Az antenna olyan eszköz, amely interfészként szolgál egy elektromos áramkör és a tér között, és amelyet arra terveztek, hogy elektromágneses hullámokat adjon és fogadjon egy bizonyos frekvenciatartományban, saját méretének és alakjának megfelelően. Fémből, főleg rézből vagy alumíniumból készül, az adóantennák képesek az elektromos áramot elektromágneses sugárzássá alakítani és fordítva. Minden vezeték nélküli eszköz legalább egy antennát tartalmaz.
Vezeték nélküli hálózati rádióhullámok
Ha vezeték nélküli kommunikációra van szükség, antennára van szükség. Lehetősége van elektromágneses hullámok küldésére vagy fogadására, hogy kommunikáljon ott, ahol vezetékes rendszer nem telepíthető.
Az antenna ennek a vezeték nélküli technológiának a kulcseleme. A rádióhullámok könnyen létrehozhatók és széles körben használhatók beltéri és kültéri kommunikációra, mivel képesek áthaladni az épületeken és nagy távolságokat megtenni.
Az adóantennák főbb jellemzői:
- Mivel a rádióátvitel mindenirányú, ezért szükség van a fizikai egyeztetésreadóra és vevőre van szükség.
- A rádióhullámok frekvenciája számos átviteli jellemzőt meghatároz.
- Alacsony frekvencián a hullámok könnyen áthaladnak az akadályokon. Hatásuk azonban csökken a távolság fordított négyzetével.
- A magasabb frekvenciájú hullámok nagyobb valószínűséggel nyelődnek el, és visszaverődnek az akadályokon. A rádióhullámok nagy átviteli tartománya miatt az adások közötti interferencia problémát jelent.
- A VLF, LF és MF sávokon a hullámterjedés, amelyet talajhullámoknak is neveznek, követi a Föld görbületét.
- E hullámok maximális átviteli tartománya több száz kilométeres nagyságrendű.
- Az adóantennákat kis sávszélességű adásokhoz, például amplitúdómodulációs (AM) adásokhoz használják.
- A HF és VHF sáv adásait a Föld felszínéhez közeli légkör nyeli el. A sugárzás egy része, az úgynevezett skywave azonban kifelé és felfelé terjed az ionoszféra felé a felső légkörben. Az ionoszféra ionizált részecskéket tartalmaz, amelyek a Nap sugárzása következtében keletkeznek. Ezek az ionizált részecskék visszaverik az égbolt hullámait a Földre.
Hullámterjedés
- Látóvonal terjedése. Az összes terjesztési mód közül ez a leggyakoribb. A hullám a szabad szemmel látható legkisebb távolságot teszi meg. Ezután az erősítő adóját kell használnia a jel növeléséhez, és ismételt továbbításához. Az ilyen terjedés nem lesz zökkenőmentes, ha bármilyen akadály van az átviteli útján. Ezt az átvitelt infravörös vagy mikrohullámú átvitelhez használják.
- Földhullám terjedése adóantennáról. A hullám talajra terjedése a Föld körvonala mentén történik. Az ilyen hullámot közvetlen hullámnak nevezzük. A hullám néha a Föld mágneses mezeje miatt meghajlik, és eléri a vevőt. Az ilyen hullámot visszavert hullámnak nevezhetjük.
- A Föld légkörében terjedő hullámot földhullámnak nevezzük. A közvetlen és a visszavert hullám együttesen ad jelet a vevőállomáson. Amikor a hullám eléri a vevőt, a késleltetés leáll. Ezenkívül a jelet szűrik, hogy elkerüljék a torzítást és az erősítést a tiszta kimenet érdekében. A hullámokat egy helyről továbbítják, ahol sok adó-vevő antenna veszi őket.
Antenna mérési koordinátarendszere
A lapos modellek megtekintésekor a felhasználó a sík irányszögének és a minta síkjának magasságának mutatóival szembesül. Az azimut kifejezés általában a "horizont" vagy "vízszintes" viszonylatában fordul elő, míg a "magasság" kifejezés általában "függőlegesre" utal. Az ábrán az xy sík az azimutsík.
Az azimutális síkmintázat akkor kerül mérésre, ha a mérés során a teljes xy síkot a vizsgált adó-vevő antenna körül mozgatják. A magassági sík az xy síkra merőleges sík, például az yz sík. A magassági terv a teljes yz-síkot bejárja a vizsgált antenna körül.
A minták (azimutok és magasságok) gyakran poláris grafikonként jelennek megkoordináták. Ez lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy könnyen szemléltesse, hogyan sugárzik az antenna minden irányba, mintha már "hegyes" vagy felszerelve lenne. Néha hasznos a sugárzási mintázatokat derékszögű koordinátákban rajzolni, különösen akkor, ha a mintákban több oldallebeny található, és ahol fontosak az oldallebenyek szintjei.
Alapvető kommunikációs jellemzők
Az antennák minden elektromos áramkör alapvető alkotóelemei, mivel biztosítják az összeköttetést az adó és a szabad tér, illetve a szabad terület és a vevő között. Mielőtt az antennák típusairól beszélne, ismernie kell azok tulajdonságait.
Antennatömb – Együtt működő antennák szisztematikus telepítése. Az egyes antennák egy tömbben általában azonos típusúak, és szoros közelségben, egymástól meghatározott távolságra helyezkednek el. A tömb lehetővé teszi az irányítottság növelését, a fő sugárnyalábok és az oldalsó nyalábok vezérlését.
Minden antenna passzív erősítésű. A passzív erősítést dBi-ben mérik, ami egy elméleti izotróp antennához kapcsolódik. Úgy tartják, hogy minden irányban egyformán továbbítja az energiát, de a természetben nem létezik. Egy ideális félhullámú dipól antenna erősítése 2,15 dBi.
EIRP vagy az adóantenna egyenértékű izotróp sugárzott teljesítménye annak a maximális teljesítménynek a mértéke, amelyet egy elméleti izotróp antenna sugározna ki az adott iránybamaximális nyereség. Az EIRP figyelembe veszi az elektromos vezetékek és csatlakozók veszteségét, és tartalmazza a tényleges nyereséget. Az EIRP lehetővé teszi a valós teljesítmény és térerősség kiszámítását, ha ismert a tényleges adóerősítés és kimeneti teljesítmény.
Antenna erősítése irányokban
Az adott irányú teljesítményerősítés és a referenciaantenna azonos irányú teljesítményerősítésének aránya. Általános gyakorlat, hogy referenciaantennaként izotróp sugárzót használnak. Ebben az esetben egy izotróp emitter veszteségmentes lesz, energiáját minden irányban egyformán sugározza ki. Ez azt jelenti, hogy az izotróp sugárzó erősítése G=1 (vagy 0 dB). A dBi (izotróp sugárzóhoz viszonyított decibel) mértékegység használata általános az izotróp sugárzóhoz viszonyított erősítésre.
A dBi-ben kifejezett erősítést a következő képlet segítségével számítjuk ki: GdBi=10Log (GNumeric / GISotropic)=10Log (GNumeric).
Néha elméleti dipólust használnak referenciaként, ezért a dBd mértékegységet (a dipólushoz viszonyított decibel) fogják használni a dipólushoz viszonyított erősítés leírására. Ezt a blokkot általában akkor használják, amikor nagyobb nyereségű körirányú antennákról van szó. Ebben az esetben az erősítésük 2,2 dBi-vel nagyobb. Tehát ha az antenna 3 dBu erősítéssel rendelkezik, a teljes erősítés 5,2 dBi lesz.
3 dB sugárszélesség
Az antennának ezt a sugárszélességét (vagy fele teljesítményű sugárszélességét) általában minden fősíkra megadják. A 3 dB-es sugárszélesség minden síkban a fő lebeny pontok közötti szögként van definiálva, amelyek a maximális erősítéshez képest 3 dB-lel csökkennek. Nyalábszélesség 3 dB - a két kék vonal közötti szög a poláris területen. Ebben a példában a 3 dB-es sugárszélesség ebben a síkban körülbelül 37 fok. A széles sugárszélességű antennák általában alacsony, míg a keskeny sugárzású antennák nagyobb erősítéssel rendelkeznek.
Így az az antenna, amely az energiája nagy részét egy keskeny nyalábba irányítja, legalább egy síkban, nagyobb erősítéssel rendelkezik. Az elülső-hátsó arány (F/B) az érdemi mérőszám, amely megpróbálja leírni az irányított antenna hátuljáról érkező sugárzás szintjét. Alapvetően az elülső-hátul arány az előrefelé irányuló csúcserősítés és a csúcs mögötti 180 fokkal erősítés aránya. Természetesen a DB skálán az elülső-hátsó arány egyszerűen az előremenő csúcserősítés és a csúcs mögötti 180 fokkal különbség közötti különbség.
Antenna osztályozása
Sokféle antenna létezik különféle alkalmazásokhoz, például kommunikációhoz, radarhoz, méréshez, elektromágneses impulzusszimulációhoz (EMP), elektromágneses kompatibilitáshoz (EMC) stb. Néhányat szűk frekvenciasávban való működésre terveztek, míg másoktranziens impulzusok kibocsátására/vételére tervezték. Az adóantenna műszaki adatai:
- Az antenna fizikai felépítése.
- Frekvenciasávok.
- Alkalmazásmód.
A következő antennatípusok vannak a fizikai felépítés szerint:
- vezeték;
- rekesz;
- fényvisszaverő;
- antenna lencse;
- mikroszalagos antennák;
- masszív antennák.
A működési frekvenciától függően az adóantennák típusai a következők:
- Nagyon alacsony frekvencia (VLF).
- Alacsony frekvencia (LF).
- Középfrekvencia (MF).
- Magas frekvencia (HF).
- Nagyon magas frekvencia (VHF).
- Ultra magas frekvencia (UHF).
- Szupermagas frekvencia (SHF).
- Mikrohullámú.
- Rádióhullám.
A következő adó- és vevőantennák az alkalmazási módoknak megfelelően:
- Pont-pont kapcsolat.
- Műsorszórási alkalmazások.
- Radarkommunikáció.
- Műholdas kommunikáció.
Dizájnjellemzők
Az adóantennák rádiófrekvenciás sugárzást hoznak létre, amely az űrben terjed. A vevőantennák fordított folyamatot hajtanak végre: rádiófrekvenciás sugárzást vesznek, és azt a kívánt jelekké alakítják át, például hanggá, képpé a televíziós adóantennákban és egy mobiltelefonban.
A legegyszerűbb típusú antenna két fémrúdból áll, és dipólusként ismert. Az egyik leggyakoribb típus azmonopólus antenna, amely egy rúdból áll, amely függőlegesen van elhelyezve egy nagy fémlapon, amely alaplapként szolgál. A járművekre történő rögzítés általában monopólus, és a jármű fémtetője szolgál talajként. Az adóantenna kialakítása, alakja és mérete meghatározza a működési frekvenciát és egyéb sugárzási jellemzőket.
Az antennák egyik fontos tulajdonsága az irányíthatósága. Két rögzített cél közötti kommunikációban, mint például két rögzített adóállomás közötti kommunikációban, vagy radaros alkalmazásokban, antenna szükséges az átviteli energia közvetlen átviteléhez a vevő felé. Ezzel szemben, ha az adó vagy a vevő nem mozdulatlan, mint a cellás kommunikációban, akkor nem irányított rendszerre van szükség. Ilyen esetekben szükség van egy körsugárzó antennára, amely minden frekvenciát egyenletesen vesz a vízszintes sík minden irányában, és a függőleges síkban a sugárzás egyenetlen és nagyon kicsi, mint egy HF adóantennánál.
Források átvitele és fogadása
Az adó a rádiófrekvenciás sugárzás fő forrása. Ez a típus olyan vezetőből áll, amelynek intenzitása idővel ingadozik, és rádiófrekvenciás sugárzássá alakítja át, amely a térben terjed. Fogadóantenna - rádiófrekvenciák (RF) vételére szolgáló eszköz. Végrehajtja az adó által végrehajtott fordított átvitelt, RF sugárzást vesz, elektromos árammá alakítja az antenna áramkörében.
A televíziós és rádiós műsorszóró állomások adóantennákat használnak bizonyos típusú, levegőben terjedő jelek továbbítására. Ezeket a jeleket vevőantennák észlelik, amelyek jelekké alakítják őket, és egy megfelelő eszköz, például TV, rádió, mobiltelefon veszi őket.
A rádió- és televízió-vevőantennákat csak rádiófrekvenciás sugárzás vételére tervezték, és nem bocsátanak ki rádiófrekvenciás sugárzást. A cellás kommunikációs eszközök, mint például a bázisállomások, átjátszók és mobiltelefonok dedikált adó- és vevőantennákkal rendelkeznek, amelyek rádiófrekvenciás energiát bocsátanak ki, és a kommunikációs hálózati technológiáknak megfelelően szolgálják ki a mobilhálózatokat.
Különbség az analóg és digitális antenna között:
- Az analóg antenna változó erősítéssel rendelkezik, és a DVB-T 50 km-es tartományában működik. Minél távolabb van a felhasználó a jelforrástól, annál rosszabb a jel.
- Digitális TV vételéhez – a felhasználó vagy jó képet kap, vagy egyáltalán képet kap. Ha messze van a jelforrástól, nem kap képet.
- Az adó digitális antenna beépített szűrőkkel rendelkezik a zaj csökkentésére és a képminőség javítására.
- Az analóg jelet közvetlenül a TV-hez küldi, míg a digitális jelet először dekódolni kell. Lehetővé teszi a hibák, valamint az olyan adatok kijavítását, mint a jeltömörítés, további funkciók, például extra csatornák, EPG, Pay TV,interaktív játékok stb.
Dipól adók
A dipólantennák a legelterjedtebb körsugárzó típusok, és vízszintesen 360 fokban sugározzák a rádiófrekvenciás (RF) energiát. Ezeket az eszközöket úgy tervezték, hogy az alkalmazott frekvencia fele vagy negyede hullámhosszon rezonanciát adjanak. Lehet egyszerű, mint két huzalhossz, vagy be lehet tokozni.
A Dipolét számos vállalati hálózatban, kis irodában és otthoni használatra (SOHO) használják. Tipikus impedanciája van, hogy az adóhoz illessze a maximális teljesítményátvitel érdekében. Ha az antenna és az adó nem egyezik, akkor az átviteli vezetéken visszaverődések keletkeznek, ami rontja a jelet, vagy akár az adót is károsíthatja.
Irányított fókusz
Az irányított antennák keskeny nyalábokra fókuszálják a kisugárzott teljesítményt, ami jelentős nyereséget biztosít ebben a folyamatban. Tulajdonságai is kölcsönösek. Az adóantenna jellemzői, mint például az impedancia és az erősítés, a vevőantennára is vonatkoznak. Ez az oka annak, hogy ugyanaz az antenna használható jel küldésére és fogadására is. Az erősen irányított parabolaantenna erősítése a gyenge jel erősítésére szolgál. Ez az egyik oka annak, hogy gyakran használják őket távolsági kommunikációra.
Egy általánosan használt irányított antenna egy Yagi-Uda tömb, amelyet Yaginak hívnak. Shintaro Uda és kollégája, Hidetsugu Yagi találta fel 1926-ban. A yagi antenna több elemet használirányított tömböt alkotva. Egy hajtott elem, általában egy dipólus, továbbítja az RF energiát, a közvetlenül a hajtott elem előtt és mögött lévő elemek pedig újra sugározzák a rádiófrekvenciás energiát a fázisban és a fázison kívül, erősítve és lelassítva a jelet.
Ezeket az elemeket parazita elemeknek nevezzük. A slave mögött lévő elemet reflektornak, a slave előtti elemeket pedig irányítónak nevezzük. A Yagi antennák 30 és 80 fok közötti sugárszélességgel rendelkeznek, és több mint 10 dBi passzív erősítést tudnak biztosítani.
A parabolaantenna az irányított antennák legismertebb típusa. A parabola egy szimmetrikus görbe, a parabola reflektor pedig egy felület, amely egy 360 fokos elforgatás során görbét ír le - egy tányér. A parabolaantennákat épületek vagy nagy földrajzi területek közötti nagy távolságú összeköttetésekhez használják.
Félirányú szekcionált radiátorok
A patch antenna egy félig irányított sugárzó, amely egy lapos fémszalagot használ, amely a talaj fölé van szerelve. Az antenna hátuljáról érkező sugárzást hatékonyan levágja az alapsík, növelve ezzel az irányt. Ezt az antennatípust mikroszalagos antennának is nevezik. Általában téglalap alakú és műanyag tokba van zárva. Az ilyen típusú antenna szabványos PCB módszerekkel gyártható.
A patch antenna sugárszélessége 30 és 180 fok között lehet, éstipikus erősítés 9 dB. A szekcionált antennák a félig irányított antennák egy másik típusa. A szektorantennák szektorsugárzási mintát biztosítanak, és általában egy tömbben helyezkednek el. A szektorantenna sugárszélessége 60 és 180 fok között változhat, a 120 fok a jellemző. A particionált tömbben az antennák egymáshoz közel vannak felszerelve, így teljes 360 fokos lefedettséget biztosítanak.
A Yagi-Uda antenna készítése
Az elmúlt évtizedekben a Yagi-Uda antenna szinte minden otthonban látható volt.
Látható, hogy sok rendező van az antenna irányítottságának növelésére. Az adagoló egy összehajtott dipólus. A reflektor egy hosszú elem, amely a szerkezet végén helyezkedik el. Erre az antennára a következő előírásokat kell alkalmazni.
| Elem | specifikáció |
| Szabályozott elem hossza | 0,458λ - 0,5λ |
| Reflektorhossz | 0, 55λ - 0,58λ |
| Az igazgató időtartama 1 | 0,45λ |
| A rendező hossza 2 | 0,40λ |
| Az igazgató időtartama 3 | 0,35λ |
| A rendezők közötti időköz | 0.2λ |
| Reflektor a dipólusok közötti távolsághoz | 0,35λ |
| A dipólusok és az irányító közötti távolság | 0,125λ |
Az alábbiakban felsoroljuk a Yagi-Uda antennák előnyeit:
- Magas nyereség.
- Magas fókusz.
- Könnyű kezelés és karbantartás.
- Kevesebb energia megy kárba.
- Szélesebb frekvencia lefedettség.
A Yagi-Uda antennák hátrányai a következők:
- Zajra hajlamos.
- Hajlamos a légköri hatásokra.
A fenti előírások betartásával a Yagi-Uda antenna megtervezhető. Az antenna iránymintája nagyon hatékony, amint az az ábrán is látható. A kis lebenyeket elnyomja, és a fő ütem irányítottságát növeli, ha rendezőket adnak az antennához.
