مهندسی میدان و مایکروویو
انجمن مهندسی مایکروویو ایران
مهندسی میدان و مایکروویو
انجمن مهندسی مایکروویو ایرانبهره تقویت کننده ها
پترن آنتن ها
بهره یا گین در آنتن ها بر حسب دسیبل و نسبت به یک آنتن ایزوتروپیک (یک منبع نقطعه ای که در تمامی جهت ها به صورت یکسان و یکنواخت تشعشع می کند) بیان می شود. ساختار فیزیکی آنتن ها، با توجه به فرکانس کاری، باعث ایجاد نقاط دارای گین و بدون گین در اطراف آنتن می شود. در این نقاط میدان ها دارای بهره شده و تقویت می شوند و یا تضعیف می شوند. در این مقاله برای آشنایی شما پترن و مشخصات تعدادی از آنتن های متداول آورده شده است.
آنتن پارابولیک:
آنتن دیپل:
Gain (typ): 2 dB
Bandwidth: 10% (1.1:1)
Frequency Limit:
Lower: none
Upper: 8 GHz
(due to size)
Polarization: Linear
(vertical as shown)
Half-Power BW (typ):
80º x 360º
آنتن های WHIP عمودی، یک چهارم طول موج:
Gain (typ): 2 to 6 dB
Bandwidth: 10% (1.1:1)
Frequency Limit:
Lower: none
Upper: none
Polarization: Linear
(vertical as shown)
Half-Power BW (typ):
45º x 360º
آنتن های لاگ پریودیک:
Polarization: Linear
Gain (typ): 6 to 8 dB
Bandwidth: 163% or 10:1
Frequency Limit:
Lower: 3 MHz
Upper: 18 GHz
آرایه ی یاگی:
Gain (typ): 5 to 15 dB
Bandwidth: 5% (1.05:1)
Frequency Limit:
Lower: 50 MHz
Upper: 2 GHz
Polarization: Linear
(horizontal as shown)
Half-Power BW) (typ):
50º x 50º
لوپ دایره ای:
Gain (typ): -2 to 2 dB
Bandwidth: 10% (1.1:1)
Frequency Limit:
Lower: 50 MHz
Upper: 1 GHz
Polarization: Linear
(horizontal as shown)
Half-Power BW (typ):
80º x 360º
لوپ مربعی:
Gain (typ): 1 to 3 dB
Bandwidth: 10% (1.1:1)
Frequency Limit:
Lower: 50 MHz
Upper: 1 GHz
Polarization: Linear
(horizontal as shown)
Half-Power BW (typ):
100º x 360º
وی VEE:
Polarization: Linear
(vertical as shown)
Half-Power BW (typ):
60 deg x 60 deg
Gain (typ): 2 to 7 dB
Bandwidth: "Broadband"
Frequency Limit:
Lower: 3 MHz
Upper: 500 MHz
(practical limit)
هورن:
Gain (typ): 5 to 20 dB
Bandwidth:
120% (4:1) - ridged
67% (2:1) - non-ridged
Frequency Limit:
Lower - 50 MHz
Upper - 40 GHz
Polarization: Linear
(vertical as shown)
Half-Power BW (typ):
40º x 40º
تقویت کننده ها
یک مزیت کاربردی قطعات فعال توانایی تقویت کردن شان است. چه قطعه کنترل شده با جریان باشد و چه کنترل شده با ولتاژ، مقدار توان مورد نیاز برای کنترل جریان خروجی بسیار کمتر از توان خروجی ناشی از جریان عبوری از قطعه است. به بیان دیگر یک قطعه فعال فقط دارای ویژگی کنترل الکتریسیته با الکتریسیته نیست، بلکه این قطعه اجازه می دهد که یک مقدار ناچیز از الکتریسیته (ولتاژ یا جریان سیگنال کنترلی) مقدار بسیار بزرگ و زیادی از الکتریسیته (جریان خروجی) را کنترل کند.
به دلیل همین تفاوت در توان کنترل کننده و کنترل شده، تجهیزات و قطعات فعال را می توان برای بدست آوردن توان بسیار زیاد (کنترل شده) با اعمال مقدار بسیار کمتر از توان (کنترل کننده) استفاده کرد. به این رفتار تقویت گفته می شود.
یکی از بنیادی ترین قوانین فیزیک به ما می گوید که انرژی نه تولید و نه نابود می شود. این قانون به قانون پایستگی انرژی معروف بوده و هیچ استثنایی برای آن تا کنون دیده نشده است. اگر این قانون درست است - حجم وسیعی از آزمایشات این نتیجه گیری را پیشنهاد می کنند- بنابراین غیر ممکن است قطعه ای بسازیم که با دریافت مقدار اندکی انرژی در خروجی مقدار بسیار زیادی انرژی تحویل دهد. تمامی ماشین ها، و همین طور مدارات الکترونیکی و الکتریکی، دارای ماکزیمم راندمان 100 درصد هستند. در بهترین حالت توان خروجی با توان ورودی برابر است.
توان خروجی یک ماشین می تواند به اندازه توان ورودی باشد، ولی هرگز نمی تواند از آن بیشتر باشد. حد بالای راندمان 100 درصد است. معمولا، ماشین ها به نزدیکی های این حد هم نمی رسند. و بخش اعظمی از انرژی ورودی را به صورت دما به محیط پیرامون انتقال می دهند.
یک ماشین واقعی بخشی از انرژی ورودی خود را در فرآیند تولید انرژی در خروجی، به صورت دما از دست می دهد.
افراد بسیاری تلاش های نافرجامی برای ساخت و طراحی ماشینی که توان خروجی آن بیشتر از توان ورودی اش باشد، انجام داده اند. این ماشین حرکت دائمی در صورت ساخت نه تنها قانون پایستگی انرژی را نقض می کند بلکه سرمنشا انقلاب عظیمی در تکنولوژی خواهد بود، زیرا این ماشین می تواند توان ورودی خود را تامین کرده و توان بیشتری به صورت رایگان تولید کنند.
یک کلاس از ماشین ها که تقویت کننده نامیده می شوند، می توانند مقدار اندکی از سیگنال ورودی را به توان بسیار بیشتری تبدیل کنند. کلید درک این چگونگی عملکرد تقویت کننده ها، بدون نقض قانون پایستگی انرژی ، در نحوه ی عملکرد آن ها نهفته است.
چون تجهیزات فعال توانایی کنترل توان های بالای الکتریکی با استفاده از یک سیگنال کنترلی با توان اندک را دارند. آن ها را در مدار طوری باید در نظر گرفت که سیگنال ورودی خود را در خروجی با توان بیشتر ایجاد کرده و برای این کار از یک منبع توان خارجی استفاده می کنند. این قطعه با این تعریف می تواند سیگنال با توان اندک ورودی را به سیگنالی با توان بسیار زیادتر تبدیل کند. قانون پایستگی انرژی نقض نمی شود زیرا توان لازم برای انجام این کار از یک منبع توان دیگر گرفته می شود. تقویت کننده ها نه انرژی تولید می کننده و نا آن را از بین می برند، بلکه آن را تقویت می کنند.
یک تقویت کننده سیگنال کوچک ورودی را به سیگنال بزرگتر در خروجی تبدیل می کند، و منبع انرژی این کار یک منبع توان خارجی است. به بیان دیگر یک قطعه فعال با استفاده از قابلیت کنترل جریان، از توان DC منبع خارجی استفاده کرده و سیگنال ورودی را با توانی بسیار بیشتر در خروجی ایجاد می کند. ترانزیستور یا هر قطعه فعال موجود در یک تقویت کننده یک کپی بسیار بزرگتر از سیگنال ورودی با استفاده از توان DC باتری یا هر منبع خارجی تولید می کند. تقویت کننده ها نیز مانند تمامی ماشین های دیگر دارای راندمان هستند. و نهایت راندمان تقویت کننده ها نیز 100 درصد خواهد بود. معمولا تقویت کننده های الکترونیکی دارای کارایی بسیار کمتری از این حد بوده و بخش قابل توجهی از توان را به صورت دما تلف می کنند.
عناصر فعال و غیر فعال (اکتیو و پسیو)
یک قطعه فعال هر نوع از المان های مداری است که قادر به کنترل جریان الکترون ها به صورت الکتریکی باشد (الکتریسیته کنترل شده با الکتریسیته). برای اینکه به یک مدار بتوانیم صفت الکترونیکی را اضافه کنیم باید حداقل شامل یکی از این قطعات باشد. عناصری که قادر به کنترل جریان الکتریکی و شارش الکترون ها به صورت الکتریکی نیستند را عناصر غیر فعال یا پسیو می گوییم. مقاومت ها، خازن ها، سلف ها، ترانسفورمرها و حتی دیودها همگی عناصر غیرفعال (پسیو) مداری هستند. قطعات اکتیو شامل (و نه محدود به) خانواده های تیوب های خلا، ترانزیستورها، یکسوکننده های کنترل شده سیلیکونی (SCR) و تریاک ها می شوند.
تمامی عناصر فعال (اکتیو) جریان الکترونی عبوری از خود را کنترل می کنند. برخی از عناصر فعال از ولتاژ و برخی دیگر از جریان برای کنترل جریان و شارش الکترون ها استفاده می کنند. قطعاتی که از یک ولتاژ استاتیک به عنوان سیگنال کنترلی استفاده می کنند، قطعات کنترل شده با ولتاژ نامیده می شوند. و قطعاتی که از جریان به عنوان سیگنال کنترلی استفاده می کنند، قطعات کنترل شده با جریان نامیده می شوند. به عنوان مثال تیوب های خلا تجهیزات کنترل شده با ولتاژ هستند و ترانزیستورها به هر دو صورت کنترل شده با جریان و ولتاژ وجود دارند. اولین خانواده ترانزیستورها که با موفقیت ساخته شدند، کنترل شده با جریان بودند.
نواحی مجاز و غیر مجاز برای تطبیق امپدانس در اسمیت چارت
در این شکل تاثیر اضافه کردن امپدانس های سری و ادمیتانس های موازی نشان داده شده است.
معمولا برای تطبیق به امپدانس پنجاه اهم از شماهای متفاوتی استفاده می شود که می تواند ترکیبی از سلف ها و خازن ها باشد. ولی باید توجه داشته که در تطبیق امپدانس یک بار دلخواه به پنجاه اهم نمی توان از همه آن ها استفاده کرد. در اشکال زیر ساختارهای متفاوت آورده شده و نواحی غیر مجاز برای استفاده از آن ها بر روی شکل مشخص شده است.
نواحی مجاز و غیر مجاز تطبیق با استفاده از مدار سلف سری و خازن موازی.
نواحی مجاز و غیر مجاز تطبیق با استفاده از مدار خازن سری و سلف موازی.
نواحی مجاز و غیر مجاز تطبیق با استفاده از مدار خازن موازی و سلف سری.
نواحی مجاز و غیر مجاز تطبیق با استفاده از مدار سلف موازی و خازن سری.
نواحی مجاز و غیر مجاز تطبیق با استفاده از مدار خازن سری و خازن موازی.
نواحی مجاز و غیر مجاز تطبیق با استفاده از مدار سلف سری و سلف موازی.
نواحی مجاز و غیر مجاز تطبیق با استفاده از مدار خازن موازی و خازن سری.
نواحی مجاز و غیر مجاز تطبیق با استفاده از مدار سلف موازی و سلف سری.
