1. Εισαγωγή στις Κεραίες
Μια κεραία είναι μια δομή μετάβασης μεταξύ ελεύθερου χώρου και γραμμής μετάδοσης, όπως φαίνεται στο σχήμα 1. Η γραμμή μετάδοσης μπορεί να έχει τη μορφή ομοαξονικής γραμμής ή κοίλου σωλήνα (κυματοδηγός), 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 εκπομπής και η δεύτερη είναι μια λήψηκεραία.
Εικόνα 1 Διαδρομή μετάδοσης ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας
Η μετάδοση του συστήματος κεραίας στον τρόπο μετάδοσης του Σχήματος 1 αντιπροσωπεύεται από το ισοδύναμο Thevenin όπως φαίνεται στο Σχήμα 2, όπου η πηγή αντιπροσωπεύεται από μια ιδανική γεννήτρια σήματος, η γραμμή μετάδοσης αντιπροσωπεύεται από μια γραμμή με χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση Zc, και η κεραία αντιπροσωπεύεται από ένα φορτίο ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA].Η αντίσταση φορτίου RL αντιπροσωπεύει την αγωγιμότητα και τις διηλεκτρικές απώλειες που σχετίζονται με τη δομή της κεραίας, ενώ το Rr αντιπροσωπεύει την αντίσταση ακτινοβολίας της κεραίας και η αντίδραση XA χρησιμοποιείται για να αναπαραστήσει το φανταστικό τμήμα 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 μεταφερθεί στην αντίσταση ακτινοβολίας Rr, η οποία χρησιμοποιείται για να αναπαραστήσει την ικανότητα ακτινοβολίας της κεραίας.Ωστόσο, σε πρακτικές εφαρμογές, υπάρχουν απώλειες αγωγού-διηλεκτρισμού 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 της γραμμής μετάδοσης και ανάκλασης (αναντιστοιχία), η μέγιστη ισχύς παρέχεται στην κεραία υπό συζευγμένη αντιστοίχιση.
Σχήμα 2
Λόγω της ασυμφωνίας μεταξύ της γραμμής μετάδοσης και της κεραίας, το ανακλώμενο κύμα από τη διεπαφή υπερτίθεται με το προσπίπτον κύμα από την πηγή στην κεραία για να σχηματίσει ένα στάσιμο κύμα, το οποίο αντιπροσωπεύει τη συγκέντρωση και την αποθήκευση ενέργειας και είναι μια τυπική συσκευή συντονισμού.Ένα τυπικό μοτίβο στάσιμων κυμάτων φαίνεται από τη διακεκομμένη γραμμή στο Σχήμα 2. Εάν το σύστημα κεραίας δεν έχει σχεδιαστεί σωστά, η γραμμή μετάδοσης μπορεί σε μεγάλο βαθμό να λειτουργήσει ως στοιχείο αποθήκευσης ενέργειας αντί ως κυματοδηγός και συσκευή 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 μετάδοσης χαμηλών απωλειών, ενώ οι απώλειες κεραίας μπορούν να μειωθούν μειώνοντας την αντίσταση απώλειας που αντιπροσωπεύεται από το RL στο σχήμα 2. Τα στάσιμα κύματα μπορούν να μειωθούν και η αποθήκευση ενέργειας στη γραμμή μπορεί να ελαχιστοποιηθεί ταιριάζοντας την αντίσταση του την κεραία (φορτίο) με τη χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση της γραμμής.
Στα ασύρματα συστήματα, εκτός από τη λήψη ή τη μετάδοση ενέργειας, οι κεραίες συνήθως απαιτούνται για την ενίσχυση της ακτινοβολούμενης ενέργειας σε ορισμένες κατευθύνσεις και την καταστολή της ακτινοβολούμενης ενέργειας προς άλλες κατευθύνσεις.Επομένως, εκτός από συσκευές ανίχνευσης, οι κεραίες πρέπει να χρησιμοποιούνται και ως συσκευές κατεύθυνσης.Οι κεραίες μπορούν να είναι σε διάφορες μορφές για να καλύψουν συγκεκριμένες ανάγκες.Μπορεί να είναι ένα καλώδιο, ένα άνοιγμα, ένα έμπλαστρο, ένα συγκρότημα στοιχείου (συστοιχία), ένας ανακλαστήρας, ένας φακός κ.λπ.
Στα συστήματα ασύρματης επικοινωνίας, οι κεραίες είναι ένα από τα πιο κρίσιμα εξαρτήματα.Ο καλός σχεδιασμός της κεραίας μπορεί να μειώσει τις απαιτήσεις συστήματος και να βελτιώσει τη συνολική απόδοση του συστήματος.Κλασικό παράδειγμα είναι η τηλεόραση, όπου η λήψη εκπομπής μπορεί να βελτιωθεί με τη χρήση κεραιών υψηλής απόδοσης.Οι κεραίες είναι για τα συστήματα επικοινωνίας ό,τι τα μάτια για τους ανθρώπους.
2. Ταξινόμηση κεραιών
Η κεραία κόρνας είναι μια επίπεδη κεραία, μια κεραία μικροκυμάτων με κυκλική ή ορθογώνια διατομή που ανοίγει σταδιακά στο τέλος του κυματοδηγού.Είναι ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος τύπος κεραίας μικροκυμάτων.Το πεδίο ακτινοβολίας του καθορίζεται από το μέγεθος του ανοίγματος του κέρατος και τον τύπο διάδοσης.Μεταξύ αυτών, η επίδραση του τοιχώματος του κέρατου στην ακτινοβολία μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας την αρχή της γεωμετρικής περίθλασης.Εάν το μήκος της κόρνας παραμείνει αμετάβλητο, το μέγεθος του ανοίγματος και η διαφορά της τετραγωνικής 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 στο λαιμό και το άνοιγμα της κόρνας.η αντανάκλαση θα μειώνεται καθώς αυξάνεται το μέγεθος του διαφράγματος.Η δομή της κεραίας κόρνας είναι σχετικά απλή και το σχέδιο ακτινοβολίας είναι επίσης σχετικά απλό και εύκολο στον έλεγχο.Γενικά χρησιμοποιείται ως μεσαία κατευθυντική κεραία.Παραβολικές κεραίες κόρνας ανακλαστήρα με μεγάλο εύρος ζώνης, χαμηλούς πλευρικούς λοβούς και υψηλή απόδοση χρησιμοποιούνται συχνά στις επικοινωνίες ρελέ μικροκυμάτων.
RM-DCPHA105145-20 (10,5-14,5 GHz)
RM-BDHA1850-20 (18-50 GHz)
RM-SGHA430-10 (1,70-2,60 GHz)
2. Κεραία Microstrip
Η δομή της κεραίας microstrip αποτελείται γενικά από διηλεκτρικό υπόστρωμα, ψυγείο και επίπεδο γείωσης.Το πάχος του διηλεκτρικού υποστρώματος είναι πολύ μικρότερο από το μήκος κύματος.Η μεταλλική λεπτή στρώση στο κάτω μέρος του υποστρώματος συνδέεται με το επίπεδο γείωσης και η μεταλλική λεπτή στρώση με συγκεκριμένο σχήμα γίνεται στο μπροστινό μέρος με διαδικασία φωτολιθογραφίας ως καλοριφέρ.Το σχήμα του ψυγείου μπορεί να αλλάξει με πολλούς τρόπους ανάλογα με τις απαιτήσεις.
Η άνοδος της τεχνολογίας ενσωμάτωσης μικροκυμάτων και οι νέες διαδικασίες παραγωγής έχουν προωθήσει την ανάπτυξη κεραιών μικροταινιών.Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές κεραίες, οι κεραίες microstrip δεν είναι μόνο μικρές σε μέγεθος, ελαφριές σε βάρος, χαμηλό προφίλ, εύκολες στην προσαρμογή, αλλά και εύκολες στην ενσωμάτωση, χαμηλού κόστους, 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 υποδοχής κυματοδηγού
Η κεραία υποδοχής κυματοδηγού είναι μια κεραία που χρησιμοποιεί τις υποδοχές στη δομή του κυματοδηγού για την επίτευξη ακτινοβολίας.Συνήθως αποτελείται από δύο παράλληλες μεταλλικές πλάκες που σχηματίζουν έναν κυματοδηγό με ένα στενό διάκενο μεταξύ των δύο πλακών.Όταν τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα περνούν μέσα από το κενό του κυματοδηγού, θα συμβεί ένα φαινόμενο συντονισμού, δημιουργώντας έτσι ένα ισχυρό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο κοντά στο διάκενο για την επίτευξη ακτινοβολίας.Λόγω της απλής δομής της, η κεραία με υποδοχή κυματοδηγού μπορεί να επιτύχει ακτινοβολία ευρείας ζώνης και υψηλής απόδοσης, επομένως χρησιμοποιείται ευρέως σε ραντάρ, επικοινωνίες, ασύρματους αισθητήρες και άλλα πεδία σε ζώνες μικροκυμάτων και χιλιοστών κυμάτων.Τα πλεονεκτήματά του περιλαμβάνουν υψηλή απόδοση ακτινοβολίας, ευρυζωνικά χαρακτηριστικά και καλή ικανότητα κατά των παρεμβολών, γι' αυτό και ευνοείται από μηχανικούς και ερευνητές.
RM-PA7087-43 (71-86 GHz)
RM-PA1075145-32 (10,75-14,5 GHz)
RM-SWA910-22 (9-10 GHz)
Η Biconical Antenna είναι μια ευρυζωνική κεραία με αμφικωνική δομή, η οποία χαρακτηρίζεται από ευρεία απόκριση συχνότητας και υψηλή απόδοση ακτινοβολίας.Τα δύο κωνικά μέρη της αμφικωνικής κεραίας είναι συμμετρικά μεταξύ τους.Μέσω αυτής της δομής, μπορεί να επιτευχθεί αποτελεσματική ακτινοβολία σε μια ευρεία ζώνη συχνοτήτων.Συνήθως χρησιμοποιείται σε πεδία όπως η ανάλυση φάσματος, η μέτρηση ακτινοβολίας και η δοκιμή EMC (ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας).Έχει καλά χαρακτηριστικά αντιστοίχισης σύνθετης αντίστασης και ακτινοβολίας και είναι κατάλληλο για σενάρια εφαρμογών που πρέπει να καλύπτουν πολλαπλές συχνότητες.
RM-BCA2428-4 (24-28 GHz)
RM-BCA218-4 (2-18 GHz)
Η σπειροειδής κεραία είναι μια ευρυζωνική κεραία με σπειροειδή δομή, η οποία χαρακτηρίζεται από ευρεία απόκριση συχνότητας και υψηλή απόδοση ακτινοβολίας.Η σπειροειδής κεραία επιτυγχάνει την ποικιλομορφία πόλωσης και τα χαρακτηριστικά ακτινοβολίας ευρείας ζώνης μέσω της δομής των σπειροειδών πηνίων και είναι κατάλληλη για συστήματα ραντάρ, δορυφορικών επικοινωνιών και ασύρματων επικοινωνιών.
RM-PSA0756-3 (0,75-6GHz)
RM-PSA218-2R (2-18 GHz)
Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τις κεραίες, επισκεφθείτε:
Ώρα δημοσίευσης: Ιουν-14-2024
