Значение импеданса антенны
Для удобства инженерных приложений действительную и мнимую части импеданса антенны мы часто анализируем и настраиваем с помощью единой диаграммы Смита (Smith Chart). Кроме того, коэффициент стоячей волны (КСВ) и возвратные потери также являются важными параметрами, которые мы используем для оценки импеданса. Подробнее об этих показателях мы расскажем в последующих материалах, сегодня на них останавливаться не будем.
Возвращаясь к импедансу: известно, что для радиочастотных (РЧ) систем передача РЧ-сигналов между различными модулями требует согласования импедансов. При рассогласовании происходит значительное отражение передаваемого РЧ-сигнала. С одной стороны, это приводит к потере энергии, а с другой стороны, отраженная энергия может нарушить нормальную работу РЧ-системы.
Для РЧ-системы антенну можно рассматривать как нагрузку. Следовательно, входной импеданс антенны чрезвычайно важен, потому что если импеданс антенны не согласован с волновым сопротивлением фидерной линии, это вызовет отражение энергии, передаваемой по фидеру. В результате энергия не будет эффективно передаваться в РЧ-систему, возникают упомянутые выше потери. Чем сильнее рассогласование импеданса антенны, тем больше энергии отражается. Именно поэтому необходимо согласовывать импеданс антенны.
Идеальная ситуация — когда входной импеданс антенны является чисто активным сопротивлением и равен волновому сопротивлению фидерной линии. В этом случае между антенной и фидером отсутствует отражение мощности, и передача энергии происходит без потерь. Конечно, такая идеальная ситуация недостижима на практике, поскольку в инженерных реализациях как импеданс антенны, так и волновое сопротивление фидерной линии могут лишь приближаться к желаемому значению, но всегда будут иметь определенные отклонения от идеала. Для обеспечения совместимости и эффективной работы различных РЧ-систем и антенн в мобильной электронике и средствах связи стандартное волновое сопротивление РЧ-модулей и антенн обычно устанавливается равным 50 Ом. Именно поэтому антенны, как правило, проектируют под импеданс 50 Ом.
Если собственный импеданс антенны не оптимален, означает ли это, что согласование невозможно? Ответ: нет. Когда импеданс антенны неудовлетворителен, мы можем настроить и улучшить его, используя последовательно или параллельно включенные конденсаторы и катушки индуктивности. В этом случае мы рассматриваем саму антенну и элементы согласующей цепи (конденсаторы, катушки) как единое целое. Если импеданс этого целого подходящий (близкий к 50 Ом), он считается согласованным.
Факторы, влияющие на импеданс антенны
От чего же зависит входной импеданс антенны? Как правило, он определяется тремя факторами:
１、Конструкцией, формой и геометрическими размерами самой антенны;
２、Рабочей частотой антенны;
３、Окружающей антенну средой.
Изменение любого из этих трех факторов приводит к изменению входного импеданса антенны, то есть к изменению её характеристик. Фактор 1 означает, что собственная форма антенны влияет на её импеданс. Фактор 2 указывает на зависимость от рабочей частоты, поскольку импеданс одной и той же антенны различен на разных частотах.
Первые два фактора в основном известны, но здесь необходимо обратить внимание на фактор 3: окружающая среда антенны. Это означает, что одна и та же антенна на одной и той же рабочей частоте будет иметь совершенно разный импеданс в разном окружении. Именно поэтому многие встроенные антенны, заявленные как высокопроизводительные, часто демонстрируют очень плохую или даже неработоспособную производительность, когда мы устанавливаем их в реальные электронные устройства. Причина в том, что реальная окружающая среда антенны в устройстве отличается от среды, в которой она разрабатывалась и тестировалась. Поэтому, когда среда вокруг антенны сложная (например, внутри корпуса устройства), крайне важно проектировать антенну, особенно встроенную, целенаправленно и с учетом конкретных условий.
Возвращаясь к импедансу: известно, что для радиочастотных (РЧ) систем передача РЧ-сигналов между различными модулями требует согласования импедансов. При рассогласовании происходит значительное отражение передаваемого РЧ-сигнала. С одной стороны, это приводит к потере энергии, а с другой стороны, отраженная энергия может нарушить нормальную работу РЧ-системы.
Для РЧ-системы антенну можно рассматривать как нагрузку. Следовательно, входной импеданс антенны чрезвычайно важен, потому что если импеданс антенны не согласован с волновым сопротивлением фидерной линии, это вызовет отражение энергии, передаваемой по фидеру. В результате энергия не будет эффективно передаваться в РЧ-систему, возникают упомянутые выше потери. Чем сильнее рассогласование импеданса антенны, тем больше энергии отражается. Именно поэтому необходимо согласовывать импеданс антенны.
Идеальная ситуация — когда входной импеданс антенны является чисто активным сопротивлением и равен волновому сопротивлению фидерной линии. В этом случае между антенной и фидером отсутствует отражение мощности, и передача энергии происходит без потерь. Конечно, такая идеальная ситуация недостижима на практике, поскольку в инженерных реализациях как импеданс антенны, так и волновое сопротивление фидерной линии могут лишь приближаться к желаемому значению, но всегда будут иметь определенные отклонения от идеала. Для обеспечения совместимости и эффективной работы различных РЧ-систем и антенн в мобильной электронике и средствах связи стандартное волновое сопротивление РЧ-модулей и антенн обычно устанавливается равным 50 Ом. Именно поэтому антенны, как правило, проектируют под импеданс 50 Ом.
Если собственный импеданс антенны не оптимален, означает ли это, что согласование невозможно? Ответ: нет. Когда импеданс антенны неудовлетворителен, мы можем настроить и улучшить его, используя последовательно или параллельно включенные конденсаторы и катушки индуктивности. В этом случае мы рассматриваем саму антенну и элементы согласующей цепи (конденсаторы, катушки) как единое целое. Если импеданс этого целого подходящий (близкий к 50 Ом), он считается согласованным.
Факторы, влияющие на импеданс антенны
От чего же зависит входной импеданс антенны? Как правило, он определяется тремя факторами:
１、Конструкцией, формой и геометрическими размерами самой антенны;
２、Рабочей частотой антенны;
３、Окружающей антенну средой.
Изменение любого из этих трех факторов приводит к изменению входного импеданса антенны, то есть к изменению её характеристик. Фактор 1 означает, что собственная форма антенны влияет на её импеданс. Фактор 2 указывает на зависимость от рабочей частоты, поскольку импеданс одной и той же антенны различен на разных частотах.
Первые два фактора в основном известны, но здесь необходимо обратить внимание на фактор 3: окружающая среда антенны. Это означает, что одна и та же антенна на одной и той же рабочей частоте будет иметь совершенно разный импеданс в разном окружении. Именно поэтому многие встроенные антенны, заявленные как высокопроизводительные, часто демонстрируют очень плохую или даже неработоспособную производительность, когда мы устанавливаем их в реальные электронные устройства. Причина в том, что реальная окружающая среда антенны в устройстве отличается от среды, в которой она разрабатывалась и тестировалась. Поэтому, когда среда вокруг антенны сложная (например, внутри корпуса устройства), крайне важно проектировать антенну, особенно встроенную, целенаправленно и с учетом конкретных условий.