1. Εισαγωγή στις κεραίες
Μια κεραία είναι μια μεταβατική δομή μεταξύ ελεύθερου χώρου και γραμμής μεταφοράς, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1. Η γραμμή μεταφοράς μπορεί να έχει τη μορφή ομοαξονικής γραμμής ή κοίλου σωλήνα (κυματοδηγού), ο οποίος χρησιμοποιείται για τη μετάδοση ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας από μια πηγή σε μια κεραία ή από μια κεραία σε έναν δέκτη. Η πρώτη είναι μια κεραία μετάδοσης και η δεύτερη είναι μια κεραία λήψης.κεραία.
Σχήμα 1 Διαδρομή μετάδοσης ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας
Η μετάδοση του συστήματος κεραίας στη λειτουργία μετάδοσης του Σχήματος 1 αναπαρίσταται από το ισοδύναμο Thevenin όπως φαίνεται στο Σχήμα 2, όπου η πηγή αναπαρίσταται από μια ιδανική γεννήτρια σήματος, η γραμμή μετάδοσης αναπαρίσταται από μια γραμμή με χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση Zc και η κεραία αναπαρίσταται από ένα φορτίο ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Η αντίσταση φορτίου RL αντιπροσωπεύει τις απώλειες αγωγιμότητας και διηλεκτρικής που σχετίζονται με τη δομή της κεραίας, ενώ η Rr αντιπροσωπεύει την αντίσταση ακτινοβολίας της κεραίας και η άεργος αντίσταση XA χρησιμοποιείται για να αναπαραστήσει το φανταστικό μέρος της σύνθετης αντίστασης που σχετίζεται με την ακτινοβολία της κεραίας. Υπό ιδανικές συνθήκες, όλη η ενέργεια που παράγεται από την πηγή σήματος θα πρέπει να μεταφέρεται στην αντίσταση ακτινοβολίας Rr, η οποία χρησιμοποιείται για να αναπαραστήσει την ικανότητα ακτινοβολίας της κεραίας. Ωστόσο, σε πρακτικές εφαρμογές, υπάρχουν απώλειες αγωγού-διηλεκτρικής ενέργειας λόγω των χαρακτηριστικών της γραμμής μεταφοράς και της κεραίας, καθώς και απώλειες που προκαλούνται από ανάκλαση (αναντιστοιχία) μεταξύ της γραμμής μεταφοράς και της κεραίας. Λαμβάνοντας υπόψη την εσωτερική σύνθετη αντίσταση της πηγής και αγνοώντας τις απώλειες γραμμής μεταφοράς και ανάκλασης (αναντιστοιχία), η μέγιστη ισχύς παρέχεται στην κεραία υπό συζυγή αντιστοίχιση.
Σχήμα 2
Λόγω της αναντιστοιχίας μεταξύ της γραμμής μεταφοράς και της κεραίας, το ανακλώμενο κύμα από τη διεπαφή υπερτίθεται με το προσπίπτον κύμα από την πηγή προς την κεραία για να σχηματίσει ένα στάσιμο κύμα, το οποίο αντιπροσωπεύει τη συγκέντρωση και αποθήκευση ενέργειας και είναι μια τυπική συσκευή συντονισμού. Ένα τυπικό μοτίβο στάσιμου κύματος φαίνεται από τη διακεκομμένη γραμμή στο Σχήμα 2. Εάν το σύστημα κεραίας δεν έχει σχεδιαστεί σωστά, η γραμμή μεταφοράς μπορεί σε μεγάλο βαθμό να λειτουργήσει ως στοιχείο αποθήκευσης ενέργειας και όχι ως συσκευή κυματοδηγού και μετάδοσης ενέργειας.
Οι απώλειες που προκαλούνται από τη γραμμή μεταφοράς, την κεραία και τα στάσιμα κύματα είναι ανεπιθύμητες. Οι απώλειες γραμμής μπορούν να ελαχιστοποιηθούν επιλέγοντας γραμμές μεταφοράς χαμηλών απωλειών, ενώ οι απώλειες κεραίας μπορούν να μειωθούν μειώνοντας την αντίσταση απωλειών που αναπαρίσταται από το RL στο Σχήμα 2. Τα στάσιμα κύματα μπορούν να μειωθούν και η αποθήκευση ενέργειας στη γραμμή μπορεί να ελαχιστοποιηθεί αντιστοιχίζοντας τη σύνθετη αντίσταση της κεραίας (φορτίο) με τη χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση της γραμμής.
Στα ασύρματα συστήματα, εκτός από τη λήψη ή μετάδοση ενέργειας, οι κεραίες συνήθως απαιτούνται για την ενίσχυση της ακτινοβολούμενης ενέργειας σε ορισμένες κατευθύνσεις και την καταστολή της ακτινοβολούμενης ενέργειας σε άλλες κατευθύνσεις. Επομένως, εκτός από τις συσκευές ανίχνευσης, οι κεραίες πρέπει επίσης να χρησιμοποιούνται ως κατευθυντικές συσκευές. Οι κεραίες μπορούν να έχουν διάφορες μορφές για να καλύψουν συγκεκριμένες ανάγκες. Μπορεί να είναι ένα καλώδιο, ένα άνοιγμα, ένα έμπλαστρο, ένα σύνολο στοιχείων (πίνακας), ένας ανακλαστήρας, ένας φακός κ.λπ.
Στα ασύρματα συστήματα επικοινωνίας, οι κεραίες είναι ένα από τα πιο κρίσιμα εξαρτήματα. Ο καλός σχεδιασμός της κεραίας μπορεί να μειώσει τις απαιτήσεις του συστήματος και να βελτιώσει τη συνολική απόδοση του συστήματος. Ένα κλασικό παράδειγμα είναι η τηλεόραση, όπου η λήψη εκπομπών μπορεί να βελτιωθεί με τη χρήση κεραιών υψηλής απόδοσης. Οι κεραίες είναι για τα συστήματα επικοινωνίας ό,τι είναι τα μάτια για τον άνθρωπο.
2. Ταξινόμηση κεραίας
Η κεραία κόρνας είναι μια επίπεδη κεραία, μια κεραία μικροκυμάτων με κυκλική ή ορθογώνια διατομή που ανοίγει σταδιακά στο άκρο του κυματοδηγού. Είναι ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος τύπος κεραίας μικροκυμάτων. Το πεδίο ακτινοβολίας της καθορίζεται από το μέγεθος του ανοίγματος της κόρνας και τον τύπο διάδοσης. Μεταξύ αυτών, η επίδραση του τοιχώματος της κόρνας στην ακτινοβολία μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας την αρχή της γεωμετρικής περίθλασης. Εάν το μήκος της κόρνας παραμείνει αμετάβλητο, το μέγεθος του ανοίγματος και η τετραγωνική διαφορά φάσης θα αυξηθούν με την αύξηση της γωνίας ανοίγματος της κόρνας, αλλά το κέρδος δεν θα αλλάξει με το μέγεθος του ανοίγματος. Εάν η ζώνη συχνοτήτων της κόρνας πρέπει να επεκταθεί, είναι απαραίτητο να μειωθεί η ανάκλαση στον λαιμό και το άνοιγμα της κόρνας. Η ανάκλαση θα μειωθεί καθώς αυξάνεται το μέγεθος του ανοίγματος. Η δομή της κεραίας κόρνας είναι σχετικά απλή και το διάγραμμα ακτινοβολίας είναι επίσης σχετικά απλό και εύκολο στον έλεγχο. Χρησιμοποιείται γενικά ως κεραία μέσης κατεύθυνσης. Οι κεραίες κόρνας παραβολικού ανακλαστήρα με ευρύ εύρος ζώνης, χαμηλούς πλευρικούς λοβούς και υψηλή απόδοση χρησιμοποιούνται συχνά σε επικοινωνίες ρελέ μικροκυμάτων.
RM-DCPHA105145-20 (10,5-14,5 GHz)
RM-BDHA1850-20 (18-50GHz)
RM-SGHA430-10 (1,70-2,60 GHz)
2. Κεραία μικρολωρίδας
Η δομή της μικρολωριδιακής κεραίας αποτελείται γενικά από διηλεκτρικό υπόστρωμα, ακτινοβολητή και επίπεδο γείωσης. Το πάχος του διηλεκτρικού υποστρώματος είναι πολύ μικρότερο από το μήκος κύματος. Το λεπτό μεταλλικό στρώμα στο κάτω μέρος του υποστρώματος συνδέεται με το επίπεδο γείωσης και το λεπτό μεταλλικό στρώμα με ένα συγκεκριμένο σχήμα κατασκευάζεται στο μπροστινό μέρος μέσω φωτολιθογραφίας ως ακτινοβολητής. Το σχήμα του ακτινοβολητή μπορεί να αλλάξει με πολλούς τρόπους ανάλογα με τις απαιτήσεις.
Η άνοδος της τεχνολογίας ολοκλήρωσης μικροκυμάτων και οι νέες διαδικασίες κατασκευής έχουν προωθήσει την ανάπτυξη κεραιών μικρολωρίδας. Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές κεραίες, οι κεραίες μικρολωρίδας δεν είναι μόνο μικρές σε μέγεθος, ελαφριές, χαμηλού προφίλ, εύκολες στην προσαρμογή, αλλά και εύκολες στην ενσωμάτωση, χαμηλές σε κόστος, κατάλληλες για μαζική παραγωγή και έχουν επίσης τα πλεονεκτήματα των διαφοροποιημένων ηλεκτρικών ιδιοτήτων.
RM-MA424435-22 (4,25-4,35 GHz)
RM-MA25527-22 (25,5-27 GHz)
3. Κεραία με υποδοχή κυματοδηγού
Η κεραία με σχισμή κυματοδηγού είναι μια κεραία που χρησιμοποιεί τις σχισμές στη δομή του κυματοδηγού για την επίτευξη ακτινοβολίας. Συνήθως αποτελείται από δύο παράλληλες μεταλλικές πλάκες που σχηματίζουν έναν κυματοδηγό με ένα στενό κενό μεταξύ των δύο πλακών. Όταν τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα διέρχονται από το κενό κυματοδηγού, εμφανίζεται ένα φαινόμενο συντονισμού, δημιουργώντας έτσι ένα ισχυρό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο κοντά στο κενό για την επίτευξη ακτινοβολίας. Λόγω της απλής δομής της, η κεραία με σχισμή κυματοδηγού μπορεί να επιτύχει ευρυζωνική και υψηλής απόδοσης ακτινοβολία, επομένως χρησιμοποιείται ευρέως σε ραντάρ, επικοινωνίες, ασύρματους αισθητήρες και άλλα πεδία σε ζώνες μικροκυμάτων και χιλιοστομετρικών κυμάτων. Τα πλεονεκτήματά της περιλαμβάνουν υψηλή απόδοση ακτινοβολίας, χαρακτηριστικά ευρυζωνικής σύνδεσης και καλή ικανότητα αντι-παρεμβολής, επομένως προτιμάται από μηχανικούς και ερευνητές.
RM-PA7087-43 (71-86GHz)
RM-PA1075145-32 (10,75-14,5 GHz)
RM-SWA910-22 (9-10GHz)
Η δικωνική κεραία είναι μια κεραία ευρείας ζώνης με δικωνική δομή, η οποία χαρακτηρίζεται από ευρεία απόκριση συχνότητας και υψηλή απόδοση ακτινοβολίας. Τα δύο κωνικά μέρη της δικωνικής κεραίας είναι συμμετρικά μεταξύ τους. Μέσω αυτής της δομής, μπορεί να επιτευχθεί αποτελεσματική ακτινοβολία σε μια ευρεία ζώνη συχνοτήτων. Χρησιμοποιείται συνήθως σε τομείς όπως η ανάλυση φάσματος, η μέτρηση ακτινοβολίας και οι δοκιμές EMC (ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα). Έχει καλή αντιστοίχιση σύνθετης αντίστασης και χαρακτηριστικά ακτινοβολίας και είναι κατάλληλη για σενάρια εφαρμογών που πρέπει να καλύπτουν πολλαπλές συχνότητες.
RM-BCA2428-4 (24-28GHz)
RM-BCA218-4 (2-18GHz)
Η σπειροειδής κεραία είναι μια κεραία ευρείας ζώνης με σπειροειδή δομή, η οποία χαρακτηρίζεται από ευρεία απόκριση συχνότητας και υψηλή απόδοση ακτινοβολίας. Η σπειροειδής κεραία επιτυγχάνει ποικιλομορφία πόλωσης και χαρακτηριστικά ακτινοβολίας ευρείας ζώνης μέσω της δομής των σπειροειδών πηνίων και είναι κατάλληλη για συστήματα ραντάρ, δορυφορικής επικοινωνίας και ασύρματης επικοινωνίας.
RM-PSA0756-3 (0,75-6GHz)
RM-PSA218-2R (2-18GHz)
Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τις κεραίες, επισκεφθείτε τη διεύθυνση:
Ώρα δημοσίευσης: 14 Ιουνίου 2024
