Zaloguj się
Wszystkie
7 maja 2025
137
Rodzaj zastosowanej anteny wpływa na wiele aspektów funkcjonowania urządzenia, jak chociażby jego wymiary, energooszczędność, możliwość przenoszenia i wygoda użytkowania. O ile konstruując tor radiowy można posłużyć się gotowymi modułami, których aplikacja jest względnie łatwa, o tyle opracowanie anteny – o ile nie jest używana gotowa, zewnętrzna lub nie mamy sprawdzonej recepty jej wykonania – wymaga znajomości tematu oraz zbudowania i sprawdzenia (zmierzenia parametrów) kilku–kilkunastu prototypów. Czasami udaje się od razu utrafić we właściwe rozwiązanie, jednak przeważnie samodzielna budowa anteny, zwłaszcza wielopasmowej o dobrych parametrach, bez gotowego planu to nie lada wyzwanie. I chociaż współcześnie dąży się do zminimalizowania wysiłku konstruktora oferując mu anteny gotowe do zamontowania i użycia, to nie zawsze ich zastosowanie jest uzasadnione ekonomicznie i konieczne, ponieważ czasami wystarczy „zwykły” kawałek ścieżki na płytce drukowanej.
Antena jest przewodnikiem prądu elektrycznego wystawionym w przestrzeń. Jeśli długość tego eksponowanego odcinka jest wielokrotnością długości fali sygnału, to staje się on anteną. Warunek, o którym mowa jest nazywany rezonansem anteny. Energia sygnału dostarczanego do anteny może być dzięki niemu wypromieniowana z maksymalną sprawnością. Jeśli antena nie jest w rezonansie, to mówi się o niedopasowaniu i występują zjawiska, które mogą doprowadzić do uszkodzenia nadajnika i pogorszenia czułości odbiornika. Typowo, im większa jest moc nadajnika, tym łatwiej doprowadzić do uszkodzenia na skutek błędnego doboru anteny lub komponentów instalacji antenowej.
Energia sygnału dostarczonego do anteny jest wysyłana w przestrzeń w postaci promieniowania elektromagnetycznego o takiej samej częstotliwości, jak częstotliwość sygnału zasilającego antenę. Jeśli antena jest wykonana i dopasowana poprawnie, tej emisji towarzyszą harmoniczne o minimalnym poziomie, a cały system ma dobrą sprawność energetyczną. Jeśli tak nie jest, to nasz nadajnik może zaburzać pracę sąsiednich kanałów lub nawet transmisję w innych pasmach.
Dlatego właściwe wykonanie i dopasowanie anteny jest kluczowym zagadnieniem, którego nie wolno lekceważyć, jeśli nasze urządzenie ma uzyskać świadectwo kompatybilności elektromagnetycznej i certyfikat CE.
Parametry anteny w dużej mierze zależą od jej geometrii, a z kolei z kształtem anteny silnie związane są jej rodzaj, wymiary (długość w porównaniu do długości fali) oraz sposób zasilania (dostarczenia sygnału do anteny). Zwykle nieduże urządzenia komunikujące się za pomocą fal radiowych (interfejsu Bluetooth lub Wi-Fi) mają wbudowane anteny ćwierćfalowe (l/4), monopolowe, które jako poziom odniesienia traktują powierzchnię masy na płytce drukowanej. Do takiej anteny sygnał jest dostarczany pojedynczym przewodem (nie jak do dipola – dwoma), a masa stanowi tzw. ścieżkę powrotu. Dla większości anten tego typu kluczowe są następujące parametry: długość anteny w porównaniu z długością fali, sposób jej zasilania, kształt i wymiary powierzchni masy oraz ścieżki powrotu.
Rodzaje anten
W urządzeniach o małej mocy wykorzystujących do komunikacji fale radiowe najczęściej są stosowane następujące typu anten:
- Odcinek przewodu. Anteny tego typu to po prostu kawałek przewodu o długości zależnej od długości fali. Taka antena świetnie sprawdza się w urządzeniach automatyki domowej pracujących w paśmie 433 MHz lub 866 MHz. Najczęściej w niedrogich modułach komunikacyjnych na płytce jest umieszczany punkt lutowniczy lub rzadziej złącze służące do przymocowania odcinka przewodu w izolacji o długości zbliżonej do l/4. Typowo, taka antena jest zasilania przez stopień o impedancji 50 Ω. Co ciekawe, pomimo bardzo prostej budowy, antena tego typu ma doskonałe parametry i umożliwia uzyskanie sporego zasięgu, a to ze względu na swoją długość oraz jej nieograniczoną np. płytką drukowaną ekspozycję w przestrzeni. Pozwala to na dookólne, skuteczne wypromieniowanie energii sygnału zasilającego antenę. Przewód tworzący antenę może być zwykłym, prostym odcinkiem przewodu (najczęściej w izolacji) lub może być uformowany w spiralę lub pętlę. Takie anteny świetnie sprawdzają się zwłaszcza w roli anten odbiorczych, ale bez przeszkód mogą być też stosowane jako anteny nadawcze. Antenę wykonaną z drutu łatwo dostraja się do systemu po prostu zmieniając jego długość.
- Ścieżka na płytce drukowanej. Tylko pozornie ten rodzaj anteny nie odbiega od wykonanych w postaci odcinka przewodu. Pozornie, ponieważ trzeba zauważyć, że wykonanie anteny w formie ścieżki na płytce drukowanej umożliwia uzyskanie dużej powtarzalności, a przy tym możliwość układania ścieżki lub ścieżek w dowolny kształt. Daje to możliwość wpływania na właściwości tak wykonanej anteny oraz uzyskania powtarzalnych, łatwych do skontrolowania parametrów. Łatwo też zauważyć, że o ile odcinek przewodu można w zasadzie w dowolny sposób wystawić w przestrzeń, o tyle umieszczenie anteny na płytce drukowanej w pewien sposób ją ogranicza i orientuje w przestrzeni. Dlatego też zwykle te anteny w porównaniu z wykonanymi z przewodu mają gorsze parametry, wymagają stosunkowo dużej przestrzeni na płytce drukowanej i umożliwiają uzyskanie mniejszego zasięgu. Mają za to powtarzalne parametry, są odporne na uszkodzenia mechaniczne i przy tym bardzo tanie. Dlatego chętnie są stosowane w urządzeniach elektroniki konsumenckiej.
- Anteny SMD. Anteny tego typu są w literaturze i w katalogach nazywane chip antenna, a ich spolszczona nazwa to antena czipowa. Najczęściej są to anteny wykonane w postaci ścieżki na płytce drukowanej, która za bazę może mieć specjalny materiał ceramiczny, zamknięte w obudowie łatwej do przylutowania. Te anteny są bardzo chętnie stosowane w urządzeniach o niewielkich wymiarach, takich jak dla przykładu przystawki do transmisji danych dołączone do portu USB lub w roli urządzeń wspierających, a pewnych sytuacjach zastępujących, anteny zewnętrzne.
Oczywiście, oprócz wymienionych są stosowane liczne anteny zewnętrzne, o rozmaitych kształtach, jednak w tym artykule skupiamy się na aplikacjach o małej mocy, wykorzystujących do komunikacji pasmo ISM, choć zahaczymy też o odbiorniki GPS, ponieważ są one mocno związane z technologią IoT, a pominiemy omawianie anten przeznaczonych do komunikacji na duże odległości.
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
