اخبار - نظریه آنتن - پارامترهای اساسی

این فصل پارامترهای اساسی ارتباطات بی‌سیم را معرفی می‌کند، با هدف ارائه درک بهتری از نقش آنتن‌ها در سیستم‌های ارتباطی. ارتباطات بی‌سیم به صورت امواج الکترومغناطیسی انجام می‌شود، و درک ویژگی‌های انتشار امواج را ضروری می‌سازد.

در این فصل، پارامترهای زیر را بررسی خواهیم کرد:

• فرکانس
• طول موج
• تطبیق امپدانس
• VSWR و توان بازتابی
•پهنای باند
• درصد پهنای باند
• شدت تابش

حالا، بیایید نگاهی دقیق به آنها بیندازیم.

فرکانس：

طبق تعریف استاندارد، فرکانس تعداد تکرار یک موج در واحد زمان است. به عبارت ساده، فرکانس توصیف می‌کند که یک رویداد چند وقت یکبار اتفاق می‌افتد. یک موج تناوبی هر T ثانیه (یک دوره تناوب) تکرار می‌شود و فرکانس آن معکوس دوره زمانی T است.

از نظر ریاضی، به صورت زیر ظاهر می‌شود：

$$f = \frac{1}{T}$$

•F نشان دهنده فرکانس یک موج تناوبی است، در حالی که

•T زمان لازم برای تکمیل یک چرخه کامل است.

فرکانس با واحد هرتز اندازه‌گیری می‌شود که به اختصار Hz نامیده می‌شود.

شکل بالا یک موج سینوسی را نشان می‌دهد که ولتاژ (برحسب میلی‌ولت) را به عنوان تابعی از زمان (برحسب میلی‌ثانیه) رسم می‌کند. این شکل موج هر 2t میلی‌ثانیه تکرار می‌شود؛ بنابراین، دوره تناوب آن T = 2t میلی‌ثانیه و فرکانس آن f = 1/(2t) کیلوهرتز است.

طول موج：

طبق تعریف استاندارد، فاصله بین دو قله متوالی یا دو حضیض متوالی، طول موج نامیده می‌شود.

به عبارت ساده، طول موج فاصله بین دو پیک مثبت مجاور یا دو پیک منفی مجاور است. شکل زیر یک شکل موج تناوبی را نشان می‌دهد که طول موج (λ) و دامنه آن مشخص شده است. هرچه فرکانس بالاتر باشد، طول موج کوتاه‌تر است و برعکس.

فرمول طول موج:

$$\lambda = \frac{c}{f}$$

•λ نشان دهنده طول موج است

•C سرعت نور است (۳ ضربدر ۱۰^۸ متر بر ثانیه)

•F فرکانس است

طول موج λ بر حسب واحدهای طول، مانند متر، فوت یا اینچ بیان می‌شود. واحد رایج مورد استفاده متر است.

تطبیق امپدانس：

طبق تعریف استاندارد، تطبیق امپدانس زمانی رخ می‌دهد که امپدانس فرستنده تقریباً برابر با امپدانس گیرنده باشد.

تطبیق امپدانس بین آنتن و مدار ضروری است. امپدانس‌های آنتن، خط انتقال و مدار باید با هم تطبیق داده شوند تا حداکثر انتقال توان بین آنتن و گیرنده یا فرستنده حاصل شود.

ضرورت تطبیق
دستگاه‌های رزونانس قادر به ارائه خروجی بهینه در فرکانس‌های باند باریک خاص هستند. به عنوان یک دستگاه رزونانس، یک آنتن می‌تواند عملکرد خروجی بهتری را زمانی که امپدانس آن به درستی تطبیق داده شده باشد، به دست آورد.

• هنگامی که امپدانس آنتن با امپدانس فضای آزاد مطابقت داشته باشد، توان تابش شده توسط آنتن به طور موثر منتقل می‌شود.

• برای یک آنتن گیرنده، امپدانس خروجی آن باید با امپدانس ورودی مدار تقویت کننده گیرنده مطابقت داشته باشد.

• برای یک آنتن فرستنده، امپدانس ورودی آن باید با امپدانس خروجی تقویت‌کننده فرستنده و همچنین امپدانس مشخصه خط انتقال مطابقت داشته باشد.

امپدانس بر حسب اهم اندازه‌گیری می‌شود و با نماد Z نشان داده می‌شود.

VSWR و توان بازتابی：

طبق تعریف استاندارد، نسبت حداکثر ولتاژ به حداقل ولتاژ در یک موج ایستاده، نسبت موج ایستاده ولتاژ (VSWR) نامیده می‌شود.

وقتی امپدانس آنتن، خط انتقال و مدار با هم مطابقت نداشته باشند، توان نمی‌تواند به طور مؤثر تابش شود؛ در عوض، بخشی از توان بازتاب می‌شود.

ویژگی‌های اصلی عبارتند از -

• پارامتری که میزان عدم تطابق امپدانس را نشان می‌دهد، نسبت موج ایستاده ولتاژ (VSWR) نامیده می‌شود.

•VSWR مخفف نسبت موج ایستاده ولتاژ است و معمولاً به عنوان SWR نیز شناخته می‌شود.

• هرچه عدم تطابق امپدانس بیشتر باشد، مقدار VSWR بیشتر است

• برای دستیابی به تابش مؤثر، مقدار ایده‌آل VSWR برابر با ۱:۱ است.

•توان بازتابی به بخشی از توان رو به جلو که هدر می‌رود اشاره دارد. توان بازتابی و VSWR اساساً پدیده فیزیکی یکسانی را از دیدگاه‌های مختلف توصیف می‌کنند.

پهنای باند:

طبق تعریف استاندارد، باند فرکانسی در یک محدوده طول موج مشخص که برای یک ارتباط خاص اختصاص داده شده است، پهنای باند نامیده می‌شود.

وقتی سیگنالی ارسال یا دریافت می‌شود، در محدوده فرکانسی خاصی عمل می‌کند. این محدوده فرکانسی خاص به یک سیگنال خاص اختصاص داده می‌شود تا از تداخل سیگنال‌های دیگر در حین ارسال جلوگیری شود.

•پهنای باند به محدوده فرکانسی بین محدوده فرکانس بالا و فرکانس پایین یک سیگنال ارسالی اشاره دارد.

•پس از تخصیص پهنای باند، دیگران نمی‌توانند از آن استفاده کنند.

• کل طیف به بخش‌های پهنای باند تقسیم می‌شود که هر کدام به فرستنده‌های مختلفی اختصاص داده شده‌اند.

پهنای باندی که ما در مورد آن صحبت کردیم را می‌توان پهنای باند مطلق نیز نامید.

درصد پهنای باند：

طبق تعریف استاندارد، نسبت پهنای باند مطلق به فرکانس مرکزی آن، پهنای باند درصدی نامیده می‌شود.

فرکانسی در یک باند که در آن قدرت سیگنال به حداکثر خود می‌رسد، فرکانس تشدید نامیده می‌شود که به عنوان فرکانس مرکزی باند نیز شناخته می‌شود و با fC نشان داده می‌شود.

فرکانس‌های بالاتر و پایین‌تر باند به ترتیب با fH و fL نشان داده می‌شوند.

پهنای باند مطلق با fH − fL داده می‌شود.

• برای ارزیابی پهنای باند فرکانسی، لازم است پهنای باند کسری یا پهنای باند درصدی آن محاسبه شود.

درصد پهنای باند برای درک محدوده تغییرات فرکانسی که یک قطعه یا سیستم می‌تواند مدیریت کند، محاسبه می‌شود.