоорондоо перпендикуляр байрлалтай цахилгаан Е

ба соронзон Н хавтайгаар зүсэж үүссэн дүрсний

хүрээгээр чиглэлийн диаграммын хэлбэрийг

тодорхойлдог.

Ихэвчлэн чиглэлийн диаграммын хамгийн их утгыг дайрч

өнгөрсөн харилцан перпендикуляр байрлалтай

цахилгаан Е, соронзон Н хавтгай дээр антенний

чиглэлийн диаграммыг авч үздэг.

Page 17: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд
Page 18: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Чиглэлийн диаграммын хамгийн том дэлбээг гол буюу

үндсэн дэлбээ, үүнтэй харьцангуйгаар 180 градуст

байрлах дэлбээг арын дэлбээ, үндсэн ба арын

дэлбээнээс бусад бүх дэлбээг хажуугийн дэлбээ гэнэ.

Үндсэн дэлбээний түвшний 0.707 –д харгалзсан өнцгөөр

чиглэлийн диаграммын өргөнийг тодорхойлно.

𝑫 = 𝑬𝟎𝟐

𝑬д𝟐 - антенны үйлчлэх чиглэлийн коэффициент

𝑬𝟎𝟐 -антенны үндсэн чиглэлд үүсгэсэн оронгийн хүчлэг

𝑬д𝟐 - антенны бүх чиглэлд үүсгэсэн оронгийн хүчлэгийн

дундаж утга

Page 19: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Чиглэлгүй антенныг чиглэлтэй антеннаар

солиход үндсэн чиглэлийнхээ дагуу чиглэлтэй

антенны цацаргалтын чадлыг хэд дахин

бууруулах шаардлагатайг үйлчлэх чиглэлийн

коэффициентээр илэрхийлдэг.

Page 20: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

П𝟎 = 𝑬𝟎 ∗ 𝑯𝟎 = 𝑬𝟎𝟐

𝟏𝟐𝟎𝝅 - тухайн антеннаас үндсэн чиглэлдээ

цацруулсан урсгалын чадлын нягт

П = 𝑷𝚺𝟒𝝅𝒓𝟐

- 𝑷𝚺 чадалтай чиглэлгүй антеннаас цацарч байгаа

урсгалын чадлын нягт

𝑫 = П𝟎 П = 𝑬𝟎𝟐𝒓𝟐 𝟑𝟎𝑷𝚺 - антенны үйлчлэх чиглэлийн коэффициент

𝟒𝝅𝒓𝟐 - чиглэлгүй антеннаас жигд хуваарилалттайгаар тархаж

байгаа урсгал чадал тодорхойлох бөмбөрцгийн гадаргуу

Page 21: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд
Page 22: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд
Page 23: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Цацаргалтын талбай

Ойрын зайн

Дундын зайн

Холын зайн

D- антенны диаметр

R- антеннаас алслагдах зай

Page 24: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Тэгш хэмт вибраторын цацаргалтын диаграмм

Page 25: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Зохицуулагдсан ачаанд радио долгионы чадлыг хамгийн

их хэмжээгээр дамжуулах антенны эквивалент талбайг

хүлээн авах антенны ашигтай (𝑺эфф) талбай гэж нэрлэдэг.

𝑺эфф = 𝑫 𝝀𝟐 𝟒𝝅

D- үйлчлэх чиглэлийн коэффициент

𝝀𝟐 - долгионы уртын квадрат

Page 26: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Ачаа нь дамжууллын шугамын эсэргүүцэл, сигналын

үүсгүүрийн эсэргүүцэлтэй тэнцүү, чадлын ойлтгүй

ажиллаж, хүлээн авах чадал нь боломжоороо

максимум утгатай байвал тэр ачааг зохицуулагдсан

ачаа гэнэ.

Page 27: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

𝑺эфф = 𝑺 ∗ 𝜸

S – антенны амсрын физик талбай

𝛄 – гадаргуу ашиглалтын коэффициент

Амсар дээрх оронгийн хүчлэг нь ижил фазтай, тэнцүү агуургатай

антенн 𝛄 = 𝟏

Хэрэв антенны амсар дээрх оронгийн хүчлэгийн фаз агуурга ижил

биш бол 𝜸 < 𝟏

Антенны үйлчлэлийн урт 𝑳д = 𝑬 Эа

Е- Антеннд ирсэн оронгийн хүчлэг

Эа -антенны чиглэлийн диаграммын үндсэн дэлбээний

нийлэгдэхүүнээс үүссэн оронгийн хүчлэг

Page 28: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Цацарсан чадлыг (𝑷𝜮) антенны гүйдлийн квадратад (𝑰эфф𝟐 )

хуваасан харьцааг цацаргалтын эсэргүүцэл (𝑹𝜮) гэнэ.

𝑹𝚺 = 𝑷𝚺

𝑰эфф𝟐

Антеннд өгөгдсөн (𝑷𝒂) чадлын нэг хэсэг нь цацарч (𝑷𝚺) зарим

хэсэг нь (𝑷п) антенны утас ба тусгаарлагч, газар болон

бусад хүрээлэн байгаа орчныг халааж ашиггүйгээр

алдагддаг. Антенны алдагдал чадал (𝑷п)

𝑷п = 𝑰𝟐𝑹п ; 𝑷𝚺= 𝑰

𝟐𝑹𝚺

Page 29: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Антенны өсгөлт

Page 30: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Антенны өсгөлт

𝑮 = 𝜼𝒂 ∗ 𝑫

𝜼𝒂- антенны цацаргалтын ашигт үйлийн коэффициент

D – антенны чиглүүлгийн коэффициент

Антеннаас цацарсан (𝑷𝜮) чадлыг антеннд өгсөн (𝑷𝒂)

чадалд харьцуулсан харьцааг антенны ашигт үйлийн

коэффициент (𝜼𝒂) гэж нэрлэдэг.

𝜼𝒂= 𝑷𝜮 𝑷𝒂

Page 31: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Антенны гол чиглэлд үүсгэсэн урсгал чадлын нягт буюу

оронгийн хүчлэгийн (𝑬𝟎𝟐) утгыг түүнтэй ижил чадал

өгөгдсөн эталон антеннаас гол чиглэлд үүсгэсэн урсгал

чадал буюу оронгийн хүчлэгийн (𝑬𝟎э𝟐 ) утганд хуваасан

харьцааг антенны өсгөлтийн (𝑮) коэффициент гэнэ.

𝑮 = 𝑬𝟎𝟐

𝑬𝟎э𝟐

𝜼Э - эталон антенны АҮК

𝑮 = 𝑫 ∗ 𝑬ср𝟐 𝑫э𝑬эср

𝟐 =𝑫 ∗ 𝜼𝒂 ∗ 𝑫э ∗ 𝜼э= 𝑫 ∗ 𝜼𝒂 𝑫э

Page 32: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Урт долгионы цард тэгш бус хэмт богино вибраторыг эталон антенн болгон авдаг. 𝑫э = 𝟑;

𝑮 =𝑫 ∗ 𝜼𝒂𝟑

Дунд долгионы цард тэгш хэмт вибраторыг эталон антенн

болгон авдаг. 𝑫э = 𝟏. 𝟔𝟒;

𝑮 =𝑫∗𝜼𝒂

𝟏.𝟔𝟒

Богино долгионы цард чиглэлгүй цацруулагчийг эталон

антенн болгон авдаг. 𝑫э = 𝟏;

𝑮 = 𝑫 ∗ 𝜼𝒂

Page 33: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Антенны өсгөлт ба цацаргалтын өнцөг

Page 34: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Оролтын эсэргүүцэл

Нэвтрүүлэгчийн гаралт антенны оролттой холбогдож

байгаа хэсэг дээрх хүчдэлийг антеннаар гүйж байгаа

гүйдэлд харьцуулсан харьцааг оролтын эсэргүүцэл

гэнэ.

𝒁𝒂 = 𝑼𝒂

𝑰𝒂

Page 35: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Энэ эсэргүүцэл ерөнхий тохиолдолд комплекс шинжтай

байна.

𝒁𝒂 = 𝑹𝒂 + 𝒋𝑿𝒂

Радио давтамжийн дохионы энергийг антеннд буюу антеннаас хүлээн авагчид дамжуулдаг төхөөрөмжийг фидер

гэнэ.

Фидертэй холбогдсон антенны элементийг анхдагч

цацруулагч гэж нэрлэнэ.

Анхдагч цацруулагчийн цахилгаан соронзон долгионоос өрнүүлэг авч цацруулдаг антенны элементийг хоёрдогч

цацруулагч гэнэ.

Page 36: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Антенны үйлчлэх чиглэлийн коэффициентийг ихэсгэхийн

тулд хоёрдогч цацруулагчийг чиглэлийн диаграммын гол

дэлбээний дагуу байрлуулдаг.

Анхдагч цацруулагчийн гол дэлбээний дагуу байрласан

хоёрдогч бүх цацруулагчийг чиглүүлэгч буюу директор,

түүний эсрэг талд байрласан хоёрдогч цацруулагчийг

ойлгогч буюу рефлектор гэж нэрлэнэ.

Page 37: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Шугаман туйлшрал

E-field цахилгаан

орон үргэлж x-

тэнхлэгийн дагуу

агуургаараа хоёр

тийш хэлбэлзэнэ.

Page 38: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Linear polarization

Page 39: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Дугуй \circular\ туйлшрал

Page 40: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Дугуй \circular\ туйлшралтай байх

шалгуур

E – орон харилцан перпендикуляр хоёр

нийлэгдэхүүнтэй байна.

E – орны нийлэгдэхүүнүүд нь ижил агуургатай байна.

E – орны нийлэгдэхүүнүүдийн фазын зөрүү 90 градус

байна.

Page 41: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Эллипс туйлшрал

Page 42: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд
Page 43: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд
Page 44: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Цахилгаан соронзон долгионы энгийн

цацруулагч

Долгионы 𝝀 уртаас (𝝀 ≫ 𝑳) бага L урттай утсаар хийсэн антеннаар

дамжих гүйдлийн фаз, агуурга нь түүний уртаас хамааралгүй

байвал энгийн цацруулагч гэнэ.

Ийм цацруулагчийг 𝑰 = 𝑰𝒎𝒆𝒋𝝎𝒕 гүйдлээр тэжээхэд долгионы урттай

харьцангуйгаар ихээхэн алс r зайд үүсэх цахилгаан орны хүчлэг

𝑬 = −𝒋𝒆𝒋𝝎𝒕𝒆−𝒋𝒌𝒓( 𝟑𝟎𝒌𝑳𝑰𝒎 𝒓) sin 𝜽

K= 𝟐𝝅 𝝀 - долгионы тоо

𝜽 −вибраторын уртын дагуу дайран гарсан хавтгай дээр түүний

тэнхлэгээс тооцсон өнцөг

Page 45: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

−𝒋𝒆𝒋𝝎𝒕𝒆−𝒋𝒌𝒓 :-г фазын үржүүлэгч гэнэ. Энэ нь тэжээлийн гүйдлийн

фазаас хамаардаг ба r зайд долгион тархах үед үүссэн фазын

хоцрогдлыг тодорхойлдог. Мөн долгионы хэлбэрийг тодорхойлдог.

Энгийн цацруулагчаас цацарч байгаа долгионы хэлбэр

бөмбөрцөг хэлбэртэй болж r=0 цэг дээрх фазын төв бөмбөрцгийн

төвтэй давхцана.

Үржүүлэгч 𝟑𝟎𝒌𝑳𝑰𝒎 𝒓 нь оронгийн хүчлэгийн агуургыг тодорхойлдог

учраас агуургын үржүүлэгч гэнэ.

Page 46: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

𝒔𝒊𝒏𝜽 нь 𝜽 өнцгөөс хамаарсан чиглэлийн диаграммыг

тодорхойлдог учраас чиглэлийн диаграммын үржүүлэгч

гэнэ.

𝜽 = 𝟗𝟎𝟎 үед оронгийн хүчлэг нь энгийн цацруулагчийн бүх

урттай шууд хамааралтай байдаг.

𝜽 < 𝟗𝟎𝟎 үед долгионы хэлбэрийн гадаргуу дээрх

шүргэгчийн проекцитой шууд хамааралтай.

𝜽 = 𝟎𝟎 үед түүний проекци тэгтэй тэнцүү учраас энгийн

цацруулагч нь цацруулдаггүй.

Page 47: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд
Page 48: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Чиглэлийн диаграмм вибраторын тэнхлэгт

перпендикуляр үед оронгийн хүчлэг хамгийн их, өнцөг

багасах тусам буурсаар вибраторын уртын дагуу

цацаргалтгүй болдог.

Долгион цацруулагч энгийн антенн нь экваторын

хавтгайд чиглэлгүй байна.

Page 49: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Энгийн цацруулагчаас үүссэн цахилгаан орны

нийлэгдэхүүн Е вектор нь хүлээн авах цэгт ирэхдээ

тархах чиглэлдээ перпендикуляр бөмбөрцөг гадаргуугийн

уртрагийн дагуу чиглэлтэй байна.

Соронзон орны вектор Н нь бөмбөрцгийн өргөрөгт шүргэгч

тархалтын чиглэлдээ перпендикуляр байна.

Page 50: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

r>>𝝀 радиустай бөмбөрцгийн төвд байрласан энгийн

цацруулагчийн энэ бөмбөрцгийн гадаргуугаар нэвтрэн өнгөрөх

бүрэн (dP) чадлыг олъё.

Үүний тулд бөмбөрцгийн гадаргууд сонгож авсан жижиг талбай 𝒅𝒔-

ийг олно.

𝒅𝒔 = 𝐫 ∗ 𝐝𝜟 ∗ 𝑹 ∗ 𝒅𝜽 = 𝒓𝟐 𝐬𝐢𝐧𝜽d𝜽 ∗ 𝒅𝜟;

Бөмбөрцгийн радиус их байхад түүний энгийн жижиг гадаргуу

дээрх Е ба Н векторуудын утга тогтмол өөр хоорондоо

перпендикуляр байна.

dP=dS* 𝑬эфф𝟐 𝟏𝟐𝟎𝝅

Page 51: антенны үндсэн үзүүлэлтүүд

Энгийн цацруулагчийн цацаргалтын эсэргүүцэл

𝑹𝜮=20𝒌𝟐𝒍𝟐 = 𝟖𝟎𝝅𝟐( 𝒍 𝝀)𝟐

Цацаргах чадал 𝑷𝜮 = 𝑰эфф𝟐 𝑹𝜮 байна.

Өгөгдсөн чадлын цацаргалтын эсэргүүцэл бага бол

антенны гүйдэл их байна. Энэ үед чадлын алдагдал

ихэсч антенны АҮК буурна. АҮК-ийг ихэсгэхийн тулд 𝑹𝜮-

ийг нэмэгдүүлэх хэрэгтэй. Өөрөөр хэлбэл антенны

хэмжээг нэмэгдүүлэх хэрэгтэй.