Чому використовують антени?

    Антени використовуються для передачі сигналів там, де інші способи неможливі або недоцільні, наприклад, для зв'язку з ракетою або через пересічену гірську місцевість. Коли прокладання кабелів занадто дороге або займає багато часу, антени можуть забезпечити ефективну передачу сигналів. Проте може здатися, що через великі втрати на шляху системи з антенами кабельні рішення є кращими.

Чи є сенс використовувати антени на рівнинній місцевості?

    Зазвичай, кабелі мають нижчі втрати на коротких відстанях, тому для коротких дистанцій вони можуть бути кращим варіантом. Але коли довжина шляху збільшується, антени з часом стають ефективнішими. Наприклад, при подвоєнні довжини шляху втрати в кабелі також подвоюються в децибелах, тоді як для антенного каналу втрати збільшуються лише на 6 дБ.

Приклад: Вибір між хвилеводом і антенами на частоті 3 ГГц

    Розглянемо вибір між хвилеводом з низькими втратами та парою антен на частоті 3 ГГц. Кожна антена має підсилення 10 дБ, а хвилевід має втрати 19.7 дБ/км. Таблиця 1-1 показує порівняння втрат на різних відстанях:

Відстань (км)	Втрати хвилеводу (дБ)	Втрати антени (дБ)
2	39.4	88
4	78.8	94
6	118.2	97.6
10	197	102

На коротких відстанях хвилевід має менші втрати, але з часом антена стає кращим варіантом, оскільки її втрати збільшуються лише на 6 дБ при подвоєнні відстані, на відміну від хвилеводу.

 

Приклад: Антена на відстані 200 м для роботи на 2 ГГц

    Установка антени на відстані 200 м використовувалася для роботи на частоті 2 ГГц з використанням 2-метрового рефлектора як джерела. Приймач потребував зразка сигналу передавача для фазового блокування місцевого осцилятора з різницею в 45 МГц. Було запропоновано використовувати кабель RG/U 115 через канал для передачі потужності та керування, оскільки відстань була короткою. Втрати в кабелі становили 36 дБ на 100 м, що давало загальні втрати в 72 дБ на відстані 200 м. Було використано відгалужувач із підсиленням 10 дБ на передавачі для вибору опорного сигналу, що призвело до загальних втрат у 82 дБ. Оскільки джерело передавало 100 мВт (20 дБм), сигнал на приймачі був −62 дБм, що було достатньо для фазового блокування.

Другий запропонований метод: Використання рупорної антени зі стандартним підсиленням

    У цьому методі стандартну рупорну антену з підсиленням 15 дБ розміщують у промені джерела сигналу на невеликій відстані від приймача. Розглянемо, як можна обчислити параметри системи.

Розрахунок підсилення антени-джерела

    Припустимо, що ефективність апертури антени-джерела становить лише 30%. Ми можемо розрахувати підсилення за допомогою рівняння (1-10):

​

де:

• λ = 0.15 м — довжина хвилі,
• ηₐ = 0.3 — ефективність апертури.

Підставимо значення:

$$G = \left(\frac{2\pi}{0.15}\right)^2 \times 0.3 = 526 \quad \text{(або 27.2 дБ)}$$

Розрахунок втрат на шляху

Втрати на шляху можна обчислити за рівнянням (1-9):

$$\text{Втрати на шляху (дБ)} = 32.45 + 20 \log[2000(0.2)] - 27.2 - 1$$

де:

• 32.45 — константа для відстані в км,
• f = 2000 МГц (2 ГГц) — частота,
• R = 0.2 км — відстань,
• G₁ = 27.2 дБ — підсилення антени-джерела,
• G₂ = 15 дБ — підсилення рупорної антени.

Обчислимо:

$$\text{Втрати на шляху} = 32.45 + 20 \log(400) - 27.2 - 15 = 32.45 + 52.04 - 27.2 - 15 = 42.3 \, \text{дБ}$$

Розрахунок потужності на виході рупора

    Потужність на виході рупора дорівнює вхідній потужності мінус втрати на шляху. Оскільки вхідна потужність передавача становить 20 дБм:

$$P_{\text{вих}} = 20 \, \text{дБм} - 42.3 \, \text{дБ} = -22.3 \, \text{дБм}$$

Використання атенюатора

    Оскільки приймач має максимальну допустиму потужність -30 дБм, а вихідна потужність рупора становить -22.3 дБм, необхідно встановити атенюатор на 20 дБ, щоб знизити рівень сигналу і запобігти перенасиченню приймача.

Висновок

    Навіть на коротких відстанях, як у цьому прикладі (200 м), використання антен для передачі сигналів може бути кращим варіантом, ніж використання кабелів. Втрати на антенах збільшуються повільніше, ніж втрати в кабельних системах на довгих відстанях, тому іноді доцільніше використовувати антени для передачі сигналів.