Izolacja Anteny szerokopasmowe i wskopasmowe

Transkrypt

1 Izolacja Anteny szerokopasmowe i wskopasmowe W literaturze technicznej mona znale róne opinie, na temat okrelenia, kiedy antena moe zosta nazwana szerokopasmow. Niektórzy producenci nazywaj anten szerokopasmow ju wtedy, gdy przy pomocy tylko jednej anteny mona pokry dany zakres czstotliwoci, np MHz. W terminologii Kathrein antena jest szerokopasmowa jeli moe ona pracowa w minimum dwóch zakresach czstotliwoci, np MHz dla GSM 1800 i UMTS. Trzymajc si tej terminologii antena pracujca tylko w jednym zakresie czstotliwoci jest wskopasmowa. Szeroko pasma nowoczesnych elementów promieniujcych znacznie wykracza poza okrelany dla nich zakres czstotliwoci, dla którego w katalogach podawane s takie parametry jak: VSWR, zysk, szeroko wizki promieniowania, współczynnik polaryzacji krzyowej CPR (Cross Polar Ratio), itp. Sygnały o czstotliwociach powyej i poniej katalogowego zakresu czstotliwoci s równie przenoszone przez anteny, ale ze znacznym pogorszeniem ich parametrów. Sytuacj t mona zobrazowa na przykładzie arówki przeznaczonej do pracy przy napiciu V, która działała równie przy napiciu 180 V, ale jej wiatło nie jest ju tak jasne. Co wyrónia anten szerokopasmow od wskopasmowej? Wiele osób prac anteny przyrównuje do pracy filtru. Jeli dana antena jest przeznaczona do pracy w zakresie MHz, wówczas nie bdzie działa przy 1900 MHz. Idc dalej tym tokiem rozumowania mona przyj, e izolacja dwóch anten wskopasmowych pracujcych w ssiadujcym zakresie czstotliwoci bdzie lepsza ni dwóch podobnych anten w wersji szerokopasmowej, co oczywicie nie jest prawd. Jakie czynniki wpływaj na warto izolacji anten? Odległo mocowania Kierunek promieniowania Szeroko wizki promieniowania Zysk VSWR / Niedopasowanie Elektryczne pochylenie wizki Typ anteny i jej kształt Które z powyszych czynników s zwizane z charakterystyk anten szerokopasmowych i wskopasmowych?

2 Odległo mocowania Kierunek promieniowania Porównywanie anten szeroko- i wskopasmowych, musi odbywa si przy zachowaniu tych samych odległoci mocowania i tego samego kierunku promieniowania, aby podczas analizy czynniki te mogły zosta pominite. Szeroko wizki promieniowania Jeli dwie anteny s skierowane w tym samym kierunku, to warto izolacji jest wyznaczana przez promieniowanie na kcie +/-90 O od tego kierunku (promieniowanie w kierunku kadej z anten). Jeli szeroko wizki wzronie, moc promieniowania w danym kierunku równie wzronie, a współczynnik izolacji zmaleje. Zatem anteny o kcie połowy mocy 90 O maj znacznie mniejsz warto izolacji ni anteny o wizce promieniowania 65 O. zainstalowane s na tym samym poziomie na jednym maszcie. W odległoci poniej 10 długoci fali od anteny mamy do czynienia z polem bliskim, dla którego podany w katalogu zysk anteny nie ma zastosowania. Zatem adna jego zmiana wzgldem czstotliwoci zarówno dla anten wskopasmowych jak i szerokopasmowych nie bdzie miała wpływu na warto izolacji. VSWR / Niedopasowanie Antena wskopasmowa wykazuje wyszy współczynnik VSWR dla czstotliwoci ssiadujcych ni antena szerokopasmowa zaprojektowana dla tego zakresu czstotliwoci. Wynikajce z tego odbicia sygnału powoduj tłumienie, które jest nazywane stratami niedopasowania (mismatch loss). Parametr ten opisuje wpływ współczynnika VSWR na cały system. Warto ta jest zazwyczaj nisza ni warto zakładana, podawana w katalogach. Porównujc anteny szeroko- i wskopasmowe, aspekt szerokoci wizki nie musi by brany pod uwag. Rónice w szerokoci wizki wzgldem czstotliwoci s bardzo małe, a dodatkowo czciowo same si kompensuj, e nie maj one wpływu na warto izolacji. Dla wartoci strat odbicia (a m ) ok. 0,18 db, współczynnik VSWR przyjmuje warto 1,5, ale ju przy a m =1,95 db współczynnik fali stojcej osiga bardzo niekorzystn warto równ 4 (rys. 1). Wzrost strat niedopasowania powoduje wzrost izolacji pomidzy dwiema antenami. Zysk Nie jest tajemnic, e zysk anteny maleje poza okrelonym dla anteny zakresem czstotliwoci. Dobra izolacja anten jest konieczna w przypadkach, gdy mamy do czynienia z niewielk odległoci pomidzy zamontowanymi antenami np. gdy dwie anteny z rónych sieci Dla przypadku opisanego powyej izolacja pomidzy dwiema antenami wskopasmowymi, przy VSWR równym 4 poza pasmem anteny, wzrosła by tylko o 1,77 db w porównaniu do anteny szerokopasmowej gdzie VSWR jest równy 1,5 w całym zakresie czstotliwoci.

3 Rysunek 1. Przykład zalenoci VSWR i strat niedopasowania. Elektryczne pochylenie wizki Anteny z elektrycznym pochyleniem wizki wykazuj wysz warto izolacji (patrz Aneks). Zmienne fazy elementów promieniujcych utrudniaj wzajemne oddziaływanie anten. Do porównania anten wskopasmowych i szerokopasmowych naley przyj ten sam kt pochylenia wizki. Typ anteny i jej kształt Znaczcy wpływ na izolacj w polu bliskim maj prdy biegnce w ekranie reflektora. Prdy te s zalene od konstrukcji anteny i rodzaju elementów promieniujcych (dipol/ linia paskowa). Anteny Kathrein wykorzystujce sprawdzon od wielu lat i niezawodn konstrukcj dipoli wykazuj bardzo dobr izolacj. Przypadek szczególny: CDMA 800 GSM 900 Przykładem, który pokazuje pobieno dyskusji na temat porównywania izolacji anten wskopasmowych i szerokopasmowych jest przypadek CDMA 800 i GSM 900 (Rys.2). Zakładajc, e obydwa systemy pracuj na tej samej wiey, szczególnie krytyczna jest izolacja pomidzy zakresem Tx dla CDMA 800 ( MHz) i zakresem Rx dla GSM 900 ( MHz). Mamy tu do czynienia z zazbianiem si zakresów czstotliwoci, przez co

4 separacja systemów nawet przy uyciu filtrów nie jest moliwa, nie mówic ju o poprawie izolacji za pomoc anten wskopasmowych. Podsumowanie Najwiksze znaczenie przy porównywaniu izolacji anten szerokopasmowych i wskopasmowych maj straty niedopasowania. Jeli załoymy, e wszystkie inne czynniki maj znacznie mniejszy wpływ, wówczas warto izolacji dla anten wskopasmowych jest o 2-3 db wysza ni anten szerokopasmocych, co jest i tak mało znaczce w przypadku, gdy izolacja anteny wymagana jest na poziomie 30 db. Duo waniejsza ni ta niewielka rónica, jest bezwzgldna warto separacji anten, która zaley od typu anteny i jej kształtu. Rysunek 2. Zakresy czstotliwoci dla CDMA 800 i GSM 900.

5 Aneks