Nykyaikaisessa tietoyhteiskunnassa nautimme arjen langattomista yhteyksistä. Matkapuhelinpuhelut, Wi-Fi-internetyhteys ja GPS-navigointi – näiden ihmeiden ydinsankari on pieni antenni . Antenni toimii langattoman viestinnän 'suuna' ja 'korvina', ja se suorittaa kriittisen muuntamisen piirisignaaleista sähkömagneettisiksi aalloksi avaruudessa.
Sen arvioimiseksi, onko antenni hyvä vai huono, emme tarvitse monimutkaisia matemaattisia kaavoja. meidän on vain ymmärrettävä niiden useat keskeiset roolit. Käytämme jokapäiväisiä analogioita syventyäksemme neljään antennin suorituskyvyn mittaamiseen käytettävään ydinmittariin.
Johdanto: Antennin toiminto — Kahden maailman yhdistäminen
Antenni on pohjimmiltaan muunnin . Se toimii kuin puhelin, jonka toinen pää on kytketty elektroniikkalaitteeseesi (puhuminen) ja toinen pää valtavaan vapaaseen tilaan (kuuntelu ja puhuminen). Sen tehtävänä on muuntaa tehokkaasti laitteen sisällä olevaa kaapelia pitkin kulkevat sähköiset signaalit sähkömagneettisiksi aalloksi, jotka etenevät ilmassa ja päinvastoin.
Antennin suorituskyvyn ymmärtämiseksi tarkastelemme pääasiassa sitä, kuinka selvästi se 'puhuu', kuinka herkästi se 'kuuntelee' ja kuinka 'vaivattomasti' se suorittaa tämän muunnoksen.
Energian keskittämisen taide: Suuntaus ja voitto
Keskeiset mittarit: voitto ja suuntaus
Vahvistus on antennin tärkein mittari; se mittaa antennin kykyä keskittää energiaa tiettyyn suuntaan.
Tavallinen hehkulamppu (Omnidirectional Antenna): Omnisuuntainen antenni jakaa signaalienergian tasaisesti kaikkiin suuntiin, aivan kuten tavallinen hehkulamppu, joka valaisee koko huoneen. Etuna on laaja peitto – voit vastaanottaa signaalin suunnasta riippumatta (kuten matkapuhelimeen sisäänrakennettu antenni). Haittapuolena on, että koska energia on hajallaan, signaalin voimakkuus mihin tahansa suuntaan on alhainen, mikä rajoittaa kantamaa.
Kohdistettu taskulamppu (High-Gain Antenna): Korkean vahvistuksen antenni on kuin kohdistettu taskulamppu; se uhraa kattavuuden muihin suuntiin keskittääkseen suurimman osan energiasta hyvin kapeaan kulmaan. Tämän tekemisen etuna on, että signaalista tulee erittäin vahva kyseiseen suuntaan, mikä mahdollistaa erittäin pitkän matkan viestinnän (kuten satelliittiantennit tai suuntatut tukiasemaantennit).
Yhteenveto: Vahvistusta ei synny antenni itse; pikemminkin se on sen kyky kohdistaa rajallinen energia uudelleen . Mitä suurempi vahvistus, sitä kapeampi säteen leveys.
Sähkönsäästön salaisuus: Säteilytehokkuus ('Vuotava hana')
Avainmittari: Säteilytehokkuus (tehokkuus)
Antennitehokkuus mittaa sitä osuutta antenniin syötetystä sähkötehosta, joka aidosti muunnetaan säteileviksi sähkömagneettisiksi aalloksi sen sijaan, että se menisi hukkaan.
Vuotava hana: Kun sähkövirtaa syötetään antenniin, antennin sisällä olevat metallijohtimet tuottavat lämpöä vastuksen vuoksi tai energia imeytyy materiaalihäviöiden vuoksi. Tämä vastaa vettä, joka vuotaa hanan reiästä. Tämä hukattu energia muunnetaan lämmöksi, eikä se vaikuta signaaliin ilmassa.
Tehokas antenni: Tehokas antenni tarkoittaa, että sen 'putkisto' on hyvin suunniteltu minimaalisella häviöllä, mikä varmistaa, että lähes kaikki tuloteho muunnetaan tehokkaaksi signaaliksi. Mobiililaitteille korkea hyötysuhde on kriittinen, koska se auttaa pidentämään akun käyttöikää.
Smooth Pipeline: Impedanssin sovitus ('Vesiputkiliitäntä' -sovitus)
Avainmittari: Jännitteen seisova aaltosuhde (VSWR) ja impedanssin sovitus
Jotta signaali voisi virrata tasaisesti kaapelista (siirtolinjasta) antenniin, kahden liitoskohdan sähköisten ominaisuuksien on 'vastattava' - tätä kutsutaan impedanssisovitukseksi..
Virheellinen putkiliitäntä: Jos antennin tuloimpedanssi ei vastaa siirtolinjan ominaisimpedanssia, se on kuin yrittäisit yhdistää suuren vesiputken pieneen liittimeen. Vesi (signaalienergia) heijastuu takaisin rajapinnalle.
Signaalin heijastus: Tämä heijastunut energia ei vain mene hukkaan, vaan se voi myös häiritä lähetintä ja aiheuttaa seisovien aaltojen muodostumista siirtolinjalle.
Jännitteen seisova aaltosuhde (VSWR): VSWR on mittari, jota käytetään mittaamaan tämän liitännän 'sopivuutta'. Ihanteellinen 1:1 VSWR tarkoittaa täydellistä yhteensopivuutta (ei heijastusta), kun taas suurempi luku (esim. 3:1 ) tarkoittaa enemmän signaalin heijastusta ja energianhukkaa.
Kädenpuristusasento: polarisaatio (sovittu 'asento')
Avainmittari: Polarisaatio
Polarisaatio määrittää suunnan, johon sähkömagneettisen aallon sähkökenttävektori värähtelee avaruudessa.
Sovittu kättelyasento: Jotta antenni vastaanottaa suurimman mahdollisen määrän signaalienergiaa, sen on käytettävä samaa tai vastaavaa polarisaatiota kuin lähettävä antenni. Jos lähettävä antenni käyttää pystypolarisaatiota (sähkökenttä on kohtisuorassa maahan) ja vastaanottoantenni käyttää vaakapolarisaatiota, se on kuin kaksi ihmistä ojentaisivat kätensä eri tavoin – he eivät voi onnistuneesti 'kätellä'.
Polarisaatiovirhe: Tämä polarisaation epäjohdonmukaisuus johtaa signaalienergian vakavaan häviöön, joka tunnetaan nimellä polarisaatioepäsopivuushäviö . Siksi kiinteissä viestintäjärjestelmissä sekä lähettimen että vastaanottimen on kalibroitava tiukasti polarisaatiosuuntansa.
Johtopäätös: Sopivin on paras
Antennisuunnittelun taito perustuu tasapainottamiseen . näiden mittareiden
Matkapuhelimen antennien on uhrattava voitto vastineeksi jokasuuntaisesta peittoalueesta, korkeasta tehokkuudesta ja hyvästä yhteensopivuudesta, jotta voit varmistaa, että voit soittaa puhelun missä tahansa asennossa tai missä tahansa paikassa.
Satelliittivastaanotinantennit tavoittelevat erittäin suurta vahvistusta ja suuntaavuutta käyttämällä tehokasta 'taskulamppua' tähtäämään kaukaiseen signaalilähteeseen.
Ei ole olemassa ehdotonta 'paras' antennia, vain 'sopivin ' antenni. Näiden keskeisten mittareiden ymmärtäminen antaa sinulle avaimen minkä tahansa langattoman viestintäjärjestelmän suorituskyvyn arvioimiseen.
