Co je zisk antény jednoduchými slovy – Články – Články, recenze, testy

Rádiová komunikace, mobilní komunikace, televize, bezdrátové Wi-Fi a 3G internet se uskutečňují příjmem a vysíláním rádiových vln pomocí antén. Rádiová vlna je elektromagnetické záření. Jakákoli rádiová vlna se vyznačuje třemi hlavními parametry: vlnovou délkou, amplitudou a rychlostí šíření. Světlo a rádiové vlny se šíří obrovskou rychlostí: 300 tisíc kilometrů za sekundu (tj. paprsek světla doletí ze Země na Měsíc za méně než dvě sekundy). Vlnová délka je vzdálenost mezi libovolnými dvěma jeho vrcholy. Amplituda je „výška“, do které tento vrchol stoupá. Čím větší je amplituda světelné vlny, tím jasnější je toto světlo (jinými slovy, tím vyšší je intenzita vlny). Znalost vlnové délky a rychlosti jejího šíření umožňuje vždy vypočítat frekvenci vlny (to je počet vrcholů vytvořených za jednu sekundu). Frekvence se měří v hertzech.

Rádiové vlny mají ještě jednu vlastnost: polarizaci, ale o té si povíme později.

Každý už viděl rádiové vlny, a to nejednou. Koneckonců, světlo je také rádiové vyzařování, ale s velmi krátkou vlnovou délkou (a tedy velmi vysokou frekvencí), tisíckrát menší než milimetr. Abychom pochopili, jak se rádiové vlny šíří, stačí provést analogii s šířením světla.

– světlo se šíří přímočarě;

– pokud je do cesty světelného paprsku umístěna velká překážka, vytvoří se stín;

— pokud se do dráhy světelného paprsku umístí překážky, které jsou menší než vlnová délka nebo s ní srovnatelné, pak světlo, po určitých změnách, projde dále;

– sklo oslabuje jas světla, někdy velmi;

– Pokud umístíte lupu do dráhy slunečního světla, pak v jejím ohnisku získáte jasný, oslepující bod, který může zapálit strom.

Rádiové vlny mají bоdelší vlnovou délku než světlo, ale to nemění zákony jejich šíření. Rádiové vlny různých frekvencí (vlnových délek) se používají v technice:

– televize: 50–600 MHz (6–0,5 m)

— mobilní komunikace GSM900: 900 MHz (33 cm);

— mobilní komunikace GSM1800: 1800 MHz (17 cm);

— 3G internet: 2000 MHz (15 cm);

— Wi-Fi: 2450 MHz (12 cm) a 5750 MHz (5 cm).

Rádiové vlny se šíří přímočarě, stejně jako světlo.

Pokud se do dráhy rádiových vln uvedených v tabulce umístí překážka o velikosti přibližně jednoho metru, vlna nezeslábne. Zde můžeme provést analogii s vlnami na moři: velká vlna nezeslábne kvůli člověku ve vodě a velká loď vlnám nedovolí projít.

Pokud se v cestě rádiové vlny nachází velká překážka, například vícepatrová budova, výrazně to sníží signál, a to až do bodu, kdy ho zcela oslabí.

Okenní sklo také oslabuje rádiové vlny.

Satelitní anténa funguje jako lupa: sbírá signál z velké oblasti a koncentruje ho do jednoho bodu. Naopak, signál přichází z jednoho bodu a anténa ho sbírá a převádí do úzkého směrového paprsku.

Rádiová vlna, která narazí na anténu, v ní způsobí elektromagnetické kmitání a vodivými částmi antény začne protékat elektrický proud. Tento proud jde kabelem dolů k přijímacímu zařízení, kde z něj extrahuje informace (zvuk, obraz, data atd.). Naopak, pokud je na anténu aplikován elektrický proud určité frekvence, anténa bude vyzařovat rádiové vlny stejné frekvence do prostoru.

Jakákoli anténa bude fungovat stejně dobře jak pro příjem, tak pro vysílání signálu v rámci svého provozního frekvenčního rozsahu. Proto pro zjednodušení budeme v budoucnu hovořit pouze o příjmu nebo pouze o vysílání.

Zisk antény charakterizuje schopnost antény koncentrovat signál určitým směrem. Použijme analogii: představte si, že máte slabou 1W žárovku, která hoří v tmavé místnosti. Budete moci vidět pouze obrysy objektů v této místnosti a vzdálené rohy zůstanou tmavé. Nyní máte v rukou malé zrcátko. Odráží část světla ze žárovky a jedna polovina místnosti je osvětlena dvakrát, ale druhá polovina je skryta ve stínu zrcadla. Ve třetím případě umístíme tuto žárovku do reflektoru baterky: získáte skvrnu jasného světla o velikosti dlaně. S touto baterkou budete moci osvětlit nejvzdálenější roh místnosti. Ale neuvidíte nic jiného než tuto skvrnu světla. Ve všech případech tedy zůstala žárovka stejná. Použili jsme různé reflektory, čímž jsme změnili koncentraci světelného paprsku určitým směrem.

Totéž platí pro antény. Antény ve skutečnosti nezesilují, ale koncentrují signál v jednom nebo více směrech, a termín „zisk“ by vás neměl uvádět v omyl.

Zisk se měří v decibelech (dB). Jedná se o logaritmickou hodnotu a zavádí se pro zjednodušení matematických výpočtů. Zisk porovnává výkon izotropního zářiče (v tomto příkladu jediná žárovka bez zrcadel) a výkon dané antény. Pro převod poměru výkonu na decibely použijte následující tabulku.

Například, pokud má jedna anténa Ku=10 dB, druhá má Ku=13 dB, pak je druhá anténa dvakrát výkonnější než první.

Ze dvou antén se stejným ziskem a podobnou konstrukcí mеAnténa určená pro příjem vln bude mít menší rozměryеkratší vlnová délka. Například WiFi anténa se ziskem 20 dB na frekvenci 5500 MHz má rozměry 18×18 cm a anténa se ziskem 20 dB, ale na frekvenci 1800 MHz, má rozměry 60×60 cm.

Polarizace rádiové vlny je jev směrovaného kmitání vektorů intenzity elektrického nebo magnetického pole. Polarizace může být lineární (ve směru kolmém ke směru šíření vlny), kruhová (pravá nebo levá, v závislosti na směru otáčení indukčního vektoru) nebo eliptická (mezipřípad mezi kruhovou a lineární polarizací). V pozemní komunikaci se používá převážně pouze lineární polarizace.

Hrubá analogie s vlnami šířícími se podél lana odpovídá polarizaci vlny. Pokud pevně upevníte jeden konec lana a začnete druhý konec pohybovat ve svislém směru, pak se podél lana budou šířit svislé vlny – říká se, že jsou vertikálně polarizované. Pokud pohybujete koncem lana ve vodorovném směru, pak se podél lana budou šířit vodorovně polarizované vlny.

Jakákoli anténa s lineární polarizací bude přijímat pouze ty vlny z celého spektra vln, které na ni dopadají, jejichž polarizace se shoduje s polarizací antény. Každá anténa je z výroby označena směrem své polarizace (obvykle šipkou). Během instalace může být anténa instalována tak, aby šipka byla umístěna buď svisle, nebo vodorovně. Anténa bude tedy přijímat buď svisle, nebo vodorovně polarizované vlny. Proto je volba polarizace velmi důležitým bodem při budování bezdrátové sítě. Anténa instalovaná nesprávně polarizací bude přijímat signál, ale s velmi výrazným útlumem, někdy nepřijatelným pro vysoce kvalitní komunikaci.

Líbil se vám tento článek?