У сучасному інформаційному суспільстві ми насолоджуємося повсюдним бездротовим зв’язком. Дзвінки по стільниковому телефону, доступ до Інтернету Wi-Fi і GPS-навігація — головний герой цих чудес — крихітна антена . Діючи як 'рот' і 'вуха' бездротового зв'язку, антена виконує критичне перетворення сигналів контуру в електромагнітні хвилі в космосі.
Щоб оцінити, хороша чи погана антена, нам не потрібні складні математичні формули; нам просто потрібно зрозуміти кілька ключових ролей, які вони відіграють. Давайте використаємо повсякденні аналогії, щоб заглибитися в чотири основні показники, які використовуються для вимірювання продуктивності антени.
Вступ: функція антени — з’єднання двох світів
По суті, антена є перетворювачем . Він діє як телефон: один кінець підключений до вашого електронного пристрою (розмова), а інший кінець звернений до величезного вільного простору (слухання та розмова). Його робота полягає в тому, щоб ефективно перетворювати електричні сигнали, що проходять по кабелю всередині пристрою, в електромагнітні хвилі, що поширюються по повітрю, і навпаки.
Щоб зрозуміти продуктивність антени, ми головним чином дивимось на те, наскільки чітко вона 'говорить', наскільки чутливо вона 'слухає' і наскільки 'без зусиль' виконує це перетворення.
Мистецтво концентрації енергії: спрямованість і посилення
Ключові показники: посилення та спрямованість
Посилення є найважливішим показником для антени; він вимірює здатність антени концентрувати енергію в певному напрямку.
Звичайна лампочка (всеспрямована антена): всеспрямована антена рівномірно розподіляє енергію сигналу в усіх напрямках, як звичайна лампочка, яка освітлює всю кімнату. Перевага полягає в широкому охопленні — ви можете приймати сигнал незалежно від свого напрямку (як антена, вбудована у ваш мобільний телефон). Недоліком є те, що оскільки енергія розсіюється, потужність сигналу в будь-якому окремому напрямку низька, що обмежує діапазон.
Сфокусований ліхтарик (антена з високим коефіцієнтом посилення): антена з високим коефіцієнтом посилення схожа на сфокусований ліхтарик; він жертвує охопленням в інших напрямках, щоб зосередити переважну більшість енергії в дуже вузькому куті. Перевага цього полягає в тому, що сигнал стає надзвичайно сильним у цьому конкретному напрямку, уможливлюючи наддалекий зв’язок (наприклад, супутникові антени або спрямовані антени базової станції).
Резюме: посилення не створюється самою антеною; швидше, це його здатність перерозподіляти кінцеву енергію . Чим вище посилення, тим вужча ширина променя.
Секрет енергозбереження: радіаційна ефективність ('Дірявий кран')
Ключовий показник: радіаційна ефективність (ефективність)
Ефективність антени вимірює частку електроенергії, що надходить на антену, яка справді перетворюється на випромінювані електромагнітні хвилі , а не витрачається даремно.
Дірявий кран: коли в антену подається електроенергія, металеві провідники всередині антени виробляють тепло через опір, або енергія поглинається через втрати матеріалу. Це аналогічно витоку води з отвору у крані. Ця втрачена енергія перетворюється на тепло і не сприяє сигналу в повітрі.
Високоефективна антена: високоефективна антена означає, що її «трубопроводи» добре розроблені з мінімальними втратами, що гарантує, що майже вся вхідна потужність перетворюється на ефективний сигнал. Для мобільних пристроїв висока ефективність є критичною, оскільки вона допомагає подовжити термін служби батареї.
Плавний трубопровід: узгодження імпедансу (підходить 'з'єднання водопровідної труби')
Ключова метрика: коефіцієнт стоячої хвилі напруги (КСВН) і узгодження імпедансу
Щоб забезпечити плавний перехід сигналу від кабелю (лінії передачі) до антени, електричні характеристики двох компонентів у точці з’єднання мають «збігатися» — це називається узгодженням імпедансу.
Невідповідний інтерфейс трубопроводу: якщо вхідний опір антени не відповідає характеристичному опору лінії передачі, це все одно, що намагатися підключити велику водопровідну трубу до маленького роз’єму. Вода (енергія сигналу) відбиватиметься назад на межі розділу.
Відбиття сигналу: ця відбита енергія не тільки витрачається даремно, але й може створювати перешкоди для передавача та спричиняти стоячих хвиль на лінії електропередачі. утворення
Коефіцієнт стоячої хвилі напруги (VSWR): VSWR — це показник, який використовується для вимірювання того, наскільки добре цей інтерфейс «підходить». Ідеальний КСВН 1:1 означає ідеальну відповідність (без відбиття), тоді як більша кількість (наприклад, 3:1 ) вказує на більше відображення сигналу та більшу втрату енергії.
Поза рукостискання: поляризація (узгоджена 'позиція')
Ключова метрика: поляризація
Поляризація визначає напрямок, у якому вектор електричного поля електромагнітної хвилі коливається в просторі.
Узгоджена позиція рукостискання: щоб антена отримувала максимальну кількість енергії сигналу, вона повинна використовувати ту саму або відповідну поляризацію, що й передавальна антена. Якщо передавальна антена використовує вертикальну поляризацію (електричне поле перпендикулярно до землі), а приймальна антена використовує горизонтальну поляризацію, це схоже на те, що двоє людей простягають руки по-різному — вони не можуть успішно 'потиснути руку'.
Втрата неузгодженості поляризації: ця невідповідність у поляризації призводить до значної втрати енергії сигналу, відомої як втрата невідповідності поляризації . Тому в стаціонарних системах зв'язку як передавач, так і приймач повинні суворо відкалібрувати свої напрямки поляризації.
Висновок: найкращий – найкращий
Мистецтво дизайну антени полягає в збалансуванні цих показників.
Антени мобільних телефонів повинні пожертвувати посиленням в обмін на всеспрямоване покриття, високу ефективність і гарне узгодження, щоб гарантувати, що ви можете здійснювати дзвінки в будь-якій позі чи місці.
Супутникові приймальні антени забезпечують надзвичайно високий коефіцієнт підсилення та спрямованості , використовуючи потужний «ліхтарик» для націлювання на віддалене джерело сигналу.
Немає абсолютно «найкращої» антени, існує лише найбільш « відповідна » антена. Розуміння цих основних показників дає вам ключ до оцінки продуктивності будь-якої системи бездротового зв’язку.
