Wat zijn de elektrische prestatieparameters van communicatieantennes?

De elektrische prestatieparameters van communicatieantennes zijn belangrijke indicatoren voor het evalueren van het signaaloverdrachtsvermogen, de stralingsefficiëntie en de impedantieaanpassing. Ze kunnen over het algemeen als volgt worden ingedeeld:

1. Werkfrequentie en werkbandbreedte

De bandbreedte van een antenne verwijst naar het frequentiebereik waarbinnen aan alle gespecificeerde prestatie-eisen van de antenne wordt voldaan. De werkfrequentie verwijst naar alle frequenties binnen de bandbreedte van de antenne.

Omdat de operationele bandbreedte wordt beperkt door meerdere prestatieparameters, moet de smalste bandbreedte daarvan worden beschouwd als de effectieve bandbreedte. Voor ingebouwde antennes zijn bandbreedtes die worden beperkt door factoren zoals de bandbreedte van het stralingspatroon en de polarisatiebandbreedte meestal breder dan de impedantiebandbreedte. Een veelgebruikt ruw criterium is het frequentiebereik waarbinnen de spanningsstaande golfverhouding (VSWR) onder een bepaalde limiet blijft.

2. Spanningsstaande golfverhouding (VSWR)

Wanneer de ingangsimpedantie van de antenne niet overeenkomt met de karakteristieke impedantie van de transmissielijn (er treedt dus een mismatch op), wordt een deel van het ingangsvermogen teruggekaatst. De spanningsstaande golfverhouding (VSWR) is een belangrijke parameter die de verhouding tussen het invallende vermogen en het teruggekaatste vermogen weergeeft.

VSWR is gerelateerd aan de ingangsimpedantie van de antenne. In sommige gevallen wordt in plaats daarvan de retourverlies (RL) of de reflectiecoëfficiënt (Γ) gebruikt; alle drie beschrijven dezelfde eigenschap. Hun onderlinge relaties zijn als volgt:

Waar:

(P^-) is het gereflecteerde vermogen

(P^+) is het invallende vermogen

(Z_L) is de ingangsimpedantie van de antenne

(Z_0) is de karakteristieke impedantie van de transmissielijn.

(U^+) is de invallende spanning

(U^-) is de gereflecteerde spanning

3. Logaritmische conversieverbanden tussen retourverlies, VSWR en reflectiecoëfficiënt

Retourverlies, VSWR en reflectiecoëfficiënt zijn verschillende weergaven van de impedantieaanpassingsprestaties en kunnen logaritmisch worden omgerekend met behulp van de bovenstaande formules.

4. Ingangsimpedantie

De ingangsimpedantie is de impedantie die wordt aangeboden bij de ingangsklemmen van de antenne. De ingangsimpedantie van de antenne moet overeenkomen met de karakteristieke impedantie van de transmissielijn en de connectoren. Voor antennes van mobiele communicatiebasisstations is de nominale ingangsimpedantie doorgaans 50 Ω, wat betekent dat de karakteristieke impedantie van de transmissielijn en de connectoren ook 50 Ω moet zijn.

5. Krijgen

Antenneversterking is het gecombineerde effect van stralingsrichting en energieomzettingsrendement. Deze wordt bepaald door twee hoofdfactoren: stralingsrichting en stralingsrendement.

De versterking wordt meestal uitgedrukt in decibels (dB). Decibels zijn een logaritmische weergave van een verhouding:

Bijvoorbeeld:

De eenheid dBi staat voor versterking ten opzichte van een ideale isotrope straler. In sommige gevallen wordt dBd gebruikt, wat de versterking ten opzichte van een halvegolfdipool aangeeft. De omrekeningsrelatie is als volgt:

Bijvoorbeeld:

6. Stralingspatroon

Het stralingspatroon is een grafische weergave van hoe de uitgestraalde vermogensdichtheid of veldsterkte varieert met de ruimtelijke richting. Stralingspatronen omvatten patronen in het horizontale vlak en patronen in het verticale vlak.

Veel antennekarakteristieken kunnen worden afgelezen uit het stralingspatroon, zoals of de antenne omnidirectioneel of directioneel is, de bundelbreedte, de neerwaartse hellingshoek, de null-vulling en de onderdrukking van zijlobben. Om de stralingsprestaties te verbeteren, is optimalisatie van het stralingspatroon een belangrijk onderdeel van antenneontwerp.

Een 3D-stralingspatroon illustreert de algehele signaalverdeling in de ruimte en maakt het mogelijk om de signaalsterkte in alle richtingen te observeren.

Een 2D-stralingspatroon wordt doorgaans verkregen door het 3D-patroon te doorsnijden langs de XY-, YZ- en XZ-vlakken, waardoor een kwantitatieve evaluatie van de signaalsterkteverdeling in deze vlakken mogelijk is.