Что такое микроволновая антенна?

Микроволновая антенна — это специализированная коммуникационная антенна, предназначенная для работы в микроволновом диапазоне частот, обычно от 3 ГГц до 300 ГГц (что соответствует длинам волн от 1 мм до 10 см). Ключевой особенностью микроволновых антенн является возможность создания «миниатюрных конструкций» благодаря значительному сокращению длины волны, при этом удовлетворяя требованиям микроволновой связи, включая высокая пропускная способность, низкие потери и передача на большие расстоянияЭти антенны широко используются в таких отраслях, как... мобильная связь, спутниковая связь и беспроводные сети передачи данныхНиже приведено подробное объяснение основного определения, ключевых характеристик, типичных типов и областей промышленного применения микроволновых антенн:

1. Определение ядра и частотный диапазон

Соотношение частоты и длины волны
Согласно радиочастотному спектру, микроволновая антенна работает в пределах... СВЧ (сверхвысокая частота) диапазон (3 ГГц–30 ГГц, длина волны 1 см–10 см) и КВЧ (крайне высокая частота) диапазон (30 ГГц–300 ГГц, длина волны 0.1 мм–1 см), как показано в «Таблице диапазонов радиочастотного спектра и длин волн» документа. Связь между частотой и длиной волны может быть выражена следующим образом:

(Например, на частоте 3 ГГц длина волны составляет 10 см; на частоте 30 ГГц — 1 см; на частоте 300 ГГц — 0.1 см).

Основная функциональность
Основная функция микроволновой антенны заключается в эффективная передача и прием микроволновых сигналовНа передающей стороне он преобразует радиочастотные сигналы от таких устройств, как базовые станции или спутники, в микроволновые электромагнитные волны. На приемной стороне он преобразует микроволновые электромагнитные волны из воздуха в электрические сигналы, что позволяет беспроводная связь на большие расстояния с высокой пропускной способностью, Такие, как Связь базовых станций 5G  и  прием сигнала спутникового телевидения.

2. Основные характеристики микроволновых антенн

По сравнению с низкочастотными (например, СНЧ, НЧ) и средне-высокочастотными (например, СЧ, ВЧ) антеннами, микроволновые антенны обладают уникальными характеристиками благодаря своим высокочастотные рабочие диапазоны  и  чрезвычайно короткие волны:

миниатюризация
Размер антенны должен быть пропорционален длине волны (как указано в документе: «базовый размер антенны L = λ/4»). Для длин волн от 1 мм до 10 см микроволновые антенны имеют гораздо меньшие размеры. Например, микроволновые антенны базовой станции 5G Обычно их длина составляет десятки сантиметров, в то время как Встроенные в мобильные телефоны микроволновые антенны (например, антенны Wi-Fi и 5G в диапазоне ниже 6 ГГц) имеют размер всего несколько миллиметров или сантиметров. Эта миниатюризация решает проблему больших размеров антенн в низкочастотных диапазонах, где антенны могут занимать площадь футбольного поля (например, низкочастотные длинноволновые антенны).

Различия в конструкции и производстве
Вследствие миниатюризации, процессы проектирования и изготовления микроволновых антенн значительно отличаются от традиционных антенн:

Традиционные низкочастотные антенны часто представляют собой «проволочные антенны» (например, монопольные антенны с изоляцией основания), в то время как микроволновые антенны часто используют плоские антенны (например, параболические антенны, микрополосковые патч-антенны) или миниатюрные дипольные антенны.

Производственные процессы требуют высокоточное изготовлениенапример, травление металлических элементов для микрополосковых антенн на печатных платах с контролем допусков в пределах заданных параметров. 0.1 мм для обеспечения надлежащего согласования с короткими длинами волн.

Высокоскоростная связь с низкими потерями
Ширина полосы пропускания микроволнового частотного диапазона значительно больше, чем у низкочастотных диапазонов (например, полоса пропускания в 1 ГГц занимает небольшую часть микроволнового частотного диапазона). В результате микроволновые антенны могут поддерживать передачу данных с высокой скоростью (например, микроволновые антенны 5G поддерживает скорость более 10 Гбит/с, и Микроволновые антенны Wi-Fi 6 (поддерживает скорости в несколько Гбит/с). Кроме того, микроволновые сигналы испытывают относительно низкие потери при распространении (например, они меньше затухают в атмосфере), что делает их пригодными для связь между двумя точками на большие расстояния (например, передача микроволнового сигнала между базовыми станциями).

Направленность и оптимизация усиления
Большинство микроволновых антенн направленные антенны (например, параболические антенны, направленные антенны базовых станций), которые фокусируют энергию сигнала в луч определенной ширины, тем самым увеличивая коэффициент усиления (например, параболические микроволновые антенны могут иметь коэффициент усиления, превышающий 20 дБиЭто обеспечивает стабильную связь на больших расстояниях. В определенных сценариях (например, микроволновые антенны в мобильных телефонах) всенаправленные конструкции используются для адаптации к потребностям мобильных устройств, но несколько антенных решеток (например, в MIMO технологии) используются для компенсации недостаточного усиления.

3. Типичные типы и области применения

Микроволновые антенны используются в самых разных областях, особенно в телекоммуникации, спутниковая связь и беспроводные сети передачи данныхБлагодаря компактным размерам, высокой производительности и способности работать с большими полосами пропускания, они незаменимы в современных системах связи.