Antena je uređaj koji služi kao interfejs između električnog kola i prostora, dizajniran da prenosi i prima elektromagnetne talase u određenom frekventnom opsegu u skladu sa svojom veličinom i oblikom. Izrađen je od metala, uglavnom bakra ili aluminija, predajne antene mogu pretvoriti električnu struju u elektromagnetno zračenje i obrnuto. Svaki bežični uređaj sadrži najmanje jednu antenu.
Bežični mrežni radio talasi
Kada se ukaže potreba za bežičnom komunikacijom, potrebna je antena. Ima mogućnost slanja ili primanja elektromagnetnih talasa kako bi komunicirao tamo gdje se žični sistem ne može instalirati.
Antena je ključni element ove bežične tehnologije. Radio talasi se lako stvaraju i naširoko se koriste i za unutrašnju i za spoljašnju komunikaciju zbog njihove sposobnosti da prolaze kroz zgrade i putuju na velike udaljenosti.
Ključne karakteristike antena za odašiljanje:
- Budući da je radio prijenos višesmjeran, potreba za fizičkim podudaranjemodašiljač i prijemnik su potrebni.
- Frekvencija radio talasa određuje mnoge karakteristike prenosa.
- Na niskim frekvencijama, valovi mogu lako proći kroz prepreke. Međutim, njihova snaga opada s obrnutim kvadratom udaljenosti.
- Valovi viših frekvencija imaju veću vjerovatnoću da se apsorbiraju i reflektiraju na prepreke. Zbog dugog dometa prijenosa radio valova, smetnje između prijenosa predstavljaju problem.
- Na VLF, LF i MF opsezima, širenje talasa, koje se naziva i zemaljski talasi, prati zakrivljenost Zemlje.
- Maksimalni rasponi prijenosa ovih valova su reda veličine nekoliko stotina kilometara.
- Odašiljačke antene se koriste za prijenose niskog propusnog opsega kao što su amplitudske modulacije (AM) emitiranja.
- Emitovanje HF i VHF opsega apsorbuje atmosfera blizu površine Zemlje. Međutim, dio zračenja, nazvan nebeski talas, širi se prema van i prema gore prema jonosferi u gornjoj atmosferi. Jonosfera sadrži jonizovane čestice nastale sunčevim zračenjem. Ove jonizovane čestice reflektuju nebeske talase nazad na Zemlju.
Proširenje talasa
- Pragacija linije vida. Među svim metodama distribucije, ovo je najčešće. Talas prelazi minimalnu udaljenost koja se može vidjeti golim okom. Zatim morate koristiti odašiljač pojačala da povećate signal i ponovo ga odašiljete. Takvo širenje neće biti glatko ako postoji bilo kakva prepreka na njegovom putu prijenosa. Ovaj prijenos se koristi za infracrvene ili mikrovalne prijenose.
- Širenje zemaljskog talasa od predajne antene. Širenje talasa do tla odvija se duž konture Zemlje. Takav talas se naziva direktnim talasom. Talas se ponekad savija zbog Zemljinog magnetnog polja i udara u prijemnik. Takav talas se može nazvati reflektovanim talasom.
- Talas koji se širi kroz Zemljinu atmosferu poznat je kao zemaljski talas. Direktni i reflektovani talas zajedno daju signal na prijemnoj stanici. Kada val stigne do prijemnika, kašnjenje prestaje. Osim toga, signal se filtrira kako bi se izbjeglo izobličenje i pojačanje za jasan izlaz. Talasi se prenose sa jednog mjesta i gdje ih primaju mnoge primopredajne antene.
Koordinatni sistem mjerenja antene
Kada gledate ravne modele, korisnik će se suočiti sa indikatorima azimuta ravnine i visine ravni uzorka. Termin azimut se obično javlja u odnosu na "horizont" ili "horizontalno", dok se izraz "visina" obično odnosi na "vertikalu". Na slici je xy ravan azimuta.
Šablon azimutalne ravni se meri kada se merenje vrši pomeranjem cele xy ravni oko antene primopredajnika koja se testira. Visinska ravan je ravan ortogonalna na ravan xy, kao što je ravan yz. Plan elevacije putuje cijelom ravninom yz oko testirane antene.
Uzorci (azimuti i elevacije) se često prikazuju kao dijagrami u polarnomkoordinate. Ovo daje korisniku mogućnost da lako vizualizira kako antena zrači u svim smjerovima, kao da je već "uperena" ili montirana. Ponekad je korisno crtati uzorke zračenja u kartezijanskim koordinatama, posebno kada u obrascima postoji više bočnih režnjeva i gdje su nivoi bočnih režnjeva važni.
Osnovne karakteristike komunikacije
Antene su bitne komponente svakog električnog kola jer obezbeđuju međusobnu vezu između predajnika i slobodnog prostora ili između slobodnog prostora i prijemnika. Prije nego što pričate o vrstama antena, morate znati njihova svojstva.
Antenna Array - Sistematsko postavljanje antena koje rade zajedno. Pojedinačne antene u nizu su obično istog tipa i nalaze se u neposrednoj blizini, na fiksnoj udaljenosti jedna od druge. Niz vam omogućava da povećate usmjerenost, kontrolu glavnih snopova zračenja i bočnih zraka.
Sve antene imaju pasivno pojačanje. Pasivno pojačanje se mjeri u dBi, što se odnosi na teorijsku izotropnu antenu. Vjeruje se da prenosi energiju podjednako u svim smjerovima, ali ne postoji u prirodi. Dobitak idealne polutalasne dipol antene je 2,15 dBi.
EIRP, ili ekvivalentna izotropna snaga zračenja odašiljačke antene, mjera je maksimalne snage koju bi teoretska izotropna antena zračila u smjerumaksimalni dobitak. EIRP uzima u obzir gubitke od električnih vodova i konektora i uključuje stvarni dobitak. EIRP omogućava izračunavanje stvarne snage i jačine polja ako su poznati stvarno pojačanje i izlazna snaga predajnika.
Pojačanje antene u smjerovima
Definiše se kao omjer pojačanja snage u datom smjeru i pojačanja snage referentne antene u istom smjeru. Standardna je praksa da se kao referentna antena koristi izotropni radijator. U ovom slučaju, izotropni emiter će biti bez gubitaka, zračiće svoju energiju podjednako u svim smjerovima. To znači da je pojačanje izotropnog radijatora G=1 (ili 0 dB). Uobičajeno je koristiti jedinicu dBi (decibeli u odnosu na izotropni radijator) za pojačanje u odnosu na izotropni radijator.
Pojačanje, izraženo u dBi, izračunava se pomoću sljedeće formule: GdBi=10Log (GNumeric / GISotropic)=10Log (GNumeric).
Ponekad se koristi teoretski dipol kao referenca, tako da će se jedinica dBd (decibeli u odnosu na dipol) koristiti za opisivanje pojačanja u odnosu na dipol. Ovaj blok se obično koristi kada je u pitanju pojačanje omnidirekcionih antena većeg pojačanja. U ovom slučaju njihovo pojačanje je veće za 2,2 dBi. Dakle, ako antena ima pojačanje od 3 dBu, ukupno pojačanje će biti 5,2 dBi.
3 dB širina snopa
Ova širina snopa (ili polovina širine snopa snage) antene je obično specificirana za svaku od glavnih ravnina. Širina snopa od 3 dB u svakoj ravni je definisana kao ugao između tačaka glavnog režnja koje su smanjene od maksimalnog pojačanja za 3 dB. Širina snopa 3 dB - ugao između dvije plave linije u polarnom području. U ovom primeru, širina snopa od 3 dB u ovoj ravni je oko 37 stepeni. Antene široke širine snopa obično imaju nisko pojačanje, dok antene uske širine snopa imaju veće pojačanje.
Dakle, antena koja većinu svoje energije usmjerava u uski snop, u najmanje jednoj ravni, imat će veći dobitak. Odnos naprijed-nazad (F/B) koristi se kao mjera zasluga koja pokušava opisati nivo zračenja sa stražnje strane usmjerene antene. U osnovi, omjer naprijed-nazad je omjer vršnog pojačanja u smjeru naprijed i pojačanja 180 stepeni iza vrha. Naravno, na DB skali, omjer naprijed-nazad je jednostavno razlika između naprijed vršnog pojačanja i pojačanja 180 stepeni iza vrha.
Klasifikacija antene
Postoji mnogo tipova antena za različite primene kao što su komunikacije, radar, merenje, simulacija elektromagnetnih impulsa (EMP), elektromagnetska kompatibilnost (EMC) itd. Neke od njih su dizajnirane da rade u uskim frekventnim opsezima, dok drugidizajniran da emituje/primi prolazne impulse. Specifikacije antene za odašiljanje:
- Fizička struktura antene.
- Frekvencijski opsezi.
- Način aplikacije.
Sljedeće su vrste antena prema fizičkoj strukturi:
- wire;
- otvor blende;
- reflektirajuće;
- sočivo antene;
- mikrotrakaste antene;
- masivne antene.
Sljedeće su vrste antena za odašiljanje u zavisnosti od frekvencije rada:
- Vrlo niske frekvencije (VLF).
- Niska frekvencija (LF).
- Srednja frekvencija (MF).
- Visoka frekvencija (HF).
- Vrlo visoke frekvencije (VHF).
- Ultra visoke frekvencije (UHF).
- Super visoke frekvencije (SHF).
- Mikrotalasni talas.
- Radio talas.
Sljedeće su antene za odašiljanje i prijem prema načinima primjene:
- Point-to-point veza.
- Emitovane aplikacije.
- Radarske komunikacije.
- Satelitske komunikacije.
Dizajn karakteristike
Predajne antene stvaraju radiofrekventno zračenje koje se širi kroz svemir. Prijemne antene vrše obrnuti proces: primaju radiofrekventno zračenje i pretvaraju ga u željene signale, kao što su zvuk, slika u televizijskim predajnim antenama i mobilni telefon.
Najjednostavniji tip antene sastoji se od dvije metalne šipke i poznat je kao dipol. Jedna od najčešćih vrsta jemonopolna antena koja se sastoji od šipke postavljene okomito na veliku metalnu ploču koja služi kao uzemljenje. Montaža na vozila je obično monopolna, a metalni krov vozila služi kao podloga. Dizajn predajne antene, njen oblik i veličina određuju radnu frekvenciju i druge karakteristike zračenja.
Jedan od važnih atributa antene je njena usmjerenost. U komunikaciji između dva fiksna cilja, kao u komunikaciji između dvije fiksne stanice za prijenos, ili u radarskim aplikacijama, antena je potrebna za direktan prijenos energije prijenosa do prijemnika. Suprotno tome, kada predajnik ili prijemnik nisu stacionarni, kao u ćelijskoj komunikaciji, potreban je neusmjereni sistem. U takvim slučajevima potrebna je omnidirekciona antena koja ravnomerno prima sve frekvencije u svim pravcima horizontalne ravni, au vertikalnoj ravni zračenje je neravnomerno i vrlo malo, kao antena za HF odašiljanje.
Izvori za prijenos i prijem
Predajnik je glavni izvor RF zračenja. Ovaj tip se sastoji od provodnika čiji intenzitet fluktuira tokom vremena i pretvara ga u radiofrekventno zračenje koje se širi kroz prostor. Prijemna antena - uređaj za prijem radio frekvencija (RF). Izvodi obrnuti prijenos koji vrši predajnik, prima RF zračenje, pretvara ga u električne struje u antenskom kolu.
Televizijske i radio stanice koriste predajne antene za prenos određenih vrsta signala koji putuju zrakom. Ovi signali se detektuju prijemnim antenama, koje ih pretvaraju u signale i primaju ih odgovarajući uređaji kao što su TV, radio, mobilni telefon.
Radio i televizijske prijemne antene su dizajnirane da primaju samo radiofrekventno zračenje i ne proizvode radiofrekventno zračenje. Uređaji za celularnu komunikaciju, kao što su bazne stanice, repetitori i mobilni telefoni, imaju namenske antene za odašiljanje i prijem koje emituju energiju radio frekvencije i opslužuju ćelijske mreže u skladu sa tehnologijama komunikacionih mreža.
Razlika između analogne i digitalne antene:
- Analogna antena ima varijabilno pojačanje i radi u opsegu od 50 km za DVB-T. Što je korisnik dalje od izvora signala, to je signal lošiji.
- Za primanje digitalne televizije - korisnik prima ili dobru sliku ili sliku uopšte. Ako je daleko od izvora signala, ne prima nikakvu sliku.
- Predajna digitalna antena ima ugrađene filtere za smanjenje šuma i poboljšanje kvaliteta slike.
- Analogni signal se šalje direktno na TV, dok digitalni signal prvo treba dekodirati. Omogućava vam da ispravite greške kao i podatke poput kompresije signala za više funkcija kao što su dodatni kanali, EPG, Pay TV,interaktivne igre, itd.
Dipolni predajnici
Dipol antene su najčešći omnidirekcioni tip i šire radio frekvenciju (RF) energiju 360 stepeni horizontalno. Ovi uređaji su dizajnirani da budu rezonantni na polovini ili četvrtini talasne dužine primenjene frekvencije. Može biti jednostavno kao dvije dužine žice, ili može biti inkapsulirano.
Dipole se koristi u mnogim korporativnim mrežama, malim kancelarijama i kućnoj upotrebi (SOHO). Ima tipičnu impedanciju kako bi se uskladio sa predajnikom za maksimalan prijenos snage. Ako se antena i predajnik ne poklapaju, doći će do refleksije na dalekovodu, što će degradirati signal ili čak oštetiti predajnik.
Directed focus
Direkcione antene fokusiraju izračenu snagu u uske snopove, obezbeđujući značajan dobitak u ovom procesu. Njegova svojstva su takođe obostrana. Karakteristike odašiljačke antene, kao što su impedansa i pojačanje, također se odnose na prijemnu antenu. Zbog toga se ista antena može koristiti i za slanje i za primanje signala. Pojačanje visoko usmjerene paraboličke antene služi za pojačanje slabog signala. Ovo je jedan od razloga zašto se često koriste za komunikaciju na daljinu.
Uobičajena usmjerena antena je Yagi-Uda niz pod nazivom Yagi. Izmislili su ga Shintaro Uda i njegov kolega Hidetsugu Yagi 1926. godine. Yagi antena koristi nekoliko elemenata zaformiranje usmjerenog niza. Jedan pokretani element, obično dipol, širi RF energiju, elementi neposredno prije i iza pokretanog elementa ponovo zrače RF energiju u i van faze, pojačavajući odnosno usporavajući signal.
Ovi elementi se nazivaju parazitski elementi. Element iza slave-a naziva se reflektor, a elementi ispred slave-a nazivaju se direktori. Yagi antene imaju širinu snopa u rasponu od 30 do 80 stepeni i mogu pružiti više od 10 dBi pasivnog pojačanja.
Parabolična antena je najpoznatiji tip usmjerene antene. Parabola je simetrična kriva, a parabolički reflektor je površina koja opisuje krivu tokom rotacije za 360 stepeni – tanjir. Parabolične antene se koriste za veze na daljinu između zgrada ili velikih geografskih područja.
Polusmjerni sekcijski radijatori
Patch antena je polusmjerni radijator koji koristi ravnu metalnu traku postavljenu iznad zemlje. Zračenje sa zadnje strane antene je efektivno odsečeno od strane uzemljenja, povećavajući usmerenost prema napred. Ova vrsta antene je poznata i kao mikrotrakasta antena. Obično je pravougaona i zatvorena u plastično kućište. Ova vrsta antene se može proizvesti standardnim PCB metodama.
Patch antena može imati širinu snopa od 30 do 180 stepeni itipično pojačanje je 9 dB. Sekcijske antene su još jedan tip poluusmjerenih antena. Sektorske antene pružaju sektorski uzorak zračenja i obično se instaliraju u niz. Širina snopa za sektorsku antenu može se kretati od 60 do 180 stepeni, pri čemu je tipično 120 stepeni. U podijeljenom nizu, antene su postavljene blizu jedna drugoj, obezbjeđujući punu pokrivenost od 360 stepeni.
Izrada Yagi-Uda antene
Tokom proteklih decenija, Yagi-Uda antena je bila vidljiva u skoro svakom domu.
Može se vidjeti da postoji mnogo direktora za povećanje usmjerenosti antene. Ulagač je presavijeni dipol. Reflektor je dugačak element koji se nalazi na kraju strukture. Sljedeće specifikacije moraju se primijeniti na ovu antenu.
| Element | Specifikacija |
| Kontrolovana dužina elementa | 0,458λ do 0,5λ |
| Dužina reflektora | 0, 55λ - 0,58λ |
| Trajanje direktora 1 | 0.45λ |
| Dužina direktora 2 | 0.40λ |
| Trajanje direktora 3 | 0.35λ |
| Razmak između direktora | 0.2λ |
| Reflektor za udaljenost između dipola | 0.35λ |
| Udaljenost između dipola i direktora | 0.125λ |
U nastavku su prednosti Yagi-Uda antena:
- Visoka dobit.
- Visoki fokus.
- Jednostavno rukovanje i održavanje.
- Manje energije se troši.
- Šira pokrivenost frekvencijama.
Sljedeće su nedostaci Yagi-Uda antena:
- Sklon buci.
- Sklon atmosferskim efektima.
Ako se slijede gore navedene specifikacije, Yagi-Uda antena može biti dizajnirana. Dijagram usmjerenja antene je vrlo efikasan, kao što je prikazano na slici. Mali režnjevi su potisnuti i usmjerenost glavnog ritma se povećava dodavanjem direktora na antenu.
