Все антенны. Антенны типа «клеверный лист»: принцип работы, характеристики и применение

Что представляют собой антенны типа «клеверный лист». Как устроены антенны данного типа. Какими основными характеристиками обладают антенны «клеверный лист». Для каких целей применяются антенны этого типа. Каковы преимущества и недостатки антенн «клеверный лист».

Содержание

Что такое антенна типа «клеверный лист»

Антенна типа «клеверный лист» (cloverleaf antenna) представляет собой круговую поляризованную проволочную антенну, диаграмма направленности которой напоминает диполь. Свое название она получила из-за характерной формы излучающих элементов, напоминающих листья клевера.

Основные особенности антенны «клеверный лист»:

Состоит из 3-4 изогнутых проволочных петель (лепестков), расположенных вокруг центральной оси
Обеспечивает круговую поляризацию излучения
Имеет диаграмму направленности, схожую с диполем — максимум излучения перпендикулярно оси антенны
Компактные размеры — общая длина около одной длины волны
Широкая полоса рабочих частот

Устройство антенны типа «клеверный лист»

Типичная конструкция антенны «клеверный лист» включает следующие основные элементы:

Две металлические пластины-«крышки», между которыми располагаются излучающие элементы
3-4 изогнутых проволочных петли (лепестка), соединенных с пластинами
Точка питания между пластинами в центре антенны

Ключевые геометрические параметры антенны:

Расстояние между пластинами — около 1-2% длины волны
Длина каждого лепестка — примерно одна длина волны
Расстояние от центра до края лепестка — четверть длины волны
Общая ширина антенны — половина длины волны
Угол подъема лепестков — около 45° к горизонтали

Принцип работы антенны «клеверный лист»

Круговая поляризация излучения антенны «клеверный лист» достигается за счет специальной геометрии излучающих элементов. Основные факторы, обеспечивающие круговую поляризацию:

Наличие двух ортогональных компонент электрического поля (Ex и Ez)
Равенство амплитуд ортогональных компонент
Сдвиг фаз между компонентами на 90°

Ток в лепестках антенны распределяется таким образом, что в направлении максимума излучения формируются две ортогональные компоненты поля с необходимыми параметрами для круговой поляризации.

Основные характеристики антенн «клеверный лист»

Антенны типа «клеверный лист» обладают следующими ключевыми характеристиками:

Круговая поляризация излучения в горизонтальной плоскости
Диаграмма направленности типа «пончик» с максимумом перпендикулярно оси
Коэффициент усиления около 2-3 дБи
Ширина полосы частот по круговой поляризации ~10%
Ширина полосы по КСВ ~20% и более
Входное сопротивление близко к 50 Ом

Области применения антенн «клеверный лист»

Антенны типа «клеверный лист» нашли широкое применение в следующих областях:

Системы беспроводной передачи видео (FPV)
Беспилотные летательные аппараты
Спутниковая связь
Радиолюбительская связь
Wi-Fi роутеры и точки доступа

Популярность антенн «клеверный лист» в этих сферах обусловлена сочетанием компактных размеров, круговой поляризации и широкой диаграммы направленности.

Преимущества антенн типа «клеверный лист»

Основные достоинства антенн «клеверный лист» включают:

Круговая поляризация, снижающая влияние многолучевого распространения
Компактные размеры при хороших характеристиках
Простота изготовления
Широкая диаграмма направленности
Хорошее согласование с 50-омным трактом
Широкая полоса рабочих частот

Недостатки антенн «клеверный лист»

К основным ограничениям антенн данного типа можно отнести:

Относительно узкая полоса частот с круговой поляризацией (~10%)

Невысокий коэффициент усиления (2-3 дБи)
Чувствительность характеристик к точности изготовления
Сложность оптимизации для конкретных применений

Сравнение антенн «клеверный лист» с другими типами

Рассмотрим основные отличия антенн «клеверный лист» от других распространенных типов антенн:

Параметр	Клеверный лист	Диполь	Патч-антенна
Поляризация	Круговая	Линейная	Линейная или круговая
Диаграмма направленности	Всенаправленная в горизонтальной плоскости	Всенаправленная в горизонтальной плоскости	Направленная
Усиление	2-3 дБи	2.15 дБи	5-8 дБи
Полоса частот	Широкая	Узкая	Средняя
Размеры	Компактные	Средние	Компактные

Как сделать антенну «клеверный лист» своими руками

Для самостоятельного изготовления простой антенны типа «клеверный лист» потребуются следующие материалы и инструменты:

Медная проволока диаметром 1-2 мм
Коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом
Печатная плата или тонкий лист металла для «крышек»
Паяльник и припой
Плоскогубцы для формирования лепестков

Основные этапы изготовления:

Рассчитать размеры антенны для нужной частоты
Вырезать две круглые пластины-«крышки»
Сформировать 3-4 лепестка из проволоки
Припаять лепестки к пластинам
Подключить питающий кабель между пластинами

При самостоятельном изготовлении важно обеспечить высокую точность размеров и симметрию конструкции для получения хороших характеристик антенны.

Заключение

Антенны типа «клеверный лист» представляют собой интересное и эффективное решение для получения круговой поляризации в компактном исполнении. Благодаря удачному сочетанию характеристик они нашли широкое применение в различных беспроводных системах, особенно там, где важны малые размеры и всенаправленное излучение. Несмотря на кажущуюся простоту, в основе работы этих антенн лежат сложные электродинамические принципы, что делает их оптимизацию нетривиальной задачей.

Какие бывают антенны

Какие бывают антенны?

По назначению антенны бывают для портативных станций, для установки на автомобиль, для установки на базу.

По поляризации антенны бывают с вертикальной и горизонтальной поляризацией, теоретически на одной частоте можно работать двум парам пользователей с разной поляризацией, почти не мешая друг другу, с SSB даже четырем (на практике это никогда не получится из-за вращения плоскости поляризации при переотражениях радиосигнала).

Антенны вертикальной поляризации — штыревые антенны, длинный провод, вертикальный диполь, горизонтальной — горизонтальный диполь.

По направленности — ненаправленные (излучающие во все стороны одинаково, с круговой диаграммой направленности) и направленные (излучающие преимущественно в каких-то направлениях). Ненаправленные штыри, вертикальный диполь, направленные — горизонтальный диполь, рамки, длинный провод. Направленные антенны имеют преимущество по дальности связи при прочих равных, но по определённым направлениям. Ненаправленные антенны позволяют связываться со всеми направлениями одинаково (удобно для связи с автомобилем, например).

Что такое базовая антенна?

Это антенна, установленная неподвижно на мачте, работает только с одного места, обычно это дом или дача. Может быть любого типа, естественно, должна быть настроена в резонанс по частоте и волновому сопротивлению.

Что такое автомобильная антенна?

Это антенна, специально рассчитанная на установку на машину. Обычно это укороченный штырь с согласующей катушкой, закрепляемый жестко на врезке в крышу или на водостоке на специальном кронштейне, или на магнитном основании. Кузов машины служит противовесом.

Что такое балконная антенна?

Это антенна, предназначенная для установки на балкон или окно городской квартиры, если нет возможности поставить антенну на крышу. Она менее эффективна, чем обычная базовая, но вполне пригодна для связи. Если на балконе есть железная обрешётка, то на неё можно закрепить обычный автомобильный штырь. Популярны антенны бумеранг и мини-бумеранг (он заметно меньше бумеранга, но, соответственно, не так эффективен). Все «балконки» в той или иной степени обладают направленностью, т.е. в каких-то направлениях работают плохо, к тому же их экранирует здание.

Какие антенны больше распространены (для базы)?

GP, «гpаунд-плейн» (четвертушка) — это штырь длиной четверть волны, т.е. в диапазоне 27 МГц это 2,7 м., и с 3-мя или больше противовесами такой же длины, расположенными под углом 40-45 градусов к вертикали (наклоненными вниз) равномерно во все стороны. Эта антенна наиболее распространена у «самодельщиков».

1/2 (половинка) это штырь длиной полволны, т.е. 5.5 м., работает без противовесов. По эффективности проигрывает 5/8.

5/8 (пять восьмых) — штырь длиной 6.5м. с небольшими (0.1-0.2 длины волны) противовесами.

5/9 (пять девятых), тоже без противовесов, это штырь длиной 6м., сочетает в себе преимущества 1/2 и 5/8, но сложно настраивается.

Яги (YAGI) — это направленная антенна из двух или трёх диполей.

Что такое противовес?

Противовесы — это провода или металлические трубки, играющие роль радиотехнической земли, повышающей эффективность антенны. Применяются вместо обычного заземления. Подключаются к внешней части антенного разъема станции (усилителя) или контакту «Земля», для штырей — к заземляемой детали основания. Для переносок роль земли (противовеса) играет тело оператора. Чем противовесов больше, тем лучше.

Для чего в антенне нужна удлиняющая катушка?

Большая длина вибратора и противовесов часто неприемлема, поэтому в вибратор и противовесы включают катушки индуктивности, которые доводят уменьшенную физическую длину вибратора до эквивалентной нормы. Как правило, такая катушка определяет максимальную мощность антенны, т.е. чем более толстым проводом выполнена катушка, тем больше мощность антенны.

Какую антенну выбрать?

Сильно зависит от поставленной задачи и имеющихся денег.

По деньгам, в общем случае, чем дороже, тем лучше (хотя бывают редкие исключения). По размерам — чем физически излучатель больше, тем он эффективнее, в идеале для штыря он должен быть длиной четверть или половина длины волны, т.е. 2.7 м. или 5.5 м. соответственно. Реально для портативной переносной рации такие размеры неприемлемы, а на базовой штыревой антенне штырь делают длиной пять девятых или чаще пять восьмых длины волны, т.е. около 6 или 6.5 м. соответственно, для удобства согласования и настройки.

Антенны для раций

Самый простой и результативный способ существенно увеличить дальность радиосвязи — использовать антенны с наибольшим усилением или с более подходящей для Ваших нужд диаграммой направленности.Ниже прив

КБ Беркут — производство и продажа раций

Рации для работы и активного отдыхаСоздано в России — Конструкторское Бюро Беркут осуществляет полный цикл разработки и производства радиостанций Конструкторское Бюро Беркут разрабатывает, п

Рации для леса и пересечённой местности

Опытные охотники, грибники, рыбаки, а также любители пешего и водного туризма в наше время редко обходятся без раций.

Выбор портативных раций огромен – от дешёвых раций до профессиональных ударопрочны

В эпоху 5G антенна «всё-в-одном» станет обязательным требованием

Москва, Россия, 29 декабря 2020 г. — 18 декабря 2020 года компания Huawei провела онлайн-форум «Технологии в отрасли антенн. Новые антенные решения для 5G» в рамках трехдневного мероприятия Better World Summit для региона Евразия. На форуме эксперты беспроводных решений телеком отрасли обсудили, какие требования к антеннам сегодня предъявляет стандарт 5G, очертили направления оптимизации существующих сайтов в части антенно-фидерных устройств и познакомили гостей с новыми успешно реализованными проектами из отрасли антенн в мире и в России. В рамках панельной дискуссии выступили представители операторов связи и рассказали, с какими вызовами модернизации антенного оборудования они столкнулись.

Теплым приветствием форум открыл президент операторского подразделения Чжао Лэй и отметил, что создание базовой беспроводной сети играет важную роль в цифровой трансформации промышленности и государственного управления. Представитель Huawei также подчеркнул важность модернизации антенн для евразийских операторов связи.

Вице-президент Huawei в Евразии, президент бизнес-группы по работе с операторами Чжао Лэй

В 2020 году в Европе и Азии произошел взрывной рост трафика на сетях 4G: средние темпы прироста составили 60%, высокие — 100%. При этом оказалось, что на 25% сайтов объем передаваемого трафика ограничивается возможностями оборудования. Для снятия ограничений операторы постепенно наращивают Refarming существующих частотных диапазонов и строят новые сайты, а также повышают стандарт целевой сети до уровня 5G Ready. Для такой эволюции сети антеннам неизбежно требуется большее количество портов и более высокая степень интеграции, вплоть до того, что антенна «всё-в-одном» станет обязательным требованием.

«Инновации Huawei безграничны. В стремлении помочь операторам связи преодолеть сложности, мы запустили серию передовых антенных решений, таких как BladeAAU и конвергентная антенна FDD + TDD. Современные антенные продукты призваны решить ряд таких проблем, как ограниченность пространства и недостаточность портов», — заявил Чжао Лэй.

О главных тенденциях в отрасли антенн рассказал Сунь Цюань, Вице-президент Huawei по глобальным продажам решений для отрасли антенн. Концепция «1+1», представленная компанией Huawei в 2018 году, обрела популярность в отрасли из-за ограничений по месту на площадке. Концепция делится на два направления: «1+1=1» (это означает, что все диапазоны до 3ГГц покрываются одной антенной) и «1+1=2» (одна антенна для всех диапазонов до 3ГГц и 1 активная антенна пятого поколения). Второй тренд – это антенна, способная работать и в пассивном, и в активном режимах. Она обладает более широким покрытием и низкими показателями энергопотребления. Третий основной тренд — это интеллектуализация отрасли в аспекте диаграммы направленности антенны.

Дмитрий Конарев, ведущий эксперт по беспроводным технологиям Huawei в регионе Евразия, рассказал участникам форума о развертывании антенн 5G в Китае и Европе и направлении развития сети в СНГ. В частности, он поделился информацией об успешных проектах развёртывания для оператора China Mobile (1+1=2) и для операторов China Unicom и Sunrise (1+1=1), а также на примере эволюции развития этих решений в Евразии рассказал о возможностях уникального решения SDA (программно-определяемая антенна).

В рамках форума по антенным технологиям была также проведена панельная дискуссия с участием представителей российских операторов, на которой обсуждались сложности эксплуатации антенно-фидерных систем и требования к антеннам будущего.

Василий Вакатов, главный эксперт отдела технической инфраструктуры сети радиодоступа в ПАО «МТС», рассказал, что для того, чтобы убедиться в надежности антенны, мало провести лабораторное исследование: необходимо также испытание временем. «Есть большое количество производителей, качество которых сомнительно, приходится тратить достаточно много сил и времени для отсеивания некачественной продукции за низкую стоимость», — отметил он.

Николай Богатырёв, эксперт по техническим инновациям и инфраструктуре в ПАО «МегаФон», затронул вопрос миниатюризации антенн: «Чем больше площадь антенны, тем выше стоимость аренды для оператора. Очень важным фактором являются даже не общие габариты антенны, а площадь на сайте, которую она занимает при установке. Для 5G должно быть такое решение, которое явно не увеличивает занимаемую площадь».

Роман Анисимов, ведущий менеджер службы планирования сети радиодоступа ПАО «ВымпелКом», считает, что в городах растет спрос на эстетику пространства: «Актуальный тренд — придать антенне вид, непохожий на антенну, замаскировать выходы кабелей. Для жилой застройки требуются маскировочные антенны, адаптированные внешним видом под вентиляционные трубы, короба, либо кондиционеры. В типовых условия — к примеру, вдоль дорог, — лучше скрывать фидеры, разработать кожухи для антенн».

Антенны клеверного листа

Знакомство с антеннами Coverleaf

Антенна в виде листа клевера представляет собой круговая поляризация проволочная антенна с диаграмма направленности похож на дипольная антенна. Антенна в виде клеверного листа с четырьмя ответвлениями показана на рисунке 1:

Рис. 1. Антенна типа «клеверный лист» с четырьмя ответвлениями.

Основные свойства антенн клеверного листа

Диаграмма направленности типичной антенны в виде клеверного листа показана на рисунке 2:

Рис. 2. Диаграмма направленности антенны типа «трилистник».

Антенна в виде клеверного листа имеет пиковое направление излучения поперек антенны. Антенна имеет нули (очень мало излучения) в осевом направлении (ось z, как показано на рисунке 2).

Чтобы обсудить геометрию антенны в виде клеверного листа, давайте посмотрим на рисунки 3 и 4. Прежде чем я начну, отметим, что мы дадим размеры антенны с точки зрения длины волны (записанной как лямбда или символ . См. страницу частоты для обсуждения/напоминания о длине волны и частоте. В качестве быстрого примера, для частоты f = 5,8 ГГц, длина волны 5,17 см ( c/f , где c = скорость света). Следовательно, заданная размерность как /4 быть 1,29 см. Это полезно — например, если я знаю, как спроектировать антенну на частоте 1 ГГц, я могу спроектируйте ту же антенну на 2 ГГц, уменьшив все размеры на 50%, просто изменив длина волны, которую я использую для измерений.

На рис. 3 показана сторона вид на антенну в виде клеверного листа. Клеверный лист имеет две антенные «шапочки», разделенные небольшим расстоянием. (примерно 1-2% длины волны). Обмотка антенны находится между двумя крышками, которые я рисую с помощью символ батареи (для данной реализации это означает центр стяжек коаксиального кабеля к верхней крышке, а заземление внешнего экрана коаксиального кабеля подключено к нижней крышке). Клеверный лист обычно имеет 3-4 петли из проволоки (или лепестков). На рисунке 3 Я рисую один из лепестков с некоторыми приблизительными размерами:

Рис. 3. Антенна клеверного листа, вид сбоку.

Расстояние до первой части лепестка клеверного листа (от точки A1 -> A2, обозначенной буквой D на рисунке 3) должна составлять примерно четверть длины волны. Общая длина лепестка (или проволочной петли) должна быть равной одной длине волны (это расстояние A1->A2->A3->A4). Обратите внимание, что это похоже на складчатая дипольная антенна. Вертикальный угол «подъема» А1-А2 составляет относительно горизонтальной плоскости примерно 45 градусов.

Рисунок 4. Антенна Cloverleaf, вид сверху.

На рисунке 4 расстояние до лепестка ( L ) составляет около четверти длины волны. от центра антенны, что составляет ширину W антенны половины длины волны. Все остальные углы регулируются таким образом, чтобы общая длина проволоки L и D была равна значения, которые я указал здесь.

Как видно на рисунках 3 и 4, антенна в виде клеверного листа имеет 3-4 лепестка вокруг центра своей оси. Они расположены на равном расстоянии по всему периметру. Цель этой договоренности состоит в том, чтобы задайте круговую поляризацию антенны в горизонтальной плоскости (плоскость x-y, как показано на рисунке 2). Антенна быстро теряет круговую поляризацию для углов не в горизонтальной плоскости.

Почему антенна в виде клеверного листа создает круговую поляризацию? Это немного подробное обсуждение, и мы займемся этим в следующем разделе.

Интуитивное объяснение антенн Cloverleaf

Теперь мы попытаемся ответить на несколько ключевых вопросов: почему антенны типа «трилистник» имеют именно такую диаграмму направленности? И почему Антенны клеверного листа имеют круговую поляризацию? Начнем с рассмотрения того, как ток течет по клеверный лист руки / лепестки. Поскольку длина каждого плеча равна одной длине волны, у нас есть один полный цикл тока (одна полная синусоида), аналогичный сложенной дипольной антенне. Текущий перекрывается на руке, как показано на рисунке 5:

Рисунок 5. Клеверный лист с наложенным текущим потоком.

Если я упрощу рисунок 5 и покажу только пиковые токи (где синусоида является пиком) по всем плечам, Я получаю рисунок 6:

Рисунок 6. Клеверный лист с наложенным пиковым током.

Рисунок 6 важен и объясняет, почему у нас нет излучения в аксиальном (ось Z, как показано на рисунке 2) направлении. Вы можете видеть, что все пиковые токи в центре антенны в виде клеверного листа компенсируются противоположными потоками. ток на соседнем лепестке. Кроме того, пиковые токи на внешнем ободе имеют прямо противоположный ток на внешнем ободе. противоположная сторона антенны в виде клеверного листа. Следовательно, у антенны в виде листа клевера нет излучения в осевом направлении. [Вы могли бы спросить о вертикальном течении, если мы посмотрим на вид сбоку? Вспомним с дипольной антенны, что вертикальная ток производит радиацию только поперек течения, так что это тоже не изменит историю.]

Итак, как нам получить излучение в поперечном направлении (плоскость x-y) и желаемую круговую поляризацию? Напомним, что для круговой поляризации требуется 3 вещи:

Два ортогональных (перпендикулярных) Электронное поле компоненты (например, Ex и Ez, поле E в направлениях x и z)

Ортогональные компоненты электрического поля имеют одинаковую величину

Ортогональные компоненты электрического поля не совпадают по фазе на 90 градусов (четверть цикла)

Чтобы вычислить излучение в плоскости xy (вдоль оси антенны в виде клеверного листа, это направление пикового излучения из рисунка 2), мы сначала попытаемся определить излучение в +x-направлении исследуя токи. Излучение в -x, +y, -y и других направлениях будет естественным образом следовать. На рис. 8 показан вид сверху пиковых токов в плечах клеверного листа (обратите внимание, что токи, компенсирующие в плоскости x-y не показаны):

Рисунок 8. Каково излучение этих токов в направлении +x?

На рисунке 8 обратите внимание, что токи № 3 и № 4 не дают никакого излучения в направлении +x, поэтому их можно игнорировать (если вы не уверены, почему, вспомните дипольная антенна). Теперь время для ключевого момента, который следует из изучения антенные решетки: токи № 1 и № 2 на рис. 8 добавят в фазе в направлении +x. причина проста: поскольку ток №2 не совпадает по фазе с током №1 (на 180 градусов или полупериод), излучение тока № 2 будет в фазе с током № 1, поскольку они распространяются в +x-направлении. Вот почему очень важно, чтобы ширина антенны в виде клеверного листа составляла половину длины волны.

В предыдущем абзаце объясняется, почему мы имеем излучение в направлении +x, а здесь описывается Ey-компонента поля. Но если у нас круговая поляризация, откуда берется другая компонента?

Мы можем выяснить, откуда исходит остальная часть излучения, изучив рисунок 9. Это сторона вид антенны в виде клеверного листа с показанными пиковыми токами. Это немного сложно, поэтому взгляните и мы можем пройти через это:

Рисунок 9. Каково излучение этих токов в направлении +x?

На рисунке 9 я нарисовал 4 красных потока, отмеченных как № 1, № 2, № 3, № 4. Этот это ток, идущий прямо от верхней крышки клеверной антенны. Обратите внимание, что компонент xy эти токи будут компенсироваться, поскольку антенна в виде клеверного листа имеет 4 равноотстоящих друг от друга плеча. Тем не менее, текущий в направлении +z будут складываться (синфазно). Следовательно, мы будем иметь излучение от z-компоненты E-поля, если смотреть в направлении +x.

На рисунке 9 я также нарисовал два светло-голубых потока, обозначенных как (i) и (j). Эти токи идут в одном направлении (что следует из рис. 5 и размышлений о геометрии). Следовательно, эти токи будут компенсироваться в направлении +x (потому что они будут производить излучение не в фазе, потому что они пространственно разделены половиной длины волны). Обратите внимание, что я показываю внешние токи только на двух плечах. Будет некоторое чистое излучение от двух других ветвей клеверного листа; но важно отметить, что ток будет находиться в том же положении по оси x, что и центр токов, исходящих непосредственно от верхняя крышка. Это важно, потому что тогда все токи будут складываться в фазе. Это показано на рисунке 10. это весь ток, который способствует излучению в +x-направлении:

Рисунок 10. Весь ток дает излучение в направлении +x.

Рисунок 10 раскрывает тайну круговой поляризации в направлении +x. У нас есть компонент Ey, и компонент Ez (т.е. 2 ортогональных компонента E-поля). Кроме того, эти потоки разделены ровно на четверть длины волны в направлении x (90 градусов). Наконец, если Ez и Ey примерно той же величины, мы можем определенно сказать, что имеем круговую поляризацию в +x-направлении.

Как сделать так, чтобы Ey и Ez имели одинаковую величину? В основном все, что нам нужно сделать, это оптимизировать угол подъем (снятие колпачка) и угол опускания лепестков (плеч). Теоретически это можно сделать через моделирование или эксперимент. По сути, выбрав приблизительно 45 градусов в качестве угла подъема крышки. (как видно на рисунке 3), и сохранить угол лепестка по периметру небольшим, мы можем сохранить два компонента примерно такой же величины.

А теперь у нас круговая поляризация! Все 3 требования соблюдены. Этот аргумент одинаково применим в направлении -x, +y и -y для 4-лепесткового лепестка. Для углов вне оси (например, 45 градусов от оси x по направлению к y), аргумент более сложен, но все еще более или менее работает. В результате имеем круговую поляризацию в всю плоскость x-y. Направление пикового излучения также находится в плоскости x-y, и, следовательно, мы имеем излучение рисунок 2.

А теперь заметка о полоса пропускания трилистниковой антенны. Поскольку аргумент круговой поляризации требует разделения на четверть длины волны для Чтобы анализ был достоверным, диапазон частот, в котором лист клевера имеет (близкую к) круговую поляризацию несколько узок — полоса пропускания около 10% (это означает, что для центральной частоты 5,8 ГГц круговая поляризация действительна примерно от 5,55 ГГц до 6,05 ГГц). За пределами этого диапазона мы не можем утверждают, что у нас есть четверть длины волны (или близкая к ней для некоторых расстояний, требуемых в приведенном выше обсуждении). Если мы проигнорируем круговую поляризацию и вместо этого посмотрим на ширина полосы эффективности антенны (где эффективность выше некоторого значения), полоса пропускания составляет 20% или выше (что означает центральную частоту 5,8 ГГц, эффективность хорошая между 5,2 и 6,4 ГГц).

Подводя итог и завершая эту страницу, антенна в виде клеверного листа представляет собой довольно умную конструкцию для достижения круговой поляризации. Лепестки клеверного листа расположены очень специфическим образом для достижения желаемого результата. радиационные характеристики. Антенну можно считать производной от сложенной дипольной антенны. который учитывает теорию антенных решеток для достижения своих характеристик. Чтобы увидеть некоторые данные о реальных антеннах клеверного листа, проверьте Антенна Fatshark Cloverleaf 5,8 ГГц или антенна 5,8 ГГц трехмерная робототехническая антенна клеверного листа.

Далее: Антенны Helix

Вверху: Антенны CloverLeaf

Список антенн

Главная: Теория антенн

Эта страница на антенне клеверного листа защищена авторским правом. Никакая часть не может быть воспроизведена без разрешения сформировать автора. Авторское право антенна-теория.com, 2010-2016, лист клевера, антенны листа клевера.

Антенны NFC

Как работают антенны NFC ? На этой странице мы обсудим это простым способом. Попробуем объяснить, почему антенны NFC на самом деле вовсе не антенны (например, дипольная антенна или рупорная антенна). Но сначала давайте немного расскажем о NFC.

Фон NFC

NFC расшифровывается как Near Field Communications и называется аббревиатурой NFC. NFC — это просто набор стандартов для смартфонов. или что-то еще, чтобы установить связь друг с другом, приблизив их друг к другу (обычно 0-5 сантиметров). Этот набор стандартов точно так же, как 802.11b или 802.11n для WIFI — он устанавливает протоколы для отправки и получения информации. Приложение NFC включает бесконтактные платежи (например, кошелек Google для оплаты в Starbucks), обмен информацией на небольших расстояния (например, прикосновение к смартфону для обмена контактной информацией), упрощенная настройка таких устройств, как Wi-Fi или Bluetooth. Связь также возможна между устройством NFC и микросхемой NFC без питания, называемой меткой (как в метке RFID).

Антенны NFC

Так что NFC — это всего лишь способ связи между двумя устройствами на небольшом расстоянии. Что делает конструкцию антенны NFC простой или легкой? Если вы хорошо разбираетесь в антеннах, то первый вопрос, который вы можете задать, это что такое антенны? рабочая частота NFC. Оказывается, эти устройства работают в районе 13,56 МГц. Соответствующая длина волны составляет 22 метра — это означает, что для получения хорошей полуволновой дипольной антенны (которая хорошо излучает) нам потребуется устройство длиной около 11 метров.

Теперь ясно, что у нас есть антенны NFC на смартфонах, иначе не было бы, например, Google Wallet. Итак, проблема в антенне NFC конструкция состоит в том, чтобы получить «излучающую» структуру, когда площадь антенны NFC может быть ограничена до 3 x 1 дюйм (или 7 см * 2,5 см). Следовательно, мы говорим об установке антенны в объем, где максимальный линейный размер составляет около 0,5% или меньше длины волны. И из теории антенн мы знаем, что вы не получите никакого излучения от такого маленького устройства.

Подводя итог обсуждению на данный момент: антенны NFC работают на низких частотах (большие длины волн) на небольших устройствах. Следствием этого это что эффективность излучения антенны NFC будет около 0.

Следовательно, антенны NFC на самом деле не являются антеннами, поскольку никого не интересуют типичные параметры антенны, такие как диаграмма направленности или усиление антенны. Так как же тогда они работают?

Вы можете вспомнить из ваших занятий по электрическим схемам, что катушки индуктивности можно заставить соединиться вместе, т. е. существует взаимная связь. Если магнитные поля от одного индуктора, проходящего рядом с другим индуктором, во втором индукторе будет существовать индуцированный ток. это бесконтактно передача энергии — именно то, что требует NFC.

Следовательно, антенна NFC вовсе не антенна, а просто большой индуктор. В общем, чем больше индуктивность антенны можно сделать, тем лучше она будет работать. Обратите внимание, что это не означает, что вы можете разместить очень маленькую катушку индуктивности. как ваша антенна NFC — магнитные поля на этих индукторах плотно намотаны и не выходят далеко за пределы самих чипов. Скорее, хорошая антенна NFC представляет собой как можно большую намотанную проволоку. Напомним, что петля из проволоки вокруг материала создает сильное магнитное поле внутри контура (и, как правило, чем больше у вас витков, тем большую индуктивность вы создаете). Следовательно, NFC антенны часто представляют собой просто петли из проволоки, занимающие столько площади, сколько позволяет устройство.

Вот простая маленькая диаграмма транзакции NFC в Starbucks, выполненной каким-то клоуном со смартфоном Google Nexus с NFC:

Рисунок 1. Иллюстрация клоуна, использующего смартфон для транзакции NFC.

Соответствующая принципиальная схема представлена на рисунке 2:

Рис. 2. Принципиальная схема рамочных антенн NFC, взаимодействующих между приемником и смартфоном.

На рисунках 1 и 2 считыватель NFC возбуждает ток частотой 13,56 МГц через антенну считывателя NFC (которая на самом деле является катушкой индуктивности). Это индуцирует магнитное поле, которое, кроме того (через взаимную связь), индуцирует электрический ток в антенне NFC смартфона, когда они расположены близко. Этот индуцированный электрический ток может быть прочитан, и у нас есть связь. Это именно то, что происходит когда дело доходит до связи NFC на практике, с акцентом на антенны.

И последнее замечание, связанное с конструкцией антенны NFC. Мы уже заявляли, что чем больше площадь поверхности, тем выше производительность вашего Антенна NFC будет. Мы ничего не упомянули о громкости. Может ли антенна NFC быть бесконечно тонкой? Ответ да — если вокруг антенны NFC нет металла или проводящего материала. Однако антенна NFC, показанная на рисунке 1, находится сзади. смартфона, который является металлическим. Если вы хорошо разбираетесь в электромагнетизме, вы будут знать, что заземляющий слой непосредственно под магнитными или электрическими полями очень сильно их ухудшит. Следовательно, производительность ухудшается для антенны типа индуктора NFC при размещении рядом с металлической поверхностью. В результате для производительности высота Петля NFC должна быть развернута по максимуму. Если пространство близко к нулю, производительность пострадает.

Один небольшой трюк, чтобы обойти это, — использовать высокие листы проницаемости (ферритовые, на основе железа, любые) между антенна NFC и металлическая пластина заземления. Это служит для концентрации магнитных полей, эффективно заставляя их думать о расстоянии. больше между антенной NFC и плоскостью заземления. Это помогает облегчить проблему роста, но не устраняет ее.

Реальная антенна NFC

Хватит любезностей, давайте посмотрим на настоящую антенну NFC на телефоне Samsung Nexus от Google. Он расположен на задней стороне аккумулятора. который находится на задней панели устройства под тонкой пластиковой крышкой:

Рис. 3. Петлевая антенна NFC на аккумуляторе мобильного телефона.

Как видите, антенна NFC представляет собой буквально большую петлю.