Antena ir ierīce, kas kalpo kā saskarne starp elektrisko ķēdi un telpu, kas paredzēta elektromagnētisko viļņu pārraidīšanai un uztveršanai noteiktā frekvenču diapazonā atbilstoši tās izmēram un formai. Tas ir izgatavots no metāla, galvenokārt vara vai alumīnija, raidošās antenas var pārveidot elektrisko strāvu elektromagnētiskajā starojumā un otrādi. Katrā bezvadu ierīcē ir vismaz viena antena.
Bezvadu tīkla radioviļņi
Kad rodas nepieciešamība pēc bezvadu sakariem, ir nepieciešama antena. Tam ir iespēja nosūtīt vai saņemt elektromagnētiskos viļņus, lai sazinātos vietās, kur nevar uzstādīt vadu sistēmu.
Antena ir šīs bezvadu tehnoloģijas galvenais elements. Radioviļņus var viegli izveidot un plaši izmantot gan iekštelpu, gan āra sakariem, jo tie spēj iziet cauri ēkām un ceļot lielos attālumos.
Raidīšanas antenu galvenās funkcijas:
- Tā kā radio pārraide ir daudzvirziena, ir nepieciešama fiziska saskaņošanair nepieciešams raidītājs un uztvērējs.
- Radioviļņu frekvence nosaka daudzus pārraides raksturlielumus.
- Zemās frekvencēs viļņi var viegli iziet cauri šķēršļiem. Tomēr to jauda samazinās līdz ar attāluma apgriezto kvadrātu.
- Augstākas frekvences viļņi, visticamāk, tiks absorbēti un atspīd uz šķēršļiem. Tā kā radioviļņu pārraides diapazons ir liels, traucējumi starp pārraidēm ir problēma.
- Joslās VLF, LF un MF viļņu izplatīšanās, ko sauc arī par zemes viļņiem, seko Zemes izliekumam.
- Šo viļņu maksimālais pārraides diapazons ir vairāki simti kilometru.
- Raidīšanas antenas tiek izmantotas zema joslas platuma pārraidēm, piemēram, amplitūdas modulācijas (AM) apraidei.
- HF un VHF joslu pārraides absorbē atmosfēra netālu no Zemes virsmas. Tomēr daļa no starojuma, ko sauc par debess vilni, izplatās uz āru un augšup virzienā uz jonosfēru augšējos atmosfēras slāņos. Jonosfērā ir jonizētas daļiņas, ko veido Saules starojums. Šīs jonizētās daļiņas atstaro debesu viļņus atpakaļ uz Zemi.
Viļņu izplatīšanās
- Redzes izplatīšanās līnija. Starp visām izplatīšanas metodēm šī ir visizplatītākā. Vilnis veic minimālo attālumu, ko var redzēt ar neapbruņotu aci. Tālāk jums ir jāizmanto pastiprinātāja raidītājs, lai palielinātu signālu un pārsūtītu to vēlreiz. Šāda izplatīšanās nebūs vienmērīga, ja tās pārraides ceļā būs kāds šķērslis. Šo pārraidi izmanto infrasarkano staru vai mikroviļņu pārraidei.
- Zemes viļņu izplatīšanās no raidošās antenas. Viļņa izplatīšanās uz zemi notiek gar Zemes kontūru. Šādu vilni sauc par tiešu vilni. Vilnis dažkārt izliecas Zemes magnētiskā lauka ietekmē un skar uztvērēju. Šādu vilni var saukt par atstaroto vilni.
- Vilnis, kas izplatās pa Zemes atmosfēru, ir zināms kā zemes vilnis. Tiešais vilnis un atstarotais vilnis kopā dod signālu uztveršanas stacijā. Kad vilnis sasniedz uztvērēju, aizkave apstājas. Turklāt signāls tiek filtrēts, lai izvairītos no kropļojumiem un pastiprināšanas skaidrai izvadei. Viļņus pārraida no vienas vietas, kur tos uztver daudzas raiduztvērēju antenas.
Antenas mērījumu koordinātu sistēma
Aplūkojot plakanos modeļus, lietotājs saskarsies ar plaknes azimuta un raksta plaknes augstuma rādītājiem. Termins azimuts parasti attiecas uz "horizontu" vai "horizontālu", savukārt termins "augstums" parasti attiecas uz "vertikālu". Attēlā xy plakne ir azimuta plakne.
Azimutālās plaknes modelis tiek mērīts, kad mērījums tiek veikts, pārvietojot visu xy plakni ap pārbaudāmo raiduztvērēja antenu. Pacēluma plakne ir plakne, kas ir ortogonāla xy plaknei, piemēram, yz plakne. Pacēluma plāns virzās pa visu yz plakni ap testējamo antenu.
Paraugi (azimuti un pacēlumi) bieži tiek parādīti kā polārie diagrammikoordinātas. Tas sniedz lietotājam iespēju viegli vizualizēt, kā antena izstaro visos virzienos, it kā tā jau būtu "novirzīta" vai uzstādīta. Dažreiz ir lietderīgi zīmēt starojuma modeļus Dekarta koordinātēs, īpaši, ja shēmās ir vairākas sānu daivas un ja sānu daivu līmeņi ir svarīgi.
Saziņas pamatīpašības
Antenas ir būtiskas jebkuras elektriskās ķēdes sastāvdaļas, jo tās nodrošina starpsavienojumu starp raidītāju un brīvo vietu vai starp brīvo vietu un uztvērēju. Pirms runāt par antenu veidiem, jums jāzina to īpašības.
Antenu masīvs - sistemātiska antenu izvietošana, kas darbojas kopā. Atsevišķās antenas masīvā parasti ir viena veida un atrodas tiešā tuvumā, noteiktā attālumā viena no otras. Masīvs ļauj palielināt virzību, galveno starojuma staru un sānu staru vadību.
Visām antenām ir pasīva pastiprināšana. Pasīvo pastiprinājumu mēra dBi, kas ir saistīts ar teorētisko izotropo antenu. Tiek uzskatīts, ka tas vienādi pārraida enerģiju visos virzienos, bet dabā neeksistē. Ideālas pusviļņa dipola antenas pastiprinājums ir 2,15 dBi.
EIRP vai līdzvērtīga raidīšanas antenas izotropā izstarotā jauda ir maksimālās jaudas mērs, ko teorētiskā izotropā antena izstaro virzienāmaksimālais ieguvums. EIRP ņem vērā zaudējumus no elektropārvades līnijām un savienotājiem un ietver faktisko pieaugumu. EIRP ļauj aprēķināt reālo jaudu un lauka intensitāti, ja ir zināms faktiskais raidītāja pastiprinājums un izejas jauda.
Antenas pastiprinājums virzienos
Tā tiek definēta kā jaudas pieauguma attiecība noteiktā virzienā pret atsauces antenas jaudas pieaugumu tajā pašā virzienā. Standarta prakse ir izmantot izotropu radiatoru kā atsauces antenu. Šajā gadījumā izotropais izstarotājs būs bezzudumu, izstaro savu enerģiju vienādi visos virzienos. Tas nozīmē, ka izotropā radiatora pastiprinājums ir G=1 (vai 0 dB). Parasti izmanto dBi (decibelus attiecībā pret izotropu radiatoru) mērvienību, lai palielinātu attiecībā pret izotropu radiatoru.
Pastiprinājumu, kas izteikts dBi, aprēķina, izmantojot šādu formulu: GdBi=10Log (Gskaitlis/GISotrops)=10Log (Gskaitlis).
Dažreiz kā atsauce tiek izmantots teorētiskais dipols, tāpēc mērvienība dBd (decibeli attiecībā pret dipolu) tiks izmantota, lai aprakstītu pastiprinājumu attiecībā pret dipolu. Šo bloku parasti izmanto, lai pastiprinātu daudzvirzienu antenas ar lielāku pastiprinājumu. Šajā gadījumā to pastiprinājums ir par 2,2 dBi lielāks. Tātad, ja antenas pastiprinājums ir 3 dBu, kopējais pastiprinājums būs 5,2 dBi.
3 dB stara platums
Šis antenas staru kūļa platums (vai puse jaudas stara platuma) parasti tiek norādīts katrai galvenajai plaknei. 3 dB staru kūļa platums katrā plaknē ir definēts kā leņķis starp galvenajiem daivas punktiem, kas ir samazināti no maksimālā pastiprinājuma par 3 dB. Stara platums 3 dB - leņķis starp divām zilajām līnijām polārajā zonā. Šajā piemērā 3 dB staru kūļa platums šajā plaknē ir aptuveni 37 grādi. Plata stara platuma antenām parasti ir mazs pastiprinājums, savukārt šaurām antenām ir lielāks pastiprinājums.
Tādējādi antena, kas lielāko daļu enerģijas novirza šaurā starā vismaz vienā plaknē, iegūs lielāku pastiprinājumu. Priekšpuses un aizmugures attiecība (F/B) tiek izmantota kā nopelnu mērs, kas mēģina aprakstīt starojuma līmeni no virziena antenas aizmugures. Būtībā priekšpuses un aizmugures attiecība ir maksimālā pastiprinājuma attiecība uz priekšu pret pastiprinājumu par 180 grādiem aiz maksimuma. Protams, DB mērogā priekšējās un aizmugures attiecība ir vienkārši starpība starp priekšējo maksimālo pastiprinājumu un pastiprinājumu par 180 grādiem aiz maksimuma.
Antenas klasifikācija
Ir daudzu veidu antenas dažādiem lietojumiem, piemēram, sakariem, radariem, mērījumiem, elektromagnētiskā impulsa simulācijai (EMP), elektromagnētiskajai saderībai (EMC) utt. Dažas no tām ir paredzētas darbam šaurās frekvenču joslās, savukārt citiparedzēts īslaicīgu impulsu izstarošanai/saņemšanai. Raidīšanas antenas specifikācijas:
- Antenas fiziskā struktūra.
- Frekvenču joslas.
- Lietotnes režīms.
Atbilstoši fiziskajai struktūrai ir norādīti tālāk norādītie antenu veidi:
- vads;
- aperture;
- atstarojošs;
- antenas objektīvs;
- mikroslokšņu antenas;
- masīvas antenas.
Tālāk ir norādīti raidīšanas antenu veidi atkarībā no darbības frekvences:
- Ļoti zema frekvence (VLF).
- Zema frekvence (LF).
- Vidējā frekvence (MF).
- Augsta frekvence (HF).
- Ļoti augsta frekvence (VHF).
- Īpaši augsta frekvence (UHF).
- Īpaši augsta frekvence (SHF).
- Mikroviļņu vilnis.
- Radio vilnis.
Atbilstoši lietojuma režīmiem ir raidīšanas un uztveršanas antenas:
- Punkts-punkts savienojums.
- Apraides lietojumprogrammas.
- Radara sakari.
- Satelīta sakari.
Dizaina funkcijas
Raidošās antenas rada radiofrekvenču starojumu, kas izplatās kosmosā. Uztverošās antenas veic apgriezto procesu: uztver radiofrekvenču starojumu un pārvērš to vajadzīgajos signālos, piemēram, skaņā, attēlā televīzijas raidīšanas antenās un mobilajā tālrunī.
Vienkāršākais antenas veids sastāv no diviem metāla stieņiem un ir pazīstams kā dipols. Viens no visizplatītākajiem veidiem irmonopola antena, kas sastāv no stieņa, kas novietots vertikāli uz lielas metāla plāksnes, kas kalpo kā iezemētā plakne. Uzstādīšana uz transportlīdzekļiem parasti ir monopols, un transportlīdzekļa metāla jumts kalpo kā zemējums. Raidošās antenas konstrukcija, tās forma un izmērs nosaka darbības frekvenci un citus starojuma raksturlielumus.
Viens no svarīgākajiem antenas atribūtiem ir tās virzība. Komunikācijā starp diviem fiksētiem mērķiem, piemēram, saziņā starp divām fiksētām pārraides stacijām vai radara lietojumos, ir nepieciešama antena, lai pārraidītu enerģiju tieši uz uztvērēju. Un otrādi, ja raidītājs vai uztvērējs nav stacionārs, piemēram, mobilo sakaru gadījumā, ir nepieciešama nevirziena sistēma. Šādos gadījumos ir nepieciešama daudzvirzienu antena, kas vienmērīgi uztver visas frekvences visos horizontālās plaknes virzienos, un vertikālajā plaknē starojums ir nevienmērīgs un ļoti mazs, piemēram, HF raidīšanas antena.
Avotu pārsūtīšana un saņemšana
Raidītājs ir galvenais RF starojuma avots. Šis tips sastāv no vadītāja, kura intensitāte laika gaitā svārstās un pārvērš to radiofrekvenču starojumā, kas izplatās telpā. Uztvērēja antena - ierīce radiofrekvenču (RF) uztveršanai. Tas veic raidītāja veikto reverso pārraidi, uztver RF starojumu, pārvērš to elektriskās strāvās antenas ķēdē.
Televīzijas un radio apraides stacijas izmanto raidīšanas antenas, lai pārraidītu noteiktu veidu signālus, kas pārvietojas pa gaisu. Šos signālus nosaka uztverošās antenas, kas tos pārvērš signālos, un tos uztver atbilstoša ierīce, piemēram, televizors, radio, mobilais tālrunis.
Radio un televīzijas uztveršanas antenas ir paredzētas tikai radiofrekvenču starojuma uztveršanai un nerada radiofrekvences starojumu. Šūnu sakaru ierīcēm, piemēram, bāzes stacijām, atkārtotājiem un mobilajiem tālruņiem, ir speciālas raidīšanas un uztveršanas antenas, kas izstaro radiofrekvences enerģiju un apkalpo mobilos tīklus saskaņā ar sakaru tīklu tehnoloģijām.
Atšķirība starp analogo un digitālo antenu:
- Analogajai antenai ir mainīgs pastiprinājums, un tā darbojas 50 km diapazonā DVB-T. Jo tālāk lietotājs atrodas no signāla avota, jo sliktāks signāls.
- Lai saņemtu digitālo TV - lietotājs saņem vai nu labu attēlu, vai attēlu vispār. Ja tas atrodas tālu no signāla avota, tas nesaņem nekādu attēlu.
- Raidīšanas digitālajai antenai ir iebūvēti filtri, lai samazinātu troksni un uzlabotu attēla kvalitāti.
- Analogais signāls tiek nosūtīts tieši uz televizoru, savukārt digitālais signāls vispirms ir jāatšifrē. Tas ļauj labot kļūdas, kā arī tādus datus kā signāla saspiešana, lai izmantotu citas funkcijas, piemēram, papildu kanālus, EPG, maksas TV,interaktīvas spēles utt.
Dipola raidītāji
Dipola antenas ir visizplatītākais daudzvirzienu tips un izplata radiofrekvences (RF) enerģiju 360 grādu horizontāli. Šīs ierīces ir paredzētas rezonansēm uz pusi vai ceturtdaļu no pielietotās frekvences viļņa garuma. Tas var būt tikpat vienkāršs kā divu garumu stieples, vai arī to var iekapsulēt.
Dipols tiek izmantots daudzos korporatīvajos tīklos, mazos birojos un lietošanai mājās (SOHO). Tam ir tipiska pretestība, lai to saskaņotu ar raidītāju, lai nodrošinātu maksimālu jaudas pārsūtīšanu. Ja antena un raidītājs nesakrīt, pārraides līnijā radīsies atspīdumi, kas pasliktinās signālu vai pat sabojās raidītāju.
Virzītais fokuss
Virziena antenas fokusē izstaroto jaudu šauros staros, nodrošinot ievērojamu pieaugumu šajā procesā. Tās īpašības ir arī abpusējas. Raidīšanas antenas īpašības, piemēram, pretestība un pastiprinājums, attiecas arī uz uztveršanas antenu. Tāpēc vienu un to pašu antenu var izmantot gan signāla nosūtīšanai, gan saņemšanai. Ļoti virzītas paraboliskās antenas pastiprinājums kalpo vāja signāla pastiprināšanai. Tas ir viens no iemesliem, kāpēc tos bieži izmanto liela attāluma sakariem.
Biežāk izmantotā virziena antena ir Yagi-Uda bloks, ko sauc par Yagi. To izgudroja Shintaro Uda un viņa kolēģis Hidetsugu Yagi 1926. gadā. Yagi antena izmanto vairākus elementusveidojot virzītu masīvu. Viens darbināms elements, parasti dipols, izplata RF enerģiju, elementi tieši pirms un aiz virzītā elementa atkārtoti izstaro RF enerģiju fāzē un ārpus tā, attiecīgi pastiprinot un palēninot signālu.
Šos elementus sauc par parazītelementiem. Elementu aiz verga sauc par atstarotāju un elementus, kas atrodas aiz verga, sauc par direktoriem. Yagi antenu staru kūļa platums ir no 30 līdz 80 grādiem, un tās var nodrošināt vairāk nekā 10 dBi pasīvo pastiprinājumu.
Paraboliskā antena ir vispazīstamākais virziena antenas veids. Parabola ir simetriska līkne, bet paraboliskais atstarotājs ir virsma, kas apraksta līkni 360 grādu rotācijas laikā – šķīvis. Paraboliskās antenas tiek izmantotas liela attāluma savienojumiem starp ēkām vai lielām ģeogrāfiskām teritorijām.
Pusvirziena sekciju radiatori
Pielāgotā antena ir daļēji virzīts radiators, izmantojot plakanu metāla sloksni, kas uzstādīta virs zemes. Starojumu no antenas aizmugures efektīvi apgriež iezemētā plakne, palielinot virzību uz priekšu. Šāda veida antena ir pazīstama arī kā mikrosloksnes antena. Parasti tas ir taisnstūrveida un ievietots plastmasas korpusā. Šāda veida antenas var izgatavot ar standarta PCB metodēm.
Uzlabotās antenas stara platums var būt no 30 līdz 180 grādiem untipisks pastiprinājums ir 9 dB. Sekciju antenas ir vēl viens pusvirziena antenu veids. Sektoru antenas nodrošina sektora starojuma modeli un parasti tiek uzstādītas masīvā. Sektora antenas staru kūļa platums var svārstīties no 60 līdz 180 grādiem, parasti 120 grādi. Sadalītā masīvā antenas ir uzstādītas tuvu viena otrai, nodrošinot pilnu 360 grādu pārklājumu.
Yagi-Uda antenas izgatavošana
Pēdējo desmitgažu laikā Yagi-Uda antena ir bijusi redzama gandrīz katrā mājā.
Var redzēt, ka ir daudz direktoru, lai palielinātu antenas virzienu. Padevējs ir salocīts dipols. Atstarotājs ir garš elements, kas atrodas konstrukcijas galā. Šai antenai ir jāpiemēro šādas specifikācijas.
| Elements | Specifikācija |
| Kontrolēta elementa garums | 0,458λ līdz 0,5λ |
| Atstarotāja garums | 0, 55λ - 0,58λ |
| Direktora ilgums 1 | 0,45λ |
| Direktora garums 2 | 0,40λ |
| Direktora ilgums 3 | 0,35λ |
| Intervāls starp režisoriem | 0.2λ |
| Atstarotājs attālumam starp dipoliem | 0,35λ |
| Attālums starp dipoliem un virzienu | 0,125λ |
Tālāk ir norādītas Yagi-Uda antenu priekšrocības:
- Liels pieaugums.
- Augsts fokuss.
- Vienkārša apstrāde un apkope.
- Tiek tērēts mazāk enerģijas.
- Plašāks frekvences pārklājums.
Tālāk ir norādīti Yagi-Uda antenu trūkumi:
- Nosliece uz troksni.
- Nosliece uz atmosfēras ietekmi.
Ja tiek ievērotas iepriekš minētās specifikācijas, Yagi-Uda antenu var izveidot. Antenas virziena modelis ir ļoti efektīvs, kā parādīts attēlā. Mazās daivas tiek nomāktas un galvenā sitiena virziens tiek palielināts, pievienojot antenai direktorus.
