Parametry anten

1 Gru 2006 przez     Brak komenarzy    Kategoria: Zestawy antenowe

Doskonałym uzupełnieniem wszystkich artykułów w tej kategorii będzie omówienie najczęściej spotykanych parametrów anten. Wiedza ta powinna okazać się bardzo przydatna, gdyż nie wszyscy mają pojecie co oznacza takie hasło jak impedancja czy polaryzacja. A więc nauczysz sie umiejętnie dobierać anteny i zrozumiesz kilka podstawowych aspektów związanych z ich działaniem i sprawnością.

Zacznijmy od wyjaśnienia sobie czym jest antena. Otóż jest to urządzenie służące do odbioru lub/i nadawania fal elektromagnetycznych, będącym elementem składowym każdego systemu radiokomunikacji, a wiec także Wi-Fi. Zastanówmy się jakie są jej zadania w sieci bezprzewodowej. Jako iż działanie Internetu polega na wymianie danych, a nie tylko ich odbieraniu jak to ma miejsce np. w przypadku TV (przełączanie się miedzy pasmami), antena ma tak odbierać jak i nadawać fale elektromagnetyczne.

Charakterystyka promieniowania

Jednym z ważniejszych parametrów każdej anteny jest jej charakterystyka promieniowania, określająca przestrzenny rozkład promieniowej energii. Definicja tego pojęcia mówi że jest to rozkład natężenia pola elektromagnetycznego na powierzchni kuli o dostatecznym promieniu, której środek pokrywa się ze środkiem anteny.

Zamieszczony powyżej obrazek przedstawia charakterystykę promieniowania przykładowej anteny kierunkowej. Przedstawia on pewną powierzchnię złożoną z wiązek przestrzennych różnej postaci. Wiązka pierwsza, największa, nazywana jest wiązką lub listkiem głównym. Listki oznaczone numerem drugim, nazywamy wiązkami bocznymi. Natomiast wiązkę trzecia nazywamy listkiem wstecznym.

Z powodu trudności z wyrysowaniem modelu trójwymiarowego, zazwyczaj do opisania charakterystyki promieniowania używa się dwóch względnie prostopadłych płaszczyzn. Ze względu na charakterystykę promieniowania wyróżnić można trzy typy anten: dookolna (np koolinarna), sektorowa (np szczelinowa) oraz kierunkowa (np mikropaskowa).

Kierunkowość anteny

Pojecie te określane jest jako stosunek maksymalnej gęstości promieniowania do średniej gęstości promieniowania anteny. A więc kierunkowość jest jednoznacznie okres lina przez jej charakterystykę promieniowania.

W praktyce antena silnie kierunkowa nie ma listków bocznych i wstecznych, lub ma je niezwykle małe, oraz charakteryzuje sie małym kątem promieniowania, a wiec dużym skupieniem fali. Biorąc pod uwagę, iż światło widzialne jest fala elektromagnetyczną to źródło promieniowania laserowego jest najbardziej kierunkową anteną znaną ludzkości.

Zysk energetyczny

Przedstawiam kolejne zagadnienie z dziedziny teorii anten. Zysk energetyczny to stosunek mocy do sygnału w odniesieniu do innej anteny, zwanej anteną wzorcową. Anteną taką jest antena izotropowa i zysk jej podawany jest w jednostkach dBi. Czasem zysk anteny podawany jest w stosunku do anteny dipolowej (dipol półfalowy) i wyrażany jest w jednostkach dBd.

Zysk anteny nie wynika z zastosowanych wzmacniaczy ale z tego, że antena promieniuje z różną mocą w różnych kierunkach. W rzeczywistych antenach (w przeciwieństwie do wzorcowych) w pewnych kierunkach sygnał jest osłabiany a w innych wzmacniany. Stosunek wielkości sygnału w kierunku gdzie jest on najsilniejszy do sygnału z anteny wzorcowej (izotropowa lub dipolowa) jest zyskiem energetycznym anteny. Zysk anteny jest taki sam w przypadku nadawania jak i odbierania fali elektro-magnetycznej.

Polaryzacja

Omawiane pojecie dotyczy nie tylko anten ale i fali poprzecznej, jaką jest fala elektromagnetyczna, której własnością jest polaryzacja. Fala spolaryzowana oscyluje tylko w pewnym wybranym kierunku, natomiast fala niespolaryzowana oscyluje we wszystkich kierunkach jednakowo. Fale elektromagnetyczne warto polaryzować ze względu na ich właściwości, które poznamy za chwilę.

wardriving, warchalking, wireless, wlan, wi-fi, wifiwardriving, warchalking, wireless, wlan, wi-fi, wifi

Po lewej widzimy polaryzacje liniową, w której drganie odbywa się wzdłuż linii prostej. Natomiast rysunek po prawej obrazuje polaryzacje kołową której drganie odpowiada ruchowi po okręgu.

Otóż polaryzacje liniowe dzielimy na pionowe, poziome oraz (nie używane w sieciach Wi-Fi) +45* i -45*. Ustalając polaryzacje bierzemy pod uwagę położenie anteny (a wiec i generowanej fali poprzecznej) względem ziemi. Polaryzacje liniowe dzielimy na prawoskrętne i lewoskrętne. Wynika to z faktu, że wektor wychylenia może obracać się albo w lewo albo w prawo.

Właściwością polaryzacji tego samego typu (np. pionowych) jest ich wzajemna obojętność na oddziaływania innej fali, np. pionowej z poziomą, są to bowiem polaryzacje ortogonalne. Natomiast fale polaryzowane liniowo z falami polaryzowanymi kołowo oddziaływają na siebie, kosztem strat wysokości ok. 3dBi.

Ze względu na małą liczbę anten pracujących w polaryzacji kołowej (jedynie helikalne) idealnie było by gdyby takowych nie używano. Biorąc pod uwagę iż wszystkie sieci pracujące w topologii gwiazdy, ze względów technicznych, mają anteny w polaryzacji linowej, anteny helikalne są zbędne, gdyż zbierają śmieci ze wszystkich możliwych polaryzacji i same powodują szumy szkodząc wszystkim sieciom dookoła.

Drugą wykorzystaną w praktyce własnością polaryzacji jest możliwość podwojenia ilości sieci bezprzewodowych na danym terenie, bez zwiększania szumów. Dzięki takiemu rozwiązaniu i popularyzowaniu się ostatnim czasem polaryzacji pionowej, mogły powstawać nowe sieci, nie zanieczyszczając kanałów (a mamy ich tylko 13) zbędnymi danymi.

Pasmo anteny

Częstotliwość przenoszenia (inaczej pasmo anteny) to zakres częstotliwości w których antena zachowuje deklarowane wartości. Wyznaczając pasmo anteny najważniejsze jest jej dopasowanie, a w mniejszym stopniu zysk oraz charakterystyka promieniowania. Zazwyczaj anteny pracują w szerszym paśmie, niż wykorzystywane, gdyż nie da się jej zaprojektować tak by stroiła idealnie w konkretnej częstotliwości.

Impedancja

Pojęcie impedancja jest dość skomplikowane i które zostało wprowadzone by rozszerzyć prawo Ohma. Nie będziemy go omawiać, a skupimy się na znaczeniu impedancji w praktyce. Wartość impedancji reprezentuje obciążenia jakie przedstawia antena dla generatora. Otóż impedancja ma znaczenie przy dopasowaniu anteny do linii zasilającej. zależy ona głównie od geometrii anteny oraz jej częstotliwości.

Z punktu widzenia sprawności układu urządzenie-przewód-antena wymagane jest by wszystkie elementy miały taką samą impedancje, gdyż tylko wtedy następuje przekazanie całej (prawie całej – tłumienie na kablu i złączkach) energii do anteny lub urządzenia.

W tym miejscu pragnę zakończyć mój krótki i niewyczerpujący tematu wywód. Postaram się go uzupełnić w następnych częściach lub innych artykułach. Na zakończenie zapraszam do zapoznania się z innymi artykułami w tej kategorii, których tematyka dość ściśle pokrywa się i rozszerza ten temat.