A ұялы антеннаөткізгіш бетінде, мысалы, металл пластинада, қуыста немесе толқын өткізгіш қабырғада бір немесе бірнеше саңылаулар жасау арқылы пайда болған диафрагмалық антеннаның бір түрі. Электромагниттік өрістер саңылауды қоздырған кезде, саңылау сәулеленуші элементке айналады және бағытталатын немесе жабық құрылымнан энергияны бос кеңістікке біріктіреді.
Ұяшық антеннасының негізгі құрылымы қарапайым болып көрінгенімен, ұяшыққа негізделген конструкциялар қазіргі заманғы радиожиілік және микротолқынды инженерияда маңызды рөл атқарады. Басқару арқылыұяшықтың ұзындығы, ені, орналасуы, бағыты, қоздыруы және айналасындағы құрылым, инженерлер әртүрлі кедергіні, поляризацияны, сәулелену үлгісін және сәуле сипаттамаларын ала алады.
Ұялы антенналарды жеке радиаторлар ретінде орнатуға немесе үлкенірек бөліктерге орналастыруға боладыойық толқын бағыттаушы массивтер, оларды радарда, байланыста, өлшеуде, сезуде және басқа да микротолқынды жүйелерде пайдалы етеді. Бастапқы анықтамалық мақалада ұялы антенна өткізгіш бетіндегі тікбұрышты тесік ретінде таныстырылады және оның әрекетін Babinet принципін қолдана отырып түсіндіреді.
1. Ұялы антенна дегеніміз не?
Ең қарапайым ұялы антеннаны өткізгіш параққа кесілген тар тікбұрышты тесік ретінде елестетуге болады.
Осы саңылауда РЖ өрісі пайда болған кезде, айналадағы металл бетінде ағып жатқан токтар бұзылады және электромагниттік энергия саңылау арқылы сәулеленеді.
Теориялық талдауда өткізгіш парақ көбінесе шексіз үлкен және мінсіз өткізгіш ретінде қарастырылады. Дегенмен, нақты антенналар шекті металл беттерді, толқын өткізгіш қабырғаларды, қуыстарды немесе басқа да практикалық құрылымдарды пайдаланады. Сондықтан ұяны қоршаған өлшемдер мен орта антеннаның нақты жұмысына әсер етеді.
Сымды антеннадан айырмашылығы, ток өткізгіш элемент бойымен ағады, ал ұялы антенна сәулеленедіөткізгіш құрылымдағы тесікБұл өзара толықтырушы байланыс ұялы антенналардың шкаф принципімен тығыз байланысты болуының бір себебі болып табылады.
2. Ұялы антенналардың жұмыс жиілігі
Бастапқы сілтеме таныстырады300 МГц-тен 30 ГГц-ке дейінұялы антенналарға арналған әдеттегі жұмыс диапазоны ретінде. Бұл жалпы кіріспе ретінде пайдалы, бірақ оны әмбебап жиілік шегі ретінде түсіндіруге болмайды.
Практикалық антенна инженериясында пайдалануға болатын жиілік диапазоны нақты құрылымға байланысты. Маңызды факторларға мыналар жатады:
- Ұяшықтың ұзындығы мен ені
- Беттік өлшемдерді жүргізу
- Азықтандыру әдісі
- Толқын өткізгіш немесе қуыс геометриясы
- Жұмыс режимі
- Массивтегі элементтер аралығы
Ұяшық антенналары әсіресе микротолқынды жүйелерде кең таралған, себебі ұяшықтарды толқын өткізгіш қабырғаларға ыңғайлы түрде біріктіруге болады. Жоғары жиіліктерде кіші толқын ұзындығы бірнеше ұяшықтарды ықшам жоғары бағыттағы массивтерге орналастыруға мүмкіндік береді.
3. Ұялы антенна қалай жұмыс істейді?
Электромагниттік өрістер өткізгіш құрылымның ішінде немесе жанында қозған кезде, беттік токтар металл бойымен ағады.
Саңылауды енгізу қалыпты ток жолын үзеді. Саңылауда күшті электр өрістері пайда болуы мүмкін, ал саңылау электромагниттік энергияның бір бөлігін бос кеңістікке біріктіреді.
Радиацияның нақты әрекеті ұяшықтың қалай қоздырылатынына байланысты.
Мысалы,ойық толқын бағыттаушы антенна, толқын өткізгіш токтың таралуына қатысты ұяшықтың орны мен бағыты сол ұяшықтың қаншалықты күшті қоздырылатынын анықтайды. Содан кейін қажетті күшейту және сәуле үлгісі бар массив құру үшін бірнеше ұяшықтарды орналастыруға және арақашықтықта орналастыруға болады.
Міне, сондықтан ұяшық антеннасының дизайны жай ғана «металлға тесік жасау» мәселесі емес. Ұяшық геометриясы, орналасуы, арақашықтығы, фазасы және қоректендіру құрылымы бірге қарастырылуы керек.
1-сурет. Өткізгіш бетіндегі саңылаулар арқылы өтетін электромагниттік сәулеленуді көрсететін практикалық ұяшық құрылымы.
4. Шкафтың принципі және ұялы антенналар
Ұяшық антенналарын түсінудің ең пайдалы тұжырымдамаларының біріШкафтың принципі, дәлірек айтқанда, оның электромагниттік кеңеюі.
Негізгі идея екі өзара толықтырушы құрылымды салыстыру болып табылады:
- Өткізгіш жазықтыққа кесілген ойық
- Сол ойықпен бірдей геометриялы өткізгіш жолақ
Егер бір құрылымның металл және ашық аймақтары ауыстырылса, екеуі бір-бірін толықтыратын болып саналады.
Антенна теориясында ұяшық антеннасының сәулелену сипаттамалары оның комплементарлы диполь тәрізді құрылымының сипаттамаларымен байланысты болуы мүмкін. Сәулелену үлгілерінің пішіндері тығыз байланысты, ал электрлік және магнит өрістерінің рөлдері бір-бірімен алмасып отырады. Бұл сондай-ақ ұяшықтың поляризациясы оған сәйкес келетін комплементарлы дипольдің поляризациясына ортогональды екенін білдіреді.
Мысалы, тар көлденең ойық ойықтың ұзын осіне перпендикуляр поляризацияланған электр өрісін тудыруға бейім.
Сондықтан, Babinet принципі негізгі ұялы антенналардың кедергісін, поляризациясын және сәулеленуін түсінудің маңызды құралы болып табылады.
2-сурет. Babinet принципін түсіндіру үшін пайдаланылған комплементарлы құрылымдардың иллюстрациясы.
5. Ұяшық антеннасы және диполь антеннасы
Тар саңылау және оны толықтыратын диполь антенна теориясында пайдалы салыстыруды қамтамасыз етеді.
Екеуі де идеалды комплементарлық жағдайларда ұқсас сәулелену үлгілерінің пішіндерін көрсетуі мүмкін, бірақ олардың электромагниттік өрісінің бағыты әртүрлі.
Кәдімгі диполь үшін электр өрісі әдетте диполь элементімен тураланады. Комплементарлы ұяшық үшін электр өрісі ұяшықтың ұзын осіне перпендикуляр болады.
Бұл толықтырушы байланыс әрбір практикалық ұяшық антеннасы диполь сияқты әрекет етеді дегенді білдірмейді. Нақты құрылымдарға шекті жер жазықтықтары, қуыстар, толқын өткізгіштер, бірнеше ұяшықтар, диэлектрлік материалдар және жақын маңдағы механикалық компоненттер кіруі мүмкін, олардың барлығы импеданс пен сәулелену үлгісін өзгерте алады.
6. Сәулелену үлгісі және поляризация
Бастапқы мақалада ұялы антеннаның сәулелену үлгісі көп бағытты деп сипатталады және оны жартылай толқынды дипольмен салыстырады.
Үлкен өткізгіш жазықтықта орналасқан қарапайым оқшауланған саңылау үшін диполь тәрізді кең сәулелену үлгісі пайдалы кіріспе жуықтау болып табылады. Дегенмен,«Барлық бағыттағы» барлық ұялы антенналардың әмбебап қасиеті ретінде қарастырылмауы керек..
Соңғы үлгі мыналарға байланысты:
- Ұяшық өлшемдері
- Ұяшықтың бағыты
- Өткізгіш бет
- Қоректену құрылымы
- Орын саны
- Элементтердің арақашықтығы және фазасы
- Саңылаудың артындағы шағылыстырғыштар немесе қуыстар
Саңылаулы толқын өткізгіш массивінде бірнеше сәулелену ұяшықтары тар, жоғары бағытталған сәулені және айтарлықтай жоғары күшейтуді жасау үшін бірге жұмыс істей алады.
Бұл айырмашылық практикалық радар мен байланыс антенналарын талқылаған кезде әсіресе маңызды.
3-сурет. Идеал жағдайларда қарапайым ұялы антеннаның әрекетін көрсету үшін пайдаланылған диполь тәрізді сәулелену үлгісі.
7. Саңылаулы толқын бағыттаушы антенналар мен массивтер
Ұялы антенна технологиясының ең маңызды практикалық іске асыруларының бірі -ойық толқын бағыттаушы антенна.
Бұл құрылымда микротолқынды энергияны тасымалдайтын толқын өткізгіштің қабырғасына сәуле шығаратын саңылаулар кесілген. Әрбір саңылау толқын өткізгіштен бақыланатын энергия мөлшерін біріктіріп, оны бос кеңістікке сәулелендіреді.
Бір немесе бірнеше толқын өткізгіш арналары бойымен бірнеше ұяшықтар орналастырылған кезде, олартолқын бағыттағыш ұяшық массивінің антеннасы.
Слоттың орналасуын, аралығын, бағытын және қозуын мұқият бақылау арқылы дизайнерлер мыналарға қол жеткізе алады:
- Жоғары пайда
- Тар сәуле ені
- Бақыланатын бүйірлік бөліктер
- Қажетті поляризация
- Ықшам жазық тесіктер
Қазіргі уақытта RF MISO ұсынадыТолқын бағыттаушы ұяшық антенналарыжәне микротолқынды қолдануға арналған саңылаулы толқын өткізгіш өнімдері. Мысалы, оның өнім портфолиосына сызықтық поляризациясы және жоғары күшейткіш конфигурациялары бар 8,6–9,6 ГГц және 9–10 ГГц саңылаулы толқын өткізгіш антенналары кіреді.
RF MISO сонымен қатар өзінің ғылыми-зерттеу жұмыстарында, соның ішінде X-диапазонды массив дизайнында толқын бағыттаушы ұяшық массивінің архитектурасын пайдаланады.
8. Ұялы антенналардың артықшылықтары
Ұялы антенналар бірнеше практикалық артықшылықтарды ұсынады:
Төмен профильді интеграция
Саңылаулар тікелей өткізгіш панельдерде немесе толқын өткізгіш қабырғаларда қалыптасуы мүмкін.
Жақсы механикалық интеграция
Сәулеленуші құрылым әрқашан шығыңқы сыртқы элементті қажет етпейді.
Антенна массивтеріне жарамды
Бірнеше ұяшықтарды жазық немесе толқын өткізгішпен қоректенетін массивтерге тиімді түрде біріктіруге болады.
Икемді арқалық дизайны
Ұяшықтардың орналасуы мен қоздыруын әртүрлі күшейту және сәулелену талаптарына оңтайландыруға болады.
Толқын бағыттаушы жүйелермен үйлесімділік
Микротолқынды және миллиметрлік толқын жиіліктерінде ұяларды төмен шығынды толқын өткізгіш қоректендіру құрылымдарымен тікелей біріктіруге болады.
9. Шектеулер және дизайнға қатысты ескеретін жайттар
Ұялы антенналар бірнеше инженерлік қиындықтарды да қамтиды.
Бір ұяшық шектеулі күшейтуді және салыстырмалы түрде кең сәулеленуді қамтамасыз етуі мүмкін. Жоғары бағытталуға қол жеткізу әдетте массив құрылымын қажет етеді.
Өнімділік келесі факторларға да байланысты болуы мүмкін:
- Ойықтарды өңдеу дәлдігі
- Жер бетіндегі өлшемдер
- Толқын бағыттаушысының төзімділігі
- Ұяшықтар арасындағы қашықтық
- Азықтандыру кезеңі
- Беткі сапасы
- Құрылымдық туралау
Жоғары микротолқынды және миллиметрлік толқын жиіліктерінде шағын механикалық қателіктер толқын ұзындығының айтарлықтай бөлігін құрауы мүмкін. Сондықтан өндіріс дәлдігі барған сайын маңызды бола түсуде.
Бастапқы мақалада жалпы кемшіліктер ретінде жоғары айқаспалы поляризация және төмен сәулелену тиімділігі көрсетілген. Іс жүзінде бұл сипаттамалар дизайнға қатты тәуелді және әрбір ұяшық антеннасының немесе ұяшық массивінің сөзсіз қасиеттері ретінде қарастырылмауы керек.
10. Ұялы антенналардың қолданылуы
Ұялы антенналар мен ұялы толқын өткізгіш массивтері радиожиілік және микротолқынды жүйелерде кеңінен қолданылады, соның ішінде:
- Радарлық жүйелер
- Микротолқынды байланыс
- Антенна массивтері
- Навигациялық жүйелер
- Радиожиілікті өлшеу
- Сенсорлық жүйелер
- Спутниктік және аэроғарыштық платформалар
- Толқын бағыттағышпен қоректенетін антенна жүйелері
Бастапқы сілтемеде радарлық навигация және толқын бағыттағышпен қоректенетін массивтер кең таралған ұялы антенна қолданбалары ретінде ерекше атап өтілген.
Жоғары бағыттағы микротолқынды жүйелер үшін саңылаулы толқын бағыттағыш массивтер практикалық үйлесім ұсынадыжазық геометрия, толқын бағыттаушының берілуі, бақыланатын сәулелену үлгілері және массивтің масштабталуы.
Қорытынды
Ұялы антенна өткізгіш бетте пайда болған тесік арқылы электромагниттік энергияны бос кеңістіктік сәулеленуге түрлендіреді.
Негізгі геометриясы қарапайым болғанымен, ұяшықтың электромагниттік әрекеті оның өлшемдеріне, бағытына, қоздыруына және айналасындағы құрылымға қатты байланысты.
Babinet принципі ұялы антенналар мен комплементарлы дипольдік құрылымдар арасында пайдалы теориялық байланыс орнатады, бұл инженерлерге олардың поляризациясы мен сәулелену сипаттамаларын түсінуге көмектеседі.
Микротолқынды инженерияда слот тұжырымдамасы толқын өткізгіш технологиясымен біріктірілгенде ерекше күшті болады. Бірнеше слотты біріктіруге боладысаңылаулы толқын бағыттаушы антенна массивтері, радар, байланыс, өлшеу және сенсорлық жүйелер үшін жоғары күшейтуді, бақыланатын сәуле енін және ықшам жазық антенна архитектураларын қамтамасыз етеді.
Жарияланған уақыты: 2026 жылғы 28 тамыз
