I. Radioaaltojen perusominaisuudet WWW.WHWIRELESS.COM Arvioitu lukuaika: 15 minuuttia 1.1 Radioaaltojen määritelmä Radioaallot toimivat signaalien ja energian kantajina, jotka syntyvät värähtelevien sähkö- ja magneettikenttien keskinäisestä kytkennästä noudattaen vuorottelevan kytkennän lakia "sähkö synnyttää magnetismia ja magnetismi sähköä". Etenemisen aikana sähkö- ja magneettikentät ovat aina kohtisuorassa toisiinsa nähden ja molemmat kohtisuorassa aallon etenemissuuntaan nähden, mikä tekee niistä **poikittaisia sähkömagneettisia aaltoja (TEM-aallot)**. Niiden syntyminen on peräisin korkeataajuisista värähtelypiireistä: kun piirin virta muuttuu nopeasti ajan kuluessa, ympäröivään tilaan virittyy vaihtuva sähkömagneettinen kenttä. Kun tämä sähkömagneettinen kenttä irtoaa aaltolähteestä, se etenee avaruudessa radioaaltojen muodossa ilman mitään väliainetta – ne voivat jopa lähettää tyhjiössä. 1.2 Aallonpituuden, taajuuden ja etenemisnopeuden välinen suhde Radioaaltojen aallonpituuden (λ), taajuuden (f) ja niiden etenemisnopeuden (valon nopeus \( C \) tyhjiössä, noin \( 3×10^8 \, \text{m/s} \)) välistä suhdetta kuvaava ydinkaava on: [lambda = ∫frac{C}{f}] **Keskeinen johtopäätös**: Samassa väliaineessa taajuus ja aallonpituus ovat ehdottoman kääntäen verrannollisia – mitä korkeampi taajuus, sitä lyhyempi aallonpituus. Tämä suhde sanelee suoraan antennien suunnittelumitat: esimerkiksi aallonpituus 2,4 GHz:n WiFi signaali on noin 12,5 cm, mikä vastaa puoliaallon dipoliantennin noin 6,25 cm pituutta; 700 MHz Matalataajuisen tietoliikennesignaalin aallonpituus on noin 42,8 cm, mikä vaatii 21,4 cm:n puoliaallon dipolin pituuden. Lisäksi antennin sähköinen suorituskyky (kuten säteilytehokkuus, vahvistus ja impedanssi) liittyy suoraan sen **sähköiseen pituuteen** (fyysisen pituuden ja aallonpituuden suhde). Käytännön suunnittelussa vaadittu sähköinen pituus on muunnettava tietyksi fyysiseksi pituudeksi, jotta antenni toimii oikein. 1.3 Radioaaltojen polarisaatio Polarisaatio viittaa sähkökentän suunnan vaihtelulakiin radioaallon etenemisen aikana. Sähkökentän vektorin spatiaalinen liikerata määrää sen, että muodostuu täydellinen spektri: **Ympyräpolarisaatio ← Elliptinen polarisaatio → Lineaarinen polarisaatio**. Näiden kolmen ydinominaisuudet ja sovellusskenaariot ovat seuraavat: - **Lineaarinen polarisaatio**: Sähkökentän suunta pysyy kiinteänä, mikä on yleisimmin käytetty polarisaatiomuoto. Aalto, jonka sähkökenttä on kohtisuorassa maahan nähden, on **vertikaalisesti polarisoitu aalto**, jolla on voimakas vastustuskyky maasta tuleville heijastushäiriöille ja joka soveltuu maanpäälliseen mobiiliviestintään (esim. perinteisille 2G/3G-tukiasemille); aalto, jonka sähkökenttä on yhdensuuntainen maanpinnan kanssa, on **vaakasuoraan polarisoitu aalto**, jota käytetään yleisesti radio- ja televisiolähetyksissä, mikroaaltovälitysviestinnässä ja muissa tilanteissa. - **Ympyräpolarisaatio**: Sähkökentän vektorin lentorata on ympyränmuotoinen ja jakautuu **vase...

Taulukon luokittelu antennit . WWW.WHWIRELESS.COM Arvioitu lukuaika: 15 minuuttia Antennit luokitellaan tyypillisesti yksittäisten yksiköiden järjestelyn perusteella. Lineaarinen ryhmä: Suoralle viivalle järjestetty antennielementtien ryhmä, jonka yksiköiden välinen etäisyys voi olla sama tai eri suuri. Se voidaan jakaa edelleen reunasta valaistuihin ryhmiin ja päädystä valaistuihin ryhmiin keskittyneen säteilyenergian suunnan perusteella. Tasomainen ryhmä: Yhden tason keskipisteisiin järjestettyjen antennielementtien ryhmä. Jos kaikki tasomaisen ryhmän elementit on järjestetty suorakaiteen muotoiseen ruudukkoon, sitä kutsutaan suorakaiteen muotoiseksi ryhmäksi; jos kaikkien elementtien keskukset sijaitsevat samankeskisillä ympyröillä tai elliptisillä renkailla, sitä kutsutaan ympyrämäiseksi ryhmäksi. Tasomaisissa ryhmissä voi olla myös yhtä suurilla tai erisuuruisilla välein olevia ryhmiä. Konformaaliset ryhmät: antenniryhmät, jotka on kiinnitetty kantoaallon muotoon ja mukautuvat sen mukaan. Sylinterimäisen pinnan omaavat ryhmät, pallomaisen pinnan omaavat ryhmät ja kartiomaisen pinnan omaavat ryhmät ovat kaikki esimerkkejä konformaalisista ryhmistä. Ryhmäantenni yksikön kokoonpano. Lineaarinen antenni Antenniryhmäelementit: dipolityyppiset, monopolityyppiset, rengasmaiset elementit (kuten rakoantennit) ja spiraalielementit. Kalvotyyppiset elementit: torviantennielementit, avoimen aukon aaltojohdinelementit, mikroliuskaelementit. Hybridi- ja erikoistuneet elementit: Yagi-Uda-yksiköt, logaritmis-jaksolliset dipoliryhmäyksiköt, keskiresonanssiantenniyksiköt, metapinta-/metamateriaaliyksiköt. Ryhmäantennien teoreettinen perusta. ① Sähkömagneettisten aaltojen interferenssin ja superposition periaate: Ryhmäantennit voivat luoda säteilyominaisuuksia, jotka poikkeavat perinteisten yksittäisten antenniyksiköiden säteilyominaisuuksista. Yksi tämän tärkeimmistä syistä on se, että useiden koherenttien säteilyyksiköiden lähettämät sähkömagneettiset aallot interferoivat ja päällekkäin avaruudessa, jolloin joillakin alueilla säteily lisääntyy ja toisilla vähenee. Tämä johtaa vakion kokonaissäteilyenergian uudelleenjakautumiseen eri alueille. ② Suuntakaaviotulon teoreema: Kaukokentän olosuhteissa kokonaisen normalisoidun suuntafunktion antenni Useista identtisistä elementeistä koostuva ryhmä, joka on viritetty kiinteällä amplitudilla ja vaiheella ja järjestetty kiinteisiin geometrisiin paikkoihin, voidaan jakaa seuraavasti: Ensisijainen tekijä F( θ , φ ): Yksittäisen yksikön suuntakyky vapaassa tilassa (mukaan lukien yksikkö ' s polarisaatio ja suunta). Taulukkotekijä AF( θ , φ ): Tämä määräytyy yksinomaan matriisin geometrisen asettelun, välistyksen, heräteaallon amplitudin ja vaiheen perusteella, eikä se vaikuta elementtien erityiseen muotoon. Eli yhdistetty kokonaissuuntadiagrammi D( θ , φ ) = F( θ , φ ) · AF( θ , φ ). Taulukon analyysi antennit . Ryhmäantennin analyysissä määritetään sen säteilyominaisuudet olettaen, että neljä parametria tunnetaan (eleme...

Mikä on Antenni ? An antenni on laite, jota käytetään lähettää ja vastaanottaa radioaaltoja Se on langattomien viestintäjärjestelmien keskeinen komponentti, joka pystyy muuntamaan korkeataajuiset sähkövirrat (jotka virtaavat siirtolinjoissa) sisään sähkömagneettiset aallot (jotka leviävät vapaassa tilassa) ja päinvastoin. Antenneja käytetään laajalti radiolähetykset, televisio, mobiiliviestintä, satelliittiviestintä , tutkajärjestelmät ja monilla muilla aloilla. Tarkemmin sanottuna antennin toimintoihin kuuluvat: Säteilevät sähkömagneettiset aallot: Lähetyspuolella antenni muuntaa elektronisten laitteiden tuottaman korkeataajuisen sähköenergian radioaalloksi ja säteilee ne ympäröivään avaruuteen pitkän kantaman lähetystä varten. Sähkömagneettisten aaltojen vastaanottaminen: Vastaanottopuolella antenni kaappaa avaruudesta tulevia radioaaltoja ja muuntaa ne korkeataajuisiksi sähkövirroiksi. Näitä signaaleja voidaan sitten käsitellä – kuten demoduloida, vahvistaa ja dekoodata – alkuperäisen tiedon tai datan palauttamiseksi. Energian muuntaminen: Antenni toimii väliaineena energian muuntaminen , siirtäen tehokkaasti energiaa ohjattujen aaltojen (siirtolinjoissa) ja vapaan tilan aaltojen (radioaallot) välillä. Suuntavuus ja polarisaatio: Monilla antenneilla on erityisiä suuntaavuus ja polarisaatio ominaisuudet. Suuntaaminen viittaa antennin kykyyn säteillä tai vastaanottaa energiaa tehokkaammin tiettyihin suuntiin kuin toisiin. Polarisaatio kuvaa antennin lähettämän tai vastaanottaman radioaallon sähkökentän suuntaa. Nämä ominaisuudet auttavat optimoimaan tiedonsiirron suorituskykyä, vähentämään häiriöitä ja pidentämään tiedonsiirtoetäisyyttä. Impedanssin sovitus: Signaalin heijastumisen ja energiahäviön minimoimiseksi lähetyksen aikana antennin on oltava impedanssisovitettu siirtolinjan (syöttölinjan) kanssa. Tämä tarkoittaa, että antennin tuloimpedanssin tulee vastata linjan ominaisimpedanssia tehokkaan tehonsiirron mahdollistamiseksi. Signaalin parannus ja peittoalue: Joissakin järjestelmissä antenneja käytetään ns. parantaa signaalin voimakkuutta tai laajentaa kattavuutta Esimerkiksi: Sisään mobiilit tukiasemat suuren vahvistuksen antennit voivat laajentaa signaalin peittoalueita. Sisään satelliittiviestintä , suunta- ja suuren vahvistuksen antennit parantavat signaalin vastaanoton laatua ja luotettavuutta.

Miksi impedanssin sovitus on välttämätöntä WWW.WHWIRELESS.COM Arvioitu lukuaika: 15 minuuttia Suurin ero radiotaajuus (RF) ja laitteiston välinen ero piilee impedanssin sovituksessa, ja impedanssin sovituksen syynä on sähkömagneettisten kenttien läpäisy. Kuten me kaikki tiedämme, sähkömagneettinen kenttä on sähkökentän ja magneettikentän välinen vuorovaikutus. Siirtoväliaineen häviö johtuu siitä, että sähkökenttä aiheuttaa värähtelyjä vaikutuksessaan elektroneihin. Mitä suurempi taajuus , mitä enemmän sähkömagneettisten aaltojen syklejä on samanpituisessa siirtolinjassa ja sitä suurempi on virran muutosten taajuus. Tämän seurauksena värähtelyjen synnyttämä lämpöhäviö kasvaa, mikä johtaa suurempiin häviöihin siirtolinjassa. Matalilla taajuuksilla, koska aallonpituus on paljon pidempi kuin siirtolinja, piirin siirtolinjan jännite ja virta pysyvät lähes muuttumattomina, joten siirtolinjan häviö on hyvin pieni. Samaan aikaan, jos heijastusta tapahtuu aallon ulostulon aikana, heijastuneen aallon superpositio alkuperäisen sisääntuloaallon kanssa voi johtaa signaalin laadun heikkenemiseen ja myös vähentää tehokkuutta. signaalinsiirto . Työskentelitpä sitten laitteiston parissa tai RF-järjestelmät , tavoitteena on saavuttaa parempi signaalinsiirto , eikä kukaan halua energian menevän hukkaan piirissä. Kun kuormitusvastus on yhtä suuri kuin signaalilähteen sisäinen resistanssi, kuorma voi saavuttaa maksimilähtötehon. Tätä kutsutaan usein impedanssin sovitukseksi. On tärkeää huomata, että konjugaattisovitus on tarkoitettu maksimaaliseen tehonsiirtoon. Jännitteen heijastuskertoimen kaavan \( \Gamma = \frac{Z_L - Z_0}{Z_L + Z_0} \) mukaan \( \Gamma \) ei ole tällä hetkellä yhtä suuri kuin 0, mikä tarkoittaa, että jännitettä heijastuu. Säröimättömässä sovituksessa impedanssit ovat täysin yhtä suuret, joten jännitteen heijastumista ei tapahdu. Kuormateho ei kuitenkaan ole tässä tapauksessa maksimoitu. Heijastushäviö (RL) = \(-20\log|\Gamma| \) Jännitteen seisovan aallon suhde (VSWR) = \( \frac{1 + |\Gamma|}{1 - |\Gamma|} \) Seisovan aallon suhteen ja siirtotehokkuus näkyy alla olevassa taulukossa: Impedanssin sovitus on melko työläs laskentaprosessi. Onneksi meillä on Smithin kaavio, joka on välttämätön työkalu impedanssin sovitukseen. Smithin kaavio on kaavio, joka koostuu useista leikkaavista ympyröistä. Oikein käytettynä se mahdollistaa näennäisesti monimutkaisen järjestelmän sovitusimpedanssin laskemisen ilman laskelmia. Ainoa mitä meidän tarvitsee tehdä, on lukea ja seurata tietoja ympyröiden suuntaisesti. ## Smithin kaaviomenetelmä 1. Sarjaan kytketyn kondensaattorikomponentin kytkemisen jälkeen impedanssipiste liikkuu vastapäivään vakioresistanssiympyrää pitkin, jolla se on. 2. Shunttikondensaattorikomponentin kytkemisen jälkeen impedanssipiste liikkuu myötäpäivään vakiojohtavuusympyrää pitkin, jolla se on. 3. Sarjaan kytketyn induktorikomponentin kytkemisen jälkeen impedanssipiste liikkuu myötäpäivään vakioresistanssiympyrää pitkin, jolla se on. 4. Kun...