Å utstyre trådløse enheter med en antenne innebærer flere beslutninger. I denne artikkelen, del 1 i en todelt serie, tar vi for oss noen av egenskapene som er viktige når du skal velge en passende antenne. Vi går nærmere inn på antenneterminologi og spesifikasjonene du vil støte på når du går gjennom et datablad. Emner inkluderer frekvensområdet enheten opererer innenfor, antenneforsterkning og strålingsmønster. Mekaniske faktorer som inntrengningsbeskyttelse, innvendig eller utvendig plassering og monteringsmetode er også viktige.
En god antenne er avgjørende for å etablere en pålitelig og fleksibel trådløs forbindelse
Vi har alle opplevd å måtte flytte oss rundt eller holde mobiltelefonene våre høyt opp for å forbedre mottakelsen i et område med dårlig signalstyrke. Ytelsen for enhver trådløs tilkobling forbedres når det ikke er noen hindringer i veien mellom sender og mottaker. Trær, vegger, vær og terreng absorberer radiosignaler og reduserer avstanden som enheter som kan etablere en god kobling over, enten det er data eller stemme. Å utstyre en trådløs enhet med en godt tilpasset antenne reduserer påvirkningsfaktorene som reduserer signalstyrken. En optimal antenne sikrer at maksimal generert radiofrekvenseffekt fra senderens siste trinn blir utstrålt til luften; og på samme måte, på mottakersiden kan kun det signalet som kommer frem til antennen behandles. Som vi vil se i del 2, påvirker tilkoblingskabelen og de tilhørende kontaktene også antennens ytelse.
Antenneparametere
Fra et forenklet perspektiv er en lengde med ledning en antenne, og det er et forhold mellom ledningens optimale lengde for bruk ved en bestemt frekvens. Begrepet bølgelengde refererer til avstanden mellom tilstøtende topper i et trådløst signal. Det brukes til å bestemme antennens fysiske lengde og egenskaper og indikerer resonanspunktet. For eksempel har et Wi-Fi-signal som opererer på 2,4 GHz en bølgelengde på 12,5 cm, ved hjelp av formelen bølgelengde i meter(m) = lysets/frekvensens hastighet (Hz). Lysets hastighet er en konstant på 299.792.458 m/s, ofte tilnærmet til 3×108. Lengden på en antenne er beskrevet i forhold til dens driftsbølgelengde, for eksempel en kvartbølge, halvbølge eller fullbølge.
De mest populære trådløse kommunikasjonsmetodene for data og tale som brukes i dag, for eksempel Wi -Fi, Bluetooth, mobilkommunikasjon (4G – 5G) og ISM-applikasjoner (industriell, vitenskapelig og medisinsk), involverer frekvenser fra 400 MHz til 3,4 GHz. Ved disse frekvensene blir antennens fysiske lengde stadig kortere, noe som tillater forskjellige konstruksjonsmetoder, inkludert integrasjon i et kretskort.
Mange antenner, spesielt de som brukes til bil-, transport- og telemetriapplikasjoner, er pakket med flere antenner sammen for å imøtekomme Wi-Fi, GPS/GNSS, kjøretøy-til-kjøretøy/kjøretøy-til-infrastruktur/kjøretøy-til-alt (V2V/V2I/V2X) og LTE mobilkommunikasjon. Et eksempel er Taoglas Optimus MA220. Se figur 1. Denne eksternt monterte antennen er IP67-tett.
Antenneforsterkning: Utformingen og konstruksjonen av noen antenner gjør dem mer effektive til å sende og motta enn en standard antennemodell. På databladet er denne faktoren uttrykt som forsterkning og måles i dBi (dB isotrop). For eksempel illustrerer figur 2 ytelsen til Taoglas MA220 for LTE mobilkommunikasjon.
Strålingsmønster: Noen antenner har spesielle egenskaper når det gjelder retning, noe som betyr at de er mer effektive til å utstråle og motta i bestemte retninger eller bestemte plan. En antenne med et isotropisk strålingsmønster betyr at den avgir samme mengde energi i alle retninger. En rundstrålende antenne utstråler samme mengde energi i et bestemt plan, horisontalt eller vertikalt.
Antenneimpedans: Impedansen til en antenne endres med frekvensen. Det er svært viktig å tilpasse antennen til utgangsimpedansen til senderens utgangstrinn og på samme måte mottakerens front-end. I del 2 av denne artikkelen lærer vi også hvordan impedansen til tilkoblingskabelen og kontaktene er avgjørende for å oppnå en god match. En impedans på 50 Ohm er en svært vanlig standard.
Antennebåndbredde: Frekvensområdet som antennen er effektiv i, kalles båndbredden. Båndbredde er vanligvis sitert basert på en senterfrekvens. Et eksempel på en kretskort-antenne er Molex Wi-Fi PCB-antenne.
Den har en båndbredde på 100 MHz på en senterfrekvens på 2,45 GHz, en impedans på 50 Ohm og 3,2 dBi forsterkning.
VSWR og returtap: Returtap måler hvor godt en antenne er tilpasset en sender og dens overføringsledning (koaksialkabelen). Returtap måler hvor mye effekt som reflekteres tilbake til senderen i stedet for å bli utstrålt og måles i dB. Jo høyere det (negative tallet) er, desto bedre er antennens ytelse. Spenning stående bølgeforhold (VSWR) er en annen måte å måle tap av retur. En antenne skal ha et returtap bedre enn -10 dB (VSWR 2). Figur 4 illustrerer returtapskarakteristikkene til Taoglas GA110 mobilantenne.
Måling av antenneparametere
En vektornettverksanalysator (VNA) brukes til å måle impedans- og returtapskarakteristikken til en antenne og dens overføringsleding. Bærbare og rimelige (<150 Euro) VNAer gir tilstrekkelig måleoppløsning, men en mer profesjonell stasjonær enhet som koster mer enn 5000 Euro er mer egnet for laboratoriebasert arbeid. Avanserte RF-spektrumanalysatorer har ofte en VNA-funksjon. VNA hjelper også til med å oppnå riktig design av kondensator- og induktansbaserte matchende nettverk mellom sender og overføringsledning.
Parametere i antennedatablad; ikke lenger et mysterium
Denne korte artikkelen forklarer noen av de viktigste parametrene du sannsynligvis vil støte på når du leser et antenneblad. Med denne informasjonen får du et bedre innblikk i den beste antennen for ditt bruk, og som vil gi optimal ytelse. I del 2 vil vi se nærmere på hvilken rolle antennekabler og de vanligste antennekontaktene spiller.
