Jak wybrać idealną antenę w 3 krokach?

1.Określ swoje potrzeby i wybierz typ montażu

Jaki typ montażu jest odpowiedni do konkretnego zastosowania? Aby wybrać optymalną antenę, zacznij od określenia, czy ma być ona zintegrowana:

• Wewnętrznie, na przykład w urządzeniu mobilnym
• Zewnętrznie – wówczas często antena posiada obudowę do montażu na zewnątrz budynków

2J Antennas oferuje szeroką gamę anten pojedynczych i kombinowanych do montażu wewnętrznego i zewnętrznego.

Typy montażu anten wewnętrznych pojedynczych i kombinowanych

• ELASTYCZNY MONTAŻ NA KLEJ
  Anteny o niewielkim współczynniku kształtu, wszechstronne w zastosowaniu – do montażu na zakrzywionych powierzchniach urządzeń.
  
  
• SZTYWNY MONTAŻ NA KLEJ
  Ten typ montażu jest idealny w przypadku powierzchni płaskich i wykorzystywany jest do niego klej klasy przemysłowej.
  
  
• ANTENA CERAMICZNA DO MONTAŻU POWIERZCHNIOWEGO
  Ze względu na wysoką jakość ceramiki, ten typ montażu idealnie nadaje się do wielu zastosowań i jest kompatybilny z technologią montażu powierzchniowego (SMT), umożliwiając łatwą integrację płytek drukowanych PCB w małych urządzeniach.
  
  
• ANTENA Z WŁÓKNA SZKLANEGO DO MONTAŻU POWIERZCHNIOWEGO
  Włókno szklane pozwala na osiągnięcie mniejszych rozmiarów anten i obniżenie kosztów projektu oraz jest kompatybilne z technologią montażu powierzchniowego (SMT).
  
  
• ANTENA CERAMICZNA Z OTWOREM MONTAŻOWYM
  Montaż z wykorzystaniem otworu umieszczonego z reguły pośrodku anteny zapewnia dodatkowe bezpieczeństwo wbudowania anteny w urządzeniu.

• MONTAŻ NA ZATRZASK
  Specjalny moduł montażowy pozwala zamocować antenę w odpowiednim miejscu, zapobiega jej niepotrzebnemu obracaniu się oraz ułatwia szybki montaż i wymianę.

• MONTAŻ NA ŚRUBKI
  Anteny modułowe, które można montować na standoffach PCB.
  
  

Typy montażu anten zewnętrznych pojedynczych i kombinowanych

• MONTAŻ NA ZŁĄCZCE
  Do anten wymagających bezpośredniego montażu PCB na urządzeniach.
  
  
• MONTAŻ NA KLEJ
  Szybki montaż z użyciem wysokiej jakości kleju.

• MONTAŻ NA ŚRUBKI
  Zaletą jest pewne i stałe zamontowanie anteny, także w warunkach ekstremalnych na zewnątrz budynku.
  
  
• MONTAŻ NA MAGNES
  Elastyczność montażu tymczasowego, wystarczająca wytrzymałość montażu stałego.
  
  
• MONTAŻ NAŚCIENNY
  Można stosować w pomieszczeniach i na zewnątrz budynków.
  
  
• MONTAŻ NA MASZCIE
  Zalecany w przypadku zastosowań morskich i na budowach.
  
  
• MONTAŻ NA MAGNES/NA KLEJ
  Montaż na zewnątrz: do wyboru na magnes albo – w przypadku niemagnetycznych powierzchni metalowych – na klej.
  
  
• MONTAŻ NAŚCIENNY/NA KLEJ
  Opcja: montaż naścienny lub na klej do stosowania na ścianach budynków.
  
  
• MONTAŻ NA RZEPY/NA KLEJ
  Do tymczasowego montażu anten.
  
  

Częstotliwość i długość fali
Co to jest częstotliwość i dlaczego jest tak ważna? Częstotliwość to wyznaczone pasmo radiowe, w którym działa urządzenie. Anteny projektuje się na pracę w określonym zakresie częstotliwości. Na przykład, jeśli urządzenie jest dostrojone do pasma 17 (700 MHz), to antena nadawczo-odbiorcza musi pracować w zakresie od 704 do 746 MHz.

Czy wiesz, czym jest długość fali? Długość fali to odległość pokonywana przez fale radiowe podczas jednego cyklu. Najlepszą wydajność i jakość sygnału zapewniają anteny ćwierćfalowe.

Ćwierć długości fali oblicza się z następującego wzoru:
Ćwierć długości fali(mm) = (75/ Freq_MHz)*1,000

WAŻNE: anteny 4GLTE i 3G/2G nadają się do zastosowań wymagających standardów ISM. Zakres 4GLTE wynosi 698-960 MHz, a 3G/2G wynosi 824-960 MHz, co znaczy, że standardy ISM 868 MHz działają w częstotliwości 863-870 MHz i znajdują się w zakresie 4GLTE i 3G/2G. To samo dotyczy standardów ISM 915 MHz działających w częstotliwości 902-928 MHz lub dual band 868/915 MHz.

W celu zapewnienia kompatybilności urządzenia prosimy o kontakt z działem sprzedaży elektroniki w SOS. W celu przeprowadzenia dalszej analizy skontaktujemy Cię bezpośrednio z producentem, firmą 2J antennas.

Standardy i pasma
W naszej ofercie można znaleźć anteny firmy 2J Antennas działające zgodnie z wieloma globalnymi standardami. Na przykład anteny 4G LTE są kompatybilne z Cat-M, Cat-X, Cat-NB, NB-IoT oraz z SigFox i LoRa, znanym jako rynek LPWA. To samo często stosuje się do innych częstotliwości. Na przykład, anteny WIFI można stosować do SigFox lub LoRa w spektrum 2,4 GHz.

W celu dostosowania do różnych wymagań klientów anteny GNSS oferowane są z filtrem wstępnym, filtrem środkowym albo bez filtra.
Filtr wstępny zapewnia największą odporność i najlepszy odbiór i dlatego jest standardem we wszystkich antenach GNSS. Ważne jest, aby porównać aktywny zysk i szum na wzmacniaczu anten GNSS.

Standardy 2J anten z naszej oferty:

• 5GNR/4GLTE/FirstNet/CBRS/LPWA/3G/2G
• 4GLTE/FirstNet/NB-IoT/Cat-X-Mx-NBx/LPWA
• 3G/2G
• 2.4-5.0GHz WiFi/Bluetooth/ISM
• IRIDIUM
• GPS/GLONASS/BeiDou/QZSS/Galileo
• 433/868/915MHz/LPWA/Sigfox/LoRa /RFID/ZigBee/ISM
• TETRA/UHF/PMR/LMR
• 169MHz/ERMES/VHF
• DECAWAVE
• DSRC/C-V2X
• ORBCOMM 
• AIS
• DAB
• HDTV/DVBT
• AM/FM 

Rys. 2. Częstotliwości poszczególnych standardów

2.Wyjaśnienie pojęć

Aby ułatwić Ci wybór, poniżej wyjaśniamy kilka kluczowych kwestii wymagających większej uwagi. Czy jednak dokładnie rozumiemy parametry, pod względem których anteny są testowane i mierzone w celu uzyskania optymalnych osiągów?

Parametry testowania
Metody i parametry testowania są różne u różnych producentów. Metody testowania zawsze powinny być całkowicie ujawnione, np. przestrzeń swobodna, płytka metalowa, płytka plastikowa, szkło, itp. Montaż anteny poza parametrami testowymi spowoduje jej niewłaściwe działanie.
Jeśli, na przykład pomiar anteny montowanej na śruby wykonywany jest w przestrzeni swobodnej i wyniki są optymalne, a potem antena ta zostanie zainstalowana w urządzeniu klienta na metalowej płytce, to antena nie będzie działać zgodnie z oczekiwaniami. 2J Antennas zawsze podaje kompletne warunki pomiarów, aby zapewnić naszym klientom najbardziej dokładne dane i umożliwić udaną integrację anteny w urządzeniu.

Aby dokonać wyboru pomiędzy dwoma producentami, zalecamy aby wszystkie testy wykonać z użyciem wysokiej jakości kabla o standardowej długości w celu optymalizacji wyników działania anteny. Podczas testów nie powinno się dokonywać żadnych zmian, takich jak skrócenie czy rezygnacja z kabla. Takie zmiany będą skutkować niedokładnym pomiarem sprawności anteny oraz wartości szczytowej i średniej zysku.

Straty odbicia
Straty odbicia podawane są w decybelach (dB) i określają ilość energii przekazanej z urządzenia do anteny. Parametr ten może pomóc w ocenie szerokości pasma i częstotliwości pracy.
Im niższy wynik pomiaru, tym lepiej. Dla systemu 50 Ω zalecany jest wynik pomiaru minimum -5dB lub lepszy.

VSWR
Współczynnik fali stojącej (VSWR) również używany jest do określania ilości energii przekazywanej z urządzenia do anteny, lecz na innej skali matematycznej niż ta stosowana dla strat odbicia.
Im niższy wynik pomiaru, tym lepiej. Dla systemu 50 Ω zaleca się maksimum 3,5 VSWR. Wzajemne zależności pomiędzy stratami odbicia a VSWR oraz innymi parametrami RF podano w tabeli poniżej.

Rys. 1. Przykłady 1/4 długości fali; wykres częstotliwość-długość fali

Sprawność
Sprawność anteny (wydajność promieniowania) to najważniejszy parametr anteny w komunikacji mobilnej. Jest miarą sprawności elektrycznej, z którą antena przetwarza otrzymaną moc częstotliwości radiowej w moc wyemitowaną. Innymi słowy, wskaźnik ten informuje, ile energii zostaje wyemitowane z anteny w postaci fal radiowych, czyli na ile dobrze antena wypromieniowuje energię (100% oznacza wypromieniowane całej energii, 50% oznacza wypromieniowane połowy energii, zalecane minimum wynosi 25%, w niektórych przypadkach wartość ta może spaść do 10%, ale im jest wyższa, tym lepiej).

Szczytowy zysk energetyczny
Najważniejsze parametry w komunikacji mobilnej to sprawność anteny, a następnie – jej szczytowy zysk energetyczny.
Zysk energetyczny anteny to miara jej zdolności do kierowania bądź skupiania energii radiowej w określonym kierunku lub zgodnie z określoną charakterystyką. Z reguły podaje się ją w dBi (decybele w odniesieniu do anteny izotropowej). Sprawność określa, ile energii jest przekształcane w falę radiową we wszystkich kierunkach, a zysk szczytowy mierzy się tylko w jednym kierunku. W komunikacji stacjonarnej najważniejszym parametrem jest zysk szczytowy, ponieważ cała energia musi być skupiona w jednym kierunku.
Wartość ta pochodzi z pojedynczego punktu z charakterystyki promieniowania – maksymalnego punktu na trójwymiarowej sferze.

Średni zysk energetyczny
Podobnie jak sprawność, średni zysk energetyczny wyrażany jest w innej skali matematycznej (dB) i uwzględnia straty wskutek niedopasowania. 100% to 0 dB, co jest maksymalną wypromieniowaną energią, 50% to -3 dB, co stanowi połowę wypromieniowanej energii, etc. Współzależność pomiędzy sprawnością a średnim zyskiem podana jest w tabeli poniżej.

Tabela 2. Sprawność-średni zysk energetyczny

Charakterystyka kierunkowa
Charakterystyka kierunkowa anteny to moc nadawanych przez nią fal radiowych rozprzestrzeniających się w różnych kierunkach i pod różnymi kątami.
Anteny dookólne posiadają charakterystykę 360 stopni o kształcie pączka z dziurką, tzn. równomiernie rozłożoną we wszystkich kierunkach i idealnie nadają się do łączenia urządzeń znajdujących się na tej samej płaszczyźnie i po dowolnej stronie względem siebie.
Anteny półkuliste emitują promieniowanie w obrębie półkuli (w połowie przestrzeni). Anteny kierunkowe promieniują w jednym wybranym kierunku, umożliwiając nadawanie na większe odległości przy mniejszych zakłóceniach.

Na wykresie pokazano wypromieniowanie energii w dwóch i w trzech wymiarach. Na wykresie 2D pokazano płaszczyznę poziomą i pionową. Rys. 3.

Rys. 3. Charakterystyka kierunkowa 2D i 3D

Polaryzacja
Polaryzacja to orientacja pola elektrycznego fali elektromagnetycznej. Najczęstsze rodzaje polaryzacji to liniowa i kołowa.

W polaryzacji liniowej wektor pola elektrycznego pozostaje w tej samej płaszczyźnie, podczas gdy w polaryzacji kołowej obraca się, zataczając pełny krąg w każdym cyklu częstotliwości. Obrót może być prawo- (RHCP) lub lewoskrętny (LHCP). Zmiany polaryzacji mają wpływ na sposób rozchodzenia się fal w ośrodku od anteny nadawczej do anteny odbiorczej.

3.Specyfikacja

Przeciwwaga
Przeciwwaga to powierzchnia lub metal, która działa jako przewodnik i odbija fale radiowe od innych części anteny. Kształt, wielkość i wymagana wolna powierzchnia przeciwwagi odgrywają istotną rolę w ustalaniu charakterystyki promieniowania i zysku.

W naszej ofercie anten 2J Antennas znajdują się zarówno anteny z przeciwwagą, jak i bez niej.

Dla anten niskoczęstotliwościowych, np. anten telewizyjno-radiowych, wystarczającymi przeciwwagami są duże przewodzące masy, jak ziemia czy ocean. W przypadku częstotliwości bardzo wysokich (VHF) lub ultra wysokich (UHF) przeciwwaga może być mniejsza i można do tego celu wykorzystać np. metalową tarczę, ekran czy pręt. W zastosowaniach motoryzacyjnych, morskich i powietrznych za przeciwwagę służy karoseria samochodu, kadłub samolotu czy nadbudówka statku.

Ogólną zasadą jest, że średnica płaszczyzny przewodzącej musi wynosić co najmniej jedną czwartą długości fali radiowej. W idealnych warunkach, im większa przeciwwaga, tym lepsza kontrola osiągów elektrycznych.

Maksymalna moc wejściowa
Maksymalna moc wejściowa to maksymalna moc (w W), którą można podać do jednego portu anteny bez jej uszkadzania i przy utrzymaniu osiągów.

Typy kabli i złączek
Prawidłowy dobór kabli i złączek ma podstawowe znaczenie dla prawidłowego działania anteny. Złączka służy jako mechaniczne połączenie pomiędzy anteną i systemem radiowym, a kabel jest linią przesyłową sygnałów radiowych do odbiornika i nadajnika. Długość kabla ma wpływ na jakość i moc sygnału. Złączki i kable dobrej jakości, tzn. kompatybilne z anteną, zapewnią jej optymalne działanie. Podczas wyboru produktu, przed wysłaniem zapytania ofertowego należy określić odpowiedni typ złączki (męska/żeńska), biegunowość i geometrię oraz długość kabla.

Cieszymy się, że zainteresowałeś się oferowanymi przez nas antenami. Warto przeczytać również drugi tekst:

2J Antenna to nasz długoletni partner w zakresie anten. Ogromne doświadczenie tej firmy jest dużą wartością dla nas jako dystrybutora. Wiele projektów naszych klientów zostało zrealizowanych z użyciem szerokiej oferty produktowej 2J Antenna oraz profesjonalnych rozwiązań szytych na miarę.

Jeśli szukasz idealnej anteny, skontaktuj się z nami pod adresem info.pl@soselectronic.com . Z przyjemnością pomożemy.

Źródło: 2J Antenna