Biểu đồ kiến thức ăng-ten

Ăng-ten là một chủ đề khá rộng và khó có thể đề cập đến mọi khía cạnh của chúng trong một bài viết, nhưng tôi sẽ cố gắng cung cấp một cái nhìn tổng quan chung về các khía cạnh khác nhau của ăng-ten, chủ yếu vì chúng liên quan đến các ứng dụng di động.

Anten là gì?

Hiệu suất của ăng-ten được đặc trưng như thế nào?

Mô hình bức xạ

Độ lợi anten

Tổng công suất bức xạ (TRP)

Tổng độ nhạy đẳng hướng (TIS)

Công suất bức xạ đẳng hướng hiệu dụng/Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP)

S11

Anten là gì? Như đã biết, ăng-ten là thiết bị chuyển đổi năng lượng điện (tín hiệu điện) thành sóng điện từ và truyền chúng vào không gian.

Hiệu suất của ăng-ten được đặc trưng như thế nào?

Có hai tiêu chí chính để đánh giá hiệu suất của anten như sau:

(a) Nó phải chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng điện từ đồng thời giảm thiểu tổn thất đến mức tối đa;

(b) Nó sẽ tỏa ra theo hướng mong muốn.

Một số số liệu có thể được sử dụng để mô tả hiệu suất của ăng-ten như sau:

mô hình bức xạ;

Tổng công suất bức xạ;

Tổng độ nhạy đẳng hướng

Mô hình bức xạ

Bước đầu tiên để hiểu hoặc đánh giá hiệu suất của ăng-ten là kiểm tra mẫu bức xạ của ăng-ten. Trong hầu hết các trường hợp, năng lượng điện chạy dọc theo những đường dẫn định trước—thường là dây đồng hoặc vết đồng trên bảng mạch in—nhưng một khi năng lượng đó được chuyển thành sóng điện từ, nó sẽ lan truyền hầu như theo mọi hướng. Tùy thuộc vào cách chúng ta thiết kế ăng-ten, sóng điện từ truyền theo các hướng khác nhau trong không khí. Ăng-ten truyền năng lượng mạnh theo những hướng nhất định, năng lượng tối thiểu ở những hướng khác và năng lượng vừa phải ở những hướng khác; kiểu truyền năng lượng này được gọi là “kiểu bức xạ”. (Để biết thêm ví dụ thực tế về các kiểu bức xạ, hãy xem http://rcexplorer.se/educational/gain/gain.html.) Sau đây chỉ là một vài ví dụ về các kiểu bức xạ có thể có. Trên thực tế, bạn có thể hình dung ra gần như vô số kiểu mẫu khác nhau. Mục tiêu của thiết kế ăng-ten là đảm bảo rằng, trong quá trình chuyển đổi từ năng lượng điện sang năng lượng điện từ, ăng-ten truyền năng lượng chính xác như dự định mà không bị thất thoát năng lượng.

Trong thực tế, tín hiệu truyền theo hướng ba chiều, như minh họa trong Hình (b). Tuy nhiên, việc mô tả các mô hình truyền năng lượng trong không gian ba chiều không phải lúc nào cũng đơn giản và việc ước tính định lượng các mô hình này đôi khi có thể đặc biệt khó khăn. Do đó, trong nhiều trường hợp, chúng tôi cắt mẫu 3D dọc theo một mặt phẳng hai chiều cụ thể, như trong Hình (c) và (d).

Độ lợi anten (G)

Tôi tin rằng “tăng ăng-ten” là một thuật ngữ gây hiểu nhầm bởi vì

(a) Khi nghe đến thuật ngữ “tăng”, chúng ta thường cho rằng “thiết bị này khuếch đại tín hiệu, khiến nó tạo ra nhiều năng lượng hơn”. Nhưng đây không phải là trường hợp với ăng-ten. Hầu hết các ăng-ten là “thiết bị thụ động” không khuếch đại bất cứ thứ gì.

(b) Khi chúng ta xem xét mức tăng, mức tăng càng cao thì tổng năng lượng do thiết bị phát ra càng cao. Tuy nhiên, điều này có thể không xảy ra với anten. Mức tăng ăng-ten cao hơn có thể có nghĩa là “nhiều năng lượng được truyền theo một hướng cụ thể hơn”, nhưng không nhất thiết có nghĩa là “tổng năng lượng phát ra từ thiết bị nhiều hơn”. Độ lợi anten được định nghĩa là tỷ số giữa công suất bức xạ theo một hướng nhất định và công suất tại một điểm tham chiếu. Nó thường được biểu thị bằng dB, dBi hoặc dBD. Điều này đóng vai trò như một chỉ báo về “mức độ hiệu quả của ăng-ten truyền năng lượng theo một hướng xác định”. Khái niệm cơ bản có thể được giải thích như sau:

Với sự thay đổi về cấu trúc và vật liệu ăng-ten, một cấu hình phù hợp duy nhất có thể không nhất thiết mang lại hiệu suất tốt nhất trên tất cả các mẫu ăng-ten. Để giải quyết vấn đề này, ngành công nghiệp đã đưa ra khái niệm về mạch kết hợp có thể điều chỉnh linh hoạt. Ý tưởng cơ bản như sau: Giả sử chúng ta xây dựng một mạch phù hợp sử dụng cuộn cảm biến thiên và tụ điện biến thiên. Các thành phần có thể thay đổi này không phải là loại bạn có thể mua từ cửa hàng cung cấp đồ điện tử ở địa phương và cài đặt thủ công bằng cách xoay núm. Thay vào đó, tất cả chúng phải được điều khiển điện tử để mạch hoạt động mà không cần sự can thiệp của con người. Thách thức bây giờ là tìm ra (hoặc phát triển) các cuộn cảm và tụ điện có thể thay đổi được. Các thiết bị biến đổi này sẽ hoạt động với mức tiêu thụ năng lượng (điện áp và dòng điện) tối thiểu. Tụ điện biến thiên dễ tìm hơn nhiều so với tụ điện biến thiên.