Oddajne antene: vrste, naprave in specifikacije

Antena je naprava, ki služi kot vmesnik med električnim vezjem in prostorom, namenjenim za prenos in sprejem elektromagnetnih valov v določenem frekvenčnem območju v skladu s svojo velikostjo in obliko. Izdelane iz kovine, predvsem bakra ali aluminija, lahko transmisijske antene pretvarjajo električni tok v elektromagnetno sevanje in obratno. Vsaka brezžična naprava vsebuje vsaj eno anteno.

Radijski valovi brezžičnega omrežja

Če je potrebna brezžična komunikacija, je potrebna antena. Ima sposobnost pošiljanja ali sprejemanja elektromagnetnih valov za komunikacijo, kjer je nemogoče namestiti vodilni sistem.


Antena je ključni element te brezžične tehnologije. Radijske valove lahko enostavno ustvarite in jih široko uporabljate tako za notranjo kot za zunanjo komunikacijo, saj lahko hodite skozi zgradbe in potujete na dolge razdalje. Ključne značilnosti oddajnih anten:
  • Ker je radijska oddaja vsesmerna, potreba po fizičnem usklajevanju med oddajnikom in sprejemnikom ni potrebna.
  • Frekvenca radijskih valov določa številne značilnosti prenosa.
  • Na nizkih frekvencah lahko valovi brez težav prehajajo skozi ovire. Vendar njihova moč pade z vzajemno kvadratno razdaljo.
  • Višje valovne dolžine so bolj dovzetne za absorpcijo in se odražajo na ovirah. Zaradi dolgega obsega radijskih valovMotnje med prenosi so problem.
  • V območjih VLF, LF in MF širjenje valov, imenovanih tudi površinski valovi, sledi ukrivljenosti Zemlje.
  • Največja pasovna širina teh valov je približno nekaj sto kilometrov.
  • Oddajne antene se uporabljajo za aplikacije z nizko pasovno širino, kot je amplitudna modulacija (AM).
  • Prenos HF in VHF območja absorbira atmosfera v bližini zemeljske površine. Vendar pa se del sevanja, ki se imenuje val neba, razteza navzven in navzgor v ionosfero v zgornji atmosferi. Ionosfera vsebuje ionizirane delce, ki jih tvori sončno sevanje. Ti ionizirani delci odsevajo valove neba nazaj na Zemljo.
  • Širjenje valov

  • Porazdelitev neposredne vidljivosti. Med vsemi metodami širjenja se to najpogosteje pojavlja. Val se premakne na najmanjšo razdaljo, ki jo lahko vidimo s prostim očesom. Nato morate uporabiti oddajnik za povečanje signala in ga ponovno poslati. Takšna distribucija ne bo gladka, če je na poti prenosa prisotna kakšna ovira. Ta prenos se uporablja za infrardeči ali mikrovalovni prenos.
  • Širjenje zemeljskega vala iz oddajne antene. Širjenje vala na zemljo poteka vzdolž obrisa Zemlje. Takšen val se imenuje neposreden val. Val se včasih upogne skozi magnetno polje Zemlje in vstopi v sprejemnik. Takšen val lahko imenujemo reflektirani val.
  • Val se širi po zemljiozračje, znano kot zemeljsko. Neposredni in odbiti valovi skupaj pošiljajo signal sprejemni postaji. Ko val doseže sprejemnik, se zakasnitev ustavi. Poleg tega se signal filtrira, da se izognemo popačenju in pridobimo za jasen zaključek. Valovi se prenašajo z enega mesta, kjer jih sprejemajo številne oddajne antene.
  • Koordinatni sistem za merjenje antene

    Glede na ploskovni model se bo uporabnik soočil z azimutom ravnine in višino ravnine vzorca. Izraz azimut se ponavadi pojavlja glede na "horizont" ali "horizontalno", medtem ko se izraz "višina" običajno imenuje "navpična". Na sliki ima ravnina xy azimutno ravnino.


    Diagram azimutne ravnine se izmeri, ko se meritev izvede s premikanjem celotne ravnine xy okoli antene sprejemnika, ki jo je treba preskusiti. Višinska ravnina je ravnina, ki je pravokotna na ravnino x, na primer ravnino yz. Ravnina hriba nosi okoli celotne ravnine yz okoli testirane antene. Vzorci (azimuti in grafikoni višin) so pogosto prikazani kot grafi v polarnih koordinatah. To daje uporabniku možnost, da zlahka vizualizira, kako antena sije v vseh smereh, kot da je že bila "usmerjena" ali nameščena. Včasih je koristno sestaviti diagrama smeri v pravokotnih koordinatah, še posebej, če je v predlogah več stranskih listov in kjer so ravni stranskih listov pomembne.

    Ključne značilnosti komunikacije

    Glavne komponente so antenekaterega koli električnega tokokroga, saj zagotavljajo medsebojno povezavo med oddajnikom in prostim prostorom ali med prostim prostorom in sprejemnikom. Preden govorimo o vrstah anten, morate poznati njihove lastnosti. Antenski niz - sistematična razporeditev anten, ki delujejo skupaj. Posamezne antene v nizu imajo običajno enako vrsto in se nahajajo v neposredni bližini, na fiksni razdalji ena od druge. Matrika omogoča povečanje smeri, nadzor glavnih žarkov sevanja in stranskih žarkov. Za vse antene je značilen pasivni faktor pridobivanja. Pasivni dobiček se meri z vrednostjo dBi, ki je povezana s teoretično izotropno anteno. Menijo, da energijo enako prenaša v vse smeri, vendar v naravi ne obstaja. Dobitek idealne polvalovne dipolne antene je 215 dB.
    EIRP ali ekvivalentna izotropna moč oddajne antene je merilo največje moči, ki bi jo teoretična izotropna antena oddajala v smeri največjega dobička. EIRP upošteva izgube iz električnih vodov in priključkov ter vključuje dejanski dobiček. EIRP vam omogoča izračun dejanskih vrednosti moči in jakosti polja, če sta znana dejanska moč in izhodna moč oddajnika.

    Ojačanje antene v smereh

    Opredeljeno je kot razmerje med dobičkom moči v dani smeri in povečanjem močnostne antene v isti smeri. Standardna praksa je uporabaizotropni oddajnik kot referenčna antena. V tem primeru bo izotropni oddajnik brez izgub, oddaja energijo enako v vseh smereh. To pomeni, da je dobiček izotropnega oddajnika enak G = 1 (ali 0 DB). Običajno je običajno uporabiti blok dBi (decibelov glede na izotropni oddajnik) za ojačanje v razmerju do izotropnega oddajnika.

    Dobiček, izražen v dBi, se izračuna po naslednji formuli: GdBi = 10 * Log (GNumeric /GIsotropic) = 10 * Log (GNumeric).
    Včasih se teoretični dipol uporablja kot merilo, zato se bo za opis dobička glede na dipol uporabila enota dBd (decibel v primerjavi z dipolom). Ta blok se običajno uporablja, ko gre za ojačanje vsesmernih anten z višjim dobičkom. V tem primeru je njihov dobiček višji pri 22 dB. Torej, če ima antena dobiček 3 dB, bo skupni dobiček 52 dB.

    Širina žarka 3 dB

    Taka širina žarka (ali širina snopa polovične moči) antene se običajno določi za vsako od glavnih ravnin. Širina žarka 3 dB v vsaki ravnini je opredeljena kot kot med točkami glavne latice, ki se zmanjša od največjega dobička za 3 dB. Širina žarka 3 DB - kot med dvema modrima črtama na polarnem območju. V tem primeru je širina snopa 3 dB v tej ravnini okoli 37 stopinj. Antene s širokim svetlobnim snopom imajo običajno nizek dobiček, antene z ozkimi širinami žarkov pa imajovišji dobiček.
    Tako bo imela antena, ki večino energije usmerja v ozek snop, vsaj v eni ravnini, večji dobiček. Razmerje "naprej-nazaj" (F /B) se uporablja kot indikator preference, ki poskuša opisati raven sevanja od zadnje smerne antene. Načeloma je razmerje "nazaj in naprej" razmerje med največjim dobitkom v smeri naprej in dobitkom za 180 stopinj za vrhom. Seveda je v lestvici DB razmerje "naprej in nazaj" preprosto razlika med največjim dobitkom v smeri naprej in faktorjem ojačenja za 180 stopinj za vrhom.

    Razvrstitev anten

    Obstajajo številne vrste anten za različne aplikacije, kot so komunikacije, radarji, meritve, odvajanje elektromagnetnih impulzov (EMI), elektromagnetna združljivost (EMC) itd. drugi pa so namenjeni za sevanje /sprejemanje prehodnih impulzov. Značilnosti oddajnih anten:
  • Fizična struktura antene.
  • Frekvenčni pasovi.
  • Način uporabe.
  • Spodaj so navedene vrste anten v skladu s fizično strukturo:
  • žično;
  • zaslonka;
  • odražajo;
  • ​​
  • antenski objektiv;
  • mikrostripne antene;
  • masivne antene.
  • V nadaljevanju so navedene vrste oddajnih anten, odvisno od frekvence delovanja:
  • Zelo nizka frekvenca (VLF).
  • Nizka frekvenca (LF).
  • Povprečna frekvenca(MF).
  • Visoka frekvenca (HF).
  • Zelo visoka frekvenca (VHF).
  • Visokofrekvenčna frekvenca (UHF).
  • Super visoka frekvenca (SHF).
  • Mikrovalovni val.
  • Radijski valovi.
  • Spodaj so oddajne in sprejemne antene v skladu z načini uporabe:
  • Komunikacija od točke do točke.
  • Govorni programi.
  • Radarska komunikacija.
  • Satelitske komunikacije.
  • Konstrukcijske značilnosti

    Oddajne antene ustvarjajo radiofrekvenčne emisije, ki se širijo v prostoru. Sprejemne antene izvedejo obratni proces: sprejemajo radiofrekvenčno sevanje in jih pretvorijo v potrebne signale, na primer zvok, slike v televizijskih oddajnih antenah in mobilnih telefonih. Najenostavnejša vrsta antene je sestavljena iz dveh kovinskih palic in je znana kot dipol. Ena najpogostejših tipov je monopolna antena, sestavljena iz palice, ki se nahaja navpično na veliko kovinsko ploščo, ki služi kot ozemljena ravnina. Vgradnja na vozila je običajno monopol, kovinska streha vozila pa služi kot ozemljitev. Oddajna antena, njena oblika in velikost določata delovno frekvenco in druge značilnosti sevanja. Ena od pomembnih lastnosti antene je njena usmerjenost. V povezavi med dvema fiksnima ciljema, kot v povezavi med dvema fiksnima oddajnima postajama, ali v radarskih aplikacijah, je antena potrebna za neposredno posredovanje energije prenosa sprejemniku. Nasprotno, kdajoddajnik ali sprejemnik ni mirujoč, saj je kot celična povezava potreben neusmerjen sistem. V takih primerih je potrebna vsesmerna antena, ki enakomerno sprejme vse frekvence v vseh smereh horizontalne ravnine, v navpični ravnini pa je sevanje neenakomerno in zelo majhno, kot v oddajniku oddajne antene.

    Oddajni in sprejemni viri

    \ t
    Oddajnik - glavni vir radiofrekvenčnega sevanja. Ta tip je sestavljen iz prevodnika, katerega intenzivnost sčasoma niha in jo pretvori v radijsko frekvenčno sevanje, ki se širi v prostoru. Sprejemna antena - sprejemna radijska frekvenca (RF). Izvaja povratni prenos, izvaja oddajnik, sprejema radijsko frekvenčno sevanje, ga pretvarja v električne tokove v električnem vezju antene. Televizijske in radiodifuzijske postaje uporabljajo prenosne antene za prenos določenih vrst signalov, ki se širijo po zraku. Te signale zaznajo sprejemne antene, ki jih pretvorijo v signale in jih sprejema ustrezna naprava, na primer TV, radio, telefon. Radijske sprejemne in sprejemne televizijske antene so namenjene izključno za sprejem radiofrekvenčnega sevanja in ne proizvajajo radiofrekvenčnega sevanja. Celične naprave, kot so bazne postaje, repetitorji in mobilni telefoni, so opremljene z namenskimi oddajnimi in sprejemnimi antenami, ki oddajajo radiofrekvenčno sevanje in služijo mobilnim omrežjem vSkladnost s tehnologijo komunikacijskih omrežij. Razlika med analogno in digitalno anteno:
  • Analogna antena ima spremenljivo povečanje in deluje v območju 50 km za DVB-T. Še dlje je uporabnik iz vira signala, slabši je signal.
  • Za sprejem digitalne televizije - uporabnik prejme dobro sliko ali sliko. Če je daleč od vira signala, ne prejme nobene slike.
  • Digitalna antena za prenos podatkov ima vgrajene filtre za zmanjšanje hrupa in izboljšanje kakovosti slike.
  • Analogni signal se prenaša neposredno na televizor, digitalni pa najprej dekodira. To vam omogoča, da popravite napake, kot tudi podatke kot kompresijo signala za dodatne funkcije, kot so dodatni kanali, EPG, Pay TV, interaktivne igre itd. in razširi radiofrekvenčno (RF) energijo za 360 stopinj v vodoravni ravnini. Te naprave so zasnovane tako, da so resonančne s polovico ali četrtino valovne dolžine uporabljene frekvence. Lahko je preprosta kot dva kosa žice, zahtevana dolžina ali pa se lahko zapre. Dipol se uporablja v mnogih podjetniških omrežjih, majhnih pisarnah in za domačo uporabo (SOHO). Ima značilno impedanco, ki ji omogoča, da se prilagodi z oddajnikom za največji prenos moči. Če se antena in oddajnik ne ujemata, se bo prenosna linija poslabšalaali celo poškodujete oddajnik.

    Usmerjeno fokusiranje

    Usmerjene antene se osredotočajo na sevano moč na ozke tramove, kar zagotavlja pomemben dobiček v tem procesu. Njegove lastnosti so tudi vzajemne. Značilnosti oddajne antene, kot so impedanca in ojačenje, veljajo tudi za sprejemno anteno. Zato je mogoče enako anteno uporabiti za pošiljanje in sprejemanje signala. Ojačitev visoko usmerjene parabolične antene služi za ojačanje šibkega signala. To je eden od razlogov, zakaj se pogosto uporabljajo za komunikacijo na dolge razdalje. Običajno uporabljena usmerjena antena je niz Yagi-Uda, ki se imenuje Yagi. Izumili so ga Shintaro Uda in njegov kolega Hidetsug Yaga leta 1926. Yagi-antena uporablja več elementov za oblikovanje usmerjenega polja. En nadzorovani element, ponavadi dipol, širi radiofrekvenčno energijo, elemente, ki se nahajajo neposredno pred in pod nadzorovanim elementom, ponovno oddajajo radiofrekvenčno energijo v fazi in izven faze, ustrezno ojačajo in zadržujejo signal. Ti elementi se imenujejo parazitski elementi. Element vodi reflektor, ki se imenuje reflektor, elemente pred napravo pa imenujemo direktorji. Antene Yagi imajo širino žarka v razponu od 30 do 80 stopinj in lahko zagotovijo več kot 10 dB pasivnega ojačanja.
    Parabolična antena je najbolj znan tip usmerjene antene. Parabola - krivulja je simetrična, parabolični reflektor pa je površina, ki opisuje krivuljo360-stopinjska rotacijska plošča. Parabolične antene se uporabljajo za daljinsko komunikacijo med zgradbami ali velikimi geografskimi območji.

    Semi-usmerjeni oddajniki

    Patch antena je polprevodniški oddajnik z uporabo ravnega kovinskega traku, nameščenega nad tlemi. Sevanje z zadnje strani antene je učinkovito odrezano z ozemljitveno ravnino, s čimer se poveča smer naprej. Ta vrsta antene je znana tudi kot mikrotrakasta antena. Običajno je pravokoten in vstavljen v plastično ohišje. To vrsto antene lahko izdelate s standardnimi metodami PCB. Patch antena ima lahko širino žarka od 30 do 180 stopinj in tipičen dobiček 9 dB. Sekcijska antena je druga vrsta polprevodniške antene. Sektorske antene zagotavljajo diagram vzorca sevanja in so običajno nameščene v nizu. Širina žarka za sektorsko anteno se lahko giblje od 60 do 180 stopinj, s tipično 120 stopinj. V particioniranem nizu so antene tesno nameščene ena do druge, kar zagotavlja popolno pokritost 360 stopinj.

    Proizvodnja antene Yagi-Udi

    V zadnjih desetletjih je bila antena Yagi-Uda vidna v skoraj vseh stavbah.
    Očitno je, da obstaja veliko direktorjev za izboljšanje smeri antene. Napajalnik je valjani dipol. Reflektor je dolg element, ki je na koncu strukture. Za to anteno je treba uporabiti naslednje specifikacije.

    Element



    Specifikacija



    Dolžina elementa, ki se lahko nadzoruje



    0458? do 05?



    Dolžina reflektorja



    055? 058?



    Direktorjev izraz 1



    045?



    Dolžina direktorja 2



    040?



    Trajanje direktorja 3



    035?



    Interval med direktorji



    0,2?



    Reflektor za razdaljo med dipoli



    035?



    Razdalja med dipoloma in direktorjem



    0125?

    Spodaj so prednosti anten Yagi-Uda:
  • Visok dobiček.
  • Visoka orientacija.
  • Preprostost in storitev.
  • Manj energije se izgubi.
  • Širši razpon frekvenc. Naslednje so slabosti antene Yagi-Uda:
  • Nagnjenost hrupu.
  • Občutljivi so na atmosferske vplive.
  • Če upoštevate zgornje zahteve, lahko načrtujete anteno Yagi-Uda. Usmerjena slika antene je zelo učinkovita, kot je prikazano na sliki. Majhne cvetne lise so potisnjene, poudarek glavnega dela pa se poveča z dodajanjem direktorjev na anteno.

    Sorodne publikacije