График знаний об антеннах

Антенны — довольно обширная тема, и охватить все ее аспекты в одной статье сложно, но я постараюсь дать общий обзор различных аспектов антенн, в первую очередь, связанных с сотовыми приложениями.

Что такое антенна?

Как характеризуются характеристики антенны?

Модели радиации

Усиление антенны

Общая излучаемая мощность (TRP)

Общая изотропная чувствительность (TIS)

Эффективная изотропно-излучаемая мощность/эквивалентная изотропно-излучаемая мощность (EIRP)

С11

Что такое антенна? Как известно, антенна – это устройство, преобразующее электрическую энергию (электрические сигналы) в электромагнитные волны и передающее их в пространство.

Как характеризуются характеристики антенны?

Существует два основных критерия оценки характеристик антенны:

а) он должен преобразовывать электрическую энергию в электромагнитную энергию, сводя при этом к минимуму потери;

(б) Он должен излучаться в желаемом направлении.

Для характеристики характеристик антенны можно использовать несколько показателей:

Диаграмма направленности;

Суммарная излучаемая мощность;

Общая изотропная чувствительность

Модель радиации

Первым шагом в понимании или оценке характеристик антенны является изучение ее диаграммы направленности. В большинстве случаев электрическая энергия течет по заранее определенным путям — обычно по медным проводам или медным дорожкам на печатных платах — но как только эта энергия преобразуется в электромагнитные волны, она распространяется практически во всех направлениях. В зависимости от того, как мы спроектировали антенну, электромагнитные волны распространяются по воздуху в разных направлениях. Антенна передает сильную энергию в определенных направлениях, минимальную энергию в других и умеренную энергию в третьих; эта схема передачи энергии называется «диаграммой излучения». (Более практические примеры диаграмм направленности см. на http://rcexplorer.se/educational/gain/gain.html.) Ниже приведены лишь несколько примеров возможных диаграмм направленности. На самом деле, вы можете представить себе почти бесконечное разнообразие различных узоров. Целью конструкции антенны является обеспечение того, чтобы во время преобразования электрической энергии в электромагнитную антенна передавала энергию именно так, как предполагалось, без каких-либо потерь энергии.

В действительности сигнал распространяется в трехмерных направлениях, как показано на рисунке (б). Однако изображение закономерностей распространения энергии в трехмерном пространстве не всегда является простым, и количественная оценка этих закономерностей иногда может быть особенно сложной задачей. Поэтому во многих случаях мы разрезаем трехмерный рисунок по определенной двумерной плоскости, как показано на рисунках (c) и (d).

Усиление антенны (G)

Я считаю, что термин «усиление антенны» — это вводящий в заблуждение термин, потому что

(а) Когда мы слышим термин «усиление», мы обычно предполагаем, что «это устройство усиливает сигнал, заставляя его производить больше энергии». Но с антеннами дело обстоит иначе. Большинство антенн представляют собой «пассивные устройства», которые ничего не усиливают.

(б) Когда мы рассматриваем коэффициент усиления, то чем выше коэффициент усиления, тем выше общая энергия, излучаемая устройством. Однако это может быть не так с антеннами. Более высокий коэффициент усиления антенны может означать «больше энергии, передаваемой в определенном направлении», но это не обязательно означает «большую общую энергию, излучаемую устройством». Коэффициент усиления антенны определяется как отношение мощности, излучаемой в заданном направлении, к мощности в опорной точке. Обычно он выражается в дБ, дБи или дБД. Это служит показателем того, «насколько эффективно антенна передает энергию в заданном направлении». Основную концепцию можно объяснить следующим образом:

Учитывая различия в конструкции и материале антенны, одна соответствующая конфигурация не обязательно может обеспечить наилучшие характеристики для всех образцов антенн. Для решения этой проблемы в отрасли введена концепция динамически перестраиваемой согласующей схемы. Основная идея заключается в следующем: предположим, что мы строим согласующую цепь, используя переменные катушки индуктивности и переменные конденсаторы. Эти изменяемые компоненты не должны быть такими, которые можно приобрести в местном магазине электроники и настроить вручную, поворачивая ручку. Вместо этого все они должны управляться электроникой, чтобы схема работала без вмешательства человека. Теперь задача состоит в том, чтобы найти (или разработать) переменные катушки индуктивности и конденсаторы. Эти регулируемые устройства должны работать с минимальным потреблением энергии (напряжения и тока). Переменные конденсаторы найти гораздо проще, чем переменные дроссели.