Problematika ant én

1. Problematika antén Ľ. Maceková - STS – 2012/13 – FEI –TU v Košiciach obr.- zdroj: http://www.ansoft.com/thewave/New_Integrated_smart_antenna_analysis.pdf

2. -každá prijímacia anténa môže byť aj vysielacou Problematika antén Izotropný žiarič (všesmerová anténa – fiktívna – často používaná ako vzťažná pri vyjadrení zisku iných antén v [dBi]) dipól (polvlnový: l=λ/2) - tiež býva referenčný,u pozem. antén smer max.príjmu k vysielaču, alebo aspoň mimo rušiaceho zdroja Smerové antény (vyžarovaný výkon sústredený do užšieho lúča smerová charakteristika tvarovaná konštrukčným prevedením antény) reflektor– pasívny prvok antény – odráža e-m žiarenie na žiarič,formuje tvar charakteristiky, zvyšuje zisk žiarič – aktívny prvok antény – napr. polvlnový dipól direktory – pasívne prvky antény – formujú tvar charakteristiky, zvyšujú zisk smer dopadajúceho e-m žiarenia - signálu - toto sú antény typu Yagi

3. - smerový uhol antény α (smerové charakteristiky v polárnych súradniciach) – tiež nazývaný šírka zväzku (beam width) - jednoduchý dipól; G ...výkonový zisk Gmax- 3 dB = 50% - pri smerových anténach je energia sústredená do menšieho priestorového uhla a orientovaná určitým smerom – na rozdiel od izotrop.žiariča Gmax= 100% α žiarič (dipól) -3dB - dipól s reflektorom - hlavný lalok - zadný lalok (tiež môže byť hlavný a ďalšie) - postranný lalok

4. Obr. Ukážka anténovej charakteristiky v pravouhlých súradniciach (rovina „E“, horizontálna) pre typickú 10-prvkovú Yagi-anténu a v polárnych súradniciach

5. Obr.: Interferencia (spolupôsobenie) iných, nežiadúcich vysielačov v súvislosti so smerovou charakteristikou antény [4]

6. snaha konštruktérov: zlepšiť smerovosť a zvýšiť zisk rôzne reflektory (pre satelitný príjem parabolické reflektory)

7. Rôzne typy antén pre rôzne účely Antennas Direct DB4 Multi Directional HDTV Antenna lieviková (horn) smerová UHF anténa ¼ vlnová anténová skupina planárna (patch) WiFi s parabolovým refl. Patch-anténa;pole (array) 4x4, d=0,85λ0 rámová (slučková) anténa

8. Plošná anténa žiariče (poprepájané vodivé plôšky) Obr. : Hitachi

9. krížové antény (crossed-dipole antenna) http://www.qsl.net/g4hbt/dipole.htm zdroj: http://ceta.mit.edu/PIERl/pierl12/04.09090303.pdf špirálová anténa (helical antenna) zdroje: www.suparco.gov.pk/assets/images/antenna06.jpg http://www.faxswitch.com/Definitions/telecom_dictionary_h.html

10.  wireless hacking anténový systém – pre zvýšenie zisku Yagi–ant. v puzdre – pre WLAN, 2,4GHz, 14,5 dB

11. Pre úplnosť: tyčová anténa (Marconiho) - štvrťvlnová

12. Antény pre satelitné komunikácie – parabolové antény (patria k reflektorovým a k tzv. tanierovým – Dish – anténam)- sú smerové, t.j. s vysokou smerovosťou (úzky zväzok – asi 3° pri malých, 1° pri veľkých ant.) reflektor žiarič (feed, feedhorn) Ofsetová (výrez z hornej časti parabolickej plochy – výhody: menší rozmer, nenasneží ...) - spredu napájaná Symmetrická spredu napájaná (žiarič je vpredu, na strane dopadajúceho e-m žiarenia) - k feedhornu je pripojený polarizátor a konvertor) Ofsetová – Cassegrain (2 reflektory; jeden menší ...) - frekvenčný prevod signálu Offset-Fed, Gregorian

13. - hrdlo napájača (vlnovod) Feedhorn – napájač - so živou časťou - satelitnej antény - slúži na výber vlnenia požadovanej polarizácie a frekvencie a potlačenie iných - nežiadúcich signálov. Zároveň efektívne nasmeruje užitočný signál do ďalších LNB obvodov. -sonda – to je skutočný aktívny prvok antény - servomotor – natáča polarizačnú sondu zdroj: http://www.geo-orbit.org/sizepgs/tuningp2.html

14. Polarizácia šírenia radiácie (e-m žiarenia) Vyžarovanie e-m poľa z antény sa šíri do priestoru pomocou vlnoplôch – vo veľkej vzdialenosti od zdrojovej antény možno hovoriť o rovinných vlnoplochách a o šírení tzv. rovinnej vlny -smer vektora el. intenzity E je vždy kolmý na smer magn. intenzity H, a oba sú kolmé na smer šírenia „z“ (to je opakovanie z fyziky ) – keď sa smery tých vektorov nemenia, hovoríme o lineárnej polarizácii, pričom orientácia E určuje, či ide o vertikálnu „y“ alebo horizontálnu „x“ polarizáciu (vyžarujú ju napr.dipóly). - ak vektor E je výsledkom zložiek Ex a Ey, ktoré sú rovnako dlhé a periodicky premenné s časom  ide o kruhovú polarizáciu (všeobecne nemusia byť rovnako dlhé, a hovoríme o eliptickej polarizácii). Podľa vzájomného posunu Ex a Ey o +π/2 alebo -π/2 môže byť eliptická polarizácia pravo- alebo ľavotočivá. Vyžarujú ju 2 dipóly navzájom na seba kolmé, alebo špirálovitá (helical) anténa

15. Polarizér • transformuje elipticky polarizovanú vlnu na 2 ortogonálne lineárne polarizované vlny • impedančne prispôsobuje výstup antény a vstup napájača (kábla) ... 50 Ω nesymetr.

16. Zisk antény všeobecne : G = 4π.(intenzita radiácie/ vstupný výkon antény) - vzhľadom k izotrop.žiariču: Zisk parabolovej antény (kruhovej) v závislosti od jej konštrukcie: ηA ... efektív.vyžarovacia plocha antény-závisí od smeru nastavenia=Aef A ... apertúra (fyzikálna plocha, kruh cez ktorý prechádza e-m žiarenie) η ... účinnosť apertúry (0,35-0,75) λ ... vlnová dĺžka ... pozn.: G izotrop. antény je 1 (t.j. 0 dB) GdBi = 10 log G [dBi] D ... priemer taniera (alebo reflektora, alebo poľa vyžarujúcich prvkov – apertúry) Príklad: η=55%, f=11GHz, D=1m. G=? - zisk v reáli je vždy < než udáva výrobca (pripojenie, nasmerovanie a ďalšie nepriaznivé podmienky)

17. ... alebo: G = 5,428 .(D/λ)2 pri 55%-nej účinnosti Empirický vzorec pre zisk parabolovej antény: H,V … uhly zväzku v horiz. a vert.rovine H V - väčšinou čím väčšie rozmery, tým väčší zisk (ale zisk nezávisí len od rozmerov): Φ 0,60 m .... cca 35 dBi Φ 1,5 m .......cca 43 dBi a ešte šírka zväzku paraboly: [°]

18. smerová char. parabolovej ant. má väčšinou kruhový alebo elipt. prierez; pre tvarovanie pokrytia ľubovoľného územia (footprint) sa použije anténa s viacerými žiaričmi, napájanými s rôznou fázou  tvarovanie prierezu priestorovej charakteristiky Express MD1 footprint;Asia , part of the European continent HOTBIRD SERIES

19. G/T antény .... dôležitý parameter; - T závisí od výkonu z postr. lalokov, elev. uhla danej družice (čím menší, tým horšie, f/D ... pomer ohniskovej vzdialenosti a priemeru taniera, - často sa uvádza prevádzkový zisk antény Gp(do zisku je zahrnutý prenos zo žiariča na konvertor, nepresnosť zamerania a polarizačné chyby) • Impedancia antény (vstupná impedancia): • Z = U / I na svorkách antény (Ohmov zákon platí  ) • – býva 150 Ω, 300Ω , 50Ω • opäť platí: vysoká dôležitosť impedančného prispôsobenia • musí byť Zant = Zkábla !!!

20. Smart-antény – s prepínaním charakteristiky (prepínanie antén – diverzitný príjem) - s adaptívnou zmenou charakteristiky - s fázovým poľom –pole malých vyžarujúcich plošiek napájaných podľa určitého algoritmu (programovo riadené výkony a fázy)

21. interference Smart antenna systems top view(horizontal) 5 4 6 3 7 2 1 8 user 9 16 10 15 11 14 12 13 Switched array (predetermined)

22. prepínané charakteristiky

23. Nastavenie antény ... 

24. takže teraz môžeme: Pozícia satelitu a nastavenie prijímacej antény- azimut a elevácia rovina horizontu alebo vodorovnej roviny AZIMUT – orientovaný uhol medzi určitým smerom a severným smerom (z pohľadu užívateľa) www.physicalgeography.net/.../angles_azimuth.jpg LNB skew www.srrb.noaa.gov/highlights/sunrise/azelzen.gif Elevácia (h) - uhol vo zvislej rovine meraný od vodorovnej roviny k smeru pohľadu

25. Výpočet uhlov pre nastavenie satelitnej antény EL-elevácie, AZ-azimutu: Keď sme na J-pologuli, trochu inak: Výpočet pomocného parametra h: Hodnota 0.1513: Nastavenie AZ vzhľadom na magn.deklináciu: Kde: S...pozícia satelitu (jeho zem. dĺžka) v stupňoch; pri východných (°E ) treba brať zápornú hodnotu L... Zem. dĺžka miesta príjmu, pri východných (°E ) treba brať zápornú hodnotu B – zem.šírka miesta príjmu R – polomer Zeme H – výška satelitu na zem.povrchom Výpočet LNB Skew (natočenie nízkošumového konvertora- Low Noise Block): Príklady na výpočet – D.ú.

26. Nastavenie AZ a EL prakticky [1]:

27. Referencie: [4] L.Z.Riberio:Advanced Satellite Communications- VSAT, prezentácia G.Mason Univ., 2001