ข่าว
เสาอากาศทำงานอย่างไร?
2021-9-16 www.whwireless.com
ประมาณ8นาทีกว่าจะอ่านจบ
เสาอากาศ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านโทรคมนาคม เช่น วิทยุสื่อสาร วิทยุและโทรทัศน์
เสาอากาศรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้า หรือรับสัญญาณไฟฟ้าและแผ่ออกเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
ในบทความนี้ มาดูศาสตร์เบื้องหลังกันดีกว่า เสาอากาศ.
ถ้าเรามีสัญญาณไฟฟ้า เราจะแปลงให้เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้อย่างไร?
คุณอาจมีคำตอบง่ายๆ อยู่ในใจ นั่นคือการใช้ลวดปิด ซึ่งด้วยความช่วยเหลือของหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า จะสามารถสร้างสนามแม่เหล็กที่ผันผวนและสนามไฟฟ้ารอบๆ ได้
อย่างไรก็ตาม สนามที่ผันผวนรอบๆ ต้นทางนี้ไม่มีประโยชน์ในการส่งสัญญาณ
ที่นี่สนามแม่เหล็กไฟฟ้าไม่แพร่กระจาย แต่แค่ผันผวน
ในเสาอากาศ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ารอบๆ แหล่งกำเนิดจะต้องแยกออกจากแหล่งกำเนิด และพวกมันควรแพร่กระจาย
ก่อนที่เราจะดูวิธีการสร้างเสาอากาศ มาทำความเข้าใจฟิสิกส์ของเสาอากาศกันก่อน
การแยกคลื่นพิจารณาตำแหน่งของประจุบวกและประจุลบ ประจุคู่นี้ที่เรียงชิดกันมากเรียกว่าไดโพล และเห็นได้ชัดว่าสร้างสนามไฟฟ้าดังแสดงในแผนภาพ
สมมติว่าประจุเหล่านี้เป็นดังรูป สั่นที่จุดกึ่งกลางของเส้นทาง ความเร็วจะถึงค่าสูงสุดและเมื่อสิ้นสุดเส้นทาง ความเร็วจะเป็นศูนย์ และเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงความเร็ว อนุภาคที่มีประจุจะสัมผัสต่อเนื่องกัน การเร่งความเร็วและการชะลอตัว
ความท้าทายในตอนนี้คือการหาวิธีทำให้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าแปรผันตามการเคลื่อนไหวนี้
ให้เรามุ่งเน้นไปที่เส้นสนามไฟฟ้าเพียงเส้นเดียวที่ขยายและทำให้เสียรูปที่ด้านหน้าของคลื่นซึ่งก่อตัวที่เวลาเป็นศูนย์ หลังจากช่วงเวลาหนึ่งในแปด
ดังแสดงในแผนภาพ
คุณอาจแปลกใจที่คาดหวังให้สนามไฟฟ้าธรรมดาแสดงที่ตำแหน่งนี้ดังที่แสดงด้านล่าง
ทำไมสนามไฟฟ้าขยายเป็นสนามไฟฟ้าแบบนี้?
เป็นเพราะประจุที่เร่งขึ้นหรือช้าลงทำให้เกิดผลหน่วยความจำสนามไฟฟ้าบางส่วน และสนามไฟฟ้าเก่าไม่สามารถปรับให้เข้ากับสนามไฟฟ้าใหม่ได้ง่าย เราต้องใช้เวลาพอสมควรกว่าจะเข้าใจสนามไฟฟ้าเอฟเฟกต์หน่วยความจำหรือประจุเร่งหรือชะลอตัวที่เกิดจากหงิกงอ
เราจะพูดถึงหัวข้อที่น่าสนใจนี้โดยละเอียดในบทความอื่น
หากเราวิเคราะห์ต่อไปในลักษณะเดียวกัน เราจะเห็นได้ว่าในช่วงเวลาหนึ่งในสี่ส่วนหน้าของคลื่นมาบรรจบกัน ณ จุดที่
หลังจากนี้ หน้าคลื่นจะแยกออกและแพร่กระจาย
โปรดทราบว่าสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงนี้จะสร้างสนามแม่เหล็กในแนวตั้งฉากกับการเปลี่ยนแปลงโดยอัตโนมัติ
หากคุณพลอตความแปรผันของความแรงของสนามไฟฟ้าด้วยระยะทาง คุณจะเห็นว่าการแพร่กระจายของคลื่นนั้นเป็นไซน์โดยแท้จริง
เป็นที่น่าสนใจที่จะสังเกตว่าความยาวคลื่นการแพร่กระจายที่ได้นั้นมีความยาวสองเท่าของ ไดโพล.
นี่คือสิ่งที่เราต้องการในเสาอากาศ กล่าวโดยสรุป ถ้าเราสามารถจัดเรียงประจุบวกและประจุลบที่แกว่งไปมาได้ เราก็สามารถสร้างเสาอากาศได้
ในทางปฏิบัติ ประจุที่แกว่งไปมานี้เกิดขึ้นได้ง่าย ๆ โดยการนำแกนนำไฟฟ้างอตรงกลางแล้วใช้สัญญาณแรงดันไฟฟ้าไปที่จุดศูนย์กลาง สมมติว่านี่เป็นสัญญาณที่แปรผันตามเวลา ให้พิจารณาสถานการณ์ที่โมเมนต์ 0 เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่อิเล็กตรอนจะเคลื่อนออก ทางด้านขวาของไดโพลและจะสะสมอยู่ทางด้านซ้าย
ซึ่งหมายความว่าปลายอีกด้านหนึ่งของอิเล็กตรอนที่สูญเสียไปจะถูกประจุบวกโดยอัตโนมัติ
การจัดเรียงนี้ให้ผลเช่นเดียวกับกรณีประจุไดโพลก่อนหน้า นั่นคือ มีประจุบวกและลบที่ปลายสาย และเมื่อแรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงตามเวลา ประจุบวกและประจุลบจะเคลื่อนที่ไปมา ทำให้เกิดการแพร่กระจายคลื่น
ตอนนี้เราได้เห็นแล้วว่า เสาอากาศ ทำงานเป็นเครื่องส่งสัญญาณความถี่ของสัญญาณที่ส่งจะเท่ากับความถี่ของสัญญาณแรงดันไฟฟ้าที่ใช้:
เนื่องจากการแพร่กระจายเดินทางด้วยความเร็วแสง เราจึงสามารถคำนวณความยาวคลื่นของการแพร่กระจายได้อย่างง่ายดายที่
เพื่อความสมบูรณ์แบบ การแพร่เชื้อ , ความยาวของเสาอากาศควรเป็นครึ่งความยาวคลื่น การทำงานของเสาอากาศสามารถย้อนกลับได้และสามารถทำงานได้เหมือนเครื่องรับ
หากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่ขยายมากระทบ เราจะใช้เสาอากาศเดิมอีกครั้งและใช้สนามไฟฟ้า ณ จุดนั้น อิเล็กตรอนจะสะสมอยู่ที่ปลายด้านหนึ่งของแกน ซึ่งเท่ากับขั้วไฟฟ้า เมื่อสนามไฟฟ้าที่ใช้เปลี่ยน ประจุบวกและประจุลบสะสมที่ปลายอีกด้าน การสะสมประจุที่เปลี่ยนแปลงหมายความว่ามีการสร้างสัญญาณแรงดันไฟที่เปลี่ยนแปลงที่ศูนย์กลางของเสาอากาศ
สัญญาณแรงดันไฟฟ้านี้เป็นเอาต์พุตของ เสาอากาศ เมื่อทำงานเป็นเครื่องรับ และความถี่ของสัญญาณแรงดันไฟขาออกจะเท่ากับความถี่ของคลื่น a.m. ที่ได้รับ
จากโครงสร้างสนามไฟฟ้าจะเห็นได้ชัดเจนว่าเสาอากาศควรมีขนาดครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นเพื่อให้ได้การรับสัญญาณที่ต้องการ
ในการสนทนาทั้งหมดนี้ เราเห็นว่าเสาอากาศเป็นวงจรเปิด ตอนนี้ให้เราดูเสาอากาศจริงและวิธีการทำงานของเสาอากาศ
ในอดีต การรับสัญญาณโทรทัศน์ใช้เสาอากาศรับสัญญาณไดโพลที่มีแถบสีเป็นตัวรับไดโพล เสาอากาศ เสาอากาศนี้ยังต้องการตัวสะท้อนแสงและตัวนำทางเพื่อรวบรวมสัญญาณบนไดโพล โครงสร้างที่สมบูรณ์นี้เรียกว่าเสาอากาศยากิ-อูดะ
NS เสาอากาศไดโพล แปลงสัญญาณที่ได้รับเป็นสัญญาณไฟฟ้า และสัญญาณไฟฟ้าเหล่านี้จะถูกส่งไปยังทีวีผ่านสายโคแอกเซียล
วันนี้เราได้ย้ายไปที่เสาอากาศ Dish TV ซึ่งประกอบด้วยส่วนประกอบหลักสองส่วน ได้แก่ ตัวสะท้อนแสงแบบพาราโบลาและตัวแปลงสัญญาณรบกวนต่ำแบบบล็อกสัญญาณรบกวนต่ำ
พาราโบลารับสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าจากดาวเทียมและโฟกัสไปที่ lnbf ซึ่งมีรูปร่างพิเศษและได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษและแม่นยำ
lnbf ประกอบด้วย feedhorn, waveguide, PCB และ probe
ในแผนภาพด้านล่าง คุณสามารถดูได้ว่าสัญญาณขาเข้ามุ่งเน้นไปที่โพรบผ่านฟีดฮอร์นและท่อนำคลื่นอย่างไร
ดังที่เราเห็นในกรณีของไดโพลอย่างง่าย แรงดันไฟฟ้าถูกเหนี่ยวนำและสัญญาณแรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นนั้นจะถูกป้อนไปยัง PCB สำหรับการประมวลผลสัญญาณ
ตัวอย่างเช่น สัญญาณจะถูกกรองจากความถี่สูงไปต่ำและขยายหลังจากการประมวลผล และสัญญาณไฟฟ้านี้จะถูกส่งไปยังเครื่องทีวีผ่านสายโคแอกเซียล
หากคุณเปิด Lnb คุณมักจะพบโพรบสองตัวแทนที่จะเป็นหนึ่งโพรบโพรบที่สองจะตั้งฉากกับโพรบแรก หมายความว่าสเปกตรัมที่มีอยู่สามารถใช้ได้สองครั้งโดยส่งโพลาไรซ์แนวนอนหรือแนวตั้ง
โพรบหนึ่งตรวจจับสัญญาณโพลาไรซ์ในแนวนอน และอีกโพรบตรวจจับสัญญาณโพลาไรซ์ในแนวตั้ง
โทรศัพท์ที่คุณถืออยู่นั้นใช้เสาอากาศประเภทอื่นที่เรียกว่าเสาอากาศแบบแพทช์ เสาอากาศแบบแพทช์ประกอบด้วยแผ่นโลหะหรือแถบโลหะที่วางอยู่บนระนาบพื้นโดยมีชิ้นส่วนของวัสดุอิเล็กทริกอยู่ตรงกลาง ในส่วนนี้จะใช้แผ่นโลหะเป็นองค์ประกอบการแผ่รังสี และความยาวของแผ่นโลหะควรมีความยาวคลื่นครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นที่เหมาะสม ส่งและรับ
โปรดทราบว่าคำอธิบายของเสาอากาศแพทช์ที่เราแสดงให้เห็นในที่นี้เป็นพื้นฐานมาก
