A vezeték nélküli eszközök antennával való felszerelése több döntést is magában foglal. Ebben a cikkben, amely egy kétrészes sorozat 1. része, a megfelelő antenna kiválasztásakor legfontosabb jellemzőket emeljük ki. Elmélyedünk az antennákkal kapcsolatos terminológiában és műszaki adatokban, amelyekkel az adatlapok áttekintésekor találkozhat. A témakörök között szerepel a készülék frekvenciatartománya, az antennaerősítés és a sugárzási mintázat. Az olyan mechanikai tényezők, mint a behatolásvédelem, a belső vagy külső elhelyezés vagy a szerelési mód szintén fontosak.
A megbízható és rugalmas vezeték nélküli kapcsolat létrehozásához a jó antenna elengedhetetlen
Kétségtelen, hogy mindannyian jártunk már úgy, hogy a környéken sétálva vagy a mobiltelefonunkat magasra tartva igyekeztünk javítani a vételt, amikor gyenge jelerősségű területen tartózkodtunk. Bármely vezeték nélküli kapcsolat teljesítménye javul, ha nincsenek akadályok az adó- és vevőegység közötti úton. A fák, falak, az időjárás és a terepviszonyok elnyelik a rádiófrekvenciás jeleket, csökkentve ezzel azt a távolságot, amelyen keresztül az eszközök megfelelő kapcsolatot tudnak létrehozni, legyen szó adat- vagy hangkapcsolatról. A vezeték nélküli eszköznek a megfelelő típusú antennával való felszerelése enyhíti a jelerősséget csökkentő tényezők hatását. Az optimális antenna biztosítja, hogy az adóegység a végfokozatából a maximálisan generált rádiófrekvenciás teljesítményt sugározza ki a levegőbe; hasonlóképpen a vevőegység érzékelési szakaszában az antennához érkező jelből a lehető legtöbbet lehessen feldolgozni. Amint azt a 2. részben felfedezzük, a csatlakozókábel, amelyet technikailag adatátviteli vezetéknek nevezünk, és a hozzá tartozó csatlakozók szintén hatással vannak az antenna teljesítményére.
Az antenna paraméterei
Leegyszerűsítve, egy huzal már antennának számít, és van egy kapcsolat a huzal optimális hossza között egy adott frekvencián való használathoz. A hullámhossz kifejezés a vezeték nélküli jel szomszédos csúcsai közötti távolságot jelöli. A hullámhossz az antenna fizikai hosszának és jellemzőinek meghatározására szolgál, és jelzi a rezonanciapontot. Például egy 2,4 GHz frekvencián működő Wi-Fi jel hullámhossza a hullámhossz (m) = fénysebesség/frekvencia (Hz) képlet alapján 12,5 cm. A fénysebesség állandó, 299 792 458 m/s, amit gyakran a 3×108 értékre kerekítünk. Az antenna hosszát a működési hullámhosszához viszonyítva írják le, például negyedhullámú, félhullámú vagy teljes hullámú.
A ma használt legnépszerűbb adat- és hangalapú vezeték nélküli kommunikációs módszerek, mint például a Wi-Fi, a Bluetooth, a mobilkommunikáció (4G – 5G) vagy az ISM-alkalmazások (ipari, tudományos és orvosi) 400 MHz és 3,4 GHz közötti frekvenciákat használnak. Ezeken a frekvenciákon az antenna fizikai hossza egyre rövidebbé válik, ami különböző építési módszereket tesz lehetővé, beleértve a NYÁK-on történő gyártást is.
Sok antennát, különösen az autóipari, közlekedési és telemetriai alkalmazásokhoz használt típusokat, több antennával csomagolnak, hogy megfeleljenek a Wi-Fi, GPS/GNSS, jármű-jármű/jármű-infrastruktúra/jármű-minden (V2V/V2I/V2X) és LTE mobilkommunikáció igényeinek. Ilyen például a Taoglas Optimus MA220. Lásd az 1. ábrát. Ez a kültérre szerelhető antenna IP67-es vízálló minősítéssel rendelkezik.
Antennaerősítés: Egyes antennák kialakítása és felépítése a hagyományos antennamodellekhez képest hatékonyabbá teszi a sugárzást és a vételt. Az adatlapon ezt a tényezőt erősítésként fejezik ki, és dBi mértékegységben mérik (dB izotróp). A 2. ábra például a Taoglas MA220 teljesítményét szemlélteti az LTE mobilkommunikáció esetén.
Sugárzási minta: Egyes antennák irányított képességekkel rendelkeznek, ami azt jelenti, hogy bizonyos irányokban vagy meghatározott síkokban hatékonyabban sugároznak és fogadnak. Az izotróp sugárzási mintázatú antenna azt jelenti, hogy minden irányba ugyanannyi energiát bocsát ki. A körsugárzó antenna ugyanazt az energiamennyiséget sugározza egy adott síkban, vízszintesen vagy függőlegesen.
Az antenna impedanciája: Az antenna impedanciája a frekvenciával változik. Rendkívül fontos, hogy az antenna illeszkedjen az adó kimeneti impedanciájához, és hasonlóképpen a vevő front-endjéhez. A cikk 2. részében azt is megtudjuk, hogy a csatlakozókábel és a csatlakozók impedanciája szintén kritikus fontosságú a jó illesztés eléréséhez. Az 50 Ohm impedancia a népszerű szabvány.
Az antenna sávszélessége: Azt a frekvenciatartományt, amelyen az antenna hatékonyan működik, sávszélességnek nevezzük. A sávszélességet általában a középfrekvencia alapján adják meg. A NYÁK-antennára példa a Molex Wi-Fi PCB antenna.
Sávszélessége 100 MHz 2,45 GHz-es középfrekvencián, impedanciája 50 Ohm, és 3,2 dBi erősítéssel rendelkezik.
VSWR és illesztési veszteség: Az illesztési veszteség azt méri, hogy az antenna mennyire illeszkedik az adóegységhez és annak átviteli vonalához (a koaxiális kábelhez). Az illesztési veszteség azt méri, hogy mennyi energia verődik vissza az adóegységre ahelyett, hogy kisugárzásra kerülne. Ennek mértékegysége: dB. Minél nagyobb ez az érték (negatív szám), annál jobb az antenna teljesítménye. A feszültség-állóhullám arány (VSWR) egy másik módja az illesztési veszteség mérésének. Az antennának –10 dB-nél jobb illesztési veszteséggel kell rendelkeznie (VSWR 2). A 4. ábra a Taoglas GA110 mobilhálózati antenna illesztési veszteségének jellemzőit mutatja.
Az antenna paramétereinek mérése
A vektorhálózati analizátor (VNA) az antenna és az átviteli vonal impedancia- és illesztési veszteségjellemzőinek mérésére szolgál. A hordozható, olcsóbb (150 eurónál kevesebb) vektorhálózati analizátorok megfelelő mérési felbontást biztosítanak, de a laboratóriumi munkákhoz ideálisabbak a professzionálisabb, 5000 eurónál drágább, asztalra szerelhető egységek. A csúcskategóriás rádiófrekvenciás spektrumanalizátorok gyakran tartalmaznak VNA funkciót. A VNA az adóegység és az átviteli vonal közötti kondenzátor- és induktivitásalapú illesztési hálózatok helyes tervezését is segíti.
Az antennák adatlapjain szereplő paraméterek; többé már nem rejtély
Ez a rövid cikk néhány kulcsfontosságú specifikációs paramétert ismertet, amelyekkel valószínűleg találkozhat az antennák adatlapjainak olvasásakor. Ezen információk birtokában jobb rálátása lesz az Ön alkalmazásához legjobban illeszkedő antennára, amely optimális teljesítményt nyújt. A 2. részben az antennakábelek és a népszerű antennacsatlakozók szerepét vizsgáljuk.
