Antena je naprava, ki služi kot vmesnik med električnim vezjem in prostorom, zasnovana za oddajanje in sprejemanje elektromagnetnih valov v določenem frekvenčnem območju v skladu z lastno velikostjo in obliko. Narejen je iz kovine, predvsem bakra ali aluminija, oddajne antene lahko pretvorijo električni tok v elektromagnetno sevanje in obratno. Vsaka brezžična naprava vsebuje vsaj eno anteno.
Radijski valovi brezžičnega omrežja
Ko se pojavi potreba po brezžični komunikaciji, je potrebna antena. Ima možnost pošiljanja ali sprejemanja elektromagnetnih valov za komunikacijo, kjer ni mogoče namestiti žičnega sistema.
Antena je ključni element te brezžične tehnologije. Radijski valovi se zlahka ustvarijo in se pogosto uporabljajo tako v notranjih kot zunanjih komunikacijah zaradi njihove sposobnosti prehoda skozi zgradbe in potovanja na velike razdalje.
Ključne značilnosti oddajnih anten:
- Ker je radijski prenos vsesmeren, je potrebno fizično ujemanjeoddajnik in sprejemnik sta potrebna.
- Frekvenca radijskih valov določa številne značilnosti prenosa.
- Pri nizkih frekvencah lahko valovi zlahka prehajajo skozi ovire. Vendar njihova moč pade z inverznim kvadratom razdalje.
- Valove z višjo frekvenco je bolj verjetno, da se absorbirajo in se odbijajo od ovir. Zaradi dolgega razpona prenosa radijskih valov so motnje med prenosi težava.
- Na pasovih VLF, LF in MF širjenje valov, imenovano tudi zemeljski valovi, sledi ukrivljenosti Zemlje.
- Maksimalni razponi prenosa teh valov so v velikosti nekaj sto kilometrov.
- Oddajne antene se uporabljajo za prenose z nizko pasovno širino, kot so oddaje z amplitudno modulacijo (AM).
- HF in VHF pasovne prenose absorbira atmosfera blizu zemeljske površine. Vendar pa se del sevanja, imenovano nebo, širi navzven in navzgor proti ionosferi v zgornji atmosferi. Ionosfera vsebuje ionizirane delce, ki jih tvori sončno sevanje. Ti ionizirani delci odbijajo nebesne valove nazaj na Zemljo.
Razširitev valov
- Razširitev vidne linije. Med vsemi načini distribucije je ta najpogostejši. Val prepotuje najmanjšo razdaljo, ki jo lahko vidimo s prostim očesom. Nato morate uporabiti oddajnik ojačevalnika, da povečate signal in ga ponovno oddate. Takšno širjenje ne bo gladko, če bo na poti prenosa kakšna ovira. Ta prenos se uporablja za infrardeče ali mikrovalovne prenose.
- Širjenje zemeljskega valovanja iz oddajne antene. Širjenje vala na tla poteka vzdolž obrisa Zemlje. Takšen val se imenuje direktni val. Val se včasih zaradi zemeljskega magnetnega polja upogne in zadene sprejemnik. Takšen val lahko imenujemo odbit val.
- Val, ki se širi skozi zemeljsko atmosfero, je znan kot zemeljski val. Neposredni in odbit val skupaj dajeta signal na sprejemni postaji. Ko val doseže sprejemnik, se zamuda ustavi. Poleg tega se signal filtrira, da se prepreči popačenje in ojačanje za čist izhod. Valovi se prenašajo z enega mesta in kjer jih sprejemajo številne oddajno-sprejemne antene.
Koordinatni sistem za merjenje antene
Pri gledanju ravnih modelov se bo uporabnik soočil z indikatorji azimuta ravnine in višine ravnine vzorca. Izraz azimut se običajno pojavlja v zvezi z "horizontom" ali "horizontalnim", medtem ko se izraz "višina" običajno nanaša na "navpičnico". Na sliki je ravnina xy azimutna ravnina.
Vzorec azimutne ravnine se meri, ko se meritev izvede s premikanjem celotne ravnine xy okoli testirane antene oddajnika. Višinska ravnina je ravnina, pravokotna na ravnino xy, kot je ravnina yz. Višinski načrt potuje po celotni ravnini yz okoli testirane antene.
Vzorci (azimuti in nadmorske višine) so pogosto prikazani kot grafikoni v polarnikoordinate. To daje uporabniku možnost, da si zlahka vizualizira, kako antena seva v vse smeri, kot da bi bila že »koničasta« ali nameščena. Včasih je koristno risati vzorce sevanja v kartezičnih koordinatah, še posebej, če je v vzorcih več stranskih rež in kjer so ravni stranskih rež pomembni.
Osnovne komunikacijske značilnosti
Antene so bistveni sestavni deli katerega koli električnega tokokroga, saj zagotavljajo medsebojno povezavo med oddajnikom in prostim prostorom ali med prostim prostorom in sprejemnikom. Preden govorimo o vrstah anten, morate poznati njihove lastnosti.
Antenna Array – sistematična namestitev anten, ki delujejo skupaj. Posamezne antene v nizu so običajno iste vrste in se nahajajo v neposredni bližini, na določeni razdalji ena od druge. Niz vam omogoča povečanje usmerjenosti, nadzor glavnih žarkov sevanja in stranskih žarkov.
Vse antene so pasivne. Pasivni dobiček se meri v dBi, kar je povezano s teoretično izotropno anteno. Menijo, da prenaša energijo enako v vse smeri, v naravi pa ne obstaja. Dobitek idealne polvalovne dipolne antene je 2,15 dBi.
EIRP ali enakovredna izotropna sevana moč oddajne antene je merilo največje moči, ki bi jo teoretična izotropna antena sevala v smerinajvečji dobiček. EIRP upošteva izgube iz električnih vodov in konektorjev ter vključuje dejanski dobiček. EIRP omogoča izračun realne moči in jakosti polja, če sta znani dejanski dobiček in izhodna moč oddajnika.
Ojačenje antene v smereh
Določeno je kot razmerje med pridobitvijo moči v dani smeri in močjo referenčne antene v isti smeri. Standardna praksa je, da se kot referenčna antena uporablja izotropni radiator. V tem primeru bo izotropni oddajnik brez izgub in bo enakomerno oddajal svojo energijo v vse smeri. To pomeni, da je dobiček izotropnega radiatorja G=1 (ali 0 dB). Običajno se uporablja enota dBi (decibeli glede na izotropni radiator) za pridobitev glede na izotropni radiator.
Dobitek, izražen v dBi, se izračuna z naslednjo formulo: GdBi=10Log (GNumeric / GISotropic)=10Log (GNumeric).
Včasih se kot referenca uporablja teoretični dipol, zato bo enota dBd (decibeli glede na dipol) uporabljena za opis ojačenja glede na dipol. Ta blok se običajno uporablja, ko gre za ojačanje vsesmernih anten z višjim dobičkom. V tem primeru je njihov dobiček višji za 2,2 dBi. Torej, če ima antena ojačenje 3 dBu, bo skupni dobiček 5,2 dBi.
3 dB širina žarka
Ta širina žarka (ali polovična širina snopa moči) antene je običajno določena za vsako od glavnih ravnin. Širina žarka 3 dB v vsaki ravnini je opredeljena kot kot med glavnimi točkami rež, ki so zmanjšane od največjega ojačenja za 3 dB. Širina žarka 3 dB - kot med dvema modrima črtama v polarnem območju. V tem primeru je širina žarka 3 dB v tej ravnini približno 37 stopinj. Antene s široko širino snopa imajo običajno nizko ojačenje, medtem ko imajo antene z ozko širino žarka večji dobiček.
Tako bo imela antena, ki večino svoje energije usmeri v ozek žarek, v vsaj eni ravnini, večji dobiček. Razmerje med sprednjim in zadnjim delom (F/B) se uporablja kot merilo zaslug, ki poskuša opisati raven sevanja iz zadnje strani usmerjene antene. V bistvu je razmerje med sprednjim in zadnjim delom razmerje med največjo močjo v smeri naprej in ojačanjem 180 stopinj za vrhom. Seveda je na lestvici DB razmerje med sprednjim in zadnjim delom preprosto razlika med sprednjim vrhom in povečanjem za 180 stopinj za vrhom.
Razvrstitev antene
Obstaja veliko vrst anten za različne aplikacije, kot so komunikacije, radar, merjenje, simulacija elektromagnetnih impulzov (EMP), elektromagnetna združljivost (EMC) itd. Nekatere izmed njih so zasnovane za delovanje v ozkih frekvenčnih pasovih, medtem ko drugizasnovan za oddajanje/sprejem prehodnih impulzov. Specifikacije oddajne antene:
- Fizična struktura antene.
- Frekvenčni pasovi.
- Aplikacijski način.
Naslednje so vrste anten glede na fizično strukturo:
- žica;
- zaslonka;
- odsevni;
- antena leča;
- mikrotračne antene;
- masivne antene.
Naslednje so vrste oddajnih anten glede na frekvenco delovanja:
- zelo nizka frekvenca (VLF).
- Nizka frekvenca (LF).
- Srednja frekvenca (MF).
- Visoka frekvenca (HF).
- zelo visoke frekvence (VHF).
- Ultra visokofrekvenčna (UHF).
- Super visoke frekvence (SHF).
- Mikrovalovni val.
- Radijski val.
Naslednje so oddajne in sprejemne antene glede na način uporabe:
- Povezava od točke do točke.
- Aplikacije za oddajanje.
- Radarske komunikacije.
- Satelitske komunikacije.
oblikovne značilnosti
Oddajne antene ustvarjajo radiofrekvenčno sevanje, ki se širi skozi vesolje. Sprejemne antene izvajajo obraten proces: sprejemajo radiofrekvenčno sevanje in ga pretvorijo v želene signale, kot so zvok, slika v televizijskih oddajnih antenah in mobilni telefon.
Najenostavnejša vrsta antene je sestavljena iz dveh kovinskih palic in je znana kot dipol. Ena najpogostejših vrst jemonopolna antena, sestavljena iz palice, nameščene navpično na veliko kovinsko ploščo, ki služi kot ozemljitvena plošča. Montaža na vozila je običajno monopolna, kovinska streha vozila pa služi kot podlaga. Zasnova oddajne antene, njena oblika in velikost določajo delovno frekvenco in druge značilnosti sevanja.
Ena od pomembnih lastnosti antene je njena usmerjenost. Pri komunikaciji med dvema fiksnima ciljema, kot pri komunikaciji med dvema fiksnima oddajnima postajama, ali pri radarskih aplikacijah, je potrebna antena za neposreden prenos prenosne energije na sprejemnik. Nasprotno, kadar oddajnik ali sprejemnik nista stacionarna, kot pri celičnih komunikacijah, je potreben nesmerni sistem. V takih primerih je potrebna vsesmerna antena, ki enakomerno sprejema vse frekvence v vseh smereh vodoravne ravnine, v navpični ravnini pa je sevanje neenakomerno in zelo majhno, kot HF oddajna antena.
Oddajni in sprejemni viri
Oddajnik je glavni vir RF sevanja. Ta tip je sestavljen iz prevodnika, katerega intenzivnost sčasoma niha in ga pretvori v radiofrekvenčno sevanje, ki se širi skozi vesolje. Sprejemna antena - naprava za sprejem radijskih frekvenc (RF). Izvaja povratni prenos, ki ga izvaja oddajnik, sprejema RF sevanje, ga pretvarja v električne tokove v antenskem vezju.
Televizijske in radijske postaje uporabljajo oddajne antene za prenos določenih vrst signalov, ki potujejo po zraku. Te signale zaznajo sprejemne antene, ki jih pretvorijo v signale in jih sprejme ustrezna naprava, kot so TV, radio, mobilni telefon.
Radijske in televizijske sprejemne antene so zasnovane tako, da sprejemajo samo radiofrekvenčno sevanje in ne proizvajajo radiofrekvenčnega sevanja. Naprave za celično komunikacijo, kot so bazne postaje, repetitorji in mobilni telefoni, imajo namenske oddajne in sprejemne antene, ki oddajajo radiofrekvenčno energijo in služijo celičnim omrežjem v skladu s tehnologijami komunikacijskih omrežij.
Razlika med analogno in digitalno anteno:
- Analogna antena ima spremenljivo ojačanje in deluje v območju 50 km za DVB-T. Dlje kot je uporabnik od vira signala, slabši je signal.
- Za sprejem digitalne televizije - uporabnik prejme dobro sliko ali pa sliko sploh. Če je daleč od vira signala, ne prejme nobene slike.
- Oddajna digitalna antena ima vgrajene filtre za zmanjšanje šuma in izboljšanje kakovosti slike.
- Analogni signal se pošlje neposredno v TV, digitalni signal pa je treba najprej dekodirati. Omogoča vam popravljanje napak in podatkov, kot je stiskanje signala za več funkcij, kot so dodatni kanali, EPG, plačljiva TV,interaktivne igre itd.
Dipolni oddajniki
Dipolne antene so najpogostejši vsesmerni tip in razpršijo radiofrekvenčno (RF) energijo za 360 stopinj vodoravno. Te naprave so zasnovane tako, da so resonančne pri polovici ali četrtini valovne dolžine uporabljene frekvence. Lahko je tako preprosta kot dve dolžini žice, lahko pa je inkapsulirana.
Dipole se uporablja v številnih korporativnih omrežjih, majhnih pisarnah in domači uporabi (SOHO). Ima tipično impedanco, ki se ujema z oddajnikom za največji prenos moči. Če se antena in oddajnik ne ujemata, se na prenosnem vodu pojavijo odboji, ki bodo poslabšali signal ali celo poškodovali oddajnik.
usmerjen fokus
Smerne antene usmerjajo sevano moč v ozke žarke, kar zagotavlja znatno povečanje v tem procesu. Tudi njegove lastnosti so vzajemne. Značilnosti oddajne antene, kot sta impedanca in ojačitev, veljajo tudi za sprejemno anteno. Zato se lahko ista antena uporablja za pošiljanje in sprejemanje signala. Ojačanje zelo usmerjene parabolične antene služi za ojačanje šibkega signala. To je eden od razlogov, zakaj se pogosto uporabljajo za komunikacijo na dolge razdalje.
Najpogosteje uporabljena usmerjena antena je niz Yagi-Uda, imenovan Yagi. Leta 1926 sta ga izumila Shintaro Uda in njegov kolega Hidetsugu Yagi. Yagi antena uporablja več elementov zatvorijo usmerjeno matriko. En gnani element, običajno dipol, širi radiofrekvenčno energijo, elementi neposredno pred in za gnanim elementom ponovno sevajo RF energijo v fazi in iz nje, pri čemer ojačajo oziroma upočasnijo signal.
Ti elementi se imenujejo parazitski elementi. Element za podrejenim se imenuje reflektor, elementi pred podrejenim pa direktorji. Yagi antene imajo širine žarka od 30 do 80 stopinj in lahko zagotovijo več kot 10 dBi pasivnega ojačenja.
Parabolična antena je najbolj poznana vrsta usmerjene antene. Parabola je simetrična krivulja, parabolični reflektor pa je površina, ki opisuje krivuljo med 360-stopinjskim vrtenjem – krožnik. Parabolične antene se uporabljajo za povezave na dolge razdalje med zgradbami ali velikimi geografskimi območji.
polsmerni sekcijski radiatorji
Patch antena je polsmerni radiator z ravnim kovinskim trakom, nameščenim nad tlemi. Sevanje iz zadnjega dela antene učinkovito striže ozemljitvena plošča, kar poveča usmerjenost naprej. Ta vrsta antene je znana tudi kot mikrotrakasta antena. Običajno je pravokotna in zaprta v plastičnem ohišju. To vrsto antene je mogoče izdelati s standardnimi metodami PCB.
Patch antena ima lahko širino žarka od 30 do 180 stopinj intipično ojačenje je 9 dB. Sekcijske antene so še ena vrsta polsmernih anten. Sektorske antene zagotavljajo sektorski vzorec sevanja in so običajno nameščene v nizu. Širina žarka za sektorsko anteno se lahko giblje od 60 do 180 stopinj, pri čemer je tipično 120 stopinj. V razdeljenem nizu so antene nameščene blizu ena drugi, kar zagotavlja popolno 360-stopinjsko pokritost.
Izdelava antene Yagi-Uda
V zadnjih desetletjih je bila antena Yagi-Uda vidna skoraj v vsakem domu.
Vidi se, da obstaja veliko direktorjev za povečanje usmerjenosti antene. Napajalnik je zložen dipol. Reflektor je dolg element, ki se nahaja na koncu strukture. Za to anteno je treba uporabiti naslednje specifikacije.
| Element | Specifikacija |
| Nadzorovana dolžina elementa | 0,458λ do 0,5λ |
| dolžina odsevnika | 0, 55λ - 0,58λ |
| Trajanje režiserja 1 | 0,45λ |
| dolžina direktorja 2 | 0,40λ |
| Trajanje režiserja 3 | 0,35λ |
| Interval med direktorji | 0,2λ |
| Reflektor za razdaljo med dipoli | 0,35λ |
| Razdalja med dipoli in režiserjem | 0,125λ |
Spodaj so prednosti anten Yagi-Uda:
- visok dobiček.
- visok fokus.
- Enostavno rokovanje in vzdrževanje.
- Manj energije je izgubljenega.
- Širša frekvenčna pokritost.
Naslednje so slabosti anten Yagi-Uda:
- Nagnjeni k hrupu.
- Nagnjeni k atmosferskim učinkom.
Če se upoštevajo zgornje specifikacije, je mogoče oblikovati anteno Yagi-Uda. Usmerjeni vzorec antene je zelo učinkovit, kot je prikazano na sliki. Majhni režnji so potlačeni in usmerjenost glavnega utripa se poveča z dodajanjem režiserjev na anteno.
