A modern információs társadalomban mindenütt élvezzük a vezeték nélküli kapcsolatot. Mobiltelefonálás, Wi-Fi internet-hozzáférés és GPS-navigáció – a csodák mögött meghúzódó fő hős az apró antenna . A vezeték nélküli kommunikáció 'szájaként' és 'füleként' működő antenna végrehajtja a kritikus átalakítást az áramköri jelekből elektromágneses hullámokká az űrben.
Ahhoz, hogy értékeljük, hogy egy antenna jó vagy rossz, nincs szükségünk bonyolult matematikai képletekre; csak meg kell értenünk az általuk betöltött kulcsszerepeket. Használjunk mindennapi analógiákat, hogy elmélyüljünk az antenna teljesítményének mérésére használt négy alapvető mérőszámban.
Bevezetés: Az antenna funkciója – Két világ összekapcsolása
Az antenna alapvetően egy jelátalakító . Úgy működik, mint egy telefon, amelynek egyik vége az elektronikus eszközhöz csatlakozik (beszél), a másik vége pedig a hatalmas szabad tér felé néz (hallgatás és beszéd). Feladata, hogy a készülék belsejében egy kábelen haladó elektromos jeleket hatékonyan alakítsa át a levegőben terjedő elektromágneses hullámokká, és fordítva.
Az antenna teljesítményének megértéséhez elsősorban azt nézzük, hogy mennyire tisztán 'beszél', milyen érzékenyen 'hallgat', és milyen 'könnyedséggel' hajtja végre ezt az átalakítást.
Az energiakoncentráció művészete: Irányítottság és nyereség
Főbb mutatók: Erősítés és irányultság
Az erősítés az antenna legfontosabb mérőszáma; méri az antenna azon képességét, hogy egy adott irányba koncentrálja az energiát.
A közönséges villanykörte (Omnidirectional Antenna): A körsugárzó antenna egyenletesen osztja el a jelenergiát minden irányba, akárcsak egy normál izzó, amely egy egész helyiséget megvilágít. Az előny a széles lefedettség – iránytól függetlenül fogadhatja a jelet (például a mobiltelefonba épített antenna). Hátránya, hogy mivel az energia szétszórt, a jelerősség bármely irányban alacsony, ami korlátozza a tartományt.
A fókuszált zseblámpa (High-Gain Antenna): A nagy nyereségű antenna olyan, mint egy fókuszált zseblámpa; más irányú lefedettséget áldoz fel, hogy az energia túlnyomó többségét nagyon szűk szögbe koncentrálja. Ennek az az előnye, hogy a jel rendkívül erős lesz az adott irányban, ami lehetővé teszi az ultra-nagy távolságú kommunikációt (például parabolaantennák vagy irányított bázisállomás-antennák).
Összegzés: Az erősítést nem maga az antenna hozza létre; hanem képessége a véges energia újraelosztásának . Minél nagyobb az erősítés, annál szűkebb a sugárszélesség.
Az energiatakarékosság titka: Sugárzás hatékonysága ('The Leaky Faucet')
Főbb mérőszám: Sugárzási hatékonyság (hatékonyság)
Az Antenna Efficiency azt méri, hogy az antennához bevitt elektromos energia mekkora hányada valóban sugárzott elektromágneses hullámokká alakul , ahelyett, hogy elpazarolna.
Szivárgó csap: Amikor az antennába áramot táplálnak, az antennában lévő fémvezetők az ellenállás miatt hőt termelnek, vagy az energia elnyelődik az anyagveszteségek miatt. Ez analóg a csapban lévő lyukból szivárgó vízhez. Ez az elveszett energia hővé alakul, és nem járul hozzá a levegőben lévő jelhez.
Nagy hatékonyságú antenna: A nagy hatásfokú antenna azt jelenti, hogy a 'csövezés' jól megtervezett minimális veszteséggel, így szinte az összes bemeneti teljesítmény hatékony jellé alakul át. A mobileszközök esetében a nagy hatékonyság kritikus fontosságú, mert segít meghosszabbítani az akkumulátor élettartamát.
Sima csővezeték: impedanciaillesztés (a 'vízcsőcsatlakozás' illeszkedés)
Kulcsmutató: feszültség állóhullám-arány (VSWR) és impedanciaillesztés
Annak érdekében, hogy a jel zökkenőmentesen áramolhasson a kábelből (átviteli vonalból) az antennába, a csatlakozási ponton lévő két komponens elektromos jellemzőinek 'egyeznie kell' – ezt nevezik impedanciaillesztésnek..
Nem illő csővezeték interfész: Ha az antenna bemeneti impedanciája nem egyezik az átviteli vonal karakterisztikus impedanciájával, az olyan, mintha egy nagy vízcsövet próbálna csatlakoztatni egy kis csatlakozóhoz. A víz (jelenergia) visszaverődik a felületen.
Jelvisszaverődés: Ez a visszavert energia nemcsak elpazarol, hanem zavarhatja az adót, és állóhullámokat okozhat a távvezetéken.
Feszültség állóhullám-arány (VSWR): A VSWR az a mérőszám, amellyel mérhető, hogy ez az interfész mennyire illeszkedik. Az ideális 1:1 arányú VSWR jelent tökéletes illeszkedést (nincs visszaverődés), míg a nagyobb szám (pl. 3:1 ) nagyobb jelvisszaverődést és nagyobb energiapazarlást jelez.
A kézfogás testtartása: Polarizáció (A megegyezett 'állás')
Kulcsmetria: Polarizáció
A polarizáció azt az irányt határozza meg, amelyben az elektromágneses hullám elektromos térvektora oszcillál a térben.
Az elfogadott kézfogási álláspont: Ahhoz, hogy egy antenna a maximális jelenergiát kapja, ugyanazt vagy egyező polarizációt kell használnia , mint az adóantennának. Ha az adó antenna függőleges polarizációt használ (az elektromos tér merőleges a talajra), a vevő antenna pedig vízszintes polarizációt, az olyan, mintha két ember különböző módon nyújtaná ki a kezét – nem tudnak sikeresen 'kezet fogni'.
Polarizációs eltérés elvesztése: A polarizáció ezen inkonzisztenciája a jelenergia súlyos elvesztéséhez vezet, amelyet polarizációs eltérésnek neveznek . Ezért a rögzített kommunikációs rendszerekben mind az adónak, mind a vevőnek szigorúan kalibrálnia kell a polarizációs irányát.
Következtetés: A legalkalmasabb a legjobb
Az antenna tervezésének művészete kiegyensúlyozásában rejlik. ezen mutatók
A mobiltelefon-antennáknak fel kell áldozniuk a nyereséget cserébe a mindenirányú lefedettségért, a nagy hatékonyságért és a jó illeszkedésért , hogy bármilyen testhelyzetben vagy helyen tudjon hívni.
A műholdvevő antennák rendkívül nagy erősítésre és irányultságra törekednek , és egy erős 'zseblámpát' használnak a távoli jelforrás megcélzására.
Nincs abszolút 'legjobb' antenna, csak a legmegfelelőbb antenna . Ezen alapvető mérőszámok megértése megadja a kulcsot bármely vezeték nélküli kommunikációs rendszer teljesítményének értékeléséhez.
