Een antenne is een apparaat dat dient als een interface tussen een elektrisch circuit en de ruimte, ontworpen om elektromagnetische golven in een bepaald frequentiebereik te verzenden en te ontvangen in overeenstemming met zijn eigen grootte en vorm. Het is gemaakt van metaal, voornamelijk koper of aluminium, zendantennes kunnen elektrische stroom omzetten in elektromagnetische straling en omgekeerd. Elk draadloos apparaat bevat ten minste één antenne.
Draadloze netwerk radiogolven
Als er behoefte is aan draadloze communicatie, is een antenne nodig. Het heeft de mogelijkheid om elektromagnetische golven te verzenden of te ontvangen om te communiceren waar een bekabeld systeem niet kan worden geïnstalleerd.
De antenne is het belangrijkste element van deze draadloze technologie. Radiogolven worden gemakkelijk gecreëerd en worden veel gebruikt voor zowel binnen- als buitencommunicatie vanwege hun vermogen om door gebouwen te gaan en lange afstanden af te leggen.
Belangrijkste kenmerken van het verzenden van antennes:
- Omdat radiotransmissie omnidirectioneel is, is fysieke afstemming nodigzender en ontvanger zijn vereist.
- De frequentie van radiogolven bepa alt veel transmissiekarakteristieken.
- Bij lage frequenties kunnen golven gemakkelijk door obstakels heen. Hun kracht neemt echter af met het inverse kwadraat van de afstand.
- Hogere frequentiegolven worden eerder geabsorbeerd en worden weerkaatst op obstakels. Vanwege het lange zendbereik van radiogolven is interferentie tussen uitzendingen een probleem.
- Op de VLF-, LF- en MF-banden volgt golfvoortplanting, ook wel grondgolven genoemd, de kromming van de aarde.
- Het maximale zendbereik van deze golven ligt in de orde van honderden kilometers.
- Zendantennes worden gebruikt voor uitzendingen met een lage bandbreedte, zoals uitzendingen met amplitudemodulatie (AM).
- HF- en VHF-banduitzendingen worden geabsorbeerd door de atmosfeer nabij het aardoppervlak. Een deel van de straling, genaamd skywave, plant zich echter naar buiten en naar boven voort naar de ionosfeer in de bovenste atmosfeer. De ionosfeer bevat geïoniseerde deeltjes gevormd door de straling van de zon. Deze geïoniseerde deeltjes reflecteren luchtgolven terug naar de aarde.
Golfvoortplanting
- Zichtlijnvoortplanting. Van alle distributiemethoden is dit de meest voorkomende. De golf legt de minimale afstand af die met het blote oog kan worden gezien. Vervolgens moet u de zender van de versterker gebruiken om het signaal te versterken en opnieuw te verzenden. Een dergelijke voortplanting zal niet soepel verlopen als er een obstakel is in het transmissiepad. Deze transmissie wordt gebruikt voor infrarood- of microgolftransmissies.
- Grondgolfvoortplanting van een zendantenne. De voortplanting van de golf naar de grond vindt plaats langs de contouren van de aarde. Zo'n golf wordt een directe golf genoemd. De golf buigt soms door het magnetische veld van de aarde en raakt de ontvanger. Zo'n golf kan een gereflecteerde golf worden genoemd.
- Een golf die zich door de atmosfeer van de aarde voortplant, staat bekend als de aardgolf. De directe golf en de gereflecteerde golf geven samen een signaal op het ontvangststation. Wanneer de golf de ontvanger bereikt, stopt de vertraging. Bovendien wordt het signaal gefilterd om vervorming en versterking te voorkomen voor een heldere output. Golven worden uitgezonden vanaf één plaats en waar ze worden ontvangen door vele zendontvangerantennes.
Antenne meetcoördinatensysteem
Als je naar platte modellen kijkt, wordt de gebruiker geconfronteerd met indicatoren van de azimut van het vlak en de hoogte van het vlak van het patroon. De term azimut komt meestal voor in relatie tot "horizon" of "horizontaal", terwijl de term "hoogte" meestal verwijst naar "verticaal". In de figuur is het xy-vlak het azimutvlak.
Het azimutale vlakpatroon wordt gemeten wanneer een meting wordt uitgevoerd door het hele xy-vlak rond de te testen zendontvangerantenne te bewegen. Een hoogtevlak is een vlak loodrecht op het xy-vlak, zoals het yz-vlak. Het hoogteplan legt het hele yz-vlak rond de te testen antenne af.
Samples (azimuts en elevaties) worden vaak weergegeven als plots in polarcoördinaten. Dit geeft de gebruiker de mogelijkheid om eenvoudig te visualiseren hoe de antenne in alle richtingen stra alt, alsof deze al "puntig" of gemonteerd is. Het is soms handig om stralingspatronen in Cartesiaanse coördinaten te tekenen, vooral wanneer er meerdere zijlobben in patronen zijn en waar zijlobniveaus belangrijk zijn.
Basiscommunicatiekenmerken
Antennes zijn essentiële componenten van elk elektrisch circuit, omdat ze zorgen voor de onderlinge verbinding tussen een zender en vrije ruimte of tussen vrije ruimte en een ontvanger. Voordat je het hebt over de soorten antennes, moet je hun eigenschappen kennen.
Antenna Array - De systematische inzet van antennes die samenwerken. De afzonderlijke antennes in een array zijn meestal van hetzelfde type en bevinden zich dicht bij elkaar op een vaste afstand van elkaar. Met de array kunt u de gerichtheid, controle van de hoofdstralen en zijstralen vergroten.
Alle antennes zijn passieve versterking. Passieve versterking wordt gemeten in dBi, wat gerelateerd is aan een theoretische isotrope antenne. Er wordt aangenomen dat het energie gelijkelijk in alle richtingen doorgeeft, maar het bestaat niet in de natuur. De versterking van een ideale halve golf dipoolantenne is 2,15 dBi.
EIRP, of het equivalente isotrope uitgestraalde vermogen van een zendantenne, is een maat voor het maximale vermogen dat een theoretische isotrope antenne zou uitstralen in de richtingmaximale winst. EIRP houdt rekening met de verliezen van stroomleidingen en connectoren en omvat de daadwerkelijke winst. Met EIRP kunnen werkelijk vermogen en veldsterkten worden berekend als de werkelijke zenderversterking en uitgangsvermogen bekend zijn.
Antenne versterking in richtingen
Het wordt gedefinieerd als de verhouding van de vermogensversterking in een bepaalde richting tot de vermogensversterking van de referentieantenne in dezelfde richting. Het is gebruikelijk om een isotrope straler als referentieantenne te gebruiken. In dit geval zal een isotrope emitter verliesloos zijn, zijn energie gelijkmatig in alle richtingen uitstralen. Dit betekent dat de versterking van een isotrope straler G=1 (of 0 dB) is. Het is gebruikelijk om de dBi-eenheid (decibel ten opzichte van een isotrope straler) te gebruiken voor versterking ten opzichte van een isotrope straler.
De versterking, uitgedrukt in dBi, wordt berekend met de volgende formule: GdBi=10Log (GNumeric / GISotropic)=10Log (GNumeric).
Soms wordt een theoretische dipool als referentie gebruikt, dus de eenheid dBd (decibel ten opzichte van de dipool) wordt gebruikt om de versterking ten opzichte van de dipool te beschrijven. Dit blok wordt meestal gebruikt als het gaat om het versterken van omnidirectionele antennes met een hogere versterking. In dit geval is hun versterking 2,2 dBi hoger. Dus als de antenne een versterking van 3 dBu heeft, is de totale versterking 5,2 dBi.
3 dB bundelbreedte
Deze bundelbreedte (of halve krachtbundelbreedte) van de antenne wordt gewoonlijk gespecificeerd voor elk van de hoofdvlakken. De bundelbreedte van 3 dB in elk vlak wordt gedefinieerd als de hoek tussen de punten van de hoofdlob die ten opzichte van de maximale versterking met 3 dB worden verminderd. Bundelbreedte 3 dB - de hoek tussen de twee blauwe lijnen in het poolgebied. In dit voorbeeld is de bundelbreedte van 3 dB in dit vlak ongeveer 37 graden. Antennes met een brede bundelbreedte hebben doorgaans een lage versterking, terwijl antennes met een smalle bundelbreedte een hogere versterking hebben.
Dus een antenne die het grootste deel van zijn energie in een smalle straal, in ten minste één vlak, richt, zal een hogere versterking hebben. De front-to-back ratio (F/B) wordt gebruikt als een maatstaf voor verdienste die probeert het stralingsniveau van de achterkant van een directionele antenne te beschrijven. Kort gezegd is de verhouding van voor naar achter de verhouding van de piekversterking in de voorwaartse richting tot de versterking 180 graden achter de piek. Op een DB-schaal is de verhouding van voor naar achter gewoon het verschil tussen de voorwaartse piekversterking en de versterking 180 graden achter de piek.
Antenne classificatie
Er zijn veel soorten antennes voor verschillende toepassingen, zoals communicatie, radar, metingen, elektromagnetische pulssimulatie (EMP), elektromagnetische compatibiliteit (EMC), enz. Sommige zijn ontworpen om in smalle frequentiebanden te werken, terwijl anderenontworpen om tijdelijke pulsen uit te zenden/ontvangen. Zendantenne Specificaties:
- Fysieke structuur van de antenne.
- Frequentiebanden.
- App-modus.
Hier volgen de soorten antennes volgens de fysieke structuur:
- draad;
- diafragma;
- reflecterend;
- antenne lens;
- microstrip antennes;
- massieve antennes.
Hier volgen de soorten zendantennes, afhankelijk van de gebruiksfrequentie:
- Zeer lage frequentie (VLF).
- Lage frequentie (LF).
- Middenfrequentie (MF).
- Hoge frequentie (HF).
- Zeer hoge frequentie (VHF).
- Ultra Hoge Frequentie (UHF).
- Super Hoge Frequentie (SHF).
- Magnetron golf.
- Radiogolf.
De volgende zijn zend- en ontvangstantennes volgens de toepassingsmodi:
- Punt-naar-punt verbinding.
- Broadcast-applicaties.
- Radarcommunicatie.
- Satellietcommunicatie.
Ontwerpkenmerken
Zendantennes creëren radiofrequentiestraling die zich door de ruimte voortplant. Ontvangende antennes voeren het omgekeerde proces uit: ze ontvangen radiofrequentiestraling en zetten deze om in de gewenste signalen, zoals geluid, beeld in televisiezendantennes en een mobiele telefoon.
Het eenvoudigste type antenne bestaat uit twee metalen staven en staat bekend als een dipool. Een van de meest voorkomende soorten is:een monopoolantenne bestaande uit een staaf die verticaal op een groot metalen bord is geplaatst dat als grondvlak dient. Montage op voertuigen is meestal een monopool en het metalen dak van het voertuig dient als grond. Het ontwerp van de zendantenne, de vorm en grootte bepalen de werkfrequentie en andere stralingskenmerken.
Een van de belangrijke eigenschappen van een antenne is zijn gerichtheid. Bij communicatie tussen twee vaste doelen, zoals bij communicatie tussen twee vaste zendstations, of bij radartoepassingen, is een antenne nodig om de zendenergie rechtstreeks naar de ontvanger te zenden. Omgekeerd, wanneer de zender of ontvanger niet stationair is, zoals bij cellulaire communicatie, is een niet-directioneel systeem vereist. In dergelijke gevallen is een omnidirectionele antenne vereist die alle frequenties uniform in alle richtingen van het horizontale vlak ontvangt, en in het verticale vlak is de straling ongelijk en erg klein, zoals een HF-zendantenne.
Verzenden en ontvangen van bronnen
De zender is de belangrijkste bron van RF-straling. Dit type bestaat uit een geleider waarvan de intensiteit in de tijd fluctueert en zet deze om in radiofrequente straling die zich door de ruimte voortplant. Ontvangstantenne - een apparaat voor het ontvangen van radiofrequenties (RF). Het voert de omgekeerde transmissie uit die door de zender wordt uitgevoerd, ontvangt RF-straling en zet deze om in elektrische stromen in het antennecircuit.
Televisie- en radiozenders gebruiken zendantennes om bepaalde soorten signalen uit te zenden die door de lucht reizen. Deze signalen worden gedetecteerd door ontvangstantennes, die ze omzetten in signalen en worden ontvangen door een geschikt apparaat zoals tv, radio, mobiele telefoon.
Radio- en televisie-ontvangstantennes zijn ontworpen om alleen radiofrequentiestraling te ontvangen en produceren geen radiofrequentiestraling. Mobiele communicatie-apparaten, zoals basisstations, repeaters en mobiele telefoons, hebben speciale zend- en ontvangstantennes die radiofrequentie-energie uitzenden en mobiele netwerken bedienen in overeenstemming met communicatienetwerktechnologieën.
Verschil tussen analoge en digitale antenne:
- De analoge antenne heeft een variabele versterking en werkt in het bereik van 50 km voor DVB-T. Hoe verder de gebruiker zich van de signaalbron bevindt, hoe slechter het signaal.
- Digitale tv ontvangen - de gebruiker ontvangt een goed beeld of helemaal geen beeld. Als het ver van de signaalbron verwijderd is, ontvangt het geen beeld.
- De zendende digitale antenne heeft ingebouwde filters om ruis te verminderen en de beeldkwaliteit te verbeteren.
- Het analoge signaal wordt rechtstreeks naar de tv gestuurd, terwijl het digitale signaal eerst moet worden gedecodeerd. Hiermee kunt u fouten corrigeren, evenals gegevens zoals signaalcompressie voor meer functies zoals extra kanalen, EPG, betaal-tv,interactieve spelletjes, enz.
Dipoolzenders
Dipoolantennes zijn het meest voorkomende omnidirectionele type en verspreiden radiofrequentie (RF) energie 360 graden horizontaal. Deze apparaten zijn ontworpen om te resoneren bij een halve of een kwart golflengte van de toegepaste frequentie. Het kan zo simpel zijn als twee stukken draad, of het kan worden ingekapseld.
Dipole wordt gebruikt in veel bedrijfsnetwerken, kleine kantoren en thuisgebruik (SOHO). Het heeft een typische impedantie die past bij de zender voor maximale vermogensoverdracht. Als de antenne en zender niet overeenkomen, zullen er reflecties optreden op de transmissielijn, die het signaal verslechteren of zelfs de zender beschadigen.
Gerichte focus
Gerichte antennes richten het uitgestraalde vermogen in smalle bundels, wat een aanzienlijke winst in dit proces oplevert. De eigenschappen zijn ook wederzijds. De eigenschappen van een zendantenne, zoals impedantie en versterking, gelden ook voor een ontvangstantenne. Daarom kan dezelfde antenne worden gebruikt om zowel een signaal te verzenden als te ontvangen. De versterking van een sterk gerichte paraboolantenne dient om een zwak signaal te versterken. Dit is een van de redenen waarom ze vaak worden gebruikt voor communicatie over lange afstanden.
Een veelgebruikte richtantenne is een Yagi-Uda-array genaamd Yagi. Het werd uitgevonden door Shintaro Uda en zijn collega Hidetsugu Yagi in 1926. De yagi-antenne gebruikt verschillende elementen omeen gerichte array vormen. Eén aangedreven element, meestal een dipool, verspreidt de RF-energie, de elementen direct voor en achter het aangedreven element stralen de RF-energie opnieuw in en uit fase uit, waardoor het signaal respectievelijk wordt versterkt en vertraagd.
Deze elementen worden parasitaire elementen genoemd. Het element achter de slaaf wordt de reflector genoemd en de elementen voor de slaaf worden regisseurs genoemd. Yagi-antennes hebben een bundelbreedte van 30 tot 80 graden en kunnen meer dan 10 dBi passieve versterking leveren.
De paraboolantenne is het meest bekende type richtantenne. Een parabool is een symmetrische curve en een parabolische reflector is een oppervlak dat een curve beschrijft tijdens een rotatie van 360 graden - een schotel. Paraboolantennes worden gebruikt voor langeafstandsverbindingen tussen gebouwen of grote geografische gebieden.
Semi-directionele sectionele radiatoren
De patchantenne is een semi-directionele straler die gebruik maakt van een platte metalen strip die boven de grond is gemonteerd. Straling van de achterkant van de antenne wordt effectief afgekapt door het grondvlak, waardoor de voorwaartse gerichtheid toeneemt. Dit type antenne wordt ook wel microstripantenne genoemd. Het is meestal rechthoekig en verpakt in een plastic behuizing. Dit type antenne kan worden vervaardigd met standaard PCB-methoden.
De patchantenne kan een bundelbreedte hebben van 30 tot 180 graden entypische versterking is 9 dB. Sectionele antennes zijn een ander type semi-directionele antenne. Sectorantennes bieden een sectorstralingspatroon en worden meestal in een array geïnstalleerd. De bundelbreedte voor een sectorantenne kan variëren van 60 tot 180 graden, waarbij 120 graden typisch is. In een gepartitioneerde array zijn de antennes dicht bij elkaar gemonteerd, waardoor een volledige dekking van 360 graden wordt geboden.
De Yagi-Uda-antenne maken
De Yagi-Uda-antenne was de afgelopen decennia in bijna elk huis zichtbaar.
Het is te zien dat er veel regisseurs zijn om de gerichtheid van de antenne te vergroten. De feeder is een gevouwen dipool. Een reflector is een lang element dat aan het einde van een constructie zit. De volgende specificaties moeten worden toegepast op deze antenne.
| Element | Specificatie |
| Lengte van gecontroleerde elementen | 0.458λ tot 0.5λ |
| Reflectorlengte | 0, 55λ - 0,58λ |
| Directeur duur 1 | 0.45λ |
| Directeur lengte 2 | 0.40λ |
| Duur regisseur 3 | 0.35λ |
| Interval tussen regisseurs | 0.2λ |
| Reflector voor afstand tussen dipolen | 0.35λ |
| Afstand tussen dipolen en regisseur | 0.125λ |
Hieronder staan de voordelen van Yagi-Uda-antennes:
- Hoge winst.
- Hoge focus.
- Eenvoudig gebruik en onderhoud.
- Er wordt minder energie verspild.
- Breder frequentiebereik.
Dit zijn de nadelen van Yagi-Uda-antennes:
- Gevoelig voor lawaai.
- Gevoelig voor atmosferische effecten.
Als de bovenstaande specificaties worden gevolgd, kan de Yagi-Uda-antenne worden ontworpen. Het richtingspatroon van de antenne is zeer efficiënt, zoals te zien is in de afbeelding. De kleine lobben worden onderdrukt en de richting van de hoofdtel wordt vergroot door regisseurs aan de antenne toe te voegen.
