Из чего состоит антенна: АНТЕННА | Энциклопедия Кругосвет

Теория радиоволн: антенны / Хабр

Помимо свойств радиоволн, необходимо тщательно подбирать антенны, для достижения максимальных показателей при приеме/передаче сигнала.
Давайте ближе познакомимся с различными типами антенн и их предназначением.

Антенны — преобразуют энергию высокочастотного колебания от передатчика в электромагнитную волну, способную распространяться в пространстве. Или в случае приема, производит обратное преобразование — электромагнитную волну, в ВЧ колебания.

Диаграмма направленности — графическое представление коэффициента усиления антенны, в зависимости от ориентации антенны в пространстве.

Антенны

Симметричный вибратор

В простейшем случае состоит из двух токопроводящих отрезков, каждый из которых равен 1/4 длины волны.

Широко применяется для приема телевизионных передач, как самостоятельно, так и в составе комбинированных антенн.
Так, к примеру, если диапазон метровых волн телепередач проходит через отметку 200 МГц, то длина волны будет равна 1,5 м.

Каждый отрезок симметричного вибратора будет равен 0,375 метра.

Диаграмма направленности симметричного вибратора

В идеальных условиях, диаграмма направленности горизонтальной плоскости, представляет собой вытянутую восьмерку, расположенную перпендикулярно антенне. В вертикальной плоскости, диаграмма представляет собой окружность.
В реальных условиях, на горизонтальной диаграмме присутствуют четыре небольших лепестка, расположенных под углом 90 градусов друг к другу.
Из диаграммы можем сделать вывод о том, как располагать антенну, для достижения максимального усиления.

В случае не правильно подобранной длины вибратора, диаграмма направленности примет следующий вид:

Основное применение, в диапазонах коротких, метровых и дециметровых волн.

Несимметричный вибратор

Или попросту штыревая антенна, представляет из себя «половину» симметричного вибратора, установленного вертикально.
В качестве длины вибратора, применяют 1, 1/2 или 1/4 длины волны.

Диаграмма направленности следующая:

Представляет собой рассеченную вдоль «восьмерку». За счет того, что вторая половина «восьмерки» поглощается землей, коэффициент направленного действия у несимметричного вибратора в два раза больше, чем у симметричного, за счет того, что вся мощность излучается в более узком направлении.
Основное применение, в диапазонах ДВ, КВ, СВ, активно устанавливаются в качестве антенн на транспорте.

Наклонная V-образная

Конструкция не жесткая, собирается путем растягивания токопроводящих элемементов на кольях.
Имеет смещение диаграммы направленности в стороны противоположную острию буквы V

Применяется для связи в КВ диапазоне. Является штатной антенной военных радиостанций.

Антенна бегущей волны

Также имеет название — антенна наклонный луч.

Представляет из себя наклонную растяжку, длина которой в несколько раз больше длины волны. Высота подвеса антенны от 1 до 5 метров, в зависимости от диапазона работы.

Диаграмма направленности имеет ярко выраженный направленный лепесток, что говорит о хорошем усилении антенны.

Широко применяется в военных радиостанциях в КВ диапазоне.
В развернутом и свернутом состоянии выглядит так:

Антенна волновой канал

Здесь: 1 — фидер, 2 — рефлектор, 3 — директоры, 4 — активный вибратор.

Антенна с параллельными вибраторами и директорами, близкими к 0,5 длины волны, расположенными вдоль линии максимального излучения. Вибратор — активный, к нему подводятся ВЧ колебания, в директорах, наводятся ВЧ токи за счет поглощения ЭМ волны. Расстояние между рифлектором и директорами подпирается таким образом, чтобы при совпадении фаз ВЧ токов образовывался эффект бегущей волны.

За счет такой конструкции, антенна имеет явную направленность:

Рамочная антенна

Направленность — двулепестковая

Применяется для приема ТВ программ дециметрового диапазона.

Как разновидность — рамочная антенна с рефлектором:

Логопериодическая антенна

Свойства усиления большинства антенн сильно меняются в зависимости от длины волны. Одной из антенн, с постоянной диаграммой направленности на разных частотах, является ЛПА.

Отношение максимальной к минимальной длине волн для таких антенн превышает 10 — это довольно высокий коэффициент.
Такой эффект достигается применением разных по длине вибраторов, закрепленных на параллельных несущих.
Диаграмма направленности следующая:

Активно применяется в сотовой связи при строительстве репитеров, используя способность антенн, принимать сигналы сразу в нескольких частотных диапазонах: 900, 1800 и 2100 МГц.

Поляризация

Поляризация

— это направленность вектора электрической составляющей электромагнитной волны в пространстве.

Различают: вертикальную, горизонтальную и круговую поляризацию.

Поляризация зависит от типа антенны и ее расположения.
К примеру, вертикально расположенный несимметричный вибратор, дает вертикальную поляризацию, а горизонтально расположенный — горизонтальную.

Антенны горизонтальной поляризации дают больший эффект, т.к. природные и индустриальные помехи, имеют в основном вертикальную поляризацию.

Горизонтально поляризованные волны, отражаются от препятствий менее интенсивно, чем вертикально.
При распространении вертикально поляризованных волн, земная поверхность поглощает на 25% меньше их энергии.

При прохождении ионосферы, происходит вращение плоскости поляризации, как следствие, на приемной стороне не совпадает вектор поляризации и КПД приемной части падает. Для решения проблемы, применяют круговую поляризацию.

Все эти факторы факторы следует учитывать при расчете радиолиний с максимальной эффективностью.

PS:

Данная статья обрисовывает лишь небольшую часть антенн и не претендует на замену учебнику антенно-фидерных устройств.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ | Техномарин

Как правильно выбрать антенную систему: Т-образная или зонтичная?

Диапазон средних волн и верхняя часть диапазона длинных волн используются для целей радионавигации. Передача в эфир дифференциальных поправок спутниковых навигационных систем осуществляется на частотах в диапазоне 283–325 кГц (1060–923 м). Для передачи сигнала для привода воздушных судов используется диапазон 190–1750 кГц (1579–171 м).

Характерной особенностью антенн этого диапазона является то, что их размеры малы по сравнению с длиной рабочей волны, поэтому такие антенны называют короткими. При использовании коротких антенн в некоторых случаях можно столкнуться с рядом специфических трудностей. Основная из них — это малая эффективность излучения, вызванная низким сопротивлением излучения антенны.

Другая трудность связана с большими электрическими напряжениями, которые возникают в короткой антенне из-за высокой реактивной составляющей её сопротивления. При передаче амплитудно-модулированного сигнала, используемого в приводных радиомаяках, высокое реактивное сопротивление антенны также является причиной ещё одной проблемы, связанной с сужением полосы пропускания антенны и, как следствие, снижения глубины модуляции.

Качество работы антенн в значительной степени зависит от конструкции и габаритов антенны. Максимальная эффективность и стабильность работы достигается применением антенн с максимальными габаритами. В габаритах важную роль играет как высота антенны, определяющая основную составляющую сопротивления излучения, так и размеры горизонтальной части, обеспечивающей более равномерное распределение тока в вертикальной части, и соответственно, увеличивающей сопротивление излучения и уменьшающей реактивное сопротивление.

Наиболее распространенными передающими средневолновыми антеннами являются антенны Т-образной и зонтичной конструкции. АО «Техномарин» производит антенны Т-образные и зонтичные различных габаритов.

Т-образные антенны представляют собой проволочные антенны с горизонтальным полотном, натянутым между двумя мачтами, и с подключенным к центру полотна снижением. Горизонтальное полотно может быть одно- или двухлучевым длиной до 55 м. В зависимости от применяемых мачт высота подвеса антенн может быть от 6 до 30 м.

Заземлённый противовес для Т-образных антенн представляет собой комплект из 24-х медных проводников (лучей противовеса), расположенных радиально относительно снижения антенны внутри эллипса с осями длиной 60 и 40 м или 120 и 60 м.

Достоинства антенн Т-образной конструкции заключаются в сравнительно неплохой эффективности, стабильности параметров и широком выборе габаритов антенной системы. Основной недостаток таких антенн связан с большой площадью на объекте их размещения.

В зонтичных антеннах в качестве вертикального излучателя используется установленная на изоляторе мачта. На топе мачты располагается ёмкостной зонт. Зонт состоит из 6 лучей, концы которых соединяются окаймляющим их проводом.

Высота антенны составляет 8 (антенна АЗМ-8) или 20 м (антенна АЗМ-20). Лучи заземлённого противовеса располагаются в окружности радиусом 12 м для антенны АЗМ-8 и радиусом 20 м для антенны АЗМ-20.

Главное преимущество зонтичных антенн по сравнению с Т-образными — малая занимаемая площадь. Из-за небольших габаритов у зонтичных антенн недостатки, связанные с плохими электрическими характеристиками, проявляются в значительной степени.

При выборе конструкции антенны в первую очередь следует ориентироваться на эффективность её работы для выполнения прямого назначения — передачи в эфир сигнала для его приёма удалёнными потребителями. Максимальная эффективность и стабильность работы достигается применением антенн с максимальными габаритами. Из перечисленных антенн максимальными габаритами обладает Т-образная антенна высотой 30 м с двухлучевым полотном длиной 55 м.

Но, в свою очередь, достаточно часто при проектировании радиопередающего объекта на первый план выходит проблема ограниченности территории для размещения антенного поля. В этом случае привлекательным вариантом становится применение зонтичной антенны. Однако, останавливаясь на выборе этого варианта, следует ожидать меньшей, чем у Т-образной антенны, дальности действия и глубины модуляции амплитудно-модулированного сигнала.

Важным параметром при выборе конструкции антенны является рабочая частота. Если ориентироваться только на электрические характеристики антенны, не учитывая частотную зависимость радиоволн на трассе распространения сигнала, то для лучшей эффективности и более благоприятных условий по величине напряжения на элементах антенны следует выбирать более высокую рабочую частоту.

Работа на зонтичные антенны, особенно на антенну АЗМ-8, на частотах длинноволнового диапазона (до 300 кГц) возможна, но крайне нежелательна, т. к. в этом случае все недостатки коротких антенн проявятся в полной мере. Особенно опасным может оказаться высокое радиочастотное напряжение (более 15 кВ), которое может вывести из строя антенно-согласующее устройство (АСУ) или блок развязки.

Высокая рабочая частота (более 1200 кГц) при работе на Т-образные антенны, несмотря на очень хорошую ожидаемую эффективность, может вызвать сложности при настройке антенного контура на резонанс, поскольку рабочая частота приближается к собственной резонансной частоте антенны, и характер реактивной составляющей сопротивления антенны меняется с ёмкостного на индуктивный.

В верхней части частотного диапазона длина рабочей волны становится сопоставимой с физическими размерами Т-образных антенн, и, по сути, такие антенны уже не является короткими.

Для сравнения Т-образных и зонтичных антенн в таблицах 1, 2 и 3 приведены расчетные значения их электрических характеристик для рабочих частот 300, 700 и 1200 кГц соответственно. В таблицах указаны коэффициент полезного действия (КПД), ослабление глубины модуляции при частоте модуляции 1020 Гц (Вm), а также величина максимально допустимого тока антенны при напряжении 15 кВ (Ia).

Таблица 1 — Электрические характеристики Т-образных и зонтичных антенн производства АО «Техномарин» для частоты 300 кГц

Таблица 2 — Электрические характеристики Т-образных и зонтичных антенн производства АО «Техномарин» для частоты 700 кГц

Таблица 3 — Электрические характеристики Т-образных и зонтичных антенн производства АО «Техномарин» для частоты 1200 кГц

1 Примечание — Тип антенны: АЗМ ― антенна зонтичная, высота 8 или 20 м. Тx-y-z ― антенна Т-образная, где x ― количество лучей, y ― длина полотна (35, 45 или 55 м), z ― высота подвеса (8, 22 или 30 м).

2 Примечание — При приближении рабочей частоты к частоте собственного резонанса используемая методика расчётов неприменима, поэтому результаты для некоторых типов антенн не приведены.

Статья для скачивания в формате PDF (204 КБ)

При возникновении сложностей с выбором типа антенны, а также по другим технического вопросам обращайтесь на электронную почту: [email protected]

Самостоятельное изготовление антенн для мобильной связи

Не ловит телефон? Собери антенну сам!

В статье мы расскажем, как самостоятельно рассчитать, спроектировать и изготовить логопериодическую антенну для дачного приема на диапазон GSM 900, которую можно выполнить из подручных материалов, не покупая дорогих трубок, без применения сварки и тому подобного. Такую антенну можно будет установить как на даче, так в городе, например, за окном.

Логопериодические антенны достаточно компактны и широкодиапазонные, и при достаточном количестве вибраторов коэффициент усиления может приближаться к антенне типа «волновой канал». В среднем, коэффициент усиления антенны составляет 6…7 дБ, а уровень побочных лепестков диаграммы направленности от -12 до -14 дБ, КБВ (коэффициент бегущей волны) – более 0,5.

Антенна состоит из двух рядов горизонтальных вибраторов, расположенных на рядах в шахматном порядке на траверсах. Длина вибраторов и расстояние между ними убывают в геометрической прогрессии в направление к точкам подключения кабеля. Позади самого длинного вибратора устанавливается короткозамкнутая перемычка, улучшающая согласование антенны с кабелем снижения и обеспечивающая необходимое симметрирование антенны.

Подчёркиваем, что представленный ниже расчет построен на эмпирических формулах.

1. Частота сигнала в стандарте GSM 900 по каналам передачи UpLink составляет 890…915 МГц (мобильный телефон – передатчик, базовая станция – приемник), а по каналам передачи DownLink — 935…960 МГц (мобильный телефон – приёмник, базовая станция – передатчик).8 м/с: λ_max≈0,345м=345мм и λ_min≈0,306м=306мм.

3. Основными геометрическими параметрами логопериодической антенны являются два параметра:
а) знаменатель геометрической прогрессии τ=0,8…0,9, характеризующего скорость убывания длин вибраторов. Примем τ=0,85.
б) угол α=10…30° при вершине треугольника, образованного краями вибраторов.В теории, чем ближе τ к 1 (lim τ=1) и чем меньше φ (lim φ=0), тем больше коэффициент усиления антенны, но при этом на практике возрастают габариты и масса антенны.

4. Также вводится параметр σ – относительный интервал, который объединяет в себе параметры α и τ: σ=d_n/(4*L_n)=0,25*(1- τ)*ctg(α/2), где L_n и d_n – длина любого вибратора и расстояние от предыдущего.
Экспериментальным путем определено, что оптимальным при заданном τ будет σ=0,243* τ -0,051=0,243*0,85-0,051≈0,15.

5. Определяем ctg(α/2)=4*σ/(1-τ)=4*0,15/(1-0,85)=4.

6. Определяем длину первого (самого длинного) вибратора l₁=(0,5…0,55)*λ_max=0,5*345≈173 мм.

7. Определяем длину второго вибратора l₂=τ*l₁=0,85*173≈147 мм.

8. Определяем расстояние от первого вибратора до второго: d₂=(l₁-l₂)*ctg(α/2)/2=(173-147)*4/2=52 мм.

9. Для остальных вибраторов проводим расчет аналогичный п.7 и п.8, согласно формулам:l_n= τ*l_n-1 и d_n=(l_n-l_n-1)*ctg(α/2)/2.

10. Результаты расчетов по п.9:

№ вибратора	l, мм	d, мм
1	173
2	147	52
3	125	44
4	106	38
5	90	32
6	77	26

 

11. Графически строим равнобедренный треугольник с длиной основания l₁=173 мм и углом при вершине φ=27° (ctg(α/2)=4).

 

12. Расстояние от первого вибратора до короткозамкнутой перемычки d₀=(0,125…0,18)*λ_max=0,125*345≈43 мм.

13. Расстояние между траверсами определяется из геометрии применяемых трубок и волнового сопротивления.

14. Коэффициент усиления антенны G_a=8,6…8,9 дБ определяем из таблицы по известным σ и τ:

		σ
		0,06	0,08	0,1	0,12	0,14	0,16	0,18
τ	0,8	7	7,2	7,5	8	8,3	8	7,5
	0,82	7,2	7,4	7,7	8,2	8,4	8,3	7,9
	0,84	7,3	7,6	7,9	8,3	8,6	8,6	8,2
	0,86	7,6	7,8	8,2	8,4	8,8	8,9	8,6
	0,88	7,9	8,1	8,4	8,7	9	9,2	9,1
	0,9	8,3	8,6	8,8	9	9,3	9,6	9,5
	0,92	8,7	8,9	9,1	9,4	9,6	10	10
	0,94	9,1	9,3	9,5	9,8	10,2	10,7	10,9
	0,96	9,5	9,7	10	10,4	11	11,5	11,7
	0,98	10	10,4	10,6	11,1	11,6	12,3	13,2

В качестве траверс, к примеру, можно использовать, старые алюминиевые лыжные палки. А в качестве вибраторов использовать алюминиевый провод от старой электропроводки, как можно большего диаметра, который удастся найти, для обеспечения прочности и жесткости антенны. В трубке сверлятся отверстия, отрезки провода вставляются в отверстия трубки и запаиваются. Для пайки алюминия рекомендуем использовать специальный флюс, например, Ф61А.

Кабель снижения необходимо провести внутри верхней траверсы, а на выходе оплетку кабеля припаять к верхней траверсе, а центральную жилу к нижней. Допустимо кабель не проводить внутри траверсы, а прикрепить его пластиковыми стяжками (хомутами) к ней.

 

 

Виды антенн и что из них можно использовать дома

То, что кажется странным, редко остается необъясненным.

Георг Кристоф Лихтенберг

Радиосвязь и радиовещание немыслимы без антенной техники. Антенны, — излучающие и принимающие радиоволны, использовались, как мы успели убедиться, и на заре радиотехники, применяются они и сейчас. К настоящему времени разработано великое множество антенн разных размеров, конструкций, эффективности. Появилась даже целая наука, занимающаяся только антенной техникой. Поскольку мы только начинаем вступать в мир радиоволн, нам просто необходимо познакомиться с наиболее распространенными типами антенн. Однозначно можно утверждать, что без антенны ваш радиоприемник будет только шипеть, а позывные вашего радиопередатчика никто не сможет принять.

Где можно увидеть антенну? Во-первых, обратите внимание на крышу своего дома. Наверняка вы заметите там телевизионную антенну, принимающую телесигнал. Это — приемная антенна. Она может иметь множество конструктивных вариантов — две простые трубочки, напоминающие вибратор Герца, подковообразную горизонтальную сплюснутую петлю, «паутинку» в круглом обруче, несколько ромбиков, расположенных друг над другом. Горизонтальную трубку, поперек которой установлена «лесенка» из таких же трубочек. Эти антенны имеют свои названия — диполь, петлевой вибратор, «паутинка», ромбическая, волновой канал (рис. 10.17).

Рис. 10.17. Виды используемых в телевидении антенн:

_{а — диполь; б — петлевой вибратор; в — «паутинка»; г — ромбической; д — волновой канал}

Имеется еще ряд конструкций, которые мы здесь не называем. Телевизионные антенны могут также состоять из нескольких вариантов антенн, установленных на одной несущей мачте. Этим достигается оптимальный прием сигналов разных частот. Антенны в таком случае просто переключаются, или их сигналы складываются в специальном устройстве — частотном сумматоре.

Значительно отличается от приемных конструкция передающих телевизионных антенн (рис. 10.18).

Рис. 10.18. Передающая ТВ антенна

Мы уже знаем, что телевещание возможно в диапазоне волн не ниже УКВ. Из-за этого передающая антенна требует установки на большой высоте — иначе территориальный охват будет очень маленьким. Уникальные сооружения, создаваемые для передающих телеантенн, — телебашни, — наряду с другими историческими памятниками, стали символами крупных городов. Порой только по одному виду, открывающемуся на телебашню, можно назвать город. Передающая телеантенна состоит из ряда дипольных излучателей (вибраторов Герца), расположенных вертикально на специально рассчитанном расстоянии друг от друга.

Излучателей может быть много — десять и больше. Зачем? Если, скажем, передающую антенну выполнить в виде одного диполя, то окажется, что большая часть сигнала будет «уходить» не по направлению к земному горизонту, но также и вверх. Для кого нужны такие растраты сигнала? Для птиц и космонавтов? Электромагнитная волна, формируемая телеантенной, должна иметь вид, напоминающий луч прожектора. А обеспечивает «луч» как раз линейка диполей, выстроенных в ряд. Специалисты говорят, что антенна приобретает острую направленность.

Здесь мы подошли к одному из главных свойств любой антенны, называемом диаграммой направленности. Представить диаграмму направленности можно из следующего примера. Допустим, мы окружили антенну большой шарообразной оболочкой, напоминающей мыльный пузырь, и стремимся замерить в каждой его точке уровень сигнала, исходящий от антенны. Если излучение ненаправленное, в каждой точке пузыря мы измерим одинаковый уровень. А если имеется направленность, на пузыре образуется как бы пятно. Это пятно — зона максимального излучения антенны (рис. 10.19).

Рис. 10.19. Диаграмма направленности антенны:

_{1 — слабонаправленной; 2 — остронаправленной}

Диаграммой направленности характеризуются и приемные антенны. Направленные антенны, кстати, более предпочтительны в технике телеприема, так как меньше «насасывают» помехи со сторон, расположенных вне зоны максимума сигнала. Однако их надо точнее устанавливать в направлении на передающую антенну.

Чем еще характеризуется та или иная антенна? У нее есть очень важный параметр — действующая высота. Чтобы понять, что такое действующая высота, взглянем на рис. 10.20.

Рис. 10.20. Эквивалентное представление антенны через источник ЭДС

Антенна — это всего лишь преобразователь электромагнитной волны в ЭДС. Причем, преобразовываться в ЭДС может, как мы уже знаем, и электрическая, и магнитная составляющие. Электромагнитная волна в любой точке пространства характеризуется напряженностью своих компонент — электрической и магнитной. Но напряженность электрического поля, единицей которой служат [В/м], должна быть как-то преобразована в вольты, которые можно будет подвергнуть преобразованиям в тракте радиоприемника. Очевидно, что, домножив напряженность поля на единицу длины, мы и получим те самые долгожданные вольты:

E_c = E·h_д

где Е_с — ЭДС сигнала на входе приемника, В;

Е — напряженность электрического поля в точке приема, В/м;

h_д — коэффициент пропорциональности (действующая высота антенны), м.

Какую информацию несет это соотношение? Очень важную! Оказывается, действующая высота антенны зависит не только от собственно высоты ее установки, но также и от конструктивных параметров. Соответственно, установив в одной и той же точке две разные по конструкции антенны, можно получить разный уровень ЭДС на ее выходе!

Как видно из рис. 10.20, антенна представляет собой простой генератор ЭДС со своим внутренним сопротивлением Z_a. Наличие этого внутреннего сопротивления, которое, в зависимости от конструкции антенны и длины волны, принимаемой ею, может быть и чисто активным, и реактивным. В этой книге мы не будем подробно рассматривать вопросы, связанные с сопротивлением антенны, скажем лишь, что данное обстоятельство вызывает необходимость согласовывать радиоприемник с антенной для более эффективного приема. Теория антенной техники утверждает, что лучше всего передавать в нагрузку (на вход радиоприемника) максимальную мощность, а для этого необходимо соблюсти условие равенства сопротивлений антенны и нагрузки.

Поговорим теперь о конструкциях антенн. Самая простая и до сих пор популярная у радиолюбителей — симметричный вибратор (диполь, вибратор Герца), изображенный на рис. 10.21.

Рис. 10.21. Симметричный вибратор (диполь)

Антенна состоит из двух проводников одинаковой длины, между которыми включена линия, соединяющая антенну с приемником, — фидер. Наиболее эффективным считается полуволновой вибратор, у которого длина плеча (l) выбирается равной четверти длины принимаемой волны (λ). Отсюда следует важный вывод: практически все антенны имеют неравномерную частотную характеристику. То есть наиболее эффективный прием будет осуществляться для волны какой-то определенной длины. Чем больше длина волны отличается от расчетной, тем хуже условия приема.

Это обстоятельство заставляет использовать разные антенны для приема волн разных длин. Однако волны с примерно близкими длинами чаще всего можно принимать на одну и ту же антенну, спроектированную на середину диапазона, — без заметного ухудшения качества приема.

Очень важный момент — поляризация волны, о которой мы говорили выше. Передающие антенны ДВ и СВ радиостанций излучают вертикально-поляризованную волну, у которой электрическая составляющая вертикальна, поэтому для ее приема дипольные антенны нужно располагать вертикально. Другой интересный и, возможно, для кого-то печальный вывод можно сделать, рассчитав реальные размеры симметричных вибраторов. Оказывается, только вибраторы УКВ-диапазона могут помещаться в городской квартире. Антенны же для приема волн КВ и уж тем более СВ и ДВ диапазонов имеют очень большие размеры. Поэтому их выносят на улицу, располагая на крыше дома, между домами, между деревьями. Радиовещатели, работающие в этих диапазонах, зная, какая антенна нужна для качественного приема, решили «не издеваться» над слушателями, а просто увеличили мощность своих передающих станций. Коротковолновики-любители не могут произвольно наращивать мощность своих станций до бесконечности, поэтому они просто вынуждены выносить на крыши своих домов тщательно изготовленные крупногабаритные антенны.

В памяти одного из авторов этой книги осталась история, свидетелем которой он был на протяжении десятка лет, совершая выезды на дачу. Напротив железнодорожной станции стоял высокий многоквартирный жилой дом. В ожидании поезда ничего не оставалось, как изучать окрестности, в том числе и заглянуть на крышу этого дома. Так вот, на крыше сначала была протянута горизонтальная проволока полуволнового диполя, потом ее сменил примерно десятиметровый куб на мачте, позже вместо куба появилась плоская решетка. Скорее всего, коротковолновик-любитель, живший в доме, по мере возрастания знаний и возможностей повышал эффективность своей аппаратуры.

Действующая высота полуволнового вибратора рассчитывается по формуле:

h_d = λ/π

Внутреннее сопротивление (Z_a) этого вида антенны составляет 73 Ом. Оно несет чисто активный характер и согласуется со стандартным входным сопротивлением 75 Ом. Диаграмма направленности этой антенны — слабо выраженная. Она имеет вид «восьмерки» и показана на рис. 10.22.

Рис. 10.22. Диаграмма направленности симметричного вибратора:

_{а — на горизонтальной плоскости; б — в объеме на поверхности Земли}

Другая — тоже часто встречающаяся разновидность антенны — несимметричный вибратор, рис. 10.23. Рисунок дает общее представление, так сказать, идею антенны.

Рис. 10.23. Несимметричный вибратор

Основные электрические характеристики несимметричного вибратора в значительной степени зависят от конкретной конструкции. О некоторых из них мы поговорим чуть позже, а сейчас обсудим новый термин, появившийся в нашем рассказе, — заземление.

Для появления в цепи электрического тока, необходимо, чтобы цепь замкнулась. В симметричном вибраторе она замыкается электромагнитной волной между плечами антенны. А вот в несимметричном вибраторе мы имеем только одно плечо. Где же другое? А другим плечом может с успехом служить… поверхность Земли!

Мы уже знаем, что земная поверхность имеет свойство проводить электрический ток, так как в ее составе есть ионы солей, металлы, вода. Конечно, электропроводность почвы намного хуже электропроводности металлов, но ее вполне достаточно для организации второго плеча антенны, предназначенной для приема радиовещательных станций. Почти даром нам удастся вдвое сократить длину диполя!

Если читатель живет в загородном доме, ему не составит большого труда изготовить хорошее заземление. Делается это очень просто: берется ненужное металлическое изделие с большой площадью поверхности, например корыто. К изделию прикручивается болтом или припаивается проводник (например, экранная оплетка от отслужившего свой срок телевизионного кабеля). Затем изделие закапывается на глубину примерно 1 м. Перед тем как закопать корыто, лучше посыпать его поваренной солью и древесным углем (из печки) для улучшения электропроводности (рис. 10.24, а).

Если же читатель живет в городской квартире, да еще и на одном из последних этажей высотного дома, то тащить провод заземления в квартиру будет сложно. Мало того, прилегающая территория может быть просто заасфальтированной. Но не огорчайтесь, вы не останетесь в стороне от радиоприема на несимметричный вибратор, хотя ситуация с заземлением в городской квартире сложнее. Вот что пишет в отношении заземления известный уже нам В. Т. Поляков [9]: «Неплохим заземлением служат трубы центрального отопления. Они хоть и изолированы, но в современных многоквартирных домах электрически соединяются с общим контуром заземления дома. В любом случае разветвленная тепловая сеть служит отличным противовесом антенне. К газовым трубам подключаться запрещается».

По существующим нормам техники безопасности использование труб центрального отопления в качестве заземлителей вообще-то недопустимо. И вот почему. Все соединения труб выполняются не сваркой, а разъемными, к тому же, если неожиданно кто-то начнет менять у себя в квартире батарею, электрический контакт точно нарушится. Мы намереваемся использовать заземление не в качестве защитной меры, предотвращающей от поражения электрическим током, а для приема. Поэтому наиболее близким вариантом, рекомендуемым радиолюбителям, следует считать металлическую канализационную трубу. Она выполняется сварной, и, даже если не будет контачить с землей, все равно ее протяженности будет достаточно. Нужно зачистить трубу до металла с помощью наждачной бумаги в месте подключения, убрав краску и окислы. Затем можно надеть на зачищенное место металлический хомут, изготовленный самостоятельно из металлической полоски или приобретенный в автомагазине (такие хомуты используются для крепления шлангов). Теперь трубу и хомут можно покрасить, оставив незащищенным только место, куда будет крепиться проводник (рис. 10.24, б).

Рис. 10.24. Заземление радиоприемника:

_{а — в загородном доме; б — в городской квартире}

Наиболее искушенные читатели могут вспомнить, что нулевой проводник в подавляющем большинстве трехфазных систем питания обычно заземляется, а сама система получает название системы с глухозаземленной нейтралью. Один из проводов в электрической розетке теоретически может стать заземлением для приемника. Но только теоретически! Авторы настоятельно не рекомендуют пользоваться этим способом, так как, во-первых, это запрещено действующими правилами техники безопасности, во-вторых, при неумелых действиях и по забывчивости можно подключиться не к «нулю», а к «фазе», получить удар током, а в-третьих, на нулевой провод наводятся помехи с фазных проводов, и из-за этого прием станет просто невозможным. Пользуйтесь вышеназванными двумя способами! Как показывает практика, хорошее заземление может улучшить помехозащищенность радиовещательного приемника.

Но вернемся к приемным антеннам. В диапазонах ДВ, СВ и КВ наиболее, предпочтительно использовать наружные несимметричные вибраторы Г-типа и Т-типа, показанные на рис. 10.25.

Рис. 10.25. Распространенные антенны:

_{а — Г-образная антенна; б — Т-образная антенна}

Конечно, по сравнению с длиной волны они имеют небольшие размеры, но это — лучший вариант для радиолюбителя. Антенна подвешивается на двух мачтах как можно выше от земли (желательно на высоте 10–15 м). Прием ведется на отрезок вертикального провода. Действующая высота такой антенны приблизительно равна:

h_d~= h

то есть высоте вертикального проводника. Зачем нужен горизонтальный проводник? Вместе, с земной поверхностью он образует конденсатор, который и перезаряжает электромагнитная волна. Мы знаем, что чем больше емкость конденсатора, тем меньше его реактивное сопротивление, тем больше ток в цепи и тем больше напряжение, отдаваемое антенной в нагрузку. Казалось бы, чем длиннее этот проводник, тем. эффективнее будет осуществляться прием. Но на самом деле это не так. Горизонтальный проводник нет смысла делать длиннее 30 м, так как часть емкости, образуемая удаленными концами, будет настолько незначительной, что ее вклад практически не ощущается.

Обе разновидности антенн относятся к типу ненаправленных. Т-образная антенна вообще обладает круговой диаграммой направленности, а Г-образная имеет слабовыраженный максимум со стороны вертикального, проводника — снижения.

Советы по изготовлению Т-образных и Г-образных наружных антенн мы здесь не приводим — все определяется конкретными условиями и возможностями читателя. Но два обязательных совета все же дадим. Во-первых, горизонтальный — «емкостный» — проводник нужно хорошенько изолировать от мачт (опор), чтобы не возникали токи утечки. Сделать это можно с помощью фарфоровых изоляторов, продающихся в магазинах электротоваров для выполнения открытой проводки. Можно также использовать материал, слабо восприимчивый к влажности, например толстое оргстекло, просверлив в пластинке два отверстия — для проводника и для растяжки. Желательно также сделать по две изолированные вставки с каждой стороны, как показано на рисунках.

Второй совет касается техники безопасности. Помните судьбу Рихмана, сподвижника Ломоносова? Во время грозы в наружную антенну может ударить молния — источник пожара. Поэтому при приближении грозы нужно замкнуть провода заземления и снижения. Сделать это элементарно просто — достаточно установить в удобном месте переключатель или, что даже лучше, разрядник (так называют специальный элемент, который обладает способностью при повышении на нем напряжения выше определенного уровня закорачивать цепь).

Если по каким-либо причинам установить описанные выше антенны не удалось, можно воспользоваться несколько худшим вариантом — изготовить метелочную антенну (рис. 10.26, а). Роль емкостной обкладки здесь выполняет пучок тонких проводников длиной примерно 0,5 м, закрепленных на верхушке мачты. Естественно, «метелка» должна быть связана со снижением электрически.

Городские условия, увы, намного стесненнее сельских в плане развертывания эффективных антенн. Скорее всего, горожанам придется воспользоваться комнатной антенной Т-образного и Г-образного типа. Длина снижения таких антенн составляет примерно 1,5…2 м, а «емкостная» часть, располагаемая под потолком, — 4–6 м. Действующая высота комнатных антенн приближенно равна:

h_d~= h/2

Не так давно комнатные антенны такого типа можно было купить в радиомагазинах. Они представляли собой медный одножильный провод без изоляции, навитый в виде пружинки с диаметром 7—10 мм. Протянув под потолком суровую нитку или леску, антенну растягивали на ней из одного угла комнаты к другому, затем изготавливали снижение. Комнатной антенне не нужна грозозащита!

Сейчас такую антенну купить едва ли возможно, поэтому, если у читателя хватит терпения, можно навить ее из трансформаторной проволоки. А можно и, не мудрствуя лукаво, натянуть кусок провода без навивки.

Еще один тип вибратора, который используется преимущественно в диапазоне УКВ, — петлевой вибратор (рис. 10.26, б).

Рис. 10.26. Варианты антенн:

_{а — метелочная; б — петлевой вибратор}

Он часто изготавливается из трубочек небольшого диаметра (5—10 мм). Длина вибратора (l) выбирается равной половине средней длины волны УКВ диапазона ( λ). Между торцами трубок, в месте подключения фидера, нужно оставить зазор 50–70 мм. Для такой антенны действующая высота равна:

h_d~= 2λ/π

то есть в два раза больше, чем действующая высота полуволнового вибратора. Однако ее внутреннее сопротивление равно 292 Ома. Важно также отмстить, что радиостанции диапазонов OIRT и CCIR излучают по-разному поляризованные волны. Так что при установке антенны необходимо добиться максимального уровня сигнала, вращая ее не только в горизонтальной плоскости, но также и в вертикальной. Закрепить петлевой вибратор можно в «точке», показанной на рис. 10, 26. Причем закрепить вибратор можно в этом месте даже к металлической несущей конструкции, так как потенциал точки закрепления — нулевой.

А теперь, завершая рассказ о петлевом вибраторе, покажем, как с помощью очень простых способов можно повысить действующую высоту этой антенны и придать ей более острый вид диаграммы направленности. В 1924 г. Хидецугу Яги (1886–1976), профессор Токийского инженерного колледжа при Императорском университете, вместе со своими ассистентами Уда и Окабе впервые практически реализовал идею использования пассивных элементов для создания эффективной направленной антенны. С того времени термины «яги» или «яги-уда» стали нарицательными для обозначения многоэлементных направленных антенн.

Что же представляет собой антенна «яги-уда»? В отечественной литературе ее называют чаще антенной типа «волновой канал». Этот вид коллективных телеантенн можно видеть на любой крыше многоквартирного дома. Взгляните на рис. 10.27.

Рис. 10.27. Антенна «яги-уда» (волновой канал)

Знакомый нам петлевой вибратор с одной стороны «перегорожен» множеством директоров — горизонтальных линеек, а с другой имеется рефлектор. Если по определенному правилу рассчитать длину этих элементов и расположить их на соответствующих расстояниях, то антенна приобретает замечательные свойства, описываемые выше, — становится направленной и развивает большее значение ЭДС на выходе. Увеличивая количество директоров, можно повысить направленность и увеличить ЭДС. Основной вклад в этой антенне вносят директоры, располагаемые близко от вибратора, с увеличением расстояния их вклад уменьшается. Но тем не менее иногда количество директоров наращивают до 30 и более!

Антенна «уда-яги» подходит для так называемого «дальнего приема» УКВ сигналов, но изготавливать ее начинающему радиолюбителю не рекомендуется. Причин несколько. Во-первых, для приема УКВ радиовещательных станций размеры антенны получаются внушительными, так что не всякий сможет сделать ее самостоятельно из подручных материалов. И во-вторых, что самое главное, эта антенна требует настройки. Необходимо с помощью специальных приборов подобрать (впрочем, в небольших пределах) расстояние между директорами и их длину, что может быть выполнено только людьми с высокой степенью квалификации и большим опытом. Ненастроенная антенна может работать намного хуже настроенной.

В заключение главы об антеннах поговорим о так называемых встроенных антеннах, которые хочется назвать — «антенны, которые всегда с тобой». Классикой в ДВ и СВ диапазонах уже давно Стали магнитные антенны. Называются они так потому, что для приема используется магнитная составляющая электромагнитной волны. Магнитная антенна — стержень из специального материала, напоминающего свойствами железо, — из феррита. Стержень бывает круглым или прямоугольным. На него намотана обмотка из провода, представляющая собой катушку индуктивности, рис. 10.28.

Рис. 10.28. Конструкция магнитной антенны

Диаграмма направленности магнитной антенны показана на рис. 10.29.

Рис. 10.29. Диаграмма направленности магнитной антенны на плоскости (в объеме вид аналогичен показанному на рис. 10.22, б)

Она имеет знакомый нам вид, подобный диаграмме направленности симметричного диполя. Всем хорошо знакомо, что портативный приемник всегда нужно поворачивать, добиваясь максимума сигнала. А стационарные ламповые приемники, которые невозможно повернуть, предусматривали в конструкции поворотную магнитную антенну, управляемую при помощи сложной системы шкивов, роликов, шнурков и тяг.

Действующая высота магнитной антенны определяется из формулы:

где D_k — диаметр намотки;

w — число витков обмотки;

μ — магнитная проницаемость сердечника.

Расчеты показывают, что действующая высота собственно магнитной антенны мала — она составляет несколько миллиметров. Чтобы повысить ее до значения 1…2 м, параллельно катушке включают конденсатор переменной емкости и настраивают этот узел в резонанс с принимаемой волной. (О резонансе мы поговорим чуть позже.)

Часто встраивается в радиоприемник выдвижная телескопическая антенна. Она эффективна при приеме на КВ и УКВ-диапазонах, но в автомобильных приемниках используется во всем диапазоне принимаемых частот. Действующая высота телескопической антенны:

где l — длина телескопической антенны.

Вот и все разновидности антенн, на которых рекомендуем остановиться начинающему радиолюбителю. В профессиональной технике используются конструкции антенн намного сложнее. «Тарелки» спутникового телевидения — крохотные, едва видные штырьки на корпусах сотовых телефонов, вращающиеся «кубические сетки» радаров и локаторов, рупора СВЧ техники — все это мир антенн.

Обзор антенн для устройств GPS

В первую очередь GPS-антенны следует разделить на пассивные и активные. Кроме того, существуют антенны внешние и для монтажа на плату. Эти две классификации антенн для GPS являются основными. Производители предлагают антенны различного типа. Не следует забывать, что антенны являются одной из самых важных составных частей беспроводных систем. Каким бы замечательным ни было оборудование, но если используется неподходящая антенна, то характеристики такой системы будут весьма далеки от желаемых. Активные антенны представляют собой пассивные антенны со встроенным малошумящим усилителем. Когда же стоит применять активные антенны? Во-первых, если в GPS-приёмнике нет возможности установки внутренней антенны — например, когда выведен разъём для подключения внешней антенны, безсуловно, лучшим вариантом будет использование активной антенны, нежели пассивной. Это позволит не только увеличить чувствительность, но и повысить соотношение «сигнал — шум» и снизить влияние помех (слабый сигнал, идущий по кабелю от пассивной антенны более подвержен воздействию внешнего электромагнитного излучения, чем сигнал от активной антенны гораздо большей амплитуды). В случае отсутствия соединительного кабеля (или в случае крайне малой его длины, которой можно пренебречь), необходимость применения активной антенны диктуется конкретной ситуацией: если разрабатывается новое устройство, то во многих случаях может быть удобнее и дешевле встроить антенный усилитель непосредственно в устройство. Готовые устройства такой усилитель уже могут содержать, поэтому к выбору типа антенны необходимо подходить индивидуально.

Рассмотрим некоторые модели антенн, предлагаемых различными производителями. Компания Laipac предлагает целый ряд антенн для беспроводных устройств, как внешних, так и внутренних. Накладная серия антенн P1 представляет собой внешнюю активную антенну для устройств GPS (рис. 1).

Рис. 1. Внешний вид антенны Laipac P1

Она имеет небольшие габариты, выполнена в защищённом от внешних воздействий корпусе и поставляется с кабелем с разъёмами MMCX, SMA и MCX. Корпус имеет магнитное основание, что в большинстве случаем существенно упрощает её монтаж на место работы. В антенну встроен высокотехнологичный современный малошумящий усилитель. Имеется большое разнообразие разъёмов (которое может быть расширено поставкой антенн с заказными разъёмами). Антенны выпускаются в двух вариантах: для систем с напряжением питания 3,0 В и для систем с напряжением питания 5,0 В. Помимо хорошего усиления МШУ содержит полосовые фильтры, вырезающие все сигналы за пределами рабочего диапазона частот GPS. Рассмотрим основные рабочие характеристики антенны. Рабочая частота составляет 1575,42±3 МГц, при этом КСВН не превышает 2,0. Ширина полосы пропускания с учётом работы полосовых фильтров составляет 10 МГц. Антенна имеет коэффициент эллиптичности 3,0 дБ, её импеданс составляет 50 Ом. Максимальный коэффициент усиления собственно антенны достигает 4,0 дБ, а рассеиваемая мощность не превышает 1,0 Вт; поляризация антенны – правая круговая. Встроенный усилитель имеет следующие характеристики: коэффициент усиления сигнала без учёта затухания в кабеле — 27 дБ при коэффициенте шума 1,5 дБ; выходной КСВН не превышает 2,0. При этом напряжение питания составляет либо 3,0±0,3 В (для трехвольтовых модификаций), либо 5,0±0,5 В (для пятивольтовых). Вес — всего 35 г (без кабеля; вес с кабелем не превышает 120 г) при габаритах 49,3×49,3×17 мм. Антенна комплектуется кабелем типа RG 174 длиной 5 м. Антенна успешно функционирует в диапазоне температур от –40 до +105 ºС.

Навинчивающаяся антенна GLP1-RA (рис. 2) предназначена для подключения к GPS-приёмникам с внутренним напряжением питания 3,3 В. Она компактна, выполнена в защищённом корпусе и в основном предназначена для производителей электроники и системных интеграторов. Суммарное усиление антенны составляет 27 дБ. Кабель с разъемом типа SMA выходит из центральной нижней части антенны. Основные технические характеристики этой антенны во многом аналогичны рассмотренной выше Р1, за исключением коэффициента шума – здесь он составляет 1,2 дБ, а потребляемый ток не превышает 20 мА. Рабочий диапазон температур менее широк: от –40 до +85 С. Диаметр антенны составляет 60 мм, а высота — 22 мм.

Рис. 2. Внешний вид антенны Laipac GLP1-RA

Еще одна производимая этой фирмой антенна GLP-P1P (рис. 3) уже относится к классу встраиваемых пассивных антенн без усилителя, поэтому подразумевает использование с модулями, имеющими встроенный МШУ. Ее технические характеристики аналогичны рассмотренным выше, поэтому отметим только уникальные. Ширина полосы пропускания, в отличие от антенны Р1, составляет 15 МГц. Конструкция антенны требует противовес размером 70×70 мм, при этом её вес не превышает 10 г, а габаритные размеры составляют 25×25×2 мм. Рабочий диапазон температур антенны — от –40 до +85 С, допустимая влажность — 95–100% при отсутствии конденсации. Отметим также, что этот модуль производится и в варианте со встроенным МШУ, при этом толщина увеличивается на 8 мм.

Рис. 3. Фотография антенны Laipac GLP-P1P

Рис. 4. Внешний вид антенны Laipac GLP1-GC

Модель GLP1-GC (рис. 4) более интересна, поскольку представляет собой совмещённую антенну GPS/GSM и выпускается в двух реализациях: в виде накладной антенны с магнитным основанием (рис. 5) и в виде антенны для постоянного монтирования на место работы (рис. 6). Такая комбинированная антенна очень удобна и незаменима при использовании в системах телеметрии и удалённого контроля местоположения объектов, например, в системах слежения за транспортом и логистики. В последнее время интерес рынка к этой категории приложений существенно возрос, поэтому предлагаемая антенна будет интересна большинству системных интеграторов и производителей беспроводного оборудования для телеметрии. Эргономичный корпус, защищённый от внешних воздействий, удобен при использовании на внешних объектах. Антенна имеет большой коэффициент усиления в диапазоне GPS. Усиление в диапазоне GSM составляет -1 дБи. Активная часть антенны обеспечивает усиление до 27 дБ, при этом потребляемый ток не превышает 22 мА. Антенна комплектуется кабелем длиной 5 м с разъёмом типа SMA. При этом допустимый диапазон питания антенны составляет 3,0–5,0 В. Для приложений GPS антенна имеет полосу пропускания 10 МГц при импедансе 50 Ом и КСВН не более 2,0. Встроенный МШУ обеспечивает усиление 27 дБ (без учёта потерь в кабеле) и коэффициент шума не более 1,5 дБ. Для приложений GSM антенна имеет рабочий диапазон частот 880–960 МГц и импеданс 50 Ом, диаграмма направленности – круговая. Диаметр антенны 100 мм при высоте 39 мм, при этом вес её составляет 320 г. Антенна комплектуется кабелями (RG-174 для GPS и RG-58 для GSM) с разъёмами типа SMA и TNC на конце.

Рис. 5. Габаритные и присоединительные размеры антенны GLP1-GC в исполнении с магнитным основанием

Рис. 6. Габаритные и присоединительные размеры антенны GLP1-GC в исполнении для монтажа в отверстие

Еще одной комбинированной антенной, предлагаемой компанией Laipac, является модель GLP1-CA (рис. 7). Технические характеристики аналогичны антенне GLP1-GC. Напряжение питания может находиться в диапазоне от 3,0 до 5,0 В, при этом максимальный потребляемый ток равен 22 мА. Антенна имеет круговую диаграмму направленности и габариты 86×60×25 мм в варианте реализации без дипольной антенны, либо 86×60×80 мм. Варианты разъёмов для GPS могут быть BNC, SMA, SMB и SMC, а для GSM – BNC, SMA и TNC.

Рис. 7. Фотография антенны Laipac GLP1-CA

Компания Wi-Sys Communications производит очень широкую номенклатуру антенн для GPS. Среди них как встраиваемые антенны, так и корпусированные и антенны специального назначения. При этом хочется отметить, что в каждой категории компания предлагает целый ряд оптимизированных по разным критериям решений. В качестве таких решений выступают высокий коэффициент усиления, малое энергопотребление, низкая цена, малые габариты и т. д. Объем статьи не позволяет рассмотреть их все, поэтому приведем лишь наиболее яркие из них. Все модели будут присутствовать в сводной таблице технических характеристик, которая будет дана в заключительной части этой статьи. Сначала рассмотрим встраиваемые антенны этого производителя, затем корпусированные и, наконец, кратко коснёмся антенн для устройств специального назначения.

 

Встраиваемые антенны

Антенны с высоким коэффициентом усиления требуются для успешной работы систем позиционирования в сложных условиях, где уровень сигнала крайне мал и усиления обычных антенн недостаточно для надёжной работы устройства. К этому классу относятся антенны серии WS3950/60 (рис. 8). Цепи малошумящего усилителя в этих антеннах разработаны на самой современной элементной базе и имеют встроенный ПАВ-фильтр, что позволяет получать надёжный и чистый сигнал даже в крайне сложных условиях. Антенна обладает круговой правой поляризацией, а встроенный малошумящий усилитель обеспечивает коэффициент усиления 28 дБ при напряжении питания 3,0 В и 28,5 дБ при питании напряжением 5,0 В, при этом коэффициент шума не превышает 0,8 дБ. Диапазон рабочих напряжений составляет 2,7-5,0 В, а потребляемый активной частью антенны ток в рабочем режиме составляет 7,5 мА (типовое значение) при напряжении питания 3,3 В. Антенна имеет габариты 28×28×9 мм. Антенна комплектуется кабелем длиной 15 см с разъёмом MMCX. Серия антенн WS3954/WS3964 внешне ничем не отличается от WS3950/60, однако их параметры оптимизированы по критерию энергопотребления. Отличие состоит в потребляемом токе – всего 2 мА при напряжении питания 2,7 В (при этом МШУ обеспечивает коэффициент усиления 18 дБ). Допустимое напряжение питания для этой серии антенн находится в диапазоне от 2,5 до 3,3 В. Серии антенн WS3957/WS3967, напротив, оптимизированы по стоимости. В них использован двухкаскадный малошумящий усилитель со встроенными фильтрами на ПАВ, в результате при напряжении питания 2,8 В достигается усиление 28 дБ (при этом потребляется ток 9 мА), а при напряжении 5,0 В – 30 дБ, при этом потребляемый ток увеличивается до 15 мА. Допустимый диапазон напряжения питания составляет от 2,7 до 5,0 В. Коэффициент шума сигнала не превышает 1,5 дБ, он немного хуже, чем в серии WS3950/60, но эти антенны дешевле. Имеется также герметизированный вариант WS3967-P, по электрическим характеристикам аналогичный антеннам серий WS3957/WS3967.

Рис. 8. Фотография антенны Wi-Sys WS3950/60

Другим довольно интересным и необычным решением компании Wi-Sys являются антенны серии WS4051/WS4061 со встроенным разъёмом MCX (рис. 9). Производитель позиционирует их как решения для встраиваемых систем. Антенны имеют коэффициент шума сигнала 0,8 дБ и могут функционировать при напряжении питания от 2,7 до 5,0 В. Коэффициент усиления МШУ составляет не менее 28 дБ при напряжении 3,3 В (при этом потребляемый ток составляет 7,5 мА) и 28,5 дБ при питании 5,0 В. В этом семействе антенн также имеются серии, оптимизированные для приложений с минимальным энергопотреблением – это серии WS4055/WS4065. Их конструктивное исполнение аналогично антеннам WS4051/WS4061, отличия же заключаются только в электрических параметрах: их напряжение питания составляет 2,5-3,3 В, при этом потребляемый ток при питании 2,7 В составляет всего 2,0 мА. При напряжении питания 3,3 В обеспечивается коэффициент усиления МШУ не менее 18 дБ, коэффициент шума при этом не превышает 1 дБ.

Рис. 9. Внешний вид антенн Wi-Sys WS4051/WS4061

Для портативных приложений компания Wi-Sys разработала специальные сверхкомпактные антенны с продольными размерами всего 13 и 18 мм. К первым относится серия антенн WS1357 (рис. 10), которые предназначены для встраиваемых приложений и имеют хорошую защиту от электростатических разрядов. Диапазон допустимого напряжения питания составляет 2,7-5,0 В, коэффициент шума МШУ не превышает 1,5 дБ. При этом МШУ обеспечивает усиление 28 дБ при напряжении питания 3,3 В (при этом ток потребления составляет 9 мА) и 28,5 дБ при напряжении 5,0 В (при этом потребляется ток 15 мА). Антенна WS1857 имеет продольные размеры 18×18 мм, коэффициент усиления встроенного в них усилителя при напряжении питания 5,0 В достигает 30 дБ.

Рис. 10. Внешний вид антенны Wi-Sys WS1357

Как и многие производители GPS-антенн, компания Wi-Sys следует требованиям рынка и предлагает своим потребителям комбинированные антенны. Представитель этой категории – антенна WS3940-ULD (рис. 11). Она имеет ультратонкий профиль, что позволяет с успехом её использовать в миниатюрных и портативных устройствах. Диапазон напряжения питания этой антенны составляет 2,7-5,5 В, при этом типовое значение потребляемого тока — около 8 мА. Типовой коэффициент усиления малошумящего усилителя подсистемы GPS этой антенны равен 25 дБ, при этом коэффициент шума не превышает 1,6 дБ. Антенна работает в следующих диапазонах: 824–894 МГц (сотовая телефония), 890–960 МГц (GSM), 1710–1880 МГц (Европа) и 1850–1990 МГц (Северная Америка).

Рис. 11. Внешний вид антенны Wi-Sys WS3940-ULD

 

Корпусированные антенны

Предназначены для внешнего использования или замены/монтажа в уже готовые устройства GPS. Компания Wi-Sys производит ряд антенн этой категории: с магнитным основанием для простого монтажа на металлические поверхности; радиального типа для монтажа на штырь (на самом деле это полая трубка с внешней резьбой, внутри которой проходит коаксиальный кабель) и накладные антенны для монтажа на поверхности. В первой категории предлагается три серии антенн, оптимизированных с точки зрения минимума шумов, малого энергопотребления и небольшой цены. Антенны отличаются только ценой и техническими характеристиками, внешний же вид этих трёх серий одинаков. Серия антенн WS3910 (рис. 12) представляет специально разработанные антенны на базе керамических элементов, что позволило добиться снижения эффекта расстройки, который вызывается окружающими антенну предметами.

Рис. 12. Внешний вид антенны Wi-Sys WS3910

Антенна обладает отличными параметрами и очень удобна при монтаже: она не только имеет магнитное основание, существенно упрощающее монтаж на место эксплуатации, но и расположенные в нижней части отверстия, которые дают возможность также выполнять крепление винтами. При этом вес антенны — 120 г, а габаритные размеры — всего 45×51×12 мм. Рабочий диапазон температур довольно широк и охватывает допустимые значения в диапазоне от –40 до +80 С. Антенна относится к классу малошумящих, поэтому суммарный коэффициент шума получаемого от антенны сигнала для этой модели не превышает 0,8 дБ. При этом малошумящим усилителем обеспечивается отличное усиление: 28 дБ при напряжении 3,3 В (при этом потребляемый ток не превышает 7,5 мА) и 28,5 дБ при напряжении питания 5,0 В (потребляемый ток 11,5 мА). Как и все рассмотренные ранее антенны, эта модель имеет импеданс 50 Ом. Производитель рекомендует заказывать антенну, укомплектованную коаксиальным кабелем с разъёмом типа SMA, однако по запросу возможна поставка с разъёмами SMB, SMC, MCX, BNC и TNC. Серия WS3914 (внешний вид показан на рис. 11) оптимизирована для использования в малопотребляющей технике: ток потребления при напряжении питания 2,7 В не превышает 2 мА. При этом достигаются хорошие электрические параметры, определяемые используемым МШУ: он обеспечивает коэффициент усиления 18 дБ и шум не более 1 дБ (при напряжении 3,3 В). Допустимый диапазон питающего напряжения составляет от 2,5 до 3,3 В. Антенна поставляется с теми же типами разъёмов, что и WS3910. Еще один представитель категории антенн с магнитным основанием — модель WS3917, критерий оптимизации которой — цена. Она обладает хорошими электрическими параметрами при небольшой стоимости: напряжение питания 2,7–5,0 В, при этом МШУ обеспечивает усиление 28 дБ и коэффициент шума не более 1,5 дБ. Потребляемый активной частью антенны ток значительно выше, чем у модели WS3914, но за снижение цены приходится платить большим энергопотреблением: при напряжении питания 3,3 В усилитель антенны потребляет ток 9,0 мА, а при напряжении 5,0 В — 15,0 мА, а диапазон допустимого напряжения питания значительно шире: 2,7–5,0 В. Типы разъемов аналогичны модели WS3914, антенна поставляется с коаксиальным кабелем длиной 3 м, потери в котором составляют 1,3 дБ/м, то есть полное затухание в кабеле достигает 3,9 дБ, однако большой коэффициент усиления МШУ нейтрализует эту проблему.

Рис. 13. Внешний вид антенны Wi-Sys WS3977

Категория антенн для монтажа в отверстие компании Wi-Sys представлена серией WS3977 (рис. 13). Эти антенны отличаются крайне высоким подавлением внеполосных частотных компонент сигнала. В активной части используется современная элементная база с применением фильтров на ПАВ, что обеспечивает ей хорошие электрические параметры. Для удобства монтажа производитель также предлагает специальный кронштейн для крепления на горизонтальные поверхности. Габаритные и присоединительные размеры антенны WS3977 показаны на рис. 14. Антенна помещена в пыле-влагозащищённый корпус диаметром 66 мм и высотой 44,4 мм, при этом полный вес антенны равен 50 г. Диапазон допустимых напряжений питания расширенный — от 2,7 В до 5,0 В. Коэффициент шума не более 1,5 дБ при усилении 28 дБ (напряжение питания 3,3 В) и 30 дБ (питание 5,0 В). Антенна поставляется с единственным типом разъёма — TNC.

Рис. 14. Габаритные и присоединительные размеры антенны WS3977

Антенны для монтажа на поверхность производства компании Wi-Sys представлены семейством WS3977 (рис. 15). Антенны очень компактны (44,28×13,42 мм) и незаметна при использовании, при этом сохранены отличные технические характеристики, сохраняющиеся при работе от источника питания с выходным напряжением 2,7–5,0 В.

Рис. 15. Внешний вид антенны Wi-Sys WS3977

Способ крепления этой антенны (четырьмя винтами М4×40) легко понять из рис. 16, на котором приведены габаритные и присоединительные размеры, необходимые для её монтажа на место эксплуатации. Энергопотребление антенны относится к среднему классу и составляет 9 мА при нижнем предельном напряжении питания и 15 мА при верхнем, при этом коэффициент усиления для первого режима составляет 28 дБ, а для второго превышает 30 дБ. В отличие от предыдущих моделей, антенна WS3977 не снабжена кабелем, а имеет встроенный разъём типа MCX, что в большинстве случаев является не проблемой, а преимуществом, поскольку этим обеспечивается бульшая гибкость и удобство, чем при использовании антенн со встроенным кабелем.

Рис. 16. Габаритные и присоединительные размеры антенны WS3977

Расширенный диапазон температур (–40… +85 ºС) и герметичная конструкция позволяют без проблем использовать антенну в сложных условиях эксплуатации. Кроме того, на заказ антенна может поставляться в корпусах различного цвета.

 

Специализированные антенны

Категория специализированных антенн компании Wi-Sys представлена несколькими интересными моделями. Одной из них является WS3940 — комбинированная активная антенна, к которой можно подключить GPS-приёмник и сотовый модем или телефон. Яркой отличительной особенностью этой модели является то, что она специально предназначена для монтажа на стеклянные поверхности (рис. 17).

Рис. 17. Внешний вид антенны Wi-Sys WS3940

Эта модель очень удобна для применения в телематических приложениях и позволяет достичь отличной точности данных позиционирования, а также чистой надёжной связи центра с мобильным объектом. Антенна универсальна и помимо GPS способна работать в следующих частотных диапазонах: 824–894 МГц (сотовая телефония), 890–960 МГц (GSM), 1710–1880 МГц (европейский) и 1850–1990 МГц (Северная Америка). Диапазон рабочих напряжений питания — 2,7–5,0 В, при этом типовой потребляемый активной частью антенны ток составляет 8 мА. Коэффициент шума МШУ не превышает 1,6 дБ, при этом обеспечивается типовое усиление 25 дБ. Антенна достаточно компактна: её габаритные размеры 140×75×8 мм (рис. 18).

Рис. 18. Габаритные и присоединительные размеры антенны WS3940

Другой специализированной антенной является WS3942 (рис. 19). Как и предыдущая, эта модель предназначена для использования в телематических приложениях, поскольку обеспечивает работу как в диапазоне GPS, так и в диапазонах сотовой телефонии. Антенна состоит из двух объединённых блоков и активной части — малошумящего усилителя. Первый блок представляет собой накладную GPS-антенну, а второй — штыревую сотовую антенну. При этом в нижней части антенны имеется магнитное основание, что облегчает ее установку.

Рис. 19. Внешний вид антенны Wi-Sys WS3942

Она выпускается в двух модификациях — для Северной Америки и Европы, различия которых заключаются в поддерживаемых диапазонах частот (сотовая часть): для первого региона поддерживаются диапазоны сотовой телефонии 824–894 МГц и 1850–1990 МГц, а для второго — 890–960 МГц и 1710–1880 МГц. Встроенный малошумящий усилитель обеспечивает усиление 28 дБ при коэффициенте шума 1,6 дБ. Диапазон допустимого напряжения питания — от 2,7 В до 5,0 В. Экономичность антенны также на хорошем уровне: при напряжении питания 3,3 В потребляется ток — не более 9 мА. Эта модель за счет использования штыревой антенны имеет меньшие габариты: 45×51×64 мм (рис. 20).

Рис. 20. Габаритные и присоединительные размеры антенны WS3942

Антенна WS3947 (рис. 21) является также комбинированной и помимо работы с GPS обеспечивает возможность работы в диапазонах сотовой телефонии 3G, и, кроме того, одновременно позволяет работать в ISM-диапазоне 2,4 ГГц, что дает возможность использовать её в качестве и антенны для Wi-Fi. Необходимо отметить, что количество аналогов на рынке невелико. Антенна обеспечивает возможность применения в различных географических регионах, поэтому поддерживаются следующие диапазоны частот: 824–894 МГц (сотовая телефония), 890–960 МГц (сотовая телефония GSM), 1710–1880 МГц (Европа), 1850–1990 МГц (Северная Америка), 1885–2200 МГц (Европа и США, диапазон для систем мобильной телефонии 3G), 2400–2500 МГц (ISM-диапазон).

Рис. 21. Внешний вид антенны Wi-Sys WS3947

Характеристики активной части антенны следующие: диапазон напряжений питания 3,0–5,0 В, коэффициент усиления 28 дБ при коэффициенте шума 1,5 дБ; ток потребления при напряжении питания 3,5 В равен 9 мА. При таком сочетании возможностей антенна не только невелика по размерам, но и очень тонка — ее толщина 8,5 мм, а габариты 132,1×58,9 мм (рис. 22).

Рис. 22. Габаритные и присоединительные размеры антенны WS3947

И, наконец, в заключение краткого обзора антенн компании Wi-Sys рассмотрим комбинированную GPS/Wi-Fi активную антенну WS3948. Внешне она очень напоминает антенну WS3942 и имеет такую же конструкцию: накладную основную часть с магнитным основанием, содержащую антенну GPS и объединённую с ней штыревую антенну для приложений Wi-Fi. В нижней части магнитного основания также имеются резьбовые отверстия для обеспечения более надёжного крепления винтами. Диапазон питания активной части антенны здесь немного больше: допустимым является напряжение в диапазоне 2,7–5,5 В. При напряжении 3,3 В МШУ антенны потребляет ток 9 мА и обеспечивает усиление 28 дБ.

Литература

1. http://www.laipac.com/
2. http://www.wi-sys.com/ /ссылка утрачена/

Как делаются антенны для раций КОМБАТ

Обзор все об антеннах радиостанций Комбат

В стандартный комплект радиостанции диапазона 400-470 МГц входит три антенны предназначенные для разных условий использования и для разных диапазонов. 

Характеристики моделей: 
UHF 400-470 
LPD 433 
PMR 446 

Допустимый диапазон: UHF 400 — 470 МГц 
Коэффициент усиления: 0,8 дБи (UHF) \ 1 дБи (LPD\PMR) 
Допустимая рассеиваемая мощность: 15 ватт (UHF) \ 25 ватт (LPD\PMR) 
Точка настройки КСВ: 433 МГц (UHF\LPD) 446 МГц (PMR) 
КСВ: Не хуже 1,2 (UHF) \ Не хуже 1,3 (LPD\PMR) 
Сопротивление: 47-53 Ом 
Длинна: 55мм (UHF) \ 160 мм (LPD\PMR) 
Разъём: SMA с гнездовой частью разъема 
Материал штыря: Электротехническая сталь + медь 
Материал корпуса: PPEE + морозостойкие присадки 

Почему на такой мощной рации короткая антенна? 

В радиостанции Комбат применены съемные антенны на разъёме SMA. В стандартном комплекте радиостанции Комбат есть минимум ТРИ антенны, оптимизированные под разные случаи применения. Короткая антенна предназначена ТОЛЬКО для использования внутри зданий или на коротких расстояниях до 1-2 километров. По характеристикам она практически идентична стандартной 9 сантиметровой антенне. Максимальная рассеиваемая мощность короткой антенны может достигать до 15 ватт. Такая короткая антенна создана для удобства использования она гораздо меньше мешает, когда рация висит на кармане или на поясе, и ее значительно сложнее случайно сломать. 

 

Зачем так много антенн? Почему не 1 универсальная? 

Мощно сделать универсальную, но они будет ощутимо хуже работать, т.е. будет хуже передача, хуже прием у радиостанции, где у антенны с точно настроенным КСВ (Коэффициент стоячей волны) на конкретную частоту. Все универсальное априори хуже, чем специализированное. 
Антенну LPD 433 можно в принципе считать относительно универсальной так как точка КСВ настроена как раз на середину диапазона. Опять же чем короче антенна, тем она удобнее и надежнее, но тем хуже прием. Это законы физики, ничего не поделать. Поэтому приходиться делать разные антенны. 

Откуда технические данные?

Во первых мы сами производим нужные нам антенны, во вторых сопротивление и КСВ всех наших антенн замеряется в процессе производства, в отличие от многих недобросовестных производителей которые тупо обрезают внутреннюю часть антенны по линейке или вообще на глаз без дополнительного контроля. Мы используем анализатор HP8752C, поэтому мы можем гарантировать определенный уровень качества. 

 

Почему с антеннами «КОМБАТ» больше дальность? 

Потому что все очень хорошо оптимизировано, а именно: 
— Максимальная выходная мощность радиостанции как раз настроена на середину диапазона UHF в 433 МГц 
— Точка настройки КСВ тоже настроена на 433 МГц 
— Мы используем самые качественные материалы, которые смогли приобрести. 
— Коэффициент КСВ и сопротивление антенны соответствуют заявленному, отклонения минимальны. Если антенна настроена не правильно она идет в переработку, а не на продажу. 
Все вместе это значительно повышает устойчивость и дальность связи, что является нормой для профессиональных радиостанций. 

 

Где вы берете такие антенны?

Наши антенны собираются и настраиваются у наших смежников, которые имеет соответствующее оборудование, квалифицированные кадры и опыт такой работы с 1996 года. 
Мы сами собираем антенны из отдельных комплектующих, поэтому у нас есть возможность выбирать используемые материалы и настроить наши антенны под нужные для потребителей параметры. 

Антенна (длинная) состоит из: 
— Штыря 
— Медной обмотки 
— «Стакана» 
— Разъёма 
— Эластичной оболочки (эластичного высокочастотного диэлектрика) 
— Колпачка оболочки 
— Наклейки с номером модели и частоты. 
— Клея 

 

КСВ графики антенн.

Уважаемые господа! Которые купили тестеры КСВ, но не прочитали инструкцию как ими пользоваться. Что бы адекватно замерить коэффициент стоячей волны для антенн предназначенных для аналоговых радиостанций, нужно как минимум соблюсти следующие условия: 

— установить антенну на корпус в котором есть плата и шасси аналоговой радиостанции (должно быть заземление, подойдет любая старая или сломанная рация). 

— рация должна стоять вертикально на столе. 

— подключить ваш КСВ метр к антенному входу внутри рации. 

— обхватить полным обхватом ладони рацию, так как при реально использовании. 

— выставить частоту на которой производителем заявлено лучшее значение КСВ. 

— шнур для измерения должен быть кратным 1/4 длины волны к частоте на которой проводишь измерения с учетом 
коэффициента укорочения кабеля. 

— рядом не должен кто то стоять, или находиться излучающие электроприборы (телефоны, микроволновки, радио и тд) 

— при замерах нельзя двигать корпусом. 

При соблюдении всех этих условий вы сможете получить реальные параметры, если не заземлить рацию (мерить без подключения к шасси и обхвата) вы получите даже на самом хорошем приборе искаженные результаты. Если рядом стоящий человек просто сдвинется с места или вы просто отклонитесь результаты проверки КСВ уже изменяться. Есть очень много нюансов при замерах КСВ. Правильно замерить КСВ сложно, это задача для опытного специалиста. 

Короткая UHF 

 

   Стандартная LPD 

 

   Стандартная PMR 

 

Общие сведения о радиосвязи и Wi-Fi оборудовании

Скачать книгу: «Wi-Fi оборудование в видеонаблюдении»

1.1. Основы связи Wi-Fi в видеонаблюдении

1.1.1. Выбор месторасположения

1.1.2. Работа в конкретных условиях

1.1.3. Расположение антенны

1.1.4. Тип беспроводных клиентов

1.2.1. Стандарты семейства 802.11

1.2.2. Используемые частоты и каналы в диапазоне 2.4 ГГц

1.2.3. Нестандартные частоты и каналы в диапазоне 2.4 ГГц

1.2.4. Используемые частоты и каналы в диапазоне 5 ГГц

2.1. Реальная скорость связи по Wi-Fi и факторы, влияющие на нее

2.2.1. Дальность работы по Wi-Fi

2.1.1.1. Отношение сигнал/шум в точках расположения антенн приемника и передатчика

2.1.1.2. Наличие препятствий на пути распространения сигнала

2.1.1.3. Наличие препятствие в зоне Френеля

2.1.1.4. Влияние погоды беспроводную связь с Wi-Fi камерами

2.1.1.5. Кабельная система

2.1.1.6. Мощность передатчика

2.1.1.7. Чувствительность приемника

2.1.1.8. Используемые антенны

2.2. Антенны Wi-Fi

2.2.1. Изотропный излучатель

2.2.2. Диаграмма направленности антенны

2.2.3. Коэффициент усиления антенны

2.2.4. Поляризация

2.2.5. Компромисс при выборе антенн

2.2.6. Типы антенн для Wi-Fi-устройств

2.2.6.1. Всенаправленные антенны (Omni-directional)

2.2.6.2. Направленные антенны

2.2.6.2.1. Секторные антенны

2.2.6.2.2. Антенны «волновой канал»

2.2.6.2.3. Сегментно-параболические антенны

2.2.6.2.4. Панельные антенны

2.2.7. Грозозащита

2.3. Размещение антенн

2.4. Беспроводные точки доступа

2.4.1. Точки доступа комнатного исполнения

2.4.1.1. Типичная точка доступа комнатного исполнения

2.4.2. Точки доступа уличного исполнения

2.4.2.1.2. Точка доступа уличного исполнения Ubiquiti NanoStation2

2.4.2.2. Точки доступа уличного исполнения без встроенной антенны

2.4.2.2.1. Точка доступа WAP-8000

3.2. Окончательная настройка Wi-Fi подключения

3.2.1. Убедитесь в наличии прямой видимости

3.2.2. Проверьте правильность настройки антенн

3.2.3. Выбор беспроводного канала

3.2.4. Выбор режима работы

3.2.5. Установка скорости работы

3.2.6. Выбор поляризации антенн

3.2.7. Выбор дополнительных параметров

3.2.8. Выбор выходной мощности

3.2.9. Настройка скорости работы камеры

3.2.10. Изменение схемы работы беспроводной сети

1.1. Основы связи Wi-Fi в видеонаблюдении
В беспроводном видеонаблюдении используется диапазон частот 2.4 или 5 ГГц, т.е. ВЧ и КВЧ. Радиоволны в этих диапазонах частот не огибают препятствия, распространяются в пределах прямой видимости.Основная проблема организации беспроводного подключения IP камер и другого оборудования на частотах 2.4 ГГц или 5 ГГц в помещении или на улице заключается в том, что радиосигналы очень плохо проходят через твердые объекты. Обходя препятствия, радиосигнал многократно отражается от различных препятствий.

Внимание! Для работы любой Wi-Fi камеры требуется наличие прямой видимости между точками установки приемной и передающей антенн. Трасса прохождения радиосигнала должна быть свободна от любых помех — деревьев, кустов, зданий и т.д. в пределах зоны Френеля (подробности ниже).

Отраженные радиосигналы от различных препятствий проходят по разным траекториям и приходят к антенне приемника с различной временной задержкой, что может привести к наложению переданных пакетов друг на друга.
Для преодоления таких проблем используется кодирование OFDM (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением сигналов). OFDM разрабатывалась для использования вне помещений. Суть кодирования OFDM состоит в создании широкополосного сигнала, состоящего из некоторого количества «ортогональных» сигналов, каждый из которых передает поток данных с низким битрейтом.
Беспроводные IP камеры, а также другое беспроводное оборудование, работают в соответствии с международными стандартами семейства 802.11. Наиболее важные и распространенные из них – 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n.

1.1.1. Выбор месторасположения
Чтобы избегать взаимного влияния оборудования, следует располагать беспроводное оборудование (точки доступа, беспроводные адаптеры) подальше трансформаторов, микроволновых печей, мощных электродвигателей, светильников дневного света и другого промышленного оборудования. Клиенты должны подключаться к точке доступа находящейся в прямой видимости, так как различные препятствия на пути сигнала могут существенно повлиять на пропускную способность. Обычная офисная перегородка может сильно ослабить сигнал, а капитальная стена и вовсе стать надежным экраном на пути сигнала. Для обеспечения равномерного покрытия отдельных помещений используйте несколько точек доступа.

1.1.2. Работа в конкретных условиях
На беспроводную сеть влияет множество факторов (соседствующие беспроводные сети, погода, расстояния, расположение и тип используемых антенн, интенсивность использования беспроводных каналов и количество одновременно подключенных клиентов, преграды на пути сигнала и т.п.). При инсталляции новой беспроводной сети очень сложно предугадать как она будет работать в выбранном Вами местоположении. Каждая среда размещения уникальна в плане различной инфраструктуры, количеством препятствий материалами из которых они изготовлены, погодными условиями, и т.д. Поэтому практически невозможно дать точную оценку работы того или иного беспроводного решения без проведения тестовых испытаний.

1.1.3. Расположение антенны
Антенна с круговой диаграммой направленности позволяет выполнить ее регулировку в вертикальной и горизонтальной плоскости. Иногда поворот антенны помогает при слабом уровне сигнала. Вы можете использовать направленные антенны, чтобы расширить зону покрытия. Перед заменой антенны следует убедиться что она подходит по характеристикам (частотный диапазон) и имеет разъем соответствующего типа. Если тип разъема у антенны отличается, то Вам необходимо заранее приобрести соответствующий переходник.

Внимание! Если на пути сигнала находится капитальная стена или перекрытие (из армированного железобетона), то замена антенны на более мощную не даст положительного результата. Такие преграды практически полностью поглощают и отражают сигнал точки доступа. Если возможно обогнуть препятствие с помощью установки дополнительного ретранслятора, который имеет прямую видимость с точками приема и передачи, то такое решение намного лучше, чем пытаться преодолеть его в лоб.

1.1.4. Тип беспроводных клиентов
Если точка доступа настроена на поддержку беспроводных клиентов стандартов 802.11b и 802.11g, то при подключении клиентов стандарта 802.11b пропускная способность беспроводной сети значительно снизится. Причина в том, что в этом режиме каждому 802.11g OFDM пакету должен предшествовать RTS-CTS или CTS, который может быть распознан устройствами стандарта 802.11b. Этот дополнительно снижает скорость. Поэтому если в вашей беспроводной сети нет оборудования работающего по стандарту 802.11b рекомендуется перевести точку доступа в режим G only. Также значительно влияет на пропускную способность беспроводного подключения использование режимов WDS и Repeater (снижение пропускной способности в два раза).

1.2.1. Стандарты семейства 802.11
IEEE 802.11 — набор стандартов связи, для коммуникации в беспроводной локальной сетевой зоне частотных диапазонов 2,4; 3,6 и 5 ГГц. Наиболее известен по названию Wi-Fi.
802.11
Первый вариант стандарта, диапазон работы – 2.4 ГГц. Изначально стандарт IEEE 802.11 предполагал возможность передачи данных по радиоканалу на скорости не более 1 Мбит/с и опционально на скорости 2 Мбит/с. В настоящее время не используется. Ширина канала – 11МГц.
802.11a
Стандарт, использующий диапазон 5ГГц, обеспечивает скорости работы 54 до 36, 24, 18, 12, или 6 Мбит/c. Ширина канала – 20МГц.
802.11b
Дальнейшее развитие стандарта 802.11, использующего диапазон 2.4ГГц, Обеспечивает скорости работы 11, 5.5, 2 и 1 Мбит/с Ширина канала – 22МГц.
802.11g
Наиболее распространенный стандарт, обеспечивающий лучшую по сравнению с 802.11b пропускную способность. Стандарт использует диапазон 2.4 ГГц, и обеспечивает скорости работы 54, 36, 24, 18, 12 и 6 Мбит/с. Обратно совместим со стандартом 802.11b, и, соответственно поддерживает также скорости работы 11, 5.5, 2 и 1 Мбит/с. Ширина канала – 20МГц.
802.11n
Стандарт 802.11n повышает скорость передачи данных практически вчетверо по сравнению с устройствами стандартов 802.11g (максимальная скорость которых равна 54 МБит/с), при условии использования в режиме 802.11n с другими устройствами 802.11n. Теоретически 802.11n способен обеспечить скорость передачи данных до 480 Мбит/с. Устройства 802.11n работают в диапазонах 2,4 — 2,5 или 5,0 ГГц.
Однако, данная скорость передачи данных подразумевает использование большей ширины канала (40МГц) и использования нескольких антенн для приема и передачи данных. Это затрудняет применение данного оборудования вне помещения, кроме того, из-за распространения устройств Wi-Fi, работа со спектром 40 МГц в реальных условиях крайне маловероятна.

1.2.2. Используемые частоты и каналы в диапазоне 2.4 ГГц
Для беспроводной Wi-Fi связи используется определенный диапазон частот, причем в зависимости от страны, этот диапазон может быть различным. Весь диапазон частот разбит на несколько каналов, на которых может работать оборудование.
Стандарты 802.11b, 802.11g и 802.11n определяют следующие каналы:

Канал	Частота, ГГц	Страны
1	2,412	США, Европа, РФ, Япония
2	2,417	США, Европа, РФ, Япония
3	2,422	США, Европа, РФ, Япония
4	2,427	США, Европа, РФ, Япония
5	2,432	США, Европа, РФ, Япония
6	2,437	США, Европа, РФ, Япония
7	2,442	США, Европа, РФ, Япония
8	2,447	США, Европа, РФ, Япония
9	2,452	США, Европа, РФ, Япония
10	2,457	США, Европа, РФ, Япония
11	2,462	США, Европа, РФ, Япония
12	2,468	Европа, РФ, Япония
13	2,472	Европа, РФ, Япония
14	2,484	Япония

Из таблицы видно, что шаг каналов в диапазоне 2.4 ГГц составляет 5 МГц, а ширина канала, как описано выше, составляет 20МГц. Таким образом, спектр рабочих частот оборудования перекрывается и независимых каналов, работа на которых возможна без взаимных помех, всего три – например 1 (2,412 ГГц), 6 (2,437 ГГц) и 11 (2,462 ГГц), частоты которых отличаются более чем на 20 МГц. Можно также использовать как независимые каналы 2, 7, 12 или 3, 8, 13.
Так как имеется всего 3 независимых Wi-Fi канала, причем реальная скорость работы Wi-Fi устройств в реальных условиях не превышает 8-10 Мбит/, то подключение по Wi-Fi множества устройств одновременно сильно затруднено из-за ограничения пропускной способности.
Опыт показывает, что подключение более 4-5 беспроводных Wi-Fi камер с битрейтом 500-1000 кбит/с к одной точке доступа нецелесообразно. Причем ограничивает количество подключаемых камер не только ширина беспроводного канала, но и ограниченное быстродействие процессора точки доступа, который просто не успевает обрабатывать поступающие пакеты данных при подключении множества устройств одновременно. Таким образом, с использованием стандартных средств можно подключить не более 12-15 камер по Wi-Fi.
Кроме того, нужно учитывать, что в настоящее время имеется множество оборудования, работающего в данном стандарте, и, соответственно, беспроводные каналы могут быть заняты другими радиосетями, что еще более затрудняет подключение IP камер.
Применение оборудования Wi-Fi требует офрмление соответствующих лицензий и разрешений в соответствии с законодательством РФ. Для преодоления данного ограничения существует два пути – использовать оборудование, работающее в диапазоне 5 ГГц или использовать нестандартные частоты в диапазоне 2.4 ГГц.

1.2.3. Нестандартные частоты и каналы в диапазоне 2.4 ГГц
Некоторое оборудование может работать за пределами стандартного диапазоне частот, определенного стандартом Wi-Fi. Это свойство полезно при зашумленности или занятости стандартных Wi-Fi каналов. Так как в данном случае используются нестандартные частоты, то должно применяться только совместимое оборудование.
Нестандартные каналы, доступные для оборудования Ubiquiti:

Канал 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 Частота, ГГц 2,312 2,317 2,322 2,327 2,332 2,337 2,342 2,347 2,352 2,357 2,362 2,368 2,372 2,377 Канал 251 252 253 254 255 0                 Частота, ГГц 2,382 2,387 2,392 2,397 2,402 2,407

Из таблицы видно, что шаг нестандартных каналов составляет 5 МГц, а ширина канала, как описано выше, составляет 20МГц. Таким образом, спектр рабочих частот оборудования также перекрывается и независимых каналов на нестандартных частотах, работа на которых возможна без взаимных помех и  частоты которых отличаются более чем на 20 МГц – четыре: например 237, 242, 247 и 252. Можно также использовать как независимые каналы 238, 243, 248 и 253 или 239, 244, 249 и 254 и т.д.
Итак, имеет 3 стандартных неперекрывающихся Wi-Fi канала и 4 нестандартных неперекрывающихся  Wi-Fi канала, итого 7 каналов, в каждом из которых можно подключить до 4-5 беспроводных камер, итого имеется возможность подключить 28-35 камер при использовании беспроводной связи в диапазоне 2.4 ГГц. Однако применение такого оборудования требует офрмление соответствующих лицензий и разрешений в соответствии с законодательством РФ.

1.2.4. Используемые частоты и каналы в диапазоне 5 ГГц
Для беспроводной Wi-Fi связи в диапазоне 5 ГГц в Европе используется два диапазона частот 5150МГц–5350МГц (нижний диапазон) и 5470МГц–5850МГц (верхний диапазон). Это связано с тем, что в этом диапазоне очень маленькая длина волны и тяжело изготовить антенну, которая одинаково хорошо работает на всем диапазоне 5 ГГц вследствие ограничений на геометрические размеры элементов.
Стандарт 802.11а определяет следующие каналы:

Канал 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 Частота, ГГц 5,170 5,180 5,190 5,200 5,210 5,220 5,230 5,240 5,250 5,260 5,270 5,280 5,290 5,300 Канал 62 64 100 104 108 112 116 120 124 128 132 136 140 147 Частота, ГГц 5,310 5,320 5,500 5,520 5,540 5,560 5,580 5,600 5,620 5,640 5,660 5,680 5,700 5,735 Канал 149 15 152 153 155 157 159 160 161 163 165 167 171 173 Частота, ГГц 5,745 5,755 5,760 5,765 5,775 5,785 5,795 5,800 5,805 5,815 5,825 5,835 5,855 5,865 Канал 177 180                         Частота, ГГц 5,885 5,905

Из таблицы видно, что шаг каналов в диапазоне 5 ГГц составляет 5 — 20 МГц, а ширина канала, как описано выше, составляет 20МГц. Таким образом, спектр рабочих частот оборудования перекрывается и независимых каналов, работа на которых возможна без взаимных помех – 22 (сравните с 3-7 каналами в диапазоне 2.4 ГГц).
На каждом из каналов можно подключить до 4 беспроводных камер, итого имеется возможность подключить 88 камер при использовании  беспроводной связи в диапазоне 5 ГГц. Применение оборудования Wi-Fi требует офрмление соответствующих лицензий и разрешений в соответствии с законодательством РФ.

2.1. Реальная скорость связи по Wi-Fi и факторы, влияющие на нее
Следует учитывать, что указанные выше скорости передачи данных – это теоретические пиковые  значения для каждого из стандартов. Реальная эффективная скорость передачи будет гораздо ниже потому, что, во-первых, часть полосы пропускания канала уходит на передачу служебных данных, а во-вторых, скорость передачи данных по радиоканалу между двумя абонентами существенно снижается с увеличением расстояния между ними и/или увеличением уровня помех.
Оборудование стандарта IEEE 802.11b в реальных условиях функционирования обеспечивает эффективную пропускную способность порядка 5 Мбит/с, в среднем же реальная скорость передачи данных обычно не превышает 4 Мбит/с. Более быстрые системы 802.11a и 802.11g позволяют передавать данные с реальными скоростями от 6 до 20 Мбит/с, причем устройства 802.11а, как правило, работают чуть быстрее, чем 802.11g. Естественно, с увеличением расстоянием скорость передачи падает из-за снижения соотношения сигнал/шум на входе приемника.
Таким образом, можно сделать вывод, что эффективная пропускная способность сетей Wi-Fi любых типов примерно равна половине пиковой скорости передачи данных, обеспечиваемой конкретной спецификацией.

2.1.1. Дальность работы по Wi-Fi
На дальность работы, скорость связи и устойчивость подключения по Wi-Fi влияют множество факторов.

2.1.1.1. Отношение сигнал/шум в точках расположения антенн приемника и передатчика
Это отношение зависит от шумов и помех на используемых частотах, наличия других мешающих беспроводных сетей, работающих на тех же или соседних каналах, наличия помех от промышленного оборудования, наличия беспроводных аналоговых  систем передачи видео (видеосендерах), работающих на тех же частотах и т.д. Без наличия соответствующих приборов (анализаторов спектра) оценить соотношение сигнал/шум на выбранном канале невозможно, можно только перевести точку доступа в режим клиента и просканировать эфир на наличие мешающих беспроводных сетей.
Обычно отношение сигнал/шум можно оценить только на практике после установления связи и при наличии большого уровня помех бывает необходимо отстроиться от них, перейдя на другие каналы или даже на другой диапазон.

2.1.1.2. Наличие препятствий на пути распространения сигнала
Если на пути распространения сигнала есть объекты, мешающий его распространению, то на расстоянии более 50 метров отсутствие связи практически гарантировано! Объекты, мешающие распространению радиосигналы, могут быть любыми, наиболее распространены здания, линии электропередач, деревья и т.д.Очень часто недооценивают влияние деревьев. Следует учитывать, что один метр кроны ослабляет сигнал до 6 дБ!
Для устранения препятствий можно изменить место установки антенн, поднять антенны выше препятствий (с учетом зоны Френеля, о чем будет написано ниже), либо организовать передачу видео от беспроводных камер с использованием промежуточных ретрансляторов или мостов.

2.1.1.3. Наличие препятствия в зоне Френеля
Зона Френеля – это область вокруг линии прямой видимости, в которой распространяются радиоволны. Как правило, перекрывание 20% зоны Френеля не вызывает больших потерь сигнала. Но при перекрывании более 40% потери становятся уже значительными.

Расстояние между антеннами, м Требуемый радиус первой зоны Френеля на частоте 2.4 ГГц, м Требуемый радиус первой зоны Френеля на частоте 5 ГГц, м 300 3,06 2,12 1600 7 4,9 8000 15,81 10,95 10000 17,68 12,25 15000 21,65 15

На расстояниях более нескольких километров для расчета прямой видимости радиолинка кроме рельефа необходимо учитывать кривизну земли.

2.1.1.4. Влияние погоды беспроводную связь с Wi-Fi камерами
Природные явления, такие как дождь, туман и снег незначительно влияют на стабильность беспроводной связи. Некоторое влияние оказывает сильный дождь или сильный туман. Влияние погодных условий становится заметно при частотах выше 4 ГГц, поэтому в системах на 2.4 ГГц влияние погоды будет незначительно. Диапазон 2.4 ГГц достаточно плотно занят, а влияние погоды на 5 ГГц диапазон пренебрежимо мало на расстояниях порядка 800 м.

2.1.1.5. Кабельная система
Для подключения внешних антенн к точке доступа используются кабельные сборки, состоящие из кабелей с соответствующими разъемами для подключения к точке доступа и антенне. Качество изготовления кабельной сборки и монтажа ее в месте установки антенны оказывает большое влияние на качество и скорость связи.

По внутреннему проводнику передается радиосигнал, а внешний экран предотвращает излучение сигнала в атмосферу и интерференцию с внешними сигналами. При передаче сигнала по кабелю, он затухает. Степень затухания зависит от частоты передачи и конструкции кабеля. Затухание в кабеле должно быть сведено к минимуму, для чего необходимо применять качественные кабели, рассчитанные на используемый диапазон частот минимальной длины. Длина кабеля в любом случае не должна превышать нескольких метров из-за того, что потери в кабеле на частотах Wi-Fi весьма велики.
Еще одним компонентом кабельной сборки являются разъемы. Наиболее часто используемые разъемы при связи по Wi-Fi – это разъемы типа N и SMA.
Разъемы делятся на разъемы типа male (папа) и разъемы типа female (мама), а также на тип соединения – винт или гайка.
Таким образом, существует 8 типов разъемов и при подключении оборудования необходимо внимательно подойти к выбору типов разъемов кабельной сборки.

Внимание! Обращение с кабельными сборками требует осторожности!
  •  Не бросайте кабельные сборки на пол и не наступайте на них при монтаже и демонтаже!
  •  Не перегибайте кабель и не выдергивайте разъем, держась за кабель.
  •  Не используйте инструменты для закручивания разъемов. Всегда делайте это только руками.
  •  Не допускайте попадания влаги (снег, дождь, туман) на внутренние части разъемов и под изоляцию кабеля. Вода на частотах работы Wi-Fi оборудования оказывает очень большое сопротивление. Помните, что попавшую влагу практически невозможно высушить и кабельная сборка после попадания влаги подлежит замене!
  •  После окончания монтажа и настройки линии связи дополнительно загерметизируйте разъемные соединения.

Помните, что при несоблюдении данных условий возможно возникновение проблем со стабильностью работы из-за нестабильности параметров кабельных сборок! Эти проблемы очень трудно отследить и обнаружить, а они могут привести к непредсказуемому поведению радиоканала.

2.1.1.6. Мощность передатчика
Мощность передатчика определяет расстояние, на которое будет передаваться сигнал, а также скорость передачи. Чем больше мощность передатчика, тем на большем расстоянии можно установить связь. Мощность передачи обычно измеряется в милливаттах или дБм.
Если необходимо обеспечить максимальную дальность связи, то используйте передатчик большой мощности и антенну с большим коэффициентом усиления.

2.1.1.7. Чувствительность приемника
Параметры приемника Wi-Fi характеризуются прежде всего его чувствительностью, которая определяется как минимальный уровень сигнала, при котором приемник способен удовлетворительно декодировать информацию. Порог приемлемости определяется частотой появления ошибочных битов (BER), частотой появления ошибочных пакетов (packet error rate, PER) или частотой появления ошибочных фреймов (frame error ratio, FER).
Обратите внимание на то, что чувствительность приемника указывается для конкретной скорости передачи, поскольку каждая схема модуляции имеет свои требования к отношению сигнал/шум (SNR). В общем случае, чем выше скорость передачи данных, тем больше должно быть отношение сигнал/шум и, следовательно, тем выше чувствительность приемника.
Чувствительность приемника — один из важнейших входных параметров для оценки характеристик Wi-Fi оборудования, который, в конечном счете, определяет достижимые скорости передачи данных и радиус действия.

2.1.1.8. Используемые антенны
Несмотря на важность всех описанных выше параметров, основное влияние на дальность и скорость связи оказывают типы применяемых антенн.

2.2. Антенны Wi-Fi
Для правильного выбора антенн для применения в конкретных условиях организации связи, важно разбираться в их свойствах, таких, как диаграмму направленности, поляризацию, направленность, коэффициент усиления, входной импеданс, полосу частот и т.д.
Коэффициент усиления — один из важнейших характеристик антенн. Часто название этого параметра приводит к ошибочному предположению, что антенны способны усиливать сигнал. На самом деле это не так — если мощность передатчика, к примеру, составляет 50 мВт, то какую бы антенну Вы ни установили, мощность передаваемого сигнала будет такой же. Дело в том, что все антенны подобного рода представляют собой пассивные устройства и брать энергию для усиления передаваемого сигнала им попросту неоткуда. Но что же тогда означает коэффициент усиления? Для того чтобы ответить на этот вопрос, прежде ознакомимся с такими важными понятиями, как идеальный изотропный излучатель и диаграмма направленности антенны.

2.2.1. Изотропный излучатель
Антенны излучают энергию в виде электромагнитных волн во всех направлениях. Однако эффективность передачи сигнала для различных направлений может быть неодинакова и характеризуется диаграммой направленности. Для оценки эффективности передачи сигнала по различным направлениям введено понятие изотропного излучателя, или изотропной антенны.
В природе изотропных излучателей не существует. Каждая передающая антенна, даже самая простая, излучает энергию неравномерно — в каком-то направлении ее излучение максимально. Изотропный же излучатель рассматривается исключительно в качестве некоторого эталонного излучателя, с которым удобно сравнивать все остальные антенны.

2.2.2. Диаграмма направленности антенны
Направленные свойства антенн принято определять зависимостью напряженности излучаемого антенной поля от направления. Графическое представление этой зависимости называется диаграммой направленности антенны. Трехмерная диаграмма направленности изображается как поверхность, описываемая исходящим из начала координат радиус-вектором, длина которого в том или ином направлении пропорциональна энергии, излучаемой антенной в данном направлении. Кроме трехмерных диаграмм, часто рассматривают и двумерные, которые строятся для горизонтальной и вертикальной плоскостей.
При этом диаграмма направленности имеет вид замкнутой линии в полярной системе координат, построенной таким образом, чтобы расстояние от антенны (центр диаграммы) до любой точки диаграммы направленности было прямо пропорционально энергии, излучаемой антенной в данном направлении.

Пример диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскости.

Для изотропной антенны, излучающей энергию одинаково по всем направлениям, диаграмма направленности представляет собой сферу, центр которой совпадает с положением изотропного излучателя, а горизонтальная и вертикальная диаграммы направленности изотропного излучателя имеют форму окружности.
Для направленных антенн на диаграмме направленности можно выделить так называемые лепестки, то есть направления преимущественного излучения. Направление максимального излучения антенн называется главным направлением; соответствующий ему лепесток — главным; остальные лепестки — боковыми, а лепесток излучения в сторону, обратную главному направлению, называется задним лепестком диаграммы направленности антенны. Направления, в которых антенна не принимает и не излучает, называются нулями диаграммы направленности.

Диаграмму направленности также принято характеризовать шириной, под которой понимают угол, внутри которого коэффициент усиления уменьшается по отношению к максимальному не более чем на 3 дБ. Практически всегда коэффициент усиления и ширина диаграммы взаимосвязаны: чем больше усиление, тем уже диаграмма, и наоборот.

2.2.3. Коэффициент усиления антенны
Коэффициент усиления антенны определяет, насколько децибел плотность потока энергии, излучаемого антенной в определенном направлении, больше плотности потока энергии, который был бы зафиксирован в случае использования изотропной антенны. Коэффициент усиления антенны измеряется в так называемых изотропных децибелах (дБи или dBi).
Так, если коэффициент усиления антенны в заданном направлении составляет 5 dBi, то это означает, что в этом направлении мощность излучения на 5 дБ (в 3,16 раза) больше, чем мощность излучения идеальной изотропной антенны. Естественно, увеличение мощности сигнала в одном направлении влечет за собой уменьшение мощности в других направлениях. Конечно, когда говорят, что коэффициент усиления антенны составляет 5 dBi, то имеется в виду направление, в котором достигается максимальная мощность излучения (главный лепесток диаграммы направленности).
Зная коэффициент усиления антенны и мощность передатчика, нетрудно рассчитать мощность сигнала в направлении главного лепестка диаграммы направленности. Так, при использовании беспроводной точкой доступа с мощностью передатчика 20 dBm (100 мВт) и направленной антенны с коэффициентом усиления 10 dBi мощность сигнала в направлении максимального усиления составит 20 dBm + 10 dBi = 30 dBm (1000 мВт), то есть в 10 раз больше, чем в случае применения изотропной антенны.

2.2.4. Поляризация
Электромагнитные волны, излучаемые антенной, могут по-разному распространяться в среде. Особенности распространения зависят от поляризации передающей антенны. Она может быть линейной или круговой.
Большинство антенн, используемых для беспроводной связи, являются антеннами с линейной поляризацией, горизонтальной или вертикальной. Первое означает, что вектор электрического поля лежит в вертикальной плоскости, второе — что в горизонтальной. Чаще применяется вертикальная поляризация, хотя в некоторых ситуациях антенны с горизонтальной поляризацией эффективнее.
Для линии связи, работающей в пределах прямой видимости, на обоих ее концах нужно использовать антенны с одинаковой поляризацией. Иногда, при изменении поляризации (т.е. при повороте антенны относительно крепления на 90°) можно улучшить качество связи, избавившись от некоторых помех.

2.2.5. Компромисс при выборе антенн
При выборе антенны помните, что многие ее параметры взаимосвязаны, поэтому, хотя оптимальным вариантом, казалось бы, была максимизация всех «положительных» характеристик антенны или минимизация всех «отрицательных», на практике такое оказывается невозможным. Например, если вы выберете антенну с очень широким главным лепестком, вам придется пожертвовать коэффициентом усиления; выбрав широкополосную антенну, вы можете обнаружить, что ее диаграмма направленности неоднородна. Поэтому важно определить, какие именно характеристики антенны важны для условий конкретного ее применения, и сделать соответствующий выбор.

2.2.6. Типы антенн для Wi-Fi-устройств
В плане использования все антенны для Wi-Fi-устройств можно условно разделить на два больших класса: антенны для наружного (outdoor) и для внутреннего применения (indoor).
Отличаются эти антенны прежде всего герметичностью и устойчивостью к внешним воздействиям окружающей среды. Антенны для наружного использования больше по размерам и предусматривают  крепления либо к стене дома, либо к вертикальному столбу.
По направленности антенны делятся на всенаправленные (ненаправленные) и направленные.

2.2.6.1. Всенаправленные антенны (Omni-directional)
Всенаправленные антенны — это антенны с круговой диаграммой направленности.Всенаправленные антенны равномерно покрывают территорию во всем радиусе действия. Как правило, всенаправленные антенны представляют собой штырь, устанавливаемый вертикально. Этот штырь распространяет сигнал в плоскости, перпендикулярной своей оси.  Такими антеннами комплектуются беспроводные IP Wi-Fi камеры комнатного исполнения, точки доступа комнатного исполнения и т.д.
Использование всенаправленных антенн очень ограничено, их, как правило, применяют только в помещениях и лишь в редких случаях на улице при расстоянии до беспроводных камер не более 300-500 метров, так как они из-за круговой диаграммы направленности не только излучают во все стороны, но и «собирают помехи» также со всех сторон.
Кроме того, необходимо помнить, что всенаправленные антенны имеют круговую диаграмму направленности только в горизонтальной плоскости! Например, уличная всенаправленная антенна ANT-OM8 с усилением 8 дБ имеет диаграмму направленности в горизонтальной плоскости 360° и всего 60° в вертикальной плоскости, т.е. все беспроводные устройства должны находиться на такой высоте, чтобы попадать в створ 60° данной антенны.
А всенаправленная антенна ANT-OM15 с усилением 15 дБ имеет диаграмму направленности в горизонтальной плоскости 360° и всего 10° в вертикальной плоскости, т.е. все беспроводные устройства должны находиться на такой высоте, чтобы попадать в створ 10° данной антенны, что невозможно, например, при размещении данной антенны на крыше высотного здания, а беспроводных Wi-Fi камер на столбах.

2.2.6.2. Направленные антенны
Направленные антенны используются для связи Точка-Точка или Точка — Многоточка. Если Вам требуется подключить беспроводную камеру на расстоянии более 50-100 метров, необходимо использовать именно такую антенну. Направленные антенны делятся на секторные антенны, антенны типа волновой канал, параболические и сегментно-параболические антенны, панельные антенны и т.д.

2.2.6.2.1. Секторные антенны
Секторные антенны предназначены для излучения радиоволн в определенном секторе, обычно 60°, 90° или 120°. Секторными антеннами очень легко регулировать зоны покрытия передатчиков практически без помех для остальных сегментов Wi-Fi сети.

2.2.6.2.2. Антенны «волновой канал»
Антенны типа «волновой канал» (или антенны Уда — Яги, по именам впервые описавших ее японских изобретателей) получили широкое распространение. Состоит антенна «волновой канал» из активного элемента — вибратора — и пассивных элементов — рефлектора и нескольких директоров, установленных на одной общей стреле.

2.2.6.2.3. Сегментно-параболические антенны
Данные антенны предназначены для организации беспроводной связи на большие расстояния  в диапазоне 2.4 ГГц, отличаются повышенным усилением и позволяют организовать связь с беспроводными камерами на расстоянии до нескольких десятков километров.

2.2.6.2.4. Панельные антенны
Данные антенны имеют плоскую конструкцию и наиболее удобны при монтаже, хорошо работают на расстояниях до нескольких километров и наиболее широко применяются.

2.2.7. Грозозащита
Грозозащита является немаловажным элементом беспроводной сети. Разделяют грозозащиту, предназначенную для защиты антенно-фидерных трактов, выходов приемопередатчиков от наведенного электромагнитного импульса грозовых разрядов (статическое напряжение) и грозозащиту, предназначенную для защиты кабелей Ethernet от действия электростатического напряжения в предгрозовой период, а также для снижения амплитуды наведенных помех, воздействующих на оборудование локальных вычислительных сетей в грозовой период.

Внимание! Грозозащиту необходимо заземлять, или должна быть заземлена мачта, на которой она установлена.

Применение грозозащиты уменьшает вероятность повреждения оборудования в 5-6 раз по сравнению с незащищенным. Она способна обеспечить защиту только от вторичных воздействий молнии, и неэффективна в случае прямого попадания в кабель. Установка грозозащит затруднений не вызывает, но следует помнить, что грозозащита работает только при высоком качестве заземления.

2.3. Размещение антенн
Как уже упоминалось выше, имеется небольшое количество неперекрывающихся каналов, и при большом количестве подключаемых камер приходится использовать смежные или перекрывающиеся каналы. Между этими каналами в месте размещения антенн возможны взаимные помехи и интерференция. Более того, возможно глушение приемника работающим рядом передатчиком.
Поэтому точки доступа и антенны следует размещать таким образом, чтобы в створ раскрытия антенны не попадал сигнал соседней точке доступа, особенно работающей на близкой частоте. Кроме того, точки доступа необходимо физически разносить на расстояние не менее 1-5 метров во избежание интерференции между чипами точек доступа.

Следующая страница

Дипольная антенна

— обзор

3.6.1.1 Слепота сканирования решетки

В то время как простые модели используются для определения характеристик микрополосковых антенн, требуются математически сложные процедуры для получения характеристик патч-антенн или дипольных антенн, когда они используются в качестве элементов фазированные решетки.

Было показано, что такие фундаментальные характеристики сканирования решетки, состоящей из микрополосковых антенн, как коэффициент отражения, тенденции входного сопротивления, слепота сканирования и эффекты лепестков решетки, продиктованы межэлементными расстояниями и параметрами подложки (высотой и относительной диэлектрической проницаемостью) и не по природе элемента микрополосковой антенны (пластырей или диполей) [109].Поэтому мы не будем делать различия между двумя типами антенн. Давайте начнем с представления физического понимания рассматриваемых проблем, прежде чем мы наметим качественный отчет о производительности массивов, имеющих разнообразный набор параметров.

На рисунке 3.13a показан точечный источник тока, расположенный на нижней стороне металлической накладной антенны, излучающей электромагнитную волну [110]. Волны, обозначенные буквой B, излучаются и вносят вклад в диаграмму направленности антенны. Некоторые волны, обозначенные буквой A, дифрагируют, уходят обратно под пятно и накапливают электромагнитную энергию.Волны, обозначенные буквой C, остаются внутри диэлектрической подложки, захваченные границей раздела воздух-диэлектрик. Это поверхностные волны, которые распространяются вдоль двумерной границы раздела и затухают медленнее, чем космические волны, распространяющиеся в космос. Для массива, работающего в режиме передачи, некоторая мощность, подаваемая на антенну, теряется, что приводит к снижению общей эффективности антенны. Кроме того, вторичная диаграмма направленности в пространство вокруг антенны возникает, когда поверхностные волны рассеиваются на физических границах решетки.Разработчики приняли два метода минимизации вторичной диаграммы направленности: (i) окружить решетку фиктивными антенными элементами; и (ii) разместить поглощающий материал по периметру решетки, как показано на рисунке 3.13b.

Рисунок 3.13. Механизмы излучения в решетке патч-антенн и один подход, используемый для минимизации диаграммы направленности вторичной решетки. (а) Механизмы излучения в решетках патч-антенн из [110]; (c) 1988. Microwave Journal).(b) Один подход, используемый для минимизации вторичной диаграммы направленности по периметру решетки.

Когда вторая патч-антенна находится поблизости от другой, в ней индуцируются токи из-за связи как с пространственными, так и с поверхностными волнами первого патч-антенны; второй патч становится вторичным радиатором. Поскольку взаимная связь между антенными элементами не может быть минимизирована [111], разработчик должен признать, что расстояние между элементами является еще одним критическим параметром решетки — рассмотрите также обсуждение, относящееся к рисунку 3.14b.

Рисунок 3.14. (а) Ширина полосы (%) и угол слепоты сканирования как функция толщины подложки (h / λ). (б) слепота угла сканирования матрицы как функция относительной диэлектрической проницаемости подложки ( _r ), межэлементного расстояния a и толщины подложки ( h ). Случай 1, a = 0,52λ и h = 0,06λ. Случай 2, a = 0,5λ и h = 0,06λ. Случай 3, a = 0,48λ и h = 0,06λ; Случай 4, a = 0.5λ и ч = 0,02λ. (c) Величина коэффициента отражения бесконечного массива диполей как функция угла сканирования в E-, H- и D- (диагональных) плоскостях, когда подложка ɛ _r = 2,55 и толщина h = 0,19λ. Стрелки указывают положение углов слепоты сканирования в D- и E-плоскостях.

(Из [111]; © 1986, Microwave Journal.), (Из [111]; © 1986, Microwave Journal.), (Из [113]; © 1984, IEEE.) (Для этого конкретного примера угол слепоты сканирования в H-плоскости не рассчитывается.) Copyright © 1986

Слепота сканирования больших фазированных решеток в направлении угла сканирования ψ вызвана поверхностными волнами, которые распространяются синхронно с модой Флоке структуры. При ψ импеданс массива изменяется до такой степени, что массив не излучает мощность. Следовательно, поле зрения решетки определяется углом, под которым расположена слепота сканирования, а не положением лепестков ее решетки. В ссылках [109], [112] и [113] проблема слепоты сканирования была рассмотрена довольно подробно с учетом бесконечного массива дипольных антенных элементов, напечатанных на заземленной диэлектрической пластине.Обобщенные здесь результаты основаны на выводе функции Грина для массива бесконечно малых диполей, сканированных до углов θ и ϕ.

Как показано на рисунке 3.11, расстояние между соседними диполями составляет a и b вдоль направлений x- и y- соответственно, а координаты u , v и x ₀ , y ₀ диполя mn задаются как

(3.20) u = sinθcosϕandv = sinθsinϕ

и

(3,21) x0 = maandy0 = nb

Если мы определим T _e и T _m на

(3,22) Te = k1cos (k1h) + jk2sin (k1h) = 0

(3,23) Tm = ɛrk2cos (k1h) + jk1sin (k1h) = 0

, где

(3,24) k12 = ɛrk02 − β2Im (k1) <0

24 (3,25) k1 k02 − β2Im (k2)

<0

(3.26) β2 = kx2 + ky2

(3.27) k0 = 2π / λ

Нули, полученные из уравнений (3.22) и (3.23), представляют собой поперечные электрические (TE) и поперечные магнитные (TM) поверхностные волны ненагруженной заземленной диэлектрической плиты соответственно.Здесь предполагается, что нагрузка на элементы антенны вносит незначительную ошибку в расчет слепоты сканирования. Либо T _e = 0, либо T _m = 0 используется в зависимости от того, требуется ли слепота по углу сканирования в E- или H-плоскости.

Число поверхностных волн, которые может выдержать диэлектрический материал, пропорционально его толщине. Таким образом, условие [114]

(3.28) h <λ04ɛr − 1

гарантирует, что может распространяться только поверхностная волна низшего порядка (TM ₀ ).Угол слепоты сканирования можно предсказать из сравнения постоянных распространения поверхностной волны диэлектрической пластины и различных мод Флоке.

Если β _sw — постоянная распространения первой (TM) моды поверхностных волн ненагруженной диэлектрической плиты и k ₀ <β _sw <(ɛ _r ) ^1/2 k ₀ , резонанс поверхностной волны возникает, когда β _sw совпадает с конкретной постоянной распространения моды Флоке.Это происходит, когда

(3,29) [βswk0] 2 = [kxk0] 2+ [kyk0] 2 = [ma / λ + u] 2+ [nb / λ + v] 2

, из которого определяется угол слепоты сканирования .

Рисунок 3.14a иллюстрирует зависимость процентной полосы пропускания решетки и угла слепоты сканирования решетки патч-антенн, когда расстояние между элементами составляет λ / 2, а подложкой является GaAs [111]. Как можно видеть, массивы с толстыми подложками имеют увеличенную полосу пропускания, но уменьшенные углы слепоты сканирования, которые определяют поле обзора массива. Следовательно, необходимо найти компромисс между увеличенной полосой пропускания, с одной стороны, и расширенным полем обзора массива, с другой.

Рисунок 3.14b демонстрирует зависимость угла сканирования матрицы от относительной диэлектрической проницаемости подложки при рассмотрении четырех случаев [111]. Для случаев 1, 2 и 3 высота подложки h равна 0,06λ, но расстояние между элементами a принимает значения 0,52λ, 0,5λ и 0,48λ соответственно; как можно видеть, небольшое изменение в a влияет на диапазон углов слепоты сканирования массива. Аналогично, случаи 2 и 4 имеют одинаковое межэлементное расстояние 0,5λ, но высота подложки принимает значения 0.06λ и 0,02λ соответственно; как можно видеть, уменьшение высоты подложки резко влияет на диапазон углов слепоты сканирования матрицы. Относительно тонкие носители имеют тенденцию увеличивать угол слепоты сканирования. Когда толщина подложки задана, разработчик может существенно изменить слепоту сканирования массива, слегка изменив расстояние между элементами.

Рисунок 3.14c показывает величину коэффициента отражения | R | бесконечного массива напечатанных диполей, когда a = 0.5774λ, b = 0,5λ, ɛ _r = 2,35 и h = 0,19λ в зависимости от угла сканирования в E-, H- и D- (диагональной) плоскостях [113]. Углы слепоты сканирования составляют θ = 68,3 ° и 49,3 ° в E- и D-плоскостях соответственно. Обычно поле обзора матрицы ограничивается углом сканирования, равным углу слепоты сканирования минус 10 °.

Приближенные и замкнутые выражения для мощности космической волны, P _sp и мощности поверхностной волны, P _sw , были получены в [115], а также для космической волны КПД, η, определяемый как

(3.30) η = PspPsp + Psw

Когда относительная диэлектрическая проницаемость подложки составляет 12,8, эффективность пространственной волны массива бесконечно малых диполей монотонно уменьшается по мере увеличения h / λ; аналогичная тенденция наблюдается, когда ɛ _r = 2,55 и h / λ находится между нулем и 0,1; когда h / λ> 0,1 достигается плато эффективности.

Антенная система — обзор

15.2.2 Развитие затрат и сценарии использования

Дальнейший успех AAS во многом зависит от конкурентоспособности затрат по сравнению с другими решениями при развертывании коммерческих сетей.Дополнительная бизнес-ценность AAS в отношении покрытия, емкости и производительности для конечных пользователей побудила к созданию более сложных продуктов с более высокой начальной стоимостью. Однако изменение стоимости AAS, вероятно, будет таким же, как и для других семейств продуктов. Стоимость оборудования, вероятно, со временем снизится. Последовательно увеличивающееся использование ААС увеличивает объем производства, что в целом снижает затраты. Поскольку стоимость радиомодуля AAS, обеспечивающего заданный уровень производительности, вероятно, снизится, области применения экономичного использования AAS увеличатся по сравнению с тем, что наблюдается сегодня.

Пока затраты на приобретение новых сайтов высоки, эффективное повторное использование существующих сайтов будет оставаться важным и приведет к веским аргументам в пользу использования AAS в новых и более высоких частотных диапазонах. Кроме того, даже несмотря на то, что повторное использование сайта может быть наиболее важным фактором, соотношение затрат и производительности на радиостанцию ​​AAS, развернутую на месте, по-прежнему актуально и, как ожидается, будет оставаться таковой в обозримом будущем. Следовательно, ожидается различие между конфигурациями AAS и их возможностями формирования луча.

Для подвижной широкополосной связи существует потенциал более широкого использования AAS в пригородных и сельских районах, поскольку там ожидается повышение производительности. Например, AAS можно использовать в большей степени для обеспечения покрытия в сельской местности, где он может стать конкурентоспособным по сравнению с другими решениями, например, для обеспечения FWA.

В большинстве стран AAS будет в основном использоваться в средней полосе частот, как в полосах TDD, так и в полосах FDD, поскольку средние полосы — это полосы, используемые операторами для обеспечения покрытия в городских районах.Основным вариантом использования в ближайшей перспективе, вероятно, по-прежнему будет увеличение пропускной способности существующих полос частот и обеспечение достаточного покрытия в новых полосах частот. Решения без AAS, например, удаленные радиоблоки 4T4R, вероятно, по-прежнему будут конкурентоспособными во многих сценариях, особенно в областях, в которых нет непосредственной потребности в увеличении пропускной способности и где покрытие является достаточным с решениями без AAS.

В некоторых странах доступ к среднему диапазону частот ограничен. Однако могут быть доступны большие объемы миллиметрового спектра, и они могут быть даже единственным вариантом и, следовательно, привлекательными для использования.Тогда можно ожидать более агрессивного использования миллиметровых волн. В случае, если эти страны позже развернут среднюю полосу, можно ожидать значительного увеличения пропускной способности, когда эта ранняя сеть миллиметровых волн будет объединена со средними полосами, как показано в Разделе 13.7.6.

Использование AAS в помещениях также может увеличиться. Решения с широкополосным доступом могут быть особенно полезны в специально отведенных помещениях, поскольку доступная полоса пропускания очень велика, а потери при прохождении через стену уменьшают помехи в направлении наружного воздуха. В таких условиях очень высокая пропускная способность может поддерживаться в ограниченных помещениях с очень низким уровнем помех между внутренними и внешними пользователями.Это может быть, например, привлекательным решением для промышленного использования. Однако может быть преимущество комбинирования диапазона высоких и средних частот для повышения надежности.

Требования к развертыванию, включая размер и вес, многополосные / мультитехнологические решения и т. Д., Для различных конкретных частотных диапазонов со временем растут и стимулируют разработку как решений, так и функций продукта. Многодиапазонные решения уже считаются очень важными, поскольку они обеспечивают преимущества, например, с точки зрения более низкой аренды сайта, затрат на обслуживание и визуального воздействия (см. Раздел 14.4). Ожидается, что использование таких решений будет увеличиваться. Это является проблемой, поскольку количество полос частот увеличивается, и, следовательно, неизбежно будет происходить диверсификация числа полос и комбинаций полос, включая решения AAS и не-AAS. Чтобы приспособить такое разнообразие решений, можно ожидать более высокой степени модульности продуктов.

Свойства, диаграммы направленности и их работа

В эту современную эпоху беспроводной связи многие инженеры проявляют интерес к специализации в областях связи, но для этого требуются базовые знания фундаментальных концепций связи, таких как типы антенн, электромагнитное излучение и различные явления, связанные с распространением радиоволн и т. Д.В случае систем беспроводной связи антенны играют важную роль, поскольку они эффективно преобразуют электронные сигналы в электромагнитные волны. Антенны являются основными компонентами любой электрической цепи, поскольку они обеспечивают соединительные линии между передатчиком и свободным пространством или между свободным пространством и приемником. Прежде чем мы обсудим типы антенн, необходимо понять несколько свойств. Помимо этих свойств, мы также подробно рассмотрим различные типы антенн, используемые в системе беспроводной связи.

Что такое антенна?

Металлическая конструкция, которая используется для передачи или захвата радиоэлектромагнитных сигналов, известна как антенна. Они доступны в различных размерах и формах. Антенны небольшого размера можно найти на крышах для просмотра телевидения, тогда как большие антенны используются для приема сигналов с помощью спутников. Антенны SCaN (космическая связь и навигация) в основном включают в себя особую антенну чашеобразной формы, которая фокусирует сигналы на определенном конце, известном как параболическая антенна.Этот вид антенны позволяет как передавать, так и улавливать электромагнитные сигналы, которые могут перемещаться по вертикали и горизонтали для передачи и захвата сигнала.

Из линии передачи сигнал подается на антенну, после чего этот сигнал может быть преобразован в электромагнитную энергию для распространения по всему пространству. Иногда электрическое устройство, такое как антенна или антенна, используется для преобразования электроэнергии в электромагнитные сигналы и наоборот.
Антенна играет ключевую роль в передаче электромагнитного излучения.

В передающей антенне антенна принимает электрические сигналы от линии передачи и преобразует их в радиоволны. В приемной антенне все наоборот, потому что она пропускает радиосигналы из космоса, преобразует их в электрические сигналы и передает их в линию передачи. Типичными параметрами антенны являются ширина полосы, усиление, диаграмма направленности, поляризация, импеданс и ширина луча.

Зачем нужны антенны?

Есть много причин использовать антенны, но главная причина в том, что они обеспечивают простой способ передачи сигналов там, где другие методы невозможны.

Например, пилоту самолета необходимо часто разговаривать с персоналом УВД. Таким образом, связь между ними может осуществляться через беспроводную связь и антенны, которые служат для этого входом. Таким образом, есть несколько условий, в противном случае они применяются везде, где кабели выбираются вместо беспроводной связи через антенны.

Основные параметры типов антенн

В системе беспроводной связи антенна является важным компонентом.Поэтому важно знать, что характеристики системы беспроводной связи зависят от характеристик антенны, которая используется в системе. Например, рабочие характеристики системы связи будут определять свое происхождение от характеристик направленности антенны. Во многих применениях антенн антенны связаны с некоторыми основными параметрами. Иногда их называют характеристиками или свойствами антенны. Некоторые характеристики антенны включают следующее.

• Диаграмма направленности антенны
• Поляризация антенны
• Интенсивность излучения
• Эффективная апертура
• Усиление и направленность
• Пропускная способность
• Коэффициент усиления мощности и радиационная эффективность
• Эффективная длина
• Входное сопротивление

Свойства типов антенн

Различные свойства типов антенн включают следующие.

• Коэффициент усиления антенны
• Диафрагма
• Направленность и полоса пропускания
• Поляризация
• Эффективная длина
• Полярная диаграмма

Усиление антенны: Параметр, который измеряет степень направленности радиальной диаграммы направленности антенны, известен как усиление.Антенна с более высоким коэффициентом усиления более эффективна по диаграмме направленности. Антенны сконструированы таким образом, что мощность возрастает в желаемом направлении и уменьшается в нежелательных направлениях.

G = (мощность, излучаемая антенной) / (мощность, излучаемая эталонной антенной)

Апертура: Эта апертура также известна как эффективная апертура антенны, которая активно участвует в передаче и приеме электромагнитных волн. Мощность, принимаемая антенной, ассоциируется с коллективной областью.Эта собранная область антенны известна как эффективная апертура.

Pr = Pd * A Вт
A = pr / pd м2

Направленность и полоса пропускания: Направленность антенны определяется как мера концентрированного излучения мощности в определенном направлении. Это можно рассматривать как способность антенны направлять излучаемую мощность в заданном направлении. Это также можно отметить как отношение интенсивности излучения в заданном направлении к средней интенсивности излучения.Полоса пропускания — один из требуемых параметров при выборе антенны. Его можно определить как диапазон частот, в котором антенна может должным образом излучать энергию и принимать энергию.

Поляризация: Электромагнитная волна, исходящая от антенны, может быть поляризована вертикально и горизонтально. Если волна поляризуется в вертикальном направлении, то вектор E вертикальный, и для этого требуется вертикальная антенна. Если вектор E расположен горизонтально, для его запуска требуется горизонтальная антенна.Иногда используется круговая поляризация, это комбинация как горизонтального, так и вертикального способов.

Эффективная длина: Эффективная длина — это параметр антенн, который характеризует эффективность антенн при передаче и приеме электромагнитных волн. Эффективную длину можно определить как для передающей, так и для приемной антенн. Отношение ЭДС на входе приемника к напряженности электрического поля, возникающего на антенне, известно как эффективная длина приемника.Эффективная длина передатчика может быть определена как длина свободного пространства в проводнике, а распределение тока по его длине создает одинаковую напряженность поля в любом направлении излучения.

Эффективная длина = (Площадь при неравномерном распределении тока) / (Площадь при равномерном распределении тока)

Полярная диаграмма: Наиболее важным свойством антенны является диаграмма направленности или полярная диаграмма. В случае передающей антенны на этом графике обсуждается напряженность силового поля, излучаемого антенной в различных угловых направлениях, как показано на графике ниже.График также может быть получен как для вертикальной, так и для горизонтальной плоскости — и он также называется вертикальным и горизонтальным образцами соответственно.

Различные типы антенн

До сих пор мы рассматривали свойства антенн, а теперь обсудим различные типы антенн, которые используются для различных приложений.

Типы антенн

Логопериодические антенны

• Антенны с галстуком-бабочкой
• Логопериодическая дипольная матрица

Проволочные антенны

• Короткая дипольная антенна
• Дипольная антенна
• Монопольная антенна
• Рамочная антенна

Антенны бегущей волны

• Винтовые антенны
• Антенны Яги-Уда

Антенны СВЧ

• Прямоугольные микрополосковые антенны
• Планарные перевернутые антенны

Отражатель антенны

• Угловой отражатель
• Параболический отражатель

Логопериодические антенны

Логопериодическая антенна также называется логопериодической антенной.Это многоэлементная направленная антенна с узким лучом, работающая в широком диапазоне частот. Эта антенна состоит из серии диполей, расположенных вдоль оси антенны в различных пространственных интервалах времени, за которыми следует логарифмическая функция частоты. Логопериодическая антенна используется в широком диапазоне приложений, где требуется переменная полоса пропускания наряду с усилением и направленностью антенны.

Логопериодические антенны

Антенны с галстуком-бабочкой

Антенна-бабочка также известна как биконическая антенна или антенна-бабочка.Биконическая антенна — это всенаправленная широкополосная антенна. По размеру эта антенна имеет низкочастотный отклик и действует как фильтр верхних частот. По мере того, как частота выходит за более высокие пределы, отклоняясь от проектной частоты, диаграмма направленности антенны искажается и расширяется.

Антенны типа «бабочка»

Большинство антенн типа «бабочка» являются производными от биконических антенн. Дискон — это разновидность полубиконической антенны. Антенна типа «бабочка» представляет собой плоскую и, следовательно, направленную антенну.

Логопериодическая дипольная матрица

Наиболее распространенный тип антенны, используемый в технологии беспроводной связи, представляет собой логопериодическую дипольную решетку, которая в основном состоит из ряда дипольных элементов. Эти антенны с дипольной решеткой уменьшаются в размерах от задней части к передней. Передний луч этой РЧ-антенны исходит из меньшего переднего конца.

Логопериодическая дипольная антенна

Элемент на заднем конце решетки имеет большой размер с половинной длиной волны, работающей в низкочастотном диапазоне.Расстояние между элементами уменьшается по направлению к переднему концу массива, в котором размещаются самые маленькие массивы. Во время этой операции по мере изменения частоты происходит плавный переход по массиву элементов, что приводит к формированию активной области.

Проволочные антенны

Проволочные антенны также известны как линейные или изогнутые антенны. Эти антенны очень просты, дешевы и используются в широком спектре приложений. Эти антенны подразделяются на четыре, как описано ниже.

Проволочные антенны

Дипольная антенна

Дипольная антенна — один из самых простых способов юстировки антенны. Эта дипольная антенна состоит из двух тонких металлических стержней с синусоидальной разностью напряжений между ними. Длину стержней выбирают таким образом, чтобы они составляли четверть длины волны на рабочих частотах. Эти антенны используются при разработке собственных антенн или других антенн. Их очень просто построить и использовать.

Дипольная антенна

Дипольная антенна состоит из двух металлических стержней, по которым протекают ток и частота.Этот поток тока и напряжения создает электромагнитную волну и излучает радиосигналы. Антенна состоит из излучающего элемента, который разделяет стержни и пропускает ток через центр с помощью фидера на выходе передатчика, который принимает от приемника. Различные типы дипольных антенн, используемых в качестве РЧ-антенн, включают полуволновые, множественные, складчатые, нерезонансные и т. Д.

Антенна с коротким диполем

Это самая простая из антенн.Эта антенна представляет собой провод с разомкнутой цепью, в котором короткое обозначение «относительно длины волны», поэтому эта антенна отдает приоритет размеру провода относительно длины волны рабочей частоты.

Короткие дипольные антенны

При этом не учитывается абсолютный размер дипольной антенны. Короткая дипольная антенна состоит из двух коллинеарных проводников, которые проложены встык, с небольшим зазором между проводниками с помощью фидера. Диполь считается коротким, если длина излучающего элемента меньше одной десятой длины волны.

L <λ / 10

Короткая дипольная антенна состоит из двух коллинеарных проводников, которые проложены встык, с небольшим зазором между проводниками у фидера.

Короткая дипольная антенна редко бывает удовлетворительной с точки зрения эффективности, поскольку большая часть мощности, поступающей в эту антенну, рассеивается, поскольку тепловые и резистивные потери также постепенно становятся высокими.

Монопольная антенна

Монопольная антенна — это половина простой дипольной антенны, расположенной над заземленной плоскостью, как показано на рисунке ниже.

Диаграмма направленности над заземленной плоскостью будет такой же, как у полуволновой дипольной антенны, однако общая излучаемая мощность вдвое меньше, чем у дипольной; поле излучается только в области верхнего полушария. Направленность этих антенн увеличивается вдвое по сравнению с дипольными антеннами.

Монопольные антенны также используются в качестве антенн, устанавливаемых на транспортном средстве, поскольку они обеспечивают необходимую заземляющую поверхность для антенн, установленных над землей.

Рамочная антенна

Рамочные антенны

имеют схожие характеристики как с дипольными, так и с монопольными антеннами, поскольку они просты и легки в сборке.Рамочные антенны доступны в различных формах, таких как круглая, эллиптическая, прямоугольная и т. Д. Основные характеристики рамочной антенны не зависят от ее формы. Они широко используются в каналах связи с частотой около 3 ГГц. Эти антенны также могут использоваться в качестве датчиков электромагнитного поля в микроволновом диапазоне.

Рамочная антенна

Окружность рамочной антенны определяет эффективность антенны, аналогичной эффективности дипольных и монопольных антенн. Эти антенны далее подразделяются на два типа: электрически маленькие и электрически большие, в зависимости от длины контура.

Электрически малая рамочная антенна ———> Окружность≤λ⁄10

Электрически большая рамочная антенна ———> Окружность≈λ

Электрически малые петли с одним витком имеют небольшую радиационную стойкость по сравнению с их сопротивлением потерям. Радиационную стойкость малых рамочных антенн можно улучшить, добавив больше витков. Многовитковые петли имеют лучшую радиационную стойкость, даже если они имеют меньшую эффективность.

Антенна с малой рамкой

По этой причине малая рамочная антенна в основном используется в качестве приемных антенн, где потери не являются обязательными.Малые петли не используются в качестве передающих антенн из-за их низкой эффективности.

Резонансные рамочные антенны относительно большие и управляются в зависимости от длины волны. Они также известны как большие рамочные антенны, поскольку они используются на более высоких частотах, таких как VHF и UHF, при этом их размер удобен. Их можно рассматривать как складчатую дипольную антенну и деформировать ее в различные формы, такие как сферические, квадратные и т. Д., И иметь аналогичные характеристики, такие как высокая эффективность излучения.

Антенны бегущей волны

Эти антенны подразделяются на различные типы, которые обсуждаются ниже.

Винтовые антенны

Спиральные антенны также известны как спиральные антенны. Они имеют относительно простые конструкции с одной, двумя или более проволоками, каждая из которых намотана в виде спирали, обычно опирается на пластину заземления или фигурный отражатель и приводится в действие соответствующим питанием. Наиболее распространенная конструкция — это одиночный провод с заземлением и коаксиальной линией.

В общем, характеристики излучения спиральной антенны связаны с этой спецификацией: электрический размер конструкции, в которой входной импеданс более чувствителен к шагу и размеру провода.

Спиральная антенна

Спиральные антенны имеют два преобладающих режима излучения: нормальный режим и осевой режим. Осевой режим используется в широком спектре приложений. В нормальном режиме размеры спирали малы по сравнению с ее длиной волны. Эта антенна действует как короткая дипольная или монопольная антенна.В осевом режиме размеры спирали такие же, как и ее длина волны. Эта антенна работает как направленная антенна.

Антенна Яги-Уда

Еще одна антенна, в которой используются пассивные элементы, — это антенна Яги-Уда. Этот тип антенны недорогой и эффективный. Он может быть сконструирован с одним или несколькими отражательными элементами и одним или несколькими направляющими элементами.

Антенна Яги-Уда

Антенна Яги может быть изготовлена ​​с использованием антенны с одним рефлектором, активным элементом из сложенного диполя и директорами, установленными для горизонтальной поляризации в прямом направлении.

Антенны СВЧ

Антенны, работающие на микроволновых частотах, известны как микроволновые антенны. Эти антенны используются в широком спектре приложений.

Прямоугольные микрополосковые антенны

Для космических аппаратов или самолетов — в зависимости от таких характеристик, как размер, вес, стоимость, характеристики, простота установки и т. Д. — предпочтительны низкопрофильные антенны. Эти антенны известны как прямоугольные микрополосковые антенны или патч-антенны; им требуется место только для линии питания, которая обычно размещается за заземляющим слоем.Основным недостатком использования этих антенн является их неэффективная и очень узкая полоса пропускания, которая обычно составляет доли процента или, самое большее, несколько процентов.

Прямоугольные микрополосковые антенны

Плоские перевернутые F-антенны

Плоская перевернутая F-антенна может рассматриваться как тип линейной перевернутой F-антенны (IFA), в которой проволочный излучающий элемент заменен пластиной для увеличения полосы пропускания. Преимущество этих антенн заключается в том, что они могут быть спрятаны в корпусе мобильного устройства по сравнению с различными типами антенн, такими как штыревые, стержневые, спиральные и т. Д.

Другое преимущество состоит в том, что они могут уменьшить обратное излучение к верхней части антенны за счет поглощения энергии, что повышает эффективность. Они обеспечивают высокий коэффициент усиления как в горизонтальном, так и в вертикальном положении. Эта функция наиболее важна для любых типов антенн, используемых в беспроводной связи.

Отражательная антенна

Эти антенны подразделяются на два типа, которые обсуждаются ниже.

Антенна с угловым отражателем

Антенна, которая содержит один или несколько дипольных элементов, расположенных перед угловым отражателем, известна как антенна с угловым отражателем.Направленность антенны может быть увеличена за счет использования отражателей. В случае проволочной антенны позади антенны используется токопроводящий лист для направления излучения в прямом направлении.

Антенна с угловым отражателем

Антенна с параболическим отражателем

Излучающая поверхность параболической антенны имеет очень большие размеры по сравнению с ее длиной волны. Геометрическая оптика, которая зависит от лучей и волновых фронтов, используется, чтобы узнать об определенных характеристиках этих антенн. Некоторые важные свойства этих антенн можно изучить с помощью лучевой оптики, а других антенн — с помощью теории электромагнитного поля.

Параболическая антенна

Одним из полезных свойств этой антенны является преобразование расходящегося сферического волнового фронта в параллельный волновой фронт, который создает узкий луч антенны. Различные типы источников питания, в которых используется этот параболический отражатель, включают в себя рупорные каналы, декартовы каналы и дипольные каналы.

Типы антенн, используемых в спутниковой связи

В спутниковой связи антенны играют ключевую роль. Они прикреплены к спутникам как для передачи, так и для приема сигналов.На спутнике антенны принимают сигналы от разных источников на Земле. После этого эти сигналы обрабатываются транспондером и передаются обратно на Землю для перераспределения.

В системе спутниковой связи используются различные типы антенн, которые обсуждаются ниже.

• Рупорная антенна
• Параболическая рефлекторная антенна
• Параболическая рефлекторная антенна со смещенным питанием
• Антенна с двойным отражателем
• Антенна с формованным отражателем

Рупорная антенна

Рупорная антенна также называется микроволновой рупором, которая включает в себя металлический волновод с раструбом и в форме рожка для направления радиосигналов внутри луча.Рупоры широко используются в качестве антенн на микроволновых и УВЧ частотах более 300 МГц.

Они используются в качестве фидерных антенн для огромных антенн, таких как параболические антенны, и типичных калибровочных антенн для расчета усиления других антенн и направленных антенн, таких как радарные пушки, автоматические открыватели дверей, а также микроволновые радиометры. Основными преимуществами этих антенн являются низкий КСВ (коэффициент стоячей волны), умеренная направленность, широкая полоса пропускания и простота конструкции и настройки.

Параболическая рефлекторная антенна

Параболическая рефлекторная антенна также называется тарелочной антенной.Этот вид антенны используется для приема домашнего спутникового телевидения, общей спутниковой связи, наземных микроволновых каналов передачи данных и т. Д. Эта антенна отличается индивидуальной формой, высоким коэффициентом усиления и узкой шириной луча.

Основным преимуществом этой антенны является высокая направленность. Он работает как отражатель фонарика или прожектор, чтобы выразить радиосигналы в узком луче, иначе получает радиосигналы только с одного определенного маршрута.

Эти типы антенн в основном используются в качестве антенн с высоким коэффициентом усиления в двухточечной связи, в релейных линиях микроволновой связи, которые удерживают телевизионные и телефонные сигналы между близлежащими городами, каналах LAN / WAN для передачи данных, спутниковой связи, космических кораблях и радиотелескопах. .

Параболическая рефлекторная антенна со смещенным питанием

Внеосевая или офсетная тарелочная антенна — это один из видов параболической антенны, потому что этот антенный фидер может быть смещен в сторону отражателя, в отличие от обычной параболической антенны с передним фидером, где фидерная антенна может быть подвешена перед отражателем. блюдо. В параболической тарелке с фронтальной подачей источник питания может быть расположен в центре отражателя; однако рефлектор представляет собой асимметричную секцию параболоида, поэтому фокус расположен сбоку.При использовании антенны такого типа можно использовать различные схемы подачи.

Разные схемы питания обеспечивают значительную гибкость и позволяют разным приложениям получить максимальную отдачу от использования антенны. Фактический антенный элемент в общей антенне с параболическим отражателем, такой как устройство, которое соединяет линию передачи с радиочастотной энергией в направлении свободного пространства, может быть элементом питания для этой антенны. Поверхность рефлектора полностью пассивна.

Антенна с двойным отражателем

При использовании этих типов антенн фидер, соединяющий рупор с передающим или приемным оборудованием, должен располагаться на меньшем расстоянии, чтобы уменьшить потери.

Антенна с формованным отражателем

В мобильной связи эта рефлекторная антенна используется в качестве наружной антенны базовой станции. В этой антенне простая архитектура может снизить стоимость внедрения и сложность антенны базовой станции. Таким образом, основная цель этой антенны состоит в том, чтобы напоминать необходимые характеристики излучения обычных антенн базовых станций, в которых используются антенны с одноколонной фазированной группой для излучения прототипов направленных лучей для радиоизлучения при планировании соты, хотя и усиливается существующий недостаток чрезмерной большой луч лежит сверху в смежных секторах.

Он также отклоняет формирование схем луча для обычных антенн базовых станций, чтобы уменьшить диапазон пассивного посредничества. Этот вид рефлекторной антенны может питаться через элементарную антенну обычной базовой станции, таким образом, она оснащена функциями наклона луча и излучения с двойной поляризацией, чтобы удовлетворить потребности в адаптивной модификации секториальной соты.

Типы антенн, используемых в мобильной связи

В мобильной связи используются антенны двух типов: прямоугольные и сотовые.Эти антенны предоставляют различные услуги, такие как прямоугольный тип, обслуживающий близлежащие регионы, тогда как круглый тип используется для связи между BTS.

Прямоугольные антенны

Антенны прямоугольного типа являются направленными, которые используются для обеспечения внешней области вокруг мобильной вышки. Эти виды антенн в основном подключаются к BTS с помощью коаксиальных кабелей, которые используются для передачи или приема данных с близкого расстояния мобильными телефонами.Как правило, эти антенны поддерживают весь радиочастотный спектр, который используется в различных сетевых службах, таких как службы 2G, 3G или 4G.

Круглые антенны

Антенны круглого типа в основном используются для связи между различными BTS. Эти типы антенн работают на микроволновых частотах и ​​включают передачу или прием точка-точка. Соединение этих антенн может быть выполнено через волноводы, которые будут заканчиваться на BTS, и оттуда данные могут быть переданы в близлежащие районы, используя внешние антенные блоки или IBS.

Диаграммы направленности антенн разных типов

Энергия, излучаемая антенной, может быть представлена ​​диаграммой направленности антенны. Это схематические изображения распределения излучаемой энергии в пространстве как функции направления. На диаграмме направленности антенны излучаемая энергия может быть обозначена посредством диаграмм направленности, проиллюстрированных особым образом. Здесь стрелки указывают направления излучения. Эти шаблоны представляют собой шаблоны мощности или поля

Диаграммы мощности разработаны как функция для величины различных полей.Они рассчитаны на логарифмическую шкалу, в противном случае — на шкалу дБ. Конструкции разных антенн создают разные диаграммы направленности, и их сложность в основном зависит от конструкции антенны.
Создание шаблонов полей может выполняться как функция различных полей. Они разработаны в логарифмической шкале.

Диаграммы излучения доступны в различных типах, например следующих.

• Всенаправленная или ненаправленная диаграмма направленности
• Луч-карандаш
• Балка веерная
• Профильная балка

Это все об обзоре типов антенн и их применения в беспроводной связи, а также об использовании антенн для передачи и приема данных.Для получения любой помощи по этой статье свяжитесь с нами, оставив комментарий в разделе комментариев ниже.

фото Кредиты:

Как работает антенна?

11 октября, 2019

Антенны широко используются в области телекоммуникаций, и мы знаем много приложения для них. Антенны принимают электромагнитную волну и преобразовать его в электрический сигнал или получить электрический сигнал и излучать его как электромагнитный волна. В этой статье мы собираемся взглянуть на науку, лежащую в основе антенн.

Разница между колеблющимся и излучающим электромагнитным полем

У нас есть электрический сигнал, как нам преобразовать его в электромагнитную волну? Ты можешь иметь в уме простой ответ. То есть использовать закрытый проводник, а с помощью принцип электромагнитной индукции вы сможете производить колеблющееся магнитное поле и электрическое поле вокруг него, как показано на рис. 1А. Однако это колеблющееся поле вокруг источника бесполезно при передаче сигналов.Электромагнитное поле здесь не распространяется; вместо этого он просто колеблется вокруг источника. В антенне электромагнитные волны необходимо отделить от источник, и они должны распространяться (Рис: 1B). Прежде чем посмотреть, как делается антенна, давайте понять физику разделения волн.

Рис. 1A Колеблющееся электромагнитное поле при электромагнитной индукции Рис. 1B Излучающее электромагнитное поле в гипотетической антенне

Физика колеблющегося диполя и излучения

Рассмотрим один положительный и один отрицательный заряды, расположенные на некотором расстоянии друг от друга.Это расположение известный как диполь, и они, очевидно, создают электрическое поле, как показано на рисунке 2A. Теперь предположим, что эти заряды колеблются, как показано на рис. 2В. В середине их пути скорость будет на уровне максимум и на концах их траекторий скорость будет равна нулю. Заряженные частицы претерпевают непрерывное ускорение и замедление из-за этого изменения скорости.

Рис. 2A Силовые линии электрического поля электрического диполя вытянуты на
от положительного до отрицательного заряда. Рис. 2B Ускорение и замедление заряженных частиц

1.Силовая линия электрического поля при t = 0

Теперь задача состоит в том, чтобы выяснить, как электрическое поле изменяется из-за этого движения. Давайте сконцентрируйтесь только на одной силовой линии электрического поля (рис. 3).

Рис. 3 Электрическое поле показано при t = 0

2. Линия электрического поля при t = T / 8

Волновой фронт, сформированный в нулевой момент времени, расширяется и имеет вид деформирован, как показано, через одну восьмую периода времени (рис. 4A). Это удивительно; Ты можешь иметь ожидается простое электрическое поле, как показано в этом месте.Почему растянулось электрическое поле и образовали такое поле? как показано на рис. 4B. Это связано с тем, что ускоряющие или замедляющие заряды производят электрическое поле с некоторыми эффектами памяти. Старое электрическое поле нелегко приспособиться к новое состояние. Нам нужно потратить некоторое время, чтобы понять этот эффект памяти электрического генерация поля или излома ускоряющих или замедляющих зарядов.

Рис. 4A. При t = T / 8 ожидаемая форма электрического поля Рис. 4B При t = T / 8 действительная форма электрического поля

3.Силовая линия электрического поля при t = T / 4

Если мы продолжим наш анализ таким же образом, мы сможем видите, что через четверть периода времени концы волнового фронта встречаются в одной точке (рис. 5).

Рис. 5 При t = T / 4 концы электрического поля встречаются в одной точке, и происходит разделение и распространение

После этого происходит разделение и распространение волнового фронта. Если нарисовать напряженность электрического поля В зависимости от расстояния можно увидеть, что распространение волны носит синусоидальный характер (рис. 6).это Интересно отметить, что длина волны распространения, создаваемого таким образом, ровно вдвое больше, чем у длина диполя. Мы вернемся к этому вопросу позже. Обратите внимание, что это различное электрическое поле автоматически создает переменное магнитное поле, перпендикулярное ему. Это именно то, что нам нужно в антенне. Короче говоря, мы можем сделать антенну, если сможем сделать устройство для колебания положительных и отрицательных зарядов.

Рис: 6 Электромагнитное излучение в диполе

Как происходит излучение в антеннах?

На практике создать такой колеблющийся заряд очень просто.Возьмите токопроводящий стержень с изгиб в его центре и подайте сигнал напряжения в центре (7A). Предположим, это сигнал, который у вас есть приложен изменяющийся во времени сигнал напряжения. Рассмотрим случай в нулевой момент времени. Из-за эффекта напряжения, электроны будут смещены справа от диполя и будут накапливаться на слева. Это означает, что другой конец, который потерял электроны, автоматически становится положительно заряженным (7B). Это расположение создало тот же эффект, что и предыдущий случай дипольного заряда, т.е.е. положительные и отрицательные заряды на конце провода. При изменении напряжения во времени положительные и отрицательные заряды будут курсировать туда и сюда.

Рис: 7A Длинный прямой провод с переменным током источник в центре
— дипольная антенна, излучающая электромагнитные волны Рис. 7B При подаче изменяющегося во времени сигнала напряжения количество электронов составляет
. накопленный на одном конце и создавал положительные заряды на другом конце

Простая дипольная антенна также производит происходит то же явление, которое мы видели в предыдущем разделе, и происходит распространение волн.У нас есть теперь видно как антенна работает как передатчик. Частота передаваемого сигнала будет быть такой же, как частота подаваемого сигнала напряжения. Поскольку распространение идет в скорость света, мы можем легко вычислить длину волны распространения (рис: 8). Для идеального передачи, длина антенны должна составлять половину длины волны.

ƒ _{антенна} = ƒ _вход

C = ƒ _{антенна} x ƛ _{антенна}

Рис. 8 Антенна излучает электромагнитные волны со скоростью света

Как антенны принимают сигналы?

Антенна работает обратимо, и она может работать как приемник, если на нее попадает распространяющееся электромагнитное поле.Давайте посмотрим на это явление подробнее.

Возьмите ту же антенну снова и приложите электрическое поле. В этот момент электроны будут накапливаются на одном конце стержня. Это то же самое, что и электрический диполь. В качестве применяемого электрического поле меняется, положительные и отрицательные заряды накапливаются на других концах. Различная плата накопление означает, что в центре антенны создается сигнал переменного электрического напряжения. Этот сигнал напряжения является выходом, когда антенна работает как приемник, как показано на рисунке 9.Частота сигнал выходного напряжения совпадает с частотой принимаемой электромагнитной волны. Это ясно из конфигурация электрического поля, при которой для идеального приема размер антенны должен составлять половину длина волны. Во всех этих обсуждениях мы видели, что антенна представляет собой разомкнутую цепь.

Рис. 9 Антенна может работать как приемник, если на нее попадает распространяющееся электромагнитное поле

Конструкция и работа нескольких антенн

Теперь давайте посмотрим на несколько практических антенн и их работу.

1. Антенна Яги Уда

Раньше для приема ТВ использовались дипольные антенны. Цветная полоса действует как диполь и принимает сигнал, как показано на рисунке. Диполь является его основным ведомым элементом. В такой антенне также необходимы рефлектор и директор для фокусировки сигнал на диполе. Отражательный элемент всегда длиннее, а направляющий элемент всегда короче ведомого. Эта полная структура известна как антенна Яги-Уда (рис. 10А).Антенна яги уда была изобретена двумя японскими учеными Хидэцугу Яги и Синтаро Уда. Это направленная антенна, используемая для связи точка-точка. Управляемый элемент или дипольная антенна преобразовывала полученный сигнал в электрические сигналы, и эти электрические сигналы передавались по коаксиальному кабелю на телевизионный блок (рис. 10B).

Рис. 10A Антенна Яги уда состоит из диполя, директоров и отражателей. Рис. 10B Антенна яги уда преобразует принятые сигналы в электрические сигналы
, и эти сигналы передаются по коаксиальному кабелю на телевизионный блок.

2.Спутниковая антенна в деталях

В настоящее время мы перешли на спутниковые телевизионные антенны. Они состоят из двух основных компонентов: параболический отражатель и понижающий преобразователь блока с низким уровнем шума. Параболическая тарелка получает электромагнитные сигналы со спутника и фокусирует их на LNBF, как показано на рисунке 11. Форма параболическая конструкция разработана очень точно и точно.

Рис. 11 В спутниковой тарелке входящий сигнал фокусируется на LNBF через параболический отражатель.

LNBF состоит из рупора, волновода, печатной платы и зонда (12A).Поступающие сигналы фокусируются на зонд через рупор и волновод. На датчике индуцируется напряжение, как мы видели в случае простого диполя. Сигнал напряжения так сгенерированный подается на печатную плату для обработки сигнала, такой как фильтрация, преобразование из высокого в низкий частота и усиление. После обработки эти электрические сигналы передаются на телевизионный блок через коаксиальный кабель (рис. 12Б).

Рис. 12A Подробная структура малошумящего рупора с блокирующим сигналом (LNBF) Рис. 12B Спутниковая тарелка преобразует принятые электромагнитные сигналы
в электрические сигналы, которые передаются по коаксиальному кабелю на телевизионный блок.

Если вы откроете LNB, вы, скорее всего, найдете 2 щуп вместо одного, причем второй щуп перпендикулярен первому.2-х зондовый расположение означает, что доступный спектр можно использовать дважды, посылая волны либо горизонтальная или вертикальная поляризация. Один зонд обнаруживает горизонтально поляризованный сигнал и другой сигнал с вертикальной поляризацией, как показано на рис. 13.

Рис. 13 Горизонтальный и вертикальный зонд обнаруживает горизонтально поляризованный сигнал и вертикально поляризованный сигнал соответственно.

3. Микрополосковая антенна или патч-антенна

В мобильном телефоне в вашей руке используется антенна совершенно другого типа, называемая патчем. антенна (рис. 14А).Эти типы антенн недороги и легко устанавливаются на печатную плату. Патч-антенна представляет собой металлическую пластину или полосу, размещенную на плоскости заземления с кусок диэлектрического материала между ними. Здесь металлическая накладка действует как излучающий элемент. В длина металлической накладки должна составлять половину длины волны для правильной передачи и прием (рис: 14Б). Обратите внимание, что описание патч-антенны, которое мы здесь объяснили, очень простое.

Рис. 14A Плоская перевернутая F-антенна, тип патч-антенны, используемой в современных сотовых телефонах.Рис. 14B Схема простой патч-антенны

ОБ АВТОРЕ

Эта статья написана Прерна Гупта , аспирантом в области управления и КИПиА. В настоящее время она работает в Lesics Engineers Pvt.Ltd руководителем группы по визуальному образованию. Сферы ее интересов — телекоммуникации, полупроводниковые материалы и устройства, встроенные системы и дизайн. Чтобы узнать больше об авторе, перейдите по этой ссылке

---

Страница не найдена | Институт науки и технологий Сатьябамы (считается университетом)

государство

Выберите StateAndaman и NicobarAndhra PradeshArunachal PradeshAssamBiharChandigarhChhattisgarhDadra И Нагар HaveliDaman И DiuDelhiGoaGujaratHaryanaHimachal PradeshJammu и KashmirJharkhandKarnatakaKeralaLakshadweepMadhya PradeshMaharashtraManipurMeghalayaMizoramNagalandOdishaPuducherryPunjabRajasthanSikkimTamil NaduTelanganaTripuraUttar PradeshUttarakhandWest Бенгальский

Курсы

— Select -Undergraduate Courses (UG) Инженерные курсы (B.E. / B.Tech / B.Arch / B.Des) BE — Компьютерные науки и инженерия B.E — Компьютерные науки и инженерия со специализацией в области искусственного интеллектаB.E — Компьютерные науки и инженерия со специализацией в Интернете вещей B.E — Компьютеры Наука и инженерия со специализацией в области науки о данных B.E — компьютерные науки и инженерия со специализацией в области искусственного интеллекта и робототехники B.E — компьютерные науки и инженерия со специализацией в области искусственного интеллекта и машинного обучения B.E — Компьютерные науки и инженерия со специализацией в технологии цепочек блоков B.E — Компьютерные науки и инженерия со специализацией в области кибербезопасности B.E — Электротехника и электроника B.E — Электроника и коммуникационная техника B.E — Машиностроение B.E — Автомобильная инженерия B.E — Мехатроника B.E — Авиационная техника B.E — Гражданское строительство B.Tech — Информационные технологии B.Tech — Химическая инженерия B.Tech — БиотехнологияB.Tech — Биомедицинская инженерия B.Arch — Бакалавр архитектуры B.Des. — Бакалавр дизайна, инженерные курсы (BE / B.Tech) — Неполный рабочий деньB.E — Компьютерные науки и инженерияB.E — Электротехника и электроникаB.E — Электроника и коммуникационная инженерияB.E — МашиностроениеB.E — Гражданское строительствоB.Tech — Химическая промышленность Инженерное искусство и научные курсыB.BA — Бакалавр делового администрированияB.Com. — Бакалавр коммерцииB.Com. — Финансовый учет — Визуальная коммуникация, бакалавр наук — Медицинские лабораторные технологии, бакалавриат — Клиника, питание и диетология.Sc. — Физика — Химия — Компьютерные науки — Математика — Биохимия, бакалавр наук. — Дизайн одежды — BioTechnologyB.Sc. — MicroBiologyB.Sc. — Психология — Английский — Биоинформатика и Data ScienceB.Sc — Специализация в области компьютерных наук в области искусственного интеллекта — Бакалавр наук по курсам сестринского права LL.B. (С отличием) B.B.A. LL.B. (С отличием) B.Com.LL.B. (С отличием) Бакалавр фармацевтических курсов, бакалавр фармации, степень бакалавра фармацевтики, диплом фармацевта, аспирантура, инженерные курсы M.E. Компьютерные науки и инженерия Прикладная электроника Компьютерный дизайн Структурная инженерия Силовая электроника и промышленные приводы Биотехнология Медицинское оборудование Встраиваемые системы и IoTM.Arch. Устойчивая архитектура Программа управления зданием MBA — Магистр делового администрирования Заочная аспирантура Компьютерные науки и инженерия Прикладная электроника Компьютерный дизайн Структурная инженерияМедицинское оборудование Биотехнология Магистр делового администрированияПрием на курсы PPG Arts & Science и наук Бакалавр стоматологической хирургии (BDS) BDS — Бакалавр стоматологической хирургииМастер стоматологической хирургии (MDS) MDS — Ортодонтия и челюстно-лицевая ортопедия М.D.S — Консервативная стоматология и эндодонтияM.D.S — Педодонтия и профилактическая стоматология

Антенны Yagi-Uda с электрическим приводом для света

Проектирование и изготовление антенн

Электрически связанные антенные системы Yagi-Uda состоят из золотых структур, размещенных непосредственно на стекле, чтобы гарантировать беспрепятственный оптический доступ через иммерсионный масляный объектив от ниже (см. рис. 2а). Они изготовлены путем измельчения методом FIB химически выращенных микропластинок монокристаллического золота ²⁸ (дополнительное примечание 8).Подающие элементы электрически соединены с помощью изогнутых монокристаллических проволок, оптимизированных для FDTD (см. Дополнительное примечание 5 и рис. 1a, b), к структурам испаренных электродов, доступ к которым осуществляется с помощью микроманипуляторов (дополнительное примечание 7). Эта конструкция обеспечивает электрическое соединение с низким сопротивлением в области зазора без нарушения оптических полей ²⁷ .

Рис. 2: Диэлектрофорез с обратной связью и характеристика антенн Яги-Уда.

a Схема установки DEP: в то время как спектры рассеяния белого света в темном поле непрерывно регистрируются, подается высокочастотное переменное напряжение.Как только частица осаждается в зазоре, спектр значительно смещается в красную область, как показано в b , и впоследствии напряжение отключается. c — e Связанные изображения SEM для различных частот DEP, показывающие оптимум одночастичного притяжения на частоте 8,5 МГц. f — i SEM-изображения и j связанные спектры отражателя (зеленый), ненагруженного питающего элемента (красный), директоров (синий), а также полностью собранной антенны Яги-Уда (черный).Пунктирная красная линия в j представляет собой дельту всей антенны без директоров и отражателя и соответствует элементу питания, который теперь загружен и смещен в красную сторону из-за частицы внутри зазора. k Зависимость спектра рассеяния от энергии антенны Яги-Уда (такая же, как в j ) и результирующие спектры электролюминесценции (EL) для различных напряжений. С ростом напряжения пик электролюминесценции смещается в синий цвет и становится сильнее, как показано желтой стрелкой (см. № ⁷ ). Обратите внимание, падение напряжения близко к нулю.Масштабные линейки, 50 нм.

Для генерации света мы используем неупругое электронное туннелирование (IET), которое было впервые обнаружено в планарных туннельных переходах MIM ²⁹ в 1976 году и позже изучено в экспериментах СТМ ³⁰ . Когда электроны туннелируют через наноразмерный барьер, могут происходить неупругие процессы, в которых электроны теряют энергию из-за генерации света (см. Рис. 1d). Эффективность IET может быть значительно увеличена за счет высокой локальной плотности оптических состояний (LDOS) ^20,21,22 .IET предлагает явные преимущества, такие как отсутствие каких-либо активных материалов, что приводит к большой пропускной способности, предлагая при этом эффективность до 2% ²² . В предыдущей работе мы использовали двухэтапный процесс для реализации необходимого туннельного зазора в 1 нм: сначала антенные структуры с зазором ~ 25 нм были изготовлены путем фрезерования FIB, а затем были изготовлены частицы золота с оболочкой CTAB толщиной 1 нм. брошен на образец. Затем подходящие частицы вставляли в зазоры антенны, используя консоль атомно-силового микроскопа ²⁰ .Несмотря на то, что этот подход является успешным, он имеет несколько недостатков: проблематично выталкивать частицы на большие расстояния, т.е. требуется покрытие ~ 1 частица на квадратный микрометр, частицы легко застревают при прикосновении к антеннам в непредусмотренных местах и ​​только в меньшей части. частицы, попавшие в антенный зазор, фактически касаются обеих рук и приводят к работающим устройствам. Кроме того, необходимо удалить излишки частиц вблизи антенн, чтобы обеспечить беспрепятственную оптическую характеристику.Поскольку антенны Yagi-Uda геометрически намного сложнее, этот подход типа «drop-and-push» больше не подходит. Поэтому мы вводим DEP ^31,32 в процесс изготовления и продвигаем его для контролируемого осаждения одиночных частиц, реализуя механизм обратной связи.

Для выполнения DEP капля воды, содержащая частицы золота, помещается поверх антенных структур (см. Рис. 2а). Один из двух электродов заземлен, а к другому электроду приложено переменное электрическое поле, чтобы поляризовать частицы в растворе.В зависимости от напряжения и частоты частицы затем притягиваются к участкам с наибольшим градиентом поля, то есть к зазору питания. Чтобы гарантировать, что ровно одна частица помещается в антенный зазор, мы непрерывно отслеживаем спектр рассеяния белого света антенны с частотой повторения 10 Гц. Когда частица попадает в заглушку, спектр сильно смещается в красную область, и смещение становится сильнее с каждой последующей частицей (см. Рис. 2b – e). Таким образом, мы оптимизировали основные параметры (напряжение, частоту, разбавление) и достигли степени успеха одночастичного осаждения 49.8% (см. Дополнительное примечание 9).

Оптимизация геометрии

Для получения наилучших возможных соотношений FB (см. Определение на рис. 1c) расстояния и размеры отдельных элементов Yagi-Uda были оптимизированы (см. Дополнительные примечания 1 и 6). В принципе, резонанс отражателя должен быть сдвинут в красную сторону относительно частоты возбуждения, а резонанс директора — в синий цвет, чтобы получить направленность. Модель квазистатического диполярного взаимодействия ⁶ (дополнительное примечание 3) показала, что при допущении резонансов отражателя и директора на 890 нм и 680 нм соответственно и размещении рефлектора на расстоянии 200 нм от питающего элемента коэффициент FB достигает максимума при частотах возбуждения 860 нм и расстоянии между директорами 200 или 330 нм.Более точные численные расчеты методом граничных элементов (BEM) ³³ (дополнительное примечание 4), которые включают замедление, взаимодействия более высокого порядка и неоднородное окружение (поверхность раздела воздух-стекло), приводят к небольшому синему сдвигу частоты возбуждения до 850 нм, отношения FB около 8 дБ и оптимальное расстояние между директорами ~ 130 или ~ 240 нм (дополнительный рисунок 6). Из практических соображений мы выбрали последний интервал для наших экспериментов.

Чтобы изготовить такую ​​антенну Яги-Уда, мы сначала изучили отдельные элементы по отдельности и согласовали их оптические свойства (положение и ширину резонанса) с нашими моделями, слегка изменив геометрию изготовленного изделия.На рис. 2f – j показаны СЭМ-изображения и соответствующие спектры рассеяния конечных элементов, а также полностью собранная антенна. Как и предполагалось, резонансные положения отражателя и директоров происходят на 890 нм и 680 нм, соответственно, в то время как элемент питания и вся антенна Yagi-Uda резонируют около 800 нм. (Обратите внимание, что частота возбуждения будет на красной стороне резонанса, и поскольку элемент питания смещается в красную сторону по-разному в зависимости от детального местоположения частицы (см. № ²⁰ ), ее спектр оценивается путем вычитания пассивных элементов из Яги-Уда на рис.2j.) Все геометрические параметры перечислены в дополнительной таблице 1.

Оптоэлектронные характеристики

Электролюминесценция измерялась путем подачи постоянного напряжения до 1,8 В и сбора излучаемого света через объектив с высокой числовой апертурой. Соответствующие результаты на рис. 2k демонстрируют пик излучения, который сдвигается в синий цвет и увеличивается по амплитуде с увеличением напряжения. Предыдущие эксперименты показали, что высокий LDOS в антенном зазоре ответственен за повышенную скорость неупругого туннелирования — т.е.е. пик излучения — и что синий сдвиг, а также увеличение амплитуды можно объяснить с помощью модели квантово-дробового шума ²⁰ . Чтобы предотвратить разрушение антенны, мы ограничили подаваемое напряжение до 1,8 В, что привело к максимуму излучения около 870 нм, что близко к идеалу для управления антенной Яги-Уда. Кроме того, падение напряжения между приложенным напряжением и максимальной энергией испускаемых фотонов в эВ близко к нулю, что указывает на наличие только одного туннельного барьера. Это соответствует изображениям с высоким разрешением, полученным на сканирующем электронном микроскопе после завершения всех оптических измерений (см.Рис. 1б).

Для того, чтобы экспериментально оценить соотношение FB, мы записали диаграмму излучения электролюминесценции путем визуализации в задней фокальной плоскости для различных антенн и оценили их с помощью обычного «пиксельного» метода, используемого Курто и др. ⁸ и более точный «площадной» метод, предложенный Gurunarayanan et al. ²⁵ . См. Дополнительное примечание 2 для определения определений и обсуждения ошибок.

Сначала в качестве эталона мы исследовали дипольную антенну (рис. 3a) и наблюдали отношение FB, равное 1.5 ± 1,4 дБ и 0,1 ± 0,2 дБ как для пиксельного, так и для площадного метода, соответственно, что близко к теоретическому ожидаемому 0 дБ. На рисунке 3 также показаны результаты для трех экспериментальных антенн Яги-Уда. Первая антенна Яги-Уда — это та, которая описана на рисунке 2, и имеет направленность 6,6 дБ или 5,3 дБ соответственно. Это большее значение, чем максимальное значение в 6 дБ (пиксельный метод), измеренное Курто и др. для антенн Яги-Уда с оптическим приводом, а также максимальное значение 5 дБ (площадной метод), полученное Gurunarayanan et al.с их подходом к витой дипольной антенне. Нам удалось изготовить несколько антенн с аналогичными или лучшими характеристиками, а две оставшиеся антенны на рис. 3 показывают отношения FB до 9,1 / 6,5 дБ. Эти результаты превышают значения ранее опубликованных оптических антенн и, следовательно, подчеркивают потенциал электрических антенн Яги-Уда для света. Различия между отдельными антеннами можно проследить до небольших отклонений в геометрии антенны и размещении частиц. Кроме того, результаты качественно и количественно очень близки к численным результатам расчетов FDTD (см. Дополнительное примечание 5 и таблицу 1), показанным на рис.3j, что указывает на предел этой конструкции около 10 дБ.

Рис. 3: Сравнение дипольной антенны и антенны Яги-Уда.

a — e СЭМ микрофотографии одного диполя, а также трех антенн Яги-Уда и эскиз модели FDTD. f — j Соответствующие схемы излучения. В то время как дипольная антенна имеет сбалансированное излучение, антенны Яги-Уда демонстрируют высокую направленность вправо (прямое направление) и почти полное отсутствие излучения влево (обратное направление).Смежные числа дают результирующие соотношения FB, определенные площадным (пиксельным) методом. Области интеграции указаны в i .

Пределы антенн Яги-Уда в оптическом режиме

Для дальнейшего улучшения отношения FB, просто можно добавить больше директоров в схему, аналогичную режиму RF ³⁴ . Мы изготовили антенны, содержащие до 15 элементов (см. Дополнительное примечание 10), и показываем примерные характеристики излучения на рис. 4c. Несмотря на то, что эти антенны излучали свет при подаче постоянного напряжения, коэффициенты FB были на удивление низкими — всего 3.1 дБ (пиксельный метод) и 1,9 дБ (площадной метод), соответственно, что ниже наименьшего отношения FB, наблюдаемого в трехнаправляющих антеннах. В целом мы обнаружили тенденцию к тому, что с увеличением количества директоров коэффициент FB уменьшается. Причина такого нелогичного поведения заключается в асимметричном диэлектрическом окружении воздух-стекло и последующем преломлении света в подложку с более высоким показателем преломления. Это означает, что каждый дополнительный директор, расположенный на шаг дальше от источника, достигается меньшим полем и, следовательно, может вносить меньший вклад в направленное излучение (дополнительное примечание 11).Кроме того, дополнительная длина пути, необходимая свету для прохождения от источника через более удаленные направляющие к детектору, расположенному под подложкой, приводит к фазовой задержке и, следовательно, к небольшой деструктивной интерференции на детекторе, то есть к меньшему сигналу. С каждым следующим директором эта деструктивная помеха увеличивается, что объясняет низкие значения FB для 15-элементной антенны. Капля иммерсионного масла на верхнюю часть структур могла бы легко обойти эти проблемы, поскольку она обеспечивает симметричное диэлектрическое окружение, но также препятствует прямому измерению диаграммы направленности излучения — главный лепесток выходит за пределы приемного угла даже объективов с высокой числовой апертурой. .Такие эксперименты потребуют усовершенствованных схем обнаружения и поэтому выходят за рамки настоящего исследования.

Рис. 4: Границы оптической антенны Яги-Уда.

a Расчетное прямое усиление обычной антенны Яги-Уда из нержавеющей стали в режиме RF (500 МГц) для различного количества директоров (черные кресты). Его аналоги в оптическом режиме (870 нм) для золотых и серебряных антенн (золотые и серебряные круги), а также гибридная система, состоящая из золотых антенн, встроенных в слой 300 нм Al ₂ O ₃ (красные кружки) .Случай трех директоров выделен (серая зона). b Перспективный эскиз оптической антенны с 13 директорами в предполагаемой однородной среде ( n = 1,52) и наложены рассчитанные характеристики излучения xz . c СЭМ-изображение реально построенной антенны Яги-Уда с 13 директорами и наложенных друг на друга измеренных характеристик излучения xz . Изгиб к низу обусловлен границей раздела воздух – стекло. Масштабные линейки, 200 нм.

Тем не менее, излучение в симметричном окружении можно смоделировать и сравнить с обычными радиочастотными антеннами Яги-Уда, чтобы оценить их характеристики. Поэтому мы смоделировали антенну, встроенную в однородную среду n = 1,52, скорректировали геометрию в соответствии с новой диэлектрической средой и построили результирующую диаграмму излучения xz на рис. 4b. Как и ожидалось, форма паттерна теперь симметрична и имеет гораздо более высокий коэффициент FB — до 13.2 дБ на 870 нм. Это соответствует прямому усилению антенны 11,7 дБи. (Прямое усиление антенны, как определено на рис. 1c и дополнительном примечании 11, является показателем качества в технологии РЧ-антенн; к сожалению, оно контрастирует с отношением FB, которое трудно получить в нанооптических экспериментах.) На рис. 4a, это прямое усиление изображено как функция количества директоров для оптической антенны (длина волны излучения 870 нм), а также для обычного РЧ Яги-Уда (500 МГц, нержавеющая сталь, см. дополнительное примечание 11) с использованием стандартных алгоритмов ^{35, 36} .В обоих случаях прямое усиление начинается с относительно умеренных значений для небольшого числа директоров, сначала сильно увеличивается с увеличением числа директоров, но затем выравнивается и достигает плато около 12,0 дБи и 15,1 дБи, соответственно. Это означает, что характеристика направленности этой оптической антенны Яги-Уда аналогична РЧ антенне.

Поскольку золото известно своими высокими потерями на поглощение в видимом режиме, мы провели моделирование с меньшими потерями, с одной стороны, за счет увеличения длины волны до телекоммуникационного режима (1.55 мкм), где внутризонные поглощения больше не вносят свой вклад, и, с другой стороны, за счет искусственного уменьшения мнимой части диэлектрической функции до 10% от ее номинального значения. Это уже приводит к увеличению максимального усиления до 12,8 дБи и 13,9 дБи соответственно (см. Дополнительный рисунок 18). Заменяя золото серебром с меньшими потерями, можно даже достичь значений RF, как показано на рис. 4a. Это доказывает, что оптические антенны Яги-Уда работают аналогично своим РЧ-аналогам и, следовательно, концепции теории радиочастотных антенн должны быть легко перенесены в оптические конструкции Яги-Уда для дальнейшего улучшения или адаптации их характеристик.

Отметим также, что оптические антенны Яги-Уда даже превосходят антенны ВЧ для небольшого количества директоров. Причина в том, что в случае ВЧ соединительные провода считаются бесконечно малыми и, следовательно, пренебрежимо малыми. В оптическом корпусе разъемы неизбежно имеют конечный размер и поэтому действуют как дополнительные пассивные элементы. Поэтому мы включили их в наши модели и оптимизировали их расположение для повышения направленности (дополнительное примечание 5), что особенно очевидно для небольшого числа директоров.

Наконец, для оптических полей можно формировать поток света, создав ландшафт индекса диэлектрической проницаемости. Для радиоволн эта способность очень ограничена из-за отсутствия подходящих материалов. Здесь мы рассматриваем встраивание антенны Яги-Уда в тонкую пленку с высоким показателем преломления, чтобы ограничить излучаемый свет двумерной волноводной модой. Встраивая антенны в слой Al ₂ O ₃ толщиной 300 нм и снова адаптируя геометрию, мы смогли значительно увеличить прямое усиление до 3.6 дБи. Это означает, что почти для любого числа директоров оптическая антенна Яги-Уда с волноводной связью превосходит по характеристикам ВЧ антенны из нержавеющей стали и чисто оптические серебряные антенны — см. Красные кружки на рис. 4a. Повышение производительности особенно заметно для небольшого числа директоров (например, до 12,1 дБи для трех директоров), а также особенно интересно, поскольку открывает путь к высоконаправленным оптическим антеннам с очень малой площадью основания.

4.3: Компоненты и определения антенны

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Без заголовков

Антенны, используемые для радиочастотной связи, изготовлены из токопроводящих элементов.Эти элементы можно разделить на ведомые и паразитные [50]. Все антенны имеют хотя бы один ведомый элемент. В передающей антенне питание подается на ведомый элемент. Ток, протекающий через антенну, индуцирует электромагнитное поле вокруг антенны. В приемной антенне ведомый элемент подключен к приемной схеме. Некоторые антенны также имеют паразитные элементы. Эти элементы влияют на диаграмму направленности антенны, но они не подключены к источнику питания или приемной схеме [50].Электрическое поле внутри идеального проводника равно нулю, поэтому размещение хорошего проводника рядом с антенной влияет на диаграмму направленности антенны. В антенну могут быть включены паразитные элементы для фокусировки электромагнитного поля в определенном направлении, изменения полосы пропускания антенны или по другим причинам. Антенны часто устанавливаются на металлический стержень для механической поддержки, и этот стержень называется стрелой.

Антенны могут использоваться по отдельности или как часть массива. Массивы также могут быть управляемыми или паразитными.В управляемом массиве все элементы подключены к источнику питания или приемной цепи [50]. В паразитном массиве один или несколько элементов являются паразитными и не связаны [50]. Массивы также классифицируются по направлению излучения по сравнению с осью массива. В боковой решетке излучение в основном перпендикулярно оси решетки, в то время как в торцевой решетке излучение в основном идет вдоль направления оси решетки [50].

Линия передачи — это пара проводников, которые используются для передачи сигнала и имеют очень большую длину по сравнению с длиной волны отправляемого сигнала.Инженеры по связи и инженеры по энергосистемам используют термин «линия передачи», но делают разные предположения. Для инженера связи это длинная пара проводников, по которым посылается сигнал. Для инженера по энергетическим системам это кабель, являющийся частью энергосистемы. В этом тексте будет использоваться определение коммуникации. Проводники линии передачи могут быть парой параллельных проводов, они могут быть волноводом, образованным парой параллельных пластин, они могут быть коаксиальным кабелем или могут иметь другую геометрию.Коаксиальный кабель состоит из провода и цилиндрической трубки, разделенных изолятором, оба с одной и той же осью, поэтому они коаксиальны. Например, коаксиальный кабель, соединяющий передатчик, работающий на частоте \ (f = 88 \ text {MHz} \) на первом этаже здания, и антенну наверху десятого этажа здания представляет собой линию передачи. потому что длина кабеля велика по сравнению с длиной волны \ (\ lambda = 3,4 м \). В качестве другого примера, пара проводов, соединяющих передающую схему, работающую на \ (f = 4 \ text {GHz} \) на одном конце печатной платы, и антенну на другом конце на расстоянии 25 см, также является линией передачи, потому что длина проводов велика по сравнению с длиной волны \ (\ lambda = 7.5 см \).

Некоторые антенны имеют балун. Балун — это сокращение для сбалансированного / неуравновешенного. Используется между сбалансированными нагрузками и несимметричными линиями передачи [15, с. 406] [50]. Типичная линия передачи, состоящая из коаксиального кабеля, состоит из внутреннего и внешнего проводников. Эти проводники имеют разные радиусы, поэтому они имеют разное сопротивление. Линия передачи называется несимметричной из-за разницы в сопротивлении. Предположим, что эта линия передачи подключена к дипольной антенне, состоящей из двух симметричных проводников.Импедансы двух плеч диполя равны, поэтому мы говорим, что это сбалансированная нагрузка. Балун может использоваться в такой ситуации, когда симметричная антенна подключена к несимметричной линии передачи. Правильно подобрав импеданс симметрирующего устройства, отражения на границе между антенной и линией передачи могут быть уменьшены, так что больше энергии поступает на антенну или от нее и меньше остается в линии передачи.