Свойства антенны

Для того чтобы принимать разумные решения относительно антенн, важно разбираться в некоторых их свойствах. Они включают, хотя и не ограничиваются ими, диаграмму излучения, направленность, коэффициент усиления, входной импеданс, поляризацию и полосу частот. Диаграмма излучения антенны описывает "угловое изменение радиоизлучения на фиксированном расстоянии от антенны". Диаграмма излучения часто описывается в терминах направленности или коэффициента усиления. Направленность антенны описывает интенсивность излучения в данном направлении по отношению к средней интенсивности излучения, иначе говоря, она указывает плотность мощности излучения по отношению к однородно распределенной мощности излучения. Коэффициент усиления описывает то же самое, но уже с учетом потерь в самой антенне. Вы можете определить коэффициент полезного действия антенны, который используется при градуировке направленности с целью определения коэффициента усиления антенны; совершенный излучатель имеет к.п.д., равный 1. Поскольку все реальные антенны имеют потери, коэффициент усиления, учитывающий их, является наиболее часто упоминаемым параметром антенны. Единицы измерения, используемые для указания коэффициента усиления, - это или dBi, коэффициент усиления в децибелах по отношению к изотропной антенне, или dBd, коэффициент усиления в децибелах по отношению к антенне, называемой полуволновая (симметричная) антенна (или вибратор, иногда - диполь). Следует помнить, что при преобразовании одного значения в другое нужно добавить 2,2 к значению коэффициента усиления, выраженного в dBd, чтобы получить значение коэффициента усиления, выраженное в dBi. Важно знать, как следует осуществлять такое преобразование, поскольку, хотя многие поставщики указывают коэффициент усиления в dBi, некоторые все же указывают его в dBd.

Вспомнив, что излучение осуществляется в трехмерном пространстве, вы вскоре выясните, что зачастую антенна имеет главный лепесток, или луч, который располагается в направлении максимального коэффициента усиления, и характеризуется также второстепенными лепестками, часто называемыми боковыми или задними лепестками (диаграммы направленности антенны), - в зависимости от направленности второстепенных лепестков относительно главного. Производители часто описывают свои антенны, сообщая коэффициент усиления именно для главного лепестка. Делая это, они также указывают ширину диаграммы направленности антенны. Обычно это ширина диаграммы направленности по уровню 0,5 от ее максимальной мощности; она определяется IEEE следующим образом: "В сечении диаграммы излучения, содержащем направление максимума лепестка, угол между двумя направлениями, на которых интенсивность излучения составляет половину максимального значения".

Электромагнитные волны, излучаемые антенной, могут по-разному распространяться в среде. Особенности распространения зависят от поляризации передающей антенны. Она может быть линейной или круговой.

Большинство антенн, используемых в WLAN, являются антеннами с линейной поляризацией, горизонтальной или вертикальной. Первое означает, что вектор электрического поля лежит в вертикальной плоскости, второе - что в горизонтальной. Чаще применяется вертикальная поляризация, хотя в некоторых ситуациях антенны с горизонтальной поляризацией эффективнее. Хотя маловероятно, что в помещениях вы станете применять антенны с круговой поляризацией, при использовании мостов такое вполне может произойти. Как и в случае антенн с линейной поляризацией, возможны два варианта: левая круговая поляризация и правая круговая поляризация. Если при движении волны в вашу сторону вектор вращается по часовой стрелке, то это левая круговая поляризация.

Аналогично, если вам кажется, что он вращается против часовой стрелки, это правая круговая поляризация. Линии связи, в которых передача осуществляется над водным пространством, когда плоскость поляризации может поворачиваться при каждом отражении, - хороший пример полезности круговой поляризации, потому что она инвариантна по отношению к вращению. При вращении антенны с линейной поляризацией она может изменять ее с вертикальной на горизонтальную.

Вообще говоря, для линии связи, работающей в пределах прямой видимости, на обоих ее концах нужно использовать антенны с одинаковой поляризацией. Антенна с вертикальной поляризацией, имеющая коэффициент усиления 21 dBi, может иметь коэффициент усиления в горизонтальной плоскости от 1 до -4 dBi, это означает, что уровень кроссполяризационной селекции (выделения поперечной поляризации) составляет обычно 20-25 dBi.

Коэффициент полезного действия антенны - это "отношение общей мощности, излучаемой антенной, к полезной мощности, полученной ею от передатчика". Все радиоприборы - радиостанции, линии передачи, антенны - имеют характеристику, получившую название импеданс, что означает отношение напряжения и тока на электрических выводах радиоприбора. Если антенна соединяется с передатчиком посредством кабеля и ее импеданс согласован с импедансами передатчика и линии передачи, то в антенну передается максимальная мощность. Однако если импедансы не согласованы, часть энергии будет отражаться обратно к источнику, и лишь оставшаяся поступать на антенну. Эти отражения характеризует коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН, VSWR). Если отражения отсутствуют, КСВН равен 1. Увеличение КСВН означает больше отражений с большей магнитудой. КСВН, равный 2, означает, что отражается 11% мощности.

Высокий КСВН и линия передачи с высоким затуханием приводят к потерям существенной части энергии. Более того, при высоком КСВН и больших мощностях может наступить опасная ситуация вследствие повышения напряжения в линии передачи, которое в экстремальных случаях может вызвать искрение. Однако подобная проблема никогда не возникнет перед вами, поскольку уровни мощности в беспроводных LAN весьма невелики. Полоса пропускания антенны определяется диапазоном частот, в котором антенна имеет приемлемые рабочие параметры. Обычно указываются максимальная и минимальная частоты. Термин "приемлемые рабочие параметры" в данном случае означает, что характеристики антенны, такие как ее диаграмма направленности и входной импеданс, не изменяются в рабочем диапазоне частот. Некоторые антенны считаются широкополосными. Согласно весьма расплывчатому определению, таковыми считаются антенны, у которых отношение максимальной частоты к минимальной превышает 2. Однако, поскольку широкополосные антенны часто имеют низкий коэффициент усиления, а уже развернутые к настоящему времени WLAN стандарта 802.11 не требуют широкополосных антенн, единственная ситуация, при которой вам могут предложить широкополосную антенну, - это если вы захотите покрыть весь диапазон 2,4 ГГц, выделенный для промышленного, научного и медицинского применения (ISM), а также все безлицензионные диапазоны в области 5 ГГц национальной информационной инфраструктуры (U-NII) одной антенной.

При выборе антенны помните, что многие ее параметры взаимосвязаны, поэтому, хотя оптимальным вариантом, казалось бы, была максимизация всех "положительных" характеристик антенны или минимизация всех "отрицательных", на практике такое оказывается невозможным. Например, если вы выберете антенну с очень широким главным лепестком, вам придется пожертвовать коэффициентом усиления; выбрав широкополосную антенну, вы можете обнаружить, что ее диаграмма направленности неоднородна. Поэтому важно определить, какие именно характеристики антенны важны для условий конкретного ее применения, и сделать соответствующий выбор.