Kehäantennit Looppi, silmukka

Esitys aiheesta: "Kehäantennit Looppi, silmukka"— Esityksen transkriptio:

1 Kehäantennit Looppi, silmukka
Yksinkertainen, edullinen ja monipuolinen Voi olla erimuotoisia ja useita kierroksia Pyöreä, kolmio, neliö… Viestintäyhteyksissä …3GHz Sähkömagneettisten (EM) kenttien probeina Luokitellaan yleensä kahteen luokkaan Sähköisesti pienet C < 0.1λ (C on silmukan kehä 2πr) Sähköisesti suuret C ~ λ

2 Pieni silmukka C = 2πr < λ/3)
Suuntaavuus sama kuin pienellä dipolilla Virta lähes vakio paikan funktiona Syöttöpisteen virta iso ja jännite pieni Zin pieni

3 Pieni silmukka Säteilyresistanssia saadaan lisättyä lisäämällä silmukkaan useampia kierroksia tai laittamalla silmukan sisään ferriittiä, jolla on suuri μ. Silmukka-antennin ohminen resistanssi saadaan samaan tapaan kuin lanka-antenneille, Lm = silmukkajohtimen pituus a = johtimen säde.

4 Esimerkki Pienen ympyrän muotoisen loopin kehämitta on 0.2λ ja elementtinä käytettävän langan säde 0.001λ. Tällöin silmukan säde a = 0.1λ/π ja elementin halkaisija d = λ. Säteilyvastus:

5 Kehäantenni: General Case
Sähköisesti pienille silmukoille suuntakuvio ja muut parametrit eivät riippuneet silmukan muodosta, ainoastaan sen pinta-alasta. Säteilyn maksimi on silmukan tasossa ja nolla kohtisuorassa tasossa. Kun silmukan koko on lähellä aallonpituuden luokkaa, virran amplitudi ja vaihe eivät ole enää vakioita silmukassa. Kun taajuutta muutetaan, antennin käytös muuttuu, eli kyseessä on resonanssiantenni. Resonoivissa silmukka-antenneissa virtajakauma on lähes sinimuotoista. Tavallisimmin silmukka on joko ympyrän tai neliön mallinen, ja molemmissa tapauksissa käyttäytyminen on samantyyppistä.

6 Silmukat toimivat normaalisti ensimmäisessä resonanssipisteessä, jolloin niiden kehä on hieman yhtä aallonpituutta pidempi. Tarkastellaan kuvan mukaista neliöosilmukkaa, jonka kehän pituus on λ. Huomataan, että virtajakauma on hyvin lähellä sinimuotoista approksimaatiota. Säteily on suurinta silmukan tasolle kohtisuoraan suuntaan (z-suunta). Silmukan tasossa säteily on suurinta syöttösivulle kohtisuoraan suuntaan (y-suunta).

7 Virta kokoaallon silmukassa on I0cos φ, maksimi syöttöpisteessä
Virta kokoaallon silmukassa on I0cos φ, maksimi syöttöpisteessä. Virta on yhtäläinen kahteen λ/2-dipoliin joiden etäisyys on 2a (=λ/π).

8 Säteilykuvion laskeminen paljon monimutkaisempaa kuin dipolilla
Säteilykuvion laskeminen paljon monimutkaisempaa kuin dipolilla. Ei ole mitään yksinkertaista matemaattista ilmausta silmukka-antennin säteilykentälle. Paras vaihtoehto on tietokonesimulaatio. Maksimi suuntaavuus on noin 4.5 dBi, kun kehän pituus on noin 1.4λ

9 Impedanssi Säteilyresistanssi on noin 100Ω ja reaktanssi noin –j100Ω.

10 Impedanssi Resistanssin maksimit 0.5λ ja 1.5 λ.

11 Helix-antenni (Helical)
Helix-antenni on metallilangasta tehty spiraali, joka tuottaa ympyräpolarisoituneen kentän. Helix-antenni voi olla joko; päätysäteilijä, axial mode (πD ≈ λ) tai sivusäteilijä, normal mode (πD<< λ) riippuen yhden johdinsilmukan pituudesta L = πD.

12 Helix normal mode πD<< λ ja kokonaispituus < λ
Ympyräpolarisaatio kun: Muutoin polarisaatio on elliptinen Käytetään usein maatason kanssa (GP) Impedanssi (25.3 ns/λ)2 Suuntaavuus noin 1.5, 1.76dBi HPBW 90° Kapeampikaistainen kuin päätysäteilijä Johdinkierrokset ovat induktiivisia → antennin resonanssitaajuus pienempi kuin samanpituisen monopolin.

13 Helix Axial mode C = πD ≈ λ ja kokonaispituus >> λ
Käytetään tavallisimmin VHF- ja UHF –alueilla Helixin vastakkaisilla puolilla virta on 180° vaihesiirrossa ja vastakkaissuuntainen, joten kokonaisuudessaan virrat ovat samanvaiheisia ja vahvistavat siten toisiaan akselin suuntaan. Voidaan mallintaa antenniryhmänä, jonka elementtiantennit ovat silmukoita, joilla kehän pituus on λ. Lyhyt helix on suhteellisen leveäkaistainen, fU/ fL on hieman alle kaksi. Aksiaalimoodissa toimivan helix-antennin keilanleveys pienenee (vahvistus kasvaa) kierroksia lisättäessä.

14 Helix Axial mode Syöttöimpedanssi on lähes reaalinen etenevistä aalloista johtuen. Puolentehon keilanleveys Suuntaavuus > 10dB Suositeltavia parametreja:

15 Esimerkki 1

16 Esimerkki 2