В этой главе рассматриваются основные параметры беспроводной связи с целью лучшего понимания роли антенн в системах связи. Беспроводная связь осуществляется в форме электромагнитных волн, поэтому крайне важно понимать характеристики распространения волн.
В этой главе мы обсудим следующие параметры:
•Частота
•Длина волны
• Согласование импедансов
•КСВ и отраженная мощность
•Пропускная способность
•Процентная пропускная способность
•Интенсивность излучения
Теперь давайте рассмотрим их подробнее.
Частота:
Согласно стандартному определению, частота — это количество повторений волны в единицу времени. Проще говоря, частота описывает, как часто происходит событие. Периодическая волна повторяется каждые T секунд (один период), и её частота равна величине, обратной периоду времени T.
Математически это выглядит следующим образом:
$$f = \frac{1}{T}$$
•F обозначает частоту периодической волны, а
•T — это время, необходимое для завершения одного полного цикла.
Частота измеряется в герцах, сокращенно обозначаемых как Гц.
На рисунке выше изображена синусоида, показывающая напряжение (в мВ) как функцию времени (в мс). Эта форма волны повторяется каждые 2t миллисекунд; следовательно, ее период T = 2t мс, а частота f = 1/(2t) кГц.
Длина волны:
Согласно стандартному определению, расстояние между двумя последовательными пиками или двумя последовательными впадинами называется длиной волны.
Проще говоря, длина волны — это расстояние между двумя соседними положительными пиками или двумя соседними отрицательными пиками. На рисунке ниже показана периодическая форма волны с указанием длины волны (λ) и амплитуды. Чем выше частота, тем короче длина волны, и наоборот.
Формула для длины волны:
$$\lambda = \frac{c}{f}$$
•λ обозначает длину волны
•C — скорость света (3 × 10⁸ метров в секунду)
•F — частота
Длина волны λ выражается в единицах длины, таких как метры, футы или дюймы. Наиболее часто используемой единицей является метр.
Согласование импедансов:
Согласно стандартному определению, согласование импедансов происходит, когда импеданс передатчика приблизительно равен импедансу приемника.
Для обеспечения максимальной передачи мощности между антенной и приемником или передатчиком необходимо согласовать импедансы антенны, линии передачи и цепи.
Необходимость соответствия
Резонансные устройства способны обеспечивать оптимальную выходную мощность в определенных узкополосных диапазонах частот. Как резонансное устройство, антенна может достичь лучших выходных характеристик при условии правильного согласования её импеданса.
•Когда импеданс антенны совпадает с импедансом свободного пространства, излучаемая антенной мощность будет эффективно передаваться.
• Выходное сопротивление приемной антенны должно соответствовать входному сопротивлению цепи приемного усилителя.
• Для передающей антенны ее входное сопротивление должно соответствовать выходному сопротивлению передающего усилителя, а также характеристическому сопротивлению линии передачи.
Импеданс измеряется в омах и обозначается символом Z.
КСВ и отраженная мощность:
Согласно стандартному определению, отношение максимального напряжения к минимальному напряжению в стоячей волне называется коэффициентом стоячей волны по напряжению (КСВН).
Когда импедансы антенны, линии передачи и цепи не совпадают, мощность не может эффективно излучаться; вместо этого часть мощности отражается обратно.
Основные характеристики —
• Параметр, указывающий на степень несоответствия импедансов, называется коэффициентом стоячей волны по напряжению (VSWR).
•VSWR расшифровывается как коэффициент стоячей волны по напряжению и также часто обозначается как SWR.
• Чем больше несоответствие импедансов, тем выше значение КСВН.
• Для достижения эффективного излучения идеальное значение КСВ составляет 1:1.
•Отраженная мощность — это часть прямой мощности, которая теряется. Отраженная мощность и КСВ, по сути, описывают одно и то же физическое явление с разных точек зрения.
Пропускная способность:
Согласно стандартному определению, полоса частот в пределах заданного диапазона длин волн, выделенная для конкретного вида связи, называется полосой пропускания.
При передаче или приеме сигнала он работает в определенном частотном диапазоне. Этот конкретный частотный диапазон назначается определенному сигналу для предотвращения помех от других сигналов во время передачи.
• Полоса пропускания — это диапазон частот между высокочастотным и низкочастотным пределами передачи сигнала.
•После выделения полосы пропускания она не может быть использована другими пользователями.
• Весь спектр разделен на полосы пропускания, каждая из которых назначена различным передатчикам.
Обсуждаемую нами полосу пропускания также можно назвать абсолютной полосой пропускания.
Процентная пропускная способность:
Согласно стандартному определению, отношение абсолютной ширины полосы пропускания к её центральной частоте называется процентной шириной полосы пропускания.
Частота в полосе частот, на которой мощность сигнала достигает максимума, называется резонансной частотой, также известной как центральная частота полосы, обозначаемая как fC.
• Верхняя и нижняя частоты полосы обозначаются как fH и fL соответственно.
•Абсолютная ширина полосы пропускания определяется формулой fH − fL
• Для оценки ширины полосы частот необходимо рассчитать ее относительную ширину полосы или процентную ширину полосы.
Процентная полоса пропускания рассчитывается для понимания диапазона колебаний частоты, с которым может справиться компонент или система.
•fH обозначает более высокую частоту
•fL обозначает более низкую частоту
•fc обозначает центральную частоту
Чем больше процентное значение полосы пропускания, тем шире полоса пропускания канала.
Интенсивность излучения:
Интенсивность излучения определяется как мощность, излучаемая на единицу телесного угла.
Антенна излучает интенсивнее в определенных направлениях, которые соответствуют ее максимальной интенсивности излучения. Максимальная возможная дальность излучения характеризуется интенсивностью излучения.
Математическое выражение
Интенсивность излучения определяется путем умножения плотности излучаемой мощности на квадрат радиального расстояния:
Где U — интенсивность излучения, r — радиальное расстояние, а (Врад) — плотность излучаемой мощности.
•U обозначает интенсивность излучения
•r обозначает радиальное расстояние
•Wrad представляет собой плотность излучаемой мощности
Приведенное выше уравнение выражает интенсивность излучения антенны. Радиальное расстояние иногда обозначается символом Φ.
Единицей измерения интенсивности излучения является ватт на стерадиан (Вт/ср) или ватт на квадратный радиан (Вт/рад²).
Чтобы узнать больше об антеннах, посетите:
Дата публикации: 26 марта 2026 г.
