Në fushën e gjerë të komunikimit pa tel, antena, si një komponent kritik i domosdoshëm, shërben si një urë që lidh botën e informacionit. Performanca e saj dikton drejtpërdrejt cilësinë e komunikimit. Tre treguesit kryesorë të fitimit të antenës, polarizimit dhe gjerësisë së brezit janë analoge me gurthemelet e një ure, duke mbështetur funksionalitetin e antenës. Një kuptim i thellë i këtyre tre treguesve është thelbësore për optimizimin e sistemeve të komunikimit pa tel dhe për të rritur cilësinë e transmetimit dhe pritjes së sinjalit. Më poshtë, ne kërkojmë në secilin prej këtyre treguesve kryesorë në mënyrë sekuenciale.
I. Fitimi i antenës: Mekanizmi 'Fokusimi ' për përqendrimin e sinjalit
(1) Përkufizimi dhe konotacioni i fitimit
Fitimi i antenës është një metrikë kryesore e përdorur për të karakterizuar në mënyrë sasiore shkallën në të cilën një antena përqendrohet dhe rrezaton fuqinë hyrëse. Nga pikëpamja e komunikimit, ai pasqyron efikasitetin e antenës në gjenerimin e sinjaleve brenda një drejtimi specifik. Në një skenar ideal, një radiator izotropik me shpërndarje uniforme të energjisë rrezaton energji në mënyrë gjithëpërfshirëse në hapësirë. Për një radiator të tillë, fitimi përcaktohet si 1, ekuivalent me 0db kur shprehet në decibel. Sidoqoftë, antenat praktike, përmes strukturave të inxhinierizuara në mënyrë të përpiktë, devijojnë nga ky model rrezatimi uniform, përqendrimi strategjik i energjisë për rrezatim në drejtime specifike, duke arritur kështu një fitim superior ndaj asaj të një antene ideale të burimit të pikave.
Matematikisht, fitimi i antenës është raporti i sheshit të intensitetit të fushës i gjeneruar nga antena aktuale me atë të prodhuar nga një element rrezatues ideal në të njëjtën pikë hapësinore, duke pasur parasysh fuqi të barabartë hyrëse, d.m.th., raportin e energjisë. Për shembull, për të gjeneruar një sinjal të një intensiteti të veçantë në një pikë hapësinore, një burim ideal rrezatimi mund të kërkojë një fuqi hyrëse prej 126W. Kur përdorni një antenë me një fitim prej 18DBD, llogaritjet zbulojnë se vetëm 2W fuqi hyrëse mjafton për të arritur të njëjtin rezultat. Kjo ilustron gjallërisht efektin 'amplifikim-si' të fitimit të antenës në sinjalet. Me rëndësi, kjo 'amplifikimi' nuk përfshin një rritje aktuale të fuqisë së sinjalit, si në qarqet aktive, por përkundrazi një ndarje më efikase e drejtimit të energjisë.
(2) Metodat e llogaritjes së fitimit
Llogaritja e fitimit aktual të antenës nuk është një proces aritmetik i drejtpërdrejtë; Shtë produkt i koeficientit të direktivitetit dhe efikasitetit të antenës. Koeficienti i drejtësisë përcakton raportin e intensitetit të rrezatimit të antenës në drejtimin e tij maksimal të rrezatimit me intensitetin mesatar të rrezatimit të një antene ideale të burimit të pikës, duke demonstruar intuitivisht aftësinë e antenës për të përqendruar energjinë në një drejtim specifik. Efikasiteti i antenës përbën humbje të pashmangshme të energjisë gjatë shndërrimit të energjisë hyrëse në energjinë e rrezatuar, siç janë humbjet termike që rrjedhin nga vetitë rezistente të materialit të antenës.
Llojet e ndryshme të antenave përdorin metodologji të dallueshme të llogaritjes së fitimit. Për antenën parabolike të zakonshme, fitimi mund të përafrohet duke përdorur formulën g (dBi) = 10lg {4.5 × (d/λ0) ²}, ku D tregon diametrin e reflektorit parabolik, λ0 është gjatësia e valës qendrore operative, dhe 4.5 është të dhëna empirike që rrjedhin nga vëzhgime të gjera praktike. Fitimi i një antene vertikale gjithëpërfshirëse mund të vlerësohet përmes g (dBi) = 10lg {2L/λ0}, me L që përfaqëson gjatësinë e antenës. Për më tepër, fitimi mund të llogaritet bazuar në rrezet e rrezeve gjysmë të fuqisë (3db) në dy aeroplanët kryesorë (e-aeroplan dhe H-aeroplan) duke përdorur formulën g (dBi) = 10lg {32000/(2θ3db, e × 2θ3db, h)}, ku 2θ3db, e dhe 2θ3db, h janë beamwids në planin. 32000 janë gjithashtu të dhëna empirike.
(3) Zbatime praktike të fitimit
Në skenarët e komunikimit me rreze të gjatë, antenat me fitime të larta, të ngjashme me instrumentet precize, luajnë një rol jetësor. Merrni komunikimin satelitor: Distanca e konsiderueshme midis satelitëve dhe stacioneve tokësore rezulton në dobësim të rëndësishëm të sinjalit gjatë transmetimit. Këtu, antenat me fitim të lartë mund të përqendrojnë intensivisht energjinë e sinjalit, duke e mundësuar atë të përshkojë distanca të gjera hapësinore dhe të arrijë me saktësi marrësin e synuar. Në komunikimin e stafetave me mikrovalë, antenat me fitim të lartë sigurojnë që sinjalet të mbajnë forcë të mjaftueshme përgjatë rrugës së gjatë të transmetimit, duke lehtësuar lidhjet e qëndrueshme dhe të besueshme të komunikimit.
Në të kundërt, në mjedise komunikimi me rreze të shkurtër siç është mbulimi i brendshëm pa tel, situata ndryshon. Vendosja komplekse e brendshme kërkon shpërndarje të njëtrajtshme të sinjalit nëpër drejtime të shumta për t'u kujdesur për përdoruesit në vende të ndryshme. Prandaj, antenat me fitim të ulët, gjithëpërfshirës përdoren kryesisht. Këto antena funksionojnë si përhapësit e sinjalit; Megjithëse forca e sinjalit në çdo drejtim të vetëm është relativisht modeste, ato mund të rrezatojnë sinjale në mënyrë gjithëpërfshirëse brenda një intervali të përcaktuar, duke siguruar mbulim relativisht të njëtrajtshëm të sinjalit për përdoruesit e brendshëm.
Ii. Polarizimi i antenës: 'Orientimi Hapësinor ' i valëve elektromagnetike
(1) Përkufizimi dhe thelbi i polarizimit
Polarizimi është një sasi fizike që përshkruan saktësisht orientimin hapësinor të vektorit të fushës elektrike të valëve elektromagnetike, duke zbuluar thellësisht ligjin e variacionit të përkohshëm të drejtimit të fushës elektrike të valëve të rrezatuara nga antena. Nga një këndvështrim mikroskopik, polarizimi pasqyron mënyrën rrotulluese dhe karakteristikat orientuese të vektorit të fushës elektrike në hapësirë, një pronë që ushtron një ndikim të thellë në aftësitë e transmetimit dhe pritjes së sinjalit të antenës.
(2) Analiza e llojeve të polarizimit
Polarizimi i antenës përfshin tre kategori themelore: polarizimin linear, polarizimin rrethor dhe polarizimin eliptik. Polarizimi linear ndahet më tej në polarizim horizontal dhe vertikal. Një valë e polarizuar vertikalisht ka drejtimin e saj të fushës elektrike pingul me tokën, ndërsa një valë e polarizuar horizontale ka një drejtim elektrik në terren paralel me tokën. Për më tepër, polarizimet në 45 ° në tokë, të tilla si +45 ° ose -45 °, bien nën kategorinë lineare të polarizimit. Polarizimi rrethor klasifikohet në polarizimin rrethor të dorës së majtë dhe polarizimin rrethor të dorës së djathtë bazuar në drejtimin rrotullues të vektorit të fushës elektrike, trajektorja hapësinore e të cilit është rrethore. Polarizimi eliptik është një formë më e përgjithshme, duke kombinuar tiparet e polarizimit linear dhe rrethor, me vektorin e fushës elektrike që gjurmon një shteg eliptik në hapësirë. Të dy polarizimet rrethore dhe lineare mund të vlerësohen si raste të veçanta të polarizimit eliptik në kushte specifike.
(3) Shembuj të aplikimit të polarizimit në fusha të ndryshme
Në transmetimin në radio dhe televizion, polarizimi vertikal shpesh miratohet për të siguruar mbulim të qëndrueshëm të sinjalit të zonës së gjerë. Kjo për shkak se valët e polarizuara vertikalisht janë relativisht më pak të ndjeshme ndaj reflektimit të tokës dhe efekteve të shumëfishtë gjatë përhapjes, duke mundësuar transmetimin e qëndrueshëm të sinjalit.
Antenat e stacionit bazë të komunikimit celular përdorin kryesisht polarizimin horizontal ose ° 45 ° polarizimin kryq. Polarizimi horizontal ofron avantazhe në zbutjen e ndërhyrjes bashkë-kanale, ndërsa ± 45 ° polarizim kryq përshtatet më mirë në mjedisin kompleks dhe dinamik të komunikimit celular, duke rritur aftësinë për të marrë sinjale nga drejtime të ndryshme dhe duke përmirësuar besueshmërinë dhe kapacitetin e sistemit të komunikimit.
Në komunikimin satelitor, preferohen antenat e polarizuara rrethore. Për shkak të variacioneve të qëndrimit të vazhdueshëm të satelitëve në hapësirë dhe ndërhyrjes nga faktorë të ndryshëm komplekse gjatë përhapjes së sinjalit, antenat e polarizuara rrethore mund të zvogëlojnë në mënyrë efektive humbjen e sinjalit të shkaktuar nga mospërputhja e polarizimit, duke siguruar komunikim të papenguar midis satelitëve dhe stacioneve tokësore.
Në sistemet RFID, antenat e polarizuara rrethore janë gjithashtu thelbësore. Ato mundësojnë identifikim efektiv të etiketave në orientime të ndryshme, duke rritur ndjeshëm efikasitetin dhe saktësinë e njohjes së sistemit, dhe sigurimin e mbështetjes së fortë për skenarë të shumtë të aplikimit, siç janë menaxhimi i logjistikës dhe sistemet e kontrollit të qasjes.
Iii Gjerësia e bandës së antenës: 'Gama e frekuencës ' për funksionim efektiv
(1) Përkufizimi i gjerësisë së bandës
Gjerësia e bandës së antenës i referohet diapazonit të frekuencës brenda së cilës antena mund të funksionojë në mënyrë efektive. Brenda këtij diapazoni, antena plotëson kriteret e paracaktuara të performancës, duke përfshirë fitimin, raportin e valës në këmbë dhe karakteristikat e polarizimit. Ajo shërben si një brez frekuence ku sinjalet e frekuencave të ndryshme mund të transmetohen dhe pranohen, me antenën duke siguruar një mjedis të favorshëm për këto procese.
(2) Dallimi i llojeve të gjerësisë së bandës
Përkufizimet e zakonshme të gjerësisë së bandës së antenës përfshijnë gjerësinë e bandës absolute dhe gjerësinë e bandës relative. Gjerësia e bandës absolute është ndryshimi midis kufijve të sipërm dhe të poshtëm të gamës së frekuencës operative të antenës, me njësi të tilla si Hertz (Hz), Kilohertz (KHz), ose Megahertz (MHz). Për shembull, një antenë që funksionon nga 1GHz në 2GHz ka një bandë absolute prej 1GHz. Gjerësia e brezit relativ është raporti i gjerësisë së bandës absolute me frekuencën e qendrës, e shprehur zakonisht si përqindje. Frekuenca e qendrës mund të llogaritet duke përdorur mesataren aritmetike, fCenter = (fmax + fmin)/2, ose mesataren gjeometrike, e cila është më e përhapur në një shkallë logaritmike, fCenter = sqrt (fmax⋅fmin). Gjerësia e bandës relative gjithashtu mund të llogaritet si bwrel = 2*(fmax - fmin)/(fmax + fmin) × 100%. Në përgjithësi, antenat e ngushta kanë një bandë relative të bandës më të vogël se 5%, antenat me brez të gjerë variojnë nga 5%në 25%, dhe antenat ultra të gjera tejkalojnë 25%.
(3) Kërkesat e aplikimit të gjerësisë së bandës në skenarë të ndryshëm
Antenat e ngushta, për shkak të selektivitetit të tyre të fortë të frekuencës, janë të punësuar në sistemet e komunikimit që kërkojnë saktësi me frekuencë të lartë. Për shembull, në transmetimin e radios dhe televizionit, ku frekuencat e funksionimit janë relativisht të fiksuara, antenat e ngushta me brezin e ngushtë sigurojnë transmetim të qëndrueshëm të sinjalit në frekuenca specifike, duke shmangur ndërhyrjen nga sinjalet e tjera të frekuencës. Sistemet e specializuara të komunikimit pa tel, siç janë ato në fusha të caktuara të kontrollit industrial me kërkesa të rrepta për stabilitetin e frekuencës dhe imunitetin e ndërhyrjes, përfitojnë gjithashtu nga antenat e ngushta.
Antenat e brezit të gjerë janë të përshtatshme për skenarë komplekse të komunikimit që kërkojnë mbulim të bandave të frekuencës së shumëfishtë. Në stacionet bazë të komunikimit celular, teknologjia në zhvillim e komunikimit kërkon mbështetje për transmetimin e sinjalit me shumë bandë për të përmbushur kërkesat e ndryshme të përdoruesve dhe shërbimeve. Antenat me brez të gjerë mbajnë performancë të kënaqshme në një gamë të gjerë të frekuencës, duke siguruar komunikim efikas midis stacioneve bazë dhe pajisjeve të ndryshme terminale. Në mënyrë të ngjashme, rrjetet e zonave lokale pa tel (WLAN) mbështeten në antenat me brez të gjerë për të akomoduar pajisje pa tel të standardeve të ndryshme dhe bandave të frekuencës, duke u ofruar përdoruesve lidhje të përshtatshme dhe me shpejtësi të lartë të rrjetit.
Antenat ultra të gjera të brezit luajnë një rol unik në zbulimin e radarit. Gjerësia e bandës së tyre jashtëzakonisht të gjerë siguron aftësi të zbulimit të synuar me rezolucion të lartë, duke mundësuar identifikimin e saktë të pozicionit të synuar, formës dhe statusit të lëvizjes. Në komunikim me shpejtësi të shkurtër me shpejtësi të lartë, të tilla si transmetimi i të dhënave me shpejtësi të lartë të brendshme, antenat ultra të gjera, përdorin gjerësinë e bandës së tyre të madhe për të arritur normat e të dhënave të disa gigabits për sekondë, duke përmbushur kërkesën për transmetim të të dhënave me shpejtësi të lartë, me kapacitet të madh.
Iv. Ndërlidhja dhe konsiderimi gjithëpërfshirës i tre treguesve
Tre treguesit kryesorë të fitimit të antenës, polarizimit dhe gjerësisë së bandës nuk janë të izoluara; Ato janë të ndërlidhura dhe me ndikim reciprokisht. Dizajni i antenës shpesh kërkon tregtime të kujdesshme dhe optimizime midis këtyre treguesve.
Rritja e fitimit të antenës në mënyrë tipike përfshin ngushtimin e rrezes së rrezatimit. Ndërsa kjo rrit forcën e sinjalit në një drejtim specifik, ajo njëkohësisht zvogëlon gjerësinë e bandës. Kjo për shkak se ngushtimi i gjerësisë së rrezes ndryshon përgjigjen e antenës ndaj sinjaleve të frekuencave të ndryshme, duke zvogëluar gamën efektive të frekuencës së funksionimit.
Karakteristikat e polarizimit ndikojnë gjithashtu në gjerësinë e bandës së antenës dhe fitojnë performancën. Antenat me mënyra të ndryshme polarizimi shfaqin shpërndarje të dallueshme hapësinore dhe modele të ndryshimit të vektorit të fushës elektrike gjatë rrezatimit dhe pritjes së sinjalit, duke çuar në ndryshime në aftësitë e tyre bashkuese me sinjale të frekuencave të ndryshme. Për shembull, një antenë e polarizuar rrethore mund të shfaqë performancë të shkëlqyeshme të fitimit brenda disa niveleve të frekuencës, por përvoja e degradimit të fitimit në të tjerët për shkak të faktorëve si mospërputhja e polarizimit, duke ndikuar kështu në performancën e gjerësisë së bandës.
Në aplikimet praktike, një konsideratë gjithëpërfshirëse e këtyre tre treguesve është thelbësore bazuar në kërkesa specifike të komunikimit dhe skenarë kur zgjidhni ose hartoni një antenë të përshtatshme. Për shembull, në një projekt të komunikimit malor me kërkesa të larta në gamën e mbulimit të sinjalit, drejtimin dhe kufizimet e brezit të rreptë të frekuencës, një antenë e ngushtë me fitim të lartë, me një mënyrë polarizimi të përshtatshme për terrenin malor mund të kërkohet për të siguruar sinjale që përshkojnë terrene komplekse komplekse dhe të mbulojnë me saktësi zonën e synuar. Në një mjedis të madh të komunikimit të brendshëm të një qendre tregtare, i cili duhet të mbështesë pajisje të shumta pa tel dhe ka kërkesa të larta për gjerësinë e brezit të sinjalit dhe uniformitetin e mbulimit, një antenë me brez të gjerë, me fitim të ulët me një mënyrë polarizimi të adaptueshme për reflektime komplekse të brendshme është më e përshtatshme, duke siguruar shërbime të rrjetit pa tel të qëndrueshëm dhe me shpejtësi të lartë për klientët dhe stafin.
Si përmbledhje, një kuptim i plotë i tre treguesve kryesorë të fitimit të antenës, polarizimit dhe gjerësisë së bandës, së bashku me ndërlidhjet e tyre, formojnë themelet për të arritur komunikim efikas dhe të besueshëm pa tel. Vetëm përmes optimizmit racional dhe konfigurimit të këtyre treguesve bazuar në nevoja specifike në aplikacionet praktike, antenat mund të japin performancë optimale, duke siguruar një themel të fortë për përparimin e komunikimit pa tel.
