'مشعل' و 'ضربه' در دنیای بی سیم

در جامعه اطلاعاتی مدرن، ما از اتصال بی سیم در همه جا لذت می بریم. تماس‌های تلفن همراه، دسترسی به اینترنت Wi-Fi، و ناوبری GPS - قهرمان اصلی پشت این معجزات آنتن کوچک است . این آنتن که به عنوان 'دهان' و 'گوش' ارتباطات بی سیم عمل می کند، تبدیل حیاتی را از سیگنال های مدار به امواج الکترومغناطیسی در فضا انجام می دهد.

برای ارزیابی خوب یا بد بودن آنتن، به فرمول های پیچیده ریاضی نیاز نداریم. ما فقط باید چندین نقش کلیدی آنها را درک کنیم. بیایید از قیاس های روزمره برای بررسی چهار معیار اصلی مورد استفاده برای اندازه گیری عملکرد آنتن استفاده کنیم.

مقدمه: عملکرد آنتن - اتصال دو جهان

آنتن اساساً یک مبدل است . مانند یک تلفن عمل می کند که یک طرف آن به دستگاه الکترونیکی شما (صحبت کردن) متصل است و سر دیگر آن رو به فضای وسیعی از فضای آزاد (گوش دادن و صحبت کردن) است. وظیفه آن تبدیل موثر سیگنال های الکتریکی در طول یک کابل در داخل دستگاه به امواج الکترومغناطیسی است که در هوا منتشر می شوند و بالعکس.

برای درک عملکرد آنتن، ما عمدتاً به این می‌پردازیم که چقدر واضح 'صحبت می‌کند' با حساسیت 'گوش می‌کند' و چگونه 'بی زحمت' این تبدیل را انجام می‌دهد.

هنر تمرکز انرژی: جهت گیری و سود

معیارهای کلیدی: سود و جهت

بهره  مهم ترین معیار برای یک آنتن است. توانایی آنتن برای تمرکز انرژی در یک جهت خاص را اندازه گیری می کند.

لامپ معمولی (آنتن همه جهته):  یک آنتن همه جهته انرژی سیگنال را به طور مساوی در همه جهات توزیع می کند، درست مانند یک لامپ استاندارد که کل اتاق را روشن می کند. مزیت آن پوشش گسترده است—شما می توانید سیگنال را بدون توجه به جهت خود دریافت کنید (مانند آنتنی که در تلفن همراه شما تعبیه شده است). اشکال این است که چون انرژی پراکنده است، قدرت سیگنال در هر جهتی کم است و برد را محدود می کند.

چراغ قوه متمرکز (آنتن با بهره بالا):  آنتن با بهره بالا مانند یک چراغ قوه متمرکز است. این پوشش را در جهات دیگر قربانی می کند تا اکثریت قریب به اتفاق انرژی را در یک زاویه بسیار باریک متمرکز کند. مزیت انجام این کار این است که سیگنال در آن جهت خاص بسیار قوی می شود و امکان ارتباط از راه دور فوق العاده (مانند دیش های ماهواره یا آنتن های ایستگاه پایه جهت دار) را فراهم می کند.

خلاصه:  سود توسط خود آنتن ایجاد نمی شود. بلکه توانایی آن در تخصیص مجدد انرژی محدود است . هر چه بهره بیشتر باشد، پهنای پرتو باریکتر است.

راز صرفه جویی در مصرف برق: راندمان تشعشع ('شیر آب نشت کننده')

معیار اصلی: راندمان تابش (بازده)

راندمان آنتن  نسبت برق ورودی به آنتن را اندازه گیری می کند که امواج الکترومغناطیسی تابشی تبدیل می شود.به جای هدر رفتن، واقعاً به

شیر آب نشتی:  هنگامی که نیروی الکتریکی به آنتن وارد می شود، هادی های فلزی داخل آنتن به دلیل مقاومت گرما تولید می کنند یا انرژی به دلیل تلفات مواد جذب می شود. این شبیه به نشت آب از سوراخ یک شیر آب است. این انرژی از دست رفته به گرما تبدیل می شود و نمی کند. به سیگنال موجود در هوا کمک

آنتن با راندمان بالا:  یک آنتن با راندمان بالا به این معنی است که 'لوله' آن به خوبی با حداقل تلفات طراحی شده است و تضمین می کند که تقریباً تمام توان ورودی به یک سیگنال مؤثر تبدیل می شود. برای دستگاه های تلفن همراه، راندمان بالا بسیار مهم است زیرا به افزایش عمر باتری کمک می کند.

خط لوله صاف: تطبیق امپدانس (مناسب 'اتصال لوله آب')

متریک کلیدی: نسبت موج ایستاده ولتاژ (VSWR) و تطبیق امپدانس

برای اینکه سیگنال به آرامی از کابل (خط انتقال) به داخل آنتن جریان یابد، ویژگی های الکتریکی دو جزء در نقطه اتصال باید 'مطابق باشند' - به این تطابق امپدانس می گویند..

عدم تطابق رابط خط لوله:  اگر امپدانس ورودی آنتن با امپدانس مشخصه خط انتقال مطابقت نداشته باشد، مانند تلاش برای اتصال یک لوله آب بزرگ به یک کانکتور کوچک است. آب (انرژی سیگنال) در رابط منعکس می شود.

انعکاس سیگنال:  این انرژی منعکس شده نه تنها هدر می رود بلکه می تواند با فرستنده تداخل ایجاد کند و باعث ایجاد امواج ایستاده  در خط انتقال شود.

نسبت موج ایستاده ولتاژ (VSWR):  VSWR معیاری است که برای اندازه‌گیری میزان مناسب بودن این رابط استفاده می‌شود. 1:1 به معنای  VSWR ایده‌آل تطابق کامل  (بدون انعکاس) است، در حالی که عدد بالاتر (مثلاً 3:1 ) نشان‌دهنده انعکاس سیگنال بیشتر و اتلاف انرژی بیشتر است.

وضعیت دست دادن: پلاریزاسیون (موضع مورد توافق)

متریک کلیدی: قطبش

قطبش جهتی را که بردار میدان الکتریکی موج الکترومغناطیسی در فضا نوسان می کند، مشخص می کند.

موضع دست دادن توافق شده:  برای اینکه یک آنتن حداکثر میزان انرژی سیگنال را دریافت کند، باید از همان قطبش یا قطبش مشابه  آنتن فرستنده استفاده کند. اگر آنتن فرستنده از قطبش عمودی استفاده کند (میدان الکتریکی عمود بر زمین است) و آنتن گیرنده از قطبش افقی استفاده کند، مانند این است که دو نفر دست های خود را به روش های مختلف دراز می کنند—آنها نمی توانند با موفقیت 'دست بدهند.'.

از دست دادن عدم تطابق قطبی:  این ناهماهنگی در قطبش منجر به از دست دادن شدید انرژی سیگنال می شود که به عنوان کاهش عدم تطابق قطبی شناخته می شود . بنابراین، در سیستم های ارتباطی ثابت، هم فرستنده و هم گیرنده باید جهت قطبش خود را به شدت کالیبره کنند.

نتیجه گیری: مناسب ترین بهترین است

هنر طراحی آنتن در ایجاد تعادل بین  این معیارها نهفته است.

آنتن های تلفن همراه  باید سود را قربانی کنند  در ازای پوشش همه جانبه، راندمان بالا و تطابق خوب،  تا اطمینان حاصل شود که می توانید در هر موقعیت یا مکانی تماس برقرار کنید.

آنتن های دریافت ماهواره  بسیار بالایی را دنبال می کنند . بهره و جهت گیری با استفاده از یک 'چراغ قوه' قدرتمند برای هدف گیری منبع سیگنال دوردست،

هیچ 'بهترین' آنتن مطلق وجود ندارد، فقط ' مناسب ترین ' آنتن وجود دارد. درک این معیارهای اصلی کلید ارزیابی عملکرد هر سیستم ارتباطی بی سیم را به شما می دهد.