En antenn är en enhet som fungerar som ett gränssnitt mellan en elektrisk krets och rymden, utformad för att sända och ta emot elektromagnetiska vågor i ett visst frekvensområde i enlighet med dess egen storlek och form. Den är gjord av metall, huvudsakligen koppar eller aluminium, sändarantenner kan omvandla elektrisk ström till elektromagnetisk strålning och vice versa. Varje trådlös enhet innehåller minst en antenn.
Trådlösa nätverksradiovågor
När behovet av trådlös kommunikation uppstår behövs en antenn. Den har förmågan att skicka eller ta emot elektromagnetiska vågor för att kommunicera där ett trådbundet system inte kan installeras.
Antennen är nyckeln i denna trådlösa teknik. Radiovågor skapas lätt och används ofta för kommunikation både inomhus och utomhus på grund av deras förmåga att passera genom byggnader och resa långa sträckor.
Nyckelfunktioner för sändningsantenner:
- Eftersom radiosändning är rundstrålande, behövs fysisk matchningsändare och mottagare krävs.
- Frekvensen för radiovågor bestämmer många sändningsegenskaper.
- Vid låga frekvenser kan vågor lätt passera genom hinder. Deras kraft sjunker dock med den omvända kvadraten på avståndet.
- Högre frekvensvågor är mer benägna att absorberas och reflekteras på hinder. På grund av det långa sändningsområdet för radiovågor är störningar mellan sändningar ett problem.
- På VLF-, LF- och MF-banden följer vågutbredningen, även kallad markvågor, jordens krökning.
- De maximala överföringsräckvidden för dessa vågor är i storleksordningen flera hundra kilometer.
- Sändningsantenner används för sändningar med låg bandbredd som sändningar med amplitudmodulering (AM).
- HF- och VHF-bandsöverföringar absorberas av atmosfären nära jordens yta. En del av strålningen, som kallas skywave, fortplantar sig dock utåt och uppåt mot jonosfären i den övre atmosfären. Jonosfären innehåller joniserade partiklar som bildas av solens strålning. Dessa joniserade partiklar reflekterar himmelvågor tillbaka till jorden.
Vågspridning
- Lin of sight propagation. Bland alla distributionsmetoder är detta det vanligaste. Vågen färdas det minsta avstånd som kan ses med blotta ögat. Därefter måste du använda förstärkarens sändare för att öka signalen och sända den igen. Sådan utbredning kommer inte att vara smidig om det finns något hinder i dess överföringsväg. Denna överföring används för infraröd eller mikrovågsöverföring.
- Markvågsutbredning från en sändarantenn. Utbredningen av vågen till marken sker längs jordens kontur. En sådan våg kallas en direkt våg. Vågen böjs ibland på grund av jordens magnetfält och träffar mottagaren. En sådan våg kan kallas en reflekterad våg.
- En våg som fortplantar sig genom jordens atmosfär är känd som jordvågen. Den direkta vågen och den reflekterade vågen ger tillsammans en signal vid den mottagande stationen. När vågen når mottagaren upphör fördröjningen. Dessutom filtreras signalen för att undvika distorsion och förstärkning för tydlig utgång. Vågor sänds från ett ställe och där de tas emot av många sändtagarantenner.
Antennmätningskoordinatsystem
När man tittar på platta modeller kommer användaren att konfronteras med indikatorer på planets azimut och höjden på mönstrets plan. Termen azimut förekommer vanligtvis i relation till "horisont" eller "horisontell", medan termen "höjd" vanligtvis syftar på "vertikal". I figuren är xy-planet azimutplanet.
Azimutplansmönstret mäts när en mätning görs genom att flytta hela xy-planet runt transceiverantennen som testas. Ett höjdplan är ett plan som är ortogon alt mot xy-planet, såsom yz-planet. Höjdplanen färdas hela yz-planet runt antennen som testas.
Sampler (azimuter och höjder) visas ofta som polära diagramkoordinater. Detta ger användaren möjlighet att enkelt visualisera hur antennen strålar i alla riktningar, som om den redan vore "spetsad" eller monterad. Det är ibland användbart att rita strålningsmönster i kartesiska koordinater, särskilt när det finns flera sidlober i mönster och där sidolobsnivåer är viktiga.
Grundläggande kommunikationsegenskaper
Antenner är väsentliga komponenter i alla elektriska kretsar eftersom de tillhandahåller sammankopplingen mellan en sändare och ledigt utrymme eller mellan ledigt utrymme och en mottagare. Innan du pratar om typerna av antenner måste du känna till deras egenskaper.
Antenna Array - Den systematiska utplaceringen av antenner som fungerar tillsammans. De enskilda antennerna i en array är vanligtvis av samma typ och placerade i omedelbar närhet, på ett fast avstånd från varandra. Arrayen låter dig öka riktningsförmågan, styrning av huvudstrålar och sidostrålar.
Alla antenner har passiv förstärkning. Passiv förstärkning mäts i dBi, vilket är relaterat till en teoretisk isotrop antenn. Man tror att den överför energi lika i alla riktningar, men att den inte finns i naturen. Förstärkningen för en ideal halvvågsdipolantenn är 2,15 dBi.
EIRP, eller motsvarande isotropisk utstrålad effekt för en sändarantenn, är ett mått på den maximala effekt som en teoretisk isotropisk antenn skulle utstråla i riktningenmaximal vinst. EIRP tar hänsyn till förlusterna från kraftledningar och kontakter och inkluderar den faktiska vinsten. EIRP tillåter att verklig effekt och fältstyrka beräknas om den faktiska sändarens förstärkning och uteffekt är kända.
Antennförstärkning i vägbeskrivning
Det definieras som förhållandet mellan effektförstärkningen i en given riktning och effektförstärkningen för referensantennen i samma riktning. Det är standardpraxis att använda en isotrop radiator som referensantenn. I det här fallet kommer en isotrop emitter att vara förlustfri, utstråla sin energi lika i alla riktningar. Detta betyder att förstärkningen för en isotrop radiator är G=1 (eller 0 dB). Det är vanligt att använda enheten dBi (decibel i förhållande till en isotrop radiator) för förstärkning i förhållande till en isotrop radiator.
Förstärkningen, uttryckt i dBi, beräknas med följande formel: GdBi=10Log (GNumeric / GISotropic)=10Log (GNumeric).
Ibland används en teoretisk dipol som referens, så enheten dBd (decibel i förhållande till dipol) kommer att användas för att beskriva förstärkningen i förhållande till dipolen. Detta block används vanligtvis när det gäller att förstärka rundstrålande antenner med högre förstärkning. I detta fall är deras förstärkning högre med 2,2 dBi. Så om antennen har en förstärkning på 3 dBu blir den totala förstärkningen 5,2 dBi.
3 dB strålbredd
Denna strålbredd (eller halva effektstrålbredden) för antennen anges vanligtvis för vart och ett av huvudplanen. Strålbredden på 3 dB i varje plan definieras som vinkeln mellan huvudlobpunkterna som reduceras från maximal förstärkning med 3 dB. Strålbredd 3 dB - vinkeln mellan de två blå linjerna i polområdet. I det här exemplet är strålbredden på 3 dB i detta plan cirka 37 grader. Antenner med bred strålbredd har vanligtvis låg förstärkning, medan antenner med smal strålbredd har högre förstärkning.
En antenn som riktar det mesta av sin energi till en smal stråle, i minst ett plan, kommer alltså att ha en högre förstärkning. Fram-till-bak-förhållandet (F/B) används som ett mått på meriter som försöker beskriva strålningsnivån från baksidan av en riktad antenn. I grund och botten är fram-till-bak-förhållandet förhållandet mellan toppförstärkningen i framåtriktningen och förstärkningen 180 grader bakom toppen. Naturligtvis, på en DB-skala, är fram-till-bak-förhållandet helt enkelt skillnaden mellan den framåtriktade toppförstärkningen och förstärkningen 180 grader bakom toppen.
Antennklassificering
Det finns många typer av antenner för olika applikationer som kommunikation, radar, mätning, elektromagnetisk pulssimulering (EMP), elektromagnetisk kompatibilitet (EMC), etc. Vissa av dem är utformade för att fungera i smala frekvensband, medan andradesignad för att sända ut/ta emot transienta pulser. Specifikationer för sändningsantenn:
- Antennens fysiska struktur.
- Frekvensband.
- App-läge.
Följande typer av antenner enligt den fysiska strukturen:
- wire;
- bländare;
- reflekterande;
- antennlins;
- mikrostripantenner;
- massiva antenner.
Följande är typerna av sändningsantenner beroende på driftfrekvensen:
- Very Low Frequency (VLF).
- Låg frekvens (LF).
- Mellanfrekvens (MF).
- Högfrekvens (HF).
- Very High Frequency (VHF).
- Ultra High Frequency (UHF).
- Super High Frequency (SHF).
- Mikrovågsvåg.
- Radiovåg.
Följande är sändnings- och mottagningsantenner enligt applikationslägen:
- Punkt-till-punkt-anslutning.
- Sändningsapplikationer.
- Radarkommunikation.
- satellitkommunikation.
Designfunktioner
Sändande antenner skapar radiofrekvent strålning som fortplantar sig genom rymden. Mottagande antenner utför den omvända processen: de tar emot radiofrekvent strålning och omvandlar den till önskade signaler, såsom ljud, bild i TV-sändarantenner och en mobiltelefon.
Den enklaste typen av antenn består av två metallstänger och är känd som en dipol. En av de vanligaste typerna ären monopolantenn som består av en stav placerad vertik alt på en stor metallbräda som fungerar som jordplan. Montering på fordon är vanligtvis en monopol och fordonets plåttak fungerar som mark. Utformningen av sändningsantennen, dess form och storlek bestämmer driftsfrekvensen och andra strålningsegenskaper.
En av de viktiga egenskaperna hos en antenn är dess riktningsförmåga. Vid kommunikation mellan två fasta mål, som vid kommunikation mellan två fasta sändningsstationer, eller i radartillämpningar, krävs en antenn för att direkt överföra sändningsenergin till mottagaren. Omvänt, när sändaren eller mottagaren inte är stationär, som i cellulär kommunikation, krävs ett icke-riktat system. I sådana fall krävs en rundstrålande antenn som tar emot alla frekvenser likformigt i alla riktningar av horisontalplanet, och i vertikalplanet är strålningen ojämn och mycket liten, som en HF-sändarantenn.
Sändning och mottagning av källor
Sändaren är huvudkällan för RF-strålning. Denna typ består av en ledare vars intensitet fluktuerar över tiden och omvandlar den till radiofrekvent strålning som utbreder sig genom rymden. Mottagningsantenn - en enhet för att ta emot radiofrekvenser (RF). Den utför den omvända sändningen som utförs av sändaren, tar emot RF-strålning, omvandlar den till elektriska strömmar i antennkretsen.
TV- och radiostationer använder sändarantenner för att sända vissa typer av signaler som färdas genom luften. Dessa signaler detekteras av mottagningsantenner, som omvandlar dem till signaler och tas emot av en lämplig enhet som TV, radio, mobiltelefon.
Radio- och tv-mottagningsantenner är utformade för att endast ta emot radiofrekvent strålning och producerar inte radiofrekvent strålning. Mobilkommunikationsenheter, såsom basstationer, repeatrar och mobiltelefoner, har dedikerade sändnings- och mottagningsantenner som sänder ut radiofrekvensenergi och betjänar cellulära nätverk i enlighet med kommunikationsnätverksteknologier.
Skillnaden mellan analog och digital antenn:
- Den analoga antennen har en variabel förstärkning och fungerar inom 50 km räckvidd för DVB-T. Ju längre bort användaren är från signalkällan, desto sämre signal.
- För att ta emot digital-TV - användaren får antingen en bra bild eller en bild överhuvudtaget. Om den är långt från signalkällan tar den inte emot någon bild.
- Den sändande digitala antennen har inbyggda filter för att minska brus och förbättra bildkvaliteten.
- Den analoga signalen skickas direkt till TV:n, medan den digitala signalen måste avkodas först. Det låter dig korrigera fel såväl som data som signalkomprimering för fler funktioner som extrakanaler, EPG, betal-TV,interaktiva spel osv.
Dipolsändare
Dipolantenner är den vanligaste rundstrålande typen och sprider radiofrekvensenergi (RF) 360 grader horisontellt. Dessa enheter är utformade för att vara resonans vid en halv eller en kvarts våglängd av den applicerade frekvensen. Det kan vara så enkelt som två längder tråd, eller så kan det vara inkapslat.
Dipole används i många företagsnätverk, små kontor och hemmabruk (SOHO). Den har en typisk impedans för att matcha den med sändaren för maximal kraftöverföring. Om antennen och sändaren inte matchar, kommer reflektioner att uppstå på transmissionsledningen, vilket kommer att försämra signalen eller till och med skada sändaren.
Riktad fokus
Riktningsantenner fokuserar den utstrålade kraften till smala strålar, vilket ger en betydande vinst i denna process. Dess egenskaper är också ömsesidiga. Egenskaperna för en sändande antenn, såsom impedans och förstärkning, gäller även för en mottagande antenn. Det är därför samma antenn kan användas för att både skicka och ta emot en signal. Förstärkningen av en starkt riktad parabolantenn tjänar till att förstärka en svag signal. Detta är en av anledningarna till att de ofta används för långdistanskommunikation.
En vanlig riktningsantenn är en Yagi-Uda-matris som kallas Yagi. Den uppfanns av Shintaro Uda och hans kollega Hidetsugu Yagi 1926. Yagi-antennen använder flera element för attbildar en riktad grupp. Ett driven element, vanligtvis en dipol, fortplantar RF-energin, elementen omedelbart före och bakom det drivna elementet återutstrålar RF-energin in och ur fas, förstärker respektive saktar ner signalen.
Dessa element kallas parasitiska element. Elementet bakom slaven kallas reflektorn och elementen framför slaven kallas direktörer. Yagi-antenner har strålbredder från 30 till 80 grader och kan ge mer än 10 dBi passiv förstärkning.
Parabolantennen är den mest välbekanta typen av riktad antenn. En parabel är en symmetrisk kurva, och en parabolisk reflektor är en yta som beskriver en kurva under en 360-graders rotation - en skål. Parabolantenner används för långdistanslänkar mellan byggnader eller stora geografiska områden.
Sektionsradiatorer i halvriktningar
Patchantennen är en halvriktad radiator som använder en platt metallremsa monterad ovanför marken. Strålning från den bakre delen av antennen klipps effektivt av jordplanet, vilket ökar riktningen framåt. Denna typ av antenn är också känd som en mikrostrip-antenn. Det är vanligtvis rektangulärt och inkapslat i ett plastfodral. Den här typen av antenn kan tillverkas med vanliga PCB-metoder.
Patchantennen kan ha en strålbredd från 30 till 180 grader ochtypisk förstärkning är 9 dB. Sektionsantenner är en annan typ av halvriktad antenn. Sektorantenner tillhandahåller ett sektorstrålningsmönster och installeras vanligtvis i en array. Strålbredden för en sektorantenn kan variera från 60 till 180 grader, där 120 grader är typiskt. I ett partitionerat system är antennerna monterade nära varandra, vilket ger full 360-graders täckning.
Att göra Yagi-Uda-antennen
Under de senaste decennierna har Yagi-Uda-antennen varit synlig i nästan alla hem.
Det kan ses att det finns många regissörer för att öka antennens riktverkan. Mataren är en vikt dipol. En reflektor är ett långt element som sitter i änden av en struktur. Följande specifikationer måste tillämpas på denna antenn.
| Element | Specification |
| Längd på kontrollerat element | 0,458λ till 0,5λ |
| Reflektorlängd | 0, 55λ - 0,58λ |
| Direktörslängd 1 | 0,45λ |
| Direktörslängd 2 | 0,40λ |
| Direktörslängd 3 | 0,35λ |
| Intervall mellan regissörer | 0.2λ |
| Reflektor för avstånd mellan dipoler | 0,35λ |
| Avstånd mellan dipoler och direktör | 0,125λ |
Nedan är fördelarna med Yagi-Uda-antenner:
- Hög förstärkning.
- Högfokus.
- Enkel hantering och underhåll.
- Mindre energi går till spillo.
- Bredare frekvenstäckning.
Följande är nackdelarna med Yagi-Uda-antenner:
- Benägen för brus.
- Benägen för atmosfäriska effekter.
Om ovanstående specifikationer följs kan Yagi-Uda-antennen designas. Antennens riktningsmönster är mycket effektivt, som visas i figuren. De små loberna undertrycks och huvudslagets riktning ökar genom att lägga till regissörer till antennen.
