Sendeantennen: Typen, Geräte und Eigenschaften

2024 Autor: Trinity Chesterton | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-16 08:15

Eine Antenne ist ein Gerät, das als Schnittstelle zwischen einem Stromkreis und dem Weltraum dient und dazu bestimmt ist, elektromagnetische Wellen in einem bestimmten Frequenzbereich entsprechend seiner eigenen Größe und Form zu senden und zu empfangen. Es besteht aus Metall, hauptsächlich Kupfer oder Aluminium, Sendeantennen können elektrischen Strom in elektromagnetische Strahlung umwandeln und umgekehrt. Jedes drahtlose Gerät enthält mindestens eine Antenne.

Funkwellen des drahtlosen Netzwerks

Wenn drahtlose Kommunikation erforderlich ist, wird eine Antenne benötigt. Es kann elektromagnetische Wellen senden oder empfangen, um dort zu kommunizieren, wo kein kabelgebundenes System installiert werden kann.

Die Antenne ist das Schlüsselelement dieser drahtlosen Technologie. Funkwellen lassen sich leicht erzeugen und werden sowohl für die Innen- als auch für die Außenkommunikation verwendet, da sie Gebäude durchdringen und große Entfernungen zurücklegen können.

Hauptmerkmale von Sendeantennen:

1. Da die Funkübertragung omnidirektional ist, ist eine physische Anpassung erforderlichSender und Empfänger erforderlich.
2. Die Frequenz von Funkwellen bestimmt viele Übertragungseigenschaften.
3. Bei niedrigen Frequenzen können Wellen leicht Hindernisse passieren. Allerdings nimmt ihre Kraft mit dem inversen Quadrat der Entfernung ab.
4. Hochfrequentere Wellen werden eher absorbiert und an Hindernissen reflektiert. Aufgrund der langen Übertragungsreichweite von Funkwellen sind Interferenzen zwischen Übertragungen ein Problem.
5. Auf den Bändern VLF, LF und MF folgt die Wellenausbreitung, auch Bodenwellen genannt, der Krümmung der Erde.
6. Die maximalen Übertragungsreichweiten dieser Wellen liegen in der Größenordnung von mehreren hundert Kilometern.
7. Sendeantennen werden für Übertragungen mit niedriger Bandbreite wie Amplitudenmodulation (AM)-Sendungen verwendet.
8. Übertragungen im HF- und VHF-Band werden von der Atmosphäre nahe der Erdoberfläche absorbiert. Ein Teil der Strahlung, Skywave genannt, breitet sich jedoch nach außen und nach oben in Richtung der Ionosphäre in der oberen Atmosphäre aus. Die Ionosphäre enthält ionisierte Teilchen, die durch die Strahlung der Sonne gebildet werden. Diese ionisierten Teilchen reflektieren Himmelswellen zurück zur Erde.

Wellenausbreitung

• Sichtlinienausbreitung. Unter allen Verteilungsmethoden ist dies die häufigste. Die Welle legt die minimale Entfernung zurück, die mit bloßem Auge sichtbar ist. Als nächstes müssen Sie den Sender des Verstärkers verwenden, um das Signal zu verstärken und erneut zu übertragen. Eine solche Ausbreitung wird nicht glatt sein, wenn es irgendein Hindernis in ihrem Übertragungsweg gibt. Diese Übertragung wird für Infrarot- oder Mikrowellenübertragungen verwendet.
• Bodenwellenausbreitung von einer Sendeantenne. Die Ausbreitung der Welle zum Boden erfolgt entlang der Erdkontur. Eine solche Welle wird als direkte Welle bezeichnet. Die Welle biegt sich manchmal aufgrund des Erdmagnetfelds und trifft auf den Empfänger. Eine solche Welle kann als reflektierte Welle bezeichnet werden.
• Eine Welle, die sich durch die Erdatmosphäre ausbreitet, wird als Erdwelle bezeichnet. Die direkte Welle und die reflektierte Welle ergeben zusammen ein Signal an der Empfangsstation. Wenn die Welle den Empfänger erreicht, endet die Verzögerung. Darüber hinaus wird das Signal gefiltert, um Verzerrungen und Verstärkungen für eine klare Ausgabe zu vermeiden. Wellen werden von einem Ort gesendet und dort von vielen Transceiver-Antennen empfangen.

Koordinatensystem der Antennenmessung

Beim Betrachten flacher Modelle wird der Benutzer mit Indikatoren für den Azimut der Ebene und die Höhe der Ebene des Musters konfrontiert. Der Begriff Azimut tritt normalerweise in Bezug auf "Horizont" oder "horizontal" auf, während sich der Begriff "Höhe" normalerweise auf "vertikal" bezieht. In der Abbildung ist die xy-Ebene die Azimutebene.

Das Muster der Azimutebene wird gemessen, wenn eine Messung durchgeführt wird, indem die gesamte xy-Ebene um die zu testende Transceiver-Antenne bewegt wird. Eine Elevationsebene ist eine Ebene orthogonal zur xy-Ebene, wie beispielsweise die yz-Ebene. Der Elevationsplan durchläuft die gesamte yz-Ebene um die zu testende Antenne.

Samples (Azimut und Elevation) werden oft als Polarplots angezeigtKoordinaten. Dies gibt dem Benutzer die Möglichkeit, leicht zu visualisieren, wie die Antenne in alle Richtungen abstrahlt, als ob sie bereits "gespitzt" oder montiert wäre. Es ist manchmal nützlich, Strahlungsmuster in kartesischen Koordinaten zu zeichnen, insbesondere wenn mehrere Nebenkeulen in Mustern vorhanden sind und wenn Nebenkeulenpegel wichtig sind.

Grundlegende Kommunikationseigenschaften

Antennen sind wesentliche Komponenten jedes Stromkreises, da sie die Verbindung zwischen einem Sender und einem freien Raum oder zwischen einem freien Raum und einem Empfänger herstellen. Bevor Sie über die Antennentypen sprechen, müssen Sie ihre Eigenschaften kennen.

Antenna Array - Der systematische Einsatz von Antennen, die zusammenarbeiten. Die einzelnen Antennen in einem Array sind normalerweise vom gleichen Typ und in unmittelbarer Nähe in einem festen Abstand voneinander angeordnet. Mit dem Array können Sie die Richtwirkung erhöhen und die Haupt- und Seitenstrahlen steuern.

Alle Antennen haben passive Verstärkung. Der passive Gewinn wird in dBi gemessen, was sich auf eine theoretische isotrope Antenne bezieht. Es wird angenommen, dass es Energie in alle Richtungen gleichmäßig überträgt, aber in der Natur nicht existiert. Der Gewinn einer idealen Halbwellendipolantenne beträgt 2,15 dBi.

EIRP oder die äquivalente isotrope Strahlungsleistung einer Sendeantenne ist ein Maß für die maximale Leistung, die eine theoretische isotrope Antenne in die Richtung abstrahlen würdemaximaler Gewinn. EIRP berücksichtigt die Verluste von Stromleitungen und Anschlüssen und schließt den tatsächlichen Gewinn ein. EIRP ermöglicht die Berechnung von Wirkleistung und Feldstärken, wenn die tatsächliche Verstärkung und Ausgangsleistung des Senders bekannt sind.

Antennengewinn in Richtungen

Es ist definiert als das Verhältnis der Leistungsverstärkung in einer bestimmten Richtung zur Leistungsverstärkung der Referenzantenne in derselben Richtung. Als Referenzantenne wird üblicherweise ein isotroper Strahler verwendet. In diesem Fall ist ein isotroper Strahler verlustfrei und strahlt seine Energie gleichmäßig in alle Richtungen ab. Das bedeutet, dass die Verstärkung eines isotropen Strahlers G=1 (oder 0 dB) ist. Es ist üblich, die Einheit dBi (Dezibel relativ zu einem isotropen Strahler) für die Verstärkung relativ zu einem isotropen Strahler zu verwenden.

Die Verstärkung, ausgedrückt in dBi, wird nach folgender Formel berechnet: GdBi=10Log (GNumeric / GISotropic)=10Log (GNumeric).

Manchmal wird ein theoretischer Dipol als Referenz verwendet, daher wird die Einheit dBd (Dezibel relativ zum Dipol) verwendet, um die Verstärkung relativ zum Dipol zu beschreiben. Dieser Block wird typischerweise verwendet, wenn es darum geht, Rundstrahlantennen mit höherem Gewinn zu verstärken. In diesem Fall ist ihre Verstärkung um 2,2 dBi höher. Wenn die Antenne also einen Gewinn von 3 dBu hat, beträgt der Gesamtgewinn 5,2 dBi.

3 dB Strahlbreite

Diese Strahlbreite (oder Halbleistungsstrahlbreite) der Antenne wird normalerweise für jede der Hauptebenen angegeben. Die 3 dB Strahlbreite in jeder Ebene ist definiert als der Winkel zwischen Hauptkeulenpunkten, die von der maximalen Verstärkung um 3 dB reduziert sind. Beamwidth 3 dB - der Winkel zwischen den beiden blauen Linien im Polarbereich. In diesem Beispiel beträgt die 3-dB-Strahlungsbreite in dieser Ebene etwa 37 Grad. Antennen mit breiter Strahlbreite haben normalerweise eine geringe Verstärkung, während Antennen mit schmaler Strahlbreite eine höhere Verstärkung haben.

Daher hat eine Antenne, die den größten Teil ihrer Energie in mindestens einer Ebene in einen schmalen Strahl lenkt, einen höheren Gewinn. Das Front-to-Back-Verhältnis (F/B) wird als Gütemaß verwendet, das versucht, den Strahlungspegel von der Rückseite einer Richtantenne zu beschreiben. Grundsätzlich ist das Front-to-Back-Verhältnis das Verhältnis der Spitzenverstärkung in Vorwärtsrichtung zur Verstärkung 180 Grad hinter der Spitze. Auf einer DB-Skala ist das Front-to-Back-Verhältnis natürlich einfach die Differenz zwischen der Vorwärtsspitzenverstärkung und der Verstärkung 180 Grad hinter der Spitze.

Antennenklassifizierung

Es gibt viele Arten von Antennen für verschiedene Anwendungen wie Kommunikation, Radar, Messung, Simulation elektromagnetischer Impulse (EMP), elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) usw. Einige von ihnen sind für den Betrieb in schmalen Frequenzbändern ausgelegt Anderezum Senden/Empfangen transienter Impulse ausgelegt. Spezifikationen der Sendeantenne:

1. Physikalische Struktur der Antenne.
2. Frequenzbänder.
3. App-Modus.

Im Folgenden sind die Antennentypen entsprechend der physikalischen Struktur aufgeführt:

• wire;
• Blende;
• reflektierend;
• Antennenlinse;
• Mikrostreifenantennen;
• massive Antennen.

Die folgenden Arten von Sendeantennen sind abhängig von der Betriebsfrequenz:

1. Very Low Frequency (VLF).
2. Niederfrequenz (LF).
3. Mittelfrequenz (MF).
4. Hochfrequenz (HF).
5. Very High Frequency (UKW).
6. Ultrahochfrequenz (UHF).
7. Superhochfrequenz (SHF).
8. Mikrowelle.
9. Radiowelle.

Die folgenden Sende- und Empfangsantennen sind je nach Anwendungsmodus:

1. Punkt-zu-Punkt-Verbindung.
2. Broadcast-Anwendungen.
3. Radarkommunikation.
4. Satellitenkommunikation.

Designmerkmale

Sendeantennen erzeugen Hochfrequenzstrahlung, die sich durch den Weltraum ausbreitet. Empfangsantennen vollziehen den umgekehrten Vorgang: Sie empfangen hochfrequente Strahlung und wandeln sie in die gewünschten Signale wie Ton, Bild in Fernsehsendeantennen und ein Mobiltelefon um.

Der einfachste Antennentyp besteht aus zwei Metallstäben und wird als Dipol bezeichnet. Eine der häufigsten Arten isteine Monopolantenne, die aus einem Stab besteht, der senkrecht zu einer großen Metallplatte angeordnet ist, die als Grundplatte dient. Die Montage an Fahrzeugen erfolgt in der Regel über einen Monopol und das Metalldach des Fahrzeugs dient als Masse. Das Design der Sendeantenne, ihre Form und Größe bestimmen die Betriebsfrequenz und andere Strahlungseigenschaften.

Eine der wichtigsten Eigenschaften einer Antenne ist ihre Richtwirkung. Bei der Kommunikation zwischen zwei festen Zielen, wie bei der Kommunikation zwischen zwei festen Sendestationen oder bei Radaranwendungen, wird eine Antenne benötigt, um die Sendeenergie direkt an den Empfänger zu übertragen. Umgekehrt ist, wenn der Sender oder Empfänger nicht stationär ist, wie bei der zellularen Kommunikation, ein ungerichtetes System erforderlich. In solchen Fällen ist eine Rundstrahlantenne erforderlich, die alle Frequenzen in allen Richtungen der horizontalen Ebene gleichmäßig empfängt und in der vertikalen Ebene ungleichmäßig und sehr klein abstrahlt, ähnlich einer HF-Sendeantenne.

Sende- und Empfangsquellen

Der Sender ist die Hauptquelle der HF-Strahlung. Dieser Typ besteht aus einem Leiter, dessen Intensität mit der Zeit schwankt und sie in Hochfrequenzstrahlung umwandelt, die sich im Raum ausbreitet. Empfangsantenne - ein Gerät zum Empfangen von Funkfrequenzen (RF). Es führt die vom Sender durchgeführte Rückwärtsübertragung durch, empfängt HF-Strahlung und wandelt sie im Antennenkreis in elektrische Ströme um.

Fernseh- und Radiosender verwenden Sendeantennen, um bestimmte Arten von Signalen zu übertragen, die sich durch die Luft ausbreiten. Diese Signale werden von Empfangsantennen erfasst, die sie in Signale umwandeln und von einem entsprechenden Gerät wie Fernseher, Radio, Handy empfangen werden.

Radio- und Fernsehempfangsantennen sind nur für den Empfang von Hochfrequenzstrahlung ausgelegt und erzeugen keine Hochfrequenzstrahlung. Mobilfunkgeräte wie Basisstationen, Repeater und Mobiltelefone verfügen über dedizierte Sende- und Empfangsantennen, die Hochfrequenzenergie aussenden und Mobilfunknetze gemäß Kommunikationsnetztechnologien bedienen.

Unterschied zwischen analoger und digitaler Antenne:

1. Die analoge Antenne hat einen variablen Gewinn und arbeitet im 50 km-Bereich für DVB-T. Je weiter der Benutzer von der Signalquelle entfernt ist, desto schlechter ist das Signal.
2. Um digitales Fernsehen zu empfangen - der Benutzer erhält entweder ein gutes Bild oder überhaupt kein Bild. Wenn es weit von der Signalquelle entfernt ist, empfängt es kein Bild.
3. Die digitale Sendeantenne hat eingebaute Filter, um Rauschen zu reduzieren und die Bildqualität zu verbessern.
4. Das analoge Signal wird direkt an den Fernseher gesendet, während das digitale Signal zuerst dekodiert werden muss. Es ermöglicht Ihnen, Fehler sowie Daten wie Signalkomprimierung für weitere Funktionen wie Extrakanäle, EPG, Pay-TV,interaktive Spiele usw.

Dipolsender

Dipolantennen sind die gebräuchlichsten omnidirektionalen Antennen und verbreiten Hochfrequenzenergie (RF) um 360 Grad horizontal. Diese Geräte sind so ausgelegt, dass sie bei der halben oder viertel Wellenlänge der angelegten Frequenz resonant sind. Es kann so einfach wie zwei Drahtlängen sein oder es kann gekapselt sein.

Dipole wird in vielen Unternehmensnetzwerken, kleinen Büros und im Heimgebrauch (SOHO) verwendet. Es hat eine typische Impedanz, um es für eine maximale Leistungsübertragung an den Sender anzupassen. Passen Antenne und Sender nicht zusammen, kommt es auf der Übertragungsleitung zu Reflexionen, die das Signal verschlechtern oder sogar den Sender beschädigen.

Gezielter Fokus

Richtantennen bündeln die abgestrahlte Leistung in schmale Strahlen, was einen erheblichen Gewinn in diesem Prozess bietet. Seine Eigenschaften sind auch gegenseitig. Die Eigenschaften einer Sendeantenne wie Impedanz und Verstärkung gelten auch für eine Empfangsantenne. Aus diesem Grund kann dieselbe Antenne sowohl zum Senden als auch zum Empfangen eines Signals verwendet werden. Der Gewinn einer stark gerichteten Parabolantenne dient dazu, ein schwaches Signal zu verstärken. Dies ist einer der Gründe, warum sie häufig für die Fernkommunikation verwendet werden.

Eine häufig verwendete Richtantenne ist ein Yagi-Uda-Array namens Yagi. Es wurde 1926 von Shintaro Uda und seinem Kollegen Hidetsugu Yagi erfunden. Die Yagi-Antenne verwendet mehrere Elemente, umBilden eines gerichteten Arrays. Ein getriebenes Element, normalerweise ein Dipol, breitet die HF-Energie aus, die Elemente unmittelbar vor und hinter dem getriebenen Element strahlen die HF-Energie phasenverschoben und phasenverschoben zurück, verstärken bzw. verlangsamen das Signal.

Diese Elemente werden parasitäre Elemente genannt. Das Element hinter dem Slave wird Reflektor genannt und die Elemente vor dem Slave werden Direktoren genannt. Yagi-Antennen haben Strahlbreiten von 30 bis 80 Grad und können eine passive Verstärkung von mehr als 10 dBi bieten.

Die Parabolantenne ist die bekannteste Form der Richtantenne. Eine Parabel ist eine symmetrische Kurve, und ein parabolischer Reflektor ist eine Fläche, die während einer 360-Grad-Drehung eine Kurve beschreibt - eine Schüssel. Parabolantennen werden für Fernverbindungen zwischen Gebäuden oder großen geografischen Gebieten verwendet.

Halbrichtungs-Gliederheizkörper

Die Patch-Antenne ist ein halbgerichteter Strahler mit einem flachen Metallstreifen, der über dem Boden montiert ist. Die Strahlung von der Rückseite der Antenne wird effektiv von der Masseebene abgeschnitten, wodurch die Vorwärtsrichtwirkung erhöht wird. Dieser Antennentyp ist auch als Microstrip-Antenne bekannt. Es ist normalerweise rechteckig und in einem Kunststoffgehäuse eingeschlossen. Dieser Antennentyp kann mit Standard-Leiterplattenverfahren hergestellt werden.

Die Patch-Antenne kann eine Strahlbreite von 30 bis 180 Grad haben undDie typische Verstärkung beträgt 9 dB. Teilantennen sind eine andere Art von halbgerichteten Antennen. Sektorantennen liefern ein Sektorstrahlungsmuster und werden normalerweise in einem Array installiert. Die Strahlbreite für eine Sektorantenne kann von 60 bis 180 Grad reichen, wobei 120 Grad typisch sind. In einem unterteilten Array sind die Antennen nahe beieinander montiert und bieten eine vollständige 360-Grad-Abdeckung.

Herstellung der Yagi-Uda-Antenne

Während der letzten Jahrzehnte war die Yagi-Uda-Antenne in fast jedem Haus zu sehen.

Es ist ersichtlich, dass es viele Direktoren gibt, um die Richtwirkung der Antenne zu erhöhen. Der Feeder ist ein gef alteter Dipol. Ein Reflektor ist ein langes Element, das am Ende einer Struktur sitzt. Für diese Antenne müssen folgende Spezifikationen gelten.

Element	Spezifikation
Kontrollierte Elementlänge	0,458λ bis 0,5λ
Reflektorlänge	0, 55λ - 0,58λ
Regisseur Dauer 1	0.45λ
Regielänge 2	0.40λ
Regisseur Dauer 3	0.35λ
Intervall zwischen Regisseuren	0.2λ
Reflektor für Abstand zwischen Dipolen	0.35λ
Abstand zwischen Dipolen und Direktor	0.125λ

Im Folgenden sind die Vorteile von Yagi-Uda-Antennen aufgeführt:

1. Hohe Verstärkung.
2. Hoher Fokus.
3. Einfache Handhabung und Wartung.
4. Es wird weniger Energie verschwendet.
5. Breitere Frequenzabdeckung.

Die Nachteile von Yagi-Uda-Antennen sind:

1. Anfällig für Lärm.
2. Anfällig für atmosphärische Effekte.

Wenn die obigen Spezifikationen befolgt werden, kann die Yagi-Uda-Antenne entworfen werden. Das Richtdiagramm der Antenne ist sehr effizient, wie in der Abbildung gezeigt. Die kleinen Keulen werden unterdrückt und die Richtwirkung des Hauptschlags wird erhöht, indem der Antenne Direktoren hinzugefügt werden.