Ăng-ten là một thiết bị làm giao diện giữa mạch điện và không gian, được thiết kế để phát và thu sóng điện từ trong một dải tần nhất định phù hợp với kích thước và hình dạng riêng của nó. Nó được làm bằng kim loại, chủ yếu là đồng hoặc nhôm, ăng ten phát sóng có thể chuyển đổi dòng điện thành bức xạ điện từ và ngược lại. Mỗi thiết bị không dây có ít nhất một ăng-ten.
Sóng vô tuyến mạng không dây
Khi phát sinh nhu cầu liên lạc không dây, cần có ăng-ten. Nó có khả năng gửi hoặc nhận sóng điện từ để liên lạc ở những nơi không thể lắp đặt hệ thống có dây.
Ăng-ten là yếu tố quan trọng của công nghệ không dây này. Sóng vô tuyến được tạo ra dễ dàng và được sử dụng rộng rãi cho cả thông tin liên lạc trong nhà và ngoài trời do khả năng xuyên qua các tòa nhà và di chuyển khoảng cách xa.
Các tính năng chính của anten phát:
- Bởi vì truyền dẫn vô tuyến là đa hướng, nhu cầu về kết hợp vật lýbộ phát và bộ thu là bắt buộc.
- Tần số của sóng vô tuyến quyết định nhiều đặc tính truyền dẫn.
- Ở tần số thấp, sóng có thể dễ dàng đi qua chướng ngại vật. Tuy nhiên, sức mạnh của chúng giảm xuống theo bình phương nghịch đảo của khoảng cách.
- Sóng tần số cao hơn có nhiều khả năng bị hấp thụ và bị phản xạ trên chướng ngại vật. Do phạm vi truyền của sóng vô tuyến dài, nên sự giao thoa giữa các đường truyền là một vấn đề.
- Trên các dải VLF, LF và MF, sự truyền sóng, còn được gọi là sóng mặt đất, tuân theo độ cong của Trái đất.
- Phạm vi truyền tối đa của những sóng này là vài trăm km.
- Ăng-ten phát được sử dụng để truyền băng thông thấp như phát sóng điều chế biên độ (AM).
- Các đường truyền băng tầnHF và VHF được hấp thụ bởi bầu khí quyển gần bề mặt Trái đất. Tuy nhiên, một phần của bức xạ, được gọi là sóng bầu trời, lan truyền ra ngoài và hướng lên tầng điện ly trong bầu khí quyển trên. Tầng điện ly chứa các hạt bị ion hóa do bức xạ Mặt trời tạo thành. Các hạt bị ion hóa này phản xạ sóng bầu trời trở lại Trái đất.
Truyền sóng
- Tuyên truyền đường ngắm. Trong số tất cả các phương pháp phân phối, đây là phương pháp phổ biến nhất. Sóng truyền đi quãng đường tối thiểu mà mắt thường có thể nhìn thấy được. Tiếp theo, bạn cần sử dụng bộ phát của amply để tăng tín hiệu và truyền lại. Sự lan truyền như vậy sẽ không suôn sẻ nếu có bất kỳ trở ngại nào trên đường truyền của nó. Truyền dẫn này được sử dụng cho truyền dẫn hồng ngoại hoặc vi sóng.
- Truyền sóng mặt đất từ anten phát. Sự truyền sóng tới mặt đất xảy ra dọc theo đường bao của Trái đất. Sóng như vậy được gọi là sóng trực tiếp. Sóng đôi khi bị uốn cong do từ trường Trái đất và đập vào máy thu. Sóng như vậy có thể được gọi là sóng phản xạ.
- Một làn sóng truyền qua bầu khí quyển của trái đất được gọi là sóng trái đất. Sóng trực tiếp và sóng phản xạ cùng nhau cho một tín hiệu ở trạm thu. Khi sóng đến máy thu thì trễ pha. Ngoài ra, tín hiệu được lọc để tránh méo và khuếch đại cho đầu ra rõ ràng. Sóng được truyền từ một nơi và nơi chúng được nhận bởi nhiều ăng-ten thu phát.
Hệ tọa độ đo ăng-ten
Khi nhìn vào các mô hình phẳng, người dùng sẽ phải đối mặt với các chỉ số về góc phương vị của mặt phẳng và chiều cao của mặt phẳng của mô hình. Thuật ngữ phương vị thường xảy ra liên quan đến "đường chân trời" hoặc "ngang", trong khi thuật ngữ "độ cao" thường đề cập đến "thẳng đứng". Trong hình, mặt phẳng xy là mặt phẳng phương vị.
Dạng mặt phẳng phương vị được đo khi phép đo được thực hiện bằng cách di chuyển toàn bộ mặt phẳng xy xung quanh ăng-ten thu phát đang được kiểm tra. Mặt phẳng nâng là một mặt phẳng trực giao với mặt phẳng xy, chẳng hạn như mặt phẳng yz. Phương án độ cao di chuyển toàn bộ mặt phẳng yz xung quanh ăng-ten đang được thử nghiệm.
Mẫu (phương vị và độ cao) thường được hiển thị dưới dạng các ô ở cựctọa độ. Điều này cho phép người dùng dễ dàng hình dung cách ăng-ten phát ra theo mọi hướng, như thể nó đã được "nhọn" hoặc được gắn vào. Đôi khi, việc vẽ các mẫu bức xạ trong hệ tọa độ Descartes rất hữu ích, đặc biệt là khi có nhiều biểu đồ sidelbe trong các mẫu và ở đó mức độ sidelobe là quan trọng.
Đặc điểm giao tiếp cơ bản
Ăng-ten là thành phần thiết yếu của bất kỳ mạch điện nào vì chúng cung cấp kết nối giữa máy phát và không gian trống hoặc giữa không gian trống và máy thu. Trước khi nói về các loại ăng-ten, bạn cần biết đặc tính của chúng.
Antenna Array - Việc triển khai có hệ thống các anten hoạt động cùng nhau. Các ăng-ten riêng lẻ trong một mảng thường cùng loại và nằm gần nhau, cách nhau một khoảng cố định. Mảng này cho phép bạn tăng khả năng định hướng, kiểm soát chùm bức xạ chính và chùm tia phụ.
Tất cả các ăng-ten đều là tăng ích thụ động. Độ lợi thụ động được đo bằng dBi, liên quan đến một ăng ten đẳng hướng lý thuyết. Người ta tin rằng nó truyền năng lượng như nhau theo mọi hướng, nhưng không tồn tại trong tự nhiên. Độ lợi của một ăng-ten lưỡng cực nửa sóng lý tưởng là 2,15 dBi.
EIRP, hoặc công suất bức xạ đẳng hướng tương đương của ăng ten phát, là thước đo công suất tối đa mà ăng ten đẳng hướng lý thuyết sẽ bức xạ theo hướngđạt được tối đa. EIRP tính đến tổn thất từ đường dây điện và đầu nối và bao gồm cả mức tăng thực tế. EIRP cho phép tính toán công suất thực và cường độ trường nếu biết độ lợi thực của máy phát và công suất đầu ra.
Tăng ăng-ten theo hướng
Nó được định nghĩa là tỷ số giữa độ lợi công suất theo một hướng nhất định với độ lợi công suất của ăng-ten tham chiếu theo cùng một hướng. Thông lệ tiêu chuẩn là sử dụng bộ tản nhiệt đẳng hướng làm ăng ten tham chiếu. Trong trường hợp này, một bộ phát đẳng hướng sẽ không bị mất, bức xạ năng lượng của nó theo mọi hướng như nhau. Điều này có nghĩa là hệ số khuếch đại của một bộ tản nhiệt đẳng hướng là G=1 (hoặc 0 dB). Người ta thường sử dụng đơn vị dBi (decibel liên quan đến bộ tản nhiệt đẳng hướng) để đạt được độ lợi so với bộ tản nhiệt đẳng hướng.
Độ lợi, biểu thị bằng dBi, được tính theo công thức sau: GdBi=10Nhật ký (GNumeric / GISotropic)=10Nhật ký (GNumeric).
Đôi khi một lưỡng cực lý thuyết được sử dụng làm tham chiếu, vì vậy đơn vị dBd (decibel liên quan đến lưỡng cực) sẽ được sử dụng để mô tả độ lợi liên quan đến lưỡng cực. Khối này thường được sử dụng khi nói đến việc khuếch đại các ăng ten đa hướng có độ lợi cao hơn. Trong trường hợp này, mức tăng của chúng cao hơn 2,2 dBi. Vì vậy, nếu ăng-ten có mức tăng 3 dBu, tổng mức tăng sẽ là 5,2 dBi.
Độ rộng chùm tia 3 dB
Độ rộng chùm tia này (hoặc một nửa độ rộng chùm tia công suất) của anten thường được chỉ định cho từng mặt phẳng chính. Độ rộng chùm tia 3 dB trong mỗi mặt phẳng được xác định là góc giữa các điểm của thùy chính bị giảm từ mức tăng tối đa 3 dB. Băng thông 3 dB - góc giữa hai vạch màu xanh lam trong vùng cực. Trong ví dụ này, độ rộng chùm tia 3 dB trong mặt phẳng này là khoảng 37 độ. Ăng-ten băng thông rộng thường có độ lợi thấp, trong khi ăng-ten dải thông hẹp có độ lợi cao hơn.
Vì vậy, một ăng-ten hướng phần lớn năng lượng của nó vào một chùm tia hẹp, trong ít nhất một mặt phẳng, sẽ có độ lợi cao hơn. Tỷ lệ front-to-back (F / B) được sử dụng như một phép đo công suất để cố gắng mô tả mức bức xạ từ phía sau của một ăng-ten định hướng. Về cơ bản, tỷ lệ front-to-back là tỷ số giữa độ lợi đỉnh theo hướng phía trước và độ lợi 180 độ sau đỉnh. Tất nhiên, trên thang đo DB, tỷ lệ trước-sau chỉ đơn giản là sự khác biệt giữa mức tăng đỉnh phía trước và mức tăng phía sau đỉnh 180 độ.
Phân loại anten
Có nhiều loại anten cho các ứng dụng khác nhau như thông tin liên lạc, radar, đo lường, mô phỏng xung điện từ (EMP), tương thích điện từ (EMC), v.v. Một số được thiết kế để hoạt động ở dải tần số hẹp, trong khi khácđược thiết kế để phát / nhận xung nhất thời. Thông số kỹ thuật Antenna truyền:
- Cấu trúc vật lý của ăng-ten.
- Dải tần.
- Chế độ ứng dụng.
Sau đây là các loại anten theo cấu trúc vật lý:
- dây;
- khẩu độ;
- phản;
- ống kính ăng ten;
- ăng-ten microstrip;
- ăng-ten lớn.
Sau đây là các loại anten phát tùy thuộc vào tần số hoạt động:
- Tần số Rất thấp (VLF).
- Tần số thấp (LF).
- Tần số trung bình (MF).
- Tần số cao (HF).
- Tần số Rất Cao (VHF).
- Tần số cực cao (UHF).
- Tần số siêu cao (SHF).
- Sóng vi ba.
- Sóng radio.
Sau đây là ăng-ten phát và nhận tùy theo chế độ ứng dụng:
- Kết nối điểm - điểm.
- Ứng dụng phát sóng.
- Thông tin liên lạc bằng radar.
- Truyền thông qua vệ tinh.
Tính năng thiết kế
Ăng ten phát tạo ra bức xạ tần số vô tuyến truyền trong không gian. Ăng-ten thu thực hiện quá trình ngược lại: chúng nhận bức xạ tần số vô tuyến và chuyển đổi nó thành các tín hiệu mong muốn, chẳng hạn như âm thanh, hình ảnh trong ăng-ten truyền sóng truyền hình và điện thoại di động.
Loại anten đơn giản nhất bao gồm hai thanh kim loại và được gọi là lưỡng cực. Một trong những loại phổ biến nhất làmột ăng ten đơn cực bao gồm một thanh được đặt thẳng đứng vào một bảng kim loại lớn đóng vai trò như một mặt phẳng mặt đất. Giá đỡ trên xe thường là loại đơn cực và nóc xe bằng kim loại đóng vai trò như mặt đất. Thiết kế của ăng ten phát, hình dạng và kích thước của nó quyết định tần số hoạt động và các đặc tính bức xạ khác.
Một trong những thuộc tính quan trọng của ăng-ten là khả năng định hướng của nó. Trong giao tiếp giữa hai mục tiêu cố định, cũng như trong giao tiếp giữa hai trạm truyền dẫn cố định hoặc trong các ứng dụng ra đa, cần có ăng ten để truyền trực tiếp năng lượng truyền tới máy thu. Ngược lại, khi máy phát hoặc máy thu không đứng yên, như trong truyền thông di động, cần phải có một hệ thống không định hướng. Trong những trường hợp như vậy, cần có một ăng-ten đa hướng để nhận tất cả các tần số một cách đồng nhất theo mọi hướng của mặt phẳng nằm ngang và trong mặt phẳng thẳng đứng, bức xạ không đồng đều và rất nhỏ, giống như một ăng-ten phát HF.
Nguồn phát và nhận
Máy phát là nguồn chính của bức xạ RF. Loại này bao gồm một vật dẫn có cường độ dao động theo thời gian và biến đổi nó thành bức xạ tần số vô tuyến truyền trong không gian. Ăng ten thu - thiết bị thu sóng tần số vô tuyến (RF). Nó thực hiện quá trình truyền ngược do máy phát thực hiện, nhận bức xạ RF, chuyển nó thành dòng điện trong mạch ăng-ten.
Các đài phát thanh truyền hình và đài phát thanh sử dụng ăng-ten phát để truyền một số loại tín hiệu truyền trong không khí. Các tín hiệu này được phát hiện bằng ăng-ten thu, ăng-ten này sẽ chuyển đổi chúng thành tín hiệu và được nhận bởi một thiết bị thích hợp như TV, radio, điện thoại di động.
Ăng ten thu sóng vô tuyến và truyền hình được thiết kế để chỉ nhận bức xạ tần số vô tuyến và không tạo ra bức xạ tần số vô tuyến. Các thiết bị liên lạc di động, chẳng hạn như trạm gốc, bộ lặp và điện thoại di động, có ăng-ten thu và phát chuyên dụng phát ra năng lượng tần số vô tuyến và phục vụ mạng di động phù hợp với công nghệ mạng truyền thông.
Sự khác biệt giữa ăng-ten analog và kỹ thuật số:
- Ăng-ten tương tự có độ lợi thay đổi và hoạt động trong phạm vi 50 km đối với DVB-T. Người dùng càng ở xa nguồn tín hiệu, tín hiệu càng kém.
- Để nhận TV kỹ thuật số - người dùng nhận được một hình ảnh tốt hoặc một hình ảnh nào đó. Nếu nó ở xa nguồn tín hiệu, nó sẽ không nhận được bất kỳ hình ảnh nào.
- Ăng-ten kỹ thuật số phát có bộ lọc tích hợp để giảm nhiễu và cải thiện chất lượng hình ảnh.
- Tín hiệu tương tự được gửi trực tiếp đến TV, trong khi tín hiệu kỹ thuật số cần được giải mã trước. Nó cho phép bạn sửa các lỗi cũng như dữ liệu như nén tín hiệu để có thêm các tính năng như Kênh bổ sung, EPG, Truyền hình trả tiền,trò chơi tương tác, v.v.
Máy phát lưỡng cực
Ăng-ten lưỡng cực là loại đa hướng phổ biến nhất và lan truyền năng lượng tần số vô tuyến (RF) 360 độ theo chiều ngang. Các thiết bị này được thiết kế để có thể cộng hưởng ở một nửa hoặc một phần tư bước sóng của tần số áp dụng. Nó có thể đơn giản như hai đoạn dây, hoặc nó có thể được gói gọn.
Dipole được sử dụng trong nhiều mạng công ty, văn phòng nhỏ và sử dụng tại nhà (SOHO). Nó có trở kháng điển hình để phù hợp với máy phát để truyền tải công suất tối đa. Nếu ăng-ten và bộ phát không khớp, phản xạ sẽ xảy ra trên đường truyền, làm suy giảm tín hiệu hoặc thậm chí làm hỏng bộ phát.
Tiêu điểm có hướng
Ăng-ten định hướng tập trung công suất bức xạ thành các chùm hẹp, mang lại độ lợi đáng kể trong quá trình này. Tính chất của nó cũng tương hỗ. Các đặc tính của anten phát, chẳng hạn như trở kháng và độ lợi, cũng áp dụng cho anten thu. Đây là lý do tại sao cùng một ăng-ten có thể được sử dụng để gửi và nhận tín hiệu. Độ lợi của một ăng-ten parabol có hướng cao dùng để khuếch đại tín hiệu yếu. Đây là một trong những lý do tại sao chúng thường được sử dụng để liên lạc đường dài.
Một anten định hướng thường được sử dụng là một mảng Yagi-Uda được gọi là Yagi. Nó được phát minh bởi Shintaro Uda và đồng nghiệp của ông là Hidetsugu Yagi vào năm 1926. Ăng ten yagi sử dụng một số yếu tố đểtạo thành một mảng có hướng. Một phần tử được điều khiển, thường là lưỡng cực, truyền năng lượng RF, các phần tử ngay trước và sau phần tử được điều khiển sẽ bức xạ lại năng lượng RF trong và ngoài pha, khuếch đại và làm chậm tín hiệu tương ứng.
Những phần tử này được gọi là phần tử ký sinh. Phần tử phía sau nô lệ được gọi là phản xạ và các phần tử phía trước nô lệ được gọi là giám đốc. Ăng-ten Yagi có tần số chùm sóng từ 30 đến 80 độ và có thể cung cấp độ lợi thụ động hơn 10 dBi.
Ăng-ten parabol là loại ăng-ten định hướng quen thuộc nhất. Hình parabol là một đường cong đối xứng và mặt phản xạ hình parabol là một bề mặt mô tả một đường cong trong quá trình quay 360 độ - một cái đĩa. Ăng-ten parabol được sử dụng cho các liên kết khoảng cách xa giữa các tòa nhà hoặc các khu vực địa lý rộng lớn.
Tản nhiệt mặt cắt bán hướng
Ăng-ten vá là một bộ tản nhiệt bán hướng sử dụng một dải kim loại phẳng được gắn trên mặt đất. Bức xạ từ phía sau của ăng-ten được cắt bớt một cách hiệu quả bởi mặt đất, làm tăng khả năng định hướng về phía trước. Loại ăng-ten này còn được gọi là ăng-ten microstrip. Nó thường có hình chữ nhật và được bọc trong một hộp nhựa. Loại ăng-ten này có thể được sản xuất theo phương pháp PCB tiêu chuẩn.
Ăng-ten vá có thể có chiều rộng chùm tia từ 30 đến 180 độ vàmức tăng điển hình là 9 dB. Ăng-ten phân đoạn là một loại ăng-ten bán định hướng khác. Ăng ten khu vực cung cấp mẫu bức xạ khu vực và thường được lắp đặt trong một mảng. Độ rộng chùm tia cho một ăng-ten sector có thể nằm trong khoảng từ 60 đến 180 độ, điển hình là 120 độ. Trong một mảng được phân vùng, các ăng-ten được gắn gần nhau, cung cấp phạm vi phủ sóng 360 độ đầy đủ.
Chế tạo ăng-ten Yagi-Uda
Trong nhiều thập kỷ qua, ăng-ten Yagi-Uda đã xuất hiện ở hầu hết mọi nhà.
Có thể thấy rằng có nhiều đạo diễn để tăng khả năng định hướng của ăng-ten. Bộ nạp là một lưỡng cực gấp khúc. Tấm phản xạ là một phần tử dài nằm ở cuối cấu trúc. Các thông số kỹ thuật sau đây phải được áp dụng cho ăng-ten này.
| Nguyên tố | Quy cách |
| Độ dài phần tử được kiểm soát | 0,458λ đến 0,5λ |
| Chiều dài phản xạ | 0, 55λ - 0,58λ |
| Thời hạn giám đốc 1 | 0.45λ |
| Chiều dài đạo diễn 2 | 0.40λ |
| Thời hạn giám đốc 3 | 0.35λ |
| Khoảng nghỉ giữa các đạo diễn | 0.2λ |
| Phản xạ cho khoảng cách giữa các lưỡng cực | 0.35λ |
| Khoảng cách giữa lưỡng cực và đạo diễn | 0,125λ |
Dưới đây là những lợi ích của ăng-ten Yagi-Uda:
- Tăng cao.
- Tập trung cao độ.
- Dễ dàng xử lý và bảo trì.
- Ít tốn năng lượng hơn.
- Phạm vi phủ sóng tần số rộng hơn.
Sau đây là những nhược điểm của ăng-ten Yagi-Uda:
- Dễ bị nhiễu.
- Thích ứng với các hiệu ứng khí quyển.
Nếu các thông số kỹ thuật trên được tuân thủ, ăng ten Yagi-Uda có thể được thiết kế. Mô hình định hướng của ăng-ten rất hiệu quả, như thể hiện trong hình. Các thùy nhỏ bị triệt tiêu và định hướng của nhịp chính được tăng lên bằng cách thêm các giám đốc vào ăng-ten.
