Новини - Теорія антен – Основні параметри

У цьому розділі представлено основні параметри бездротового зв'язку з метою кращого розуміння ролі антен у системах зв'язку. Бездротовий зв'язок здійснюється у формі електромагнітних хвиль, що робить важливим розуміння характеристик поширення хвиль.

У цьому розділі ми обговоримо такі параметри:

• Частота
• Довжина хвилі
• Узгодження імпедансу
•КСХН та відбита потужність
• Пропускна здатність
• Відсоток пропускної здатності
• Інтенсивність випромінювання

А тепер давайте детально їх розглянемо.

Частота:

Згідно зі стандартним визначенням, частота – це кількість повторень хвилі за одиницю часу. Простими словами, частота описує, як часто відбувається подія. Періодична хвиля повторюється кожні T секунд (один період), а її частота є оберненою величиною періоду часу T.

Математично це виглядає так:

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

• F представляє частоту періодичної хвилі, тоді як

•T – час, необхідний для завершення одного повного циклу.

Частота вимірюється в герцах, скорочено Гц.

На рисунку вище зображено синусоїду, на якій зображено залежність напруги (в мВ) від часу (в мс). Ця форма хвилі повторюється кожні 2t мілісекунд; отже, її період T = 2t мс, а частота f = 1/(2t) кГц.

Довжина хвилі:

Згідно зі стандартним визначенням, відстань між двома послідовними піками або двома послідовними западинами називається довжиною хвилі.

Простіше кажучи, довжина хвилі – це відстань між двома сусідніми позитивними піками або двома сусідніми негативними піками. На рисунку нижче показано періодичну форму хвилі з позначеними довжиною хвилі (λ) та амплітудою. Чим вища частота, тим коротша довжина хвилі, і навпаки.

Формула для довжини хвилі:

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

•λ представляє довжину хвилі

•C – швидкість світла ($3 \times 10^8$ метрів за секунду)

•F – частота

Довжина хвилі λ виражається в одиницях довжини, таких як метри, фути або дюйми. Найчастіше використовується метр.

Узгодження імпедансу:

Згідно зі стандартним визначенням, узгодження імпедансу відбувається, коли імпеданс передавача приблизно дорівнює імпедансу приймача.

Між антеною та схемою необхідне узгодження імпедансу. Імпеданси антени, лінії передачі та схеми повинні бути узгоджені для досягнення максимальної передачі потужності між антеною та приймачем або передавачем.

Необхідність узгодження
Резонансні пристрої здатні видавати оптимальний вихідний сигнал у певних вузькосмугових частотах. Як резонансний пристрій, антена може досягти кращих вихідних характеристик, коли її імпеданс належним чином узгоджений.

• Коли імпеданс антени відповідає імпедансу вільного простору, потужність, що випромінюється антеною, буде ефективно передаватися

• Вихідний імпеданс приймальної антени повинен відповідати вхідному імпедансу схеми підсилювача приймача

• Для передавальної антени її вхідний імпеданс повинен відповідати вихідному імпедансу передавального підсилювача, а також характеристичному імпедансу лінії передачі

Імпеданс вимірюється в омах, позначається символом Z.

КСХН та відбита потужність:

Згідно зі стандартним визначенням, відношення максимальної напруги до мінімальної напруги в стоячій хвилі називається коефіцієнтом стоячої хвилі за напругою (КСХН).

Коли імпеданси антени, лінії передачі та кола невідповідні, потужність не може ефективно випромінюватися; натомість частина потужності відбивається назад.

Основні характеристики —

• Параметр, який вказує на ступінь невідповідності імпедансу, називається коефіцієнтом стоячої хвилі за напругою (КСХН)

•КСХН розшифровується як коефіцієнт стоячої хвилі за напругою, який також зазвичай називають КСХН

• Чим більша невідповідність імпедансу, тим вище значення КСХН

• Для досягнення ефективного випромінювання ідеальне значення КСХН становить 1:1

• Відбита потужність стосується частини прямої потужності, яка втрачається. Відбита потужність та КСХН по суті описують одне й те саме фізичне явище з різних точок зору.

Пропускна здатність:

Згідно зі стандартним визначенням, смуга частот у межах певного діапазону довжин хвиль, виділена для конкретного зв'язку, називається пропускною здатністю.

Коли сигнал передається або приймається, він працює в певному діапазоні частот. Цей конкретний діапазон частот призначається конкретному сигналу, щоб запобігти перешкодам від інших сигналів під час передачі.

• Смуга пропускання стосується діапазону частот між високочастотною та низькочастотною межами передачі сигналу

• Після виділення пропускної здатності інші не можуть використовувати її

• Весь спектр поділено на сегменти смуги пропускання, кожен з яких призначений різним передавачам

Пропускну здатність, яку ми щойно обговорювали, також можна називати абсолютною пропускною здатністю.

Відсоток пропускної здатності:

Згідно зі стандартним визначенням, відношення абсолютної ширини смуги пропускання до її центральної частоти називається відсотковою шириною смуги пропускання.

Частота в межах смуги, на якій сила сигналу досягає свого максимуму, називається резонансною частотою, також відомою як центральна частота смуги, що позначається як fC.

• Вищі та нижчі частоти смуги позначаються відповідно як fH та fL

• Абсолютна ширина смуги пропускання визначається як fH − fL

• Щоб оцінити ширину смуги частот, необхідно обчислити її часткову смугу пропускання або відсоткову смугу пропускання

Відсоток пропускної здатності розраховується для розуміння діапазону коливань частоти, які може обробляти компонент або система.

•fH позначає вищу частоту

•fL позначає нижчу частоту

•fc позначає центральну частоту

Чим більший відсоток пропускної здатності, тим ширша пропускна здатність каналу.

Інтенсивність випромінювання:

Інтенсивність випромінювання визначається як потужність, що випромінюється на одиницю тілесного кута.

Антена випромінює інтенсивніше в певних напрямках, які відповідають її максимальній інтенсивності випромінювання. Максимально можлива дальність випромінювання характеризується інтенсивністю випромінювання.

Математичний вираз
Інтенсивність випромінювання отримується множенням густини випромінюваної потужності на квадрат радіальної відстані: