Una antena és un dispositiu que serveix com a interfície entre un circuit elèctric i l'espai, dissenyat per transmetre i rebre ones electromagnètiques en un determinat rang de freqüències d'acord amb la seva pròpia mida i forma. Està fet de metall, principalment coure o alumini, les antenes de transmissió poden convertir el corrent elèctric en radiació electromagnètica i viceversa. Cada dispositiu sense fil conté almenys una antena.
ones de ràdio de xarxa sense fil
Quan sorgeix la necessitat d'una comunicació sense fil, cal una antena. Té la capacitat d'enviar o rebre ones electromagnètiques per comunicar-se on no es pot instal·lar un sistema amb cable.
L'antena és l'element clau d'aquesta tecnologia sense fil. Les ones de ràdio es creen fàcilment i s'utilitzen àmpliament tant per a comunicacions interiors com exteriors a causa de la seva capacitat de travessar edificis i recórrer llargues distàncies.
Característiques clau de les antenes de transmissió:
- Com que la transmissió de ràdio és omnidireccional, la necessitat d'una concordança físicaCal un transmissor i un receptor.
- La freqüència de les ones de ràdio determina moltes característiques de transmissió.
- A les freqüències baixes, les ones poden passar fàcilment a través dels obstacles. Tanmateix, la seva potència disminueix amb el quadrat invers de la distància.
- Les ones de freqüència més alta tenen més probabilitats d'absorbir-se i es reflecteixen en els obstacles. A causa del gran rang de transmissió de les ones de ràdio, la interferència entre transmissions és un problema.
- A les bandes VLF, LF i MF, la propagació de les ones, també anomenades ones terrestres, segueix la curvatura de la Terra.
- Els rangs màxims de transmissió d'aquestes ones són de l'ordre de diversos centenars de quilòmetres.
- Les antenes de transmissió s'utilitzen per a transmissions d'amplada de banda baixa, com ara emissions de modulació d'amplitud (AM).
- Les transmissions de bandes HF i VHF són absorbides per l'atmosfera prop de la superfície de la Terra. Tanmateix, part de la radiació, anomenada skywave, es propaga cap a l'exterior i cap amunt cap a la ionosfera a l'atmosfera superior. La ionosfera conté partícules ionitzades formades per la radiació del Sol. Aquestes partícules ionitzades reflecteixen les ones del cel cap a la Terra.
Propagació d'ones
- Propagació de la línia de visió. Entre tots els mètodes de distribució, aquest és el més comú. L'ona recorre la distància mínima que es pot veure a ull nu. A continuació, heu d'utilitzar el transmissor de l'amplificador per augmentar el senyal i tornar-lo a transmetre. Aquesta propagació no serà suau si hi ha algun obstacle en el seu camí de transmissió. Aquesta transmissió s'utilitza per a transmissions d'infrarojos o de microones.
- Propagació de l'ona terrestre des d'una antena de transmissió. La propagació de l'ona al terra es produeix al llarg del contorn de la Terra. Aquesta ona s'anomena ona directa. L'ona de vegades es doblega a causa del camp magnètic de la Terra i colpeja el receptor. Aquesta ona es pot anomenar ona reflectida.
- Una ona que es propaga per l'atmosfera terrestre es coneix com ona terrestre. L'ona directa i l'ona reflectida juntes donen un senyal a l'estació receptora. Quan l'ona arriba al receptor, el retard s'atura. A més, el senyal es filtra per evitar la distorsió i l'amplificació per obtenir una sortida clara. Les ones es transmeten des d'un sol lloc i on les reben moltes antenes de transceptor.
Sistema de coordenades de mesura de l'antena
Quan mira models plans, l'usuari s'enfrontarà a indicadors de l'azimut del pla i l'alçada del pla del patró. El terme azimut sol aparèixer en relació amb "horitzó" o "horitzontal", mentre que el terme " altitud" sol referir-se a "vertical". A la figura, el pla xy és el pla azimut.
El patró del pla azimutal es mesura quan es fa una mesura movent tot el pla xy al voltant de l'antena del transceptor que s'està provant. Un pla d'elevació és un pla ortogonal al pla xy, com ara el pla yz. El pla d'elevació recorre tot el pla yz al voltant de l'antena que s'està provant.
Les mostres (azimuts i elevacions) sovint es mostren com a gràfics en polarscoordenades. Això dóna a l'usuari la possibilitat de visualitzar fàcilment com s'irradia l'antena en totes direccions, com si ja estigués "apuntada" o muntada. De vegades és útil dibuixar patrons de radiació en coordenades cartesianes, especialment quan hi ha diversos lòbuls laterals als patrons i on els nivells dels lòbuls laterals són importants.
Característiques bàsiques de la comunicació
Les antenes són components essencials de qualsevol circuit elèctric, ja que proporcionen la interconnexió entre un transmissor i l'espai lliure o entre l'espai lliure i un receptor. Abans de parlar dels tipus d'antenes, cal conèixer-ne les propietats.
Antena Array - El desplegament sistemàtic d'antenes que funcionen juntes. Les antenes individuals d'una matriu solen ser del mateix tipus i situades molt a prop, a una distància fixa les unes de les altres. La matriu us permet augmentar la directivitat, el control dels feixos principals de radiació i els feixos laterals.
Totes les antenes són de guany passiu. El guany passiu es mesura en dBi, que està relacionat amb una antena isotròpica teòrica. Es creu que transmet energia per igual en totes direccions, però no existeix a la natura. El guany d'una antena dipol de mitja ona ideal és de 2,15 dBi.
EIRP, o la potència radiada isotròpica equivalent d'una antena de transmissió, és una mesura de la potència màxima que irradiaria una antena isotròpica teòrica en la direccióguany màxim. L'EIRP té en compte les pèrdues de les línies elèctriques i els connectors i inclou el guany real. L'EIRP permet calcular la potència real i les intensitats de camp si es coneixen el guany real del transmissor i la potència de sortida.
Guany d'antena en direccions
Es defineix com la relació entre el guany de potència en una direcció determinada i el guany de potència de l'antena de referència en la mateixa direcció. És una pràctica habitual utilitzar un radiador isòtrop com a antena de referència. En aquest cas, un emissor isòtrop no tindrà pèrdues, irradiarà la seva energia per igual en totes direccions. Això vol dir que el guany d'un radiador isòtrop és G=1 (o 0 dB). És habitual utilitzar la unitat dBi (decibels relatius a un radiador isòtrop) per obtenir un guany respecte a un radiador isòtrop.
El guany, expressat en dBi, es calcula mitjançant la fórmula següent: GdBi=10Registre (GNumèric / GISotròpic)=10Registre (GNumèric).
De vegades s'utilitza un dipol teòric com a referència, de manera que la unitat dBd (decibels relatius al dipol) s'utilitzarà per descriure el guany relatiu al dipol. Aquest bloc s'utilitza normalment quan es tracta d'amplificar antenes omnidireccionals de major guany. En aquest cas, el seu guany és superior en 2,2 dBi. Així, si l'antena té un guany de 3 dBu, el guany total serà de 5,2 dBi.
3 dB d'amplada de feix
Aquesta amplada de feix (o la meitat de l'amplada de feix de potència) de l'antena s'especifica normalment per a cadascun dels plans principals. L'amplada de feix de 3 dB a cada pla es defineix com l'angle entre els punts del lòbul principal que es redueixen del guany màxim en 3 dB. Ample de feix 3 dB - l'angle entre les dues línies blaves a la zona polar. En aquest exemple, l'amplada de feix de 3 dB en aquest pla és d'uns 37 graus. Les antenes d'amplada de feix ample solen tenir un guany baix, mentre que les antenes d'amplada de feix estreta tenen un guany més elevat.
Així, una antena que dirigeix la major part de la seva energia cap a un feix estret, almenys en un pla, tindrà un guany més gran. La relació front-to-back (F/B) s'utilitza com a mesura de mèrit que intenta descriure el nivell de radiació de la part posterior d'una antena direccional. Bàsicament, la relació davant-enrere és la relació entre el guany màxim en la direcció cap endavant i el guany 180 graus darrere del pic. Per descomptat, a una escala DB, la relació davant-enrere és simplement la diferència entre el guany màxim cap endavant i el guany 180 graus darrere del pic.
Classificació de l'antena
Hi ha molts tipus d'antenes per a diverses aplicacions com ara comunicacions, radar, mesura, simulació de polsos electromagnètics (EMP), compatibilitat electromagnètica (EMC), etc. Algunes d'elles estan dissenyades per funcionar en bandes de freqüència estretes, mentre que altresdissenyat per emetre/rebre polsos transitoris. Especificacions de l'antena de transmissió:
- Estructura física de l'antena.
- Bandes de freqüència.
- Mode d'aplicació.
Els següents són els tipus d'antenes segons l'estructura física:
- wire;
- obertura;
- reflex;
- lent d'antena;
- antenes microstrip;
- antenes massives.
Els següents són els tipus d'antenes de transmissió en funció de la freqüència d'operació:
- Freqüència molt baixa (VLF).
- Baixa freqüència (LF).
- Freqüència mitjana (MF).
- Alta freqüència (HF).
- Freqüència molt alta (VHF).
- Ultra alta freqüència (UHF).
- Freqüència súper alta (SHF).
- Ona de microones.
- Ona de ràdio.
Els següents són antenes de transmissió i recepció segons els modes d'aplicació:
- Connexió punt a punt.
- Aplicacions d'emissió.
- Comunicacions de radar.
- Comunicacions per satèl·lit.
Funcions de disseny
Les antenes de transmissió creen radiació de radiofreqüència que es propaga per l'espai. Les antenes receptores realitzen el procés invers: reben radiació de radiofreqüència i la converteixen en els senyals desitjats, com ara el so, la imatge en antenes de transmissió de televisió i un telèfon mòbil.
El tipus d'antena més senzill està format per dues barres metàl·liques i es coneix com a dipol. Un dels tipus més comuns ésuna antena monopolar que consisteix en una vareta col·locada verticalment a un gran tauler metàl·lic que serveix de pla de terra. El muntatge en vehicles sol ser un monopoli i el sostre metàl·lic del vehicle serveix de terra. El disseny de l'antena de transmissió, la seva forma i mida determinen la freqüència de funcionament i altres característiques de la radiació.
Un dels atributs importants d'una antena és la seva directivitat. En la comunicació entre dos objectius fixos, com en la comunicació entre dues estacions de transmissió fixes, o en aplicacions de radar, es requereix una antena per transmetre directament l'energia de transmissió al receptor. Per contra, quan l'emissor o receptor no està estacionari, com en les comunicacions cel·lulars, es requereix un sistema no direccional. En aquests casos, cal una antena omnidireccional que rebi totes les freqüències uniformement en totes les direccions del pla horitzontal, i en el pla vertical la radiació és desigual i molt petita, com una antena de transmissió d'HF.
Transmissió i recepció de fonts
El transmissor és la principal font de radiació de RF. Aquest tipus consisteix en un conductor la intensitat del qual fluctua amb el temps i la converteix en radiació de radiofreqüència que es propaga per l'espai. Antena de recepció: un dispositiu per rebre freqüències de ràdio (RF). Realitza la transmissió inversa realitzada pel transmissor, rep la radiació de RF, la converteix en corrents elèctrics al circuit de l'antena.
Les estacions de televisió i ràdio utilitzen antenes de transmissió per transmetre certs tipus de senyals que viatgen per l'aire. Aquests senyals es detecten mitjançant antenes receptores, que els converteixen en senyals i són rebuts per un dispositiu adequat com ara TV, ràdio, telèfon mòbil.
Les antenes receptores de ràdio i televisió estan dissenyades per rebre només radiació de radiofreqüència i no produeixen radiació de radiofreqüència. Els dispositius de comunicació cel·lular, com ara estacions base, repetidors i telèfons mòbils, tenen antenes de transmissió i recepció dedicades que emeten energia de radiofreqüència i serveixen xarxes cel·lulars d'acord amb les tecnologies de xarxes de comunicació.
Diferència entre antena analògica i digital:
- L'antena analògica té un guany variable i funciona en el rang de 50 km per a DVB-T. Com més lluny estigui l'usuari de la font del senyal, pitjor serà el senyal.
- Per rebre televisió digital: l'usuari rep una bona imatge o una imatge en absolut. Si està lluny de la font del senyal, no rep cap imatge.
- L'antena digital de transmissió té filtres integrats per reduir el soroll i millorar la qualitat de la imatge.
- El senyal analògic s'envia directament al televisor, mentre que primer s'ha de descodificar el senyal digital. Us permet corregir errors i dades com la compressió del senyal per a més funcions com ara canals addicionals, EPG, TV de pagament,jocs interactius, etc.
Transmissors dipols
Les antenes dipols són el tipus omnidireccional més habitual i distribueixen l'energia de radiofreqüència (RF) 360 graus horitzontalment. Aquests dispositius estan dissenyats per ser ressonants a la meitat o un quart de longitud d'ona de la freqüència aplicada. Pot ser tan senzill com dues longituds de cable o es pot encapsular.
Dipole s'utilitza en moltes xarxes corporatives, petites oficines i ús domèstic (SOHO). Té una impedància típica per combinar-la amb el transmissor per a la màxima transferència de potència. Si l'antena i el transmissor no coincideixen, es produiran reflexos a la línia de transmissió, que degradaran el senyal o fins i tot danyaran el transmissor.
Enfocament dirigit
Les antenes direccionals concentren la potència radiada en feixos estrets, proporcionant un guany important en aquest procés. Les seves propietats també són mútues. Les característiques d'una antena de transmissió, com ara la impedància i el guany, també s'apliquen a una antena receptora. És per això que es pot utilitzar la mateixa antena per enviar i rebre un senyal. El guany d'una antena parabòlica altament direccional serveix per amplificar un senyal feble. Aquesta és una de les raons per les quals s'utilitzen sovint per a comunicacions de llarga distància.
Una antena direccional que s'utilitza habitualment és una matriu Yagi-Uda anomenada Yagi. Va ser inventat per Shintaro Uda i el seu col·lega Hidetsugu Yagi el 1926. L'antena yagi utilitza diversos elementsformant una matriu dirigida. Un element impulsat, generalment un dipol, propaga l'energia de RF, els elements immediatament anteriors i darrere de l'element impulsat tornen a irradiar l'energia de RF dins i fora de fase, amplificant i alentint el senyal respectivament.
Aquests elements s'anomenen elements paràsits. L'element darrere de l'esclau s'anomena reflector i els elements davant de l'esclau s'anomenen directors. Les antenes Yagi tenen amplades de feix que oscil·len entre 30 i 80 graus i poden proporcionar més de 10 dBi de guany passiu.
L'antena parabòlica és el tipus d'antena direccional més familiar. Una paràbola és una corba simètrica i un reflector parabòlic és una superfície que descriu una corba durant una rotació de 360 graus: un plat. Les antenes parabòliques s'utilitzen per a enllaços de llarga distància entre edificis o grans àrees geogràfiques.
Radiadors seccionals semidireccionals
L'antena de pegat és un radiador semidireccional que utilitza una tira metàl·lica plana muntada sobre el terra. La radiació de la part posterior de l'antena és efectivament retallada pel pla de terra, augmentant la directivitat cap endavant. Aquest tipus d'antena també es coneix com a antena microstrip. Sol ser rectangular i tancat en una caixa de plàstic. Aquest tipus d'antena es pot fabricar mitjançant mètodes estàndard de PCB.
L'antena de pegat pot tenir una amplada de feix de 30 a 180 graus iEl guany típic és de 9 dB. Les antenes seccionals són un altre tipus d'antenes semidireccionals. Les antenes sectorials proporcionen un patró de radiació sectorial i solen instal·lar-se en una matriu. L'amplada de feix d'una antena sectorial pot oscil·lar entre 60 i 180 graus, sent típics els 120 graus. En una matriu particionada, les antenes estan muntades una a prop de l' altra, proporcionant una cobertura total de 360 graus.
Fer l'antena Yagi-Uda
Durant les últimes dècades, l'antena Yagi-Uda ha estat visible a gairebé totes les cases.
Es pot veure que hi ha molts directors per augmentar la directivitat de l'antena. L'alimentador és un dipol plegat. Un reflector és un element llarg que es troba al final d'una estructura. Les especificacions següents s'han d'aplicar a aquesta antena.
| Element | Especificació |
| Longitud de l'element controlat | 0,458λ a 0,5λ |
| Llargada del reflector | 0, 55λ - 0,58λ |
| Durada del director 1 | 0,45λ |
| Durada del director 2 | 0,40λ |
| Durada del director 3 | 0,35λ |
| Interval entre directors | 0,2λ |
| Reflector per a la distància entre dipols | 0,35λ |
| Distància entre dipols i director | 0,125λ |
A continuació es mostren els avantatges de les antenes Yagi-Uda:
- Guany alt.
- Alt focus.
- Fàcil maneig i manteniment.
- Es malgasta menys energia.
- Cobertura de freqüència més àmplia.
Els següents són els desavantatges de les antenes Yagi-Uda:
- Propens al soroll.
- Propens als efectes atmosfèrics.
Si se segueixen les especificacions anteriors, es pot dissenyar l'antena Yagi-Uda. El patró direccional de l'antena és molt eficient, tal com es mostra a la figura. Els petits lòbuls es suprimeixen i la directivitat del ritme principal s'incrementa afegint directors a l'antena.
