Antena jest urządzeniem służącym jako interfejs między obwodem elektrycznym a przestrzenią przeznaczoną do nadawania i odbioru fal elektromagnetycznych w pewnym zakresie częstotliwości, zgodnie z jego własnym rozmiarem i kształtem. Wykonane z metalu, głównie miedzi lub aluminium, anteny transmisyjne mogą przekształcać prąd elektryczny w promieniowanie elektromagnetyczne i odwrotnie. Każde urządzenie bezprzewodowe zawiera co najmniej jedną antenę.

Fale radiowe sieci bezprzewodowej

Gdy zachodzi potrzeba komunikacji bezprzewodowej, potrzebna jest antena. Ma możliwość wysyłania lub odbierania fal elektromagnetycznych do komunikacji, gdzie niemożliwe jest zainstalowanie wiodącego systemu.


Antena jest kluczowym elementem tej technologii bezprzewodowej. Fale radiowe są łatwo tworzone i szeroko stosowane zarówno w komunikacji wewnętrznej, jak i zewnętrznej, ze względu na możliwość przechodzenia przez budynki i podróżowania na duże odległości. Najważniejsze cechy anten transmisyjnych:

Ponieważ transmisja radiowa jest wszechkierunkowa, potrzeba fizycznej koordynacji między nadajnikiem i odbiornikiem nie jest wymagana.

Częstotliwość fal radiowych określa wiele charakterystyk transmisji.

Przy niskich częstotliwościach fale mogą łatwo przechodzić przez przeszkody. Jednak ich moc spada z odwrotną odległością do kwadratu.

Większe fale są bardziej podatne na absorpcję i znajdują odbicie w przeszkodach. Ze względu na duży zasięg fal radiowychZakłócanie transferów jest problemem.

W zakresach VLF, LF i MF propagacja fal, zwanych również falami powierzchniowymi, następuje po zakrzywieniu Ziemi.

Maksymalna szerokość pasma tych fal wynosi około kilkuset kilometrów.

Anteny nadawcze są wykorzystywane do zastosowań o niskiej przepustowości, takich jak modulacja amplitudy (AM).

Transmisje zakresu HF i VHF są pochłaniane przez atmosferę znajdującą się w pobliżu powierzchni Ziemi. Jednak część promieniowania, która nazywa się falą nieba, rozciąga się na zewnątrz i do góry do jonosfery w górnej atmosferze. Jonosfera zawiera zjonizowane cząstki utworzone przez promieniowanie słoneczne. Te zjonizowane cząstki odbijają fale nieba z powrotem na Ziemię.

Rozchodzenie się fali

Rozkład bezpośredniej widoczności. Spośród wszystkich metod rozprzestrzeniania się to najczęściej występuje. Fala przesuwa się do minimalnej odległości, którą można zobaczyć gołym okiem. Następnie musisz użyć wzmacniacza amp w celu zwiększenia sygnału i przesłania go ponownie. Taka dystrybucja nie będzie płynna, jeśli na jej drodze transmisyjnej znajdzie się jakakolwiek przeszkoda. Ta transmisja jest wykorzystywana do transmisji w podczerwieni lub w kuchence mikrofalowej.

Rozprzestrzenianie się fali Ziemi z anteny nadawczej. Rozprzestrzenianie się fali do ziemi następuje wzdłuż konturu Ziemi. Taka fala nazywana jest falą bezpośrednią. Fala czasami pochyla się przez pole magnetyczne Ziemi i wchodzi do odbiornika. Taką falę można nazwać falą odbitą.

Fala rozchodząca się po ziemiAtmosfera znana jako ziemska. Bezpośrednia i odbita fala falowa razem wysyła sygnał do stacji odbiorczej. Kiedy fala dotrze do odbiornika, opóźnienie ustaje. Ponadto sygnał jest filtrowany w celu uniknięcia zniekształceń i wzmocnienia, aby uzyskać jasny wniosek. Fale są przesyłane z jednego miejsca i gdzie są odbierane przez wiele anten nadawczych.

Układ współrzędnych pomiaru anteny

Biorąc pod uwagę model płaski, użytkownik będzie musiał zmierzyć się z azymutem płaszczyzny i wysokością płaszczyzny wzoru. Termin azymut występuje zwykle w odniesieniu do "horyzontu" lub "w poziomie", podczas gdy termin "wysokość" jest zwykle określany jako "pionowy". Na rysunku płaszczyzna XY ma płaszczyznę azymutu.


Schemat płaszczyzny azymutalnej jest mierzony, gdy pomiar jest wykonywany przez przesunięcie całej płaszczyzny xy wokół badanej anteny nadawczej odbiornika. Płaszczyzna podniesienia jest płaszczyzną prostopadłą do płaszczyzny x, na przykład płaszczyzny yz. Płaszczyzna wznosi się wokół całej płaszczyzny YZ wokół badanej anteny. Próbki (azymuty i wykresy wysokości) są często wyświetlane jako wykresy we współrzędnych biegunowych. Daje to użytkownikowi możliwość łatwej wizualizacji, w jaki sposób antena promieniuje we wszystkich kierunkach, tak jakby była już "wycelowana" lub zamontowana. Czasami przydatne jest narysowanie diagramy kierunkowych we współrzędnych kartezjańskich, zwłaszcza gdy istnieje kilka płatów bocznych w szablonach i gdzie poziomy płatków bocznych są ważne.

Główne cechy komunikacji

Anteny są głównymi komponentamidowolnego obwodu elektrycznego, ponieważ zapewniają połączenie między nadajnikiem i wolną przestrzenią lub między wolną przestrzenią a odbiornikiem. Zanim zaczniesz mówić o typach anten, musisz poznać ich właściwości. Tablica anten - systematyczne rozmieszczenie anten, które współpracują ze sobą. Poszczególne anteny w macierzy zwykle mają ten sam typ i znajdują się w bliskim sąsiedztwie, w stałej odległości od siebie. Tablica pozwala zwiększyć kierunek, kontrolę głównych promieni promieniowania i belek bocznych. Wszystkie anteny charakteryzują się biernym współczynnikiem wzmocnienia. Wzmocnienie pasywne mierzy się wartością dBi, która jest związana z teoretyczną anteną izotropową. Uważa się, że przesyła energię jednakowo we wszystkich kierunkach, ale nie istnieje w przyrodzie. Wzmocnienie idealnej półfalowej anteny dipolowej wynosi 215 dB.
EIRP, czyli równoważna izotropowa moc promieniowania anteny nadawczej, jest miarą maksymalnej mocy, jaką teoretyczna antena izotropowa promieniowałaby w kierunku maksymalnego wzmocnienia. EIRP uwzględnia straty z linii energetycznych i złączy i obejmuje rzeczywiste zyski. EIRP pozwala obliczyć rzeczywistą moc i natężenie pola, jeśli rzeczywiste wzmocnienie i moc wyjściowa nadajnika są znane.

Wzmocnienie anteny w kierunkach

Określa się ją jako stosunek przyrostu mocy w danym kierunku do wzrostu anteny mocy w tym samym kierunku. Standardową praktyką jest użycieemiter izotropowy jako antena referencyjna. W takim przypadku emiter izotropowy będzie wolny od strat, emituje energię równomiernie we wszystkich kierunkach. Oznacza to, że wzmocnienie emitera izotropowego jest równe G = 1 (lub 0 DB). Zwykle stosuje się blok dBi (decybeli w stosunku do emitera izotropowego) w celu wzmocnienia w stosunku do emitera izotropowego.

Wzmocnienie, wyrażone w dBi, oblicza się za pomocą następującego wzoru: GdBi = 10 * Log (GNumeric /GIsotropic) = 10 * Log (GNumeric). Czasami teoretyczny dipol jest używany jako punkt odniesienia, więc jednostka dBd (decybele w stosunku do dipola) będzie używana do opisania wzmocnienia w stosunku do dipola. Blok ten jest zwykle używany do wzmacniania anten dookólnych z wyższym wzmocnieniem. W tym przypadku ich wzmocnienie jest wyższe o 22 dB. Dlatego jeśli antena ma wzmocnienie 3 dB, całkowite wzmocnienie wyniesie 52 dB.

Szerokość wiązki 3 dB

Taka szerokość wiązki (lub szerokość wiązki o połowie mocy) anteny jest zwykle określana dla każdej głównej płaszczyzny. Szerokość wiązki 3 dB w każdej płaszczyźnie jest zdefiniowana jako kąt między punktami płatka głównego, który jest zmniejszony z maksymalnego wzmocnienia o 3 dB. Szerokość wiązki 3 DB - kąt między dwiema niebieskimi liniami na obszarze biegunowym. W tym przykładzie szerokość wiązki 3 dB w tej płaszczyźnie wynosi około 37 stopni. Anteny z szeroką wiązką światła mają zwykle niskie wzmocnienie, a anteny o wąskiej szerokości wiązki mająwyższy zysk.
W ten sposób anteny, który kieruje większość ich energii w wąskiej wiązki, co najmniej w jednej płaszczyźnie, będzie miał większe wzmocnienie. Stosunek „tam i z powrotem» (C /B) stosuje się jako wskaźnik z korzyści, które próbuje opisać poziom promieniowania z tyłu anteny kierunkowej. Zasadniczo, postawa „tam iz powrotem” - stosunek szczytowego zysku w kierunku do przodu, aby uzyskać 180 stopni za sobą szczyt. Oczywiście, w stosunku skali dB „tam iz powrotem” - to po prostu różnica między zyskiem szczytowej w kierunku do przodu i zysk 180 stopni za szczyt.

Klasyfikacja anten

Istnieje wiele rodzajów anten dla różnych zastosowań, takich jak komunikacja, radar, pomiaru, symulacji impulsu elektromagnetycznego (EMP) kompatybilności elektromagnetycznej (EMC), i tak dalej. D. Każdy z nich jest przeznaczona do pracy w wąskich pasmach w podczas gdy inne są przeznaczone do wysyłania /odbierania impulsów przejścia. Charakterystyki działania anten nadawczych:

fizyczny struktury anteny.

Pasma częstotliwości.

Tryb aplikacji.

Poniżej są dwie anteny, zgodnie z fizycznej struktury:

drutu;

otwór;

odzwierciedlają;

​​

soczewka anteny;

anten mikropaskowych;

masywne anteny.

Poniżej rodzaje anten nadawczych w oparciu o częstotliwość pracy:

o bardzo niskiej częstotliwości (VLR).

Niska częstotliwość (LF).

Średnia częstotliwość(MF).

Wysoka częstotliwość (HF).

Bardzo wysoka częstotliwość (VHF).

Częstotliwość wysokiej częstotliwości (UHF).

Super High Frequency (SHF).

Fala mikrofalowa.

Fale radiowe.

Poniżej przedstawiono anteny nadawcze i odbiorcze zgodnie z trybami aplikacji:

Komunikacja punkt-punkt.

Programy mowy.

Komunikacja radarowa.

Łączność satelitarna.

Cechy konstrukcyjne

Anteny nadawcze wytwarzają fale radiowe propagujące w przestrzeni kosmicznej. Anteny odbiorcze wykonują proces odwrotny: odbierają promieniowanie o częstotliwości radiowej i przetwarzają je na niezbędne sygnały, na przykład dźwięk, obrazy w telewizyjnych antenach nadawczych i telefonach komórkowych. Najprostszy typ anteny składa się z dwóch metalowych prętów i jest znany jako dipol. Jednym z najczęstszych typów jest antena monopolowa, składająca się z pręta, umieszczonego pionowo na dużej metalowej płycie, która służy jako uziemiona płaszczyzna. Instalacja na pojazdach jest zwykle monopolem, a metalowy dach pojazdu służy jako uziemienie. Antena nadawcza, jej kształt i wielkość określa częstotliwość roboczą i inne charakterystyki promieniowania. Jednym z ważnych atrybutów anteny jest jej orientacja. W połączeniu między dwoma ustalonymi celami, jak w połączeniu między dwiema stałymi stacjami nadawczymi lub w zastosowaniach radarowych, wymagana jest antena, aby bezpośrednio przesłać energię transmisji do odbiornika. Odwrotnie, kiedynadajnik lub odbiornik nie jest nieruchomy, jako połączenie komórkowe wymagany jest system bezkierunkowy. W takich przypadkach wymagana jest antena dookólna, która jednolicie odbiera wszystkie częstotliwości we wszystkich kierunkach płaszczyzny poziomej, a w płaszczyźnie pionowej promieniowanie jest nierównomierne i bardzo małe, jak w nadajniku anteny nadawczej.

Nadawanie i odbieranie źródeł

Nadajnik - główne źródło promieniowania o częstotliwości radiowej. Ten typ składa się z przewodnika, którego natężenie zmienia się w czasie i zamienia je na promieniowanie o częstotliwości radiowej propagujące się w przestrzeni. Antena odbiorcza - urządzenie odbioru częstotliwości radiowej (RF). Wykonuje transmisję wsteczną, wykonuje nadajnik, odbiera promieniowanie o częstotliwości radiowej, zamienia je na prądy elektryczne w obwodzie elektrycznym anteny. Stacje telewizyjne i radiowe wykorzystują anteny transmisyjne do transmisji określonych typów sygnałów propagowanych w powietrzu. Sygnały te są wykrywane przez anteny odbiorcze, które przetwarzają je na sygnały i są odbierane przez odpowiednie urządzenie, na przykład telewizor, radio, telefon. Odbiorniki radiowe odbierające i odbierające są przeznaczone wyłącznie do odbioru promieniowania o częstotliwości radiowej i nie wytwarzają promieniowania o częstotliwości radiowej. Urządzenia komórkowe, takie jak stacje bazowe, repeatery i telefony komórkowe, są wyposażone w dedykowane anteny nadawcze i odbiorcze, które emitują promieniowanie o częstotliwości radiowej i obsługują sieci komórkowe wZgodność z technologią sieci komunikacyjnych. Różnica pomiędzy anteną analogową i cyfrową:

Antena analogowa ma wzmocnienie zmienne i działa w zakresie 50 km dla DVB-T. Im dalej użytkownik jest od źródła sygnału, tym gorszy sygnał.

W przypadku odbioru telewizji cyfrowej - użytkownik otrzymuje w ogóle dobry obraz lub obraz. Jeśli jest daleko od źródła sygnału, nie otrzymuje żadnego obrazu.

Antena cyfrowa transmisji ma wbudowane filtry redukujące hałas i poprawiające jakość obrazu.

,

sygnału analogowego jest przekazywane bezpośrednio do odbiornika telewizyjnego, podczas gdy cyfrowe musi najpierw dekodować. To pozwala korygować błędy i dane, jak kompresji sygnału na więcej funkcji jak dodatkowych kanałów, EPG, płatna telewizja, interaktywne gry i tak dalej. D.

nadajnik dipol

antena dipolowa jest najczęstszym typem wielokierunkowa i rozprzestrzeniać energię o częstotliwości radiowej (RF) o 360 stopni w płaszczyźnie poziomej. Urządzenia te są zaprojektowane tak, aby były rezonansowe z połową lub ćwierć długości fali zastosowanej częstotliwości. Może to być tak proste jak dwa kawałki drutu, wymagana długość lub może być obudowany. Dipole jest stosowany w wielu sieciach korporacyjnych, małych biurach i do użytku domowego (SOHO). Ma typową impedancję, która pozwala na dopasowanie go do przetwornika w celu maksymalnego transferu mocy. Jeśli antena i nadajnik nie pasują, linia transmisji będzie wykazywać pogorszeniesygnalizować, a nawet uszkadzać nadajnik.

Kierunkowe ogniskowanie

Skierowane anteny skupiają się na mocy promieniowania w celu zwężenia wiązek, zapewniając znaczny wzrost w tym procesie. Jego właściwości są również wzajemne. Charakterystyki anteny nadawczej, takie jak impedancja i wzmocnienie, mają również zastosowanie do anteny odbiorczej. Dlatego ta sama antena może być używana zarówno do wysyłania, jak i odbierania sygnału. Wzmocnienie wysoce kierunkowej anteny parabolicznej służy do wzmocnienia słabego sygnału. Jest to jeden z powodów, dla których są często wykorzystywane do komunikacji na duże odległości. Zazwyczaj używaną anteną kierunkową jest tablica Yagi-Uda, zwana Yagi. Został wymyślony przez Shintaro Uda i jego kolegę Hidetsug Yaga w 1926 roku. Antena Yagi wykorzystuje kilka elementów do utworzenia ukierunkowanej macierzy. Jeden kontrolowany element, zwykle dipol, propaguje energię o częstotliwości radiowej, elementy umieszczone bezpośrednio przed i pod kontrolowanym elementem, ponownie emitując energię częstotliwości radiowej w fazie i fazie, odpowiednio wzmacniając i opóźniając sygnał. Elementy te nazywane są elementami pasożytniczymi. Element jest prowadzony przez odbłyśnik zwany odbłyśnikiem, a elementy przed urządzeniem nazywają się reżyserami. Anteny Yagi mają szerokość wiązki w zakresie od 30 do 80 stopni i mogą zapewnić ponad 10 dB pasywnego wzmocnienia. Antena paraboliczna to najbardziej znany rodzaj anteny kierunkowej. Parabola - krzywa jest symetryczna, a reflektor paraboliczny to powierzchnia opisująca krzywąPłytka obrotowa 360 stopni. Anteny paraboliczne są używane do komunikacji międzystrefowej między budynkami lub dużymi obszarami geograficznymi.

Półkierunkowe nadajniki przekrojów

Antena łatowa jest emiterem półprzewodnikowym, za pomocą płaskiej metalowej taśmy zainstalowanej nad ziemią. Promieniowanie z tyłu anteny jest skutecznie odcięte przez płaszczyznę podstawy, zwiększając kierunek do przodu. Ten rodzaj anteny jest również znany jako antena mikropaskowa. Zwykle jest prostokątny i umieszczony w plastikowym pudełku. Ten rodzaj anteny można wykonać przy użyciu standardowych metod PCB. Antena łatowa może mieć szerokość wiązki od 30 do 180 stopni i typowy zysk 9 dB. Anteny segmentowe są innym typem anteny półprzewodnikowej. Anteny sektorowe zapewniają schemat wzorca promieniowania i są zwykle instalowane w macierzy. Szerokość wiązki anteny sektorowej może wynosić od 60 do 180 stopni, z typowym 120 stopni. W tablicy podzielonej na partycje anteny są ściśle ze sobą połączone, zapewniając pełne pokrycie 360 ​​stopni.

Produkcja anten Yagi-Udi

W ciągu ostatnich dziesięcioleci antena Yagi-Uda była widoczna w prawie wszystkich budynkach. Jest oczywiste, że istnieje wielu dyrektorów, którzy poprawiają kierunek anteny. Podajnik to zwinięty dipol. Odbłyśnik jest długim elementem znajdującym się na końcu konstrukcji. W przypadku tej anteny należy zastosować następujące specyfikacje.

Element



Specyfikacja



Długość kontrolowanego elementu



0458? do 05?



Długość reflektora



055? - 058?



Termin dyrektora 1



045?



Długość dyrektora 2



040?



Czas trwania dyrektora 3



035?



Odstęp pomiędzy reżyserami



0,2?



Odbłyśnik odległości między dipolami



035?



Odległość między dipolami a reżyserem



0125?

Poniżej przedstawiono zalety anten Yagi-Uda:

Wysokie wzmocnienie.

Wysoka orientacja.

Prostota i obsługa.

Mniej energii jest tracone.

Szerszy zakres częstotliwości.

Oto wady anten Yagi-Uda:

Tendencja do hałasu.

Skłonny do efektów atmosferycznych.

Jeśli zastosujesz się do powyższych wymagań, możesz zaprojektować antenę Yagi-Uda. Obraz kierunkowy anteny jest bardzo skuteczny, jak pokazano na rysunku. Małe płatki są stłumione, a ostrość głównej części jest zwiększana przez dodanie reżyserów do anteny.