In dieser modernen Ära von Kabellose Kommunikation Viele Ingenieure zeigen Interesse an einer Spezialisierung auf Kommunikationsbereiche, dies erfordert jedoch Grundkenntnisse über grundlegende Kommunikationskonzepte wie Antennentypen, elektromagnetische Strahlung und verschiedene Phänomene im Zusammenhang mit der Ausbreitung usw. Bei drahtlosen Kommunikationssystemen spielen Antennen eine herausragende Rolle Rolle, da sie die elektronischen Signale effizient in elektromagnetische Wellen umwandeln.

Arten von Antennen

Antennen sind Grundbestandteile von jedem Stromkreis da sie Verbindungsverbindungen zwischen Sender und freiem Raum oder zwischen freiem Raum und Empfänger bereitstellen. Bevor wir uns mit Antennentypen befassen, müssen einige Eigenschaften verstanden werden. Abgesehen von diesen Eigenschaften behandeln wir auch verschiedene Arten von Antennen, die in Kommunikationssystemen verwendet werden, im Detail.

Eigenschaften von Antennen

Antennengewinn
Öffnung
Richtwirkung und Bandbreite
Polarisation
Effektive Länge
Polardiagramm

Antennengewinn: Der Parameter, der den Richtungsgrad des radialen Antennenmusters misst, wird als Verstärkung bezeichnet. Eine Antenne mit einer höheren Verstärkung ist in ihrem Strahlungsmuster effektiver. Antennen sind so konstruiert, dass die Leistung in die gewünschte Richtung steigt und in unerwünschte Richtungen abnimmt.

G = (von einer Antenne abgestrahlte Leistung) / (von einer Referenzantenne abgestrahlte Leistung)

Öffnung: Diese Apertur ist auch als effektive Apertur der Antenne bekannt, die aktiv am Senden und Empfangen elektromagnetischer Wellen beteiligt ist. Die von der Antenne empfangene Leistung wird dem Sammelbereich zugeordnet. Dieser gesammelte Bereich einer Antenne ist als effektive Apertur bekannt.

Pr = Pd * A Watt
A = pr / pd m2

Richtwirkung und Bandbreite: Die Direktive einer Antenne ist definiert als das Maß der konzentrierten Leistungsstrahlung in einer bestimmten Richtung. Es kann als die Fähigkeit einer Antenne angesehen werden, abgestrahlte Leistung in eine gegebene Richtung zu lenken. Es kann auch als das Verhältnis der Strahlungsintensität in einer gegebenen Richtung zur durchschnittlichen Strahlungsintensität angegeben werden. Die Bandbreite ist einer der gewünschten Parameter für die Auswahl einer Antenne. Es kann als der Frequenzbereich definiert werden, über den eine Antenne Energie richtig ausstrahlen und Energie empfangen kann.

Polarisation: Eine von einer Antenne abgegebene elektromagnetische Welle kann vertikal und horizontal polarisiert sein. Wenn die Welle in vertikaler Richtung polarisiert wird, ist der E-Vektor vertikal und erfordert eine vertikale Antenne. Wenn sich der Vektor E horizontal befindet, benötigt er eine horizontale Antenne, um ihn zu starten. Manchmal wird Zirkularpolarisation verwendet, eine Kombination aus horizontalen und vertikalen Wegen.

Effektive Länge: Die effektive Länge ist der Parameter von Antennen, der die Effizienz der Antennen beim Senden und Empfangen elektromagnetischer Wellen charakterisiert. Die effektive Länge kann sowohl für Sende- als auch für Empfangsantennen definiert werden. Das Verhältnis der EMF am Empfängereingang zur Intensität des an der Antenne auftretenden elektrischen Feldes wird als effektive Länge des Empfängers bezeichnet. Die effektive Länge des Senders kann als die Länge des freien Raums im Leiter definiert werden, und die Stromverteilung über seine Länge erzeugt die gleiche Feldstärke in jeder Strahlungsrichtung.

Effektive Länge = (Fläche unter ungleichmäßiger Stromverteilung) / (Fläche unter gleichmäßiger Stromverteilung)

Polardiagramm: Die wichtigste Eigenschaft einer Antenne ist ihr Strahlungsmuster oder Polardiagramm. Im Fall einer Sendeantenne ist dies ein Diagramm, in dem die Stärke des von der Antenne in verschiedenen Winkelrichtungen abgestrahlten Leistungsfelds erläutert wird, wie im folgenden Diagramm gezeigt. Ein Diagramm kann auch sowohl für vertikale als auch für horizontale Ebenen erstellt werden - und es wird auch als vertikales bzw. horizontales Muster bezeichnet.

Bis jetzt haben wir die Eigenschaften von Antennen behandelt, und jetzt werden wir verschiedene Antennentypen diskutieren, die für verschiedene Anwendungen verwendet werden.

Arten von Antennen

Protokollieren Sie periodische Antennen

Fliege Antennen
Log-periodisches Dipol-Array

Drahtantennen

Kurze Dipolantenne
Dipolantenne
Monopolantenne
Schleifenantenne

Wanderwellenantennen

Helixantennen
Yagi-Uda-Antennen

Mikrowellenantennen

Rechteckige Mikrostreifenantennen
Planare Inverted-F-Antennen

Reflektorantennen

Eckreflektor
Parabolreflektor

1. Log-periodische Antennen

Log Periodic Antenna

Eine logarithmisch periodische Antenne wird auch als logarithmisch periodisches Array bezeichnet. Es handelt sich um eine gerichtete Schmalstrahlantenne mit mehreren Elementen, die in einem weiten Frequenzbereich arbeitet. Diese Antenne besteht aus einer Reihe von Dipolen, die in verschiedenen Raumintervallen entlang der Antennenachse angeordnet sind, gefolgt von einer logarithmischen Frequenzfunktion. Die logarithmisch periodische Antenne wird in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet, in denen eine variable Bandbreite zusammen mit dem Antennengewinn und der Richtwirkung erforderlich ist.

Fliege Antennen

Fliege Antenne

Eine Fliegenantenne ist auch als bikonische Antenne oder Schmetterlingsantenne bekannt. Die bikonische Antenne ist eine omnidirektionale Breitbandantenne. Je nach Größe dieser Antenne hat sie einen Niederfrequenzgang und wirkt als Hochpassfilter. Wenn die Frequenz von der Entwurfsfrequenz weg zu höheren Grenzen geht, wird das Strahlungsmuster der Antenne verzerrt und breitet sich aus.

Die meisten Fliegenantennen sind Ableitungen von bikonischen Antennen. Der Discone ist eine Art halbbikonische Antenne. Die Fliege Antenne ist planar und daher Richtantenne.

Log-periodisches Dipol-Array

Log Periodic Dipol Antenna

Der am häufigsten verwendete Antennentyp in drahtlose Kommunikationstechnologie ist ein logarithmisch-periodisches Dipolarray, das grundsätzlich eine Anzahl von Dipolelementen umfasst. Diese Dipol-Array-Antennen sind vom hinteren bis zum vorderen Ende kleiner. Der Leitstrahl dieser HF-Antenne kommt vom kleineren Frontend.

Das Element am hinteren Ende des Arrays ist groß, wobei die halbe Wellenlänge in einem Niederfrequenzbereich arbeitet. Der Abstand des Elements wird zum vorderen Ende des Arrays hin verringert, wo die kleinsten Arrays platziert werden. Während dieses Vorgangs findet, wenn sich die Frequenz ändert, ein glatter Übergang entlang der Anordnung der Elemente statt, was zur Bildung eines aktiven Bereichs führt.

2. Drahtantennen

Drahtantenne

Drahtantennen werden auch als lineare oder gekrümmte Antennen bezeichnet. Diese Antennen sind sehr einfach, billig und werden in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet. Diese Antennen sind weiter in vier unterteilt, wie nachstehend erläutert wird.

Dipolantenne

Eine Dipolantenne ist eine der einfachsten Antennenausrichtungen. Diese Dipolantenne besteht aus zwei dünnen Metallstäben mit einer sinusförmigen Spannungsdifferenz zwischen ihnen. Die Länge der Stäbe wird so gewählt, dass sie bei Betriebsfrequenzen eine viertel Länge der Wellenlänge haben. Diese Antennen werden zum Entwerfen ihrer eigenen Antennen oder anderer Antennen verwendet. Sie sind sehr einfach zu konstruieren und zu verwenden.

Dipolantenne

Die Dipolantenne besteht aus zwei Metallstäben, durch die Strom und Frequenz fließen. Dieser Strom- und Spannungsfluss erzeugt eine elektromagnetische Welle und die Funksignale werden abgestrahlt. Die Antenne besteht aus einem Strahlungselement, das die Stäbe spaltet und Strom durch die Mitte fließen lässt, indem eine Einspeisung am vom Empfänger entnommenen Sender verwendet wird. Die verschiedenen Arten von Dipolantennen werden als verwendet HF-Antennen Dazu gehören Halbwelle, Mehrfachwelle, gefaltet, nicht resonant und so weiter.

Kurzdipolantenne:

“Gleichtaktverstärkung des Differenzverstärkers ”

Kurze Dipolantenne

Es ist die einfachste aller Antennentypen. Diese Antenne ist ein Draht mit offenem Stromkreis, bei dem Kurzschluss 'relativ zu einer Wellenlänge' bedeutet, so dass diese Antenne der Größe des Drahtes relativ zur Wellenlänge der Betriebsfrequenz Vorrang einräumt. Dabei wird die absolute Größe der Dipolantenne nicht berücksichtigt. Die kurze Dipolantenne besteht aus zwei kolinearen Leitern, die Ende an Ende angeordnet sind, wobei ein kleiner Abstand zwischen den Leitern durch eine Einspeisung besteht. Ein Dipol gilt als kurz, wenn die Länge des Strahlungselements weniger als ein Zehntel der Wellenlänge beträgt.

L.<λ/10

Die kurze Dipolantenne besteht aus zwei kolinearen Leitern, die Ende an Ende angeordnet sind, wobei ein kleiner Spalt zwischen den Leitern durch eine Einspeisung entsteht.

Die kurze Dipolantenne ist unter Effizienzgesichtspunkten selten zufriedenstellend, da der größte Teil der in diese Antenne eintretenden Leistung abgeführt wird, wenn die Wärme- und Widerstandsverluste ebenfalls allmählich hoch werden.

Monopolantenne

Eine Monopolantenne ist die Hälfte einer einfachen Dipolantenne, die sich über einer geerdeten Ebene befindet, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Das Strahlungsmuster über der geerdeten Ebene ist das gleiche wie bei der Halbwellendipolantenne, jedoch ist die abgestrahlte Gesamtleistung halb so groß wie die eines Dipols, bei dem das Feld nur im Bereich der oberen Hemisphäre abgestrahlt wird. Die Richtwirkung dieser Antennen verdoppelt sich im Vergleich zu den Dipolantennen.

Die Monopolantennen werden auch als fahrzeugmontierte Antennen verwendet, da sie die erforderliche Grundebene für die über der Erde montierten Antennen bereitstellen.

Schleifenantenne

Schleifenantenne

Rahmenantennen haben ähnliche Eigenschaften wie Dipol- und Monopolantennen, da sie einfach und leicht zu konstruieren sind. Rahmenantennen sind in verschiedenen Formen wie kreisförmig, elliptisch, rechteckig usw. erhältlich. Die grundlegenden Eigenschaften der Rahmenantenne sind unabhängig von ihrer Form. Sie werden häufig in Kommunikationsverbindungen mit einer Frequenz von etwa 3 GHz verwendet. Diese Antennen können auch als elektromagnetische Feldsonden in den Mikrowellenbändern verwendet werden.

Der Umfang der Rahmenantenne bestimmt den Wirkungsgrad der Antenne ähnlich dem von Dipol- und Monopolantennen. Diese Antennen werden weiter in zwei Typen eingeteilt: elektrisch klein und elektrisch groß, basierend auf dem Umfang der Schleife.

Elektrisch kleine Rahmenantenne ———> Umfang ≤ λ⁄10

Elektrisch große Rahmenantenne ———> Umfang≈λ

Elektrisch kleine Schleifen einer einzelnen Windung haben im Vergleich zu ihrer Verlustbeständigkeit einen geringen Strahlungswiderstand. Der Strahlungswiderstand von Antennen mit kleiner Schleife kann durch Hinzufügen weiterer Windungen verbessert werden. Multi-Turn-Schleifen haben eine bessere Strahlungsbeständigkeit, selbst wenn sie weniger effizient sind.

Antenne mit kleiner Schleife

Aus diesem Grund werden die kleinen Rahmenantennen meist als Empfangsantennen verwendet, bei denen Verluste nicht zwingend erforderlich sind. Kleine Schleifen werden aufgrund ihres geringen Wirkungsgrades nicht als Sendeantennen verwendet.

Resonanzschleifenantennen sind relativ groß und werden durch den Betrieb der Wellenlänge gesteuert. Sie werden auch als Großschleifenantennen bezeichnet, da sie bei höheren Frequenzen wie VHF und UHF verwendet werden, wobei ihre Größe zweckmäßig ist. Sie können als gefaltete Dipolantenne angesehen und in verschiedene Formen wie sphärisch, quadratisch usw. verformt werden und haben ähnliche Eigenschaften wie eine hohe Strahlungseffizienz.

3. Wanderwellenantennen

Helixantennen

Helixantennen werden auch als Helixantennen bezeichnet. Sie haben relativ einfache Strukturen mit einem, zwei oder mehr Drähten, die jeweils zu einer Helix gewickelt sind, normalerweise von einer Grundebene oder einem geformten Reflektor hinterlegt und von einer geeigneten Einspeisung angetrieben. Die gebräuchlichste Ausführung ist ein einzelner Draht, der durch die Erde gesichert und mit einer Koaxialleitung gespeist wird.

Im Allgemeinen sind die Strahlungseigenschaften einer Wendelantenne mit dieser Spezifikation verbunden: der elektrischen Größe der Struktur, wobei die Eingangsimpedanz empfindlicher für den Abstand und die Drahtgröße ist.

Helixantenne

Helixantennen haben zwei vorherrschende Strahlungsmodi: den Normalmodus und den Axialmodus. Der Axialmodus wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Im normalen Modus sind die Abmessungen der Helix im Vergleich zu ihrer Wellenlänge klein. Diese Antenne fungiert als kurze Dipol- oder Monopolantenne. Im axialen Modus sind die Abmessungen der Helix im Vergleich zu ihrer Wellenlänge gleich. Diese Antenne arbeitet als Richtantenne.

Yagi-Uda-Antenne

Yagi-Uda-Antenne

Eine weitere Antenne, die passive Elemente verwendet, ist die Yagi-Uda-Antenne . Dieser Antennentyp ist kostengünstig und effektiv. Es kann mit einem oder mehreren Reflektorelementen und einem oder mehreren Direktorelementen konstruiert werden. Yagi-Antennen können unter Verwendung einer Antenne mit einem Reflektor, einem angetriebenen aktiven Element mit gefaltetem Dipol und Direktoren hergestellt werden, die für die horizontale Polarisation in Vorwärtsrichtung montiert sind.

“Butterworth-Tiefpassfilter 3. Ordnung ”

4. Mikrowellenantennen

Die bei Mikrowellenfrequenzen arbeitenden Antennen sind bekannt als Mikrowellenantennen . Diese Antennen werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt.

Rechteckige Mikrostreifenantennen

Rechteckige Mikrostreifenantennen

Für Raumfahrzeug- oder Flugzeuganwendungen - basierend auf den Spezifikationen wie Größe, Gewicht, Kosten, Leistung, einfache Installation usw. - werden Antennen mit niedrigem Profil bevorzugt. Diese Antennen sind als rechteckige Mikrostreifenantennen oder Patchantennen bekannt. Sie benötigen nur Platz für die Zuleitung, die normalerweise hinter der Grundebene angeordnet ist. Der Hauptnachteil der Verwendung dieser Antennen ist ihre ineffiziente und sehr schmale Bandbreite, die typischerweise einen Bruchteil eines Prozent oder höchstens einige Prozent beträgt.

Planare Inverted-F-Antennen

Eine planare Inverted-F-Antenne kann als eine Art lineare Inverted-F-Antenne (IFA) betrachtet werden, bei der das Drahtstrahlungselement durch eine Platte ersetzt wird, um die Bandbreite zu erhöhen. Der Vorteil dieser Antennen besteht darin, dass sie im Vergleich zu verschiedenen Antennentypen wie Peitschen-, Stab- oder Wendelantennen usw. im Gehäuse des Mobiltelefons versteckt werden können. Der andere Vorteil besteht darin, dass sie die Rückstrahlung nach oben reduzieren können die Antenne durch Absorption von Strom, was die Effizienz erhöht. Sie bieten sowohl im horizontalen als auch im vertikalen Zustand eine hohe Verstärkung. Diese Funktion ist für alle Arten von Antennen, die in der drahtlosen Kommunikation verwendet werden, am wichtigsten.

5. Reflektorantennen

Eckreflektorantenne

Eckreflektorantenne

Die Antenne, die ein oder mehrere Dipolelemente umfasst, die vor einem Eckreflektor angeordnet sind, wird als Eckreflektorantenne bezeichnet. Die Richtwirkung jeder Antenne kann durch Verwendung von Reflektoren erhöht werden. Bei einer Drahtantenne wird hinter der Antenne eine leitende Folie verwendet, um die Strahlung nach vorne zu lenken.

Parabolreflektorantenne

Die Strahlungsfläche einer Parabolantenne hat im Vergleich zu ihrer Wellenlänge sehr große Abmessungen. Die geometrische Optik, die von Strahlen und Wellenfronten abhängt, wird verwendet, um bestimmte Merkmale dieser Antennen zu kennen. Bestimmte wichtige Eigenschaften dieser Antennen können unter Verwendung der Strahlenoptik und anderer Antennen unter Verwendung der Theorie des elektromagnetischen Feldes untersucht werden.

Parabolantenne

Eine der nützlichen Eigenschaften dieser Antenne ist die Umwandlung einer divergierenden sphärischen Wellenfront in eine parallele Wellenfront, die einen schmalen Strahl der Antenne erzeugt. Die verschiedenen Arten von Feeds, die diesen Parabolreflektor verwenden, umfassen Horn-Feeds, kartesische Feeds und Dipol-Feeds.

In diesem Artikel haben Sie die verschiedenen Antennentypen und ihre Anwendungen in der drahtlosen Kommunikation sowie die Verwendung von Antennen beim Senden und Empfangen von Daten untersucht. Wenn Sie Hilfe zu diesem Artikel benötigen, kontaktieren Sie uns, indem Sie im Kommentarbereich unten einen Kommentar abgeben.

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