Что такое панельная антенна?

В последнее время беспроводная связь развивается семимильными шагами. Сегодня на рынке представлено множество антенн для различных применений. Панельные антенны - один из таких типов, который используется для получения оптимального уровня и направления сигнала. По сути, панельная антенна состоит из диполя, расположенного перед плоским рефлектором, и используется во многих приложениях - от сотовых сетей до беспроводной широкополосной связи. Панельные антенны универсальны благодаря своему минималистичному дизайну и возможности использования как для стационарных, так и для портативных приложений в закрытых и открытых помещениях.

В этой статье мы дадим вам полное представление об их базовом определении, детальных аспектах конструкции, принципах работы, ключевых особенностях, использовании, типах, сравнении с некоторыми другими антеннами и рекомендациях по установке.

Конструкция и структура панельной антенны

Дизайн и структура панельной антенны зависят от нескольких факторов, таких как диапазон частот, коэффициент усиления, ширина луча, поляризация, и согласование импеданса. Панельные антенны могут иметь различные конструкции, такие как патч-антенны, микрополосковые антенны, щелевые антенны и т.д. Несколько наиболее часто используемых материалов для подложки - FR-4, Rogers и тефлон. Когда дизайн и структура панельной антенны определены, необходимо также учитывать такие факторы окружающей среды, как долговечность, устойчивость к атмосферным воздействиям и варианты монтажа. Панельные антенны состоят из нескольких элементов или панелей для передачи или приема сигналов в определенном направлении, которые расположены в виде решетки. Обычно они имеют прямоугольную или квадратную форму, что создает большую площадь поверхности и помогает увеличить коэффициент усиления антенны. Компактный и минималистичный дизайн делает их универсальными для многих случаев использования.

Как работают панельные антенны

Панельные антенны состоят из множества излучающих элементов, которые расположены в виде определенной решетки на плоской панели, и эти элементы подключены к фидерной сети для подачи питания на антенну. Излучающие элементы в панельной антенне обычно имеют прямоугольную или квадратную форму, а общая производительность и направленность антенны зависит от расположения и конфигурации излучающих элементов.

Основные характеристики панельных антенн

Направленное покрытие

Панельные антенны обычно имеют узкую ширину луча, поэтому они излучают и принимают сигналы в определенном направлении. Это высоконаправленная антенна фокусируя передачу и прием сигнала в определенной области. Поэтому панельные антенны широко используются в системах беспроводной связи "точка-точка" и "точка-многоточка". Зона покрытия панельной антенны меньше из-за ее высокой направленности. Чтобы охватить 360-градусную зону покрытия, необходимо развернуть несколько панельных антенн. Однако благодаря высокой направленности и узкой ширине луча они способны передавать и принимать сигналы на большом расстоянии.

Высокий коэффициент усиления

Поскольку панельные антенны имеют узкую полосу пропускания, сфокусированную на определенной области, коэффициент усиления панельных антенн обычно выше. Однако можно найти панельные антенны с коэффициентом усиления от 6-10 дБ до 23 дБ. Высокий коэффициент усиления панельных антенн делает их более устойчивыми к помехам и, следовательно, идеально подходит для систем связи "точка-точка" даже на больших расстояниях.

Ширина луча

Панельные антенны, как правило, имеют высокую направленность и, следовательно, узкую и сфокусированную ширину луча. Это позволяет панельным антеннам передавать и принимать сигналы на большие расстояния с минимальными помехами. Кроме того, узкая полоса сфокусированного луча обеспечивает высокий, устойчивый и надежный уровень сигнала. Однако из-за узкой ширины луча панельные антенны способны обеспечить покрытие только в ограниченном и конкретном направлении.

Варианты поляризации

Панельные антенны выпускаются в различных поляризациях для удовлетворения различных требований к производительности. Панельные антенны могут иметь вертикальную поляризацию, горизонтальную поляризацию или сочетание двух вариантов. При вертикальной поляризации электрическое поле ориентировано вертикально, и это наиболее распространенный режим поляризации, который используется в традиционных системах связи. При горизонтальной поляризации электрическое поле ориентировано горизонтально и используется, когда необходимо избежать помех от вертикально поляризованных систем. При двойной или комбинированной поляризации антенна либо поддерживает горизонтальную и вертикальную поляризацию, либо поляризацию под определенным углом. Этот тип поляризации обычно используется для MIMO (Множественный вход Множественный выход) системы.

Компактный дизайн

Панельные антенны обычно имеют очень простой и минималистичный дизайн. В отличие от Антенны Yagi, параболические антенны и т.д. Панельные антенны менее громоздки. Их плоская и компактная конструкция облегчает установку и занимает меньше места. Конструкция панельных антенн снижает зависимость от механических частей и, таким образом, минимизирует износ. Панельные антенны также печатаются в виде печатных плат, что позволяет использовать их даже в небольших электронных устройствах.

Простота установки

Благодаря компактной конструкции панельные антенны легко устанавливать и монтировать в большинстве помещений. Благодаря обтекаемому дизайну панельные антенны легко вписываются в любую обстановку, не бросаясь в глаза. Панельные антенны выпускаются в виде устройств типа "подключи и работай", что делает их гораздо более удобными в установке по сравнению с другими традиционными антеннами.

Универсальность

Панельные антенны чрезвычайно универсальны, поскольку могут быть изготовлены для работы в широком диапазоне частот, усиления, поляризации и т. д. Их компактная конструкция также позволяет легко устанавливать их как в помещениях, так и на улице. Панельные антенны могут использоваться как одна антенна или как массив панельных антенн в зависимости от конкретной задачи. Возможность адаптации и настройки в зависимости от конкретного случая использования делает панельные антенны чрезвычайно полезными в системах связи.

Использование в помещении и на улице

Панельные антенны могут использоваться как в помещениях, так и на улице. Сегодня на рынке доступны панельные антенны, созданные специально для использования как внутри, так и вне помещений. Внутренние панельные антенны обычно крепятся на стенах или размещаются на плоских поверхностях, таких как столы или полки. Как правило, они имеют прямоугольную форму и оснащены несколькими внутренними антеннами, которые позволяют им принимать и передавать сигналы в определенном направлении. Внутренние панельные антенны обычно используются в усилителях сигнала в зданиях для повышения силы и качества сигнала. Наружные панельные антенны предназначены для установки на улице, чтобы увеличить силу сигнала и зону покрытия беспроводной сети. Благодаря узкой ширине луча они более устойчивы к помехам и широко используются в системах беспроводной связи, таких как Wi-Fi, сотовая связь, RFID и т. д. Наружные панельные антенны обычно устанавливаются на таких поверхностях, как крыши, столбы и стены. Панельные антенны, предназначенные для использования вне помещений, отличаются повышенной прочностью и устойчивостью к суровым погодным условиям, не теряя при этом своих характеристик.

Диапазон частот

Панельные антенны могут работать в широком диапазоне частот, что делает их универсальными для различных применений. Их способность фокусировать высокочастотные сигналы в определенных направлениях повышает производительность антенны. Несколько распространенных частотных диапазонов для панельных антенн - 2,4 GHz, который используется в сетях WiFi (IEEE 802.11b/g/n) и других приложениях ISM (Industrial, Scientific, and Medical), 5GHz, который используется для сетей WIFI (IEEE 802.11a/n/ac/ax) и других высокочастотных приложений, 6 GHz, который используется для Wi-Fi (IEEE 802.11ax и 802.11be) и 24 GHz и выше, которые обычно используются для приложений миллиметровых волн 5G.

Для чего используется панельная антенна?

Как уже упоминалось в статье, панельные антенны универсальны и поэтому используются в широком спектре приложений. Некоторые из них описаны ниже.

Сотовая связь

Панельные антенны устанавливаются на базовых станциях сотовой связи для обеспечения покрытия определенной территории. Обычно они устанавливаются на башнях или зданиях и направлены в ту сторону, где необходимо покрытие. Благодаря высокому коэффициенту усиления и высокой направленности панельных антенн базовая станция может обеспечить надежное и устойчивое покрытие для пользователей в данной зоне. Панельные антенны способны передавать и принимать сигналы между базовыми станциями с высоким качеством сигнала и высокой точностью благодаря сфокусированной ширине луча.

Сети WiFi

Панельные антенны используются в сетях WiFi для обеспечения связи с пользователями в определенной зоне. Они используются в соединениях "точка-многоточка" для передачи и приема данных на большие расстояния. С помощью панельных антенн сигнал может быть сфокусирован в определенном направлении и, таким образом, обеспечивается лучшая пропускная способность, повышенный уровень сигнала, эффективное и надежное соединение для WiFI-сети. Несколько панельных антенн можно использовать для создания сетей WiFi в больших зонах покрытия. Если установить панельные антенны на возвышенности, пользователи смогут принимать WiFi сигнал постоянно, без многочисленных препятствий, что обеспечит высокое качество связи.

Связь "точка-точка

Это одна из основных областей применения панельных антенн. Панельные антенны используются для организации соединений "точка-точка" между двумя объектами, например между двумя зданиями в университетском городке, в транзитных каналах между двумя базовыми станциями и т. д. Такие ключевые особенности панельных антенн, как высокая направленность, высокий коэффициент усиления и узкая ширина луча, делают их идеальными для таких приложений "точка-точка".

Вещание

Панельные антенны используются для вещания благодаря высокому коэффициенту усиления и направленности. Панельные антенны способны выдерживать большее количество помех и передавать сигналы в широком диапазоне частот, что делает их идеальными для вещательных сетей. Несколько панельных антенн могут использоваться для обеспечения вещания на большей территории.

Сети общественной безопасности

Панельные антенны могут использоваться в системах общественной безопасности и системах экстренного реагирования. Они способны обеспечить покрытие большой площади и, таким образом, могут способствовать устойчивой связи даже в удаленных или сложных условиях. Панельные антенны идеально подходят для связи на больших расстояниях и обеспечивают высокую устойчивость к помехам, необходимую в таких сетях общественной безопасности.  

Приложения для Интернета вещей (IoT)

Панельные антенны доступны в высокочастотных диапазонах и полезны в приложениях IoT, поскольку обеспечивают надежную и быструю связь. Компактный дизайн, простота установки и обслуживания делают их идеальными для использования в IoT-приложениях.

Типы панельных антенн

Плоская панельная антенна

Они также известны как патч-панельные антенны. Эти антенны имеют тонкую компактную плоскую форму и обычно представляют собой диполь, расположенный перед плоской рефлекторной панелью. Плоские панельные антенны имеют небольшой вес и могут быть легко установлены на самых разных поверхностях. Простой дизайн и структура делают их подходящими как для портативных, так и для стационарных приложений. Этот тип панельных антенн обычно работает на очень высоких частотах и широко используется в беспроводных системах связи, таких как сети Wi-Fi, для обеспечения направленного покрытия на определенной территории. Плоские панельные антенны способны обеспечить высокую скорость и надежность сетевого соединения.

Секторная панельная антенна

Секторная панельная антенна обычно имеет более узкую ширину луча, обычно в азимутальной плоскости шириной 3 дБ, обеспечивая направленность в определенных секторах или под определенными углами, например, 60, 90 или 120 градусов. Они широко используются в сотовых сетях, особенно в базовых станциях, для обеспечения покрытия определенной области или сектора и в основном применяются вне помещений. По своей структуре они представляют собой длинные, узкие антенны с высоким коэффициентом усиления и обычно состоят из массива диполей, расположенных перед рефлектором. Характеристики антенны зависят от размера и формы рефлектора, а также от высоты установки антенны.

Микрополосковая патч-антенна

Они также известны как патч-антенны. Микрополосковые патч-панельные антенны являются одними из самых маленьких и компактных среди антенн, доступных на рынке. Эти антенны печатаются на плоской подложке из диэлектрического материала, известной как печатная плата (PCB). Благодаря минималистичному дизайну и компактным размерам, эти типы антенн используются в большинстве электронных устройств, таких как мобильные телефоны, GPS-устройства и системы беспроводной связи.

Преимущества и недостатки панельных антенн

Преимущества

Большая дальность действия: Панельные антенны обладают высокой направленностью и поэтому могут использоваться для передачи и приема сигналов на больших расстояниях.

Минимальные помехи: Высокая направленность и сфокусированная ширина луча сводят к минимуму помехи от других сигналов. Это улучшает общую производительность. Таким образом, обеспечивается более быстрая, стабильная и устойчивая связь.

Простота установки: Благодаря минималистичному и компактному дизайну их легко устанавливать и монтировать на большинстве поверхностей. Печатные панельные антенны легко интегрируются в электронные устройства. Панельные антенны также доступны в виде вариантов "подключи и работай", что упрощает их установку в различные приложения.

Низкая стоимость: Панельные антенны имеют низкую стоимость изготовления и, как правило, проще в обслуживании.

Универсальность: Панельные антенны чрезвычайно универсальны, так как они могут быть изготовлены и доступны на рынке в широком диапазоне частот, с различными поляризациями и диаграммами направленности излучения. Панельные антенны могут использоваться как внутри, так и вне помещений, а также применяться как в стационарных, так и в портативных системах.

Недостатки

Ограниченная зона покрытия: Из-за узкой ширины луча для покрытия 360-градусной зоны потребуется несколько панельных антенн.

Требования к выравниванию: Когда панельные антенны выравниваются, они должны быть выровнены в оптимальной ориентации для достижения максимальной производительности, а это требует профессиональных навыков. Размещение, ориентация и выравнивание имеют решающее значение для оптимизации работы панельной антенны.

Потери энергии: Микрополосковые патч-панельные антенны могут иметь диэлектрические потери и потери в проводниках при передаче сигнала.

Почему панельная антенна идеально подходит для приложений "точка-точка

Панельные антенны часто используются в системах связи "точка-точка", они предназначены для передачи и приема сигналов в определенном направлении. Панельные антенны способны фокусировать сигнал в определенном направлении благодаря своей высокой направленности, высокому коэффициенту усиления и узкой ширине луча. Это позволяет повысить уровень сигнала и обеспечить стабильное и надежное соединение в системе связи, что делает их идеальными для систем связи "точка-точка". Благодаря узкой ширине луча панельные антенны подвержены минимальным помехам, что также полезно в системах связи "точка-точка".

Панельная антенна SISO против панельной антенны MIMO

Панельные антенны SISO используют одну антенну для передачи и приема сигналов. Панельные антенны MIMO используют несколько антенн одновременно для передачи и приема сигнала. Панельные антенны SISO более просты в использовании и менее дороги по сравнению с панельными антеннами MIMO. Обработка сигнала в панельных антеннах SISO также намного проще, чем в панельных антеннах MIMO.

Панельные антенны SISO обычно используются в менее сложных приложениях, где необходимо минимизировать размер, стоимость и сложность системы, в то время как панельные антенны MIMO используются в приложениях, требующих сложной и передовой обработки сигнала, высокой скорости передачи данных, большой зоны покрытия и лучшего качества сигнала. Панельные антенны MIMO более эффективны и надежны, однако они гораздо дороже панельных антенн SISO.

Таким образом, исходя из требований к производительности приложения, необходимо решить, какая из панельных антенн SISO или MIMO лучше подходит для конкретного случая использования.

Установка и выравнивание

При установке панельной антенны прежде всего необходимо выбрать подходящее место. При выборе места важно учитывать факторы окружающей среды, такие как влияние ветра и способность антенны противостоять погодным условиям, коррозии и т. д.

В идеале это должно быть возвышенное место с минимальными помехами и четкой линией видимости. Также важно убедиться, что панельная антенна установлена на достаточно устойчивой поверхности или месте, чтобы удержать антенну. Установка и настройка панельных антенн должна производиться в соответствии с рекомендациями производителя, поскольку каждая антенна разных производителей уникальна. Очень важно обеспечить надежное и прочное крепление антенны, чтобы ее ориентация и расположение оставались стабильными и постоянными.

При монтаже необходимо закрепить кабели, чтобы избежать повреждений, разъединения или ослабления соединений. Наконец, антенну следует проверить на работоспособность.

Разница между панельной антенной и антенной Yagi

Понимание яги против панельной антенны для выбора лучшей антенны для ваших беспроводных решений, панельная антенна и антенна Yagi являются направленными антеннами. Однако они имеют некоторые ключевые различия в форме и дизайне, параметрах производительности, а также областях применения.

Панельные антенны обычно имеют плоскую и прямоугольную форму с очень простым и минималистичным дизайном. Они представляют собой плоскую панель с излучающим элементом внутри. Антенны Yagi состоят из нескольких элементов, включая управляемый элемент, рефлектор и один или несколько директоров, расположенных в определенной линейной диаграмме направленности. Панельные антенны имеют гораздо более широкую полосу пропускания и меньший коэффициент усиления по сравнению с антеннами Yagi.

Между этими двумя типами антенн панельные антенны больше подходят для приложений, требующих большую зону покрытия, а антенны Yagi - для приложений, требующих связи на больших расстояниях. Панельные антенны чаще используются в помещениях, например, в сетях WiFi в домах и офисах, а антенны Yagi - на открытом воздухе, например, в базовых станциях сотовой связи и для приема телевизионных сигналов.

Разница между купольной и панельной антенной

Купольные антенны всенаправленные антенны В то время как панельные антенны являются направленными антеннами, что и является основным отличием. Купольные антенны используются в приложениях, где требуется передавать и принимать сигналы в зоне покрытия 360 градусов. Купольные антенны обычно имеют меньший коэффициент усиления и большую ширину луча по сравнению с панельными антеннами. Они могут использоваться для обеспечения равномерного покрытия открытых территорий во всех направлениях. Панельные антенны, напротив, имеют узкую ширину луча и более высокий коэффициент усиления, что делает их пригодными для обеспечения покрытия целевой области. Купольные антенны подвержены большему количеству помех во время связи, чем панельные.

Заключение

Панельные антенны - одни из самых универсальных антенн, доступных для современных систем связи. Панельные антенны обладают высоким коэффициентом усиления и высокой направленностью, что делает их идеальными для систем связи "точка-точка" и для связи на большие расстояния. Панельные антенны обычно плоские, прямоугольные или квадратные по форме, и эта простая и компактная конструкция панельных антенн позволяет использовать их в широком спектре приложений - от небольших электронных устройств до базовых станций сотовой связи. Панельные антенны могут использоваться как одиночные антенны или несколько панельных антенн могут быть установлены в конфигурации MIMO в зависимости от требований к производительности приложения.

Понимание конструкции, особенностей, установки и принципа работы панельных антенн будет иметь решающее значение для получения оптимальной производительности панельной антенны. По мере того как мы продолжаем развиваться в области технологий, полезность панельных антенн для поддержания надежной инфраструктуры связи остается значительной.