Підсилення антени — це показник її здатності спрямовувати вхідну потужність у випромінювання в певному напрямку і вимірюється за максимальною інтенсивністю випромінювання.
МАЛЮНОК 1-1 Характеристики діаграми спрямованості антени.
Якщо розглянути густину потужності, випромінювану ізотропною антеною з вхідною потужністю P₀ на відстані R, то вона виражається як:
Антени випромінюють сферичні хвилі, що поширюються в радіальному напрямку в системі координат, центром на антені. На великих відстанях сферичні хвилі можна наближено розглядати як плоскі хвилі, що є корисними для спрощення задачі. Однак плоскі хвилі не є фізично реальними, оскільки для їх утворення потрібна нескінченна потужність.
Вектор Пойнтінга описує напрямок поширення та густину потужності електромагнітної хвилі. Він визначається як векторний добуток електричних і магнітних полів та позначається як S:
де:Спрямованість — це міра концентрації випромінювання антени в напрямку максимального випромінювання. Вона визначається як відношення максимальної інтенсивності випромінювання до середньої інтенсивності випромінювання по всій сфері:
де: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.
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.
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.
Радари працюють з подвійними втратами на шляху. Передавальна антена радара випромінює електромагнітне поле, яке освітлює ціль. Падаючі поля збуджують поверхневі струми на об’єкті, які випромінюють друге поле. Це відбиті поля поширюються до приймальної антени, де вони збираються. Більшість радарів використовують одну і ту ж антену для передачі й прийому сигналів (моностатична система), хоча в бістатичних радарах використовуються окремі антени для передачі та прийому. У бістатичних системах приймальна система не випромінює сигналів, що забезпечує її непомітність і підвищену живучість у військових застосуваннях.
Густина потужності, що освітлює ціль на відстані Rₜ, визначається за рівнянням:
де:
Антени здатні захоплювати потужність із проходячих хвиль і передавати частину цієї енергії на свої термінали. Виходячи з густини потужності падаючої хвилі та ефективної площі антени, потужність, передана на термінали антени, визначається як добуток:
де:
Для апертурних антен, таких як рупорні антени, параболічні рефлектори або плоскі антенні решітки, ефективна площа визначається як фізична площа апертури, помножена на коефіцієнт ефективності апертури. Втрати, пов'язані з матеріалами, розподілом поля та невідповідністю імпедансів, зменшують співвідношення ефективної площі до фізичної площі антени. Наприклад, для параболічного рефлектора типовий коефіцієнт ефективності апертури становить приблизно 55%. Це означає, що лише 55% фізичної площі антени ефективно використовуються для захоплення енергії з падаючих хвиль.
Навіть антени з дуже малими фізичними розмірами, наприклад, диполі, мають ефективну площу, оскільки вони можуть вилучати потужність з проходячих хвиль. Ефективна площа дипольної антени або інших малих антен не залежить лише від фізичних розмірів, а визначається також їх здатністю поглинати енергію електромагнітних хвиль.
Ефективна площа важлива для оцінки здатності антени приймати радіосигнали. Чим більша ефективна площа антени, тим більше енергії вона може вилучити з падаючих електромагнітних хвиль і тим більшою буде потужність, що надходить на її термінали.
Втрати через матеріали, нерівномірний розподіл поля або невідповідність імпедансів можуть суттєво знижувати ефективну площу антени. Ефективність апертури є ключовим фактором для визначення того, наскільки добре антена використовує свою фізичну площу для захоплення енергії з електромагнітного поля. Таким чином, ефективна площа — це важлива характеристика антени, яка показує її здатність приймати енергію з навколишнього середовища, навіть якщо її фізичні розміри незначні.
У сучасних автомобілях електроніка відіграє ключову роль у функціонуванні різноманітних систем, починаючи від систем безпеки й закінчуючи комфортними функціями. Для забезпечення взаємодії між цими системами та передачі даних використовуються різні протоколи зв'язку. Два з них, LIN (Local Interconnect Network) та CAN (Controller Area Network), виявилися особливо популярними у автомобільній промисловості.
LIN був розроблений компанією Volcano Automotive Group (нині під керівництвом Microchip Technology) з метою створення недорогого та простого у використанні протоколу зв'язку для менш критичних систем автомобіля, таких як система освітлення, шини тиску чи аудіосистема. Основна мета LIN - зменшення складності проводки та електроніки, зниження вартості та споживання енергії.
LIN працює на основі одного майстра (Master) та кількох вузлів (Slave). Майстер здійснює ініціалізацію та керує комунікацією між вузлами. Він відправляє запити до вузлів та отримує відповіді. Цей протокол передачі даних є досить повільним, з максимальною швидкістю передачі даних 20 кбіт/с, що зазвичай вистачає для його застосування.
З іншого боку, CAN був розроблений компанією Bosch для використання у більш критичних системах автомобіля, де вимагається висока швидкість передачі даних та надійність. CAN широко використовується у системах, таких як система двигуна, система гальмування, система стабілізації та інші. Цей протокол може працювати на великій відстані та забезпечує високий імунітет до шумів.
CAN також використовує майстра-вузол (Master-Slave), але дозволяє більше одночасних передач даних. Протокол CAN має два варіанти - CAN High-Speed (CAN-HS) та CAN Low-Speed (CAN-LS). CAN-HS працює на високій швидкості передачі даних до 1 Мбіт/с, тоді як CAN-LS працює на низькій швидкості до 125 кбіт/с. Застосування відповідного варіанта залежить від вимог до конкретної системи автомобіля.
Однією з головних переваг CAN є його здатність до виявлення та усунення помилок. Кожен переданий байт даних супроводжується контрольною сумою, що дозволяє виявити будь-які помилки при передачі. Крім того, CAN має вбудований механізм пріоритетності повідомлень, що дозволяє присвоювати пріоритети повідомленням з різних систем, забезпечуючи ефективне функціонування автомобільних систем.
У сучасних автомобілях часто використовується комбінація LIN та CAN для забезпечення ефективної взаємодії між системами. Наприклад, LIN може використовуватися для зв'язку з менш критичними системами, такими як освітлення або аудіосистема, тоді як CAN займається передачею даних між більш складними та важливими системами.
Узагальнюючи, LIN та CAN - це два популярних протоколи зв'язку для автомобільних систем. LIN підходить для менш критичних систем, де потрібна проста та економічна комунікація, тоді як CAN використовується для більш складних та вимогливих систем. Застосування відповідного протоколу забезпечує ефективну та надійну взаємодію між системами автомобіля, підвищуючи безпеку та комфорт для водія та пасажирів.
Microchip Studio - це інтегроване середовище розробки (IDE), створене компанією Microchip Technology для розробки програмного забезпечення для мікроконтролерів Microchip. Це безкоштовна платформа, яка дозволяє розробникам створювати програмне забезпечення для широкого спектру мікроконтролерів Microchip, включаючи PIC, AVR та SAM.
Microchip Studio містить різноманітні інструменти, такі як редактор коду, компілятор, дебагер, програматор та інші, що дозволяють розробникам ефективно розробляти програмне забезпечення для мікроконтролерів Microchip. Це інтегроване середовище розробки дозволяє розробникам писати, тестувати та налагоджувати програмне забезпечення в зручному для них середовищі.
Microchip Studio надає розробникам доступ до безкоштовної бібліотеки коду, яка містить різноманітні функції та інструменти, що дозволяють прискорити розробку програмного забезпечення. Крім того, це середовище розробки також містить безкоштовні інструменти для налагодження програмного забезпечення, такі як емулятори та логічний аналізатор.
Microchip Studio є дуже популярним середовищем розробки для розробників, які працюють з мікроконтролерами Microchip. Він дозволяє розробникам розробляти програмне забезпечення для різноманітних застосувань, включаючи автомобільну, медичну, промислову та інші галузі.
SPI (Serial Peripheral Interface) - це синхронна послідовна шина передачі даних, яка використовується для зв'язку між мікроконтролерами та периферійними пристроями в цифрових системах. Вона є однією з найбільш поширених шин в мікроконтролерах та мікропроцесорах.
SPI використовується для передачі даних в обох напрямках між майстром (наприклад, мікроконтролером) та одним або кількома веденими пристроями (наприклад, датчиками, дисплеями або пам'яттю). Вона працює в напівдуплексному режимі, що означає, що дані передаються тільки в одному напрямку за один раз.
Шина SPI складається з чотирьох ліній: SCLK (serial clock), MOSI (master output slave input), MISO (master input slave output) та SS (slave select). Лінія SCLK - це лінія тактування, яка визначає частоту передачі даних. Лінії MOSI та MISO відповідають за передачу даних від майстра до веденого та від веденого до майстра відповідно. Лінія SS використовується для вибору веденого пристрою.
SPI може мати різні конфігурації залежно від потреби системи, такі як розмір слова даних, порядок передачі даних, режими тактування тощо. Вона є дуже ефективним інтерфейсом зв'язку та може використовуватися для зв'язку з різноманітними периферійними пристроями в системах з обмеженими ресурсами.
Шина SPI (Serial Peripheral Interface) використовує майстер-ведене (Master-Slave) з'єднання між мікроконтролером та периферійними пристроями. Мікроконтролер, який контролює передачу даних, називається майстром (Master), а периферійний пристрій, який приймає та відправляє дані, називається веденим (Slave).
Майстер здійснює керування передачею даних, він вибирає веденого пристрій, передає дані, ініціює та завершує передачу даних. Ведений пристрій підпорядковується майстеру, приймає та відправляє дані, коли він вибраний майстром.
Майстер передає дані веденому пристрою через лінії MOSI (Master Output Slave Input) та SCLK (Serial Clock). Лінія MOSI передає дані від майстра до веденого, а лінія SCLK визначає частоту передачі даних. Ведений пристрій відповідає на передачу даних майстру через лінію MISO (Master Input Slave Output), що передає дані від веденого до майстра. Крім того, шина SPI має лінію SS (Slave Select), яка використовується майстром для вибору веденого пристрою, з яким він збирається спілкуватися.
Майстром може бути будь-який пристрій, який може ініціювати передачу даних по шині SPI, наприклад, мікроконтролер, мікропроцесор, FPGA чи CPLD. Веденими пристроями можуть бути будь-які периферійні пристрої, які підтримують протокол SPI, такі як датчики, дисплеї, пам'ять тощо.
