پارامترهای عملکرد الکتریکی آنتن‌های ارتباطی چیست؟

پارامترهای عملکرد الکتریکی آنتنهای ارتباطی، شاخصهای کلیدی مورد استفاده برای ارزیابی قابلیت انتقال سیگنال، راندمان تشعشع و عملکرد تطبیق امپدانس هستند. آنها را میتوان به طور کلی به شرح زیر طبقهبندی کرد:

۱. فرکانس کاری و پهنای باند کاری

پهنای باند یک آنتن به محدوده فرکانسی اشاره دارد که در آن تمام الزامات عملکرد مشخص شده آنتن برآورده میشود. فرکانس عملیاتی به تمام فرکانسهای درون پهنای باند آنتن اشاره دارد.

از آنجایی که پهنای باند عملیاتی توسط پارامترهای عملکردی متعددی محدود میشود، باریکترین پهنای باند در بین آنها باید به عنوان پهنای باند مؤثر در نظر گرفته شود. برای آنتنهای داخلی، پهنای باندهایی که توسط عواملی مانند پهنای باند الگوی تابش و پهنای باند قطبش محدود میشوند، معمولاً پهنتر از پهنای باند امپدانس هستند. یک معیار تقریبی که معمولاً استفاده میشود، محدوده فرکانسی است که در آن نسبت موج ایستاده ولتاژ (VSWR) کمتر از یک حد مشخص باقی میماند.

۲. نسبت موج ایستاده ولتاژ (VSWR)

وقتی امپدانس ورودی آنتن با امپدانس مشخصه خط انتقال مطابقت نداشته باشد (یعنی عدم تطابق رخ دهد)، بخشی از توان ورودی به عقب منعکس میشود. نسبت موج ایستاده ولتاژ (VSWR) پارامتر مهمی است که رابطه بین توان تابشی و توان بازتابی را نشان میدهد.

VSWR به امپدانس ورودی آنتن مربوط میشود. در برخی موارد، به جای آن از تلفات بازگشتی (RL) یا ضریب بازتاب (Γ) استفاده میشود؛ هر سه ویژگی یکسانی را توصیف میکنند. روابط آنها به شرح زیر است:

جایی که:

(P^-) توان بازتاب شده است

(P^+) توان تابشی است

(Z_L) امپدانس ورودی آنتن است

(Z_0) امپدانس مشخصه خط انتقال است

(U^+) ولتاژ حادثه است

(U^-) ولتاژ بازتاب شده است

۳. روابط تبدیل لگاریتمی بین تلفات بازگشتی، VSWR و ضریب بازتاب

تلفات بازگشتی، VSWR و ضریب بازتاب، نمایشهای مختلفی از عملکرد تطبیق امپدانس هستند و میتوانند با استفاده از فرمولهای بالا به صورت لگاریتمی تبدیل شوند.

۴. امپدانس ورودی

امپدانس ورودی، امپدانس ارائه شده در پایانههای ورودی آنتن است. امپدانس ورودی آنتن باید با امپدانس مشخصه خط انتقال و کانکتورها مطابقت داشته باشد. برای آنتنهای ایستگاه پایه ارتباطات سیار، امپدانس ورودی اسمی معمولاً 50 اهم است، به این معنی که امپدانس مشخصه خط انتقال و کانکتورها نیز باید 50 اهم باشد.

5. به دست آوردن

بهره آنتن، اثر ترکیبی جهتگیری تابش و بازده تبدیل انرژی را نشان میدهد و توسط دو عامل اصلی تعیین میشود: جهتگیری تابش و بازده تابش.

بهره معمولاً بر حسب دسیبل (dB) بیان میشود. دسیبلها نمایش لگاریتمی یک نسبت هستند:

مثلا:

واحد dBi نشان دهنده بهره نسبت به یک رادیاتور ایزوتروپیک ایدهآل است. در برخی موارد، از dBd استفاده میشود که نشان دهنده بهره نسبت به یک دوقطبی نیم موج است. رابطه تبدیل به صورت زیر است:

مثلا:

6. الگوی تشعشع

الگوی تابش، نمایش گرافیکی از چگونگی تغییر چگالی توان تابشی یا قدرت میدان با جهت مکانی است. الگوهای تابش شامل الگوهای صفحه افقی و الگوهای صفحه عمودی هستند.

بسیاری از ویژگیهای آنتن را میتوان از الگوی تابش مشاهده کرد، مانند اینکه آیا آنتن همهجهته است یا جهتدار، پهنای پرتو، زاویه شیب به پایین، پر شدن تهی و حذف لوبهای جانبی. برای افزایش عملکرد تابشی، بهینهسازی الگوی تابش بخش مهمی از طراحی آنتن است.

یک الگوی تابش سهبعدی، توزیع کلی سیگنال در فضا را نشان میدهد و امکان مشاهده قدرت سیگنال را در همه جهات فراهم میکند.

یک الگوی تابش دوبعدی معمولاً با برش الگوی سهبعدی در امتداد صفحات XY، YZ و XZ به دست میآید و ارزیابی کمی از توزیع قدرت سیگنال در این صفحات را ارائه میدهد.