Doble polarización de antena
La siguiente figura muestra dos antenas de polarización simple montadas juntas para formar una antena de polarización dual. Tenga en cuenta que las antenas de doble polarización tienen dos conectores.
Las antenas de doble polarización irradian (o reciben) dos ondas cuyas polarizaciones son ortogonales entre sí en el espacio. Las ondas polarizadas verticalmente deben recibirse mediante una antena con características de polarización vertical, y las ondas polarizadas horizontalmente deben recibirse mediante una antena con características de polarización horizontal. Las ondas con polarización circular derecha deben recibirse mediante una antena con características de polarización circular hacia la derecha, mientras que las ondas con polarización circular hacia la izquierda deben recibirse mediante una antena con características de polarización circular hacia la izquierda.
Cuando la dirección de polarización de la onda incidente es diferente a la de la antena receptora, la señal recibida se hará más pequeña, es decir, se produce una pérdida de polarización. Por ejemplo, sucederá cuando una antena polarizada +45° reciba una onda polarizada verticalmente o una onda polarizada horizontalmente, o cuando una antena polarizada verticalmente reciba una onda polarizada +45° o una onda polarizada -45°, etc. Pérdida de polarización. Cuando se utiliza una antena polarizada circularmente para recibir cualquier onda polarizada linealmente, o se utiliza una antena polarizada linealmente para recibir cualquier onda polarizada circularmente, etc., inevitablemente se producirá una pérdida de polarización: sólo se puede recibir la mitad de la energía de la onda incidente.
Cuando la dirección de polarización de la antena receptora es completamente ortogonal a la dirección de polarización de la onda incidente, por ejemplo, cuando una antena receptora con polarización horizontal recibe una onda incidente con polarización vertical, o cuando una antena receptora con derecha Cuando una antena receptora con polarización circular recibe una onda incidente con polarización circular hacia la izquierda, la antena no puede recibir la energía de la onda incidente en absoluto. En este caso, la pérdida de polarización es máxima, lo que se denomina aislamiento de polarización completo. La "frecuencia de resonancia" y la "resonancia eléctrica" están relacionadas con la longitud eléctrica de la antena. La longitud eléctrica suele ser la longitud física de un cable dividida por la relación entre la velocidad de propagación de la onda en el espacio libre y la velocidad en el cable. La longitud eléctrica de una antena suele expresarse en términos de longitud de onda. En términos generales, una antena está sintonizada a una frecuencia determinada y es efectiva en una banda de frecuencia centrada alrededor de esa frecuencia resonante. Pero otros parámetros de la antena (especialmente el patrón de radiación y la impedancia) varían con la frecuencia, por lo que la frecuencia de resonancia de la antena puede estar sólo cerca de la frecuencia central de estos parámetros más importantes.
La antena puede resonar a una frecuencia correspondiente a la longitud de la relación entre el número de componentes de longitud de onda de interés. Algunos diseños de antenas tienen múltiples frecuencias resonantes, mientras que otros diseños son relativamente eficientes en una amplia banda de frecuencias. La antena de banda ancha más común es una antena logarítmica, pero su ganancia es mucho menor que la de una antena de banda estrecha. "Ganancia" se refiere a la relación logarítmica entre la intensidad del patrón de radiación de la antena y la intensidad de la antena de referencia en la dirección de la radiación más fuerte de la antena. Si la antena de referencia es una antena omnidireccional, la unidad de ganancia es dBi. Por ejemplo, la ganancia de una antena dipolo es de 2,14 dBi. Los dipolos también se utilizan comúnmente como antenas de referencia (ya que es imposible hacer una antena de referencia omnidireccional perfecta), en cuyo caso la ganancia de la antena se mide en dBd.
La ganancia de la antena es un fenómeno pasivo. La antena no aumenta la excitación, solo la redistribuye para que irradie más energía en una determinada dirección que una antena omnidireccional. Si la ganancia de una antena es positiva en algunas direcciones, será negativa en otras direcciones debido a la conservación de la energía. Por tanto, la ganancia que puede alcanzar una antena debe ser un equilibrio entre la cobertura de la antena y su ganancia. Por ejemplo, la antena parabólica de la nave espacial tiene una gran ganancia, pero el rango de cobertura es muy estrecho y debe apuntar con precisión a la Tierra, pero la ganancia de la antena transmisora es muy pequeña porque necesita irradiar en todas direcciones;
La ganancia de una antena parabólica es proporcional a la apertura (área de reflexión), la precisión de la superficie reflectante de la antena y la frecuencia de transmisión/recepción. En términos generales, cuanto mayor es la apertura, mayor es la ganancia y cuanto mayor es la frecuencia, mayor es la ganancia. Pero a frecuencias más altas, los errores de precisión de la superficie pueden reducir significativamente la ganancia.
"Apertura" y "Patrón de radiación" están estrechamente relacionados con la ganancia. La apertura se refiere a la forma de la sección transversal del "haz" en la dirección de mayor ganancia, que es bidimensional (a veces la apertura se expresa como el radio de un círculo que se aproxima a la sección transversal o el ángulo del cono del haz) . Un patrón de radiación es un gráfico tridimensional que muestra la ganancia, pero normalmente sólo se consideran las secciones transversales bidimensionales horizontales y verticales del patrón de radiación. El patrón de radiación de las antenas de alta ganancia suele ir acompañado de "lóbulos laterales". Los lóbulos laterales se refieren a los haces distintos del lóbulo principal (el "haz" con la mayor ganancia). Cuando sistemas como el radar necesitan determinar la dirección de una señal, los lóbulos laterales pueden afectar la calidad de la antena. Debido a la distribución de energía, los lóbulos laterales también reducirán la ganancia del lóbulo principal.
La ganancia se refiere a la relación entre la densidad de potencia de la señal generada por la antena real y la unidad radiante ideal en el mismo punto del espacio cuando la potencia de entrada es igual. Describe cuantitativamente el grado en que una antena concentra la potencia de entrada. Obviamente, la ganancia está estrechamente relacionada con el patrón de antena. Cuanto más estrecho es el lóbulo principal, más pequeños son los lóbulos laterales y mayor es la ganancia. Podemos entender el significado físico de ganancia de esta manera: para generar una señal de un cierto tamaño a una cierta distancia, si se utiliza una fuente puntual no direccional ideal como antena transmisora, la potencia de entrada es de 100 W, y si una Se utiliza una ganancia de G = 13 dB = 20. La antena direccional actúa como antena transmisora y la potencia de entrada es sólo 100/20. En otras palabras, la ganancia de una antena en comparación con una fuente puntual ideal no direccional es un múltiplo de la potencia de entrada en términos de su efecto de radiación en la dirección de máxima radiación.
La ganancia del dipolo de media onda es G=2,15dBi.
Cuatro osciladores simétricos de media onda están dispuestos hacia arriba y hacia abajo a lo largo de la línea vertical para formar una matriz vertical de cuatro elementos, con una ganancia de aproximadamente G = G = 8,15 dBi (la unidad DBI dBi indica que la comparación El objeto es un punto ideal con radiación uniforme en todas las direcciones (fuente).
Si se utiliza un oscilador simétrico de media onda como objeto de comparación, la unidad de ganancia es dBd.
La ganancia del dipolo de media onda es G=0dBd (debido a que se compara consigo mismo, la relación es 1 y el logaritmo es cero). La ganancia del conjunto cuádruple vertical es aproximadamente g = 8,15–2,15 = 6 DBD.
Características de ganancia:
(1) La antena es un dispositivo pasivo y no puede generar energía. La ganancia de antena es simplemente la capacidad de concentrar energía de manera efectiva en una dirección determinada para irradiar o recibir ondas electromagnéticas.
⑵La ganancia de antena se genera por la superposición de osciladores. Cuanto mayor sea la ganancia, mayor será la longitud de la antena.
⑶Cuanto mayor sea la ganancia de la antena, mejor será la directividad, más concentrada será la energía y más estrecho será el lóbulo. La "impedancia" es análoga al índice de refracción en óptica. Cuando las ondas de radio pasan a través de diferentes partes del sistema de antena (estación de radio, alimentador, antena y espacio libre), encuentran diferencias de impedancia. En cada interfaz, de acuerdo con la adaptación de impedancia, parte de la energía de la onda de radio se reflejará de regreso a la fuente, formando una determinada onda estacionaria en la línea de alimentación. En este momento, se puede medir la relación entre la energía máxima y la energía mínima, lo que se denomina relación de onda estacionaria (ROE). Lo ideal es una relación de onda estacionaria de 1:1. Una relación de onda estacionaria de 1,5:1 se considera crítica en aplicaciones de baja energía donde el consumo de energía es crítico. En el equipamiento correspondiente también están disponibles relaciones de onda estacionaria de hasta 6:1. Minimizar las diferencias de impedancia entre interfaces (adaptación de impedancia) reducirá la relación de onda estacionaria y maximizará la transferencia de energía entre los componentes del sistema de antena.
La impedancia compleja de la antena está relacionada con la longitud eléctrica de la antena cuando está funcionando. Al ajustar la impedancia del alimentador, es decir, utilizando el alimentador como transformador de impedancia, la impedancia de la antena se puede hacer coincidir con el alimentador y la estación de radio. Los más utilizados son sintonizadores de antena, baluns, transformadores de impedancia, redes de adaptación o segmentos de adaptación que incluyen condensadores e inductores, como la adaptación gamma. El patrón de radiación de ganancia (dBi) de una antena dipolo de media onda (igual que el anterior) es una descripción gráfica de la intensidad de campo relativa emitida o recibida por la antena. Como la antena irradia en tres dimensiones, se necesitan varios diagramas para describirla. Si la radiación de la antena es simétrica con respecto a un determinado eje (como las antenas dipolo, las antenas helicoidales y algunas antenas parabólicas), solo se requiere un patrón.
Los diferentes proveedores/usuarios de antenas tienen diferentes estándares y formatos de dibujo para patrones. La relación entre voltaje y corriente en una línea de transmisión infinita se define como la impedancia característica de la línea de transmisión, representada por Z0. La fórmula de cálculo para la impedancia característica del cable coaxial es
z .=[60/√εr]×log(d/d)[Europa].
Donde d es el diámetro interior de la malla de cobre del conductor exterior del cable coaxial; d es el diámetro exterior del núcleo del cable coaxial
εr es la constante dieléctrica relativa; del medio aislante entre conductores.
Normalmente Z0 = 50 euros, algunos Z0 = 75 euros.
No es difícil ver en la fórmula anterior que la impedancia característica del alimentador solo está relacionada con el diámetro del conductor d y d y la constante dieléctrica εr del medio entre los conductores, pero está relacionada con la longitud del alimentador, la frecuencia de operación y los terminales conectados al alimentador son irrelevantes. La transmisión de señales en alimentadores implica no sólo la pérdida resistiva del conductor, sino también la pérdida dieléctrica del material aislante. Estas dos pérdidas aumentan con el aumento de la longitud del alimentador y la frecuencia de operación. Por lo tanto, la longitud del alimentador debe acortarse tanto como sea posible mediante un diseño razonable.
La pérdida por unidad de longitud está representada por el coeficiente de atenuación β, y la unidad es dB/m (decibelios/metro). Las unidades en las especificaciones técnicas del cable son en su mayoría dB/100 m (decibelios/cien metros).
Supongamos que la potencia del alimentador de entrada es P1 y la potencia de salida del alimentador con longitud L (m) es P2. La pérdida de transmisión TL se puede expresar como:
TL. = 10 ×Lg ( P1 /P2) (decibel)
El coeficiente de atenuación es
β = TL / L (decibel/metro)
Por ejemplo, Cable Nokia de baja pérdida de 7/8 de pulgada El coeficiente de atenuación del cable a 900 MHz es β=4,1 dB/100 m, que también se puede escribir como β=3 dB/73 m. Es decir, la potencia de la señal. la frecuencia 900MHz disminuye cada vez que pasa por este cable con una longitud de 73 m.
Cables comunes que no son de baja pérdida, como SYV-9-50-1, 900 MHz, coeficiente de atenuación β = 20,1 dB/100 m, que también se puede escribir como β = 3 dB/15 m, es decir, la frecuencia es de 900 MHz. Potencia de señal. Definición: La relación entre el voltaje de la señal y la corriente de la señal en el extremo de entrada de la antena se denomina impedancia de entrada de la antena. La impedancia de entrada tiene una componente resistiva Rin y una componente reactiva Xin, es decir, Zin = Rin+j Xin. La existencia del componente de reactancia reducirá la extracción de potencia de señal por parte del alimentador, por lo que el componente de reactancia debe ser lo más cero posible, es decir, la impedancia de entrada de la antena debe ser la resistencia más pura posible. De hecho, incluso una antena bien diseñada y sintonizada siempre contiene un pequeño componente reactivo en su impedancia de entrada.
La impedancia de entrada está relacionada con la estructura, tamaño y longitud de onda de funcionamiento de la antena. El dipolo de media onda es la antena básica más importante y su impedancia de entrada es Zin = 73,1+j42,5 (ohmios). Cuando la longitud se acorta en (3 ~ 5)%, el componente de reactancia se puede eliminar y la impedancia de entrada de la antena es resistencia pura.
En este momento, la impedancia de entrada es Zin = 73,1 (ohmios) (75 ohmios nominales). Tenga en cuenta que, estrictamente hablando, una impedancia de entrada de antena puramente resistiva es sólo para frecuencias puntuales.
Por cierto, la impedancia de entrada del oscilador híbrido de media onda es 4 veces la del oscilador simétrico de media onda, es decir, Zin = 280 (ohmios) (300 ohmios nominales).
Curiosamente, para cualquier antena, siempre se puede ajustar la impedancia de la antena de modo que la parte imaginaria de la impedancia de entrada sea pequeña y la parte real esté bastante cerca de 50 ohmios dentro del rango de frecuencia de funcionamiento requerido, de modo que la impedancia de entrada de la antena La impedancia es Zin = Rin = 50 ohmios, que es necesaria para una buena coincidencia de impedancia entre la antena y el alimentador. Ya sean antenas transmisoras o antenas receptoras, siempre funcionan dentro de un cierto rango de frecuencia (ancho de banda). Hay dos definiciones diferentes del ancho de banda de la antena:
Una es cuando la relación de onda estacionaria SWR es menor. mayor o igual a 1,5 El ancho de banda de frecuencia operativa de la antena;
Se refiere al ancho de banda dentro del rango de 3 decibelios cuando se reduce la ganancia de la antena.
En los sistemas de comunicaciones móviles suele estar definido por el primero. Específicamente, el ancho de banda de la antena es el rango de frecuencia operativa de la antena cuando la relación de onda estacionaria SWR de la antena no excede 1,5.
En términos generales, el rendimiento de la antena es diferente en cada punto de frecuencia dentro del ancho de banda operativo, pero la degradación del rendimiento causada por esta diferencia es aceptable.