Wat is een paneelantenne?

Draadloze communicatie heeft zich de laatste tijd met sprongen ontwikkeld. Er is tegenwoordig een grote verscheidenheid aan antennes op de markt voor verschillende toepassingen. Paneelantennes zijn zo'n type dat wordt gebruikt om een optimale signaalsterkte en richting te verkrijgen. In principe bestaat een paneelantenne uit een dipool die voor een vlakke reflector is geplaatst en wordt gebruikt in veel toepassingen, van mobiele netwerken tot draadloze breedband. Paneelantennes zijn veelzijdig door hun minimalistische ontwerp en hun vermogen om te worden gebruikt voor zowel vaste als draagbare toepassingen in zowel binnen- als buitenomgevingen.

In dit artikel geven we je een uitgebreid inzicht in hun basisdefinitie tot gedetailleerde ontwerpaspecten, operationele principes, belangrijkste kenmerken, gebruik, types, vergelijking met sommige andere antennes en installatierichtlijnen.

Ontwerp en structuur van paneelantenne

Het ontwerp en de structuur van een paneelantenne hangen af van verschillende factoren zoals frequentiebereik, versterking en bundelbreedte, polarisatieen impedantieaanpassing. Paneelantennes zijn er in verschillende uitvoeringen, zoals patchantennes, microstripantennes, slotantennes, enz. Enkele van de meest gebruikte materialen voor het substraat zijn FR-4, Rogers en Teflon. Wanneer het ontwerp en de structuur van een paneelantenne worden bepaald, moet ook rekening worden gehouden met omgevingsfactoren zoals duurzaamheid, weersbestendigheid en montagemogelijkheden. Paneelantennes bestaan uit meerdere elementen of panelen voor het zenden of ontvangen van signalen in een specifieke richting die in een rasterpatroon zijn gerangschikt. Ze zijn meestal rechthoekig of vierkant van vorm, waardoor een groter oppervlak ontstaat en de versterking van de antenne toeneemt. Het compacte en minimalistische ontwerp maakt ze veelzijdig voor vele toepassingen.

Hoe paneelantennes werken

Paneelantennes bestaan uit meerdere stralingselementen die in een specifieke array in een plat paneel zijn geplaatst en deze elementen zijn verbonden met een voedingsnetwerk om de antenne van stroom te voorzien. De stralingselementen in een paneelantenne zijn over het algemeen rechthoekig of vierkant van vorm en de algehele prestatie en richtingsgevoeligheid van de antenne is afhankelijk van de opstelling en configuratie van de stralingselementen.

Belangrijkste kenmerken van paneelantennes

Richtinggevoelige dekking

Paneelantennes hebben over het algemeen een smalle bundelbreedte en daarom stralen ze signalen uit en ontvangen ze deze in een specifieke richting. Dit is een zeer richtingsgevoelige antenne het richten van de signaaloverdracht en -ontvangst op een specifiek gebied. Daarom worden paneelantennes veel gebruikt in punt-tot-punt en punt-tot-multipunt draadloze communicatiesystemen. Het dekkingsgebied van een paneelantenne is kleiner vanwege de hoge richtingsgevoeligheid. Om een dekkingsgebied van 360 graden te hebben, moeten meerdere paneelantennes worden gebruikt. Dankzij de hoge richtingsgevoeligheid en smalle bundelbreedte zijn ze echter in staat om signalen over een lange afstand te verzenden en te ontvangen.

Hoge winst

Aangezien paneelantennes een smalle bundelbreedte hebben die gericht is op een specifiek gebied, is de versterking van paneelantennes meestal aan de hoge kant. Paneelantennes hebben echter een versterking van 6 tot 10 dB tot ongeveer 23 dB. De hoge versterking van paneelantennes maakt ze beter bestand tegen interferentie en maakt ze daarom ideaal voor punt-tot-punt communicatiesystemen, zelfs op lange afstand.

Straalbreedte

Paneelantennes zijn over het algemeen zeer richtingsgevoelig en hebben daarom een smalle en gerichte bundelbreedte. Hierdoor kunnen paneelantennes signalen uitzenden en ontvangen over langere afstanden met minimale interferentie. De zeer gerichte smalle bundelbreedte zorgt er ook voor dat de signaalsterkte hoog, consistent en betrouwbaar is. Door de smalle bundelbreedte kunnen paneelantennes echter slechts een beperkte en specifieke richting bestrijken.

Polarisatie-opties

Paneelantennes zijn verkrijgbaar in verschillende polarisaties om aan verschillende prestatievereisten te voldoen. Paneelantennes kunnen verticaal gepolariseerd, horizontaal gepolariseerd of een combinatie van de twee. Bij verticale polarisatie is het elektrische veld verticaal gericht en dit is de meest common polarisatiemodus die in traditionele commcommunicatiesystemen wordt gebruikt. Bij horizontale polarisatie is het elektrische veld horizontaal gericht en wordt het gebruikt wanneer interferentie met verticaal gepolariseerde systemen moet worden vermeden. Bij dubbele polarisatie of gecombineerde polarisatie ondersteunt de antenne zowel horizontale als verticale polarisatie of polarisatie onder een specifieke hoek. Dit type polarisatie wordt alleen gebruikt voor MIMO (Meervoudige ingang Meervoudige uitgang) systemen.

Compact ontwerp

Paneelantennes hebben over het algemeen een heel eenvoudig en minimalistisch ontwerp. In tegenstelling tot Yagi-antennesPaneelantennes zijn minder omvangrijk. Door hun platte en compacte ontwerp zijn ze eenvoudiger te installeren en nemen ze minder ruimte in beslag. Het ontwerp van paneelantennes vermindert de afhankelijkheid van mechanische onderdelen en minimaliseert zo slijtage. Paneelantennes worden ook gedrukt als printplaten waardoor ze zelfs in kleine elektronische apparaten kunnen worden gebruikt.

Installatiegemak

Dankzij het compacte ontwerp zijn paneelantennes eenvoudig te installeren en te monteren in de meeste omgevingen. Het gestroomlijnde ontwerp van paneelantennes zorgt ervoor dat ze naadloos kunnen worden geïntegreerd in elke omgeving zonder opdringerig te zijn. Paneelantennes zijn verkrijgbaar als plug-and-play apparaten waardoor ze veel gemakkelijker te installeren zijn dan andere traditionele antennes.

Veelzijdigheid

Paneelantennes zijn uiterst veelzijdig omdat ze kunnen worden gemaakt voor een grote verscheidenheid aan frequentiebereiken, versterkingen, polarisaties, enz. Dankzij hun compacte ontwerp kunnen ze gemakkelijk binnen of buiten worden geïnstalleerd. Paneelantennes kunnen worden gebruikt als een enkele antenne of als een array van paneelantennes, afhankelijk van de toepassing. De mogelijkheid om ze aan te passen en te personaliseren naargelang de toepassing maakt paneelantennes uiterst nuttig in commcommunicatiesystemen.

Gebruik binnen en buiten

Paneelantennes kunnen zowel binnen als buiten worden gebruikt. Er zijn tegenwoordig paneelantennes op de markt die speciaal zijn gemaakt voor gebruik binnenshuis of buitenshuis. Binnenantennes worden meestal op muren gemonteerd of op vlakke oppervlakken zoals bureaus of planken geplaatst. Ze zijn meestal rechthoekig van vorm en hebben meerdere interne antennes waarmee ze signalen in een specifieke richting kunnen ontvangen en verzenden. Een belangrijke toepassing van paneelantennes voor binnen is in signaalversterkers in gebouwen om de signaalsterkte en -kwaliteit te verbeteren. Buitenantennes zijn ontworpen om buiten gemonteerd te worden om de signaalsterkte en dekking van een draadloos netwerk te verbeteren. Met hun smalle bundelbreedte zijn ze beter bestand tegen interferentie en worden ze alleen gebruikt in draadloze communicatiesystemen zoals Wi-Fi, mobiele telefonie, RFID, enz. Buitenantennes worden meestal gemonteerd op oppervlakken zoals daken, palen en muren. Paneelantennes die gemaakt zijn voor gebruik buitenshuis zijn duurzamer en beter bestand tegen zware weersomstandigheden zonder dat ze hun prestaties verliezen.

Frequentiebereik

Paneelantennes kunnen werken op een groot aantal frequenties waardoor ze veelzijdig zijn voor verschillende toepassingen. Hun vermogen om hoogfrequente signalen in specifieke richtingen te richten verbetert de prestaties van de antenne. Enkele van de common frequentiebanden voor paneelantennes zijn 2,4 GHz die wordt gebruikt in WiFi-netwerken (IEEE 802.11b/g/n) en andere ISM-toepassingen (Industrial, Scientific, and Medical), 5GHz die wordt gebruikt voor WiFi-netwerken (IEEE 802.11a/n/ac/ax) en andere hoogfrequente toepassingen, 6 GHz die wordt gebruikt voor Wi-Fi (IEEE 802.11ax en 802.11be) en 24 GHz en hoger die over het algemeen worden gebruikt voor millimetergolf 5G-toepassingen.

Waar wordt een paneelantenne voor gebruikt?

Zoals in het hele artikel is vermeld, zijn paneelantennes veelzijdig en worden ze daarom gebruikt in een breed scala aan toepassingen. Hieronder worden enkele van deze toepassingen toegelicht.

Cellulaire Communicatie

Paneelantennes worden in cellulaire basisstations geplaatst om dekking te bieden in een specifiek gebied. Ze worden meestal gemonteerd op torens of gebouwen en gericht in de richting waar dekking nodig is. Door de hoge versterking en richtingsgevoeligheid van paneelantennes kan het basisstation een sterke en consistente dekking bieden aan de gebruikers in dat gebied. Paneelantennes kunnen signalen verzenden en ontvangen tussen basisstations met een hoge signaalsterkte en precisie dankzij de gefocuste bundelbreedte.

WiFi-netwerken

Paneelantennes worden gebruikt in WiFi-netwerken om connectiviteit te bieden aan gebruikers in een specifiek gebied. Ze worden gebruikt in point-to-multipoint verbindingen om gegevens over lange afstanden te verzenden en te ontvangen. Met paneelantennes kan het signaal in een specifieke richting worden gericht en zo zorgen voor een betere bandbreedte, verbeterde signaalsterkte, efficiënte en betrouwbare connectiviteit voor het WiFI netwerk. Meerdere paneelantennes kunnen worden gebruikt voor WiFi-netwerken in grotere dekkingsgebieden. Door de paneelantennes op een verhoogde locatie te monteren, kunnen gebruikers het WiFi-signaal consistent ontvangen zonder veel obstructies, waardoor een hoge kwaliteit van de connectiviteit kan worden gegarandeerd.

Point-to-Point Communicatie

Dit is een van de belangrijkste toepassingen van paneelantennes. Paneelantennes worden gebruikt voor point-to-point verbindingen tussen twee locaties, zoals tussen twee gebouwen op een campus, in backhaul links tussen twee basisstations, enz. Belangrijke kenmerken van paneelantennes zoals de hoge richtingsgevoeligheid, de hoge versterking en de smalle bundelbreedte maken ze ideaal voor dergelijke punt-tot-punt-toepassingen.

Uitzending

Paneelantennes worden gebruikt voor uitzendingen vanwege hun hoge versterking en richtingsgevoeligheid. Paneelantennes zijn bestand tegen meer interferentie en zenden signalen uit in een brede frequentieband, waardoor ze ideaal zijn voor omroepnetwerken. Meerdere paneelantennes kunnen worden gebruikt om een groter gebied te bestrijken.

Openbare veiligheidsnetwerken

Paneelantennes kunnen worden gebruikt voor openbare veiligheidssystemen en hulpverleningssystemen. Ze bieden dekking voor een groot gebied en kunnen zo consistente commcommunicatie mogelijk maken, zelfs in afgelegen of uitdagende omgevingen. Paneelantennes zijn ideaal voor communicatie over lange afstanden en om een hoge tolerantie voor interferentie te bieden die vereist is in dergelijke openbare veiligheidsnetwerken.  

Toepassingen voor het internet der dingen (IoT)

Paneelantennes zijn beschikbaar in hoge frequentiebanden en ze zijn nuttig in IoT-toepassingen omdat ze betrouwbare en snelle communicatie mogelijk maken. Door hun compacte ontwerp en eenvoudige installatie en onderhoud zijn ze ideaal voor gebruik in IoT-toepassingen.

Soorten paneelantennes

Platte paneelantenne

Deze staan ook bekend als patchpanelantennes. Deze antennes hebben een dunne compacte platte vorm en meestal is er een dipool voor een plat reflectorpaneel geplaatst. Platte paneelantennes zijn licht van gewicht en kunnen gemakkelijk op allerlei oppervlakken worden gemonteerd. Door hun eenvoudige ontwerp en structuur zijn ze geschikt voor zowel draagbare als vaste toepassingen. Dit type paneelantenne werkt meestal op zeer hoge frequenties en wordt alleen gebruikt in draadloze commcommunicatiesystemen, zoals Wi-Fi-netwerken, om een gerichte dekking te bieden voor een specifiek gebied. Platte paneelantennes maken een snelle en betrouwbare netwerkverbinding mogelijk.

Sectorpaneelantenne

Een sectorpaneelantenne heeft meestal een kleinere bundelbreedte, meestal azimutvlak 3-dB bundelbreedte die richtbaarheid biedt in specifieke sectoren of hoeken zoals 60, 90 of 120 graden. Ze worden alleen gebruikt in cellulaire netwerken, vooral in basisstations, om een specifiek gebied of sector te bestrijken en worden meestal gebruikt in buitentoepassingen. Qua structuur zijn het lange, smalle antennes met een hoge versterking die meestal bestaan uit een reeks dipolen voor een reflector. De prestaties van de antenne zijn afhankelijk van de grootte en vorm van de reflector en van de hoogte waarop de antenne wordt geplaatst.

Microstrip patch antenne

Deze staan ook bekend als patchantennes. Microstrip patchpaneelantennes zijn een van de kleinste en meest compacte antennes op de markt. Deze antennes worden geprint op een plat substraat van een diëlektrisch materiaal dat over het algemeen PCB (Printed Circuit Boards) wordt genoemd. Door hun minimalistische ontwerp en compacte afmetingen worden dit soort antennes gebruikt in de meeste elektronische apparaten zoals mobiele telefoons, GPS-apparaten en draadloze communicatiesystemen.

Voor- en nadelen van paneelantennes

Voordelen

Dekking over lange afstanden: Paneelantennes hebben een hoge richtingsgevoeligheid en kunnen daarom worden gebruikt om signalen over lange afstanden te verzenden en te ontvangen.

Minimale interferentie: De hoge richtingsgevoeligheid en de gefocuste bundelbreedte minimaliseren de interferentie van andere signalen. Dit verbetert de algehele prestaties. Dit zorgt voor een snellere, stabiele en consistente communicatie.

Eenvoudige installatie: Dankzij het minimalistische en compacte ontwerp is het eenvoudig te installeren en te monteren op de meeste oppervlakken. Gedrukte paneelantennes zijn gemakkelijk te integreren in elektronische apparaten. Paneelantennes zijn ook verkrijgbaar als plug-and-play-opties, waardoor ze gemakkelijk in verschillende toepassingen kunnen worden geïnstalleerd.

Lage kosten: Paneelantennes hebben lage fabricagekosten en zijn over het algemeen gemakkelijker te onderhouden.

Veelzijdig: Paneelantennes zijn zeer veelzijdig omdat ze kunnen worden vervaardigd en op de markt verkrijgbaar zijn in een breed scala aan frequenties en verschillende polarisatie- en stralingspatronen. Paneelantennes kunnen zowel binnen als buiten worden gebruikt en zowel in vaste als in draagbare toepassingen.

Nadelen

Beperkt dekkingsgebied: Vanwege de smalle bundelbreedte zijn meerdere paneelantennes nodig om een gebied van 360 graden te bestrijken.

Vereisten voor uitlijning: Wanneer paneelantennes worden uitgelijnd, moeten ze in optimale oriëntatie worden uitgelijnd voor maximale prestaties en dit kan professionele vaardigheden vereisen. De plaatsing, oriëntatie en uitlijning zijn cruciaal om de prestaties van een paneelantenne te optimaliseren.

Energieverliezen: Vooral microstrip patchpanelantennes kunnen diëlektrische verliezen en geleidingsverliezen hebben tijdens de signaaloverdracht.

Waarom een paneelantenne ideaal is voor point-to-point toepassingen

Paneelantennes worden vaak gebruikt in punt-tot-punt communicatiesystemen, ze zijn ontworpen om signalen in een specifieke richting te zenden en te ontvangen, paneelantennes zijn in staat om het signaal in een specifieke richting te richten vanwege hun hoge directionaliteit, hoge versterking en smalle bundelbreedte. Dit zorgt inherent voor een betere signaalsterkte en consistente en betrouwbare connectiviteit in het commcommunicatiesysteem, waardoor ze ideaal zijn voor punt-tot-punt commcommunicatiesystemen. Door hun gerichte smalle bundelbreedte zijn paneelantennes onderhevig aan minimale interferentie, wat ook nuttig is in communicatiesystemen met punt-tot-punt.

SISO paneelantenne vs MIMO paneelantenne

SISO paneelantennes gebruiken een enkele antenne voor het zenden en ontvangen van signalen en MIMO paneelantennes gebruiken meerdere antennes tegelijkertijd voor signaaloverdracht en -ontvangst. SISO-paneelantennes zijn eenvoudiger in gebruik en goedkoper dan MIMO-paneelantennes. Signaalverwerking is ook veel eenvoudiger bij SISO paneelantennes dan bij MIMO paneelantennes.

SISO-paneelantennes worden over het algemeen gebruikt in minder complexe toepassingen waarbij de grootte, kosten en complexiteit van het systeem geminimaliseerd moeten worden, terwijl MIMO-paneelantennes worden gebruikt in toepassingen die complexe en geavanceerde signaalverwerking, hoge gegevenssnelheden, een groot dekkingsgebied en een betere signaalkwaliteit vereisen. MIMO paneelantennes zijn efficiënter en betrouwbaarder, maar ze zijn veel duurder dan SISO paneelantennes.

Daarom moet op basis van de prestatievereisten van de toepassing worden besloten of een SISO paneelantenne of een MIMO paneelantenne beter is voor de specifieke toepassing.

Installatie en uitlijning

Bij het installeren van een paneelantenne moet eerst en vooral een geschikte locatie worden gekozen. Het is belangrijk om bij het kiezen van de locatie rekening te houden met omgevingsfactoren zoals het effect van wind en het vermogen van de antenne om weersomstandigheden, corrosie, enz. te weerstaan.

De locatie is idealiter een verhoogde locatie met minimale interferentie en een duidelijke zichtlijn. Het is ook belangrijk om ervoor te zorgen dat de paneelantenne wordt gemonteerd op een oppervlak of locatie die stabiel genoeg is om de antenne te houden. Paneelantennes moeten worden geïnstalleerd en ingesteld volgens de richtlijnen van de fabrikant, aangezien elke antenne van verschillende fabrikanten uniek is. Het is van cruciaal belang om ervoor te zorgen dat de antenne stevig en stevig wordt bevestigd, zodat de oriëntatie en plaatsing stabiel en constant blijven.

Bij het monteren moeten de kabels worden vastgezet om beschadigingen, loskoppelingen of losse verbindingen te voorkomen. Ten slotte moet de antenne worden getest op zijn prestaties.

Verschil tussen paneelantenne en Yagi-antenne

Inzicht in yagi vs paneelantenne Als je de beste antenne wilt kiezen voor je draadloze oplossingen, dan zijn de paneelantenne en de Yagi-antenne beide richtantennes. Ze hebben echter enkele belangrijke verschillen in vorm en ontwerp, prestatieparameters en toepassingen.

Paneelantennes zijn meestal plat en rechthoekig van vorm met een heel eenvoudig en minimalistisch ontwerp. Ze hebben een plat paneel met een stralend element erin. Yagi-antennes bestaan uit verschillende elementen, waaronder een aangedreven element, een reflector en een of meer richtelementen die in een specifiek lineair patroon zijn gerangschikt. Paneelantennes hebben een veel bredere bandbreedte en een lagere versterking in vergelijking met Yagi-antennes.

Tussen deze twee soorten antennes zijn paneelantennes meer geschikt voor toepassingen die een groter dekkingsgebied vereisen en Yagi-antennes voor toepassingen die communicatie over lange afstanden vereisen. Paneelantennes worden meer gebruikt voor toepassingen binnenshuis, zoals WiFi-netwerken in huizen en kantoren, terwijl Yagi-antennes over het algemeen meer worden gebruikt voor toepassingen buitenshuis, zoals mobiele basisstations en tv-ontvangst.

Verschil tussen koepelantenne en paneelantenne

Koepelantennes zijn omnidirectionele antennes terwijl paneelantennes richtantennes zijn, wat het grootste verschil is. Koepelantennes worden gebruikt in toepassingen waarbij de signalen in een dekkingsgebied van 360 graden moeten worden verzonden en ontvangen. Koepelantennes hebben meestal een lagere versterking en een bredere bundelbreedte in vergelijking met paneelantennes. Ze kunnen worden gebruikt om open gebieden gelijkmatig in alle richtingen te bestrijken. Paneelantennes daarentegen hebben een smalle bundelbreedte en een hogere versterking, waardoor ze geschikt zijn om een gericht gebied te bestrijken. Koepelantennes zijn meer onderhevig aan storingen tijdens communicatie dan paneelantennes.

Conclusie

Paneelantennes zijn een van de meest veelzijdige antennes die beschikbaar zijn voor moderne commcommunicatiesystemen. Paneelantennes hebben een hoge versterking en een hoge richtingsgevoeligheid, waardoor ze ideaal zijn voor punt-tot-punt commcommunicatiesystemen en voor commcommunicatie over lange afstanden. Paneelantennes zijn meestal plat en rechthoekig of vierkant van vorm en dit eenvoudige en compacte ontwerp van paneelantennes maakt het mogelijk om ze te gebruiken in een breed scala aan toepassingen, van kleine elektronische apparaten tot cellulaire basisstations. Paneelantennes kunnen worden gebruikt als een enkele antenne of meerdere paneelantennes kunnen worden opgezet als een MIMO-configuratie op basis van de prestatievereisten van een toepassing.

Inzicht in het ontwerp, de functies, de installatie en het werkingsprincipe van paneelantennes is van cruciaal belang om de optimale prestaties van een paneelantenne te verkrijgen. Nu we steeds verder vooruitgaan op technologisch gebied, blijft het nut van paneelantennes voor het onderhouden van een robuuste communicatie-infrastructuur aanzienlijk.