Antena yra įrenginys, kuris tarnauja kaip sąsaja tarp elektros grandinės ir erdvės, skirtas perduoti ir priimti elektromagnetines bangas tam tikrame dažnių diapazone pagal savo dydį ir formą. Jis pagamintas iš metalo, daugiausia vario arba aliuminio, siunčiančios antenos gali paversti elektros srovę elektromagnetine spinduliuote ir atvirkščiai. Kiekviename belaidžiame įrenginyje yra bent viena antena.
Belaidžio tinklo radijo bangos
Kai iškyla belaidžio ryšio poreikis, reikalinga antena. Jis turi galimybę siųsti arba priimti elektromagnetines bangas, kad galėtų susisiekti ten, kur negalima įdiegti laidinės sistemos.
Antena yra pagrindinis šios belaidžio ryšio technologijos elementas. Radijo bangos yra lengvai sukuriamos ir plačiai naudojamos tiek vidaus, tiek lauko komunikacijoms, nes jos gali prasiskverbti pro pastatus ir keliauti didelius atstumus.
Pagrindinės perdavimo antenų savybės:
- Kadangi radijo perdavimas yra įvairiakryptis, reikia fizinio suderinimoreikalingas siųstuvas ir imtuvas.
- Radijo bangų dažnis lemia daugelį perdavimo charakteristikų.
- Esant žemam dažniui, bangos gali lengvai prasiskverbti per kliūtis. Tačiau jų galia mažėja atvirkštiniu atstumo kvadratu.
- Didesnio dažnio bangos labiau sugeriamos ir atsispindi ant kliūčių. Dėl didelio radijo bangų perdavimo diapazono trikdžiai tarp perdavimo yra problema.
- Juostose VLF, LF ir MF bangos, dar vadinamos antžeminėmis bangomis, sklinda pagal Žemės kreivumą.
- Didžiausias šių bangų perdavimo diapazonas yra keli šimtai kilometrų.
- Siuntimo antenos naudojamos mažo dažnių juostos pločio perdavimui, pvz., amplitudės moduliacijos (AM) transliacijoms.
- HF ir VHF juostų transliacijas sugeria atmosfera netoli Žemės paviršiaus. Tačiau dalis spinduliuotės, vadinamos dangaus banga, sklinda į išorę ir aukštyn link jonosferos viršutiniuose atmosferos sluoksniuose. Jonosferoje yra jonizuotų dalelių, susidarančių veikiant Saulės spinduliuotei. Šios jonizuotos dalelės atspindi dangaus bangas atgal į Žemę.
Bangų sklidimas
- Žvilgsnio sklidimo linija. Tarp visų platinimo būdų tai yra labiausiai paplitęs. Banga nukeliauja mažiausią atstumą, kurį galima pamatyti plika akimi. Tada turite naudoti stiprintuvo siųstuvą, kad padidintumėte signalą ir vėl jį perduotumėte. Toks sklidimas nebus sklandus, jei jo perdavimo kelyje bus kokių nors kliūčių. Šis perdavimas naudojamas infraraudonųjų spindulių arba mikrobangų perdavimui.
- Žemės bangos sklidimas iš siunčiančios antenos. Bangos sklidimas į žemę vyksta išilgai Žemės kontūro. Tokia banga vadinama tiesiogine banga. Banga kartais sulinksta dėl Žemės magnetinio lauko ir atsitrenkia į imtuvą. Tokia banga gali būti vadinama atspindėta banga.
- Žemės atmosfera sklindanti banga vadinama žemės banga. Tiesioginė banga ir atspindėta banga kartu duoda signalą priėmimo stotyje. Kai banga pasiekia imtuvą, delsimas sustoja. Be to, signalas filtruojamas, kad būtų išvengta iškraipymų ir stiprinimo, kad išvestis būtų aiški. Bangos perduodamos iš vienos vietos ir ten, kur jas priima daug siųstuvų-imtuvų antenų.
Antenos matavimo koordinačių sistema
Žiūrėdamas į plokščius modelius, vartotojas susidurs su plokštumos azimuto ir modelio plokštumos aukščio rodikliais. Terminas azimutas paprastai reiškia „horizontą“arba „horizontalų“, o terminas „aukštis“paprastai reiškia „vertikalus“. Paveiksle xy plokštuma yra azimuto plokštuma.
Azimutinės plokštumos raštas matuojamas, kai matuojama perkeliant visą xy plokštumą aplink bandomą siųstuvo-imtuvo anteną. Aukščio plokštuma yra plokštuma, statmena xy plokštumai, pvz., yz plokštuma. Aukščio planas apkeliauja visą yz plokštumą aplink bandomą anteną.
Pavyzdžiai (azimutai ir pakilimai) dažnai rodomi kaip poliariniai grafikaikoordinates. Tai suteikia vartotojui galimybę lengvai įsivaizduoti, kaip antena spinduliuoja visomis kryptimis, tarsi ji jau būtų „nukreipta“arba sumontuota. Kartais naudinga nubrėžti spinduliuotės modelius Dekarto koordinatėmis, ypač kai modeliuose yra kelios šoninės skiltys ir kai svarbūs šoninių skilčių lygiai.
Pagrindinės komunikacijos savybės
Antenos yra esminės bet kurios elektros grandinės sudedamosios dalys, nes jos užtikrina ryšį tarp siųstuvo ir laisvos vietos arba tarp laisvos vietos ir imtuvo. Prieš kalbėdami apie antenų tipus, turite žinoti jų savybes.
Antenų masyvas – sistemingas kartu veikiančių antenų išdėstymas. Atskiros matricos antenos paprastai yra to paties tipo ir yra arti, fiksuotu atstumu viena nuo kitos. Masyvas leidžia padidinti kryptingumą, pagrindinių spinduliuotės ir šoninių spindulių valdymą.
Visos antenos yra pasyvaus stiprinimo. Pasyvus stiprinimas matuojamas dBi, kuris yra susijęs su teorine izotropine antena. Manoma, kad jis vienodai perduoda energiją visomis kryptimis, tačiau gamtoje neegzistuoja. Idealios pusės bangos dipolio antenos stiprinimas yra 2,15 dBi.
EIRP arba lygiavertė perdavimo antenos izotropinė spinduliuotės galia yra didžiausios galios, kurią teorinė izotropinė antena spinduliuotų kryptimi, matas.maksimalus pelnas. EIRP atsižvelgia į elektros linijų ir jungčių nuostolius ir įtraukia faktinį pelną. EIRP leidžia apskaičiuoti tikrąją galią ir lauko stiprumą, jei yra žinomas tikrasis siųstuvo stiprinimas ir išėjimo galia.
Antenos stiprinimas kryptimis
Jis apibrėžiamas kaip galios padidėjimo tam tikra kryptimi ir atskaitos antenos galios padidėjimo ta pačia kryptimi santykis. Įprasta naudoti izotropinį radiatorių kaip atskaitos anteną. Šiuo atveju izotropinis spinduolis bus be nuostolių, vienodai spinduliuos savo energiją visomis kryptimis. Tai reiškia, kad izotropinio radiatoriaus stiprinimas yra G=1 (arba 0 dB). Įprasta naudoti dBi (decibelų, palyginti su izotropiniu radiatoriumi) vienetą, siekiant padidinti, palyginti su izotropiniu radiatoriumi.
Padidėjimas, išreikštas dBi, apskaičiuojamas pagal šią formulę: GdBi=10Log (Gskaitinis / GISotropinis)=10Log (Gskaitinis).
Kartais kaip atskaitos taškas naudojamas teorinis dipolis, todėl vienetas dBd (decibelai dipolio atžvilgiu) bus naudojamas apibūdinti stiprinimą dipolio atžvilgiu. Šis blokas paprastai naudojamas stiprinant didesnio stiprumo įvairiakryptes antenas. Šiuo atveju jų stiprinimas yra 2,2 dBi didesnis. Taigi, jei antenos stiprinimas yra 3 dBu, bendras stiprinimas bus 5,2 dBi.
3 dB spindulio plotis
Šis antenos pluošto plotis (arba pusė galios pluošto pločio) paprastai nurodomas kiekvienai pagrindinei plokštumai. 3 dB pluošto plotis kiekvienoje plokštumoje apibrėžiamas kaip kampas tarp pagrindinių skilties taškų, kurie nuo didžiausio stiprinimo sumažinami 3 dB. Spindulio plotis 3 dB – kampas tarp dviejų mėlynų linijų poliarinėje srityje. Šiame pavyzdyje 3 dB spindulio plotis šioje plokštumoje yra apie 37 laipsniai. Plačiojo pluošto antenos paprastai turi mažą stiprinimą, o siauro pločio antenos – didesnį.
Taigi antena, kuri didžiąją dalį energijos nukreipia į siaurą spindulį, bent vienoje plokštumoje, turės didesnį stiprinimą. Priekinės ir galinės dalies santykis (F/B) naudojamas kaip nuopelnų matas, kuriuo bandoma apibūdinti kryptinės antenos galinės dalies spinduliavimo lygį. Iš esmės priekio ir galo santykis yra didžiausio stiprinimo į priekį ir 180 laipsnių už smailės santykis. Žinoma, DB skalėje priekinės ir galinės dalies santykis yra tiesiog skirtumas tarp priekinio didžiausio padidėjimo ir stiprinimo 180 laipsnių už piko.
Antenos klasifikacija
Yra daugybė antenų, skirtų įvairioms reikmėms, pavyzdžiui, ryšiams, radarams, matavimams, elektromagnetinio impulso modeliavimui (EMP), elektromagnetiniam suderinamumui (EMC) ir kt. Kai kurios iš jų skirtos veikti siaurose dažnių juostose, o kitiskirta skleisti/priimti trumpalaikius impulsus. Perdavimo antenos specifikacijos:
- Fizinė antenos struktūra.
- Dažnių juostos.
- Programos režimas.
Toliau pateikiami antenų tipai pagal fizinę struktūrą:
- laidas;
- diafragma;
- atspindintis;
- antenos objektyvas;
- mikrojuostos antenos;
- masyvios antenos.
Toliau pateikiami siuntimo antenų tipai, priklausomai nuo veikimo dažnio:
- Labai žemas dažnis (VLF).
- Žemo dažnio (LF).
- Vidutinis dažnis (MF).
- Aukštas dažnis (HF).
- Labai aukšto dažnio (VHF).
- Ypatingai aukštas dažnis (UHF).
- Ypatingai aukšto dažnio (SHF).
- Mikrobangų banga.
- Radijo banga.
Toliau pateikiamos siuntimo ir priėmimo antenos pagal taikymo režimus:
- Taškas-taškas ryšys.
- Transliavimo programos.
- Radaro ryšiai.
- Palydovinis ryšys.
Dizaino ypatybės
Siuntimo antenos sukuria radijo dažnių spinduliuotę, kuri sklinda erdvėje. Priėmimo antenos atlieka atvirkštinį procesą: priima radijo dažnių spinduliuotę ir paverčia ją norimais signalais, tokiais kaip garsas, vaizdas televizijos perdavimo antenose ir mobiliajame telefone.
Paprasčiausias antenos tipas susideda iš dviejų metalinių strypų ir yra žinomas kaip dipolis. Vienas iš labiausiai paplitusių tipų yramonopolinė antena, kurią sudaro strypas, pastatytas vertikaliai ant didelės metalinės plokštės, kuri tarnauja kaip įžeminimo plokštuma. Montavimas ant transporto priemonių paprastai yra monopolis, o metalinis transporto priemonės stogas tarnauja kaip įžeminimas. Perdavimo antenos konstrukcija, forma ir dydis lemia veikimo dažnį ir kitas spinduliavimo charakteristikas.
Vienas iš svarbių antenos savybių yra jos kryptingumas. Ryšiui tarp dviejų fiksuotų taikinių, kaip ir tarp dviejų stacionarių perdavimo stočių arba radaro programose, reikalinga antena, kuri tiesiogiai perduoda perdavimo energiją į imtuvą. Ir atvirkščiai, kai siųstuvas ar imtuvas nejuda, kaip korinio ryšio atveju, reikalinga nekryptinė sistema. Tokiais atvejais reikalinga visakryptė antena, kuri visus dažnius priima vienodai visomis horizontaliosios plokštumos kryptimis, o vertikalioje plokštumoje spinduliavimas yra netolygus ir labai mažas, kaip HF siuntimo antena.
Perduoti ir gauti š altiniai
Siųstuvas yra pagrindinis RF spinduliuotės š altinis. Šis tipas susideda iš laidininko, kurio intensyvumas laikui bėgant svyruoja ir paverčia jį radijo dažnio spinduliuote, sklindančia per erdvę. Priėmimo antena – radijo dažnių (RF) priėmimo įrenginys. Jis atlieka siųstuvo vykdomą atvirkštinį perdavimą, priima RF spinduliuotę, paverčia ją antenos grandinėje elektros srovėmis.
Televizijos ir radijo transliavimo stotys naudoja siuntimo antenas, kad perduotų tam tikrų tipų signalus, kurie sklinda oru. Šiuos signalus aptinka priėmimo antenos, kurios paverčia juos signalais ir priima atitinkamas įrenginys, pvz., televizorius, radijas, mobilusis telefonas.
Radijo ir televizijos priėmimo antenos yra skirtos priimti tik radijo dažnio spinduliuotę ir neskleidžia radijo dažnio spinduliuotės. Korinio ryšio įrenginiai, tokie kaip bazinės stotys, kartotuvai ir mobilieji telefonai, turi specialias siuntimo ir priėmimo antenas, kurios skleidžia radijo dažnio energiją ir aptarnauja korinio ryšio tinklus pagal ryšio tinklo technologijas.
Skirtumas tarp analoginės ir skaitmeninės antenos:
- Analoginė antena turi kintamą stiprinimą ir veikia 50 km atstumu DVB-T. Kuo toliau vartotojas yra nuo signalo š altinio, tuo blogesnis signalas.
- Norėdamas priimti skaitmeninę televiziją – vartotojas gauna arba gerą vaizdą, arba vaizdą išvis. Jei jis yra toli nuo signalo š altinio, jis negauna jokio vaizdo.
- Siuntimo skaitmeninėje antenoje yra įmontuoti filtrai, mažinantys triukšmą ir pagerinantys vaizdo kokybę.
- Analoginis signalas siunčiamas tiesiai į televizorių, o skaitmeninį signalą pirmiausia reikia iššifruoti. Tai leidžia ištaisyti klaidas ir duomenis, pvz., signalo suspaudimą, kad gautumėte daugiau funkcijų, tokių kaip papildomi kanalai, EPG, mokama televizija,interaktyvūs žaidimai ir kt.
Dipolio siųstuvai
Dipolinės antenos yra labiausiai paplitusios įvairiakryptės antenos, kurios skleidžia radijo dažnio (RF) energiją 360 laipsnių horizontaliai. Šie prietaisai suprojektuoti taip, kad rezonuotų pusę ar ketvirtadalį taikomo dažnio bangos ilgio. Jis gali būti toks paprastas kaip dviejų ilgių viela arba gali būti įdėtas į kapsulę.
Dipolis naudojamas daugelyje įmonių tinklų, mažuose biuruose ir namuose (SOHO). Jis turi tipinę varžą, suderinamą su siųstuvu, kad būtų galima perduoti didžiausią galią. Jei antena ir siųstuvas nesutampa, perdavimo linijoje atsispindės signalas, o tai pablogins signalą arba net sugadins siųstuvą.
Nukreiptas dėmesys
Kryžminės antenos nukreipia spinduliuojamą galią į siaurus pluoštus, todėl šiame procese užtikrinamas didelis pelnas. Jo savybės taip pat yra abipusės. Siuntimo antenos charakteristikos, tokios kaip varža ir stiprinimas, taip pat taikomos priėmimo antenai. Štai kodėl ta pati antena gali būti naudojama signalui siųsti ir priimti. Labai kryptingos parabolinės antenos stiprinimas padeda sustiprinti silpną signalą. Tai viena iš priežasčių, kodėl jie dažnai naudojami tolimojo susisiekimo ryšiui.
Dažniausiai naudojama kryptinė antena yra Yagi-Uda matrica, vadinama Yagi. Jį išrado Shintaro Uda ir jo kolega Hidetsugu Yagi 1926 m. Yagi antena naudoja kelis elementusformuojant nukreiptą masyvą. Vienas varomas elementas, dažniausiai dipolis, skleidžia radijo dažnių energiją, o elementai prieš pat varomą elementą ir už jo vėl spinduliuoja RF energiją į fazę ir iš jos, atitinkamai sustiprindami ir sulėtindami signalą.
Šie elementai vadinami parazitiniais elementais. Elementas, esantis už vergo, vadinamas reflektoriumi, o elementai prieš vergą vadinami direktoriais. Yagi antenų pluošto plotis svyruoja nuo 30 iki 80 laipsnių ir gali suteikti daugiau nei 10 dBi pasyvų stiprinimą.
Parabolinė antena yra labiausiai žinomas kryptinės antenos tipas. Parabolė yra simetriška kreivė, o parabolinis reflektorius yra paviršius, apibūdinantis kreivę 360 laipsnių sukimosi metu – lėkštė. Parabolinės antenos naudojamos tolimojo susisiekimo tarp pastatų ar didelių geografinių vietovių ryšiui.
Pusiau kryptiniai sekciniai radiatoriai
Pataisomoji antena yra pusiau kryptinis radiatorius, naudojant plokščią metalinę juostelę, sumontuotą virš žemės. Spinduliuotė iš galinės antenos dalies efektyviai sulaikoma įžeminimo plokštumos, padidindama kryptį į priekį. Šio tipo antena taip pat žinoma kaip mikrojuostelinė antena. Paprastai jis yra stačiakampis ir įdėtas į plastikinį dėklą. Šio tipo antenos gali būti pagamintos standartiniais PCB metodais.
Pataisomosios antenos spindulio plotis gali būti nuo 30 iki 180 laipsnių irtipinis stiprinimas yra 9 dB. Sekcijinės antenos yra dar vienas pusiau kryptinių antenų tipas. Sektorinės antenos suteikia sektorių spinduliuotės modelį ir paprastai įrengiamos matricoje. Sektorinės antenos pluošto plotis gali svyruoti nuo 60 iki 180 laipsnių, o tipiškas 120 laipsnių. Padalintame masyve antenos sumontuotos arti viena kitos, užtikrinant visą 360 laipsnių aprėptį.
Yagi-Uda antenos kūrimas
Per pastaruosius dešimtmečius Yagi-Uda antena buvo matoma beveik kiekvienuose namuose.
Matyti, kad antenos kryptingumui padidinti yra daug reguliatorių. Tiektuvas yra sulankstytas dipolis. Atšvaitas yra ilgas elementas, esantis konstrukcijos gale. Šiai antenai turi būti taikomos šios specifikacijos.
| Elementas | Specifikacija |
| Valdomo elemento ilgis | 0,458λ iki 0,5λ |
| Atšvaito ilgis | 0, 55λ – 0,58λ |
| Direktorės trukmė 1 | 0,45λ |
| Direktorės ilgis 2 | 0.40λ |
| Direktorės trukmė 3 | 0,35λ |
| Intervalas tarp režisierių | 0.2λ |
| Atstumo tarp dipolių atšvaitas | 0,35λ |
| Atstumas tarp dipolių ir krypties | 0,125λ |
Toliau pateikiami Yagi-Uda antenų pranašumai:
- Didelis padidėjimas.
- Didelis fokusavimas.
- Lengvas valdymas ir priežiūra.
- Mažiau energijos eikvojama.
- Platesnė dažnio aprėptis.
Toliau pateikiami Yagi-Uda antenų trūkumai:
- Polinkis į triukšmą.
- Polinkis į atmosferos poveikį.
Jei laikomasi aukščiau pateiktų specifikacijų, Yagi-Uda antena gali būti suprojektuota. Antenos krypties modelis yra labai efektyvus, kaip parodyta paveikslėlyje. Mažos skiltys yra slopinamos, o pagrindinio ritmo kryptingumas padidinamas pridedant antenos režisierius.
