En antenne er en enhed, der fungerer som en grænseflade mellem et elektrisk kredsløb og rummet, designet til at transmittere og modtage elektromagnetiske bølger i et bestemt frekvensområde i overensstemmelse med dens egen størrelse og form. Den er lavet af metal, hovedsageligt kobber eller aluminium, sendeantenner kan konvertere elektrisk strøm til elektromagnetisk stråling og omvendt. Hver trådløs enhed indeholder mindst én antenne.
Trådløse netværksradiobølger
Når behovet for trådløs kommunikation opstår, er der brug for en antenne. Den har evnen til at sende eller modtage elektromagnetiske bølger for at kommunikere, hvor et kablet system ikke kan installeres.
Antennen er nøgleelementet i denne trådløse teknologi. Radiobølger skabes let og bruges i vid udstrækning til både indendørs og udendørs kommunikation på grund af deres evne til at passere gennem bygninger og rejse lange afstande.
Nøglefunktioner ved sendeantenner:
- Fordi radiotransmission er omnidirektionel, er der behov for fysisk matchningsender og modtager er påkrævet.
- Frekvensen af radiobølger bestemmer mange transmissionskarakteristika.
- Ved lave frekvenser kan bølger nemt passere gennem forhindringer. Deres styrke falder dog med det omvendte kvadrat af afstanden.
- Højere frekvensbølger er mere tilbøjelige til at blive absorberet og reflekteret på forhindringer. På grund af radiobølgernes lange transmissionsområde er interferens mellem transmissioner et problem.
- På VLF-, LF- og MF-båndene følger bølgeudbredelsen, også kaldet jordbølger, jordens krumning.
- De maksimale transmissionsområder for disse bølger er i størrelsesordenen flere hundrede kilometer.
- Sendeantenner bruges til transmissioner med lav båndbredde, såsom amplitudemodulation (AM) udsendelser.
- HF- og VHF-båndtransmissioner absorberes af atmosfæren nær Jordens overflade. En del af strålingen, kaldet himmelbølge, forplanter sig dog udad og opad mod ionosfæren i den øvre atmosfære. Ionosfæren indeholder ioniserede partikler dannet af Solens stråling. Disse ioniserede partikler reflekterer himmelbølger tilbage til Jorden.
Bølgeudbredelse
- Synslinjeudbredelse. Blandt alle distributionsmetoder er dette den mest almindelige. Bølgen rejser den mindste afstand, der kan ses med det blotte øje. Dernæst skal du bruge forstærkerens sender til at øge signalet og sende det igen. En sådan udbredelse vil ikke være jævn, hvis der er nogen hindring i dens transmissionsvej. Denne transmission bruges til infrarøde eller mikrobølgetransmissioner.
- Grundbølgeudbredelse fra en sendeantenne. Udbredelsen af bølgen til jorden sker langs jordens kontur. En sådan bølge kaldes en direkte bølge. Bølgen bøjer nogle gange på grund af Jordens magnetfelt og rammer modtageren. Sådan en bølge kan kaldes en reflekteret bølge.
- En bølge, der forplanter sig gennem jordens atmosfære, er kendt som jordbølgen. Den direkte bølge og den reflekterede bølge giver tilsammen et signal ved modtagestationen. Når bølgen når modtageren, stopper forsinkelsen. Derudover er signalet filtreret for at undgå forvrængning og forstærkning for tydeligt output. Bølger transmitteres fra ét sted, og hvor de modtages af mange transceiver-antenner.
Antennemålingskoordinatsystem
Når man ser på flade modeller, vil brugeren blive konfronteret med indikatorer for planets azimut og højden af mønsterplanet. Udtrykket azimuth optræder norm alt i forhold til "horisont" eller "horisontal", mens udtrykket "højde" norm alt refererer til "lodret". På figuren er xy-planet azimutplanet.
Azimutplanmønsteret måles, når der foretages en måling ved at flytte hele xy-planet rundt om transceiverantennen, der testes. Et højdeplan er et plan vinkelret på xy-planet, såsom yz-planet. Højdeplanen rejser hele yz-planet rundt om antennen under test.
Eksempler (azimut og højder) vises ofte som plots i polarkoordinater. Dette giver brugeren mulighed for nemt at visualisere, hvordan antennen udstråler i alle retninger, som om den allerede var "spids" eller monteret. Det er nogle gange nyttigt at tegne strålingsmønstre i kartesiske koordinater, især når der er flere sidelober i mønstre, og hvor sidelobsniveauer er vigtige.
Grundlæggende kommunikationsegenskaber
Antenner er væsentlige komponenter i ethvert elektrisk kredsløb, da de giver forbindelsen mellem en sender og det frie rum eller mellem det frie rum og en modtager. Før du taler om typerne af antenner, skal du kende deres egenskaber.
Antenne Array - Den systematiske installation af antenner, der arbejder sammen. De enkelte antenner i et array er sædvanligvis af samme type og placeret i umiddelbar nærhed, i en fast afstand fra hinanden. Arrayet giver dig mulighed for at øge retningsbestemmelsen, kontrol af hovedstrålerne af stråling og sidestråler.
Alle antenner har passiv forstærkning. Passiv forstærkning måles i dBi, som er relateret til en teoretisk isotrop antenne. Det menes, at det transmitterer energi ligeligt i alle retninger, men eksisterer ikke i naturen. Forstærkningen af en ideel halvbølge-dipolantenne er 2,15 dBi.
EIRP, eller den tilsvarende isotrope udstrålede effekt af en sendeantenne, er et mål for den maksimale effekt, som en teoretisk isotrop antenne ville udstråle i retningenmaksimal gevinst. EIRP tager højde for tab fra elledninger og stik og inkluderer den faktiske gevinst. EIRP gør det muligt at beregne reel effekt og feltstyrker, hvis den faktiske senderforstærkning og udgangseffekt er kendt.
Antenneforstærkning i retninger
Det er defineret som forholdet mellem effektforstærkningen i en given retning og effektforstærkningen af referenceantennen i samme retning. Det er standardpraksis at bruge en isotrop radiator som referenceantenne. I dette tilfælde vil en isotrop emitter være tabsfri, udstråle sin energi ligeligt i alle retninger. Det betyder, at forstærkningen af en isotrop radiator er G=1 (eller 0 dB). Det er almindeligt at bruge dBi (decibel i forhold til en isotrop radiator) enhed til forstærkning i forhold til en isotrop radiator.
Forstærkningen, udtrykt i dBi, beregnes ved hjælp af følgende formel: GdBi=10Log (GNumeric / GISotropic)=10Log (GNumeric).
Nogle gange bruges en teoretisk dipol som reference, så enheden dBd (decibel i forhold til dipol) vil blive brugt til at beskrive forstærkningen i forhold til dipolen. Denne blok bruges typisk, når det kommer til at forstærke omnidirektionelle antenner med højere forstærkning. I dette tilfælde er deres forstærkning højere med 2,2 dBi. Så hvis antennen har en forstærkning på 3 dBu, vil den samlede forstærkning være 5,2 dBi.
3 dB strålebredde
Denne strålebredde (eller halv effekt strålebredde) af antennen er norm alt specificeret for hvert af hovedplanerne. Strålebredden på 3 dB i hvert plan er defineret som vinklen mellem hovedsløjfepunkter, der er reduceret fra maksimal forstærkning med 3 dB. Strålebredde 3 dB - vinklen mellem de to blå linjer i polområdet. I dette eksempel er strålebredden på 3 dB i dette plan omkring 37 grader. Antenner med bred strålebredde har typisk lav forstærkning, mens antenner med smal strålebredde har højere forstærkning.
En antenne, der leder det meste af sin energi ind i en smal stråle i mindst ét plan, vil således have en højere forstærkning. For-til-bag-forholdet (F/B) bruges som et mål for værdi, der forsøger at beskrive niveauet af stråling fra bagsiden af en retningsbestemt antenne. Grundlæggende er front-til-bag-forholdet forholdet mellem peak gain i fremadgående retning og gain 180 grader bag peak. På en DB-skala er for-til-bag-forholdet naturligvis blot forskellen mellem den fremadrettede peak-forstærkning og forstærkningen 180 grader bag peak-værdien.
Antenneklassifikation
Der er mange typer antenner til forskellige applikationer såsom kommunikation, radar, måling, elektromagnetisk pulssimulering (EMP), elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) osv. Nogle af dem er designet til at fungere i smalle frekvensbånd, mens andredesignet til at udsende/modtage transiente impulser. Transmissionsantennespecifikationer:
- Antennens fysiske struktur.
- Frekvensbånd.
- App-tilstand.
Følgende er typerne af antenner i henhold til den fysiske struktur:
- wire;
- blænde;
- reflekterende;
- antenneobjektiv;
- mikrostrip-antenner;
- massive antenner.
Følgende er typerne af sendeantenner afhængigt af frekvensen af driften:
- Very Low Frequency (VLF).
- Lav frekvens (LF).
- Middelfrekvens (MF).
- Høj frekvens (HF).
- Very High Frequency (VHF).
- Ultra High Frequency (UHF).
- Super High Frequency (SHF).
- Mikrobølgebølge.
- Radiobølge.
Følgende sender og modtager antenner i henhold til applikationstilstande:
- Punkt-til-punkt-forbindelse.
- Broadcast-applikationer.
- Radarkommunikation.
- Satellitkommunikation.
Designfunktioner
Sendeantenner skaber radiofrekvensstråling, der forplanter sig gennem rummet. Modtagelsesantenner udfører den omvendte proces: de modtager radiofrekvensstråling og konverterer den til de ønskede signaler, såsom lyd, billede i tv-sendeantenner og en mobiltelefon.
Den enkleste type antenne består af to metalstænger og er kendt som en dipol. En af de mest almindelige typer eren monopol-antenne bestående af en stang placeret lodret på en stor metalplade, der tjener som jordplan. Montering på køretøjer er norm alt en monopol, og køretøjets met altag tjener som jord. Udformningen af sendeantennen, dens form og størrelse bestemmer driftsfrekvensen og andre strålingskarakteristika.
En af de vigtige egenskaber ved en antenne er dens retningsevne. I kommunikation mellem to faste mål, som i kommunikation mellem to faste transmissionsstationer, eller i radarapplikationer, kræves en antenne til direkte at sende transmissionsenergien til modtageren. Omvendt, når senderen eller modtageren ikke er stationær, som i cellulær kommunikation, kræves et ikke-retningsbestemt system. I sådanne tilfælde kræves en rundstrålende antenne, der modtager alle frekvenser ensartet i alle retninger af det vandrette plan, og i det lodrette plan er strålingen ujævn og meget lille, som en HF-sendeantenne.
Afsendelse og modtagelse af kilder
Senderen er hovedkilden til RF-stråling. Denne type består af en leder, hvis intensitet svinger over tid og omdanner den til radiofrekvent stråling, der forplanter sig gennem rummet. Modtagelsesantenne - en enhed til modtagelse af radiofrekvenser (RF). Den udfører den omvendte transmission udført af senderen, modtager RF-stråling, konverterer den til elektriske strømme i antennekredsløbet.
Tv- og radiostationer bruger sendeantenner til at transmittere visse typer signaler, der rejser gennem luften. Disse signaler detekteres af modtageantenner, som konverterer dem til signaler og modtages af en passende enhed såsom TV, radio, mobiltelefon.
Radio- og tv-modtageantenner er designet til kun at modtage radiofrekvensstråling og producerer ikke radiofrekvensstråling. Mobilkommunikationsenheder, såsom basestationer, repeatere og mobiltelefoner, har dedikerede sende- og modtageantenner, der udsender radiofrekvensenergi og betjener cellulære netværk i overensstemmelse med kommunikationsnetværksteknologier.
Forskel mellem analog og digital antenne:
- Den analoge antenne har en variabel forstærkning og fungerer i 50 km rækkevidde for DVB-T. Jo længere brugeren er fra signalkilden, jo dårligere er signalet.
- At modtage digit alt tv - brugeren modtager enten et godt billede eller overhovedet et billede. Hvis den er langt fra signalkilden, modtager den ikke noget billede.
- Den sendende digitale antenne har indbyggede filtre for at reducere støj og forbedre billedkvaliteten.
- Det analoge signal sendes direkte til TV'et, mens det digitale signal først skal afkodes. Det giver dig mulighed for at rette fejl såvel som data som signalkomprimering for flere funktioner som ekstra kanaler, EPG, betalings-tv,interaktive spil osv.
Dipolsendere
Dipolantenner er den mest almindelige omnidirektionelle type og spreder radiofrekvensenergi (RF) 360 grader vandret. Disse enheder er designet til at være resonans ved en halv eller en kvart bølgelængde af den anvendte frekvens. Det kan være så simpelt som to længder tråd, eller det kan være indkapslet.
Dipole bruges i mange virksomhedsnetværk, små kontorer og hjemmebrug (SOHO). Den har en typisk impedans for at matche den med senderen for maksimal kraftoverførsel. Hvis antennen og senderen ikke passer sammen, vil der opstå refleksioner på transmissionslinjen, hvilket vil forringe signalet eller endda beskadige senderen.
Reget fokus
Retningsbestemte antenner fokuserer den udstrålede effekt til smalle stråler, hvilket giver en betydelig gevinst i denne proces. Dens egenskaber er også gensidige. Egenskaberne for en sendeantenne, såsom impedans og forstærkning, gælder også for en modtageantenne. Derfor kan den samme antenne bruges til både at sende og modtage et signal. Forstærkningen af en meget retningsbestemt parabolantenne tjener til at forstærke et svagt signal. Dette er en af grundene til, at de ofte bruges til langdistancekommunikation.
En almindeligt brugt retningsbestemt antenne er et Yagi-Uda-array kaldet Yagi. Det blev opfundet af Shintaro Uda og hans kollega Hidetsugu Yagi i 1926. Yagi-antennen bruger flere elementer tildanner et rettet array. Et drevet element, norm alt en dipol, udbreder RF-energien, elementerne umiddelbart før og bagved det drevne element genudstråler RF-energien ind og ud af fase, forstærker og sænker signalet henholdsvis.
Disse elementer kaldes parasitiske elementer. Elementet bag slaven kaldes reflektoren og elementerne foran slaven kaldes direktører. Yagi-antenner har strålebredder fra 30 til 80 grader og kan give mere end 10 dBi passiv forstærkning.
Den parabolske antenne er den mest velkendte type retningsbestemt antenne. En parabel er en symmetrisk kurve, og en parabolsk reflektor er en overflade, der beskriver en kurve under en 360-graders rotation - en parabol. Parabolantenner bruges til langdistanceforbindelser mellem bygninger eller store geografiske områder.
Sektionsradiatorer i halv retning
Patch-antennen er en halvretningsbestemt radiator, der bruger en flad metalstrimmel monteret over jorden. Stråling fra bagsiden af antennen afskæres effektivt af jordplanet, hvilket øger retningen fremad. Denne type antenne er også kendt som en mikrostrip-antenne. Det er norm alt rektangulært og indkapslet i en plastikkasse. Denne type antenne kan fremstilles ved standard PCB-metoder.
Patch-antennen kan have en strålebredde fra 30 til 180 grader ogtypisk forstærkning er 9 dB. Sektionsantenner er en anden type semi-direktionel antenne. Sektorantenner giver et sektorstrålingsmønster og er norm alt installeret i et array. Strålebredden for en sektorantenne kan variere fra 60 til 180 grader, hvor 120 grader er typisk. I et opdelt array er antennerne monteret tæt på hinanden, hvilket giver fuld 360-graders dækning.
At lave Yagi-Uda-antennen
I løbet af de sidste årtier har Yagi-Uda-antennen været synlig i næsten alle hjem.
Det kan ses, at der er mange instruktører til at øge retningsvirkningen af antennen. Feederen er en foldet dipol. En reflektor er et langt element, der sidder for enden af en struktur. Følgende specifikationer skal anvendes på denne antenne.
| Element | Specifikation |
| Længde af kontrolleret element | 0,458λ til 0,5λ |
| Reflektorlængde | 0, 55λ - 0,58λ |
| Instruktørvarighed 1 | 0,45λ |
| Instruktørlængde 2 | 0,40λ |
| Instruktørvarighed 3 | 0,35λ |
| Interval mellem instruktører | 0.2λ |
| Reflektor for afstand mellem dipoler | 0,35λ |
| Afstand mellem dipoler og direktør | 0,125λ |
Nedenfor er fordelene ved Yagi-Uda-antenner:
- Høj forstærkning.
- Høj fokus.
- Nem håndtering og vedligeholdelse.
- Mindre energi spildes.
- Større frekvensdækning.
Følgende er ulemperne ved Yagi-Uda-antenner:
- Tilbøjelig til støj.
- Tilbøjelig til atmosfæriske påvirkninger.
Hvis ovenstående specifikationer følges, kan Yagi-Uda-antennen designes. Antennens retningsmønster er meget effektivt, som vist på figuren. De små lober undertrykkes, og hovedslagets retningsvirkning øges ved at tilføje instruktører til antennen.
