Antena je uređaj koji služi kao sučelje između električnog kruga i prostora, dizajniran za prijenos i primanje elektromagnetskih valova u određenom frekvencijskom rasponu u skladu s vlastitom veličinom i oblikom. Izrađen je od metala, uglavnom bakra ili aluminija, odašiljačke antene mogu pretvoriti električnu struju u elektromagnetsko zračenje i obrnuto. Svaki bežični uređaj sadrži najmanje jednu antenu.
Bežični mrežni radio valovi
Kada se ukaže potreba za bežičnom komunikacijom, potrebna je antena. Ima mogućnost slanja ili primanja elektromagnetskih valova kako bi komunicirao tamo gdje se žični sustav ne može instalirati.
Antena je ključni element ove bežične tehnologije. Radio valovi se lako stvaraju i široko se koriste za unutarnju i vanjsku komunikaciju zbog svoje sposobnosti da prolaze kroz zgrade i putuju na velike udaljenosti.
Ključne značajke odašiljačkih antena:
- Budući da je radio prijenos svesmjeran, potrebna je fizička podudarnostodašiljač i prijemnik su potrebni.
- Frekvencija radio valova određuje mnoge karakteristike prijenosa.
- Na niskim frekvencijama, valovi mogu lako proći kroz prepreke. Međutim, njihova snaga pada s obrnutim kvadratom udaljenosti.
- Valovi viših frekvencija vjerojatnije će se apsorbirati i reflektirati na prepreke. Zbog dugog raspona prijenosa radio valova, smetnje između prijenosa predstavljaju problem.
- Na VLF, LF i MF pojasevima, širenje valova, koje se naziva i zemaljski valovi, prati zakrivljenost Zemlje.
- Maksimalni rasponi prijenosa ovih valova su reda veličine nekoliko stotina kilometara.
- Odašiljačke antene koriste se za prijenose niske propusnosti kao što su emitiranje s amplitudnom modulacijom (AM).
- HF i VHF pojasne prijenose apsorbira atmosfera blizu Zemljine površine. Međutim, dio zračenja, nazvan nebeski val, širi se prema van i prema gore prema ionosferi u gornjoj atmosferi. Ionosfera sadrži ionizirane čestice nastale sunčevim zračenjem. Ove ionizirane čestice reflektiraju nebeske valove natrag na Zemlju.
Proširenje vala
- Proširivanje linije vida. Među svim metodama distribucije, ovaj je najčešći. Val prijeđe najmanju udaljenost koja se može vidjeti golim okom. Zatim morate koristiti odašiljač pojačala za povećanje signala i ponovno ga odašiljati. Takvo širenje neće biti glatko ako postoji bilo kakva prepreka na putu prijenosa. Ovaj prijenos se koristi za infracrvene ili mikrovalne prijenose.
- Širenje zemaljskih valova iz odašiljačke antene. Širenje vala do tla događa se duž konture Zemlje. Takav val naziva se izravni val. Val se ponekad savija zbog Zemljinog magnetskog polja i udara u prijemnik. Takav val se može nazvati reflektiranim valom.
- Val koji se širi kroz Zemljinu atmosferu poznat je kao zemaljski val. Izravni val i reflektirani val zajedno daju signal na prijemnoj stanici. Kada val stigne do prijemnika, kašnjenje prestaje. Osim toga, signal se filtrira kako bi se izbjeglo izobličenje i pojačanje za jasan izlaz. Valovi se prenose s jednog mjesta i gdje ih primaju mnoge primopredajne antene.
Koordinatni sustav mjerenja antene
Kada gledate ravne modele, korisnik će se suočiti s indikatorima azimuta ravnine i visine ravnine uzorka. Pojam azimut obično se javlja u odnosu na "horizont" ili "horizontal", dok se izraz "visina" obično odnosi na "vertikalu". Na slici je ravnina xy azimuta.
Uzorak azimutalne ravnine se mjeri kada se mjerenje vrši pomicanjem cijele xy ravnine oko antene primopredajnika koja se testira. Visinska ravnina je ravnina ortogonalna na ravninu xy, kao što je ravnina yz. Plan elevacije putuje cijelom ravninom yz oko testirane antene.
Uzorci (azimuti i elevacije) često se prikazuju kao dijagrami u polarnomkoordinate. To korisniku daje mogućnost da jednostavno vizualizira kako antena zrači u svim smjerovima, kao da je već "uperena" ili montirana. Ponekad je korisno crtati uzorke zračenja u kartezijanskim koordinatama, posebno kada u obrascima postoji više bočnih režnjeva i gdje su razine bočnih režnjeva važne.
Osnovne komunikacijske karakteristike
Antene su bitne komponente svakog električnog kruga jer pružaju međusobnu vezu između odašiljača i slobodnog prostora ili između slobodnog prostora i prijemnika. Prije nego što govorimo o vrstama antena, morate znati njihova svojstva.
Antenna Array - Sustavno postavljanje antena koje rade zajedno. Pojedinačne antene u nizu obično su istog tipa i nalaze se u neposrednoj blizini, na fiksnoj udaljenosti jedna od druge. Niz vam omogućuje povećanje usmjerenosti, kontrolu glavnih snopova zračenja i bočnih zraka.
Sve antene imaju pasivno pojačanje. Pasivno pojačanje se mjeri u dBi, što se odnosi na teorijsku izotropnu antenu. Vjeruje se da prenosi energiju jednako u svim smjerovima, ali ne postoji u prirodi. Dobitak idealne poluvalne dipolne antene je 2,15 dBi.
EIRP, ili ekvivalentna izotropna snaga zračenja odašiljačke antene, mjera je maksimalne snage koju bi teoretska izotropna antena zračila u smjerumaksimalni dobitak. EIRP uzima u obzir gubitke od električnih vodova i konektora i uključuje stvarni dobitak. EIRP omogućuje izračunavanje stvarne snage i jakosti polja ako su poznati stvarno pojačanje i izlazna snaga odašiljača.
Pojačanje antene u smjerovima
Definira se kao omjer pojačanja snage u danom smjeru i pojačanja snage referentne antene u istom smjeru. Standardna je praksa koristiti izotropni radijator kao referentnu antenu. U ovom slučaju, izotropni emiter će biti bez gubitaka, jednako će zračiti svoju energiju u svim smjerovima. To znači da je pojačanje izotropnog radijatora G=1 (ili 0 dB). Uobičajeno je koristiti jedinicu dBi (decibeli u odnosu na izotropni radijator) za pojačanje u odnosu na izotropni radijator.
Pojačanje, izraženo u dBi, izračunava se pomoću sljedeće formule: GdBi=10Log (GNumeric / GISotropic)=10Log (GNumeric).
Ponekad se kao referenca koristi teoretski dipol, pa će se jedinica dBd (decibeli u odnosu na dipol) koristiti za opisivanje pojačanja u odnosu na dipol. Ovaj blok se obično koristi kada je u pitanju pojačanje svesmjernih antena većeg pojačanja. U ovom slučaju njihov je dobitak veći za 2,2 dBi. Dakle, ako antena ima pojačanje od 3 dBu, ukupni dobitak će biti 5,2 dBi.
3 dB širina snopa
Ova širina snopa (ili širina snopa pola snage) antene obično je određena za svaku od glavnih ravnina. Širina snopa od 3 dB u svakoj ravnini definirana je kao kut između točaka glavnog režnja koje su smanjene od maksimalnog pojačanja za 3 dB. Širina snopa 3 dB - kut između dvije plave linije u polarnom području. U ovom primjeru, širina snopa od 3 dB u ovoj ravnini je oko 37 stupnjeva. Antene široke širine snopa obično imaju nisko pojačanje, dok antene uske širine snopa imaju veći dobitak.
Dakle, antena koja većinu svoje energije usmjerava u uski snop, u barem jednoj ravnini, imat će veći dobitak. Omjer naprijed-nazad (F/B) koristi se kao mjera zasluga koja pokušava opisati razinu zračenja sa stražnje strane usmjerene antene. U osnovi, omjer naprijed-nazad je omjer vršnog pojačanja u smjeru naprijed i pojačanja 180 stupnjeva iza vrha. Naravno, na DB skali, omjer naprijed-nazad je jednostavno razlika između naprijed vršnog pojačanja i pojačanja 180 stupnjeva iza vrha.
Klasifikacija antene
Postoje mnoge vrste antena za razne primjene kao što su komunikacije, radar, mjerenje, simulacija elektromagnetskih impulsa (EMP), elektromagnetska kompatibilnost (EMC) itd. Neke od njih su dizajnirane za rad u uskim frekvencijskim pojasevima, dok drugidizajniran za emitiranje/primanje prolaznih impulsa. Specifikacije odašiljačke antene:
- Fizička struktura antene.
- Frekvencijski pojasevi.
- Način aplikacije.
Sljedeće su vrste antena prema fizičkoj strukturi:
- žica;
- otvor blende;
- reflektirajuće;
- antenska leća;
- mikrotrakaste antene;
- masivne antene.
Sljedeće su vrste odašiljačkih antena ovisno o frekvenciji rada:
- Vrlo niska frekvencija (VLF).
- Niska frekvencija (LF).
- Srednja frekvencija (MF).
- Visoka frekvencija (HF).
- Vrlo visoke frekvencije (VHF).
- Ultra visoke frekvencije (UHF).
- Super visoke frekvencije (SHF).
- Mikrovalni val.
- Radioval.
Sljedeće su antene za odašiljanje i prijem prema načinima primjene:
- Veza od točke do točke.
- Prijave za emitiranje.
- Radarske komunikacije.
- Satelitske komunikacije.
Obilježja dizajna
Odašiljačke antene stvaraju radiofrekventno zračenje koje se širi svemirom. Prijemne antene izvode obrnuti proces: primaju radiofrekventno zračenje i pretvaraju ga u željene signale, kao što su zvuk, slika u televizijskim odašiljačkim antenama i mobilnom telefonu.
Najjednostavniji tip antene sastoji se od dvije metalne šipke i poznat je kao dipol. Jedna od najčešćih vrsta jemonopolna antena koja se sastoji od šipke postavljene okomito na veliku metalnu ploču koja služi kao uzemljiva ploča. Montaža na vozila je obično monopol, a metalni krov vozila služi kao podloga. Dizajn odašiljačke antene, njen oblik i veličina određuju radnu frekvenciju i druge karakteristike zračenja.
Jedan od važnih atributa antene je njezina usmjerenost. U komunikaciji između dva fiksna cilja, kao u komunikaciji između dviju fiksnih prijenosnih stanica, ili u radarskim aplikacijama, potrebna je antena za izravno prijenos energije prijenosa do prijemnika. Suprotno tome, kada odašiljač ili prijemnik nisu stacionarni, kao u staničnim komunikacijama, potreban je neusmjereni sustav. U takvim slučajevima potrebna je svesmjerna antena koja ravnomjerno prima sve frekvencije u svim smjerovima horizontalne ravnine, au okomitoj ravnini zračenje je neravnomjerno i vrlo malo, poput HF odašiljačke antene.
Izvori za prijenos i prijem
Odašiljač je glavni izvor RF zračenja. Ovaj tip se sastoji od vodiča čiji intenzitet tijekom vremena fluktuira i pretvara ga u radiofrekventno zračenje koje se širi kroz prostor. Prijemna antena - uređaj za prijam radio frekvencija (RF). Izvodi obrnuti prijenos koji obavlja odašiljač, prima RF zračenje, pretvara ga u električne struje u antenskom krugu.
Televizijske i radijske postaje koriste odašiljačke antene za prijenos određenih vrsta signala koji putuju zrakom. Ti signali se detektiraju prijemnim antenama, koje ih pretvaraju u signale i primaju ih odgovarajući uređaji kao što su TV, radio, mobilni telefon.
Radio i televizijske prijamne antene dizajnirane su samo za primanje radiofrekventnog zračenja i ne proizvode radiofrekventno zračenje. Mobilni komunikacijski uređaji, kao što su bazne stanice, repetitori i mobilni telefoni, imaju namjenske antene za odašiljanje i primanje koje emitiraju radiofrekvencijsku energiju i opslužuju mobilne mreže u skladu s tehnologijama komunikacijske mreže.
Razlika između analogne i digitalne antene:
- Analogna antena ima varijabilno pojačanje i radi u rasponu od 50 km za DVB-T. Što je korisnik dalje od izvora signala, to je signal lošiji.
- Za primanje digitalne televizije - korisnik prima ili dobru sliku ili sliku uopće. Ako je daleko od izvora signala, ne prima nikakvu sliku.
- Digitalna antena za odašiljanje ima ugrađene filtere za smanjenje šuma i poboljšanje kvalitete slike.
- Analogni signal se šalje izravno na TV, dok se digitalni signal prvo treba dekodirati. Omogućuje vam ispravljanje pogrešaka kao i podataka poput kompresije signala za više značajki kao što su dodatni kanali, EPG, Pay TV,interaktivne igre itd.
Dipolni odašiljači
Dipolne antene su najčešći svesmjerni tip i šire radiofrekvencijsku (RF) energiju 360 stupnjeva vodoravno. Ovi uređaji su dizajnirani da budu rezonantni na pola ili četvrtini valne duljine primijenjene frekvencije. Može biti jednostavno kao dvije duljine žice ili može biti kapsulirano.
Dipole se koristi u mnogim korporativnim mrežama, malim uredima i kućnoj upotrebi (SOHO). Ima tipičnu impedanciju kako bi se uskladio s odašiljačem za maksimalan prijenos snage. Ako se antena i odašiljač ne podudaraju, na prijenosnoj liniji će se pojaviti refleksije koje će degradirati signal ili čak oštetiti odašiljač.
usmjereni fokus
Smjerne antene fokusiraju snagu zračenja u uske snopove, dajući značajan dobitak u ovom procesu. Njegova svojstva su također obostrana. Karakteristike antene za odašiljanje, kao što su impedancija i pojačanje, također se odnose na prijemnu antenu. Zbog toga se ista antena može koristiti i za slanje i za primanje signala. Pojačanje visoko usmjerene paraboličke antene služi za pojačanje slabog signala. To je jedan od razloga zašto se često koriste za komunikaciju na daljinu.
Uobičajena usmjerena antena je Yagi-Uda niz pod nazivom Yagi. Izmislili su ga Shintaro Uda i njegov kolega Hidetsugu Yagi 1926. godine. Yagi antena koristi nekoliko elemenata zatvoreći usmjereni niz. Jedan pokretani element, obično dipol, širi RF energiju, elementi neposredno prije i iza pokretanog elementa ponovno zrače RF energiju u fazi i izvan faze, pojačavajući odnosno usporavajući signal.
Ovi elementi se nazivaju parazitski elementi. Element iza slavea naziva se reflektor, a elementi ispred slavea nazivaju se direktori. Yagi antene imaju širinu snopa u rasponu od 30 do 80 stupnjeva i mogu pružiti više od 10 dBi pasivnog pojačanja.
Parabolična antena je najpoznatiji tip usmjerene antene. Parabola je simetrična krivulja, a parabolički reflektor je ploha koja opisuje krivulju tijekom rotacije od 360 stupnjeva – tanjurić. Parabolične antene koriste se za veze na velike udaljenosti između zgrada ili velikih geografskih područja.
Polusmjerni sekcijski radijatori
Patch antena je polusmjerni radijator koji koristi ravnu metalnu traku postavljenu iznad tla. Zračenje sa stražnje strane antene učinkovito se klipa uzemnom ravninom, povećavajući usmjerenost prema naprijed. Ova vrsta antene poznata je i kao mikrotrakasta antena. Obično je pravokutna i zatvorena u plastično kućište. Ova vrsta antene može se proizvesti standardnim PCB metodama.
Patch antena može imati širinu snopa od 30 do 180 stupnjeva itipično pojačanje je 9 dB. Sekcijske antene su još jedna vrsta polusmjerne antene. Sektorske antene pružaju sektorski uzorak zračenja i obično se postavljaju u niz. Širina snopa za sektorsku antenu može se kretati od 60 do 180 stupnjeva, a tipično je 120 stupnjeva. U podijeljenom nizu, antene su postavljene blizu jedna drugoj, osiguravajući punu pokrivenost od 360 stupnjeva.
Izrada Yagi-Uda antene
Tijekom proteklih desetljeća, Yagi-Uda antena je bila vidljiva u gotovo svakom domu.
Može se vidjeti da postoji mnogo redatelja za povećanje usmjerenosti antene. Ulagač je presavijeni dipol. Reflektor je dugačak element koji se nalazi na kraju strukture. Sljedeće specifikacije moraju se primijeniti na ovu antenu.
| Element | Specifikacija |
| Kontrolirana duljina elementa | 0,458λ do 0,5λ |
| Duljina reflektora | 0, 55λ - 0,58λ |
| Trajanje redatelja 1 | 0,45λ |
| Dužina redatelja 2 | 0,40λ |
| Trajanje redatelja 3 | 0,35λ |
| Razmak između redatelja | 0,2λ |
| Reflektor za udaljenost između dipola | 0,35λ |
| Udaljenost između dipola i redatelja | 0,125λ |
U nastavku su prednosti Yagi-Uda antena:
- Visoka dobit.
- Visoki fokus.
- Jednostavno rukovanje i održavanje.
- Manje energije se troši.
- Šira frekvencijska pokrivenost.
Sljedeći nedostaci Yagi-Uda antena:
- Sklon buci.
- Sklon atmosferskim utjecajima.
Ako se slijede gore navedene specifikacije, Yagi-Uda antena se može dizajnirati. Dijagram usmjerenja antene je vrlo učinkovit, kao što je prikazano na slici. Mali režnjevi su potisnuti, a usmjerenost glavnog otkucaja se povećava dodavanjem redatelja na antenu.
