Sa malawak na kaharian ng wireless na komunikasyon, ang antena, bilang isang kailangang -kailangan na kritikal na sangkap, ay nagsisilbing isang tulay na nag -uugnay sa mundo ng impormasyon. Ang pagganap nito ay direktang nagdidikta sa kalidad ng komunikasyon. Ang tatlong pangunahing tagapagpahiwatig ng pakinabang ng antena, polariseysyon, at bandwidth ay magkatulad sa mga pundasyon ng isang tulay, na sumusuporta sa pag -andar ng antena. Ang isang malalim na pag -unawa sa tatlong mga tagapagpahiwatig na ito ay mahalaga para sa pag -optimize ng mga wireless na sistema ng komunikasyon at pagpapahusay ng kalidad ng paghahatid at pagtanggap ng signal. Sa ibaba, sinusunod namin ang bawat isa sa mga pangunahing tagapagpahiwatig na ito nang sunud -sunod.
I. Antenna Gain: Ang 'Mekanismo ng Pag -focus sa ' para sa konsentrasyon ng signal
(1) Kahulugan at konotasyon ng pakinabang
Ang Antenna Gain ay isang pangunahing sukatan na ginagamit sa dami na kilalanin ang lawak kung saan ang isang antena ay tumutok at nag -radiates ng lakas ng pag -input. Mula sa isang pananaw sa komunikasyon, ipinapakita nito ang pagiging epektibo ng antena sa pagbuo ng mga signal sa loob ng isang tiyak na direksyon. Sa isang mainam na senaryo, ang isang isotropic radiator na may pantay na pamamahagi ng kuryente ay sumasalamin sa enerhiya na omnidirectionally sa kalawakan. Para sa tulad ng isang radiator, ang pakinabang ay tinukoy bilang 1, katumbas ng 0dB kapag ipinahayag sa mga decibel. Gayunpaman, ang mga praktikal na antenna, sa pamamagitan ng meticulously engineered na mga istraktura, ay lumihis mula sa pantay na pattern ng radiation na ito, madiskarteng pag-concentrate ng enerhiya para sa radiation sa mga tiyak na direksyon, sa gayon nakakamit ang isang pakinabang na higit na mataas sa isang perpektong point-source antenna.
Sa matematika, ang pakinabang ng antena ay ang ratio ng parisukat ng intensity ng patlang na nabuo ng aktwal na antena sa ginawa ng isang mainam na elemento ng radiating sa parehong spatial point, na binigyan ng pantay na lakas ng pag -input, ibig sabihin, ang ratio ng kuryente. Halimbawa, upang makabuo ng isang senyas ng isang partikular na intensity sa isang spatial point, ang isang mainam na mapagkukunan ng radiation ay maaaring mangailangan ng isang lakas ng pag -input ng 126W. Kapag gumagamit ng isang antena na may pakinabang na 18dBD, ang mga kalkulasyon ay nagpapakita na ang isang 2W lamang ng lakas ng pag -input ay sapat na upang makamit ang parehong kinalabasan. Ito ay malinaw na naglalarawan ng 'amplification-like ' na epekto ng antena na nakakuha sa mga signal. Mahalaga, ang 'amplification ' na ito ay hindi nagsasangkot ng isang aktwal na pagtaas ng lakas ng signal, tulad ng sa mga aktibong circuit, ngunit sa halip isang mas mahusay na direksyon na paglalaan ng enerhiya.
(2) Mga pamamaraan ng pagkalkula ng pakinabang
Ang pagkalkula ng aktwal na pakinabang ng antena ay hindi isang prangka na proseso ng aritmetika; Ito ay produkto ng koepisyent ng direktoryo at kahusayan ng antena. Ang koepisyent ng direktoryo ay tinutukoy ang ratio ng intensity ng radiation ng antena sa pinakamataas na direksyon ng radiation nito sa average na intensity ng radiation ng isang mainam na point-source antena, intuitively na nagpapakita ng kapasidad ng antena upang ituon ang enerhiya sa isang tiyak na direksyon. Ang mga kahusayan ng antena para sa hindi maiiwasang pagkalugi ng enerhiya sa panahon ng pag -convert ng lakas ng pag -input sa radiated na kapangyarihan, tulad ng mga pagkalugi ng thermal na nagmula sa mga resistive na katangian ng materyal na antena.
Ang mga magkakaibang uri ng antena ay gumagamit ng natatanging mga pamamaraan ng pagkalkula ng pagkakaroon. Para sa karaniwang parabolic antenna, ang pakinabang ay maaaring ma -approximate gamit ang formula g (dbi) = 10lg {4.5 × (d/λ0) ²}, kung saan ang D ay nagpapahiwatig ng diameter ng parabolic reflector, ang λ0 ay ang gitnang operating wavelength, at ang 4.5 ay empirical data na nagmula sa malawak na praktikal na mga obserbasyon. Ang pakinabang ng isang vertical omnidirectional antenna ay maaaring tinantya sa pamamagitan ng g (dBi) = 10lg {2l/λ0}, na may l na kumakatawan sa haba ng antena. Bilang karagdagan, ang pakinabang ay maaaring kalkulahin batay sa half-power (3DB) beamwidth sa dalawang punong eroplano (e-eroplano at h-eroplano) gamit ang formula g (dbi) = 10lg {32000/(2θ3db, e × 2θ3db, h)}, kung saan 2θ3db, e at 2θdb, h ang mga beamwidths sa mga nagpapatuloy na punong-guro na plano, 32000 din ang data ng empirikal.
(3) Mga praktikal na aplikasyon ng pakinabang
Sa mga mahabang senaryo ng komunikasyon, ang mga high-gain antenna, na katulad ng mga instrumento ng katumpakan, ay may mahalagang papel. Kumuha ng komunikasyon sa satellite: Ang malaking distansya sa pagitan ng mga satellite at mga istasyon ng lupa ay nagreresulta sa makabuluhang pagpapalambing ng signal sa panahon ng paghahatid. Dito, ang mga high-gain antenna ay maaaring matindi ang pagtuon ng enerhiya ng signal, na nagpapagana sa paglalakad ng malawak na distansya ng spatial at tumpak na maabot ang target na tatanggap. Sa komunikasyon ng microwave relay, tinitiyak ng mga high-gain antenna na ang mga signal ay nagpapanatili ng sapat na lakas sa kahabaan ng napakahabang landas ng paghahatid, pinadali ang matatag at maaasahang mga link sa komunikasyon.
Sa kabaligtaran, sa mga maikling kapaligiran ng komunikasyon tulad ng panloob na wireless na saklaw, naiiba ang sitwasyon. Ang kumplikadong panloob na setting ay hinihingi ang pantay na pamamahagi ng signal sa maraming mga direksyon upang magsilbi sa mga gumagamit sa iba't ibang lokasyon. Samakatuwid, ang mababang-nakakuha, omnidirectional antenna ay nakararami na ginagamit. Ang mga antenna na ito ay gumana tulad ng mga spreader ng signal; Bagaman ang lakas ng signal sa anumang solong direksyon ay medyo katamtaman, maaari silang mag -radiate ng mga signal ng omnidirectionally sa loob ng isang tinukoy na saklaw, na nagbibigay ng medyo pantay na saklaw ng signal para sa mga panloob na gumagamit.
Ii. Antenna polariseysyon: Ang 'spatial orientation ' ng mga electromagnetic waves
(1) Kahulugan at kakanyahan ng polariseysyon
Ang polariseysyon ay isang pisikal na dami na tiyak na naglalarawan ng spatial orientation ng electric field vector ng electromagnetic waves, malalim na inilalantad ang temporal na pagkakaiba -iba ng batas ng direksyon ng electric field ng mga alon na radiated ng antena. Mula sa isang mikroskopikong pananaw, ang polariseysyon ay sumasalamin sa rotational mode at orientational na mga katangian ng vector ng electric field sa espasyo, isang pag -aari na nagpapakita ng isang malalim na impluwensya sa mga kakayahan ng paghahatid ng signal at pagtanggap ng antena.
(2) Pagtatasa ng mga uri ng polariseysyon
Ang polariseysyon ng antena ay sumasaklaw sa tatlong pangunahing kategorya: linear polariseysyon, pabilog na polariseysyon, at elliptical polariseysyon. Ang linear polariseysyon ay karagdagang nahahati sa pahalang at patayong polariseysyon. Ang isang patayo na polarized na alon ay may direksyon ng patlang ng kuryente na patayo sa lupa, habang ang isang pahalang na polarized na alon ay may direksyon ng electric field na kahanay sa lupa. Bilang karagdagan, ang mga polarisasyon sa 45 ° sa lupa, tulad ng +45 ° o -45 °, ay nahuhulog sa ilalim ng kategorya ng linear polariseysyon. Ang pabilog na polariseysyon ay inuri sa kaliwang pabilog na polariseysyon at kanang kamay na pabilog na polariseysyon batay sa direksyon ng pag-ikot ng vector ng electric field, na ang spatial trajectory ay pabilog. Ang elliptical polarization ay isang mas pangkalahatang form, pinagsasama ang mga tampok ng linear at pabilog na polariseysyon, na may electric field vector na sumusubaybay sa isang elliptical path sa espasyo. Ang parehong pabilog at linear polarizations ay maaaring ituring bilang mga espesyal na kaso ng elliptical polariseysyon sa ilalim ng mga tiyak na kondisyon.
(3) Mga halimbawa ng aplikasyon ng polariseysyon sa iba't ibang larangan
Sa pag-broadcast ng radyo at telebisyon, ang vertical polarization ay madalas na pinagtibay upang matiyak ang matatag na saklaw ng signal ng malawak na lugar. Ito ay dahil ang mga patayo na polarized na alon ay medyo hindi madaling kapitan ng pagmuni -muni ng lupa at mga epekto ng multipath sa panahon ng pagpapalaganap, pagpapagana ng matatag na paghahatid ng signal.
Ang mga mobile na istasyon ng base ng mobile na antenna ay nakararami na gumagamit ng pahalang na polariseysyon o ± 45 ° cross-polarization. Ang pahalang na polariseysyon ay nag-aalok ng mga pakinabang sa pag-iwas sa pagkagambala ng co-channel, habang ang ± 45 ° cross-polarization ay mas mahusay na umaangkop sa kumplikado at dynamic na kapaligiran ng komunikasyon ng mobile, pagpapahusay ng kakayahang makatanggap ng mga signal mula sa magkakaibang mga direksyon at pagpapabuti ng pagiging maaasahan at kapasidad ng sistema ng komunikasyon.
Sa komunikasyon ng satellite, ang pabilog na polarized antenna ay ginustong. Dahil sa patuloy na mga pagkakaiba -iba ng saloobin ng mga satellite sa kalawakan at ang pagkagambala mula sa iba't ibang mga kumplikadong kadahilanan sa panahon ng pagpapalaganap ng signal, ang pabilog na polarized antenna ay maaaring mabawasan ang pagkawala ng signal na sanhi ng pag -iwas sa polariseysyon, tinitiyak ang hindi pinagtibay na komunikasyon sa pagitan ng mga satellite at mga istasyon ng lupa.
Sa mga sistema ng RFID, ang pabilog na polarized antenna ay mahalaga din. Pinapagana nila ang epektibong pagkilala ng mga tag sa iba't ibang mga orientation, makabuluhang pagpapahusay ng kahusayan at kawastuhan ng pagkilala ng system, at pagbibigay ng matatag na suporta para sa maraming mga sitwasyon ng aplikasyon tulad ng pamamahala ng logistik at mga sistema ng control control.
III. Antenna Bandwidth: Ang 'Frequency Range ' para sa epektibong operasyon
(1) Kahulugan ng bandwidth
Ang antena bandwidth ay tumutukoy sa saklaw ng dalas sa loob kung saan ang antena ay maaaring gumana nang epektibo. Sa loob ng saklaw na ito, ang antena ay nakakatugon sa mga paunang natukoy na pamantayan sa pagganap, kabilang ang pakinabang, nakatayo na ratio ng alon, at mga katangian ng polariseysyon. Nagsisilbi itong isang dalas na banda kung saan ang mga signal ng iba't ibang mga frequency ay maaaring maipadala at matanggap, kasama ang antena na tinitiyak ang isang kanais -nais na kapaligiran para sa mga prosesong ito.
(2) Pagkakaiba ng mga uri ng bandwidth
Ang mga karaniwang kahulugan ng antena bandwidth ay may kasamang ganap na bandwidth at kamag -anak na bandwidth. Ang ganap na bandwidth ay ang pagkakaiba sa pagitan ng itaas at mas mababang mga limitasyon ng saklaw ng operating frequency ng antena, na may mga yunit tulad ng Hertz (Hz), Kilohertz (KHz), o Megahertz (MHz). Halimbawa, ang isang antena na nagpapatakbo mula sa 1GHz hanggang 2GHz ay may ganap na bandwidth ng 1GHz. Ang kamag -anak na bandwidth ay ang ratio ng ganap na bandwidth sa dalas ng sentro, na karaniwang ipinahayag bilang isang porsyento. Ang dalas ng sentro ay maaaring kalkulahin gamit ang ibig sabihin ng aritmetika, fCenter = (fmax + fmin)/2, o ang ibig sabihin ng geometric, na higit na laganap sa isang logarithmic scale, fCenter = sqrt (fmax⋅fmin). Ang kamag -anak na bandwidth ay maaari ring makalkula bilang bwrel = 2*(fmax - fmin)/(fmax + fmin) × 100%. Karaniwan, ang mga makitid na antenna ay may isang kamag-anak na bandwidth na mas mababa sa 5%, ang mga wideband antenna ay saklaw mula 5%hanggang 25%, at ang mga ultra-wideband antenna ay lumampas sa 25%.
(3) Mga kinakailangan sa aplikasyon ng bandwidth sa iba't ibang mga sitwasyon
Ang mga makitid na antenna, dahil sa kanilang malakas na pagpili ng dalas, ay nagtatrabaho sa mga sistema ng komunikasyon na nangangailangan ng mataas na katumpakan ng dalas. Halimbawa, sa paghahatid ng radyo at telebisyon, kung saan ang mga frequency ng operating ay medyo naayos, ang mga makitid na antenna ay nagbibigay ng matatag na paghahatid ng signal sa mga tiyak na dalas, pag -iwas sa pagkagambala mula sa iba pang mga signal ng dalas. Ang mga dalubhasang sistema ng komunikasyon ng wireless, tulad ng mga nasa ilang mga pang -industriya na kontrol ng mga domain na may mahigpit na mga kinakailangan para sa katatagan ng dalas at kaligtasan sa sakit, ay nakikinabang din mula sa mga makitid na antenna.
Ang mga antenna ng Wideband ay angkop para sa mga kumplikadong mga sitwasyon sa komunikasyon na nangangailangan ng saklaw ng maraming mga dalas na banda. Sa mga istasyon ng base ng mobile na komunikasyon, ang umuusbong na teknolohiya ng komunikasyon ay nangangailangan ng suporta para sa paghahatid ng signal ng multi-band upang matugunan ang magkakaibang mga kahilingan ng gumagamit at serbisyo. Ang mga antenna ng Wideband ay nagpapanatili ng kasiya -siyang pagganap sa isang malawak na saklaw ng dalas, tinitiyak ang mahusay na komunikasyon sa pagitan ng mga istasyon ng base at iba't ibang mga aparato ng terminal. Katulad nito, ang mga wireless na lokal na network ng lugar (WLAN) ay umaasa sa mga wideband antenna upang mapaunlakan ang mga wireless na aparato ng iba't ibang mga pamantayan at dalas na banda, na nag-aalok ng mga gumagamit na maginhawa at mataas na bilis ng koneksyon sa network.
Ang mga antenna ng ultra-wideband ay naglalaro ng isang natatanging papel sa pagtuklas ng radar. Ang kanilang malawak na bandwidth ay nagbibigay ng mga kakayahan sa target na resolusyon ng high-resolution, na nagpapagana ng tumpak na pagkilala sa posisyon ng target, hugis, at katayuan ng paggalaw. Sa maikling-saklaw na komunikasyon na high-speed, tulad ng panloob na paghahatid ng data ng high-speed, ang mga ultra-wideband antenna ay gumagamit ng kanilang malaking bandwidth upang makamit ang mga rate ng data ng maraming mga gigabits bawat segundo, na nakakatugon sa demand para sa high-speed, malaking kapasidad na paghahatid ng data.
Iv. Pag -uugnay at komprehensibong pagsasaalang -alang ng tatlong mga tagapagpahiwatig
Ang tatlong pangunahing tagapagpahiwatig ng pakinabang ng antena, polariseysyon, at bandwidth ay hindi nakahiwalay; Ang mga ito ay magkakaugnay at kapwa maimpluwensyahan. Ang disenyo ng antena ay madalas na nangangailangan ng maingat na mga trade-off at pag-optimize sa mga tagapagpahiwatig na ito.
Ang pagtaas ng pakinabang ng antena ay karaniwang nagsasangkot ng pag -iwas sa beamwidth ng radiation. Habang pinapahusay nito ang lakas ng signal sa isang tiyak na direksyon, sabay -sabay itong binabawasan ang bandwidth. Ito ay dahil ang pagdidikit ng beamwidth ay nagbabago sa tugon ng antena sa mga signal ng iba't ibang mga frequency, na pag -urong ng epektibong saklaw ng dalas ng operating.
Ang mga katangian ng polarisasyon ay nakakaapekto rin sa bandwidth ng antena at pagkakaroon ng pagganap. Ang mga antenna na may iba't ibang mga mode ng polariseysyon ay nagpapakita ng natatanging mga pamamahagi ng spatial at mga pattern ng pagkakaiba -iba ng vector ng electric field sa panahon ng signal radiation at pagtanggap, na humahantong sa mga pagkakaiba sa kanilang mga kakayahan sa pagkabit na may mga senyas ng iba't ibang mga frequency. Halimbawa, ang isang pabilog na polarized antenna ay maaaring magpakita ng mahusay na pagganap ng pagkakaroon sa loob ng ilang mga saklaw ng dalas ngunit ang karanasan ay nakakakuha ng pagkasira sa iba dahil sa mga kadahilanan tulad ng polariseysyon na mismatch, sa gayon nakakaapekto sa pagganap ng bandwidth.
Sa mga praktikal na aplikasyon, ang isang komprehensibong pagsasaalang -alang sa tatlong mga tagapagpahiwatig na ito ay mahalaga batay sa mga tiyak na kinakailangan sa komunikasyon at mga sitwasyon kapag pumipili o nagdidisenyo ng isang naaangkop na antena. Halimbawa, sa isang bulubunduking proyekto ng komunikasyon na may mataas na hinihingi sa saklaw ng saklaw ng signal, direksyon, at mahigpit na dalas ng mga hadlang ng banda, isang mataas na pakinabang, makitid na antena na may mode na polariseysyon na angkop para sa bulubunduking lupain ay maaaring kailanganin upang matiyak ang mga signal na sumakay sa kumplikadong lupain at tumpak na takpan ang target na lugar. Sa isang malaking kapaligiran sa komunikasyon sa panloob na mall, na kailangang suportahan ang maraming mga wireless na aparato at may mataas na mga kinakailangan para sa signal bandwidth at pagkakapareho ng saklaw, ang isang wideband, mababang-nakakuha ng antena na may isang mode na polariseysyon na naaangkop sa mga kumplikadong panloob na pagmumuni-muni ay mas angkop, na nagbibigay ng matatag at mataas na bilis ng wireless na serbisyo sa network para sa mga customer at kawani.
Sa buod, ang isang masusing pag -unawa sa tatlong pangunahing mga tagapagpahiwatig ng antena gain, polariseysyon, at bandwidth, kasama ang kanilang mga ugnayan, ay bumubuo ng pundasyon para sa pagkamit ng mahusay at maaasahang wireless na komunikasyon. Sa pamamagitan lamang ng makatuwiran na pag -optimize at pagsasaayos ng mga tagapagpahiwatig na ito batay sa mga tiyak na pangangailangan sa mga praktikal na aplikasyon ay maaaring maghatid ng mga antenna ang pinakamainam na pagganap, na nagbibigay ng isang matatag na pundasyon para sa pagsulong ng wireless na komunikasyon.
