V tej moderni dobi brezžična komunikacija , mnogi inženirji kažejo zanimanje za specializacijo na komunikacijskih področjih, vendar je za to potrebno osnovno znanje temeljnih komunikacijskih konceptov, kot so vrste anten, elektromagnetno sevanje in različni pojavi, povezani s širjenjem itd. V primeru brezžičnih komunikacijskih sistemov imajo antene pomembno vlogo vlogo, saj učinkovito pretvarjajo elektronske signale v elektromagnetne valove.

Vrste anten

Antene so osnovne sestavine katerega koli električni tokokrog saj zagotavljajo medsebojne povezave med oddajnikom in prostim prostorom ali med prostim prostorom in sprejemnikom. Preden se pogovorimo o vrstah anten, je treba razumeti nekaj lastnosti. Poleg teh lastnosti podrobno pokrivamo tudi različne vrste anten, ki se uporabljajo v komunikacijskem sistemu.

Lastnosti anten

Dobitek antene
Zaslonka
Usmerjenost in pasovna širina
Polarizacija
Učinkovita dolžina
Polarni diagram

Dobitek antene: Parameter, ki meri stopnjo usmerjenosti radialnega vzorca antene, je znan kot ojačanje. Antena z večjim ojačanjem je bolj učinkovita v svojem vzorcu sevanja. Antene so zasnovane tako, da se moč dviguje v želeno smer in zmanjšuje v neželenih smereh.

G = (moč, ki jo oddaja antena) / (moč, ki jo oddaja referenčna antena)

Zaslonka: Ta odprtina je znana tudi kot učinkovita odprtina antene, ki aktivno sodeluje pri prenosu in sprejemu elektromagnetnih valov. Moč, ki jo prejema antena, je povezana s skupnim območjem. Ta zbrani del antene je znan kot učinkovita zaslonka.

Pr = Pd * A vatov
A = pr / pd m2

Usmerjenost in pasovna širina: Direktiva antene je opredeljena kot merilo koncentriranega močnega sevanja v določeni smeri. Lahko se šteje kot sposobnost antene, da usmerja sevano moč v določeno smer. Opazimo ga lahko tudi kot razmerje med intenzivnostjo sevanja v določeni smeri in povprečno intenzivnostjo sevanja. Pasovna širina je eden od želenih parametrov za izbiro antene. Lahko ga definiramo kot frekvenčni obseg, preko katerega lahko antena pravilno oddaja energijo in jo sprejema.

Polarizacija: Elektromagnetni val, ki ga sproži antena, je lahko polariziran navpično in vodoravno. Če se val polarizira v navpični smeri, je E vektor navpičen in zahteva navpično anteno. Če je vektor E v vodoravni smeri, potrebuje vodoravno anteno, da ga zažene. Včasih se uporablja krožna polarizacija, ki je kombinacija vodoravnega in navpičnega načina.

Učinkovita dolžina: Učinkovita dolžina je parameter antene, ki označuje učinkovitost anten pri oddajanju in sprejemanju elektromagnetnih valov. Učinkovito dolžino lahko določimo tako za oddajno kot sprejemno anteno. Razmerje EMF na vhodu sprejemnika do jakosti električnega polja na anteni je znano kot efektivna dolžina sprejemnika. Učinkovito dolžino oddajnika lahko definiramo kot dolžino prostega prostora v vodniku, porazdelitev toka po njegovi dolžini pa ustvarja enako intenziteto polja v kateri koli smeri sevanja.

Efektivna dolžina = (površina pod enakomerno distrbucijo toka) / (površina pod enakomerno porazdelitvijo toka)

Polarni diagram: Najpomembnejša lastnost antene je njen sevalni vzorec ali polarni diagram. V primeru oddajne antene gre za ploskev, ki razpravlja o jakosti močnega polja, ki ga seva antena v različnih kotnih smereh, kot je prikazano na spodnji sliki. Grafikon je mogoče dobiti tudi za navpično in vodoravno ravnino - in je poimenovan tudi kot navpični oziroma vodoravni vzorec.

Do sedaj smo pokrivali lastnosti anten, zdaj pa bomo razpravljali o različnih vrstah anten, ki se uporabljajo za različne namene.

Vrste anten

Dnevnik Periodične antene

Antene za kravate
Dnevnik-periodično dipolno polje

Žične antene

Kratka dipolna antena
Dipol antena
Monopolska antena
Loop antena

Potujoče valovne antene

Vijačne antene
Yagi-Uda antene

Mikrovalovne antene

Pravokotne mikrotračne antene
Planarne obrnjene-F antene

Reflektorske antene

Kotni odsevnik
Parabolični reflektor

1. Periodične antene v dnevniku

Dnevnik Periodična antena

Dnevniška periodična antena je imenovana tudi kot dnevniška periodična matrika. Gre za usmerjeno anteno z več elementi, ki deluje na širokem razponu frekvenc. Ta antena je narejena iz vrste dipolov, nameščenih vzdolž osi antene v različnih časovnih intervalih, čemur sledi logaritemska funkcija frekvence. Log-periodična antena se uporablja v širokem spektru aplikacij, kjer je potrebna spremenljiva pasovna širina, skupaj z ojačanjem in usmerjenostjo antene.

Prepenjalne antene

Antena za metuljčke

Prepenjalna antena je znana tudi pod imenom Biconical antena ali Butterfly antena. Bikonična antena je vsesmerna širokopasovna antena. Glede na velikost te antene ima nizkofrekvenčni odziv in deluje kot visokofrekvenčni filter. Ko gre frekvenca na višje meje, se od načrtovane frekvence vzorec sevanja antene popači in razširi.

Večina metuljčkovnih anten je izpeljanka iz bikoničnih anten. Diskon je kot vrsta polbikonične antene. Antena z metuljčkom je ravno in zato usmerjena.

Dnevnik-periodično dipolno polje

Dnevnik Periodična dipolna antena

Najpogostejša vrsta anten, ki se uporabljajo v tehnologija brezžične komunikacije je log-periodično dipolno polje v osnovi vsebuje številne dipolne elemente. Te antene z dipolnim nizom se zmanjšajo od zadnjega do sprednjega dela. Prednji žarek te RF antene prihaja z manjšega sprednjega dela.

Element na zadnjem koncu polja je velike velikosti, pol valovna dolžina deluje v nizkofrekvenčnem območju. Razmik elementa se zmanjša proti sprednjemu koncu polja, v katerem so nameščeni najmanjši nizi. Med to operacijo, ko se frekvenca spreminja, poteka enakomeren prehod vzdolž niza elementov, kar vodi v oblikovanje aktivne regije.

2. Žične antene

Žična antena

Žične antene so znane tudi kot linearne ali ukrivljene antene. Te antene so zelo preproste, poceni in se uporabljajo v širokem spektru aplikacij. Te antene so nadalje razdeljene na štiri, kot je razloženo spodaj.

Dipol antena

Dipolna antena je ena najbolj neposrednih poravnav antene. Ta dipolna antena je sestavljena iz dveh tankih kovinskih palic s sinusno napetostno razliko med njimi. Dolžina palic je izbrana tako, da imajo na delovnih frekvencah valovno dolžino četrtine. Te antene se uporabljajo pri načrtovanju lastnih anten ali drugih anten. Zelo jih je enostavno sestaviti in uporabiti.

Dipol antena

Dipolna antena je sestavljena iz dveh kovinskih palic, skozi katere tečeta tok in frekvenca. Ta tok in napetost ustvarja elektromagnetno valovanje in radijski signali sevajo. Antena je sestavljena iz sevalnega elementa, ki razdeli palice in s pomočjo napajalnika na oddajniku, ki se vzame iz sprejemnika, razdeli palice in pretaka tok skozi sredino. RF antene vključujejo polvalne, večkratne, zložene, neresonančne itd.

Kratko dipolna antena:

“kaj je enofazno ožičenje ”

Kratka dipolna antena

Je najpreprostejša od vseh vrst anten. Ta antena je odprta žica, v kateri kratka označuje 'glede na valovno dolžino', zato ta antena daje prednost velikosti žice glede na valovno dolžino frekvence delovanja. Ne upošteva absolutne velikosti dipolne antene. Kratka dipolna antena je sestavljena iz dveh kolinearnih vodnikov, ki sta nameščena od konca do konca, z napajalnikom z majhno režo med vodniki. Dipol se šteje za kratek, če je dolžina sevalnega elementa manjša od desetine valovne dolžine.

L<λ/10

Kratka dipolna antena je narejena iz dveh kolinearnih vodnikov, ki sta nameščena od konca do konca, z napajalnikom z majhno režo med vodniki.

Kratka dipolna antena je z vidika učinkovitosti le redko zadovoljiva, saj se večina moči, ki vstopa v to anteno, razprši, saj postopoma postajajo visoke tudi toplote in uporovne izgube.

Monopolska antena

Monopolna antena je polovica preproste dipolne antene, ki se nahaja nad ozemljeno ravnino, kot je prikazano na spodnji sliki.

Vzorec sevanja nad ozemljeno ravnino bo enak polpolni dipolni anteni, vendar je celotna sevana moč polovica moči dipola, ki ga polje seva le v območju zgornje poloble. Usmerjenost teh anten se v primerjavi z dipolnimi antenami podvoji.

Monopolne antene se uporabljajo tudi kot antene, nameščene na vozilu, saj zagotavljajo potrebno ozemljitveno ploščo za antene, nameščene nad zemljo.

Loop antena

Loop antena

Loop antene imajo podobne značilnosti tako z dipolnimi kot z monopolnimi antenami, ker so enostavne in enostavne za izdelavo. Loop antene so na voljo v različnih oblikah, kot so krožne, eliptične, pravokotne itd. Temeljne značilnosti zančne antene so neodvisne od njene oblike. Pogosto se uporabljajo v komunikacijskih povezavah s frekvenco približno 3 GHz. Te antene se lahko uporabljajo tudi kot sonde za elektromagnetno polje v mikrovalovnih pasovih.

Obseg zankaste antene določa učinkovitost antene, ki je podobna učinkovitosti dipolnih in monopolnih anten. Te antene so nadalje razvrščene v dve vrsti: električno majhne in električne glede na obseg zanke.

Električno majhna zančna antena ———> Obseg≤λ⁄10

Električno velika zančna antena ———> Obseg≈λ

Električno majhne zanke enega obrata imajo majhno odpornost na sevanje v primerjavi z odpornostjo na izgube. Odpornost sevanja majhnih zančnih anten se lahko izboljša z dodajanjem več obratov. Večkratne zanke imajo boljšo odpornost na sevanje, tudi če imajo manjšo učinkovitost.

Antena z majhno zanko

Zaradi tega se antene z majhno zanko večinoma uporabljajo kot sprejemne antene, kjer izgube niso obvezne. Majhne zanke se zaradi majhne učinkovitosti ne uporabljajo kot oddajne antene.

Resonančne zančne antene so razmeroma velike in jih usmerja delovanje valovnih dolžin. Znane so tudi kot velike zančne antene, saj se uporabljajo pri višjih frekvencah, kot sta VHF in UHF, pri čemer je njihova velikost primerna. Lahko jih obravnavamo kot zloženo dipolno anteno in jih deformiramo v različne oblike, kot so sferične, kvadratne itd., In imajo podobne značilnosti, kot je visoka učinkovitost sevanja.

3. Potujoče valovne antene

Vijačne antene

Vijačne antene so znane tudi kot vijačne antene. Imajo sorazmerno preproste strukture z eno, dvema ali več žicami, od katerih vsaka rana tvori vijačnico, običajno podprto s talno ravnino ali oblikovanim odsevnikom in poganjano z ustreznim podajanjem. Najpogostejša zasnova je enojna žica, podprta s tlemi, ki se napaja s koaksialnim vodom.

Na splošno so sevalne lastnosti vijačne antene povezane s to specifikacijo: električna velikost konstrukcije, pri čemer je vhodna impedanca bolj občutljiva na smolo in velikost žice.

Vijačna antena

Vijačne antene imajo dva prevladujoča načina sevanja: običajni način in aksialni način. Aksialni način se uporablja v številnih aplikacijah. V običajnem načinu so dimenzije vijačnice majhne v primerjavi z njegovo valovno dolžino. Ta antena deluje kot kratka dipolna ali monopolna antena. V aksialnem načinu so dimenzije vijačnice enake v primerjavi z njegovo valovno dolžino. Ta antena deluje kot usmerjena antena.

Yagi-Uda antena

Yagi-Uda antena

Druga antena, ki uporablja pasivne elemente, je Yagi-Uda antena . Ta vrsta antene je poceni in učinkovita. Lahko je zgrajen z enim ali več reflektorskimi elementi in enim ali več usmerjevalnimi elementi. Yagi antene lahko izdelamo z uporabo antene z enim reflektorjem, gnanim aktivnim elementom z zloženim dipolom in usmerniki, nameščenimi za vodoravno polarizacijo v smeri naprej.

“enote električnega polja ”

4. Mikrovalovne antene

Antene, ki delujejo na mikrovalovnih frekvencah, so znane kot mikrovalovne antene . Te antene se uporabljajo v številnih aplikacijah.

Pravokotne mikrotračne antene

Pravokotne mikrotračne antene

Za vesoljska plovila ali letalske aplikacije - na podlagi specifikacij, kot so velikost, teža, stroški, zmogljivost, enostavnost namestitve itd. - so prednostne antene z nizkim profilom. Te antene so znane kot pravokotne mikrotrakaste antene ali antene, ki zahtevajo le prostor za napajalni vod, ki je običajno nameščen za ozemljitvijo. Glavna pomanjkljivost uporabe teh anten je njihova neučinkovita in zelo ozka pasovna širina, ki je običajno delček odstotka ali največ nekaj odstotkov.

Planarne obrnjene-F antene

Planarno obrnjeno-F anteno lahko štejemo za vrsto linearne obrnjene F-antene (IFA), pri kateri je žarilni element nadomeščen s ploščo za povečanje pasovne širine. Prednost teh anten je v tem, da jih je mogoče skriti v ohišju mobilnika v primerjavi z različnimi vrstami anten, kot so bič, palice ali vijačne antene itd. Druga prednost je v tem, da lahko zmanjšajo povratno sevanje proti vrhu anteno z absorpcijo moči, kar poveča učinkovitost. Zagotavljajo visok dobiček v vodoravnem in navpičnem stanju. Ta funkcija je najpomembnejša za vse vrste anten, ki se uporabljajo v brezžičnih komunikacijah.

5. Reflektorske antene

Kotna reflektorska antena

Kotna reflektorska antena

Antena, ki vsebuje enega ali več dipolnih elementov, nameščenih pred kotnim odsevnikom, je znana kot antena z odbojnim kotom. Usmerjenost katere koli antene je mogoče povečati z uporabo odsevnikov. V primeru žične antene se za anteno za usmerjanje sevanja v smeri naprej uporablja prevodni list.

Parabolično-reflektorska antena

Sevalna površina parabolične antene ima zelo velike dimenzije v primerjavi z njeno valovno dolžino. Geometrijska optika, ki je odvisna od žarkov in valovnih čel, se uporablja za poznavanje nekaterih lastnosti teh anten. Nekatere pomembne lastnosti teh anten lahko preučimo z uporabo žarkovne optike, drugih anten pa z uporabo teorije elektromagnetnega polja.

Parabolična antena

Ena od koristnih lastnosti te antene je pretvorba divergirajočega sferičnega valovnega fronta v vzporedni val, ki tvori ozek žarek antene. Različne vrste krme, ki uporabljajo ta parabolični reflektor, vključujejo krme za rogove, kartezijanske krme in dipolne krme.

V tem članku ste preučevali različne vrste anten in njihove aplikacije v brezžičnih komunikacijah ter uporabo anten pri prenosu in sprejemanju podatkov. Za kakršno koli pomoč v zvezi s tem člankom nas kontaktirajte tako, da komentirate v spodnjem oddelku za komentarje.

fotografija Zasluge: