W tej nowoczesnej erze komunikacja bezprzewodowa wielu inżynierów wykazuje zainteresowanie specjalizacją w dziedzinie komunikacji, ale wymaga to podstawowej znajomości podstawowych pojęć komunikacyjnych, takich jak typy anten, promieniowanie elektromagnetyczne i różne zjawiska związane z propagacją itp. W przypadku systemów komunikacji bezprzewodowej anteny odgrywają znaczącą rolę. rolę, ponieważ skutecznie przekształcają sygnały elektroniczne w fale elektromagnetyczne.

Rodzaje anten

Anteny są podstawowymi elementami każdego obwód elektryczny ponieważ zapewniają wzajemne połączenia między nadajnikiem a wolną przestrzenią lub między wolną przestrzenią a odbiornikiem. Zanim omówimy typy anten, należy zrozumieć kilka właściwości. Oprócz tych właściwości szczegółowo omawiamy również różne typy anten stosowanych w systemie komunikacyjnym.

Właściwości anten

Zysk anteny
Otwór
Kierunkowość i przepustowość
Polaryzacja
Efektywna długość
Diagram biegunowy

Zysk anteny: Parametr mierzący stopień kierunkowości wzoru radialnego anteny nazywany jest wzmocnieniem. Antena o wyższym zysku jest bardziej efektywna pod względem charakterystyki promieniowania. Anteny są zaprojektowane w taki sposób, że moc rośnie w pożądanym kierunku, a maleje w niepożądanym.

G = (moc wypromieniowana przez antenę) / (moc wypromieniowana przez antenę referencyjną)

Otwór: Ta apertura jest również nazywana efektywną aperturą anteny, która aktywnie uczestniczy w transmisji i odbiorze fal elektromagnetycznych. Moc odbierana przez antenę jest przypisywana do obszaru zbiorczego. Ten zebrany obszar anteny jest nazywany efektywną aperturą.

Pr = Pd * A watów
A = pr / pd m2

Kierunkowość i przepustowość: Dyrektywa anteny jest definiowana jako miara skoncentrowanego promieniowania mocy w określonym kierunku. Można to rozpatrywać jako zdolność anteny do kierowania mocy promieniowania w określonym kierunku. Można to również odnotować jako stosunek natężenia promieniowania w danym kierunku do średniego natężenia promieniowania. Szerokość pasma to jeden z parametrów, które należy wybrać przy wyborze anteny. Można go zdefiniować jako zakres częstotliwości, w których antena może prawidłowo wypromieniowywać energię i odbierać energię.

Polaryzacja: Fala elektromagnetyczna wyrzucona z anteny może być spolaryzowana w pionie i poziomie. Jeśli fala ulega polaryzacji w kierunku pionowym, to wektor E jest pionowy i wymaga pionowej anteny. Jeśli wektor E jest w poziomie, do jego wystrzelenia potrzebna jest pozioma antena. Czasami stosuje się polaryzację kołową, jest to połączenie zarówno poziomych, jak i pionowych sposobów.

Efektywna długość: Efektywna długość jest parametrem anten charakteryzującym efektywność anten w nadawaniu i odbieraniu fal elektromagnetycznych. Efektywną długość można zdefiniować zarówno dla anten nadawczych, jak i odbiorczych. Stosunek pola elektromagnetycznego na wejściu odbiornika do natężenia pola elektrycznego występującego na antenie nazywany jest efektywną długością odbiornika. Efektywną długość nadajnika można określić jako długość wolnej przestrzeni w przewodniku, a rozkład prądu na jego długości generuje takie samo natężenie pola w dowolnym kierunku promieniowania.

Długość efektywna = (obszar pod nierównomiernym rozkładem prądu) / (obszar pod równomiernym rozkładem prądu)

Diagram biegunowy: Najważniejszą właściwością anteny jest jej charakterystyka promieniowania lub wykres biegunowy. W przypadku anteny nadawczej jest to wykres omawiający siłę pola mocy wypromieniowywanego przez antenę w różnych kierunkach kątowych, jak pokazano na poniższym wykresie. Wykres można również uzyskać zarówno dla płaszczyzny pionowej, jak i poziomej - i jest również nazywany odpowiednio wzorami pionowymi i poziomymi.

Do tej pory omówiliśmy właściwości anten, a teraz omówimy różne typy anten, które są używane do różnych zastosowań.

Rodzaje anten

Loguj okresowe anteny

Anteny muszkowe
Log-okresowa tablica dipolowa

Anteny przewodowe

Krótka antena dipolowa
Antena dipolowa
Antena monopolowa
Antena pętlowa

Wędrujące anteny falowe

Anteny helikalne
Anteny Yagi-Uda

Anteny mikrofalowe

Anteny prostokątne z mikropaskami
Planarne anteny odwrócone typu F

Anteny reflektorowe

Odbłyśnik narożny
Odbłyśnik paraboliczny

1. Anteny logarytmiczne okresowe

Okresowa antena dziennika

Okresowa antena logarytmiczna jest również nazywana okresową tablicą logarytmiczną. Jest to wieloelementowa, kierunkowa antena wąskostrumieniowa pracująca w szerokim zakresie częstotliwości. Antena ta składa się z szeregu dipoli umieszczonych wzdłuż osi anteny w różnych odstępach czasu, po których następuje logarytmiczna funkcja częstotliwości. Okresowa antena logarytmiczna jest używana w szerokim zakresie zastosowań, w których wymagana jest zmienna szerokość pasma oraz zysk anteny i kierunkowość.

Anteny muszkowe

Antena muszka

Antena muszkowa jest również znana jako antena bikonowa lub antena motylkowa. Antena bikonowa to dookólna antena szerokopasmowa. W zależności od rozmiaru tej anteny ma ona charakterystykę niskich częstotliwości i działa jako filtr górnoprzepustowy. Gdy częstotliwość osiąga wyższe wartości graniczne, odbiegając od częstotliwości projektowej, wzór promieniowania anteny ulega zniekształceniu i rozprzestrzenia się.

Większość anten muszkowych to pochodne anten dwustożkowych. Dysk jest rodzajem anteny pół-dwustożkowej. Antena dziobowa jest płaska, a zatem jest anteną kierunkową.

Log-okresowa tablica dipolowa

Logarytmiczna okresowa antena dipolowa

Najpopularniejszy typ anteny używany w programie technologia komunikacji bezprzewodowej jest logarytmicznym okresowym układem dipolowym zawierającym zasadniczo szereg elementów dipolowych. Te anteny z układem dipolowym zmniejszają się od tyłu do przodu. Wiązka wiodąca tej anteny RF pochodzi z mniejszego przedniego końca.

Element na tylnym końcu macierzy ma duży rozmiar, a połowa długości fali działa w zakresie niskich częstotliwości. Odstępy między elementami zmniejszają się w kierunku przedniego końca tablicy, w której umieszczane są najmniejsze tablice. Podczas tej operacji, gdy zmienia się częstotliwość, następuje płynne przejście wzdłuż układu elementów, co prowadzi do utworzenia obszaru aktywnego.

2. Anteny przewodowe

Antena przewodowa

Anteny przewodowe są również znane jako anteny liniowe lub zakrzywione. Anteny te są bardzo proste, tanie i mają szeroki zakres zastosowań. Anteny te są dalej podzielone na cztery, jak wyjaśniono poniżej.

Antena dipolowa

Antena dipolowa jest jednym z najprostszych sposobów ustawienia anteny. Ta antena dipolowa składa się z dwóch cienkich metalowych prętów z sinusoidalną różnicą napięcia między nimi. Długość prętów dobiera się w taki sposób, aby przy częstotliwościach roboczych miały jedną czwartą długości fali. Anteny te są używane przy projektowaniu własnych anten lub innych anten. Są bardzo proste w budowie i obsłudze.

Antena dipolowa

Antena dipolowa składa się z dwóch metalowych prętów, przez które przepływa prąd i częstotliwość. Ten przepływ prądu i napięcia tworzy falę elektromagnetyczną, a sygnały radiowe są wypromieniowywane. Antena składa się z elementu promieniującego, który rozdziela pręty i sprawia, że prąd przepływa przez środek za pomocą zasilacza na wyjściu nadajnika, który pobiera z odbiornika. Anteny RF obejmują półfalę, wielokrotne, składane, nierezonansowe i tak dalej.

Antena z krótkim dipolem:

“jaka jest długość fali? ”

Krótka antena dipolowa

Jest to najprostsza ze wszystkich anten. Ta antena jest przewodem z otwartym obwodem, w którym zwarcie oznacza „w stosunku do długości fali”, więc antena ta daje pierwszeństwo rozmiarowi przewodu w stosunku do długości fali częstotliwości pracy. Nie bierze pod uwagę absolutnej wielkości anteny dipolowej. Krótka antena dipolowa składa się z dwóch współliniowych przewodników umieszczonych końcami do siebie, z niewielką przerwą między przewodami przez podajnik. Dipol uważa się za krótki, jeśli długość elementu promieniującego jest mniejsza niż jedna dziesiąta długości fali.

L<λ/10

Krótka antena dipolowa składa się z dwóch współliniowych przewodników umieszczonych końcami do siebie, z niewielką przerwą między przewodami przez zasilacz.

Krótka antena dipolowa rzadko jest zadowalająca z punktu widzenia wydajności, ponieważ większość mocy wchodzącej do tej anteny jest rozpraszana, gdy ciepło i straty rezystancyjne również stają się stopniowo wysokie.

Antena monopolowa

Antena jednobiegunowa to połowa prostej anteny dipolowej umieszczonej nad uziemioną płaszczyzną, jak pokazano na poniższym rysunku.

Charakterystyka promieniowania nad płaszczyzną uziemienia będzie taka sama, jak w przypadku półfalowej anteny dipolowej, jednak całkowita wypromieniowana moc jest o połowę mniejsza niż dipola, na które pole jest wypromieniowywane tylko w górnej półkuli. Kierunkowość tych anten podwaja się w porównaniu z antenami dipolowymi.

Anteny jednobiegunowe są również używane jako anteny montowane w pojazdach, ponieważ zapewniają wymaganą płaszczyznę uziemienia dla anten zamontowanych nad ziemią.

Antena pętlowa

Antena pętlowa

Anteny pętlowe mają podobne właściwości jak anteny dipolowe i monopolowe, ponieważ są proste i łatwe w budowie. Anteny pętlowe są dostępne w różnych kształtach, takich jak okrągłe, eliptyczne, prostokątne itp. Podstawowe właściwości anteny pętlowej są niezależne od jej kształtu. Są szeroko stosowane w łączach komunikacyjnych o częstotliwości około 3 GHz. Anteny te mogą być również używane jako sondy pola elektromagnetycznego w pasmach mikrofalowych.

Obwód anteny pętlowej określa sprawność anteny podobnie jak anteny dipolowej i monopolowej. Anteny te dzielą się dalej na dwa typy: małe elektrycznie i duże elektrycznie na podstawie obwodu pętli.

Mała antena pętlowa elektrycznie ———> Obwód ≤λ⁄10

Elektrycznie duża antena pętlowa ———> Obwód ≈λ

Elektrycznie małe pętle pojedynczego obrotu mają niewielką odporność na promieniowanie w porównaniu z ich odpornością na straty. Odporność na promieniowanie małych anten pętlowych można poprawić, dodając więcej zwojów. Pętle wieloobrotowe mają lepszą odporność na promieniowanie, nawet jeśli mają mniejszą wydajność.

Antena z małą pętlą

Z tego powodu małe anteny pętlowe są najczęściej używane jako anteny odbiorcze, gdzie straty nie są obowiązkowe. Małe pętle nie są używane jako anteny nadawcze ze względu na ich niską wydajność.

Rezonansowe anteny pętlowe są stosunkowo duże i są kierowane przez działanie długości fali. Znane są również jako anteny z dużymi pętlami, ponieważ są używane na wyższych częstotliwościach, takich jak VHF i UHF, gdzie ich rozmiar jest wygodny. Można je postrzegać jako anteny dipolowe składane i zdeformowane w różne kształty, takie jak sferyczny, kwadratowy itp., I mają podobne cechy, takie jak wysoka wydajność promieniowania.

3. Anteny fal wędrujących

Anteny helikalne

Anteny helikalne są również znane jako anteny spiralne. Mają stosunkowo proste konstrukcje z jednym, dwoma lub więcej drutami, z których każdy jest nawinięty w celu utworzenia spirali, zwykle wspartej płaszczyzną uziemienia lub ukształtowanym odbłyśnikiem i napędzanej odpowiednim zasilaniem. Najpopularniejszym projektem jest pojedynczy przewód z uziemieniem i zasilany linią koncentryczną.

Ogólnie, właściwości promieniowania anteny śrubowej są powiązane z tą specyfikacją: rozmiar elektryczny konstrukcji, przy czym impedancja wejściowa jest bardziej wrażliwa na skok i rozmiar drutu.

Helical Antena

Anteny helikalne mają dwa przeważające tryby promieniowania: tryb normalny i tryb osiowy. Tryb osiowy jest używany w szerokim zakresie zastosowań. W trybie normalnym wymiary helisy są małe w porównaniu z długością fali. Ta antena działa jako krótka antena dipolowa lub monopolowa. W trybie osiowym wymiary helisy są takie same w porównaniu z jej długością fali. Ta antena działa jako antena kierunkowa.

Antena Yagi-Uda

Antena Yagi-Uda

Kolejną anteną wykorzystującą elementy pasywne jest Antena Yagi-Uda . Ten typ anteny jest niedrogi i skuteczny. Może być zbudowany z jednego lub więcej elementów reflektorowych i jednego lub więcej elementów reżysera. Anteny Yagi mogą być wykonane przy użyciu anteny z jednym odbłyśnikiem, napędzanym składanym dipolowym elementem aktywnym i diodami, zamontowanymi dla polaryzacji poziomej w kierunku do przodu.

“obwód zdalnego sterowania do urządzeń domowych ”

4. Anteny mikrofalowe

Anteny pracujące na częstotliwościach mikrofalowych są znane jako anteny mikrofalowe . Anteny te są używane w szerokim zakresie zastosowań.

Anteny prostokątne z mikropaskami

Anteny prostokątne z mikropaskami

W przypadku zastosowań w statkach kosmicznych lub samolotach - w oparciu o specyfikacje, takie jak rozmiar, waga, koszt, wydajność, łatwość instalacji itp. - preferowane są anteny niskoprofilowe. Anteny te są znane jako anteny prostokątne z mikropaskiem lub anteny patch. Wymagają one tylko miejsca na linię zasilającą, która zwykle znajduje się za płaszczyzną uziemienia. Główną wadą stosowania tych anten jest ich nieefektywna i bardzo wąska szerokość pasma, która zwykle wynosi ułamek procenta lub co najwyżej kilka procent.

Planarne anteny odwrócone typu F

Planarną antenę odwróconą F można uznać za typ liniowej anteny odwróconej F (IFA), w której element promieniujący drut jest zastąpiony płytką w celu zwiększenia szerokości pasma. Zaletą tych anten jest to, że można je ukryć w obudowie telefonu komórkowego w porównaniu z różnymi typami anten, takimi jak anteny biczowe, prętowe, spiralne itp. Inną zaletą jest to, że mogą one zmniejszyć promieniowanie wsteczne w kierunku górnej części antena pochłaniając moc, co zwiększa wydajność. Zapewniają wysoki zysk zarówno w stanie poziomym, jak i pionowym. Ta funkcja jest najważniejsza w przypadku wszelkiego rodzaju anten używanych w komunikacji bezprzewodowej.

5. Anteny reflektorowe

Antena narożna z reflektorem

Antena narożna z reflektorem

Antena składająca się z jednego lub więcej elementów dipolowych umieszczonych przed reflektorem narożnym jest nazywana anteną z reflektorem narożnym. Kierunkowość dowolnej anteny można zwiększyć za pomocą reflektorów. W przypadku anteny przewodowej za anteną stosuje się arkusz przewodzący do kierowania promieniowania w kierunku do przodu.

Antena paraboliczno-reflektorowa

Powierzchnia promieniująca anteny parabolicznej ma bardzo duże wymiary w porównaniu z długością fali. Optyka geometryczna, która zależy od promieni i czoła fali, służy do poznania pewnych cech tych anten. Pewne ważne właściwości tych anten można zbadać za pomocą optyki promienistej, a innych anten za pomocą teorii pola elektromagnetycznego.

Antena paraboliczna

Jedną z użytecznych właściwości tej anteny jest konwersja rozbieżnego sferycznego czoła fali w równoległe czoło fali, które wytwarza wąską wiązkę anteny. Różne typy źródeł wykorzystujących ten reflektor paraboliczny obejmują źródła rogowe, kartezjańskie i dipolowe.

W tym artykule omówiono różne typy anten i ich zastosowania w komunikacji bezprzewodowej oraz wykorzystanie anten do przesyłania i odbierania danych. Aby uzyskać pomoc dotyczącą tego artykułu, skontaktuj się z nami, komentując w sekcji komentarzy poniżej.

Kredyty fotograficzne: