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妙法莲华经

增益天线的工作原理

feilong.org 修订于2016-03-13 12:01:09

动手制作增益天线之前,我们还得了解一下无线增益天线的基本工作原理。只有有了一定的理论基础,我们才能制作出效果极佳的天线。

通俗说法:在现有天线周围放置规则的金属抛物面,使天线位于抛物面的内反射焦点处,通过电磁波反射在焦点处形成能量集中,从而增强电磁信号的收发,实现在特定方向增强信号。

制作简单的增益天线的关键, 找到比较规则的金属抛物面和计算抛物面的焦点位置。金属抛物面并不一定要求用金属板,也可以是网状、栅栏状金属材料。

根据所选抛物面的形状来计算确定焦点位置
计算公式:F=D×D/16H
其中,D为抛物面的直径,H为抛物面的深度,单位应该精确到毫米(mm) 。
考虑到抛物面会不太规则和人工测量会存在误差,因此可以更简单估算公式进行,即F=0.3D~0.4D,然后实际调节。
catopter antenna theory
catopter antenna theory

更基础是抛物面(parabola)的原理,所以此天线又叫抛物面天线(parabola feed)。如下图:focus焦点,dectrix准线,

parabola distances
parabola-reflector.gif

与对称轴平行的光线或电磁波,反射后都经过焦点,于是焦点处信号能量最大。
parabolic-dish.jpg

将抛物面的侧面放在坐标系内,
O为坐标原点,
OQ为Y轴,OF为X轴
P(x,y)为漏勺边沿某处,MN=x,PMP=一
MN为准线
ON=OF=a,FP=MP
parabola-formula y^2=4ax
parabola-formula y^2=4ax

y2 = 4ax (parabola on coordinates)

Example: Where is the focus in the equation y2=5x ?
Converting y2 = 5x to y2 = 4ax form, we get y2 = 4 (5/4) x,
so a = 5/4, and the focus of y2=5x is:
F = (a,0) = (5/4,0)

parabola orientations
四种坐标系放置后的公式为:y2 = 4ax      y2 = -4ax      x2 = 4ay      x2 = -4ay 本质是一回事。

下面是规则球半径和抛物面截面半径的关系图:很简单的勾股定理导出。其中sag就是焦点到顶点的距离。
jiehe guanxi
jisuan yanshi

要增强无线信号的传输效率,要从增加无线路由器或无线AP天线的收发增益和无线网卡收发增益两个方面入手。简单的Wi-Fi无线网络中,包括无线路由器无线AP,以及无线网卡。自己制作增益天线一样从这里入手。

自制无线增益天线的稳定性和可靠性不一定能够达到成品天线所具备的效果。但是,有动手制作增益天线的经历,也是值得骄傲的。

更新网址:http://feilong.org/antenna-theory
最初发布:20091114 09:48:08 feilong.org 于广州

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