Простыми словами о непростом.
Для того, что бы принять решение, какая антенна подходит для решения тех или иных задач, необходимо знать, какие параметры и характеристики она должна обеспечивать при проектировании канала связи.
Очень часто в техническом описании антенны указан её коэффициент (Ку), а на практике она сигнал не усиливает. Почему? Потому, что антенна является пассивным устройством, следовательно, не имеет источника питания и, следовательно, не может обеспечить отдачу большей мощности, чем к ней подводится.
Итак, антенна не усиливает сигнал, но может оказать решающее значение в обеспечении требуемой дальности и качества связи.
Параметров и характеристик достаточно много, поэтому в этой статье мы поговорим о трех наиболее значимых: коэффициенте усиления, диаграмме направленности и частотном диапазоне.
Коэффициент усиления
Относительная величина, показывающая на сколько большую напряженность поля создаст данная антенна по сравнению с эталонной на одинаковом расстоянии, одинаковой частоте, при одинаковой подводимой мощности. Другими словами, показывает во сколько раз эффективность данной антенны выше по сравнению с изотропным излучателем или полуволновым диполем.
Так как изотропный излучатель – идеальное теоретическое устройство, то в технических характеристиках обычно приводится усиление по отношению к диполю. Коэффициент усиления антенны по отношению к диполю обычно дается в дБ (dB), а по отношению к изотропному излучателю – в дБи (dBi). Соотношение этих показателей составляет 2.14 дБ.
Например, если приведен коэффициент усиления антенны 3 дБи (по отношению к изотропному излучателю), то по отношению к диполю он будет 3–2.14=0.86 дБ. Иногда коэффициент усиления по отношению к диполю обозначают дБд (dBd), указывая, по отношению к чему проводилось измерение.
Диаграмма направленности
Направленность антенны – относительная величина показывающая, на сколько коэффициент усиления антенны в одном направлении больше, чем в другом. Направленность антенны отображают на специальном графике, называемом диаграммой направленности.
Практически все антенны в большей или меньшей степени обладают направленностью. Направленность в основном зависит от конструкции антенны. Используя антенны с различными диаграммами направленности, можно повысить дальность и качество связи в определенном направлении. Так как антенна излучает электромагнитные волны в пространство, которое как известно 3-х мерно, то различают диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Частотный диапазон
Ширина частотного диапазона антенны – это полоса частот, в которой коэффициент усиления антенны уменьшается не более чем в два раза (на 3 дБ). Так как антенна – часть резонансной системы, то наибольшую эффективность от нее можно ожидать только на определенной частоте (частоте резонанса). Следовательно, для наибольшей дальности связи потребуется антенна, специально созданная (настроенная) для работы на конкретной частоте.
Часто на практике система работает не на одной, а на нескольких частотах. Как быть? В таких случаях идут на компромисс. Выбирается антенна, у которой характеристики в определенной полосе частот не выходят за пределы допустимых. Естественно, такая антенна будет хуже работать на частотах, отличных от частоты резонанса, но все еще приемлемо для нормальной связи.
Можно, конечно, использовать для каждой частоты отдельную антенну, но это существенно усложнит (и удорожит) конструкцию системы (соединительный кабель, антенные переключатели, мачтовые устройства и т.п.). Как правило, более узким диапазоном частот обладают направленные антенны и антенны с высоким усилением.
Мы перечислили наиболее важные характеристики, по которым выбирают антенны. Наверняка все понимают, что чем выше параметры антенн, тем выше их стоимость. Но даже самая высококачественная и дорогая антенна не сможет решить возложенные на нее задачи, если она не правильно установлена или настроена. От параметров антенн и от правильности их установки и настройки зависит дальность связи, которая может изменяться от предельно достижимой, до величины меньшей в десятки, а то и сотни раз. При выборе антенн должны учитываться множество различных параметров (направленность, усиление, полоса частот, размеры, возможность настройки). Причем все они находятся в противоречии друг с другом. Только грамотное решение позволит добиться максимальной дальности и качества связи при минимальных финансовых затратах.