Сымсыз байланыстың кең ауқымды саласында антенна таптырмас маңызды құрамдас ретінде ақпараттық әлемді байланыстыратын көпір қызметін атқарады. Оның өнімділігі байланыс сапасына тікелей әсер етеді. Антеннаның күшеюі, поляризациясы және өткізу қабілеттілігінің үш негізгі көрсеткіші антеннаның функционалдығын негіздейтін көпірдің іргетастарына ұқсас. Осы үш көрсеткішті терең түсіну сымсыз байланыс жүйелерін оңтайландыру және сигнал беру мен қабылдау сапасын арттыру үшін маңызды болып табылады. Төменде біз осы негізгі көрсеткіштердің әрқайсысын ретімен қарастырамыз.
I. Антеннаның күшеюі: Сигнал концентрациясының 'Фокустау механизмі'
(1) Табыстың анықтамасы және коннотациясы
Антеннаның күшеюі - антеннаның кіріс қуатын шоғырландыратын және сәулелену дәрежесін сандық сипаттау үшін қолданылатын негізгі метрика. Байланыс тұрғысынан ол белгілі бір бағытта сигналдарды жасаудағы антеннаның тиімділігін көрсетеді. Идеал сценарийде қуатты біркелкі таратуы бар изотропты радиатор энергияны кеңістікте барлық бағытта таратады. Мұндай радиатор үшін күшейту 1 ретінде анықталады, децибелде көрсетілгенде 0дБ-ге тең. Дегенмен, практикалық антенналар мұқият жобаланған құрылымдар арқылы осы біркелкі сәулелену үлгісінен ауытқиды, энергияны белгілі бір бағыттарда радиация үшін стратегиялық түрде шоғырландырады, осылайша идеалды нүктелік антеннадан жоғары нәтижеге қол жеткізеді.
Математикалық тұрғыдан, антеннаның күшеюі - нақты антенна тудыратын өріс қарқындылығы квадратының бірдей кеңістіктік нүктедегі идеалды сәулелену элементі өндіретінге қатынасы, бірдей кіріс қуаты берілген, яғни қуат қатынасы. Мысалы, кеңістіктік нүктеде белгілі бір қарқындылық сигналын жасау үшін тамаша сәулелену көзі 126 Вт кіріс қуатын қажет етуі мүмкін. 18 дБд күшейту бар антеннаны пайдаланған кезде, есептеулер бірдей нәтижеге жету үшін тек 2 Вт кіріс қуатының жеткілікті екенін көрсетеді. Бұл сигналдарға антеннаның күшейту күшінің 'күшейтуге ұқсас' әсерін айқын көрсетеді. Маңыздысы, бұл 'күшейту' белсенді тізбектердегідей сигнал қуатының нақты ұлғаюын емес, энергияны неғұрлым тиімді бағытта бөлуді қамтиды.
(2) Пайданы есептеу әдістері
Нақты антеннаның кірісін есептеу қарапайым арифметикалық процесс емес; бұл бағыттау коэффициенті мен антеннаның тиімділігінің көбейтіндісі. Бағыттау коэффициенті антеннаның энергияны белгілі бір бағытта фокустау мүмкіндігін интуитивті түрде көрсете отырып, антеннаның максималды сәулелік бағыттағы сәулелену қарқындылығының идеалды нүктелік көз антеннасының орташа сәулелену қарқындылығына қатынасын сандық түрде анықтайды. Антеннаның тиімділігі кіріс қуатын радиациялық қуатқа түрлендіру кезінде энергияның сөзсіз жоғалуын, мысалы, антенна материалының резистивті қасиеттерінен туындайтын жылу шығындарын есептейді.
Әртүрлі антенна түрлері әртүрлі пайданы есептеу әдістемелерін пайдаланады. Жалпы параболалық антенна үшін күшейтуді G (dBi) = 10Lg {4,5×(D/λ0)²} формуласы арқылы жуықтауға болады, мұнда D параболалық рефлектордың диаметрін білдіреді, λ0 - орталық жұмыс толқын ұзындығы және 4,5 - кең тәжірибелік бақылаулардан алынған эмпирикалық деректер. Тік жан-жақты антеннаның күшеюін G (dBi) = 10Lg {2L/λ0} арқылы бағалауға болады, L мәні антеннаның ұзындығын білдіреді. Сонымен қатар, күшейтуді екі негізгі жазықтықтағы (Е-жазықтық және Н-жазықтық) жартылай қуаттылық (3дБ) сәуле ендеріне негізделген G (dBi) = 10Lg {32000/(2θ3dB,E × 2θ3dB,H)} формуласы арқылы есептеуге болады, мұндағы 2θ3дБ, Е3-ке сәйкес ені 2θ2дБ, Е3Б болады. негізгі жазықтықтар және 32000 да эмпирикалық деректер болып табылады.
(3) Табыстың практикалық қолданылуы
Ұзақ қашықтықтағы байланыс сценарийлерінде дәл аспаптарға ұқсас жоғары кірісті антенналар маңызды рөл атқарады. Спутниктік байланысты алыңыз: жерсеріктер мен жердегі станциялар арасындағы айтарлықтай қашықтық жіберу кезінде сигналдың айтарлықтай әлсіреуіне әкеледі. Мұнда жоғары кірісті антенналар сигнал энергиясын қарқынды түрде шоғырландыра алады, бұл оған үлкен кеңістіктік қашықтықтарды жүріп өтуге және мақсатты қабылдағышқа дәл жетуге мүмкіндік береді. Микротолқынды релелік байланыста жоғары кірісті антенналар тұрақты және сенімді байланыс байланыстарын жеңілдете отырып, ұзақ тасымалдау жолында сигналдардың жеткілікті күшін сақтауды қамтамасыз етеді.
Керісінше, ішкі сымсыз қамту сияқты қысқа қашықтықтағы байланыс орталарында жағдай басқаша болады. Күрделі ішкі параметр әртүрлі орындардағы пайдаланушыларға қызмет көрсету үшін сигналдың бірнеше бағытта біркелкі таралуын талап етеді. Демек, төмен кірісті, көп бағытты антенналар негізінен пайдаланылады. Бұл антенналар сигнал таратқыштар сияқты жұмыс істейді; кез келген бір бағыттағы сигнал күші салыстырмалы түрде қарапайым болса да, олар үй ішіндегі пайдаланушылар үшін салыстырмалы түрде біркелкі сигнал қамтуын қамтамасыз ете отырып, белгілі бір диапазон ішінде сигналдарды жан-жақты тарата алады.
II. Антеннаның поляризациясы: электромагниттік толқындардың 'кеңістіктік бағдары'
(1) Поляризацияның анықтамасы және мәні
Поляризация – бұл электромагниттік толқындардың электр өрісі векторының кеңістіктік бағдарын нақты сипаттайтын, антеннадан сәулеленетін толқындардың электр өрісі бағытының уақытша өзгеру заңын терең ашатын физикалық шама. Микроскопиялық тұрғыдан алғанда, поляризация кеңістіктегі электр өрісі векторының айналу режимі мен бағдарлық сипаттамаларын көрсетеді, бұл антеннаның сигналды беру және қабылдау мүмкіндіктеріне терең әсер ететін қасиет.
(2) Поляризация түрлерін талдау
Антеннаның поляризациясы үш негізгі санатты қамтиды: сызықтық поляризация, дөңгелек поляризация және эллиптикалық поляризация. Сызықтық поляризация одан әрі көлденең және тік поляризация болып екіге бөлінеді. Тігінен поляризацияланған толқынның электр өрісінің бағыты жерге перпендикуляр, ал көлденең поляризацияланған толқынның электр өрісінің бағыты жерге параллель болады. Сонымен қатар, +45° немесе -45° сияқты жерге 45° поляризациялар сызықтық поляризация санатына жатады. Кеңістіктік траекториясы дөңгелек болатын электр өрісі векторының айналу бағыты негізінде шеңберлік поляризация сол жақтағы дөңгелек поляризация және оң жақтағы дөңгелек поляризация болып жіктеледі. Эллиптикалық поляризация – электр өрісінің векторы кеңістікте эллиптикалық жолды қадағалайтын сызықтық және дөңгелек поляризацияның ерекшеліктерін біріктіретін неғұрлым жалпы форма. Дөңгелек және сызықтық поляризацияны белгілі бір жағдайларда эллиптикалық поляризацияның ерекше жағдайлары ретінде қарастыруға болады.
(3) Әртүрлі өрістердегі поляризацияның қолдану мысалдары
Радио және теледидар хабарларында тұрақты кең аумақты сигнал қамтуын қамтамасыз ету үшін тік поляризация жиі қолданылады. Себебі тік поляризацияланған толқындар жердің шағылысуына және таралу кезінде көп жолды әсерлерге салыстырмалы түрде аз сезімтал болады, бұл тұрақты сигнал беруді қамтамасыз етеді.
Мобильді байланыс базалық станциясының антенналары негізінен көлденең поляризацияны немесе ±45° көлденең поляризацияны пайдаланады. Көлденең поляризация ортақ арна кедергісін азайтуда артықшылықтар береді, ал ±45° айқаспалы поляризация күрделі және динамикалық мобильді байланыс ортасына жақсырақ бейімделіп, әртүрлі бағыттардағы сигналдарды қабылдау мүмкіндігін арттырады және байланыс жүйесінің сенімділігі мен сыйымдылығын арттырады.
Спутниктік байланыста дөңгелек поляризацияланған антенналарға артықшылық беріледі. Кеңістіктегі жерсеріктердің тұрақты қатынасының өзгеруіне және сигналдың таралуы кезінде әртүрлі күрделі факторлардың кедергілеріне байланысты айналмалы поляризацияланған антенналар поляризацияның сәйкессіздігінен туындаған сигналдың жоғалуын тиімді төмендетеді, спутниктер мен жердегі станциялар арасындағы кедергісіз байланысты қамтамасыз етеді.
RFID жүйелерінде дөңгелек поляризацияланған антенналар да маңызды. Олар әртүрлі бағыттағы тегтерді тиімді анықтауға мүмкіндік береді, жүйенің тану тиімділігі мен дәлдігін айтарлықтай арттырады және логистикалық басқару және қол жеткізуді басқару жүйелері сияқты көптеген қолданба сценарийлеріне сенімді қолдау көрсетеді.
III. Антеннаның өткізу қабілеті: тиімді жұмыс істеу үшін 'Жиілік диапазоны'
(1) Өткізу қабілетінің анықтамасы
Антеннаның өткізу қабілеті антенна тиімді жұмыс істей алатын жиілік диапазонын білдіреді. Осы ауқымда антенна күшейту, тұрақты толқын қатынасы және поляризация сипаттамаларын қамтитын алдын ала анықталған өнімділік критерийлеріне сәйкес келеді. Ол әртүрлі жиіліктегі сигналдарды жіберуге және қабылдауға болатын жиілік диапазоны ретінде қызмет етеді, антенна осы процестер үшін қолайлы ортаны қамтамасыз етеді.
(2) Өткізу қабілеті түрлерінің айырмашылығы
Антенна өткізу қабілетінің жалпы анықтамаларына абсолютті өткізу қабілеттілігі мен салыстырмалы өткізу қабілеттілігі жатады. Абсолютті өткізу қабілеттілігі – герц (Гц), килогерц (кГц) немесе мегагерц (МГц) сияқты бірліктері бар антеннаның жұмыс жиілігі диапазонының жоғарғы және төменгі шекараларының арасындағы айырмашылық. Мысалы, 1 ГГц-тен 2 ГГц-ке дейін жұмыс істейтін антеннаның абсолютті өткізу қабілеттілігі 1 ГГц. Салыстырмалы өткізу жолағы абсолютті өткізу қабілеттілігінің орталық жиілікке қатынасы, әдетте пайызбен көрсетіледі. Орталық жиілікті орташа арифметикалық мән арқылы есептеуге болады, fcenter = (fmax + fmin)/2 немесе геометриялық орта, ол логарифмдік шкалада басымырақ, fcenter = sqrt(fmax⋅fmin). Салыстырмалы өткізу қабілеттілігін BWrel = 2*(fmax − fmin)/(fmax + fmin) × 100% ретінде де есептеуге болады. Әдетте тар жолақты антенналардың салыстырмалы өткізу қабілеті 5%-дан аз, кең жолақты антенналар 5%-дан 25%-ға дейін, ал ультра кең жолақты антенналар 25%-дан асады.
(3) Әртүрлі сценарийлердегі өткізу қабілеттілігінің қолданбалы талаптары
Тар жолақты антенналар жоғары жиілікті дәлдікті қажет ететін байланыс жүйелерінде күшті жиілікті таңдау қабілетіне байланысты қолданылады. Мысалы, жұмыс жиіліктері салыстырмалы түрде бекітілген радио және теледидар хабарларында тар жолақты антенналар басқа жиілік сигналдарының кедергілерін болдырмай, белгілі бір жиіліктерде тұрақты сигнал беруді қамтамасыз етеді. Арнайы сымсыз байланыс жүйелері, мысалы, жиілік тұрақтылығы мен кедергілерге төзімділік үшін қатаң талаптары бар белгілі бір өнеркәсіптік басқару домендеріндегі жүйелер де тар жолақты антенналардың пайдасын көреді.
Кең жолақты антенналар бірнеше жиілік диапазонын қамтуды қажет ететін күрделі байланыс сценарийлері үшін қолайлы. Ұялы байланыстың базалық станцияларында дамып келе жатқан коммуникациялық технология пайдаланушылар мен қызметтердің әртүрлі талаптарын қанағаттандыру үшін көп жолақты сигналдарды жіберуді қолдауды қажет етеді. Кең жолақты антенналар кең жиілік диапазонында қанағаттанарлық өнімділікті сақтайды, базалық станциялар мен әртүрлі терминалдық құрылғылар арасында тиімді байланысты қамтамасыз етеді. Сол сияқты, сымсыз жергілікті желілер (WLAN) пайдаланушыларға ыңғайлы және жоғары жылдамдықты желі қосылымын ұсына отырып, әртүрлі стандарттар мен жиілік диапазонындағы сымсыз құрылғыларды орналастыру үшін кең жолақты антенналарға сүйенеді.
Ультра кең жолақты антенналар радарларды анықтауда ерекше рөл атқарады. Олардың өте кең өткізу қабілеттілігі мақсатты орынды, пішінді және қозғалыс күйін дәл анықтауға мүмкіндік беретін жоғары ажыратымдылықтағы мақсатты анықтау мүмкіндіктерін қамтамасыз етеді. Ішкі жоғары жылдамдықты деректерді беру сияқты қысқа ауқымды жоғары жылдамдықты байланыста ультра кең жолақты антенналар жоғары жылдамдықты, үлкен сыйымдылықты деректерді беру сұранысын қанағаттандыра отырып, секундына бірнеше гигабит деректер жылдамдығына қол жеткізу үшін үлкен өткізу қабілеттілігін пайдаланады.
IV. Үш көрсеткіштің өзара байланысы және жан-жақты қарастырылуы
Антеннаның күшеюінің, поляризацияның және өткізу қабілетінің үш негізгі көрсеткіші оқшауланбаған; олар өзара байланысты және өзара ықпалды. Антеннаның дизайны көбінесе осы көрсеткіштер арасында мұқият айырбастаулар мен оңтайландыруларды талап етеді.
Антеннаның өсуін арттыру әдетте сәулелену сәулесінің енін тарылтуды қамтиды. Бұл белгілі бір бағытта сигнал күшін арттырғанымен, өткізу қабілеттілігін бір уақытта азайтады. Себебі, сәуленің енін тарылту антеннаның әртүрлі жиіліктегі сигналдарға жауабын өзгертіп, тиімді жұмыс жиілігі диапазонын қысқартады.
Поляризация сипаттамалары да антеннаның өткізу қабілеттілігіне және өнімділікке әсер етеді. Әртүрлі поляризация режимдері бар антенналар сигналдың сәулеленуі мен қабылдауы кезінде электр өрісі векторының нақты кеңістіктік үлестірімдерін және вариация үлгілерін көрсетеді, бұл олардың әртүрлі жиіліктегі сигналдармен байланыс мүмкіндіктеріндегі айырмашылықтарға әкеледі. Мысалы, айналмалы поляризацияланған антенна белгілі бір жиілік диапазонында жоғары өнімділікті көрсете алады, бірақ басқаларында поляризацияның сәйкес келмеуі сияқты факторларға байланысты тәжірибе жинақталады, осылайша өткізу қабілетінің өнімділігіне әсер етеді.
Практикалық қолданбаларда сәйкес антеннаны таңдау немесе жобалау кезінде арнайы байланыс талаптары мен сценарийлеріне негізделген осы үш көрсеткішті жан-жақты қарастыру өте маңызды. Мысалы, сигналдарды қамту диапазонына, бағытына және қатаң жиілік диапазонының шектеулеріне жоғары талаптары бар таулы байланыс жобасында сигналдардың күрделі рельефті кесіп өтуін және нысаналы аумақты дәл жабуын қамтамасыз ету үшін таулы жерлерге қолайлы поляризация режимі бар жоғары кірісті, тар жолақты антенна қажет болуы мүмкін. Бірнеше сымсыз құрылғыларды қолдауды қажет ететін және сигнал өткізу қабілеттілігі мен қамтудың біркелкілігіне жоғары талаптары бар ірі сауда орталығының ішкі байланыс ортасында күрделі ішкі көріністерге бейімделетін поляризация режимі бар кең жолақты, төмен кірісті антенна қолайлырақ, тұтынушылар мен қызметкерлер үшін тұрақты және жоғары жылдамдықты сымсыз желі қызметтерін қамтамасыз етеді.
Қорытындылай келе, антеннаның күшеюі, поляризациясы және өткізу қабілеттілігінің үш негізгі көрсеткішін олардың өзара байланысымен бірге мұқият түсіну тиімді және сенімді сымсыз байланысқа қол жеткізудің негізін құрайды. Бұл көрсеткіштерді практикалық қолданбаларда нақты қажеттіліктерге негізделген ұтымды оңтайландыру және конфигурациялау арқылы ғана антенналар сымсыз байланысты ілгерілету үшін берік негізді қамтамасыз ете отырып, оңтайлы өнімділікті қамтамасыз ете алады.
