Что такое направленная антенна?

В этой статье мы расскажем о направленная антенна. Это широкая категория антенн, которые имеют высокую направленность и предназначены для различных применений. Для начала разберемся в важности антенн для связи. С ростом популярности беспроводной связи антенны стали важнейшим элементом современных коммуникационных систем.

Антенны принимают и передают радиосигналы по беспроводным каналам связи (электромагнитные волны). Существует несколько типов антенн. Большинство этих антенн классифицируются в зависимости от их применения, формы генерируемой волны и диапазона рабочих частот. Исходя из формы генерируемой волны, антенны делятся на две основные категории, а именно всенаправленные и направленные антенны. В этой статье мы кратко рассмотрим направленные антенны, различные типы направленных антенн, их применение, преимущества и недостатки. В заключение мы определим некоторые ключевые факторы, которые необходимо учитывать при выборе направленной антенны для конкретного приложения.

Что такое направленная антенна?

Как уже упоминалось выше, антенны делятся на всенаправленные и направленные в зависимости от формы генерируемого сигнала. Здесь, всенаправленные антенны генерирует форму волны, обеспечивающую покрытие 360 градусов во всех направлениях, в то время как направленная антенна обеспечивает покрытие, ограниченное угловым сектором. Высокий коэффициент усиления считается основной характеристикой направленной антенны. Кроме того, большинство направленных антенн могут изменять направление электронным способом без использования механических опор. Это еще одна характеристика направленных антенн. Основными параметрами, определяющими эти характеристики, являются направленность и диаграмма направленности излучения антенны.

Направленные антенны работают так же, как и все остальные антенны. Они принимают и передают радиосигналы, генерируемые радиочастотным блоком, который генерирует электрические сигналы. Затем эти электрические сигналы подаются на радиочастотный синтезатор для согласования с требуемой частотой. В случае направленных антенн генерируемые радиосигналы жестко сужаются до луча, сфокусированного в определенном направлении.

Типы направленных антенн

Теперь давайте кратко обсудим некоторые типы направленных антенн. Эти направленные антенны классифицируются на основе их диаграммы направленности излучения. К наиболее известным типам направленных антенн относятся:

Антенны Yagi: Этот тип антенн состоит из нескольких директоров, которые помогают направить луч излучения в определенную сторону. Эти антенны в основном используются для теле- и радиовещания. Антенны Yagi-Uda подходят для приложений, требующих высокого коэффициента усиления и высокой направленности. Кроме того, эти антенны используются в системах связи "точка-точка".

Параболические антенны: Эти антенны представляют собой параболу, рефлектором которой служит либо сплошная пластина, либо пластина из проволочной сетки, что позволяет получить направленный луч в каждом направлении. Параболические антенны разработаны таким образом, чтобы выдерживать высокоскоростные ветры и обеспечивать дальнюю связь "точка-точка". Кроме того, параболические антенны считаются прецизионными антеннами благодаря их способности фокусироваться на одной точке.

Панельные антенны: Панельные антенны специально разработаны для установки на башнях и стенах. Они широко используются в сетях Wi-Fi и сотовой связи. По сравнению с другими типами направленных антенн они обеспечивают широкий диапазон покрытия и поэтому используются как в помещениях, так и на улице.

Логопериодические антенны: Эти антенны похожи на Антенны YagiНо дипольные элементы этих антенн расположены треугольным образом для достижения логарифмического масштабирования частоты радиосигнала. Это достигается за счет уменьшения количества дипольных элементов вдоль фидлайна антенны. Эти антенны могут работать на высоких частотах.

Тарельчатые антенны: Тарельчатые антенны оснащены тарельчатым рефлектором, который усиливает коэффициент усиления антенны. Эти антенны используются в системах спутниковой связи, где требуется высокий коэффициент усиления.

Секторные антенны: Эти антенны устанавливаются на вышках сотовых сетей для обеспечения передачи данных в определенном секторе. Наиболее распространенные сектора, охватываемые этими антеннами, - 60, 90 и 120 градусов. Эти антенны в основном используются в сотовых сетях и системах Wi-Fi с высоким коэффициентом усиления.

Симметричные рупорные антенны: Эти антенны разработаны для получения симметричных диаграмм направленности излучения в заданном направлении. Они обеспечивают большую ширину луча по сравнению с другими направленными антеннами. Они используются в оборонных и аэрокосмических приложениях.

Области применения направленной антенны

Мы обсудили некоторые ключевые характеристики направленных антенн. Теперь давайте обсудим некоторые из основных областей применения направленных антенн. Основные области применения направленных антенн следующие:

• Вещание: Направленные антенны, такие как тарелки и параболические антенны, широко используются в радио- и спутниковом вещании. Кроме того, антенны Yagi-Uda используются для радио- и телевещания.
• Телекоммуникации: В телекоммуникациях направленные антенны играют важнейшую роль. Многие приложения в телекоммуникациях реализуются с помощью направленных антенн. Секторные и панельные антенны широко используются в вышках сотовых сетей и системах Wi-Fi. Кроме того, спиральные и патч-антенны используются в различных IoT-устройствах для реализации подключения к крупным сотовым сетям.
• Беспроводные сети: Секторные и панельные антенны широко используются в системах Wi-Fi и компьютерных сетях для достижения высокого коэффициента усиления в помещениях. Кроме того, направленные антенны играют ключевую роль в реализации современных сетей IoT.
• Спутниковая связь: Тарельчатые антенны используются в спутниковой связи благодаря высокому коэффициенту усиления и точности.
• Военное дело и оборона: Направленные антенны, такие как спиральные, патчевые и логарифмические, используются в военных целях для связи, локализации и отслеживания целей.

Преимущества направленной антенны

Среди основных преимуществ направленных антенн можно выделить следующие:

• Направленные антенны обеспечивают передачу радиосигналов с высоким коэффициентом усиления. Они могут обеспечивать сигналы повышенной силы и качества.
• Направленные антенны обеспечивают широкий диапазон покрытия, позволяя передавать сигнал на большее расстояние по сравнению с всенаправленными антеннами.
• Благодаря высокому коэффициенту усиления направленности эти антенны позволяют передавать сигнал даже в условиях сильных помех.

Недостатки направленной антенны

Несмотря на преимущества, использование направленных антенн имеет и некоторые недостатки. К ним относятся:

• Они обеспечивают ограниченную зону покрытия. Направленные антенны могут обеспечить покрытие только определенной области или сектора
• Поскольку направленные антенны должны покрывать заранее определенную площадь, их установка и настройка сложнее, чем у всенаправленных антенн.
• Направленные антенны не так гибки в проектировании и универсальны, как всенаправленные антенны

Сравнение всенаправленных и направленных антенн

Мы описали некоторые из основных преимуществ и недостатков направленных антенн. Теперь давайте поговорим о направленная антенна против всенаправленных антенн. По сравнению со всенаправленными антеннами, направленные антенны могут обеспечить покрытие ограниченной области, в то время как всенаправленные антенны обеспечивают 360-градусное покрытие. Однако по сравнению со всенаправленными антеннами направленные антенны обладают лучшими характеристиками по борьбе с помехами. Это объясняется высоким коэффициентом усиления направленности. Еще один аспект, который следует учитывать, - это универсальность этих типов антенн. Всенаправленные антенны более универсальны по сравнению с направленными антеннами благодаря своим небольшим размерам и простоте конструкции. Поэтому всенаправленные антенны широко используются в IoT-приложениях по сравнению с направленными антеннами.

Как выбрать правильную направленную антенну?

Когда дело доходит до выбора правильной направленной антенны, вы должны знать о различных типах направленных антенн. В зависимости от типа направленной антенны варьируется ее назначение. Однако в зависимости от следующих факторов мы можем сузить круг выбора. К этим факторам относятся:

• Требуемый диапазон рабочих частот: Необходимо определить требуемый диапазон рабочих частот. Это поможет определить количество дипольных элементов и размеры рефлекторных элементов в антенне.
• Усиление: Это обеспечит правильный выбор антенны в соответствии с максимально допустимыми помехами в сети связи.
• Ширина луча: Ожидаемая ширина луча антенны определяет зону покрытия и направление действия антенны.
• Условия эксплуатации: Рабочая среда поможет определить помехи и тип антенны, подходящий для данной среды. Это также поможет понять требования к усилению антенны.
• Установка: Наконец, из-за разнообразия разновидностей направленных антенн необходимо учитывать рекомендации по установке и настройке, предоставляемые производителем.

Заключение

В этой статье мы рассмотрели направленные антенны и их типы. Были рассмотрены различные типы направленных антенн с различными вариантами использования каждого типа. Кроме того, были рассмотрены преимущества и недостатки направленных антенн, чтобы получить представление об их применении. Наконец, были приведены некоторые ключевые факторы, которые следует учитывать при выборе направленной антенны.