O antenă este un dispozitiv care servește ca interfață între un circuit electric și spațiu, conceput pentru a transmite și recepționa unde electromagnetice într-un anumit interval de frecvență, în conformitate cu propria sa dimensiune și formă. Este realizat din metal, în principal cupru sau aluminiu, antenele de transmisie pot transforma curentul electric în radiații electromagnetice și invers. Fiecare dispozitiv fără fir conține cel puțin o antenă.
Unde radio de rețea fără fir
Când apare nevoia de comunicare fără fir, este necesară o antenă. Are capacitatea de a trimite sau de a primi unde electromagnetice pentru a comunica acolo unde nu poate fi instalat un sistem cu fir.
Antena este elementul cheie al acestei tehnologii wireless. Undele radio sunt ușor de creat și utilizate pe scară largă atât pentru comunicații în interior, cât și în exterior, datorită capacității lor de a trece prin clădiri și de a călători pe distanțe lungi.
Caracteristicile cheie ale antenelor de transmisie:
- Deoarece transmisia radio este omnidirecțională, este nevoie de potrivire fizicăeste necesar un transmițător și un receptor.
- Frecvența undelor radio determină multe caracteristici de transmisie.
- La frecvențe joase, undele pot trece cu ușurință prin obstacole. Cu toate acestea, puterea lor scade cu pătratul invers al distanței.
- Undele cu frecvență mai în altă sunt mai susceptibile de a fi absorbite și se reflectă pe obstacole. Datorită gamei lungi de transmisie a undelor radio, interferența dintre transmisii este o problemă.
- Pe benzile VLF, LF și MF, propagarea undelor, numită și unde de sol, urmează curbura Pământului.
- Razele maxime de transmisie ale acestor unde sunt de ordinul a câteva sute de kilometri.
- Antenele de transmisie sunt folosite pentru transmisii cu lățime de bandă redusă, cum ar fi transmisiile cu modulație de amplitudine (AM).
- Transmisiile în bandă HF și VHF sunt absorbite de atmosfera de lângă suprafața Pământului. Cu toate acestea, o parte din radiație, numită skywave, se propagă în exterior și în sus către ionosferă din atmosfera superioară. Ionosfera conține particule ionizate formate de radiația Soarelui. Aceste particule ionizate reflectă undele cerului înapoi pe Pământ.
Propagarea undelor
- Propagarea liniei de vedere. Dintre toate metodele de distribuție, aceasta este cea mai comună. Valul parcurge distanta minima care poate fi vazuta cu ochiul liber. În continuare, trebuie să utilizați transmițătorul amplificatorului pentru a crește semnalul și a-l transmite din nou. O astfel de propagare nu va fi lină dacă există vreun obstacol în calea de transmisie. Această transmisie este utilizată pentru transmisii cu infraroșu sau cu microunde.
- Propagarea undelor de sol de la o antenă de transmisie. Propagarea undei la sol are loc de-a lungul conturului Pământului. O astfel de undă se numește undă directă. Unda uneori se îndoaie din cauza câmpului magnetic al Pământului și lovește receptorul. O astfel de undă poate fi numită undă reflectată.
- O undă care se propagă prin atmosfera pământului este cunoscută sub denumirea de val de pământ. Unda directă și unda reflectată împreună dau un semnal la stația de recepție. Când unda ajunge la receptor, întârzierea se oprește. În plus, semnalul este filtrat pentru a evita distorsiunea și amplificarea pentru o ieșire clară. Undele sunt transmise dintr-un singur loc și unde sunt recepționate de mai multe antene transceiver.
Sistem de coordonate de măsurare a antenei
Când se uită la modele plate, utilizatorul se va confrunta cu indicatori ai azimutului planului și a înălțimii planului modelului. Termenul azimut apare de obicei în relație cu „orizont” sau „orizontal”, în timp ce termenul „ altitudine” se referă de obicei la „verticală”. În figură, planul xy este planul azimutal.
Modelul planului azimutal este măsurat atunci când se face o măsurătoare prin deplasarea întregului plan xy în jurul antenei transceiver testată. Un plan de elevație este un plan ortogonal cu planul xy, cum ar fi planul yz. Planul de elevație parcurge întregul plan yz în jurul antenei testate.
Eșantioanele (azimuturi și cote) sunt adesea afișate ca diagrame în polarcoordonatele. Acest lucru oferă utilizatorului posibilitatea de a vizualiza cu ușurință modul în care antena radiază în toate direcțiile, ca și cum ar fi deja „îndreptată” sau montată. Uneori este util să desenați modele de radiații în coordonate carteziene, mai ales când există mai mulți lobi laterali în modele și unde nivelurile lobilor laterali sunt importante.
Caracteristici de bază ale comunicării
Antenele sunt componente esențiale ale oricărui circuit electric, deoarece asigură interconectarea dintre un emițător și spațiul liber sau între spațiul liber și un receptor. Înainte de a vorbi despre tipurile de antene, trebuie să le cunoașteți proprietățile.
Antenna Array - Implementarea sistematică a antenelor care funcționează împreună. Antenele individuale dintr-o matrice sunt de obicei de același tip și situate în imediata apropiere, la o distanță fixă una de ceal altă. Matricea vă permite să creșteți directivitatea, controlul fasciculelor principale de radiație și al fasciculelor laterale.
Toate antenele au câștig pasiv. Câștigul pasiv este măsurat în dBi, care este legat de o antenă izotropă teoretică. Se crede că transmite energie în mod egal în toate direcțiile, dar nu există în natură. Câștigul unei antene dipol cu jumătate de undă ideală este de 2,15 dBi.
EIRP, sau puterea izotropă radiată echivalentă a unei antene de transmisie, este o măsură a puterii maxime pe care o antenă izotropă teoretică ar radia în direcțiacâștig maxim. EIRP ia în considerare pierderile de la liniile electrice și conectorii și include câștigul real. EIRP permite calcularea puterii reale și a intensității câmpului dacă se cunosc câștigul real al transmițătorului și puterea de ieșire.
Câștig de antenă în direcții
Este definit ca raportul dintre câștigul de putere într-o direcție dată și câștigul de putere al antenei de referință în aceeași direcție. Este o practică standard să folosiți un radiator izotrop ca antenă de referință. În acest caz, un emițător izotrop va fi fără pierderi, își va radia energia în mod egal în toate direcțiile. Aceasta înseamnă că câștigul unui radiator izotrop este G=1 (sau 0 dB). Este obișnuit să folosiți unitatea dBi (decibeli în raport cu un radiator izotrop) pentru câștig în raport cu un radiator izotrop.
Câștigul, exprimat în dBi, este calculat folosind următoarea formulă: GdBi=10Log (GNumeric / GISotrop)=10Log (GNumeric).
Uneori un dipol teoretic este folosit ca referință, astfel încât unitatea dBd (decibeli raportați la dipol) va fi folosită pentru a descrie câștigul relativ la dipol. Acest bloc este folosit de obicei atunci când vine vorba de amplificarea antenelor omnidirecționale cu câștig mai mare. În acest caz, câștigul lor este mai mare cu 2,2 dBi. Deci, dacă antena are un câștig de 3 dBu, câștigul total va fi de 5,2 dBi.
3 dB lățimea fasciculului
Această lățime de fascicul (sau jumătate de lățime de fascicul de putere) a antenei este de obicei specificată pentru fiecare dintre planurile principale. Lățimea fasciculului de 3 dB în fiecare plan este definită ca unghiul dintre punctele principale ale lobilor care sunt reduse de la câștigul maxim cu 3 dB. Lățimea fasciculului 3 dB - unghiul dintre cele două linii albastre din zona polară. În acest exemplu, lățimea fasciculului de 3 dB în acest plan este de aproximativ 37 de grade. Antenele cu lățime de fascicul largă au un câștig redus, în timp ce antenele cu lățime de fascicul îngustă au un câștig mai mare.
Astfel, o antenă care își direcționează cea mai mare parte a energiei într-un fascicul îngust, în cel puțin un plan, va avea un câștig mai mare. Raportul față-spate (F/B) este utilizat ca măsură de merit care încearcă să descrie nivelul de radiație din spatele unei antene direcționale. Practic, raportul față-spate este raportul dintre câștigul de vârf în direcția înainte și câștigul de 180 de grade în spatele vârfului. Desigur, pe o scară DB, raportul față-spate este pur și simplu diferența dintre câștigul de vârf înainte și câștigul de 180 de grade în spatele vârfului.
Clasificarea antenei
Există multe tipuri de antene pentru diverse aplicații, cum ar fi comunicații, radar, măsurare, simulare a impulsurilor electromagnetice (EMP), compatibilitate electromagnetică (EMC) etc. Unele dintre ele sunt proiectate să funcționeze în benzi de frecvență înguste, în timp ce alțiiconcepute pentru a emite/primi impulsuri tranzitorii. Specificații antenei de transmisie:
- Structura fizică a antenei.
- benzi de frecvență.
- Mod aplicație.
Următoarele sunt tipurile de antene în funcție de structura fizică:
- fir;
- apertura;
- reflectorizant;
- obiectiv antenă;
- antene microstrip;
- antene masive.
Urmtoarele sunt tipurile de antene de transmisie in functie de frecventa de functionare:
- Frecvență foarte joasă (VLF).
- Frecvență joasă (LF).
- Frecvență medie (MF).
- Frecvență în altă (HF).
- Frecvență foarte în altă (VHF).
- Ultra High Frequency (UHF).
- Frecvență super în altă (SHF).
- Val cu microunde.
- Undă radio.
Următoarele sunt antene de transmisie și recepție conform modurilor de aplicație:
- Conexiune punct la punct.
- Aplicații de difuzare.
- Comunicații radar.
- Comunicații prin satelit.
Caracteristici de design
Antenele de transmisie creează radiații de radiofrecvență care se propagă prin spațiu. Antenele de recepție efectuează procesul invers: primesc radiații de frecvență radio și o transformă în semnalele dorite, cum ar fi sunet, imaginea din antenele de transmisie de televiziune și un telefon mobil.
Cel mai simplu tip de antenă este format din două tije metalice și este cunoscut sub numele de dipol. Unul dintre cele mai comune tipuri esteo antenă monopolă constând dintr-o tijă așezată vertical pe o placă mare de metal care servește drept plan de masă. Montarea pe vehicule este de obicei un monopol, iar acoperișul metalic al vehiculului servește drept pământ. Designul antenei de transmisie, forma și dimensiunea acesteia determină frecvența de funcționare și alte caracteristici ale radiației.
Unul dintre atributele importante ale unei antene este directivitatea acesteia. În comunicarea între două ținte fixe, ca și în comunicarea între două stații de transmisie fixe, sau în aplicațiile radar, este necesară o antenă pentru a transmite direct energia de transmisie către receptor. În schimb, atunci când emițătorul sau receptorul nu este staționar, ca în comunicațiile celulare, este necesar un sistem nedirecțional. În astfel de cazuri, este necesară o antenă omnidirecțională care să primească toate frecvențele uniform în toate direcțiile planului orizontal, iar în plan vertical radiația este neuniformă și foarte mică, ca o antenă de transmisie HF.
Transmiterea și recepția surselor
Emițătorul este principala sursă de radiație RF. Acest tip este format dintr-un conductor a cărui intensitate fluctuează în timp și o transformă în radiații de radiofrecvență care se propagă prin spațiu. Antenă de recepție - un dispozitiv pentru recepția de frecvențe radio (RF). Efectuează transmisia inversă efectuată de transmițător, primește radiații RF, o transformă în curenți electrici în circuitul antenei.
Stațiile de televiziune și radio folosesc antene de transmisie pentru a transmite anumite tipuri de semnale care circulă prin aer. Aceste semnale sunt detectate de antene de recepție, care le transformă în semnale și sunt recepționate de un dispozitiv adecvat, cum ar fi TV, radio, telefon mobil.
Antenele de recepție pentru radio și televiziune sunt concepute pentru a recepționa numai radiații de frecvență radio și nu produc radiații de frecvență radio. Dispozitivele de comunicații celulare, cum ar fi stațiile de bază, repetitoarele și telefoanele mobile, au antene de transmisie și recepție dedicate care emit energie de radiofrecvență și deservesc rețelele celulare în conformitate cu tehnologiile rețelelor de comunicații.
Diferența dintre antena analogică și cea digitală:
- Antena analogică are un câștig variabil și funcționează în intervalul de 50 km pentru DVB-T. Cu cât utilizatorul este mai departe de sursa semnalului, cu atât semnalul este mai rău.
- Pentru a primi TV digitală - utilizatorul primește fie o imagine bună, fie o imagine deloc. Dacă este departe de sursa semnalului, nu primește nicio imagine.
- Antena digitală de transmisie are filtre încorporate pentru a reduce zgomotul și a îmbunătăți calitatea imaginii.
- Semnalul analogic este trimis direct la televizor, în timp ce semnalul digital trebuie mai întâi decodat. Vă permite să corectați erorile, precum și datele precum compresia semnalului pentru mai multe funcții precum Canale suplimentare, EPG, TV cu plată,jocuri interactive etc.
Transmițătoare dipol
Antenele dipol sunt cel mai frecvent tip omnidirecțional și răspândesc energia de radiofrecvență (RF) la 360 de grade pe orizontală. Aceste dispozitive sunt proiectate să rezoneze la jumătate sau un sfert de lungime de undă din frecvența aplicată. Poate fi la fel de simplu ca două lungimi de sârmă sau poate fi încapsulat.
Dipole este folosit în multe rețele corporative, birouri mici și uz casnic (SOHO). Are o impedanță tipică pentru a o potrivi cu transmițătorul pentru un transfer maxim de putere. Dacă antena și transmițătorul nu se potrivesc, vor apărea reflexii pe linia de transmisie, care vor degrada semnalul sau chiar vor deteriora transmițătorul.
Focalizare direcționată
Antenele direcționale concentrează puterea radiată în fascicule înguste, oferind un câștig semnificativ în acest proces. Proprietățile sale sunt, de asemenea, reciproce. Caracteristicile unei antene de transmisie, cum ar fi impedanța și câștigul, se aplică și unei antene de recepție. Acesta este motivul pentru care aceeași antenă poate fi folosită atât pentru a trimite, cât și pentru a primi un semnal. Câștigul unei antene parabolice în alt direcționale servește la amplificarea unui semnal slab. Acesta este unul dintre motivele pentru care sunt adesea folosite pentru comunicații la distanță lungă.
O antenă direcțională folosită în mod obișnuit este o matrice Yagi-Uda numită Yagi. A fost inventat de Shintaro Uda și colegul său Hidetsugu Yagi în 1926. Antena yagi folosește mai multe elemente pentruformând o matrice direcționată. Un element condus, de obicei un dipol, propagă energia RF, elementele imediat înainte și în spatele elementului condus reradiază energia RF în și defazată, amplificând și, respectiv, încetinind semnalul.
Aceste elemente se numesc elemente parazite. Elementul din spatele slave se numește reflector, iar elementele din fața slave se numesc directori. Antenele Yagi au lățimi ale fasciculului care variază de la 30 la 80 de grade și pot oferi un câștig pasiv de peste 10 dBi.
Antena parabolică este cel mai cunoscut tip de antenă direcțională. O parabolă este o curbă simetrică, iar un reflector parabolic este o suprafață care descrie o curbă în timpul unei rotații de 360 de grade - o antenă. Antenele parabolice sunt folosite pentru legături pe distanțe lungi între clădiri sau zone geografice mari.
Radiare secționale semidirecționale
Antena patch este un radiator semidirecțional care folosește o bandă metalică plată montată deasupra solului. Radiația din spatele antenei este efectiv tăiată de planul de sol, crescând directivitatea înainte. Acest tip de antenă este cunoscut și ca antenă microstrip. De obicei, este dreptunghiular și învelit într-o carcasă de plastic. Acest tip de antenă poate fi fabricat prin metode standard PCB.
Antena patch poate avea o lățime a fasciculului de la 30 la 180 de grade șicâștigul tipic este de 9 dB. Antenele secționale sunt un alt tip de antenă semidirecțională. Antenele sectoriale oferă un model de radiație sectorial și sunt de obicei instalate într-o matrice. Lățimea fasciculului pentru o antenă sectorială poate varia de la 60 la 180 de grade, 120 de grade fiind tipice. Într-o matrice partiționată, antenele sunt montate una lângă ceal altă, oferind acoperire completă la 360 de grade.
Fabricarea antenei Yagi-Uda
În ultimele decenii, antena Yagi-Uda a fost vizibilă în aproape fiecare casă.
Se poate observa că sunt mulți directori pentru a crește directivitatea antenei. Alimentatorul este un dipol pliat. Un reflector este un element lung care se află la capătul unei structuri. Următoarele specificații trebuie aplicate acestei antene.
| Element | Specificație |
| Lungimea elementului controlat | 0,458λ până la 0,5λ |
| Lungimea reflectorului | 0, 55λ - 0,58λ |
| Durata regizorului 1 | 0,45λ |
| Lungimea regizorului 2 | 0,40λ |
| Durata regizorului 3 | 0,35λ |
| Interval între regizori | 0,2λ |
| Reflector pentru distanța dintre dipoli | 0,35λ |
| Distanța dintre dipoli și director | 0,125λ |
Mai jos sunt beneficiile antenelor Yagi-Uda:
- Câștig mare.
- Focalizare mare.
- Manevrare și întreținere ușoară.
- Se irosește mai puțină energie.
- Acoperire de frecvență mai largă.
Următoarele sunt dezavantajele antenelor Yagi-Uda:
- Supus la zgomot.
- Propus la efecte atmosferice.
Dacă sunt respectate specificațiile de mai sus, antena Yagi-Uda poate fi proiectată. Modelul direcțional al antenei este foarte eficient, așa cum se arată în figură. Lobii mici sunt suprimați și directivitatea ritmului principal este mărită prin adăugarea de directori la antenă.
