Антената е устройство, което служи като интерфейс между електрическа верига и пространство, предназначено да предава и приема електромагнитни вълни в определен честотен диапазон в съответствие със собствения си размер и форма. Изработен е от метал, предимно мед или алуминий, предавателните антени могат да преобразуват електрическия ток в електромагнитно излъчване и обратно. Всяко безжично устройство съдържа поне една антена.
радиовълни за безжична мрежа
Когато възникне нужда от безжична комуникация, е необходима антена. Той има способността да изпраща или получава електромагнитни вълни, за да комуникира там, където кабелна система не може да бъде инсталирана.
Антената е ключовият елемент на тази безжична технология. Радиовълните се създават лесно и се използват широко както за вътрешни, така и за външни комуникации поради способността им да преминават през сгради и да пътуват на дълги разстояния.
Основни характеристики на предавателните антени:
- Тъй като радиопредаването е всепосочно, необходимостта от физическо съвпадениеизискват се предавател и приемник.
- Честотата на радиовълните определя много характеристики на предаване.
- При ниски честоти вълните могат лесно да преминават през препятствия. Въпреки това, тяхната мощност пада с обратния квадрат на разстоянието.
- Вълните с по-висока честота е по-вероятно да бъдат погълнати и да се отразяват върху препятствия. Поради дългия обхват на предаване на радиовълните, смущенията между предаванията са проблем.
- В лентите VLF, LF и MF, разпространението на вълните, наричано още земни вълни, следва кривината на Земята.
- Максималните обхвати на предаване на тези вълни са от порядъка на няколкостотин километра.
- Предавателните антени се използват за предавания с ниска честотна лента, като излъчвания с амплитудна модулация (AM).
- HF и VHF предаванията се поглъщат от атмосферата близо до земната повърхност. Въпреки това, част от радиацията, наречена небесна вълна, се разпространява навън и нагоре към йоносферата в горната атмосфера. Йоносферата съдържа йонизирани частици, образувани от слънчевата радиация. Тези йонизирани частици отразяват небесните вълни обратно към Земята.
Разпространение на вълната
- Разпространение по линия на видимост. Сред всички методи на разпространение това е най-често срещаният. Вълната изминава минималното разстояние, което може да се види с просто око. След това трябва да използвате предавателя на усилвателя, за да увеличите сигнала и да го предадете отново. Такова разпространение няма да бъде гладко, ако има някакво препятствие по пътя му на предаване. Това предаване се използва за инфрачервени или микровълнови предавания.
- Разпространение на земната вълна от предавателна антена. Разпространението на вълната към земята става по контура на Земята. Такава вълна се нарича директна вълна. Вълната понякога се огъва поради магнитното поле на Земята и удря приемника. Такава вълна може да се нарече отразена вълна.
- Вълна, разпространяваща се през земната атмосфера, е известна като земна вълна. Директната вълна и отразената вълна заедно дават сигнал на приемната станция. Когато вълната достигне приемника, забавянето спира. В допълнение, сигналът се филтрира, за да се избегне изкривяване и усилване за ясен изход. Вълните се предават от едно място и където се приемат от много приемо-предавателни антени.
Координатна система за измерване на антена
При разглеждане на плоски модели, потребителят ще се сблъска с индикатори за азимута на равнината и височината на равнината на шаблона. Терминът азимут обикновено се среща във връзка с "хоризонт" или "хоризонтален", докато терминът "надморска височина" обикновено се отнася до "вертикален". На фигурата равнината xy е равнината на азимут.
Моделът на азимуталната равнина се измерва, когато измерването се извършва чрез преместване на цялата xy равнина около изпитваната антена на приемо-предавателя. Равнината на кота е равнина, ортогонална на равнината xy, като равнината yz. Планът за издигане обикаля цялата равнина yz около тестената антена.
Пробите (азимути и височини) често се показват като графики в полярникоординати. Това дава на потребителя възможността лесно да визуализира как антената излъчва във всички посоки, сякаш вече е "насочена" или монтирана. Понякога е полезно да се начертаят радиационни модели в декартови координати, особено когато има множество странични дялове в шаблоните и където нивата на страничните лобове са важни.
Основни комуникационни характеристики
Антените са основни компоненти на всяка електрическа верига, тъй като осигуряват връзката между предавателя и свободното пространство или между свободното пространство и приемника. Преди да говорите за видовете антени, трябва да знаете техните свойства.
Antenna Array - Систематичното разполагане на антени, които работят заедно. Отделните антени в решетка обикновено са от един и същи тип и са разположени в непосредствена близост, на фиксирано разстояние една от друга. Масивът ви позволява да увеличите насочеността, контрола на главните лъчи на радиация и страничните лъчи.
Всички антени са с пасивно усилване. Пасивното усилване се измерва в dBi, което е свързано с теоретична изотропна антена. Смята се, че предава енергия еднакво във всички посоки, но не съществува в природата. Коефициентът на усилване на идеалната полувълнова диполна антена е 2,15 dBi.
EIRP, или еквивалентната изотропна излъчена мощност на предавателна антена, е мярка за максималната мощност, която една теоретична изотропна антена би излъчила в посокамаксимална печалба. EIRP взема предвид загубите от електропроводи и конектори и включва действителната печалба. EIRP позволява да се изчислят реалната мощност и силата на полето, ако действителното усилване на предавателя и изходната мощност са известни.
Усилване на антената в упътвания
Определя се като съотношението на усилването на мощността в дадена посока към усилването на мощността на референтната антена в същата посока. Стандартна практика е да се използва изотропен радиатор като еталонна антена. В този случай изотропният емитер ще бъде без загуби, ще излъчва енергията си еднакво във всички посоки. Това означава, че усилването на изотропен радиатор е G=1 (или 0 dB). Обичайно е да се използва единицата dBi (децибели спрямо изотропен радиатор) за усилване спрямо изотропен радиатор.
Усилването, изразено в dBi, се изчислява по следната формула: GdBi=10Log (GNumeric / GISotropic)=10Log (GNumeric).
Понякога като еталон се използва теоретичен дипол, така че единицата dBd (децибели спрямо дипола) ще се използва за описване на усилването спрямо дипола. Този блок обикновено се използва, когато става въпрос за усилване на всепосочени антени с по-високо усилване. В този случай усилването им е по-високо с 2,2 dBi. Така че, ако антената има усилване от 3 dBu, общото усилване ще бъде 5,2 dBi.
3 dB ширина на лъча
Тази широчина на лъча (или половин мощност на лъча) на антената обикновено се определя за всяка от главните равнини. Широчината на лъча от 3 dB във всяка равнина се дефинира като ъгъл между главните точки, които са намалени от максималното усилване с 3 dB. Ширина на лъча 3 dB - ъгълът между двете сини линии в полярната област. В този пример широчината на лъча от 3 dB в тази равнина е около 37 градуса. Антените с широка широчина на лъча обикновено имат ниско усилване, докато антените с тясна широчина на лъча имат по-високо усилване.
По този начин антена, която насочва по-голямата част от енергията си в тесен лъч, в поне една равнина, ще има по-високо усилване. Съотношението отпред към гърба (F/B) се използва като мярка за качество, която се опитва да опише нивото на радиация от задната страна на насочена антена. По принцип съотношението отпред-назад е съотношението на върховото усилване в посока напред към усилването на 180 градуса зад пика. Разбира се, в DB скала, съотношението отпред-назад е просто разликата между предната пикова печалба и усилването на 180 градуса зад пика.
Класификация на антената
Има много видове антени за различни приложения като комуникации, радар, измерване, симулация на електромагнитни импулси (EMP), електромагнитна съвместимост (EMC) и др. Някои от тях са проектирани да работят в тесни честотни ленти, докато другипроектирани да излъчват/получават преходни импулси. Спецификации на предавателната антена:
- Физическа структура на антената.
- Честотни ленти.
- Режим на приложение.
Следните са видовете антени според физическата структура:
- жица;
- апертура;
- отразителен;
- антенна леща;
- микролентови антени;
- масивни антени.
Следните са видовете предавателни антени в зависимост от честотата на работа:
- Много ниска честота (VLF).
- Ниска честота (LF).
- Средна честота (MF).
- Висока честота (HF).
- Много висока честота (VHF).
- Ултра висока честота (UHF).
- Супер висока честота (SHF).
- Микровълнова вълна.
- Радиовълна.
Следните са предавателни и приемателни антени според режимите на приложение:
- Връзка от точка до точка.
- Приложения за излъчване.
- Радарни комуникации.
- Сателитни комуникации.
Дизайн характеристики
Предавателните антени създават радиочестотно излъчване, което се разпространява в пространството. Приемните антени извършват обратния процес: приемат радиочестотно излъчване и го преобразуват в желаните сигнали, като звук, изображение в телевизионни предавателни антени и мобилен телефон.
Най-простият тип антена се състои от два метални пръта и е известен като дипол. Един от най-често срещаните видове емонополна антена, състояща се от пръчка, поставена вертикално към голяма метална дъска, която служи като заземителна плоскост. Монтирането на превозни средства обикновено е монопол, а металният покрив на превозното средство служи като заземяване. Конструкцията на предавателната антена, нейната форма и размер определят работната честота и други характеристики на излъчване.
Един от важните атрибути на антената е нейната насоченост. При комуникация между две фиксирани цели, както при комуникация между две фиксирани предавателни станции, или в радарни приложения, е необходима антена за директно предаване на енергията на предаване към приемника. Обратно, когато предавателят или приемникът не са стационарни, както при клетъчните комуникации, е необходима ненасочена система. В такива случаи е необходима всепосочна антена, която приема всички честоти равномерно във всички посоки на хоризонталната равнина, а във вертикалната равнина излъчването е неравномерно и много малко, като HF предавателна антена.
Източници за предаване и получаване
Предавателят е основният източник на RF радиация. Този тип се състои от проводник, чийто интензитет се колебае във времето и го превръща в радиочестотно излъчване, което се разпространява в пространството. Приемна антена - устройство за приемане на радиочестоти (RF). Той извършва обратното предаване, извършвано от предавателя, приема радиочестотно лъчение, преобразува го в електрически токове във веригата на антената.
Телевизионните и радиоразпръскващи станции използват предавателни антени за предаване на определени видове сигнали, които се движат по въздуха. Тези сигнали се засичат от приемни антени, които ги преобразуват в сигнали и се приемат от подходящо устройство като телевизор, радио, мобилен телефон.
Радио и телевизионните приемни антени са проектирани да приемат само радиочестотно излъчване и не произвеждат радиочестотно излъчване. Клетъчните комуникационни устройства, като базови станции, ретранслатори и мобилни телефони, имат специални предавателни и приемни антени, които излъчват радиочестотна енергия и обслужват клетъчни мрежи в съответствие с технологиите на комуникационната мрежа.
Разлика между аналогова и цифрова антена:
- Аналоговата антена има променливо усилване и работи в обхвата от 50 км за DVB-T. Колкото по-далеч е потребителят от източника на сигнал, толкова по-лош е сигналът.
- За получаване на цифрова телевизия - потребителят получава или добро изображение, или изобщо изображение. Ако е далеч от източника на сигнала, той не получава никакво изображение.
- Предаващата цифрова антена има вградени филтри за намаляване на шума и подобряване на качеството на картината.
- Аналоговият сигнал се изпраща директно към телевизора, докато цифровият сигнал първо трябва да бъде декодиран. Позволява ви да коригирате грешки, както и данни като компресиране на сигнала за повече функции като допълнителни канали, EPG, платена телевизия,интерактивни игри и др.
Диполни предаватели
Диполните антени са най-често срещаният всепосочен тип и разпространяват радиочестотна (RF) енергия на 360 градуса хоризонтално. Тези устройства са проектирани да бъдат резонансни на половината или четвърт дължина на вълната от приложената честота. Може да бъде прост като две дължини на проводника или може да бъде капсулиран.
Dipole се използва в много корпоративни мрежи, малки офиси и домашна употреба (SOHO). Той има типичен импеданс, за да го съпостави с предавателя за максимално предаване на мощност. Ако антената и предавателят не съвпадат, ще се появят отражения по предавателната линия, което ще влоши сигнала или дори ще повреди предавателя.
Насочен фокус
Насочените антени фокусират излъчената мощност в тесни лъчи, осигурявайки значително усилване в този процес. Неговите свойства също са взаимни. Характеристиките на предавателната антена, като импеданс и усилване, се отнасят и за приемната антена. Ето защо една и съща антена може да се използва както за изпращане, така и за получаване на сигнал. Усилването на силно насочена параболична антена служи за усилване на слаб сигнал. Това е една от причините, поради които те често се използват за комуникация на дълги разстояния.
Често използвана насочена антена е масив Яги-Уда, наречен Яги. Изобретен е от Шинтаро Уда и неговият колега Хидецугу Яги през 1926 г. Яги антената използва няколко елемента заобразуване на насочен масив. Един задвижван елемент, обикновено дипол, разпространява радиочестотната енергия, елементите непосредствено преди и зад задвижвания елемент преизлъчват радиочестотната енергия във и извън фаза, като съответно усилват и забавят сигнала..
Тези елементи се наричат паразитни елементи. Елементът зад ведомото устройство се нарича рефлектор, а елементите пред него се наричат директори. Yagi антените имат широчини на лъча, вариращи от 30 до 80 градуса и могат да осигурят повече от 10 dBi пасивно усилване.
Параболичната антена е най-познатият тип насочена антена. Параболата е симетрична крива, а параболичният рефлектор е повърхност, която описва крива по време на завъртане на 360 градуса - чиния. Параболичните антени се използват за връзки на дълги разстояния между сгради или големи географски зони.
Полунасочени секционни радиатори
Пач антената е полунасочен радиатор, използващ плоска метална лента, монтирана над земята. Излъчването от задната част на антената се отрязва ефективно от земната равнина, увеличавайки насочеността напред. Този тип антена е известен още като микролентова антена. Обикновено е правоъгълен и е затворен в пластмасов калъф. Този тип антена може да бъде произведена по стандартни методи на печатни платки.
Пач антената може да има ширина на лъча от 30 до 180 градуса итипичното усилване е 9 dB. Секционните антени са друг вид полунасочени антени. Секторните антени осигуряват секторна диаграма на излъчване и обикновено се инсталират в решетка. Широчината на лъча за секторна антена може да варира от 60 до 180 градуса, като 120 градуса са типични. В разделен масив антените са монтирани близо една до друга, осигурявайки пълно 360-градусово покритие.
Изработване на антената Yagi-Uda
През последните десетилетия антената Yagi-Uda се виждаше в почти всеки дом.
Вижда се, че има много директори за увеличаване на насочеността на антената. Захранващото устройство е сгънат дипол. Рефлекторът е дълъг елемент, който седи в края на конструкция. Следните спецификации трябва да се прилагат към тази антена.
| Елемент | Спецификация |
| Контролирана дължина на елемента | 0,458λ до 0,5λ |
| Дължина на рефлектора | 0, 55λ - 0,58λ |
| Продължителност на директора 1 | 0,45λ |
| Дължина на директора 2 | 0,40λ |
| Продължителност на директора 3 | 0,35λ |
| Интервал между директорите | 0.2λ |
| Отражател за разстояние между диполите | 0,35λ |
| Разстояние между диполи и директор | 0,125λ |
По-долу са предимствата на антените Yagi-Uda:
- Висока печалба.
- Висок фокус.
- Лесно боравене и поддръжка.
- По-малко енергия се губи.
- По-широко честотно покритие.
Следните са недостатъците на антените Yagi-Uda:
- Склонен към шум.
- Склонен към атмосферни ефекти.
Ако се спазват горните спецификации, антената Yagi-Uda може да бъде проектирана. Насочената диаграма на антената е много ефективна, както е показано на фигурата. Малките лобове са потиснати и насочеността на главния ритъм се увеличава чрез добавяне на директори към антената.
