V sodobni informacijski družbi uživamo vseprisotno brezžično povezljivost. Mobilni telefonski klici, dostop do interneta Wi-Fi in navigacija GPS – glavni junak teh čudežev je majhna antena . Antena deluje kot 'usta' in 'ušesa' brezžične komunikacije, izvaja kritično pretvorbo signalov vezja v elektromagnetne valove v vesolju.
Za oceno, ali je antena dobra ali slaba, ne potrebujemo zapletenih matematičnih formul; le razumeti moramo več ključnih vlog, ki jih igrajo. Uporabimo vsakodnevne analogije, da se poglobimo v štiri osnovne metrike, ki se uporabljajo za merjenje zmogljivosti antene.
Uvod: Funkcija antene — povezovanje dveh svetov
Antena je v osnovi pretvornik . Deluje kot telefon, z enim koncem je povezan z vašo elektronsko napravo (govor), drugi konec pa je obrnjen proti ogromnemu prostemu prostoru (poslušanje in govorjenje). Njegova naloga je učinkovito pretvarjanje električnih signalov, ki potujejo po kablu znotraj naprave, v elektromagnetne valove, ki se širijo po zraku, in obratno.
Da bi razumeli delovanje antene, gledamo predvsem na to, kako jasno 'govori', kako občutljivo 'posluša' in kako 'brez truda' izvaja to pretvorbo.
Umetnost koncentracije energije: Usmerjenost in pridobitev
Ključne metrike: pridobitev in usmerjenost
Dobiček je najpomembnejša metrika za anteno; meri sposobnost antene, da koncentrira energijo v določeni smeri.
Navadna žarnica (vsesmerna antena): vsesmerna antena enakomerno porazdeli energijo signala v vse smeri, tako kot standardna žarnica osvetli celotno sobo. Prednost je široka pokritost - signal lahko sprejemate ne glede na svojo smer (kot antena, vgrajena v vaš mobilni telefon). Pomanjkljivost je, da je moč signala v kateri koli smeri nizka, ker je energija razpršena, kar omejuje doseg.
Fokusirana svetilka (antena z visokim ojačanjem): Antena z visokim ojačanjem je kot fokusirana svetilka; žrtvuje pokritost v drugih smereh, da koncentrira veliko večino energije v zelo ozkem kotu. Prednost tega je, da postane signal izjemno močan v določeni smeri, kar omogoča komunikacijo na ultra dolge razdalje (kot satelitske antene ali usmerjene antene baznih postaj).
Povzetek: ojačanja ne ustvarja antena sama; namesto tega je njegova sposobnost prerazporejanja končne energije . Večje kot je ojačenje, ožja je širina žarka.
Skrivnost varčevanja z energijo: učinkovitost sevanja ('Puščajoča pipa')
Ključna metrika: učinkovitost sevanja (učinkovitost)
Učinkovitost antene meri delež električne energije, dovedene v anteno, ki se resnično pretvori v sevane elektromagnetne valove , namesto da bi bila izgubljena.
Puščajoča pipa: Ko je električna energija dovedena v anteno, kovinski vodniki znotraj antene ustvarjajo toploto zaradi upora ali pa se energija absorbira zaradi izgube materiala. To je analogno puščanju vode iz luknje v pipi. Ta izgubljena energija se pretvori v toploto in ne prispeva k signalu v zraku.
Visoko učinkovita antena: Visoko učinkovita antena pomeni, da je njen 'cevovod' dobro zasnovan z minimalnimi izgubami, kar zagotavlja, da se skoraj vsa vhodna moč pretvori v učinkovit signal. Za mobilne naprave je visoka učinkovitost ključnega pomena, saj pomaga podaljšati življenjsko dobo baterije.
Gladek cevovod: ujemanje impedance (fit 'priključek vodovodne cevi')
Ključna metrika: razmerje napetostnih stojnih valov (VSWR) in ujemanje impedance
Da omogočite nemoten pretok signala iz kabla (oddajnega voda) v anteno, se morajo električne značilnosti obeh komponent na priključni točki 'ujemati'—to se imenuje ujemanje impedance.
Neusklajen vmesnik cevovoda: Če se vhodna impedanca antene ne ujema z značilno impedanco prenosnega voda, je to tako, kot bi poskušali povezati veliko vodovodno cev z majhnim konektorjem. Voda (energija signala) se bo odbila nazaj na vmesnik.
Odboj signala: Ta odbita energija se ne le izgubi, ampak lahko tudi moti oddajnik in povzroči nastanek stoječih valov na daljnovodu.
Razmerje stojnega vala napetosti (VSWR): VSWR je metrika, ki se uporablja za merjenje, kako dobro se ta vmesnik 'prilega'. Idealen VSWR 1:1 pomeni popolno ujemanje (brez odboja), medtem ko višje število (npr. 3:1 ) kaže večjo refleksijo signala in večjo izgubo energije.
Drža rokovanja: polarizacija (dogovorjena 'drža')
Ključna metrika: Polarizacija
Polarizacija določa smer, v kateri niha vektor električnega polja elektromagnetnega valovanja v prostoru.
Dogovorjeno držanje rokovanja: Da antena sprejme največjo količino energije signala, mora uporabljati enako ali enako polarizacijo kot oddajna antena. Če oddajna antena uporablja navpično polarizacijo (električno polje je pravokotno na tla) in sprejemna antena uporablja vodoravno polarizacijo, je to tako, kot da bi dve osebi iztegnili roki na različne načine – ne moreta se uspešno 'rokovati'.
Izguba polarizacijske neusklajenosti: Ta nedoslednost v polarizaciji vodi do resne izgube energije signala, znane kot izguba polarizacijske neusklajenosti . Zato morata v fiksnih komunikacijskih sistemih tako oddajnik kot sprejemnik strogo umeriti smeri polarizacije.
Zaključek: Najbolj primerno je najboljše
Umetnost oblikovanja anten je v uravnoteženju teh meritev.
Antene mobilnih telefonov morajo žrtvovati dobiček v zameno za vsesmerno pokritost, visoko učinkovitost in dobro ujemanje , da zagotovite, da lahko kličete v kateri koli drži ali na kateri koli lokaciji.
Satelitske sprejemne antene si prizadevajo za izjemno visoko ojačitev in usmerjenost , pri čemer uporabljajo močno 'svetilko' za usmerjanje v oddaljeni vir signala.
Ne obstaja absolutno 'najboljša' antena, samo najbolj ' primerna ' antena. Razumevanje teh osnovnih meritev vam daje ključ do ocenjevanja delovanja katerega koli brezžičnega komunikacijskega sistema.
