正确理解天线需要熟悉电磁学、电路理论、电子和信号处理。
坎迪斯Suriano博士Suriano解决方案
约翰Suriano博士Nidec马达,奥本山,MI,美国
汤姆福尔摩斯,安捷伦科技,Tipp城市,哦,美国
秦裕阿尔卡特-朗讯,哥伦布,哦,美国
如何一个接收天线信号和接收电路将其转换为有用的东西?当前路径是什么信号从天线接收或发送的吗?为什么会有不同类型的天线,为什么他们有不同的形状吗?与天线技术相关的技术标准条款是什么?信号从天线放大吗?
这是许多EMC需求理解的起点和测试程序和解决合规问题。天线的基础知识可以推导出从电磁学的基本原理和电路。甚至有了基本的理解可以在解决EMC问题被证明是无价的。
天线检测信号如何?
天线有两个互补的功能:将电磁波转化为电压和电流电路,使用和电压和电流转换成电磁波传播进入太空。信号通过空间传播的电磁波组成的电场以伏特每米和磁场以安培每米。根据类型的字段被发现,天线需要在特定的建筑。天线设计接电场,就像图1的天线(a),是由棒和板,天线接磁场,如图1所示(b),是由循环线。有时电路部分地区可能有特征,无意中使其天线。EMC关注这些意外的概率减少天线将信号注入电路或影响其他电路。
考虑汽车收音机的天线。电场(V / m)的天线要取悦一个电压沿着它的长度(m * V / m = V)相对于地面。接收器检测天线和地面之间的电压。这种类型的天线的另一个方法是作为一个领先的电压表测量的潜在空间。电压表是地面的其他领导的电路。
天线的形状的意义是什么?
一些天线是由循环线。这些天线检测磁场而不是电场。就像通过线圈的磁场线是线圈中产生的电流,也时电流感应线圈的线一个线圈的磁场穿过。环形天线的两端连接到接收电路通过这感应电流流动的环形天线检测磁场。通常直接垂直于磁场方向的传播因此循环的飞机应该与波传播的方向平行检测。
某些类型的电场天线双锥形的,角,微带。一般来说,天线辐射电场有两个组件互相绝缘。最简单的天线的电场偶极天线的名称所暗示的双组分性质。板的两个导体元素像电容器与它们之间的场投射到空间而不是局限在板块之间。另一方面,磁场天线是由线圈的电感器。电感器字段预计到空间而不是局限于一个封闭的磁路。天线的分类以这种方式有点人工,然而,由于辐射的实际机制涉及电场和磁场无论建设。
天线形式和辐射电磁场怎么样?
正如前面提到的,可以与电容器电场天线。考虑一个简单的平行板电容器如图2所示(一个)。发生在电荷的电场是放置在每个盘子都包含在板块之间。如果板块分开,让他们躺在同一平面,板块之间的电场延伸到空间。相同的过程与电场发生偶极天线,如图2所示(b)。费用在每个天线的一部分生产领域进入太空的两部分之间的天线。有一个固有电容两杆之间的偶极子天线,如图2所示(c)。所需电流偶极棒。当前在每个天线在同一方向流动的一部分。这种电流称为天线模式电流。这个条件是特殊的,因为它导致辐射。随着信号应用于天线的两半震荡,使换向和发送电波送入太空。
上的电荷和电流偶极子创建字段互相垂直。电场E流正电荷和负电荷通过电压应用于天线放置在元素,如图3所示(一个)。充电电流应用于天线磁场,H,循环显示线右手定则如图3 (b)。上帝让它这样,当电子沿着线磁“风”是它环绕线生产。指导一个人的右拇指的方向电流,手指绕在磁场线的方向。这个磁场的循环导致天线的电感。因此天线是一种被动的设备同时拥有电容的电荷分布和电流分布电感。
如图3 (c), E和H字段是互相垂直。他们分散到太空的天线在一个循环的方式。天线上的信号震荡,形成。横向电磁(TEM)波产生E和H是互相垂直。天线也可以转换TEM波回所谓的电流和电压互惠。当发送和接收天线互补的行为。
天线辐射的情况如图4所示。天线储存能量的活性成分在天线周围的电场和磁场。无功功率交换之间来回的供给和天线的活性成分。正如在任何L-C电路的电压和电流总是90°的阶段,也是如此天线E字段(由电压)和H字段(当前)产生的90°阶段如果天线被忽视的阻力。在一个电路中,真正的权力交付只有当负载有实部的阻抗,使组件电流和电压同相。这种情况下也适用与天线。天线有小电阻有一个组件交付的真正力量消散的天线。辐射发生,E和H字段必须同相彼此如图3 (c)。天线作为一个电容和一个电感,这种辐射如何发生?同相分量的结果传播延迟。天线不立即形成的波点在空间同时,而是以光速传播。在远离天线的距离,这延迟导致的一个组成部分,E和H字段的阶段。
因此,有不同的组件E和H字段组成的能量存储(反应)的部分字段或辐射(真正的)部分。反应部分是由电容和电感的天线,主要存在于近场。真正的部分是由一个叫做辐射电阻传播延迟引起的,存在于大型天线的距离远场。有时接收天线,如EMC测试中使用,可以放置接近源,影响更大的比远场辐射近场效应。在这种情况下,接收和发射天线耦合电容、互感。因此,接收天线作为发射器上的负载。
天线阻抗变化的频率如何?
天线阻抗是频率的函数。天线上的电流和电荷分布变化的频率。当前在偶极子通常是形状像正弦函数的位置在天线由频率决定的。由于信号的波长是依赖于频率,在特定频率的天线长度等于关键分数波长。当前在偶极子频率导致½波长和1如图5所示(a)和5 (b),分别。在½波长,当前从源是最大的。天线的输入阻抗,因此这个频率最低,等效电阻的天线(实际+辐射电阻)。在一个频率,波长一样的天线长度,当前从源是零;因此,输入阻抗是无限的。阴谋的阻抗与频率如图5所示(c)。
天线辐射向各个方向吗?
力量从天线辐射模式,可能不是统一的四面八方。描述天线获得,电力辐射的比例在给定方向上的辐射功率密度如果发生均匀四面八方(分布在一个球体的表面)。偶极子天线,大多数的辐射方向垂直于轴的天线,如图3所示。的方向性天线的增益在最大功率的方向,这是偶极子的方向垂直于轴。获得以dBi = 10 *日志(获得)。
三,或者二维天线的辐射模式也被称为电源模式,权力的阴谋,或配电。它直观地说明了一个天线接收或传送在一定的频率范围。它通常是远场绘制。天线辐射模式主要是受到天线的几何形状的影响。它还受到周围环境或其他天线的影响。有时在一个使用多个天线天线阵影响指向性。如图6所示(一个),两个天线由相同的源可以用来取消字段的平面天线,如果他们被½波长间隔。这种安排的俯视图如图6 (b)与素描的模式。
镜子,墙上的镜子:反思的重要性是什么?
当我们看着镜子,我们可以看到反射的电磁辐射的影响。为什么波反弹的导电表面?这些反射辐射的结果是什么?反射的基础是字段的边界条件在导体的表面。边界条件为E和H字段如图7所示。在导体内部,指控是自由移动,当受到电场和电流引起的时变磁场。电荷附近导体导体表面的电荷迁移。任何E字段的切向分量会导致电荷移动,直到E的切向分量为零。所产生的效果相当于图像导体表面以下,或虚拟,如图7所示(c)。图片不是真实的,但是代表的费用会导致同等效果的实际结果。
一个时变磁场在完美的导体。当前反对磁场,这样不正常的组件可以穿透导体表面。因此,当前图像如图7所示(c)原因产生的法向分量的H表面消失。
图像的影响非常重要,因为天线通常是附近的导电表面如地球,或一辆汽车或飞机的金属板,或电路板的地平面。辐射到太空的字段的和那些从天线的形象。如果我们考虑电偶极子,很容易看到效果。在图8中(a)偶极子平行导体显示图像。当偶极子是垂直于地平面,一个图像下面的偶极子的反向电荷存在误如图8所示(b)。在这两个例子中,磁场在空间领域的总和的偶极子,其形象。从偶极子磁场辐射时的导体,如图8所示(c),可以解释为波反射的图像。
信号从天线条件和放大吗?
天线通过输电线路连接到发射器或接收器。由于天线阻抗不是一个恒定频率的函数,它不能被匹配到输电线路的频率。当天线阻抗与传输线的阻抗不匹配(通常是50 W到75 W),连接到天线反射形成。波,来自源反射回来的输电线路减少传输能量的能力。的电压驻波比电压驻波比,测量的不匹配。电压驻波比的比率是最大电压最小传输线上的电压。阻抗失配,电压驻波比大于1,表明反射的存在。作为输电线路的阻抗最后变成higher-approaching开路,电压驻波比趋于无穷,表明所有的实力体现。这种情况类似于入射光束的两个媒体之间的一个接口,如空气和水,一些光反射和进入水中。电力传输天线的电压驻波比减少或降低了信号从天线时用于接收信号。电压驻波比和比例的变化反映了如图9所示(a)和9 (b),分别为50 w的系统中,负载电阻的变化。
连接到天线的另一个问题是信号不平衡引起的地平面。图10 (a)展示了一个偶极天线通过屏蔽电缆连接到一个源。盾与地平面。天线和地平面之间的寄生电容导致一些电流穿过地面的飞机而不是通过盾牌。当这种情况发生时,天线上的电流不平衡,天线失去效率。为了纠正这种不平衡,一个设备称为变压器(平衡到不平衡)。一个简单类型的变压器是如图10所示(b)。这里,铁氧体的变压器是由气缸(珠)放置在同轴电缆。铁氧体增加共模电流的阻抗只和没有影响正常的差模电流的电缆。因此,当前的减少导致不平衡,改善天线的操作。接收天线的输入信号可以诱导电流保护导致不平衡。铁氧体磁珠减少当前的盾牌。
天线是用于接收信号很小。因此常常需要使用放大器增加信噪比。热噪声的环境中,如果检测到9-kHz带宽,大约是-27年dBuV (-134 dBm)。然而,当信号处理和放大到可用的水平,介绍了噪声。的噪声图放大器的定义是不同的地板和环境噪声环境。考虑天线捡一个信号,表明只有0 dBuVas如图11所示(一个)。上面的信号可能是27分贝环境;但是接收器24-dB噪音图,上面的信号只有3 dB噪声地板上。因此,信噪比只有3 dB。好放大器可用于增加这个边缘如图11所示(b)。在这里,一个20 db放大器提出了从0 dBuV 20 dBuV信号电平。放大器也提高了20分贝环境7 dBuV。由于放大器8-dB噪声图,然后给环境增加了另一个8分贝+ 1 dBuV。接收机的噪声地板(3 dBuV)低于这个数字,从而不影响结果。 The new signal-to- noise ratio is 19 dBuV.
总结
正确理解天线需要熟悉电磁学、电路理论、电子和信号处理。这样的知识是必不可少的EMC工程师必须解释测试结果,提高测试的准确性和灵敏度,并建议消除无意天线从产品设计的方法。
引用
[1]w·l·周,天线工程麦格劳-希尔图书有限公司,纽约,1968年
[2]威廉·h·Hayt Jr .)工程电磁学麦格劳-希尔图书有限公司,1981年版
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[5]“射频和微波原理图测量噪声,“安捷伦应用注意57-1,安捷伦科技
[6]克莱顿·r·保罗,介绍了电磁兼容性约翰•威利& Sons公司,纽约,1992年。