Nyheter - Antenneteori – Grunnleggende parametere

Dette kapittelet introduserer de grunnleggende parametrene for trådløs kommunikasjon, med sikte på å gi en bedre forståelse av antennenes rolle i kommunikasjonssystemer. Trådløs kommunikasjon utføres i form av elektromagnetiske bølger, noe som gjør det viktig å forstå bølgenes forplantningsegenskaper.

I dette kapittelet skal vi diskutere følgende parametere:

•Hyppighet
•Bølgelengde
• Impedanstilpasning
•VSWR og reflektert effekt
•Båndbredde
•Prosentvis båndbredde
• Strålingsintensitet

La oss nå ta en nærmere titt på dem.

Hyppighet:

I følge standarddefinisjonen er frekvens antall repetisjoner av en bølge per tidsenhet. Enkelt sagt beskriver frekvens hvor ofte en hendelse inntreffer. En periodisk bølge gjentas hvert T sekund (én periode), og frekvensen er den motsatte av tidsperioden T.

Matematisk sett ser det ut som følger:

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

•F representerer frekvensen til en periodisk bølge, mens

•T er tiden som kreves for å fullføre én full syklus.

Frekvens måles i hertz, forkortet til Hz.

Figuren ovenfor illustrerer en sinusbølge, som plotter spenning (i mV) som en funksjon av tid (i ms). Denne bølgeformen gjentas hvert 2t millisekund; derfor er perioden T = 2t ms, og frekvensen f = 1/(2t) kHz.

Bølgelengde:

I følge standarddefinisjonen kalles avstanden mellom to påfølgende topper eller to påfølgende daler bølgelengden.

Enkelt sagt er bølgelengden avstanden mellom to tilstøtende positive topper eller to tilstøtende negative topper. Figuren nedenfor viser en periodisk bølgeform, med bølgelengden (λ) og amplituden markert. Jo høyere frekvens, desto kortere bølgelengde, og omvendt.

Formelen for bølgelengde er:

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

•λ representerer bølgelengden

•C er lysets hastighet ($3 × 10^8$ meter per sekund)

•F er frekvensen

Bølgelengden λ uttrykkes i lengdeenheter, som meter, fot eller tommer. Den vanligste enheten er meter.

Impedansmatching:

I følge standarddefinisjonen skjer impedanstilpasning når senderens impedans er omtrent lik mottakerens impedans.

Impedanstilpasning er nødvendig mellom antennen og kretsen. Impedansene til antennen, transmisjonslinjen og kretsen bør tilpasses for å oppnå maksimal effektoverføring mellom antennen og mottakeren eller senderen.

Nødvendigheten av matching
Resonante enheter er i stand til å levere optimal utgang innenfor visse smalbåndsfrekvenser. Som en resonant enhet kan en antenne oppnå bedre utgangsytelse når impedansen er riktig tilpasset.

• Når antenneimpedansen samsvarer med impedansen i det frie rommet, vil effekten som utstråles av antennen overføres effektivt

• For en mottakerantenne bør utgangsimpedansen samsvare med inngangsimpedansen til mottakerforsterkerkretsen.

• For en sendeantenne bør inngangsimpedansen samsvare med utgangsimpedansen til sendeforsterkeren samt den karakteristiske impedansen til transmisjonslinjen.

Impedans måles i ohm, betegnet med symbolet Z.

VSWR og reflektert effekt:

I følge standarddefinisjonen kalles forholdet mellom maksimumsspenningen og minimumsspenningen i en stående bølge spenningsforholdet for stående bølge (VSWR).

Når impedansene til antennen, transmisjonslinjen og kretsen ikke stemmer overens, kan ikke strømmen utstråles effektivt; i stedet reflekteres en del av strømmen tilbake.

De viktigste egenskapene er –

• Parameteren som indikerer graden av impedansavvik kalles spenningsstående bølgeforhold (VSWR)

•VSWR står for Voltage Standing Wave Ratio og blir også ofte referert til som SWR

• Jo større impedansavviket er, desto høyere er VSWR-verdien

• For å oppnå effektiv stråling er den ideelle VSWR-verdien 1:1

• Reflektert effekt refererer til den delen av fremoverrettet effekt som går til spille. Reflektert effekt og VSWR beskriver i hovedsak det samme fysiske fenomenet fra forskjellige perspektiver.

Båndbredde:

I følge standarddefinisjonen kalles frekvensbåndet innenfor et spesifisert bølgelengdeområde som er tildelt en bestemt kommunikasjon, båndbredde.

Når et signal sendes eller mottas, opererer det innenfor et visst frekvensområde. Dette spesifikke frekvensområdet tilordnes et bestemt signal for å forhindre interferens fra andre signaler under overføring.

• Båndbredde refererer til frekvensområdet mellom høyfrekvens- og lavfrekvensgrensene for en signaloverføring

• Når båndbredden er tildelt, kan den ikke brukes av andre

• Hele spekteret er delt inn i båndbreddesegmenter, som hver er tilordnet forskjellige sendere

Båndbredden vi nettopp har diskutert kan også refereres til som absolutt båndbredde.

Prosentvis båndbredde:

I følge standarddefinisjonen kalles forholdet mellom den absolutte båndbredden og dens senterfrekvens den prosentvise båndbredden.

Frekvensen innenfor et bånd der signalstyrken når sitt maksimum kalles resonansfrekvensen, også kjent som senterfrekvensen til båndet, betegnet som fC.

• De høyere og lavere frekvensene i båndet er betegnet som henholdsvis fH og fL

•Den absolutte båndbredden er gitt ved fH − fL

• For å evaluere bredden på et frekvensbånd, er det nødvendig å beregne dens brøkdelsbåndbredde eller prosentvise båndbredde

Prosentbåndbredden beregnes for å forstå omfanget av frekvensvariasjoner som en komponent eller et system kan håndtere.

•fH betegner den høyere frekvensen

•fL betegner den lavere frekvensen

•fc betegner senterfrekvensen

Jo større prosentvis båndbredde, desto bredere er kanalbåndbredden.

Strålingsintensitet:

Strålingsintensitet er definert som effekten som utstråles per enhet romvinkel.

En antenne stråler mer intenst i bestemte retninger, som tilsvarer dens maksimale strålingsintensitet. Strålingsintensiteten karakteriserer det maksimalt mulige strålingsområdet.

Matematisk uttrykk
Strålingsintensiteten oppnås ved å multiplisere den utstrålte effekttettheten med kvadratet av den radielle avstanden: