Ako zvoliť správnu anténu v 3 krokoch

1.Identifikujte svoje potreby

Najlepšie, ak začnete mechanickými vlastnosťami antény. Aký typ antény je vhodný na splnenie požiadaviek aplikácie z mechanického hľadiska?
Pri výbere najoptimálnejšej antény sa rozhodnite, či bude anténa:

• umiestnená interne, ako napríklad v mobilnom zariadení alebo
• externá anténa, tzn. že anténa bude potrebovať kryt na ochranu pred vonkajšími vplyvmi prostredia a pre jej inštaláciu

Partner SOS electronic, 2J Antennas, ponúka široký výber samostatných a kombinovaných antén pre vnútornú aj vonkajšiu montáž

Samostatné a kombinované antény pre internú montáž

• FLEXIBILNÁ LEPENÁ MONTÁŽ (ADHESIVE MOUNT FLEXIBLE)
  Antény malých rozmerov, ohybné s flexibilnou inštaláciou na nerovnom povrchu.

• PEVNÁ LEPENÁ MONTÁŽ (ADHESIVE MOUNT RIGID)
  Montáž lepiacou obojstrannou páskou priemyselnej kvality je ideálna pre inštaláciu na rovný povrch.

• SMT POVRCHOVÁ MONTÁŽ - KERAMICKÉ ANTÉNY (SURFACE MOUNT CERAMIC)
  Vďaka keramike vysokej kvality je táto povrchová montáž vhodná pre široké spektrum prostredí a je kompatibilná s technikou povrchovej montáže (SMT), ktorá umožňuje ľahkú integráciu DPS do malých zariadení.
  
  
• POVRCHOVO MONTOVANÉ FR4 ANTÉNY (SURFACE MOUNT FIBERGLASS)
  Montáž je vhodná pre malé antény a zároveň ponúka cenovo výhodné riešenia pre konštruktérov zariadení. Tieto antény sú vhodné pre SMT strojové osadenie.
  
  
• ANTÉNY PRE THT MONTÁŽ (THRU-HOLE MOUNT CERAMIC)
  Upevnenie cez otvor je obvykle v strede antény, čím sa zabezpečí bezpečnosť pri osadení na DPS.

• MONTÁŽNY MODUL SNAP-IN (SNAP-IN MOUNT MODULE)
  Fixuje anténu na potrebnom mieste, zabráni nežiaducej rotácii a urýchli inštaláciu a výmenu antény.

• SKRUTKOVACÍ MONTÁŽNY MODUL (SCREW MOUNT MODULE)
  Modulárne antény, ktoré je možné nainštalovať na dištančné stĺpiky.
  
  

Samostatné a kombinované antény určené pre vonkajšiu montáž

• UPEVNENIE NA KONEKTOR (CONNECTOR MOUNT)
  Pre antény, ktoré si vyžadujú montáž priamo na konektory do DPS na/v zariadeniach.
  
  
• LEPENÉ ANTÉNY (ADHESIVE MOUNT )
  Použitie priemyselného lepidla je ideálnym riešením pre rýchlu montáž.
  
  
• MONTÁŽ SKRUTKAMI (SCREW MOUNT)
  Bezpečná a trvalá inštalácia aj v extrémnych vonkajších podmienkach.
  
  
• MAGNETICKÁ MONTÁŽ (MAGNETIC MOUNT)
  Výhodou je flexibilita pre dočasnú inštaláciu, zároveň je to dostatočne pevné spojenie pre trvalé inštalácie
  
  
• MONTÁŽ NA STENU (WALL MOUNT)
  Vhodná pre vnútorné alebo vonkajšie inštalácie.
  
  
• MONTÁŽ NA STOŽIAR (POLE MOUNT)
  Ideálna pre námorné aplikácie alebo montáž na kovové konštrukcie.
  
  
• MAGNETICKÁ MONTÁŽ / MONTÁŽ LEPENÍM (MAGNETIC/ADHESIVE MOUNT)
  Magnetická alebo lepená montáž pre vonkajšie inštalácie, vhodná pre nemagnetické kovové povrchy
  
  
• MONTÁŽ NA STENU/ LEPENÍM (WALL/ADHESIVE MOUNT)
  Ponúka možnosť upevnenia na stenu lepidlom, vhodná pre inštaláciu na stenu budovy.
  
  
• MONTÁŽ SUCHÝM ZIPSOM / LEPENÍM (VELCRO/ADHESIVE MOUNT)
  Suchý zips poskytuje perfektné riešenie pre dočasne používané antény.
  
  

Čo je frekvencia a vlnová dĺžka?

Bezdrôtové pásmo určené na prevádzku zariadenia sa nazýva frekvencia. Antény sú navrhnuté tak, aby boli schopné pracovať v určitom frekvenčnom pásme. Napríklad, ak je zariadenie naladené na používanie pásma B17 (700 MHz), zodpovedajúca anténa musí fungovať v rozsahu 704 až 746 MHz.

Vlnová dĺžka (lambda) je vzdialenosť, ktorú rádiové vlny prejdú počas jedného cyklu. Ak má anténa dĺžku presne lambda/4, potom je jej účinnosť najvyššia a dosahuje aj najvyššiu kvalitu signálu.

Štvrtina vlnovej dĺžky sa vypočíta podľa tohto vzorca:
Quarter Wavelength(mm) = (75/ Freq_MHz)*1,000

DÔLEŽITÉ: Pre zariadenia, ktoré pracujú v pásme ISM sa dajú veľmi výhodne použiť antény určené pre 4G/LTE aplikácie alebo pre 2G/3G frekvenčné pásma. 4G/LTE funguje v rozsahu 698-960MHz a 2G/3G v rozsahu 824-960MHz, čo sú presne frekvencie pásma ISM 868MHz (EMEA) alebo 915MHz (USA a Azia).

Pre zabezpečenie správneho výberu antény kontaktujte naše obchodné oddelenie a požiadajte o ďalšiu pomoc.

Obr.1. Príklady 1/4 vlnovej dĺžky; graf Frekvencia/Dĺžka

Štandardy & Pásma

V našom portfóliu môžete nájsť produkty 2J Antennas, ktoré fungujú v rámci mnohých globálnych štandardov. Napríklad 4G LTE antény sú kompatibilné s Cat-M, Cat-X, Cat-NB, NB-IoT a tiež SigFox a LoRa, tiež známe pod skratkou LPWA. Rovnaká analógia sa môže vzťahovať aj na iné frekvencie. Napríklad pre SigFox alebo LoRa v pásme 2,4 GHz sa môžu použiť WIFI antény.
Antény GNSS sú k dispozícii s pre-filter, mid-filter alebo no-filter, aby sa dali prispôsobiť rôznym požiadavkám zákazníkov. Pre-filter ponúka najvyššiu odolnosť a najlepší príjem, a preto je štandardom na všetkých anténach GNSS. Je dôležité tiež porovnať zisk a šum v prípade aktívnych GNSS antén.

Štandardy antén z portfólia 2J:

• 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 

Obr.2. Graf frekvenčných pásiem

2. Vysvetlenie termínov

Aby sme zjednodušili výber, zdôraznili sme pár kľúčových pojmov, ktoré si zaslúžia pozornosť. Tieto parametre sa používajú pri výbere správnej antény, aby sa dosiahol čo najlepší výsledok. Avšak, ako dobre poznáte parametre, ktoré sú používané pri testovaní a meraní?

Testovacie podmienky
Testovanie antén musí prebiehať v kontrolovanom priestore za prísne určených podmienok. Každý výrobca antén však môže mierne upraviť podmienky meraní podľa svojich kritérií. Tieto meracie podmienky by mali byť zverejnené. Umiestnenie antény a materiálov v okolí antény môže mať zásadný vplyv na výsledky merania. Napríklad, ak je anténa určená na montáž skrutkou na kovovú plochu, tak sa musi testovať s takouto kovovou plochou, pretože jej umiestnením, napr. do voľného priestoru, dôjde k skresleniu meraných údajov.

Spoločnosť 2J Antennas zverejňuje kompletné meracie podmienky, aby zaistila svojim zákazníkom čo možno najpresnejšie údaje, vďaka ktorým bude integrácia antény v zariadení úspešná.Spoločnosť 2J Antennas zverejňuje kompletné meracie podmienky, aby zaistila svojim zákazníkom čo možno najpresnejšie údaje, vďaka ktorým bude integrácia antény v zariadení úspešná.
Na to, aby ste si správne vybrali produkt spomedzi viacerých výrobcov, odporúčame, aby sa na všetky testovania použil vysoko kvalitný kábel so štandardnou dĺžkou, čím sa optimalizujú výsledky merania výkonu antény. Počas testovania by sa nemali vykonávať žiadne zmeny, ako napr. použitie kratšieho, či žiadneho kábla. Malo by to za následok nepresné výsledky účinnosti, maximálneho zisku a priemerného zisku.

Strata odrazom (RL)
Strata odrazom (RL) sa meria v decibeloch (dB) a predstavuje pomer prenesenej energie a energie, ktorá sa vráti späť z antény ako odrazená vlna. Čím je tento pomer nižší, tým je anténa kvalitnejšia. Pre 50 Ohmový systém je odporúčaná hodnota straty odrazom -5 dB alebo menej. Pomocou tohto parametra sa dá do vysokej miery predpovedať výkon antény naprieč frekvenčným pásmom, pre ktoré je určená.

Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)
VSWR je ďalším parametrom, ktorý sa používa na meranie toho, koľko energie sa prenáša zo zariadenia na anténu, ale s inou matematickou stupnicou, ako je tá, ktorá sa používa pri RL.
Čím je hodnota bližšie k 1, tým lepšie, tzn. že sústava je najbližšie k 50 Ohmovému systému. Odporúča sa mať maximum VSWR 3,5. V tabuľke nižšie sa dozviete viac o vzťahu medzi RL a VSWR, ako aj ďalšími RF parametrami a hodnotami.

Tabuľka 1. Tabuľka konverzie RL na VSWR a ďalšie RF parametre.

Šírka pásma je vlastne rozsah pracovných frekvencií. Krátky frekvenčný rozsah znamená úzke pásmo a širší frekvenčný rozsah je kategorizovaný ako širokopásmový. Je dôležité zvoliť si správnu anténu s vhodnou šírkou pásma, pretože úzkopásmové a širokopásmové pripojenia nie sú vzájomne zameniteľné.

Účinnosť
Účinnosť antény (vyžarovacia účinnosť) je miera elektrickej účinnosti, pri ktorej rádiová anténa konvertuje prijatý rádiofrekvenčný výkon na vyžiarený výkon. Inými slovami to znamená, aké percento prijatej energie dokáže daná anténa odovzdať do okolitého prostredia.
(100% znamená všetka energia je vyžiarená, 50% znamená polovica energie je vyžiarená, odporúčané minimum je 25%, ale v niektorých prípadoch môže klesnúť na 10%. Avšak, čím je vyššia, tým je samozrejme lepšie.)

Maximálny zisk (Peak gain)
Najdôležitejším parametrom mobilnej komunikácie je účinnosť antény nasledovaná maximálnym ziskom.
Zisk danej antény je schopnosť antény nasmerovať alebo koncentrovať rádiofrekvenčnú energiu v konkrétnom smere alebo vzore. Zvyčajne sa meria v dBi (Decibels relative to an isotropic radiator). Účinnosť udáva, koľko energie sa vyžaruje do vzduchu všesmerovo, zatiaľ čo maximálny zisk udáva zisk iba v jednom konkrétnom smere.
Pre pevné umiestnené antény je najdôležitejším parametrom maximálny zisk, pretože všetka energia musí byť sústredená jedným smerom.

Táto hodnota sa nachádza v jednom bode, v spektre žiarenia, ktorý je maximálnym bodom vzoru v 3D priestore.

Priemerný zisk antény (Average Gain)

Podobne ako účinnosť, priemerný zisk je vyjadrený s odlišnou matematickou stupnicou (dB) a zohľadňuje všetky straty z neprispôsobenia. 100% je 0 dB, čo je maximálna vyžiarená energia, 50% je -3 dB, čo je polovica vyžiarenej energie atď. Vzťah medzi účinnosťou a priemerným ziskom nájdete v nasledujúcej tabuľke:

Tabuľka 2. Účinnosť/ Priemerný zisk

Vyžarovacie vzory (Radiation Patterns)
Vyžarovacie vzory antény je výkon rádiových vĺn prenášaných anténou, ktorý sa znázorňuje v rôznych smeroch a uhloch v 3D priestore.
Všesmerové antény ponúkajú 360-stupňový vzor žiarenia v tvare jablka alebo šišky, ktorý je rovnomerne rozložený vo všetkých smeroch a je ideálny na pripojenie zariadení, ktoré sú umiestnené na rovnakej rovine a na oboch stranách.
Hemisférické antény vyžarujú výkon do hemisféry (polovice priestoru).
Smerové antény vyžarujú energiu jedným určeným smerom, čo umožňuje väčšie prenosové vzdialenosti s menším rušením a menším výkonom. Graf ukazuje energiu vyžarovanú do vzduchu v trojrozmernom alebo dvojrozmernom vzore. V 2D grafe sú zobrazené vodorovné a zvislé roviny.

Obrázok ukazuje energiu vyžarovanú do vzduchu v trojrozmernom alebo dvojrozmernom vzore. V 2D grafe sú zobrazené vodorovné a zvislé roviny.

Obr.3 Vzor žiarenia 3D a 2D graf

Polarizácia
Polarizácia je orientácia elektrického poľa elektromagnetickej vlny. Dve najbežnejšie polarizácie sú lineárne a kruhové.
Pri lineárnej polarizácii zostáva vektor elektrického poľa v tej istej rovine, zatiaľ čo pri kruhovej polarizácii vektor elektrického poľa rotuje kruhovým pohybom a uskutoční jednu otočku pre každý RF cyklus. Túto rotáciu je možné zvoliť ako RHCP (pravotočivá kruhová polarizácia) alebo LHCP (ľavotočivá kruhová polarizácia).

3.Všeobecné informácie 

Protiváha (Ground Plane)
Protiváha je elektricky vodivá plocha alebo povrch zeme, ktorá pôsobí ako vodič a odráža rádiové vlny vyžarované anténou. Tvar, veľkosť a minimálna potrebná plocha protiváhy hrajú dôležitú úlohu pri určovaní vyžarovacích charakteristík a zisku antény.

V portfóliu 2J Antennas sa nachádzajú antény, ktoré sú ladené pre použitie s protiváhou alebo aj bez nej.

Pre veľké vysielacie antény pre pásmo LF ako protiváha plne postačuje zemský povrch alebo oceán. V prípade VHF a UHF pásma môže byť plocha protiváhy výrazne menšia. V týchto prípadoch sa ako protiváha používa kovová plocha v tvare disku, kovová mriežka alebo drôtová protiváha. V automobilovom, námornom a leteckom priemysle môže ako dostatočná protiváha poslúžiť aj kovová konštrukcia (auta/lietadla/lode).

Vodivá plocha musí spravidla predstavovať aspoň štvrtinu vlnovej dĺžky rádiových vĺn v priemere a v ideálnom prípade platí, že čím väčšia je plochá protiváhy, tým je vyšší výkon danej antény.

Maximálny vstupný výkon
Maximálny vstupný výkon je maximálny výkon (vo wattoch), ktorý môže byť dodávaný na jeden anténny port bez toho, aby ju poškodil pri zachovaní jej pôvodných parametrov.

Typy káblov a konektorov
Správny výber typov RF káblov a konektorov je rozhodujúci pre správnu funkciu antény. Konektor slúži ako mechanické spojenie medzi anténou a RF vysielačom/prijímačom. Kábel je prenosové vedenie pre rádiofrekvenčné signály spájajúce vysielače a prijímače. Dĺžka kábla vplýva na kvalitu a silu signálu. Výber kvalitného kábla a konektora, ktorý je kompatibilný s anténou, zabezpečí optimálny výkon antény.
Pri zvažovaní kúpy produktu je dôležité pred podaním žiadosti o cenovú ponuku správne určiť typ konektorov, polaritu a geometriu, ako aj dĺžku kábla.

Veľmi nás teší, že vás téma antén zaujala. Prečítajte si aj pokračovanie:

2J Antennas je naším dlhodobým partnerom v oblasti antén. Pre nás, ako projektovo orientovaného distribútora, sú ich skúsenosti veľkým a cenným prínosom. Mnoho projektov našich zákazníkov sa nám podarilo vyriešiť práve využitím ich širokého portfólia a odborných znalostí tímu z 2J Antennas.

Viac informácií o produktoch 2J Antennas, vám radi poskytneme na adrese info.sk@soselectronic.com .

Zdroj: 2J Antennas