Novinky - Teória antén – Základné parametre

Táto kapitola predstavuje základné parametre bezdrôtovej komunikácie s cieľom poskytnúť lepšie pochopenie úlohy antén v komunikačných systémoch. Bezdrôtová komunikácia sa uskutočňuje vo forme elektromagnetických vĺn, preto je nevyhnutné pochopiť charakteristiky ich šírenia.

V tejto kapitole sa budeme venovať nasledujúcim parametrom:

• Frekvencia
• Vlnová dĺžka
• Prispôsobenie impedancie
• PSV a odrazený výkon
• Šírka pásma
• Percentuálna šírka pásma
• Intenzita žiarenia

Teraz sa na ne pozrime podrobnejšie.

Frekvencia：

Podľa štandardnej definície je frekvencia počet opakovaní vlny za jednotku času. Zjednodušene povedané, frekvencia opisuje, ako často sa udalosť vyskytuje. Periodická vlna sa opakuje každých T sekúnd (jednu periódu) a jej frekvencia je prevrátená hodnota časovej periódy T.

Matematicky to vyzerá takto:

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

• F predstavuje frekvenciu periodickej vlny, zatiaľ čo

•T je čas potrebný na dokončenie jedného celého cyklu.

Frekvencia sa meria v hertzoch, skrátene Hz.

Obrázok vyššie znázorňuje sínusový priebeh, ktorý zobrazuje napätie (v mV) ako funkciu času (v ms). Tento priebeh sa opakuje každých 2t milisekúnd; preto je jeho perióda T = 2t ms a jeho frekvencia f = 1/(2t) kHz.

Vlnová dĺžka：

Podľa štandardnej definície sa vzdialenosť medzi dvoma po sebe idúcimi vrcholmi alebo dvoma po sebe idúcimi minimami nazýva vlnová dĺžka.

Jednoducho povedané, vlnová dĺžka je vzdialenosť medzi dvoma susednými kladnými vrcholmi alebo dvoma susednými zápornými vrcholmi. Obrázok nižšie znázorňuje periodický priebeh vlny s vyznačenou vlnovou dĺžkou (λ) a amplitúdou. Čím vyššia je frekvencia, tým kratšia je vlnová dĺžka a naopak.

Vzorec pre výpočet vlnovej dĺžky je:

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

•λ predstavuje vlnovú dĺžku

•C je rýchlosť svetla ($3 \krát 10^8$ metrov za sekundu)

• F je frekvencia

Vlnová dĺžka λ sa vyjadruje v jednotkách dĺžky, ako sú metre, stopy alebo palce. Bežne používanou jednotkou je meter.

Prispôsobenie impedancie:

Podľa štandardnej definície k impedančnému prispôsobeniu dochádza, keď je impedancia vysielača približne rovnaká ako impedancia prijímača.

Medzi anténou a obvodom je potrebné zosúladenie impedancie. Impedancie antény, prenosového vedenia a obvodu by mali byť zosúladené, aby sa dosiahol maximálny prenos výkonu medzi anténou a prijímačom alebo vysielačom.

Nutnosť zhody
Rezonančné zariadenia sú schopné poskytovať optimálny výstup v rámci určitých úzkopásmových frekvencií. Ako rezonančné zariadenie môže anténa dosiahnuť lepší výstupný výkon, keď je jej impedancia správne prispôsobená.

• Keď impedancia antény zodpovedá impedancii voľného priestoru, výkon vyžarovaný anténou bude efektívne prenášaný

• Výstupná impedancia prijímacej antény by mala zodpovedať vstupnej impedancii obvodu prijímacieho zosilňovača.

• Vstupná impedancia vysielacej antény by mala zodpovedať výstupnej impedancii vysielacieho zosilňovača, ako aj charakteristickej impedancii prenosového vedenia.

Impedancia sa meria v ohmoch a označuje sa symbolom Z.

VSWR a odrazený výkon:

Podľa štandardnej definície sa pomer maximálneho napätia k minimálnemu napätiu v stojatej vlne nazýva pomer stojatej vlny napätia (VSWR).

Keď sú impedancie antény, prenosového vedenia a obvodu nezhodné, výkon nie je možné efektívne vyžarovať; namiesto toho sa časť výkonu odráža späť.

Hlavné charakteristiky sú —

• Parameter, ktorý udáva stupeň impedančného nesúladu, sa nazýva pomer stojatých vĺn napätia (VSWR)

• VSWR je skratka pre pomer stojatých vĺn napätia a bežne sa označuje aj ako SWR

• Čím väčší je impedančný nesúlad, tým vyššia je hodnota VSWR

• Na dosiahnutie efektívneho žiarenia je ideálna hodnota VSWR 1:1

• Odrazený výkon sa vzťahuje na časť dopredného výkonu, ktorá sa premárni. Odrazený výkon a PSV v podstate opisujú ten istý fyzikálny jav z rôznych perspektív.

Šírka pásma:

Podľa štandardnej definície sa frekvenčné pásmo v rámci určeného rozsahu vlnových dĺžok pridelené pre konkrétnu komunikáciu nazýva šírka pásma.

Keď sa signál vysiela alebo prijíma, pracuje v určitom frekvenčnom rozsahu. Tento špecifický frekvenčný rozsah je priradený konkrétnemu signálu, aby sa zabránilo rušeniu inými signálmi počas prenosu.

• Šírka pásma sa vzťahuje na frekvenčný rozsah medzi vysokofrekvenčným a nízkofrekvenčným limitom prenosu signálu

• Po pridelení šírky pásma ju nemôžu používať iní

• Celé spektrum je rozdelené do segmentov šírky pásma, pričom každý je priradený k iným vysielačom

Šírka pásma, o ktorej sme práve diskutovali, sa môže označovať aj ako absolútna šírka pásma.

Percentuálna šírka pásma：

Podľa štandardnej definície sa pomer absolútnej šírky pásma k jej strednej frekvencii nazýva percentuálna šírka pásma.

Frekvencia v pásme, pri ktorej sila signálu dosahuje svoje maximum, sa nazýva rezonančná frekvencia, známa aj ako stredná frekvencia pásma, označovaná ako fC.

• Vyššia a nižšia frekvencia pásma sa označujú ako fH a fL

• Absolútna šírka pásma je daná vzťahom fH − fL

• Na vyhodnotenie šírky frekvenčného pásma je potrebné vypočítať jeho zlomkovú šírku pásma alebo percentuálnu šírku pásma

Percentuálna šírka pásma sa vypočítava s cieľom pochopiť rozsah frekvenčných zmien, ktoré komponent alebo systém dokáže spracovať.

•fH označuje vyššiu frekvenciu

•fL označuje nižšiu frekvenciu

•fc označuje strednú frekvenciu

Čím väčšia je percentuálna šírka pásma, tým širšia je šírka pásma kanála.

Intenzita žiarenia:

Intenzita žiarenia je definovaná ako vyžarovaný výkon na jednotku priestorového uhla.

Anténa vyžaruje intenzívnejšie v určitých smeroch, ktoré zodpovedajú jej maximálnej intenzite žiarenia. Maximálny možný dosah žiarenia je charakterizovaný intenzitou žiarenia.

Matematický výraz
Intenzita žiarenia sa získa vynásobením hustoty vyžarovaného výkonu druhou mocninou radiálnej vzdialenosti: