Передающая антенна преобразует электрические сигналы в электромагнитные волны, обычно работая с уровнями мощности от 10 Вт до 50 кВт. Приемная антенна улавливает эти волны и преобразует их обратно в электрические сигналы, как правило, работая на малой мощности, например, от -50 дБм до -20 дБм.
Table of Contents
Применение
Передающие антенны используются на радиостанциях, телевизионных вышках и базовых станциях мобильной связи. Передающие антенны FM-радиостанций работают в диапазоне от 88 до 108 МГц, а мощность передачи может достигать 5 000 Вт и более. Такая мощность позволяет охватить радиус около 80 километров, гарантируя, что пользователи в этом диапазоне смогут четко принимать сигнал. Мощность передающей антенны базовой станции мобильной связи составляет от 20 до 100 Вт в зависимости от необходимости покрытия территории: мощность базовой станции выше в пригородах или сельской местности и ниже в городе из-за высокой плотности расположения станций.
Приемная антенна домашнего телевизора может принимать сигналы от телевышек, расположенных на расстоянии от нескольких до десятков километров. В случае с цифровым телевидением пользователь использует приемную антенну с чувствительностью от 25 до 35 дБи; такая антенна может принимать электромагнитные волны в диапазоне напряженности сигнала от 1 мкВ до 50 мкВ. Цена домашней приемной антенны обычно составляет от 200 до 600 юаней.
Мощность и пропускная способность
Передающие антенны, используемые для средневолнового вещания, имеют мощность до 50 киловатт, а небольшие передающие антенны для домашнего использования имеют мощность всего несколько десятков ватт, например, передающие антенны Wi-Fi роутеров — от 0,1 до 1 ватта. Конструкция антенны роутера также оптимизирована для различных частотных диапазонов, таких как диапазон 2,4 ГГц, который подходит для большего радиуса покрытия, и диапазон 5 ГГц, имеющий более высокую скорость передачи данных.
Мощность сигнала приемной антенны спутникового ТВ может обрабатываться в диапазоне от -50 дБм до -20 дБм, а чувствительность спутниковой антенны диаметром 1,8 метра может достигать более 45 дБи.
К обычно используемым материалам для передающих антенн относятся медь и алюминиевый сплав; проводимость медного провода составляет 5,96 × 10^7 См/м, что намного выше, чем у других распространенных материалов. Мощная передающая антенна для радиостанции может стоить сотни тысяч юаней, а срок ее службы составляет от 10 до 15 лет.
Стандартная наружная приемная антенна может прослужить от восьми до 12 лет, а ее цена варьируется от 300 до 1 000 юаней в зависимости от характеристик и материала антенны. Срок службы комнатной приемной антенны обычно составляет от 5 до 8 лет, а цена относительно низкая — от 100 до 300 юаней.
Стоимость установки передающей антенны радиостанции может достигать сотен тысяч или даже миллионов юаней, при этом мощность передающей антенны может потребоваться увеличить более чем на 30% по сравнению с равнинной местностью для преодоления препятствий рельефа. Затраты на техническое обслуживание составляют десятки тысяч долларов в год на регулярные проверки, калибровку оборудования и замену поврежденных деталей.
Стоимость установки приемной антенны спутникового ТВ варьируется от 500 до 2 000 юаней в зависимости от места установки и сложности приема сигнала. Расходы на обслуживание ниже: домашним пользователям обычно требуется лишь корректировать направление антенны раз в несколько лет, что стоит около 100–200 долларов.
Конструктивные особенности
Типичная передающая антенна для AM-вещания представляет собой вертикально поляризованную всенаправленную антенну, а для AM-радиостанций мощностью более 10 кВт высота антенны составляет от 100 до 200 метров. Высота антенны должна составлять четверть длины волны сигнала для обеспечения эффективной передачи. При работе в диапазоне 1000 кГц высота антенны составляет около 75 метров.
Передающие антенны для сверхвысокочастотного (UHF) телевизионного сигнала обычно проектируются как антенные решетки, которые могут фокусировать мощность передачи в определенном направлении для увеличения силы сигнала и снижения потерь энергии в других направлениях. Мощность передачи телевизионных UHF-антенн составляет от 5 кВт до 20 кВт, а размер антенной решетки варьируется в зависимости от конкретных потребностей покрытия; длина антенной решетки некоторых крупных городских телевышек может превышать 50 метров.
Высокочастотные сигналы (такие как FM-радио и телевизионные сигналы) требуют относительно коротких антенн, например, для FM-радио с частотным диапазоном от 88 до 108 МГц и длиной волны около 3–4 метров типичная длина антенны составляет четверть или половину длины волны, то есть от 0,75 до 2 метров. Размеры передающих антенн для низкочастотных сигналов, таких как длинноволновые вещательные антенны, работающие в диапазоне частот от 30 до 300 кГц, имеют длину волны от 1 до 10 км.
На примере домашней ТВ-приемной антенны: ТВ-сигнал в диапазоне UHF (от 470 до 862 МГц) использует длину волны антенны от 30 до 60 см, поэтому размер приемной антенны составляет от 10 до 30 см. Спутниковая приемная антенна работает в диапазоне частот выше 10 ГГц, а диаметр тарелки приемника варьируется от 60 см до 1,8 м в зависимости от мощности спутникового сигнала и географического положения точки приема.
В передающих антеннах в качестве основного материала используется медь или алюминий; медь имеет электрическую проводимость около 5,96 × 10^7 См/м, одну из самых высоких среди обычных металлов. Хотя проводимость алюминия составляет всего 2,38 × 10^7 См/м, он все же является распространенным материалом для высокочастотных передающих антенн благодаря своей легкости и коррозионной стойкости. Для мощных коротковолновых передающих станций мощностью 50 кВт очень важна эффективность рассеивания тепла материалом антенны, что требует контроля со стороны систем воздушного или жидкостного охлаждения.
Башни и антенны должны быть спроектированы так, чтобы выдерживать ветер скоростью более 200 километров в час. Согласно отраслевым стандартам, эффективная передающая антенна должна сохранять стабильные рабочие характеристики в течение 20–30 лет, а затраты на техническое обслуживание составляют от 10% до 15% от стоимости оборудования. Обычные антенны имеют функции защиты от радиопомех и электромагнитного экранирования, а цена варьируется от 100 до 300 юаней.
Усиление антенны
Усиление антенны является важным показателем способности антенны направлять излучение или принимать электромагнитные волны и выражается в дБи (усиление относительно изотропной антенны) или дБд (усиление относительно дипольной антенны). Типичная всенаправленная передающая антенна имеет усиление 3 дБи, что означает, что она может фокусировать сигнал по горизонтали и увеличивать его силу по сравнению с изотропной антенной. Направленные антенны с высоким коэффициентом усиления могут фокусировать энергию в определенном направлении, при этом возможно усиление от 10 до 20 дБи. Некоторые Wi-Fi антенны с высоким коэффициентом усиления имеют усиление до 12 дБи и могут охватывать расстояния в сотни метров.
В сфере вещания типичная передающая антенна FM-вещания обычно имеет усиление 10 дБи, что обеспечивает покрытие сигналом в радиусе от 50 до 100 км в зависимости от мощности передачи. В случае радиостанции мощностью 5 000 Вт антенна с усилением 10 дБи может поддерживать качество сигнала на больших расстояниях. На базовых станциях мобильной связи усиление передающей антенны обычно составляет от 14 до 18 дБи. Такие антенны с высоким коэффициентом усиления позволяют добиться точного покрытия в городе, повышая стабильность и эффективность связи. На примере типичной городской базовой станции: станция с мощностью передачи 50 Вт имеет усиление антенны 16 дБи, что позволяет охватить радиус в несколько километров.
Типичная спутниковая приемная антенна имеет усиление от 30 дБи до 45 дБи, и чем выше усиление, тем сильнее принимаемый сигнал и выше его четкость. В Европе спутниковая приемная антенна диаметром 1,2 метра имеет усиление от 38 до 40 дБи, что гарантирует сохранение затухания сигнала в допустимых пределах даже в плохую погоду. Если усиление приемной антенны составляет менее 30 дБи, она может не принимать четкий ТВ-сигнал во время грозы.
Для домашних цифровых ТВ-приемных антенн усиление составляет от 15 до 25 дБи. Цифровая ТВ-приемная антенна по рыночной цене 200 юаней с усилением 20 дБи может принимать телесигналы за десятки километров. Антенна с усилением 25 дБи стоит около 500 юаней и подходит для пользователей, живущих в отдаленных районах.
Всенаправленные антенны, охватывающие большую территорию, обычно имеют низкое усиление (типичное значение от 2 до 5 дБи), что подходит для сценариев, требующих одновременного покрытия сигналами в нескольких направлениях, таких как домашние Wi-Fi роутеры. Wi-Fi антенна с усилением 2 дБи может охватывать радиус около 30 метров, в то время как антенна с усилением 5 дБи может увеличить этот радиус до 50 метров и более. Многие высокопроизводительные роутеры используют антенны с усилением от 5 до 9 дБи для обеспечения покрытия всего дома и двора.
Направленные антенны увеличивают зону покрытия за счет фокусировки сигналов в одном направлении. На примере обычной параболической направленной антенны: ее усиление обычно выше 20 дБи, и она способна охватывать расстояние в несколько километров и более. Некоторые направленные антенны, используемые для дальней передачи Wi-Fi, могут иметь усиление до 24 дБи, обеспечивая передачу сигнала на несколько километров по открытой местности. В телекоммуникациях или радиосвязи направленные антенны с высоким коэффициентом усиления особенно распространены. Например, некоторые антенны, используемые в военной или космической связи, могут достигать усиления от 30 до 40 дБи и эффективно передавать сигналы на сотни километров, гарантируя получение сильного обратного сигнала даже в экстремальных условиях.
