Антени за безжични системи с ниска мощност - Теоретични материали - Теория - Каталог на статиите
Антени за безжични системи с ниска мощност
Малък преглед на основните типове антени, използвани в радиосистеми с малък обсег в обхвата 433-866 MHz, е изготвен от инженерите на Telecontrolli.
ВъведениеАнтената е най-важният елемент на безжичните системи с ниска мощност, като основно определя техния обхват. Невъзможно е да се предава информация на значително разстояние без антена. В същото време от всички елементи на безжичните системи антената е най-трудната за изчисляване и оптимизиране. В допълнение, характеристиките на антените са силно зависими от много фактори, като диелектричната константа на материалите, близостта и естеството на местоположението на други елементи. И накрая, измерването на характеристиките на антената изисква сложно и скъпо оборудване, което не е достъпно за всеки. Статията предоставя кратък преглед на основните типове антени, използвани в безжични системи с ниска мощност.
Камшична антенаНай-простият тип антена е камшичната антена. Тези антени се използват по правило там, където обхватът на радиосистемата е от първостепенно значение. Камшичната антена е права жица или прът с дължина на четвърт вълна (фиг. 1), свързана директно към терминала RX/TX. Резонансната дължина на четвъртвълнова камшична антена може да се изчисли по формулата:
Тази формула може да служи само като отправна точка за изчисления, тъй като антената може да бъде по-къса, ако прътът е твърде дебел или има някакво покритие. Ако земната площ на PCB е твърде малка, може да се наложи антената да бъде удължена. Тези антени се настройват много лесно - само лекопроменете дължината на проводника. Ако антената е инсталирана на разстояние от приемно-предавателния модул, за свързване може да се използва кабел с импеданс 50 ома (фиг. 2).
Екраниращата оплетка на кабела трябва да бъде запоена към маса близо до извода на антената на модула. Камшичната антена може да бъде направена и под формата на писта на печатна платка (фиг. 3).
Дължината на пистата трябва да бъде с 10-20% по-малка от изчисленията. Колко по-малко зависи от вида на диелектрика и дебелината на печатната платка. Ако устройството е преносимо, антената трябва да бъде малко по-къса, за да се компенсира влиянието на ръцете. Свържете антенната писта на платката на поне 5 mm разстояние от други вериги.
Спирална антенаСпираловидната антена обикновено се прави чрез навиване на парче стоманена, медна или месингова жица (фиг. 4).
Поради високия качествен фактор на спиралните антени, тяхната честотна лента е много малка, а разстоянието от завой до завой има значителен ефект върху производителността на антената. Броят на навивките зависи от диаметъра на проводника, диаметъра на намотката и разстоянието между витките. Най-лесният начин е да се определи необходимия брой навивки експериментално, като първоначално се направи антената очевидно по-дълга и се скъси, докато се открие резонанс на желаната честота. Фината настройка на антената се извършва чрез компресиране или разтягане на спиралата. За да направите антена за честота 433,92 MHz, е необходимо да навиете 17 навивки емайлиран проводник с диаметър 1 mm на дорник с диаметър 5 mm и да разтегнете намотката така, че дължината й да е 30 mm. Голям недостатък на спираловидните антени е тяхната висока чувствителност към всякакви предмети, доближени до антената, по-специално към ръцете, така че такива антени не са много подходящи за преносимо оборудване.
Кричкова антенаКричковите антени се използват главно в предаватели, особено когато размерът и теглото са критични. Рамковите антени се произвеждат като част от печатна платка. Единият край на антената е заземен, а другият край е свързан към извода TX/RX чрез кондензатор (Фигура 5). Кондензаторът се използва за съгласуване и настройка на антената.
Значително предимство на рамковите антени е тяхната ниска чувствителност към влиянието на ръцете и независимостта от топологията на "земята". Поради тази причина кръговите антени се използват широко в устройства за дистанционно отваряне на порти, автомобилни аларми и др. Когато проектирате кръгова антена, опитайте се да я направите възможно най-голяма, защото малката антена има слабо усилване и много тясна честотна лента. Правилното подравняване на антената е от съществено значение. За настройка често се използват тримерни или постоянни кондензатори.
Сравнение на различни типове антениОбобщавайки, камшичната антена има най-големите физически размери и трябва да се използва там, където обхватът е от първостепенно значение. Спиралната антена е добър компромис, особено в случаите, когато размерите на устройството са важни. Дизайнът трябва да бъде затворен в корпус и може да бъде направен много компактен. При инсталиране и настройка спиралните антени са по-трудни от камшичните антени, тъй като те са силно повлияни от съседни обекти. Рамковите антени от всички разглеждани имат най-малък обхват.
На английски: Antenna Design Considerations Преведено от AlexAAN по поръчка на RadioLotsman