V této moderní době bezdrátová komunikace , mnoho techniků projevuje zájem o specializaci v komunikačních oblastech, ale to vyžaduje základní znalost základních komunikačních konceptů, jako jsou typy antén, elektromagnetické záření a různé jevy související s šířením atd. V případě bezdrátových komunikačních systémů hrají antény prominentní roli role, protože účinně převádějí elektronické signály na elektromagnetické vlny.

Druhy antén

Antény jsou základní součástí všech elektrický obvod protože poskytují propojovací spojení mezi vysílačem a volným prostorem nebo mezi volným prostorem a přijímačem. Než budeme diskutovat o typech antén, je třeba pochopit několik vlastností. Kromě těchto vlastností podrobně popisujeme také různé typy antén používaných v komunikačním systému.

Vlastnosti antén

Zisk antény
Clona
Směrovost a šířka pásma
Polarizace
Efektivní délka
Polární diagram

Zisk antény: Parametr, který měří stupeň směrovosti radiálního vzoru antény, se nazývá zisk. Anténa s vyšším ziskem je účinnější ve svém vyzařovacím diagramu. Antény jsou navrženy takovým způsobem, že síla stoupá v požadovaném směru a klesá v nežádoucích směrech.

G = (výkon vyzařovaný anténou) / (výkon vyzařovaný referenční anténou)

Clona: Tato clona je také známá jako efektivní clona antény, která se aktivně podílí na přenosu a příjmu elektromagnetických vln. Síla přijímaná anténou je spojena s kolektivní oblastí. Tato shromážděná oblast antény je známá jako efektivní clona.

Pr = Pd * A wattů
A = pr / pd m2

Směrovost a šířka pásma: Směrnice antény je definována jako míra koncentrovaného energetického záření v určitém směru. Lze ji považovat za schopnost antény směrovat vyzařovaný výkon v daném směru. Lze jej také zaznamenat jako poměr intenzity záření v daném směru k průměrné intenzitě záření. Šířka pásma je jedním z požadovaných parametrů pro výběr antény. Lze jej definovat jako rozsah frekvencí, přes které může anténa správně vyzařovat energii a přijímat energii.

Polarizace: Elektromagnetická vlna vycházející z antény může být polarizována vertikálně a horizontálně. Pokud se vlna polarizuje ve svislém směru, pak je vektor E svislý a vyžaduje svislou anténu. Pokud je vektor E vodorovně, potřebuje ke spuštění vodorovnou anténu. Někdy se používá kruhová polarizace, jedná se o kombinaci horizontálních i vertikálních způsobů.

Efektivní délka: Efektivní délka je parametr antén, který charakterizuje účinnost antén při vysílání a přijímání elektromagnetických vln. Efektivní délku lze definovat pro vysílací i přijímací anténu. Poměr EMF na vstupu přijímače k intenzitě elektrického pole na anténě je známý jako efektivní délka přijímače. Efektivní délku vysílače lze definovat jako délku volného prostoru ve vodiči a distribuce proudu po jeho délce generuje stejnou intenzitu pole v jakémkoli směru záření.

Efektivní délka = (plocha s nerovnoměrným proudem) / (plocha s rovnoměrným rozdělením proudu)

Polární diagram: Nejvýznamnější vlastností antény je její vyzařovací diagram nebo polární diagram. V případě vysílací antény se jedná o graf, který pojednává o síle silového pole vyzařovaného anténou v různých úhlových směrech, jak je znázorněno na obrázku níže. Graf lze také získat pro svislou a vodorovnou rovinu - a je také pojmenován jako svislý a vodorovný vzor.

Dosud jsme pokryli vlastnosti antén a nyní budeme diskutovat o různých typech antén, které se používají pro různé aplikace.

Druhy antén

Logujte periodické antény

Antény motýlků
Log-periodické dipólové pole

Drátové antény

Krátká dipólová anténa
Dipólová anténa
Monopole anténa
Smyčková anténa

Putovní vlnové antény

Spirálové antény
Antény Yagi-Uda

Mikrovlnné antény

Obdélníkové mikropáskové antény
Planární antény s obráceným F

Reflektorové antény

Rohový reflektor
Parabolický reflektor

1. Log-periodické antény

Přihlaste se k periodické anténě

Log-periodická anténa je také pojmenována jako logické periodické pole. Jedná se o víceprvkovou směrovou úzkopásmovou anténu, která pracuje na širokém rozsahu frekvencí. Tato anténa je vyrobena ze série dipólů umístěných podél osy antény v různých časových intervalech, po nichž následuje logaritmická funkce frekvence. Logicko-periodická anténa se používá v široké škále aplikací, kde je vyžadována proměnná šířka pásma spolu se ziskem a směrovostí antény.

Motýlek antény

Anténa motýlka

Motýlek s motýlkem je také známý jako bikonická anténa nebo anténa Butterfly. Bikonická anténa je všesměrová širokopásmová anténa. Podle velikosti této antény má nízkofrekvenční odezvu a funguje jako horní propust. Jak frekvence stoupá k vyšším limitům, mimo konstrukční frekvenci se vyzařovací diagram antény zkresluje a šíří.

Většina motýlkových motýlů je derivátem bikonických antén. Diskotéka je jako typ půlkónické antény. Motýlek s motýlkem je planární, a tedy směrová anténa.

Log-periodické dipólové pole

Logujte periodickou dipólovou anténu

Nejběžnější typ antény používaný v bezdrátová komunikační technologie je logicko-periodické dipólové pole, které v zásadě obsahuje řadu dipólových prvků. Tyto antény s dipólovým polem se zmenšují od zadního konce k přednímu. Přední paprsek této RF antény vychází z menšího předního konce.

Prvek na zadním konci pole má velkou velikost a poloviční vlnová délka pracuje v nízkofrekvenčním rozsahu. Vzdálenost prvku se zmenšuje směrem k přednímu konci pole, kde jsou umístěna nejmenší pole. Během této operace, jak se frekvence mění, probíhá plynulý přechod podél řady prvků, což vede k vytvoření aktivní oblasti.

2. Drátové antény

Drátová anténa

Drátové antény jsou také známé jako lineární nebo zakřivené antény. Tyto antény jsou velmi jednoduché, levné a používají se v široké škále aplikací. Tyto antény se dále dělí na čtyři, jak je vysvětleno níže.

Dipólová anténa

Dipólová anténa je jedním z nejpřímějších nastavení antény. Tato dipólová anténa se skládá ze dvou tenkých kovových tyčí s rozdílem sinusového napětí mezi nimi. Délka tyčí je volena takovým způsobem, aby měly čtvrtinu délky vlnové délky při provozních frekvencích. Tyto antény se používají při navrhování vlastních antén nebo jiných antén. Jsou velmi jednoduché na konstrukci a použití.

Dipólová anténa

Dipólová anténa se skládá ze dvou kovových tyčí, kterými protéká proud a frekvence. Tento proudový a napěťový tok vytváří elektromagnetické vlnění a vyzařují se rádiové signály. Anténa se skládá z vyzařujícího prvku, který rozděluje tyče a protéká proudem středem pomocí podavače na vysílači ven, který bere z přijímače. Různé typy dipólových antén používaných jako RF antény zahrnují poloviční vlnu, vícenásobné, skládané, nerezonující atd.

Anténa s krátkým dipólem:

“jk flip flop up counter ”

Krátká dipólová anténa

Je to nejjednodušší ze všech typů antén. Tato anténa je vodič s otevřeným obvodem, ve kterém zkratka označuje „relativní k vlnové délce“, takže tato anténa dává přednost velikosti drátu vzhledem k vlnové délce provozní frekvence. Nezohledňuje absolutní velikost dipólové antény. Krátká dipólová anténa je složena ze dvou kolineárních vodičů, které jsou umístěny jeden po druhém, s malou mezerou mezi vodiči pomocí napáječe. Dipól je považován za krátký, pokud je délka vyzařujícího prvku menší než desetina vlnové délky.

L<λ/10

Krátká dipólová anténa je vyrobena ze dvou kolineárních vodičů, které jsou umístěny jeden po druhém, s malou mezerou mezi vodiči podavačem.

Krátká dipólová anténa je z hlediska účinnosti zřídka uspokojivá, protože většina energie vstupující do této antény je rozptýlena, protože teplo a odporové ztráty se také postupně zvyšují.

Monopole anténa

Monopolní anténa je polovina jednoduché dipólové antény umístěné nad uzemněnou rovinou, jak je znázorněno na obrázku níže.

Vyzařovací diagram nad uzemněnou rovinou bude stejný jako u poloviční vlnové dipólové antény, avšak celkový vyzařovaný výkon je poloviční ve srovnání s dipólem, který pole vyzařuje pouze v oblasti horní polokoule. Směrovost těchto antén se zdvojnásobila ve srovnání s dipólovými anténami.

Monopolní antény se také používají jako antény namontované na vozidle, protože poskytují požadovanou zemní rovinu pro antény namontované nad zemí.

Smyčková anténa

Smyčková anténa

Smyčkové antény sdílejí podobné vlastnosti s dipólovými i monopólovými anténami, protože jsou jednoduché a snadno se konstruují. Smyčkové antény jsou k dispozici v různých tvarech, jako jsou kruhové, eliptické, obdélníkové atd. Základní charakteristiky smyčkové antény jsou nezávislé na jejím tvaru. Jsou široce používány v komunikačních spojích s frekvencí kolem 3 GHz. Tyto antény lze také použít jako sondy elektromagnetického pole v mikrovlnných pásmech.

Obvod smyčkové antény určuje účinnost antény podobně jako u dipólových a monopólových antén. Tyto antény se dále dělí na dva typy: elektricky malé a elektricky velké na základě obvodu smyčky.

Elektricky malá smyčková anténa ———> Obvod ≤λ⁄10

Elektricky velká smyčková anténa ———> Obvod λ

Elektricky malé smyčky jedné zatáčky mají ve srovnání se ztrátovou odolností malý odpor záření. Radiační odolnost malých smyčkových antén lze zlepšit přidáním dalších otáček. Víceotáčkové smyčky mají lepší radiační odolnost, i když mají nižší účinnost.

Malá smyčková anténa

Z tohoto důvodu se malá smyčková anténa většinou používá jako přijímací anténa, kde ztráty nejsou povinné. Malé smyčky se nepoužívají jako vysílací antény kvůli jejich nízké účinnosti.

Rezonanční smyčkové antény jsou relativně velké a jsou směrovány provozem vlnové délky. Jsou také známé jako velké smyčkové antény, protože se používají při vyšších frekvencích, jako jsou VHF a UHF, kde je jejich velikost vhodná. Mohou být považovány za skládanou dipólovou anténu a deformovány do různých tvarů, jako jsou sférické, čtvercové atd., A mají podobné vlastnosti, jako je vysoká radiační účinnost.

3. Antény pro cestování vlnami

Spirálové antény

Spirálové antény jsou také známé jako spirálové antény. Mají relativně jednoduché struktury s jedním, dvěma nebo více dráty, z nichž každý je navinut do spirály, obvykle podložený základní rovinou nebo tvarovaným reflektorem a poháněný vhodným napájením. Nejběžnější konstrukcí je jediný vodič, který je podložen zemí a napájen koaxiálním vedením.

Obecně jsou radiační vlastnosti spirálové antény spojeny s touto specifikací: elektrická velikost struktury, přičemž vstupní impedance je citlivější na výšku a velikost drátu.

Spirálová anténa

Spirálové antény mají dva převládající režimy vyzařování: normální režim a axiální režim. Axiální režim se používá v široké škále aplikací. V normálním režimu jsou rozměry šroubovice malé ve srovnání s její vlnovou délkou. Tato anténa funguje jako krátká dipólová nebo monopolní anténa. V axiálním režimu jsou rozměry šroubovice stejné ve srovnání s její vlnovou délkou. Tato anténa funguje jako směrová anténa.

Anténa Yagi-Uda

Anténa Yagi-Uda

Další anténou, která využívá pasivní prvky, je Anténa Yagi-Uda . Tento typ antény je levný a efektivní. Může být konstruován s jedním nebo více reflektorovými prvky a jedním nebo více režijními prvky. Yagi antény lze vyrobit pomocí antény s jedním reflektorem, aktivovaným složeným dipólovým aktivním prvkem a směrovači namontovanými pro horizontální polarizaci ve směru dopředu.

“schéma zapojení měniče střídavého proudu ”

4. Mikrovlnné antény

Antény pracující na mikrovlnných frekvencích jsou známé jako mikrovlnné antény . Tyto antény se používají v široké škále aplikací.

Obdélníkové mikropáskové antény

Obdélníkové mikropáskové antény

U kosmických lodí nebo letadel - na základě specifikací, jako je velikost, hmotnost, cena, výkon, snadná instalace atd. - jsou preferovány nízkoprofilové antény. Tyto antény jsou známé jako obdélníkové mikropáskové antény nebo patchové antény, které vyžadují pouze prostor pro napájecí vedení, které je obvykle umístěno za základní rovinou. Hlavní nevýhodou použití těchto antén je jejich neefektivní a velmi úzká šířka pásma, která je obvykle zlomek procenta nebo nanejvýš několik procent.

Planární antény s obráceným F

Rovinnou anténu s obráceným F lze považovat za typ lineární antény s obráceným F (IFA), ve které je drát vyzařující prvek nahrazen deskou, aby se zvýšila šířka pásma. Výhodou těchto antén je, že je lze skrýt do pouzdra mobilního telefonu ve srovnání s různými typy antén, jako jsou biče, tyčové nebo spirálové antény atd. Další výhodou je, že mohou snižovat zpětné záření směrem k horní části anténu pohlcením energie, což zvyšuje účinnost. Poskytují vysoký zisk v horizontálním i vertikálním stavu. Tato funkce je nejdůležitější pro jakýkoli druh antén používaných v bezdrátové komunikaci.

5. Reflektorové antény

Rohová reflektorová anténa

Rohová reflektorová anténa

Anténa, která obsahuje jeden nebo více dipólových prvků umístěných před rohovým reflektorem, je známá jako rohová reflektorová anténa. Směrovost jakékoli antény lze zvýšit pomocí reflektorů. V případě drátové antény se za anténu používá vodivá vrstva pro směrování záření dopředu.

Parabolická reflektorová anténa

Vyzařovací plocha parabolické antény má ve srovnání s její vlnovou délkou velmi velké rozměry. Geometrická optika, která závisí na paprscích a vlnových frontách, se používá k poznání určitých vlastností těchto antén. Některé důležité vlastnosti těchto antén lze studovat pomocí paprskové optiky a dalších antén pomocí teorie elektromagnetického pole.

Parabolická anténa

Jednou z užitečných vlastností této antény je přeměna rozbíhající se sférické vlnoplochy na paralelní vlnovou frontu, která vytváří úzký paprsek antény. Mezi různé typy krmiv, které používají tento parabolický reflektor, patří rohové, kartézské a dipólové.

V tomto článku jste studovali různé typy antén a jejich aplikace v bezdrátové komunikaci a použití antén při přenosu a přijímání dat. Pokud potřebujete pomoc ohledně tohoto článku, kontaktujte nás komentářem v sekci komentářů níže.

foto úvěry: