WPROWADZENIE DO
TELEKOMUNIKACJI
Plik nr 2
Część II
Dr inż. Małgorzata Langer
Podstawowe parametry anten
" Pasmo przenoszenia (frequency range) jest to
zakres częstotliwości fali elektromagnetycznej,
do którego została zaprojektowana i wykonana
antena, a konkretnie - z którymi wchodzi
w rezonans elektromagnetyczny. Nie ma sensu
używanie anten przeznaczonych do standardu
802.11a (pasmo 5 GHz, długość fali 6cm)
w systemach pracujących na częstotliwości 2,4
GHz (długość fali 12,5 cm) - ponieważ fala jest
dwa razy krótsza, antena nie wejdzie w pełny
rezonans.
Rezonans anteny
" Przy rezonansie anteny: Xwe = 0
Impedancja anteny w rezonansie ma charakter
rezystancji
" Dobroć anteny: (traktowanej jako szeregowy
obwód rezonansowy dla częstotliwości fr) Iloraz
mocy reaktywnej do wypromieniowanej
(czynnej) razem z mocÄ… strat
" Energia reaktywna  energia
elektromagnetyczna pola bliskiego
Przykład dopasowania
" Połączenie nadajnika
(odbiornika) z antenÄ…
Jeżeli wibrator prętowy lub masztowy jest za krótki, to jego
dopasowanie do żądanego zakresu fal można uzyskać przez
włączenie cewki o indukcyjności L (z kilku lub kilkunastu
zwojów przewodu antenowego).
Takie anteny (L=/4) "wydłużone" elektrycznie, instaluje się
np. na samochodach do utrzymywania łączności w zakresie
CB-radio (ok. f=10÷26MHz, co odpowiada =30÷11m).
Analogicznie, jeśli antena okazałaby się za długa, to można
ją dostroić ("skrócić" elektrycznie) przez dobranie pojemności
C kondensatora  włączonego zamiast cewki.
Kierunkowość anteny liniowej można znacznie zwiększyć
wprowadzajÄ…c kilka dipoli symetrycznych (prostych lub
pętlowych), zasilanych synfazowo (współfazowo) lub
przeciwfazowo.
Zysk energetyczny anteny
" BA

DNIE NAZYWANY wzmocnieniem
Podaje jaka jest wielokrotność
zwiększenia dochodzącego do anteny
sygnału (np. anteny satelitarne
wykorzystują prawo równości kata padania
i odbicia i skupiają całą wiązkę padającą
na powierzchniÄ™ anteny w jednym punkcie
 ognisku, gdzie umieszcza siÄ™ konwerter)
Parabola jest to miejsce geometryczna punktów, których odległość
od prostej zwanej kierownicą jest równa odległości od ogniska (F)
paraboli
2
2
( )
x + a = a - x + y
Gdy satelitarna antena pokryta jest kroplami deszczu
(początek opadów, lub tłusta powierzchnia), przymarzniętym
śniegiem itp.  sygnał jest rozpraszany w różnych
kierunkach i może to spowodować nawet całkowity zanik
sygnału
c.d.
" Zysk anteny (gain) to stosunek
wypromieniowanej przez niÄ… energii do energii,
którą wypromieniowałaby antena wzorcowa - a
więc imwiększy, tym lepiej. Zysk energetyczny
w odniesieniu do anteny izotropowej podawany
jest w dBi, natomiast zysk w odniesieniu do
dipola półfalowego - w dBd. Oba zyski nie są
sobie równe, dlatego do obliczeń przyjmuje się
przelicznik dBi= dBd + 2,15dB. Producenci
często wykorzystują to jako chwyt reklamowy i
podajÄ… zysk w stosunku do anteny izotropowej,
który jest po prostu liczbą większą.
dBi  jednostka miary zysku anteny  o ile decybeli
poziom sygnału jest większy w stosunku do
hipotetycznej anteny izotropowej. Np. antena o
zysku 8 dBi nadaje sygnał 100,8=6,31 razy  silniej
od anteny izotropowej
dBd  w stosunku do anteny dipolowej
Ze wzrostem średnicy anteny parabolicznej wzrasta zysk
energetyczny ale maleje kÄ…t widzenia
Współczynnik fali stojącej
" VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) jest
miarą spełnienia warunku dopasowania.
Należy wybierać anteny z VSWR bliskim
jedności. Charakterystyka kierunkowości
mocy anteny HPBW (Half Power Beam
Width) określa kąt pionowy i poziomy, w
jakim antena potrafi nadawać oraz
odbierać fale.
Kąt promieniowania połowy mocy
(HP)
" KÄ…t, jaki tworzÄ…
kierunki
promieniowania, dla
których moc jest
dwukrotnie mniejsza
od maksymalnej
mocy promieniowania
w kierunku
rozchodzenia siÄ™ fali
(głównym)
c.d.
" Od powiada to spadkowi natężenia pola o
3dB lub Emaks/2-0,5
" Dla dipola idealnego kąt połowy mocy =
900
" BWFN  szerokość wiązki pomiędzy
zerami (między stycznymi w punktach,
gdzie wiązka główna osiąga zero)
" Rozdzielczość anteny  połowa kąta
połowy mocy HP
Rodzaje anten
" Ze względu na sposób wykonania anteny
dzielimy na:
" dipolowe
" kolinerane
" mikropaskowe
" szczelinowe
" reflektorowe
Reflektor; anteny Yagi-Uda
" Tylko niektóre elementy (aktywne) układu
sÄ… zasilane z nadajnika  inne (bierne) sÄ…
pobudzane polem bliskim. Bierny układ
antenowy z dwóch równoległych dipoli jest
nazywany antenÄ… Yagi  Uda. Antena ta
musi mieć przynajmniej 1 element aktywny
 wibrator (dipol półfalowy w rezonansie).
z:  Fale i Anteny - J. Szóstka
Antena Yagi  c.d.
Jest to antena z falą bieżącą. Wibrator wytwarza falę kulistą,
która wzdłuż anteny rozchodzi się z mniejszą prędkością niż
w powietrzu, czyli powierzchnie fazowe ulegają spłaszczeniu
w kierunku direktorów (część powierzchni ekwifazowej
rozchodzÄ…ca siÄ™ w powietrzu, dogania fragment powierzchni
rozchodzący się wzdłuż anteny);
Fala w przybliżeniu staje się płaska  co zwiększa
kierunkowość anteny
Anteny Yagi o maksymalnym zysku sÄ… wÄ…skopasmowe (1
kanał TV); do 1 GHz
Jeżeli direktory wykona się znacznie krótsze od optymalnych
a reflektor znacznie dłuższy  można kosztem zysku
energetycznego zwiększyć szerokopasmowość
Ogólna budowa i wymiary anteny Yagi
Zysk typowej anteny Yagi w funkcji
liczby elementów N
Informacje praktyczne
" Na anteny pracujące na zakresie poniżej
500 MHz duży wpływ mają otaczające je
przedmioty (ziemia, budynki, itp..)
" Dobry przewodnik ma konduktywność
około 107S/m ziemia od 10-1 do 10-3 S/m
" Wpływ zmniejszonej konduktywności jest
bardziej widoczny dla anten pionowych niż
poziomych
Podstawowe typy anten
" anteny dookólne - wypromieniowana fala
rozchodzi się równomiernie we wszystkich
kierunkach na płaszczyz
nie poziomej,
" anteny kierunkowe (sektorowe) -
wypromieniowana fala skupiona jest
w konkretnym kierunku, określanym za pomocą
kÄ…ta poziomego i pionowego
Szczególnym przykładem anten kierunkowych
sÄ… anteny paraboliczne, zapewniajÄ…ce
największy zysk energetyczny
Antena spiralna
Antena z zaznaczonymi parametrami
PÅ‚aska antena spiralna
Wraz ze zmianą częstotliwości
maksimum prądu występuje w
innej części anteny
Anteny spiralne umieszczone na innych powierzchniach niż płaszczyzna
są stosowane w celu uzyskania pojedynczej wiązki głównej. Jedną z
częściej stosowanych jest stożkowa antena spiralna
Antena kolinearna
" Odmiana anteny wielofalowej, o długości
znacznie przekraczajÄ…cej ; zbudowana z
kilku dipoli półfalowych (tzw układ
Franklina).
Typowy zysk energetyczny 9 - 10 dB
Pasmo jest dość wąskie, ze względów na
błędy fazy prądów zasilających przy
zmianie częstotliwości
Antena kolinearna
Antena kolinearna złożona z kilku dipoli
Charakterystyka
promieniowania
w płaszczyz
nie
pionowej
Ciało ludzkie
" Niska impedancja falowa ciała zmniejsza
amplitudÄ™ pola elektrycznego,
jednocześnie zwiększając amplitudę pola
magnetycznego
" W urządzeniach przenośnych najlepsze są
anteny reagujące na składową
magnetycznÄ…
Anteny mikropaskowe - zalety
" Przeznaczone do telefonów komórkowych
" Ze względu na kierunkowość
charakterystyki (płaszczyzna masy)
pozwalajÄ… na redukcjÄ™ promieniowania
w stronę głowy
" A
atwo zintegrować je z układami
elektronicznymi
" Niski poziom niepożądanego
promieniowania (ok. -30dB), wÄ…skie pasmo
pracy
Anteny mikropaskowe - wady
" Możliwość zakłóceń
układów elektronicznych
" Umieszczenie
promiennika i linii
zasilajÄ…cej an tej samej
płaszczyz
nie może
powodować wzajemne
sprzężenia (rozwiązanie:
anteny mikropaskowe
sprzężone
elektromagnetycznie)