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マイクロ波技術
無線LANアンテナの基礎知識
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無線LANアンテナの基礎知識

無線LANアンテナの基礎知識

2021-12-31
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Author:pcb

1アンテナ

アンテナの1.1の機能と位置

無線送信機によって出力された無線周波数信号電力は、給電線(ケーブル)を介してアンテナに送信され、給電線(ケーブル)がアンテナによって放射される。電磁波が受信場所に到達すると、アンテナ(それは、電力のごく一部しか受信しない)に続いて、無線受信機に供給される。明らかに、アンテナは電磁波を送受信するための重要な無線装置である。アンテナがなければ、無線通信はないだろう。さまざまな周波数、異なる用途、異なる機会、異なる要件のためのアンテナの多くの種類があります。多くの種類のアンテナでは,それらを適切に分類する必要がある。短波アンテナ,超短波アンテナ,マイクロ波アンテナなどに分けることができる。これは、全方位アンテナ、指向性アンテナ等に分割することができ、リニアアンテナ、平面アンテナなどに分けることができる。など。


電磁波放射

導体に交流電流が流れると電磁波の放射が生じる。放射の能力は、導体の長さおよび形状に依存する。図1(a)に示すように、2本のワイヤが非常に近接していれば、電界はそれらの間に結合し、放射線は弱い。図1 Bに示すように、2つのワイヤを開くことによって、電界は周囲空間の周囲に広がり、それによって放射線が増加する。なお、トラバースの長さLが放射線が非常に弱いときには、波長λよりもはるかに小さい場合に留意する必要があるワイヤLの長さが波長のそれに匹敵する長さまで増加するときに、ワイヤ上の電流はかなり増加する。そして、このように強い放射線を生じる。

電磁波からの放射

1.2対称発振器

対称発振器は、これまで最も広範囲に使用された古典的なアンテナです。単一の半波対称発振器は、単に単独でまたはパラボラアンテナのためのフィードとして使うことができるかまたは複数の半波長対称発振器から成ることができる。等しいアーム長を持つ発振器を対称発振器と呼ぶ。1/4の長さと1/2波長の全長の発振器を半波対称発振器と呼ぶ。図1.2 Aを参照する。加えて、半波対称発振器の特別なタイプがあり、これは全波対称発振器を狭い矩形枠に折り畳み、全波対称発振器の両端を重ねることができる。この狭い矩形枠を折り返し発振器と呼ぶ。なお、折り返し発振器の長さは波長の半分であり、半波折返し発振器と呼ばれる。図1.2 bを参照してください。

対称発振器


1.3アンテナ指向性に関する議論

1.3.1アンテナ指向性

送信アンテナの基本的な機能の1つは、フィーダから得られるエネルギーを周囲空間に放射することである。もう一つは、必要な方向にエネルギーの大部分を放射することである。垂直に配置された半波対称発振器は、平らな「ドーナツ」形状の三次元パターンを有する。三次元パターンは強い立体感を持っているが、描くことは難しい。図1.3.1 Bと図1.3.1 Cはその2つの主平面パターンを示します。平面パターンは、指定された平面上のアンテナの指向性を記述する。図1.3.1 Bから分かるように、放射は振動子の軸方向のゼロであり、最大放射方向は水平面上にある図1.3.1 cから分かるように、水平面上の全ての方向の放射は同じである。

アンテナ指向性

1.3.2アンテナ方向性強化

いくつかの対称発振器アレイは、信号を水平方向にさらに集中させる「平らなパンリング」を生成するために放射を制御することができる。

垂直線上下に垂直四元数列に配置された4個の半波発振器のステレオおよび垂直平面パターンを以下に示す。

アンテナ指向性強調

反射器はまた、放射エネルギーを単一方向に制御するために使用することができ、平面反射体をアレイの片側に配置して扇形カバーアンテナを形成することができる。以下の水平パターンは、一方の側に電力を反射し、利得を改善する反射体の役割を示す。

アンテナ指向性強調

パラボラ反射器を使用することにより、アンテナ放射が光学的にサーチライトのように小さなステレオ角に集中することができ、結果として高い利得が得られる。パラボラアンテナは、放物面反射鏡と放射源が放物面の焦点に置かれる2つの基本的な要素から成ります。


1.3.3利得アンテナ

利得は、入力電力が等しいとすると、実際のアンテナによって生成された信号の電力密度の比が、同一の点における理想的な放射ユニットと同一の点である。アンテナが入力パワーに集中する程度を定量的に述べた。明らかに利得はアンテナパターンと密接に関連する。主ローブは狭く,二次ローブは小さくなり,利得は高くなる。利得の物理的意味は、このように理解されることができる。ある距離で特定の大きさの信号を生成するために、理想的な指向性源を送信アンテナとして使用する場合、100 Wの入力電力を必要とするが、利得G=13 dB=20の指向性アンテナを送信アンテナとして使用する場合、100/20=5 Wだけが必要である。言い換えれば、アンテナの利得は、最大放射方向における放射効果に関して、方向性のない理想的な点源と比較して入力電力を乗算する。

半波対称発振器の利得はg=2 . 15 dbiである。

垂直線に沿って上下に4つの半波対称発振器を配置して、G=8.15 dBiの利得を有する垂直四元配列を形成する(DBIは、比較オブジェクトが全ての方向に均一な放射の理想的な点源であることを示す単位である)。

比較対象として半波対称発振器を用いた場合、利得ユニットはDBDである。

半波対称発振器の利得は,g=0 dbdである。g=8.15‐2.15=6 dbdの利得をもつ垂直四元数アレイ

1.3.4ローブ幅

指向性パターンは、通常、2つ以上のバルブを有し、その中で最も高い放射強度を有するものを主弁と呼び、他方をサイドバルブ又はサイドバルブと呼ぶ。図1.3.4 aを参照すると、主弁の最大放射方向の両側に放射強度(3 dBの放射強度(パワー密度の半分))の3 dBの減少による2点間の角度はローブの幅(ビーム幅または主ローブの幅または半パワー角)として定義される。ローブ幅が狭く,指向性と動作距離が良いほど,ジャミング能力が強い。

図1.3.4 Bに示すように、放射線強度が10 dB(パワー密度が1/10減少)になるパターンの2点間の角度は、ローブ幅(10 dBローブ幅)である。

アンテナ利得

1.3.5前から後ろへの比率

パターンでは、前後のバルブの最大比は前後方向比と呼ばれ、F/Bとして記録される。前後の計算はf / bの計算より簡単です

F/B=10 LG{(順電力密度)/(逆電力密度)}

アンテナの前後比F / Bのアンテナの典型的な値は、特別な場合には(18〜30)dB、(35〜40)dBである。

前後比

1.3.6アンテナ利得のいくつかの近似計算

1)主ローブ幅が狭く,利得が高い。一般的なアンテナでは、利得は次のように推定できる。

g ( dbi )= 10 lg { 32000 /( 2 ) 1 . 2 mg - 3 db , h )

式は2つの主平面上のアンテナのローブ幅である。

32000は統計的経験データである。

2)パラボラアンテナでは、以下の式を用いて利得を近似計算することができる。

g ( db i )= 10 lg { 4.5 *( d / Count - 0 ) 2 }

式Dは放物線直径である

φ0は中心波長である

4.5は統計的経験データです。

3)垂直全方向アンテナには近似式がある

g(dbi)=10 lg{2 l/5×0}

Lはアンテナの長さである。

φ0は中心波長である

1.3.7優れたサイドバルブ抑制

基地局アンテナにおいては、主ローブ上の第1のサイドローブが、その垂直(すなわち、ピッチ)パターンで可能な限り弱くなることがしばしば要求される。これを優れたサイドローブ抑制と呼ぶ。基地局は地上の携帯電話利用者であり、空を指す放射線は意味がない。

優勢側弁抑制

アンテナの1.3.8下向きの傾き

メインローブが地面を指し示すために、アンテナは配置の間、適切に傾けられる必要がある。


1.4アンテナの分極

アンテナは電磁波を周囲空間に放射する。電磁波は電場と磁場からなる。電界の方向はアンテナ分極方向とする。一般的に使用されるアンテナは単極である。次の図は、2つの基本的ユニポーラゼーションを示しています。垂直方向の偏光です水平偏光-また、使用される。

次の図は、2つの他のユニポーラゼーションを示します。+ 45と- 45、特別な機会にのみ使用されます。このように、垂直偏波アンテナを水平偏波アンテナと組み合わせることによって、または45度の偏光アンテナを- 45度の偏波アンテナで結合することによって、新しいアンテナ、バイポーラアンテナが形成される。


アンテナの偏波

次の図は、一対の二重偏波アンテナを形成するために一緒に取り付けられた2つの単一の偏波アンテナを示す。デュアル偏波アンテナは2つのコネクタを有する。

バイポーラアンテナは、空間で互いに直交(垂直)である2つの分極を有する波を放射する(または受信する)。

バイポーラアンテナ

1.4.2分極損失

垂直偏波特性を有するアンテナで垂直偏波を受信し,水平偏波特性を水平偏波特性のアンテナで受信する。右手の円偏波は右旋円偏波のアンテナで受信し,左向き円偏波は左旋円偏波のアンテナで受信する。

入射波の偏波方向が受信アンテナの偏波方向と一致しない場合、受信信号は小さくなり、偏波損失が生じる。例えば、垂直偏波または水平偏波を+45度偏波アンテナで受信したり、垂直偏波アンテナで+45度または−45度偏波を受信した場合、偏波損失が発生する。円偏波アンテナが任意の直線偏波を受信する場合や、直線偏波アンテナが任意の円偏波を受信する場合には、分極損失も発生しなければならない。受信波の半分のエネルギーしか受信できない。

受信アンテナの偏波方向が到来波の偏波方向に対して完全に直交する場合、例えば、水平偏波の受信アンテナが垂直偏波到来波を受信した場合、あるいは右円偏波の受信アンテナが左円偏波の到来波を受信した場合などである。アンテナは、入って来る波のエネルギーを全く受けません。この場合、分極損失は最大であり、分極完全分離と呼ばれる。

1.4.3偏光隔離

理想的な完全な偏光隔離はありません。一つの偏波アンテナに供給される信号は、常に別の偏光アンテナにおいて少しだけ現れる。例えば、以下の図に示すバイポーラアンテナでは、入力垂直偏波アンテナは10 Wの電力を有し、水平偏波アンテナの出力で測定した出力電力は10 mWである。

偏光分離

アンテナの1.5入力インピーダンスZin

アンテナ入力における信号電圧と信号電流の比をアンテナの入力インピーダンスと呼ぶ。入力インピーダンスは抵抗成分Rinとリアクタンス成分Xin、すなわちZin=Rin+J xinを有する。リアクタンス成分の存在はアンテナによる給電線からの信号電力の抽出を減少させる。したがって、リアクタンス成分はできるだけゼロでなければならず、すなわち、アンテナの入力インピーダンスはできるだけ純粋な抵抗でなければならない。実際、アンテナがうまく設計されて、デバッグされても、その入力インピーダンスは常に小さいリアクタンス成分を含む。

入力インピーダンスは、アンテナの構造、サイズ、および動作波長に関係する。半波対称発振器は最も重要な基本アンテナであり,その入力インピーダンスはzin=73.1+j 42.5である。アンテナの長さを3〜5 %短くするとリアクタンス成分を除去でき、アンテナの入力インピーダンスは純抵抗である。このとき、入力インピーダンスはZin=73.1である(0.75)。厳密に言えば、純粋に抵抗的なアンテナ入力インピーダンスは、点周波数のみである。

なお、半波縮小発振器の入力インピーダンスは、半波対称発振器の4倍であり、Zin=280(Γ)である。

興味深いことに、任意のアンテナでは、入力インピーダンスの虚数部を非常に小さくするためにアンテナインピーダンスを常に調整することができ、実際の部分は所要の動作周波数範囲内で50Ω≒になるので、アンテナの入力インピーダンスは、アンテナに対して良好なインピーダンス整合をとるために必要なZIN=RIN=50Ω≒である。

1.6アンテナの動作周波数範囲(帯域幅)

送信アンテナまたは受信アンテナであれば、常に特定の周波数範囲(帯域幅)内で動作する。アンテナの帯域幅は2つの異なる定義を有する

つは、定在波比SWRが1 GHzであるときのアンテナの動作帯域幅を示す

一つは、アンテナ利得低減の3 dBの範囲内の帯域幅を指す。

移動通信システムでは、前者によって定義される。すなわち、アンテナの帯域幅は、アンテナの定在波比SWRが1.5を超えない場合のアンテナの動作周波数範囲である。

一般的に言えば、動作帯域幅内の各周波数点ではアンテナ性能は異なるが、この差による性能劣化は許容できる。

移動通信に用いられる1.7基地局アンテナ・中継アンテナ・屋内アンテナ

1.7.1プレートアンテナ

GSMかCDMAかどうか、プレートアンテナは最も広く使用されて、非常に重要な基地局アンテナです。アンテナは高利得,良好なセクタパターン,小さなバックローブ,垂直パターンの便利な窪み角制御,信頼性の高いシール性能,長寿命の利点を有する。

中継アンテナのユーザアンテナとして板アンテナもよく用いられる。アクションセクタの範囲に応じて、対応するアンテナモデルを選択する必要がある。

1.7.1高利得平板アンテナの形成

a .複数の半波発振器を垂直に配置された線形アレイに配置する

厚板アンテナの高利得化

b .直線状アレイの片面に反射板を追加する(反射板付きの2波長半波発振器の垂直アレーを例として)。

プレートアンテナの高利得

プレートアンテナの利得を改善するために、8つの半波発振器アレイをさらに使用することができる

先に指摘したように、垂直線形アレイに配置された4つの半波発振器の利得は約8 dBiである一方の側、すなわち従来のプレートアンテナに反射器を有する4素子の線形アレイは、約14~17 dBiの利得を有する。

一方の側、すなわち延長板アンテナに反射体を有する8素子線形アレイは、約16~19 dBiの利得を有する。なお、延長板アンテナの長さは、従来の平板アンテナの2倍程度であり、約2.4 m程度である。

1.7.2高利得グリッド放物線アンテナ

性能価格比の観点から,中継器のドナーアンテナとして,グリッド放物形アンテナを用いることが多い。放物面の良好な集束効果により,放物面アンテナは強い収集能力を有する。直径1 . 5 mのグリッド放物面アンテナでは,利得は900メガビットでg=20 dbiに達する。それは、ポイントツーポイント通信に特に適しています。例えば、中継器のドナーアンテナとして使用されることが多い。

放物面は格子構造を採用し,1台はアンテナの重量を減少させ,他方は風抵抗を低減することである。

放物面アンテナは一般的に30 dB以下のフロントバック比を与えることができ,これは受信機に対して自己励磁を防止するために中継器システムが満たさなければならない技術的指標である。

1.7.3八木指向性アンテナ

八木指向性アンテナは,高利得,光構造,便利な架設と低価格の利点を有する。したがって、ポイントツーポイント通信に特に適している。例えば、屋内配電システムの屋外受信アンテナに好適なアンテナタイプである。

八木指向性アンテナの単位は、利得が高くなる。一般に、6〜12台の八木指向性アンテナが使用され、その利得は10〜15 dBiに達することができる。

1.7.4室内天井アンテナ

屋内の天井アンテナは、軽い構造、美しい出演と便利なインストールの利点を持たなければなりません。

最近では市場で見られる室内天井アンテナは形状や色が多いが,その内部コアの購入・製作はほぼ同じである。この天井アンテナの内部構造は非常に小さいが、アンテナの広帯域理論に基づいているので、非常に広い動作周波数帯における定在波比の要件を満たすことができるが、これはネットワークアナライザによるコンピュータ支援設計およびデバッグの助けとなる。全国規格によれば、非常に広い周波数帯で動作するアンテナの定在波比指数はVSWR−TRAY−1となる。もちろん、VSWRのTRAY RANCER 1.5を達成する方が良い。なお、室内天井アンテナは、一般にG=2 dBiの低利得アンテナである。

1.7.5屋内の壁搭載のアンテナ

屋内の壁に取り付けられたアンテナも、軽い構造、美しい出演と便利なインストールの利点を持たなければなりません。

最近では,市場で見られる屋内壁アンテナは,形状や色が多く,内部コアの購入・製作はほぼ同じである。壁搭載アンテナの内部構造は空気誘電体マイクロストリップアンテナに属する。アンテナの帯域幅を広げる補助構造のために、ネットワーク・アナライザによるコンピュータ支援設計とデバッギング、それはより良い働くブロードバンドの要件を満たすことができます。なお、室内壁搭載アンテナは、G=7 dBi程度の一定利得を有する。

電波伝搬の基本概念

現在、GSMとCDMA移動通信で使用される周波数帯は以下の通りである。

GSM:890 - 960 MHz、1710~1880 MHz

CDMA : 806 - 896 MHz

806~960 MHzの周波数範囲は、超短波領域に属する1710〜1880 MHzの周波数範囲はマイクロ波範囲に属する。

異なる周波数または波長の電波の伝搬特性は全く同じではなく、あるいは非常に異なっている。

2.1自由空間通信距離方程式

送信電力をPT、送信アンテナ利得をGT、動作周波数をFとし、受信アンテナ利得をGR、受信アンテナと送信アンテナとの距離をRとし、環境妨害のない電波伝搬中の電波損失L 0は以下の式を有する。

L 0 ( dB ) = 10 LG ( pt / pr )

= 32.45 + 20 LG F ( MHz )+ 20 LG R ( km )- gt ( db )- gr ( db )

[設定例] : PT = 10 W = 40 dBMW ;GR = GT = 7 ( DBI );f = 1910 MHz

Q : R = 500 mのとき、PR =?

答え: ( 1 ) L 0 ( dB )の計算

L 0 ( dB ) = 32.45 + 20 LG 1910 ( MHz )+ 20 Lg 0.5 ( km )- gr ( dB )- gt ( db )

= 32.45 + 65.62 - 6 - 7 - 7 = 78.07 ( DB )

2)prの計算

pr = pt / ( 10 7.807 )= 10 ( w )/ ( 10 . 7.807 ) = 1 ( 1 / 4 - w )/ ( 100.807 )

=1(=1/4)w=6.412=0.156(=1/4 w)=156(m=1/4/w)

ちなみに、1.9 GHzの電波がレンガの壁を貫通すると、(10~15)dB

超短波とマイクロ波の2.2伝搬サイト距離

2.2.1制限直視距離

超短波,特にマイクロ波は高周波,短波長を持ち,表面波は急速に減衰する。したがって,長距離伝搬のための表面波に頼らない。超短波,特にマイクロ波は主に宇宙波によって伝送される。要するに、宇宙波動は、宇宙の直線に沿って伝搬する波動である。明らかに、地球の曲率のために、スペース波伝搬のために限界直接視野距離Rmaxがあります。最も遠い直接の視野の範囲内の領域は、伝統的に照明領域と呼ばれている制限直視距離Rmaxを越えた領域をシャドウ領域と呼ぶ。通信用の超短波とマイクロ波を用いる場合、受信アンテナは送信アンテナの限界直視距離Rmax内に収まることは言うまでもない。地球の曲率半径に影響されて、送信アンテナと受信アンテナの限界直視距離Rmaxと高さHTとHRの関係は、Rmax = 3.57 { Le

人事関係

大気による電波の屈折を考慮すると、限界直視距離を

Rmax = 4.12 { Le - Chanper - ht ( m )+ Lyis - Chorno HR ( m )}( km )

電磁波の周波数は光波の周波数よりもはるかに低いので、電波伝搬の実効直視距離Reは限界直視距離Rmaxの約70 %である

例えば、HT,HRがそれぞれ49 m、1.7 mであれば、有効な直視距離はRe=24 kmである。

2.3平面上の電波伝搬特性

送信アンテナから受信点まで直接放射される電波を直接波と呼ぶ送信アンテナから放射された電波は地上に反射されて受信点に到達し、反射波と呼ばれる。明らかに、受信点の信号は、直接波と反射波の組み合わせでなければならない。電波の合成は1+1=2のような単純な代数的加算ではなく,直接波と反射波の間の波動経路の違いによって合成結果は変化する。波路差が半波長の奇数倍であるとき、直波と反射波信号が最大になるように加えられる波路差が1波長の場合は、直接波と反射波信号を差し引いて最小に合成する。地上反射の存在は信号強度の空間分布を非常に複雑にすることが分かった。

実際の測定は、一定の距離Riの範囲内で、信号強度が距離またはアンテナ高さの増加によって、変動することを示す一定距離riを越えると,距離の増加やアンテナ高さの減少に伴って信号強度が増加する。単調減少理論計算では,riとアンテナ高さhtとhrの関係を示した。

ri=(4 ht hr)/l,lは波長である。

もちろん、RIは制限視野距離Rmaxより小さくなければならない。

2.4波のマルチパス伝搬

超短波とマイクロ波バンドでは、電波はまた、電波を反映するために障害物(建物、高層ビルや丘)に遭遇するでしょう。このため、受信アンテナには、反射波(大まかに言えば、地上反射波も含まれる)が到来する。この現象をマルチパス伝搬と呼ぶ。

マルチパス伝送により,信号場強度の空間分布は非常に複雑になり,大きく変動する。いくつかの場所では、信号場強度が増加し、いくつかの場所では、信号強度が低下するまた、マルチパス伝送の影響により電波の偏波方向が変化する。また、電波に対する障害物の反射能力も異なる。例えば,超高層波やマイクロ波に対する鉄筋コンクリート造建物の反射能は煉瓦壁より強い。マルチパス伝送効果のネガティブな影響を克服するために最善の努力をすべきである。これは、通信品質の高い通信ネットワークにおいて、空間ダイバーシチ技術や偏波ダイバーシティ技術を頻繁に利用する理由である。

2.5波の回折拡散

伝送路に大きな障害が発生すると、電波は障害物を迂回し前方へ伝搬する。この現象を電波回折と呼ぶ。超短波,マイクロ波は高周波,短波長,弱回折能力を持つ。背の高い建物の背後の信号強度は小さく、いわゆるシャドウエリアを形成している。信号品質が影響する程度は、建物の高さ、受信アンテナと建物との距離だけでなく、周波数にも関係している。例えば、高さ10 mの建物があります。建物の後方200 mの距離において,受信信号品質はほとんど影響を受けないが,100 mでは受信信号強度はビルなしではかなり弱かった。なお、上述のように、減衰度合いも信号周波数に関係する。216〜223 MHzのRF信号については、受信信号の電界強度は建物のない場合よりも16 dB低く、670 MHzのRF信号に対しては、建物の高さが50 mまで増加した場合には受信信号強度が20 dB低く、受信信号の電界強度は建物から1000 m以内に弱くなる。すなわち、周波数が高くなるほど、建物が高くなり、受信アンテナが建物に接近し、信号強度及び通信品質に影響を与える一方、周波数が低いほど建物が短くなり、受信アンテナが建物から離れており、衝撃が小さくなる。

したがって,基地局サイトを選択し,アンテナを構築する場合,回折伝搬の様々な悪影響を考慮しなければならず,回折伝搬に影響する様々な要因に注意を払う必要がある。

3送電線の若干の基本概念

アンテナと送信機出力(または受信機入力)を接続するケーブルは、伝送線路またはフィーダと呼ばれる。伝送線路の主な課題は、信号エネルギーを効果的に伝送することである。したがって、送信機によって送信された信号電力を最小損失、または最小損失を有する受信機の入力にアンテナによって受信された信号で送信アンテナの入力に送信することができるはずである。同時に、それは、浮遊干渉信号を拾い上げたり、生成したりしないでください。従って、伝送線路を遮蔽しなければならない。

なお、伝送線路の物理長が送信信号の波長以上である場合には、伝送線路を長線ともいう。

伝送線の3.1のタイプ

超短バンドには2種類の伝送線路がある。マイクロ波帯の伝送線路は,同軸ケーブル伝送線路,導波路,マイクロストリップを含む。並列2線送電線は2本の平行導体からなる。対称または平衡伝送線路である。このフィーダは大きな損失を持ち,UHF帯では使用できない。同軸ケーブル伝送線路の2本の導体はそれぞれコアワイヤとシールド銅ネットである。銅ネットは接地され、2つの導体は接地に非対称であるため、非対称または不平衡伝送線と呼ばれる。同軸ケーブルは広い周波数範囲と小さい損失を持ちます。使用するときは、強い電流で線と平行に動作せず、低周波数の信号線に近づけない。

3.2伝送線路の特性インピーダンス

無限の伝送線路上の電流対電圧比は、伝送線路の特性インピーダンスとしてZ 0で表される。同軸ケーブルの特性インピーダンスの計算式

Z・・・

ここで、Dは同軸ケーブルの外部導体の銅メッシュの内径であるDは同軸ケーブルコアの外径である

ここで、RとRは導体間の絶縁媒体の比誘電率である。

通常Z 0=50オームであるが、Z 0=75オームでもある。

この式から、フィーダの特性インピーダンスは導体の直径d、dと媒体の誘電率との関係のみでなく、給電端子に接続されたフィーダ長、動作周波数、負荷インピーダンスに依存しないことがわかる。

3.3フィーダの減衰係数

給電器で信号を伝送する場合、導体の抵抗損失だけでなく絶縁材料の誘電損失も存在する。これら2つの損失はフィーダ長と作動周波数の増加に伴って増加した。したがって、フィーダ長をできるだけ短くする。

減衰係数は単位長さ当り損失を計算するために使用され、単位はdB/m(dB/m)であり、ケーブル技術仕様上の単位はDB/100 m(dB/100 m)であることを示す

フィーダに給電される電力をP 1とし、長さL(m)のフィーダからの電力出力をP 2とし、透過損失TLを表すことができる。

TL = 10 * LG ( P 1 / P 2 ) ( dB )

減衰係数は

<研究報告>

例えば、ノキア7/8インチ低消費電力ケーブルの減衰係数は、900 MHz=0.8 dB/100 mのものであり、これは、残余長=3 dB/73 m、すなわち、900 mの周波数を有する信号電力は、73 mの長さのケーブルを通過する場合には、半分以下である。

通常の非低消費電力ケーブルについては、例えば、SUV−50−1900 MHzの場合には、減衰係数=20.1 dB/100 mであるが、これはまた、CHERSUTI=3 dB/15 Mとして記述することができ、すなわち、周波数900 MHzの信号電力は、15 mの長さのケーブル毎に半減することになる。

3.4マッチング概念

どのようなマッチングですか?簡単に言うと、給電端子に接続された負荷インピーダンスZLがフィーダ特性インピーダンスZ 0に等しいときには、給電端子が整合接続されていることを言う。整合時には、給電線上の端子負荷に伝達される入射波のみがあるが、端子負荷による反射波は発生しない。したがって、アンテナが端末負荷として使用される場合、アンテナは全ての信号電力を得ることができるように整合することができる。以下の図に示すように、アンテナインピーダンスが50アンペアである場合、50°のケーブルに整合し、アンテナインピーダンスが80アンペアである場合、50Ωのケーブルとは一致しない。

アンテナ発振器の直径が大きい場合、アンテナ入力インピーダンスの周波数変化は小さく、フィーダとの整合が容易である。このとき、アンテナの動作周波数範囲は広い。反対に狭い。

実際には、アンテナの入力インピーダンスは周囲の物体にも影響される。フィーダとアンテナを整合させるためには、アンテナの設置時にアンテナのローカル構造を調整したり、測定器を取り付けたりする必要がある。

マッチングコンセプト

3.5反射損失

フィーダがアンテナと一致するとき、フィーダの上に反射波がないと、指摘されました、入射波だけ、すなわち、フィーダで送られる波はアンテナに向かって動いているだけです。このとき、フィーダ上の電圧振幅および電流振幅は等しく、フィーダ上の任意の点のインピーダンスはその特性インピーダンスに等しい。

アンテナと給電線が一致しないとき、すなわち、アンテナインピーダンスがフィーダの特性インピーダンスに等しくないとき、負荷はフィーダ上で送信される高周波エネルギーの一部を吸収するだけでなく、全ての吸収されず、吸収されない部分が反射波を形成するように反射される。

例えば、右の図では、アンテナおよびフィーダのインピーダンスが異なるので、一方は75オームであり、もう一方は50オームであり、インピーダンスは一致しない。そして、結果は

反射損失

3.6 . VSWR

ミスマッチの場合,入射波と反射波はフィーダにある。入射波と反射波の位相が同じである場合には、電圧振幅を最大電圧振幅Vmaxに加算してアンチノスを形成するここで、入射波と反射波の位相が逆の場合は、電圧振幅を最小電圧振幅Vminに差し引いて波ノードを形成する。他の点の振幅値は、antinodesとノードの間にあります。この合成波は進行波と呼ばれる。

入射波電圧に対する反射波電圧の振幅比は、反射係数と呼ばれ、Rとして記録される

反射波振幅(ZL‐Z 0)

r==1 .

入射波振幅(ZL+Z 0)

ゲート電圧振幅に対する付加電圧の比は、定在波係数(電圧定在波比とも呼ばれる)と呼ばれ、VSWRとして記録される

電圧振幅Vmax(1+r)

VSWR=アウギョウザメ

ノード電圧Radian Vmin ( 1 - r )

端子負荷インピーダンスZLは、特性インピーダンスZ 0に近いほど、反射係数Rが小さく、定在波比VSWRが1に近いほど整合性が良い。

平衡装置

信号源または負荷または送電線は、接地との関係に応じて平衡および不平衡に分割することができる。

信号源と接地の両端の間の電圧が等しく、極性が反対である場合、それは平衡信号源と呼ばれ、それ以外は不平衡信号源と呼ばれる負荷と接地の両端の電圧が等しく、極性が逆であれば、平衡負荷と呼ばれ、そうでなければアンバランス負荷と呼ばれる伝送線路と接地の2つの導体間のインピーダンスが同じ場合、平衡伝送線路と呼ばれる。

同軸ケーブルは、不平衡信号源と不平衡負荷を接続するために使用され、平行2線送電線は、信号電力を効果的に伝達するために平衡信号源と平衡負荷を接続するために使用されなければならない。さもなければ、それらの平衡または不均衡は損傷を受け、正常に動作することができない。不平衡伝送線路が平衡負荷に接続されている場合、通常の方法は、一般的に平衡コンバータと呼ばれる穀物生産者間の「平衡不均衡」変換装置を設置することである。

3.7.1半波長平衡コンバータ

不平衡給電同軸ケーブルと平衡負荷半波対称振動子との接続に使用されている。“U”チューブバランスコンバータも1 : 4インピーダンス変換の機能を持っています。移動通信システムで使用される同軸ケーブルの特性インピーダンスは,通常50Ωである。そこで、八木アンテナでは、インピーダンスを約200アンペアに調整し、主給電器の50度同軸ケーブルのインピーダンスに整合させる。

波長バランスコンバータ

3.7.2分の1波長バランスアンバランス

アンテナの平衡入力ポートと同軸フィーダの不平衡出力ポートとのバランス不平衡変換は、1/4波長及び短伝送線路の端子が高周波開放回路であることを利用して実現される。

四分の一波長バランスアンバランス

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