Antenni on sähköpiirin ja tilan välisenä rajapintana toimiva laite, joka on suunniteltu lähettämään ja vastaanottamaan sähkömagneettisia a altoja tietyllä taajuusalueella oman kokonsa ja muotonsa mukaisesti. Se on valmistettu metallista, pääasiassa kuparista tai alumiinista, ja lähetysantennit voivat muuntaa sähkövirran sähkömagneettiseksi säteilyksi ja päinvastoin. Jokaisessa langattomassa laitteessa on vähintään yksi antenni.
Langattoman verkon radioaallot
Kun tarvitaan langatonta viestintää, tarvitaan antenni. Sillä on kyky lähettää tai vastaanottaa sähkömagneettisia a altoja kommunikoidakseen siellä, missä langallista järjestelmää ei voida asentaa.
Antenni on tämän langattoman tekniikan avainelementti. Radioaallot luodaan helposti ja niitä käytetään laajasti sekä sisä- että ulkotiloissa, koska ne voivat kulkea rakennusten läpi ja kulkea pitkiä matkoja.
Lähetysantennien tärkeimmät ominaisuudet:
- Koska radiolähetys on monisuuntaista, tarvitaan fyysistä sovitustatarvitaan lähetin ja vastaanotin.
- Radioa altojen taajuus määrää monia lähetysominaisuuksia.
- Matalilla taajuuksilla aallot kulkevat helposti esteiden läpi. Niiden teho kuitenkin laskee etäisyyden käänteisen neliön kanssa.
- Korkeamman taajuuden aallot imeytyvät todennäköisemmin ja heijastuvat esteisiin. Radioa altojen pitkän lähetysalueen vuoksi lähetysten välinen häiriö on ongelma.
- Kaistoilla VLF, LF ja MF aallon eteneminen, jota kutsutaan myös maa-a altoiksi, seuraa Maan kaarevuutta.
- Näiden a altojen enimmäisläpäisyalueet ovat useiden satojen kilometrien luokkaa.
- Lähetysantenneja käytetään pienen kaistanleveyden lähetyksiin, kuten amplitudimodulaatiolähetyksiin (AM).
- HF- ja VHF-kaistan lähetykset absorboituvat ilmakehään lähellä maan pintaa. Osa säteilystä, jota kutsutaan skywaveksi, etenee kuitenkin ulospäin ja ylöspäin kohti yläilmakehän ionosfääriä. Ionosfääri sisältää ionisoituneita hiukkasia, jotka muodostuvat Auringon säteilystä. Nämä ionisoidut hiukkaset heijastavat taivaan aallot takaisin maahan.
Aallon leviäminen
- Näkölinjan eteneminen. Kaikista jakelumenetelmistä tämä on yleisin. A alto kulkee pienimmän matkan, joka voidaan nähdä paljaalla silmällä. Seuraavaksi sinun on käytettävä vahvistimen lähetintä signaalin lisäämiseksi ja sen lähettämiseksi uudelleen. Tällainen eteneminen ei ole tasaista, jos sen siirtotiellä on este. Tätä lähetystä käytetään infrapuna- tai mikroa altouunilähetyksissä.
- Maaaallon eteneminen lähetysantennista. Aallon leviäminen maahan tapahtuu maan ääriviivaa pitkin. Tällaista a altoa kutsutaan suoraksi aalloksi. A alto joskus taipuu Maan magneettikentän vuoksi ja osuu vastaanottimeen. Tällaista a altoa voidaan kutsua heijastuneeksi aalloksi.
- Maan ilmakehän läpi etenevä a alto tunnetaan nimellä maa-a alto. Suora a alto ja heijastuva a alto yhdessä antavat signaalin vastaanottoasemalla. Kun a alto saavuttaa vastaanottimen, viive pysähtyy. Lisäksi signaali suodatetaan vääristymien ja vahvistusten välttämiseksi selkeän lähdön saavuttamiseksi. Aallot lähetetään yhdestä paikasta, ja monet lähetin-vastaanotinantennit vastaanottavat ne.
Antennin mittauskoordinaattijärjestelmä
Kun katsot litteitä malleja, käyttäjä kohtaa tason atsimuutin ja kuvion tason korkeuden indikaattorit. Termi atsimuutti esiintyy yleensä suhteessa "horisonttiin" tai "vaakasuuntaan", kun taas termi "korkeus" viittaa yleensä "pystysuoraan". Kuvassa xy-taso on atsimuuttitaso.
Asimutaalinen tasokuvio mitataan, kun mittaus suoritetaan siirtämällä koko xy-tasoa testattavan lähetin-vastaanottimen antennin ympäri. Korkeustaso on xy-tasoon nähden ortogonaalinen taso, kuten yz-taso. Korkeussuunnitelma kulkee koko yz-tason testattavan antennin ympäri.
Näytteet (atsimuutit ja korkeudet) näytetään usein käyrinä napakuvissakoordinaatit. Tämä antaa käyttäjälle mahdollisuuden helposti visualisoida, kuinka antenni säteilee kaikkiin suuntiin, ikään kuin se olisi jo "suunnattu" tai asennettu. Joskus on hyödyllistä piirtää säteilykuvioita suorakulmaisiksi koordinaateiksi, varsinkin kun kuvioissa on useita sivukeiloja ja kun sivukeilan tasot ovat tärkeitä.
Perusviestinnän ominaisuudet
Antennit ovat minkä tahansa sähköpiirin olennaisia osia, koska ne muodostavat yhteyden lähettimen ja vapaan tilan tai vapaan tilan ja vastaanottimen välillä. Ennen kuin puhut antennityypeistä, sinun on tiedettävä niiden ominaisuudet.
Antenniryhmä – Yhdessä toimivien antennien järjestelmällinen käyttöönotto. Ryhmän yksittäiset antennit ovat yleensä samantyyppisiä ja sijaitsevat lähellä toisiaan, kiinteällä etäisyydellä toisistaan. Ryhmän avulla voit lisätä suuntaavuutta, säteilyn pääsäteiden ja sivusäteiden ohjausta.
Kaikki antennit ovat passiivisia. Passiivinen vahvistus mitataan dBi:ssä, mikä liittyy teoreettiseen isotrooppiseen antenniin. Sen uskotaan välittävän energiaa tasaisesti kaikkiin suuntiin, mutta sitä ei ole luonnossa. Ihanteellisen puolia altodipoliantennin vahvistus on 2,15 dBi.
EIRP tai vastaava lähetysantennin isotrooppinen säteilyteho on enimmäistehon mitta, jonka teoreettinen isotrooppinen antenni säteilee suuntaanmaksimi voitto. EIRP ottaa huomioon voimalinjojen ja liittimien häviöt ja sisältää todellisen voiton. EIRP mahdollistaa todellisten teho- ja kenttävoimakkuuksien laskemisen, jos lähettimen todellinen vahvistus ja lähtöteho ovat tiedossa.
Antennin vahvistus suuntiin
Se määritellään tehovahvistuksen suhteeksi tietyssä suunnassa vertailuantennin tehovahvistukseen samassa suunnassa. Normaalikäytäntönä on käyttää isotrooppista säteilijää vertailuantennina. Tässä tapauksessa isotrooppinen säteilijä on häviötön, säteilee energiaansa tasaisesti kaikkiin suuntiin. Tämä tarkoittaa, että isotrooppisen säteilijän vahvistus on G=1 (tai 0 dB). On yleistä käyttää dBi-yksikköä (desibelit suhteessa isotrooppiseen säteilijään) vahvistuksen saamiseksi suhteessa isotrooppiseen säteilijään.
Vahvistus dBi:inä ilmaistuna lasketaan seuraavalla kaavalla: GdBi=10Log (Gnumeerinen / GISotrooppinen)=10Log (Gnumeerinen).
Joskus teoreettista dipolia käytetään referenssinä, joten yksikköä dBd (desibelit suhteessa dipoliin) käytetään kuvaamaan vahvistusta suhteessa dipoliin. Tätä lohkoa käytetään tyypillisesti, kun on kyse korkeamman vahvistuksen monisuuntaisten antennien vahvistamisesta. Tässä tapauksessa niiden vahvistus on 2,2 dBi suurempi. Joten jos antennin vahvistus on 3 dBu, kokonaisvahvistus on 5,2 dBi.
3 dB keilanleveys
Tämä antennin keilanleveys (tai puolitehoinen keilanleveys) määritetään yleensä jokaiselle päätasolle. 3 dB:n keilanleveys kussakin tasossa määritellään kulmaksi pääkeilapisteiden välillä, joita on vähennetty maksimivahvistuksesta 3 dB. Säteenleveys 3 dB - kahden sinisen viivan välinen kulma napa-alueella. Tässä esimerkissä 3 dB:n säteenleveys tässä tasossa on noin 37 astetta. Leveillä keilanleveyksillä antenneilla on yleensä pieni vahvistus, kun taas kapeilla antenneilla on suurempi vahvistus.
Siten antennilla, joka ohjaa suurimman osan energiastaan kapeaan säteeseen, ainakin yhdessä tasossa, on suurempi vahvistus. Front-back-suhdetta (F/B) käytetään ansioiden mittana, joka yrittää kuvata suunta-antennin takaa tulevan säteilyn tasoa. Pohjimmiltaan etu- ja taka-suhde on eteenpäin suunnatun huippuvahvistuksen suhde 180 astetta huipun takana olevaan vahvistukseen. Tietenkin DB-asteikolla etu- ja taka-suhde on yksinkertaisesti ero eteenpäin suunnatun huippuvahvistuksen ja 180 astetta piikin takana olevan vahvistuksen välillä.
Antennin luokitus
On olemassa monen tyyppisiä antenneja erilaisiin sovelluksiin, kuten tietoliikenne-, tutka-, mittaus-, sähkömagneettinen pulssimulaatio (EMP), sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) jne. Jotkut niistä on suunniteltu toimimaan kapeilla taajuuskaistoilla, kun taas muutsuunniteltu lähettämään/vastaanottamaan ohimeneviä pulsseja. Lähetysantennin tekniset tiedot:
- Antennin fyysinen rakenne.
- Taajuuskaistat.
- Sovellustila.
Seuraavat antennityypit fyysisen rakenteen mukaan:
- johto;
- aukko;
- heijastava;
- antennin linssi;
- mikroliuska-antennit;
- massiiviset antennit.
Seuraavat lähetysantennityypit toimintataajuudesta riippuen:
- Erittäin matala taajuus (VLF).
- Matala taajuus (LF).
- Keskitaajuus (MF).
- Korkea taajuus (HF).
- Erittäin korkea taajuus (VHF).
- Ultra High Frequency (UHF).
- Superkorkea taajuus (SHF).
- Mikroa altoa alto.
- Radioa alto.
Seuraavat lähettävät ja vastaanottavat antenneja sovellustilojen mukaan:
- Pisteyhteys.
- Lähetyssovellukset.
- Tutkaviestintä.
- Satelliittiviestintä.
Designominaisuudet
Lähetysantennit luovat radiotaajuista säteilyä, joka etenee avaruudessa. Vastaanottoantennit suorittavat käänteisen prosessin: ne vastaanottavat radiotaajuista säteilyä ja muuntavat sen halutuiksi signaaleiksi, kuten ääneksi, kuvaksi television lähetysantenneissa ja matkapuhelimessa.
Yksinkertaisin antennityyppi koostuu kahdesta metallitangosta ja tunnetaan dipolina. Yksi yleisimmistä tyypeistä onmonopoliantenni, joka koostuu tangosta, joka on asetettu pystysuoraan suureen metallilevyyn, joka toimii maatasona. Kiinnitys ajoneuvoihin on yleensä monopoli ja ajoneuvon metallikatto toimii maadoituksena. Lähetysantennin rakenne, muoto ja koko määräävät toimintataajuuden ja muut säteilyominaisuudet.
Yksi antennin tärkeimmistä ominaisuuksista on sen suuntaavuus. Kahden kiinteän kohteen välisessä tiedonsiirrossa, kuten kahden kiinteän lähetysaseman välillä tai tutkasovelluksissa, tarvitaan antenni lähettämään lähetysenergia suoraan vastaanottimeen. Käänteisesti, kun lähetin tai vastaanotin ei ole paikallaan, kuten solukkoviestinnässä, tarvitaan suuntaamaton järjestelmä. Tällaisissa tapauksissa tarvitaan monisuuntainen antenni, joka vastaanottaa kaikki taajuudet tasaisesti kaikkiin vaakatason suuntiin ja pystytasossa säteily on epätasaista ja hyvin pientä, kuten HF-lähetysantennissa.
Lähteiden lähettäminen ja vastaanottaminen
Lähetin on RF-säteilyn päälähde. Tämä tyyppi koostuu johtimesta, jonka intensiteetti vaihtelee ajan myötä ja muuntaa sen radiotaajuiseksi säteilyksi, joka etenee avaruudessa. Vastaanottoantenni - laite radiotaajuuksien (RF) vastaanottamiseen. Se suorittaa lähettimen suorittaman käänteisen lähetyksen, vastaanottaa RF-säteilyä, muuntaa sen sähkövirroiksi antennipiirissä.
Televisio- ja radioasemat käyttävät lähetysantenneja lähettääkseen tietyntyyppisiä signaaleja, jotka kulkevat ilmassa. Nämä signaalit havaitsevat vastaanottoantennit, jotka muuntavat ne signaaleiksi ja vastaanottavat ne sopivalla laitteella, kuten televisiolla, radiolla, matkapuhelimella.
Radion ja television vastaanottoantennit on suunniteltu vastaanottamaan vain radiotaajuista säteilyä, eivätkä ne tuota radiotaajuista säteilyä. Matkapuhelinlaitteissa, kuten tukiasemissa, toistimissa ja matkapuhelimissa, on omat lähetys- ja vastaanottoantennit, jotka lähettävät radiotaajuista energiaa ja palvelevat matkapuhelinverkkoja viestintäverkkotekniikoiden mukaisesti.
Ero analogisen ja digitaalisen antennin välillä:
- Analogisessa antennissa on vaihteleva vahvistus ja se toimii 50 km:n alueella DVB-T:ssä. Mitä kauempana käyttäjä on signaalilähteestä, sitä huonompi signaali.
- Digitaalitelevision vastaanottaminen - käyttäjä saa joko hyvän kuvan tai kuvan ollenkaan. Jos se on kaukana signaalilähteestä, se ei vastaanota kuvaa.
- Lähettävässä digitaalisessa antennissa on sisäänrakennetut suodattimet, jotka vähentävät kohinaa ja parantavat kuvanlaatua.
- Analoginen signaali lähetetään suoraan televisioon, kun taas digitaalinen signaali on dekoodattava ensin. Sen avulla voit korjata virheitä sekä dataa, kuten signaalin pakkausta, lisäominaisuuksien, kuten lisäkanavien, EPG:n, maksutelevision,interaktiiviset pelit jne.
Dipolilähettimet
Dipoliantennit ovat yleisin ympärisäteilevä tyyppi ja ne levittävät radiotaajuista (RF) energiaa 360 astetta vaakasuunnassa. Nämä laitteet on suunniteltu resonoimaan puolella tai neljänneksellä käytetystä taajuudesta. Se voi olla niinkin yksinkertainen kuin kaksi johtoa, tai se voidaan kapseloida.
Dipolea käytetään monissa yritysverkoissa, pienissä toimistoissa ja kotikäytössä (SOHO). Siinä on tyypillinen impedanssi sovittaakseen sen lähettimen kanssa maksimaalisen tehonsiirron saavuttamiseksi. Jos antenni ja lähetin eivät täsmää, siirtojohdossa tapahtuu heijastuksia, mikä heikentää signaalia tai jopa vaurioittaa lähetintä.
Suunnattu kohdistus
Suuntaantennit keskittävät säteilytehon kapeiksi säteiksi, mikä parantaa merkittävästi tätä prosessia. Sen ominaisuudet ovat myös molemminpuolisia. Lähetysantennin ominaisuudet, kuten impedanssi ja vahvistus, pätevät myös vastaanottoantenniin. Tästä syystä samaa antennia voidaan käyttää sekä signaalin lähettämiseen että vastaanottamiseen. Erittäin suunnatun parabolisen antennin vahvistus vahvistaa heikkoa signaalia. Tämä on yksi syistä, miksi niitä käytetään usein pitkän matkan viestintään.
Yleisesti käytetty suunta-antenni on Yagi-Uda-ryhmä nimeltä Yagi. Sen keksivät Shintaro Uda ja hänen kollegansa Hidetsugu Yagi vuonna 1926. Yagi-antenni käyttää useita elementtejämuodostaen suunnatun taulukon. Yksi ohjattu elementti, tavallisesti dipoli, levittää RF-energiaa, elementit välittömästi ennen ohjattua elementtiä ja sen takana säteilevät RF-energiaa uudelleen vaiheeseen ja pois, vahvistaen ja hidastaen signaalia vastaavasti.
Näitä alkuaineita kutsutaan loiselementeiksi. Orjan takana olevaa elementtiä kutsutaan heijastimeksi ja orjan edessä olevia elementtejä ohjaajiksi. Yagi-antennien keilanleveydet vaihtelevat 30-80 astetta, ja ne voivat tarjota yli 10 dBi:n passiivisen vahvistuksen.
Parabolinen antenni on suunnatuin antennityyppi. Paraabeli on symmetrinen käyrä, ja parabolinen heijastin on pinta, joka kuvaa käyrää 360 asteen kierron aikana - lautanen. Parabolisia antenneja käytetään pitkän matkan yhteyksiin rakennusten tai suurten maantieteellisten alueiden välillä.
Puolisuuntaiset osapatterit
Patch-antenni on puolisuuntainen säteilijä, joka käyttää litteää metallinauhaa, joka on asennettu maan päälle. Maataso leikkaa tehokkaasti antennin takaosasta tulevaa säteilyä, mikä lisää suuntaavuutta eteenpäin. Tämän tyyppinen antenni tunnetaan myös mikroliuska-antennina. Se on yleensä suorakaiteen muotoinen ja koteloitu muovikoteloon. Tämän tyyppinen antenni voidaan valmistaa tavallisilla PCB-menetelmillä.
Patch-antennin säteen leveys voi olla 30-180 astetta jatyypillinen vahvistus on 9 dB. Poikkisuuntaiset antennit ovat toisen tyyppisiä puolisuuntaisia antenneja. Sektoriantennit tarjoavat sektorin säteilykuvion ja ne asennetaan yleensä ryhmään. Sektoriantennin keilanleveys voi vaihdella 60 - 180 astetta, 120 asteen ollessa tyypillinen. Osioidussa ryhmässä antennit on asennettu lähelle toisiaan, mikä tarjoaa täyden 360 asteen peiton.
Yagi-Uda-antennin valmistus
Viime vuosikymmeninä Yagi-Uda-antenni on ollut näkyvissä melkein jokaisessa kodissa.
Voidaan nähdä, että antennin suuntaavuuden lisäämiseksi on monia ohjaimia. Syöttö on taitettu dipoli. Heijastin on pitkä elementti, joka sijaitsee rakenteen päässä. Tässä antennissa on sovellettava seuraavia määrityksiä.
| Elementti | Specification |
| Ohjatun elementin pituus | 0,458λ - 0,5λ |
| Heijastimen pituus | 0, 55λ - 0,58λ |
| Ohjaajan kesto 1 | 0.45λ |
| Ohjaajan pituus 2 | 0.40λ |
| Ohjaajan kesto 3 | 0.35λ |
| Ohjaajien välinen aika | 0.2λ |
| Heijastin dipolien väliselle etäisyydelle | 0.35λ |
| Dipolien ja ohjaajan välinen etäisyys | 0.125λ |
Alla on Yagi-Uda-antennien edut:
- Suuri vahvistus.
- Korkea tarkennus.
- Helppo käsittely ja huolto.
- Vähemmän energiaa menee hukkaan.
- Laajempi taajuuspeitto.
Seuraavat Yagi-Uda-antennien haitat:
- Alttiin melulle.
- Alttiin ilmakehän vaikutuksille.
Jos yllä olevia määrityksiä noudatetaan, Yagi-Uda-antenni voidaan suunnitella. Antennin suuntakuvio on erittäin tehokas, kuten kuvasta näkyy. Pienet keilat tukahdutetaan ja päätakauksen suuntaavuutta lisätään lisäämällä ohjaimia antenniin.
