АНЕНИ ЗА КЛЕРОВНИ АПЛИКАЦИИ; Електроника-Денес
Антената е најчеста причина за дефект во безжичен проект. Антената бара големо внимание за да биде оптимален интервалот во кој ќе работи системот. Кога е правилно избрана или дизајнирана, антената придонесува за безжичен производ со високи перформанси. Антената мора да е во согласност со: (1) препораки за провајдер на безжичен уред, (2) специфични технологии (Мобилен - GSM/TDMA/CDMA, 4G LTE - GSM/EDGE, UMTS/HSPA, 802.11 Wi-Fi, 802.15.4 - ZigBee, Нишка, WirelessHART, 6LoWPAN, LPWA, Bluetooth и BLE - Bluetooth ниска енергија), (3) прилагодување по дизајн за одреден дизајн на производ. Најкористените типови на антени имаат различни форми: Монопол - вертикална жица, Дипол - 2 хоризонтални или вертикални жици, Тридимензионална јамка, Микро-патека направена на ПХБ, Спирала - спирала, Пластика - рамнина изработена на ПХБ, ПИФА - а варијанта на монопол на лепенки на PCB со рамнина паралелна со GND, процеп - изолациска област околу спроводливото коло што ја сочинува антената, Yagi - повеќе паралелни елементи на дипол.
Тридимензионален зрачен модел на диполна антена λ/2.
Класични антениАнтена со дипола
Развиен е од Х.Р. Херц околу 1886 година и останува наједноставната и најчесто користената антена. Има два метални жици со иста должина и симетрични, а напојувањето е поврзано со центарот на диполот, на двата краја на соседните жици. Основниот начин на работа на антената е кога целата антена е половина од должината на брановата должина (λ/2). Озраченото поле на диполската антена на неговиот фундаментален режим е секаде насочено и има линеарна поларизација. Сликата покажува дека неговата шема на зрачење е максимална под прав агол на дипол и се намалува на нула на оската на дипол. Максималната насоченост е еднаква на 2,15 dBi. Се користат бројни варијации на диполни антени, монтирани хоризонтално или вертикално. Дипол треба да биде многу тенок.
Во пракса, диполите се направени од подебел материјал, кој има тенденција да го зголемува ширината на опсегот на овој вид антена, помеѓу 10% и 20% (во зависност од радиусот на жицата). Во овој случај, резонантната должина е малку намалена во зависност од дебелината на диполот, но често ќе биде близу до 0,47.
Детали за дипол антени: https://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna
Тридимензионален модел на зрачење на антена за монопол λ/4.
Антена за монопол
Со додавање рамнина на маса нормална на центарот на диполната антена, нејзината должина може да се подели на два дела, што резултира во монополска антена. Теоретски, оваа земја за земја се смета за бесконечна рамнина на совршен електричен спроводник (PEC). Во овој случај, струјата на рефлектираната слика има иста насока и фаза како и струјата во диполската антена. Така, монополската антена со должина од една четвртина од брановата должина (λ/4) и нејзината слика заедно формираат дипол (λ/2), кој зрачи само во горната половина на просторот. Како резултат, има добивка од 3 dB поголема од диполската антена.
Антената има два типа на отпорност поврзана. Отпорност на зрачење што ја претвора електричната енергија во зрачење. Омската отпорност на материјалот е загуба на антената што ја претвора електричната енергија во топлина. Отпорноста на зрачење треба да биде многу поголема од омската, иако и двете се важни за ефикасноста на антената. Општо, отпорноста на зрачење на терминалите на диполна антена во слободен простор (изолирана од кој било проводник) е 73Ω. Монополската антена ќе има половина, или 36,5Ω.
Безжична комуникација
Комуникациските системи вклучуваат 4 основни компоненти:
• Елемент на пренос
• Уред за примање
• Околината низ која се јавува комуникација
• Антени или други елементи за фокусирање
предавател во безжичните комуникации неговата улога е да снабдува антена со сигнал за пренос. Радио предавател ги кодира податоците на RF брановите со одредена јачина на сигналот (излезна моќност) за да го проектира сигналот до приемникот.
приемник ги прима и декодира податоците што доаѓаат преку антената за примање. Приемникот ја извршува задачата за прифаќање и декодирање на RF сигнали примени со текот на времето и одбивање на несаканите.
антени тие се уреди кои ја концентрираат енергијата во одредена насока. Антените можат да обезбедат различни модели на зрачење во зависност од дизајнот и примената. Колку енергија е концентрирана во одредена насока се нарекува добивка на антена.
Просторот помеѓу предавателот и приемникот е опкружување на системот. Постигнувањето на видната линија на видот RF (Глетка на видот - ЛОС) помеѓу антените за пренос и примање е од суштинско значење за постигнување широк спектар на безжични комуникации. Постојат два вида на ЛОС кои генерално опишуваат околина:
Пречки во радио-патеката = не-LOS (не-линија на видот)
• Визуелен ЛОС е можност за гледање од едно до друго место. Потребно е само прав, прав пат, без пречки помеѓу две точки.
• RF LOS не бара само визуелен LOS, туку и траекторија во форма на елипсоид, како рагби топка, наречена Област на Френел, без пречки, така што радио брановите можат оптимално да се шират од една до друга точка. Областа Френел може да се смета како тунел што обезбедува патека за RF сигнали помеѓу две места.
Тешкотии во безжичната комуникација
Иако комуникациското растојание одредено за некои безжични модули (на пр. Digi XBee) е до 40 км (25 милји), на оваа вредност може да влијаат фактори што можат да го намалат квалитетот на сигналот:
• Некои материјали можат да ги рефлектираат брановите на радиофреквенцијата, предизвикувајќи пречки со други бранови и губење на јачината на сигналот. Особено, металните или спроводливите материјали се големи рефлектори, иако скоро секоја површина може да рефлектира бранови и да се меша со другите радиофреквентни бранови.
• Радио брановите може да се апсорбираат од предмети што се наоѓаат на патот, предизвикувајќи загуби на електрична енергија и ограничувајќи го растојанието на преносот.
• Антените може да се прилагодат за да се зголеми растојанието што податоците можат да го поминат во безжичен комуникациски систем и да го направат системот оптимално работено. Антените со висока висина можат да постигнат поширок опсег на оптимално работење дури и ако имаат мала добивка, иако зафаќаат помала површина.
Главното правило
За да се достигне најголемото растојание, регионот во форма на елипсоид во кој патуваат радио брановите (зона Френел) мора да биде непречен.
Згради, дрвја или какви било други пречки на патот ќе го намалат полето на комуникација.
Ако антените се поставени веднаш над земјата, повеќе од половина од областа на Френел станува опструирана од закривеноста на земјата, што доведува до значително намалување на растојанието. За да го избегнете овој проблем, поставете ги антените доволно далеку од земјата, така што земјата не се меша со централниот дијаметар на областа Френел.
Поради сложената природа на радиобрановите, пречките во првата област на Френел можат да предизвикаат значително слабеење, дури и ако пречките не ја блокираат патеката на видната линија на сигналот. Важно е да се пресмета големината на примарната површина на Френел за даден систем на антена и инсталаторот на антената да одлучи дали пречката ќе има значително влијание врз јачината на сигналот. Правило: главната област на Френел идеално треба да биде над 80% ослободена од пречки, но да биде најмалку 60% јасна.
Пресек низ 5 зони Френел Сините зони претпочитаат радио бранови.
Антената RF и електромагнетните бранови се поларизирани. Поларизацијата на електромагнетниот бран е дадена со положбата на рамнината на осцилацијата на векторот на интензитет на електричното поле (Е), во однос на правецот на ширење. Важно е антената да има поларизација, како и примениот сигнал за да се добие максималното корисно ниво. Френел-зоната може да се искористи за да се утврди дали активираниот сигнал ќе биде примен во фаза или надвор од фаза, но пренесената поларизација на сигналот за радиофреквенција (RF) може многу да влијае на приемот на крајот на преносот. Поларизацијата на електромагнетните бранови може да биде линеарна, кружна или елипсовидна.
• Линеарна поларизација - брановите се движат во рамнина
• Вертикална поларизација - брановите се движат во вертикална рамнина
• Хоризонтална поларизација - брановите се движат на хоризонтална рамнина
• Кружна поларизација - брановите се движат во тесна тродимензионална спирала додека ја напуштаат антената што ја пренесува
• RHCP (десна кружна поларизација) - брановите се движат во насока на стрелките на часовникот додека го напуштаат предавателот
• LHCP (лева кружна поларизација) - брановите се движат спротивно од стрелките на часовникот.
Ако сигналот е вертикално поларизиран и се одвраќа од хоризонтален објект како рамен покрив, а потоа се приближува до антената за примање, и ако покривот е во првата област на зоната Френел, добиениот сигнал ќе се врати во однос на сигналот оригинален Ова значи дека високите точки на синусните бранови сега се слаби точки и обратно. Затоа, дури и ако се очекува минимална промена на фазата во првиот регион на Френел, отстапуваниот сигнал ќе достигне од фазата, што ќе го ослаби примениот сигнал. Затоа, инсталаторот на системот за антена мора да го земе предвид ова и, или да ја премести антената за предавање, антената за прием, или и двете, за да се минимизира или елиминира сигналот за фазна промена на пречки со покривот.
Антип Цип vs. Чип наспроти камшик
Прашања и решенија за антената предложени од Диги (www.digi.com)
1. willе помогне антена со висока добивка пренос преку или преку пречки ако радио-патеката не е видлива (не-ЛОС)?
Прво, треба да ја проверите видната линија на РФ (ЛОС).
Второ, Digi препорачува употреба на антени со средна добивка само во услови без LOS. Антените со висока добивка се однесуваат полошо во услови без ЛОС затоа што имаат потесна ширина на зракот. Ефектите од повеќе патеки на околината што не е LOS, предизвикуваат RF сигнали да достигнат до антената под непарни агли откако ќе ги рефлектираат блиските објекти. Помала антена за засилување со поголем широк зрак ќе биде подобра при рекомбинирање на преработените сигнали.
Општо, подобрувањето од 6dB во буџетот за поврзување ќе го удвои опсегот во LOS-опкружување (антена за добивање 8dBi, во споредба со диполна антена со 2,1dBi добивка). За да се удвои опсегот на растојание во отсуство на директен вид, потребни се најмалку 12dB дополнителна чувствителност на прием или моќ на пренос, но дополнителното зголемување на антената од 12dB може да не го удвои опсегот поради тесната ширина што предизвикува антената да ги игнорира сигналите што тие доаѓаат од агли надвор од ширината на зракот.
2. Антени со полубранови кои доаѓаат со производите Digi PKG не се отпорни на временски услови и не треба да се инсталираат на отворено. Digi нуди помалку чувствителна на временска антена бидејќи нема зглобен зглоб со изложениот кабел. Серискиот број на антената 900MHz е A09-HSM-7. Уште подобра опција е антената A09-FxNF која има RF приклучок од типот N (женски). RF кабел може да се купи во должина од 1 ", 4", 6 ", 10" или 20 "за да се вклопи од RPSMA (феморалниот) приклучок на радио модемот до конекторот од типот N. Сите диполни антени со 2,4 GHz имаат зглобен зглоб што не ги прави отпорни на временски услови. Сепак, Digi обезбедува неколку антени од типот лепенка за монтажа на отворено со стандардна завртка за завртки.
Камшикувајте антени на модулите XBee
3. На антената со бранова должина needs е потребна земјана рамнина. Сите антени од 1/4 бран најдобро функционираат ако се инсталирани во центарот на метална заземјувачка рамнина со радиус од најмалку 1/4 бранова должина (дијаметар:
3 инчи за 2,4 Ghz); Поголем е подобар. Антената сепак може да работи на помала земја, но ефикасноста ќе се намали. Имајте на ум дека антената 1/4-бранова достапна на RF-модулите не е совршено ефикасна затоа што користи план за заземјување на плочата за печатено коло (PCB) што се протега само во една насока. Сепак, секое тестирање треба да покаже дека работи доста добро во многу апликации. Антената мора да биде нормална на рамнината на земјата (насочена директно нагоре). Свиткување на антената ќе го ослабне сигналот и може да го намали радио-опсегот за повеќе од половина.
4. Антени на Yagi и Patch со поголеми придобивки се сметаат насочените антени. Колку е поголема добивката, толку е поголем аголот што можам да го осетам. Погледнете во последниот дел од прирачниците за да ги видите придобивките на антената и какви загуби се дозволени.
5. Единици DBi и dBd се користат за мерење на моќноста на фокусирање (засилување) на антената. Digi ги специфицира сите антени само во dBi, ова е мерка што ја споредува добивката на антената во однос на изотропниот радијатор (теоретска антена што ја дисперзира влезната енергија рамномерно на површината на замислената сфера). DBd ја споредува добивката на антената со добивката на референтната диполна антена (дефинирана како добивка од 2,15 dBi). Да конвертирате dBi во dBd:
• Добивка во dBd = добивка во dBi - 2,15 dB
• Добијте во dBi = добивка во dBd + 2,15 dB
Режимот Arduino комуницира безжично користејќи режим XBee.
Исто така, забележете дека антените со поголема добивка ја фокусираат енергијата на помала површина. Digi препорачува да се избегнува антената со голема добивка во повеќето апликации, бидејќи се потешки за употреба. Препорачани добивки на антената:
• Правонасочно: 3 dBi до 6 dBi
• Насочно: 8 dBi до 11 dBi
Режимот Raspberry Pi комуницира безжично користејќи режим XBee.
Антените со висока добивка имаат ограничена употреба во проширувањето на опсегот во средина без ЛОС, каде пречките придонесуваат за повеќе загуби на системот отколку што антените се во состојба да ги надминат. Опструкциите исто така предизвикуваат скок на сигналите и достигнување до антената од различни агли, па затоа е пожелно да имате антена со широка ширина на зракот и помала добивка.
6. Поголема чувствителност = поширок опсег. Просторниот опсег е важен услов за повеќето RF апликации. Широкиот опсег добиен со поголема чувствителност на приемникот нуди придобивка за клиентот. Digi изведува широк спектар на комерцијални техники за модулација и демодулација, заедно со една од најдобрите спецификации за одговорност на приемникот на пазарот.
7. XBee/XBee-PRO S1 802.15.4 - Опции за антена
Наведените опсези се типични за интегрирани антени со камшик (1,5 dBi) и дипол (2,1 dBi). Антената печатена плоча (ПХБ) нуди предности на обликот; но, тој нуди помал опсег на растојание од опциите за камшик и дипол антена при пренесување на отворено. Информации: XBee Антена и XBee-PRO OEM RF известување за апликација.
Fresnel zone: D е растојанието помеѓу предавателот и приемникот; r е радиус на првата зона Френел (n = 1) во точката P, на растојанија d1 од предавателот и d2 од приемникот.
Област на Френел, именувана по физичарот Августин-Jeanан Френел, тоа е една од низата елипсоидни региони концентрирани во просторот помеѓу и околу предавателната антена и приемната антена. Концептот помага да се разбере и пресмета моќноста на радиобрановите што се шират помеѓу предавателот и приемникот. Френел зоната е просторна конфигурација на електромагнетното поле и е функција на фреквенцијата. Договорот со Френел воведува слабеење и изобличување на радио сигналот.
Пресметка на областа Френел во метри
Fn = радиус во зона n Fresnel зона (m)
d1, d2 = растојанија до P од предавателот и приемникот (m)
λ = бранова должина на сигналот (м)
λ = c/f, c = 3 × 108ms-1, f = фреквенција на сигналот (Hz)
Во средината, d1 = d2 и d1 + d2 = D (m). За фреквенцијата во GHz и растојанието во Km се добива формулата:
за n = 1 прва Френелна зона, D = 1Km и f = 5.5GHz (5GHz 802.11n Канал 100):
Добиваме r = 3,69 m, а на 60% јасност ставаме D = 0,6 Km и резултатот е r = 2,85 m.
Константин Саву
извршен директор
Екас Електро