Știri - Teoria antenei – Parametri de bază

Acest capitol introduce parametrii fundamentali ai comunicațiilor fără fir, având ca scop o mai bună înțelegere a rolului antenelor în sistemele de comunicații. Comunicațiile fără fir se realizează sub formă de unde electromagnetice, fiind esențială înțelegerea caracteristicilor de propagare a undelor.

În acest capitol, vom discuta următorii parametri:

•Frecvenţă
•Lungime de undă
•Potrivire de impedanță
• VSWR și putere reflectată
•Lățime de bandă
•Procentaj de lățime de bandă
• Intensitatea radiațiilor

Acum, să le analizăm în detaliu.

Frecvenţă:

Conform definiției standard, frecvența este numărul de repetiții ale unei unde pe unitatea de timp. În termeni simpli, frecvența descrie cât de des apare un eveniment. O undă periodică se repetă la fiecare T secunde (o perioadă), iar frecvența sa este reciproca perioadei de timp T.

Matematic, apare astfel:

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

•F reprezintă frecvența unei unde periodice, în timp ce

• T este timpul necesar pentru a parcurge un ciclu complet.

Frecvența se măsoară în herți, abreviat ca Hz.

Figura de mai sus ilustrează o undă sinusoidală, reprezentând grafic tensiunea (în mV) în funcție de timp (în ms). Această formă de undă se repetă la fiecare 2t milisecunde; prin urmare, perioada sa T = 2t ms, iar frecvența sa f = 1/(2t) kHz.

Lungime de undă:

Conform definiției standard, distanța dintre două vârfuri consecutive sau două văi consecutive se numește lungime de undă.

Simplu spus, lungimea de undă este distanța dintre două vârfuri pozitive adiacente sau două vârfuri negative adiacente. Figura de mai jos prezintă o formă de undă periodică, cu lungimea de undă (λ) și amplitudinea marcate. Cu cât frecvența este mai mare, cu atât lungimea de undă este mai scurtă și invers.

Formula pentru lungimea de undă este:

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

•λ reprezintă lungimea de undă

• C este viteza luminii (3 × 10^8 metri pe secundă)

•F este frecvența

Lungimea de undă λ este exprimată în unități de lungime, cum ar fi metri, picioare sau inci. Unitatea utilizată în mod obișnuit este metrul.

Potrivirea impedanței:

Conform definiției standard, adaptarea impedanței are loc atunci când impedanța emițătorului este aproximativ egală cu impedanța receptorului.

Adaptarea impedanței este necesară între antenă și circuit. Impedanțele antenei, liniei de transmisie și circuitului trebuie adaptate pentru a obține un transfer maxim de putere între antenă și receptor sau emițător.

Necesitatea potrivirii
Dispozitivele rezonante sunt capabile să ofere o putere de ieșire optimă în anumite frecvențe cu bandă îngustă. Ca dispozitiv rezonant, o antenă poate obține performanțe de ieșire mai bune atunci când impedanța sa este adaptată corespunzător.

• Când impedanța antenei se potrivește cu impedanța spațiului liber, puterea radiată de antenă va fi transmisă eficient

• Pentru o antenă de recepție, impedanța sa de ieșire trebuie să corespundă cu impedanța de intrare a circuitului amplificatorului de recepție

• Pentru o antenă de transmisie, impedanța sa de intrare ar trebui să corespundă cu impedanța de ieșire a amplificatorului de transmisie, precum și cu impedanța caracteristică a liniei de transmisie

Impedanța se măsoară în ohmi, fiind reprezentată prin simbolul Z.

SWR și putere reflectată:

Conform definiției standard, raportul dintre tensiunea maximă și tensiunea minimă într-o undă staționară se numește raportul tensiunii-undei staționare (VSWR).

Când impedanțele antenei, liniei de transmisie și circuitului sunt nepotrivite, puterea nu poate fi radiată eficient; în schimb, o parte din putere este reflectată înapoi.

Principalele caracteristici sunt —

• Parametrul care indică gradul de nepotrivire a impedanței se numește Raportul Undei Staționare de Tensiune (VSWR)

• VSWR înseamnă Raportul Undei Staționare de Tensiune și este denumit în mod obișnuit și SWR

• Cu cât este mai mare nepotrivirea impedanței, cu atât este mai mare valoarea VSWR

• Pentru a obține o radiație eficientă, valoarea VSWR ideală este de 1:1

• Puterea reflectată se referă la porțiunea de putere directă care este irosită. Puterea reflectată și VSWR descriu în esență același fenomen fizic din perspective diferite.

Lățime de bandă:

Conform definiției standard, banda de frecvență dintr-un interval de lungimi de undă specificat, alocată pentru o anumită comunicație, se numește lățime de bandă.

Când un semnal este transmis sau recepționat, acesta funcționează într-un anumit interval de frecvență. Acest interval de frecvență specific este atribuit unui anumit semnal pentru a preveni interferențele cu alte semnale în timpul transmisiei.

• Lățimea de bandă se referă la intervalul de frecvență dintre limitele de înaltă frecvență și joasă frecvență ale unei transmisii de semnal

• Odată ce lățimea de bandă este alocată, aceasta nu poate fi utilizată de alte persoane

Întregul spectru este împărțit în segmente de lățime de bandă, fiecare atribuit unor emițătoare diferite

Lățimea de bandă despre care tocmai am discutat poate fi denumită și lățime de bandă absolută.

Lățime de bandă procentuală:

Conform definiției standard, raportul dintre lățimea de bandă absolută și frecvența sa centrală se numește lățime de bandă procentuală.

Frecvența dintr-o bandă la care intensitatea semnalului atinge maximul se numește frecvență de rezonanță, cunoscută și sub numele de frecvența centrală a benzii, notată cu fC.

• Frecvențele superioare și inferioare ale benzii sunt notate cu fH și respectiv fL

•Lățimea de bandă absolută este dată de fH − fL

• Pentru a evalua lățimea unei benzi de frecvență, este necesar să se calculeze lățimea de bandă fracțională sau lățimea de bandă procentuală

Procentul de lățime de bandă este calculat pentru a înțelege intervalul de variații de frecvență pe care o componentă sau un sistem le poate gestiona.

•fH denotă frecvența mai mare

•fL reprezintă frecvența mai joasă

•fc reprezintă frecvența centrală

Cu cât procentul de lățime de bandă este mai mare, cu atât lățimea de bandă a canalului este mai mare.

Intensitatea radiațiilor:

Intensitatea radiației este definită ca puterea radiată pe unitatea de unghi solid.

O antenă radiază mai intens în anumite direcții, care corespund intensității sale maxime de radiație. Raza maximă posibilă de radiație este caracterizată de intensitatea radiației.

Expresie matematică
Intensitatea radiației se obține prin înmulțirea densității de putere radiată cu pătratul distanței radiale: