Ziņas — Antenas teorija

Šajā nodaļā ir aprakstīti bezvadu sakaru pamatparametri, kuru mērķis ir sniegt labāku izpratni par antenu lomu sakaru sistēmās. Bezvadu sakari tiek veikti elektromagnētisko viļņu veidā, tāpēc ir svarīgi izprast viļņu izplatīšanās raksturlielumus.

Šajā nodaļā mēs apspriedīsim šādus parametrus:

• Biežums
• Viļņa garums
• Impedances saskaņošana
• VSWR un atstarotā jauda
• Joslas platums
• Procentuālā joslas platums
• Radiācijas intensitāte

Tagad aplūkosim tos detalizēti.

Frekvence:

Saskaņā ar standarta definīciju frekvence ir viļņa atkārtojumu skaits laika vienībā. Vienkārši sakot, frekvence apraksta, cik bieži notiek notikums. Periodisks vilnis atkārtojas ik pēc T sekundēm (viens periods), un tā frekvence ir laika perioda T apgrieztā vērtība.

Matemātiski tas izskatās šādi:

$$f = \frac{1}{T}$$

• F apzīmē periodiska viļņa frekvenci, savukārt

•T ir laiks, kas nepieciešams viena pilna cikla pabeigšanai.

Frekvenci mēra hercos, saīsināti apzīmējot Hz.

Iepriekš redzamajā attēlā ir attēlota sinusoidāla vilnis, kurā spriegums (mV) ir attēlots kā laika funkcija (ms). Šī vilnis atkārtojas ik pēc 2t milisekundēm; tāpēc tā periods T = 2t ms un frekvence f = 1/(2t) kHz.

Viļņa garums:

Saskaņā ar standarta definīciju attālumu starp diviem secīgiem maksimumiem vai diviem secīgiem kritumiem sauc par viļņa garumu.

Vienkārši sakot, viļņa garums ir attālums starp diviem blakus esošiem pozitīviem maksimumiem vai diviem blakus esošiem negatīviem maksimumiem. Zemāk redzamajā attēlā parādīta periodiska viļņu forma, kurā ir atzīmēts viļņa garums (λ) un amplitūda. Jo augstāka frekvence, jo īsāks viļņa garums un otrādi.

Viļņa garuma formula ir:

$$\lambda = \frac{c}{f}$$

•λ apzīmē viļņa garumu

• C ir gaismas ātrums (3 USD x 10⁻⁸ metri sekundē)

• F ir frekvence

Viļņa garums λ tiek izteikts garuma mērvienībās, piemēram, metros, pēdās vai collās. Visbiežāk izmantotā mērvienība ir metrs.

Impedances saskaņošana:

Saskaņā ar standarta definīciju impedances saskaņošana notiek, kad raidītāja impedance ir aptuveni vienāda ar uztvērēja impedanci.

Starp antenu un ķēdi ir nepieciešama impedances saskaņošana. Antenas, pārraides līnijas un ķēdes impedances ir jāsaskaņo, lai panāktu maksimālu jaudas pārnesi starp antenu un uztvērēju vai raidītāju.

Saskaņošanas nepieciešamība
Rezonanses ierīces spēj nodrošināt optimālu izejas signālu noteiktās šaurjoslas frekvencēs. Kā rezonanses ierīce antena var sasniegt labāku izejas veiktspēju, ja tās impedance ir pareizi saskaņota.

• Kad antenas impedance atbilst brīvas telpas impedancei, antenas izstarotā jauda tiks efektīvi pārraidīta.

• Uztverošās antenas izejas pretestībai jāatbilst uztverošā pastiprinātāja ķēdes ieejas pretestībai.

• Raidīšanas antenas ieejas pretestībai jāatbilst raidīšanas pastiprinātāja izejas pretestībai, kā arī pārraides līnijas raksturīgajai pretestībai.

Impedanci mēra omos, ko apzīmē ar simbolu Z.

VSWR un atstarotā jauda:

Saskaņā ar standarta definīciju, stāvošā viļņa maksimālā sprieguma un minimālā sprieguma attiecību sauc par stāvošā viļņa sprieguma attiecību (VSWR).

Ja antenas, pārraides līnijas un ķēdes impedances ir nesaskaņotas, jaudu nevar efektīvi izstarot; tā vietā daļa jaudas tiek atstarota atpakaļ.

Galvenās īpašības ir —

• Parametru, kas norāda impedances neatbilstības pakāpi, sauc par sprieguma stāvviļņu attiecību (VSWR).

• VSWR apzīmē sprieguma stāvviļņu attiecību, un to parasti dēvē arī par SWR.

• Jo lielāka impedances neatbilstība, jo augstāka VSWR vērtība

• Lai sasniegtu efektīvu starojumu, ideālā VSWR vērtība ir 1:1.

• Atstarotā jauda attiecas uz tiešās jaudas daļu, kas tiek izšķērdēta. Atstarotā jauda un VSWR būtībā apraksta vienu un to pašu fizikālo parādību no dažādiem skatupunktiem.

Joslas platums:

Saskaņā ar standarta definīciju frekvenču joslu noteiktā viļņu garuma diapazonā, kas piešķirta konkrētai komunikācijai, sauc par joslas platumu.

Kad signāls tiek pārraidīts vai saņemts, tas darbojas noteiktā frekvenču diapazonā. Šis konkrētais frekvenču diapazons ir piešķirts konkrētam signālam, lai novērstu traucējumus no citiem signāliem pārraides laikā.

• Joslas platums attiecas uz frekvenču diapazonu starp signāla pārraides augstfrekvences un zemfrekvences robežvērtībām.

• Kad joslas platums ir piešķirts, citi to vairs nevar izmantot

• Viss spektrs ir sadalīts joslas platuma segmentos, katrs no tiem piešķirts dažādiem raidītājiem

Tikko apspriesto joslas platumu var saukt arī par absolūto joslas platumu.

Joslas platuma procenti:

Saskaņā ar standarta definīciju absolūtās joslas platuma attiecību pret tās centrālo frekvenci sauc par joslas platuma procentuālo daļu.

Frekvenci joslas ietvaros, kurā signāla stiprums sasniedz maksimumu, sauc par rezonanses frekvenci, kas pazīstama arī kā joslas centrālā frekvence un apzīmēta ar fC.

• Joslas augstākās un zemākās frekvences ir apzīmētas attiecīgi ar fH un fL

•Absolūto joslas platumu izsaka ar fH − fL

• Lai novērtētu frekvenču joslas platumu, ir jāaprēķina tās daļējā joslas platums vai procentuālā joslas platums.

Joslas platuma procentuālā daļa tiek aprēķināta, lai izprastu frekvenču variāciju diapazonu, ko komponents vai sistēma var apstrādāt.

•fH apzīmē augstāko frekvenci

•fL apzīmē zemāko frekvenci

•fc apzīmē centrālo frekvenci

Jo lielāks ir joslas platuma procents, jo plašāks ir kanāla joslas platums.

Radiācijas intensitāte:

Radiācijas intensitāte ir definēta kā izstarotā jauda uz telpiskā leņķa vienību.

Antena intensīvāk staro noteiktos virzienos, kas atbilst tās maksimālajai starojuma intensitātei. Maksimālo iespējamo starojuma diapazonu raksturo starojuma intensitāte.

Matemātiska izteiksme
Radiācijas intensitāti iegūst, reizinot izstarotās jaudas blīvumu ar radiālā attāluma kvadrātu: