Antenniteoriaa
Janne Strang
Antennilla sanotaan olevan vahvistusta pääsäteilysuuntaan. Tämä on helppo
ymmärtää, kun ottaa käteen taskulampun ja ottaa siitä pois heijastajan. Silloin
meillä on melkein ympärisäteilevä (isotrooppinen) antenni. Valoa säteilee joka
suuntaan. Kun laitetaan heijastin lamppuun, on meillä siinä suunta-antenni.
Antenni ja myös lamppu säteilee aina saman tehon avaruuteen, mutta
suunta-antennissa teho suunnataan pääsäteilysuuntaan.
Pystytään myös laskemaan paljonko vastaanottoantenniin saadaan tehoa, kun
tiedetään antennien vahvistus, lähettimen teho ja antennien etäisyys.
Kysymys:
Teoreettisesti, jos laitetaan kaksi suunta-antennia hyvin lähelle toisiaan.
Miten voidaan laskea teho vastaanottoantennissa? Molemmissa antenneissa on
gainia, mutta toisaalta molemmat antennit ovat passiivisia komponentteja, eli
teho ei voi kasvaa kahden antennin välillä. Ilmeisesti normaali
vapaantilanvaimennus ei pidä paikkansa kun kyseessä on lähikenttä? Kytkeytyminen
ei tapahdukkaan sähkömagneettisesti vaan kapasitiivisesti ? Osaako joku esittää
teorian kyseiseen ilmiöön?
Missä menee raja, jossa asia muuttuu?
Tulipa tämmönenkin kysymys vastaan.
Hyviä linkkejä otetaan vastaan myös asiaan liittyen.
Janne OH6LSL
pekka.poist...@oulu.fi.invalid
Janne Strang <"=?iso-8859-1?Q?jannelis=E4=E4pistestrang?="@bothi.fi> kirjoitteli:
> Kysymys:
> Teoreettisesti, jos laitetaan kaksi suunta-antennia hyvin lähelle toisiaan.
> Miten voidaan laskea teho vastaanottoantennissa? Molemmissa antenneissa on
> gainia, mutta toisaalta molemmat antennit ovat passiivisia komponentteja, eli
> teho ei voi kasvaa kahden antennin välillä. Ilmeisesti normaali
> vapaantilanvaimennus ei pidä paikkansa kun kyseessä on lähikenttä? Kytkeytyminen
> ei tapahdukkaan sähkömagneettisesti vaan kapasitiivisesti ? Osaako joku esittää
> teorian kyseiseen ilmiöön?
> Missä menee raja, jossa asia muuttuu?
En osaa esittää teoriaa, mutta ryhmän tavan mukaisesti vastaan silti.
Antennin säteilykenttä voidaan jakaa reaktiiviseen lähikenttään,
säteilevään lähikenttään ja kaukokenttään. Normaalisti ilmoitettu
antennin vahvistus (dBi tai dBd) pätee vain kaukokentässä, ja yleensä
vielä niin perverssissä olosuhteissa, että lähikentät ovat vapaita
häiritsevistä materiaaleista.
Reaktiivinen lähikenttä käsittää antennin "ympäristön" noin
l = lambda / (2*pi)
etäisyydelle saakka. Tässä kentässä reaktiivinen osa on suurempi
kuin säteilevä osa, joten se ei pääsääntöisesti juurikaan vaikuta
antennin säteilyominaisuuksiin (säteilysuuntaan jne) _suoraan_.
Reaktiivinen osa pienenee nopeasti ja säteilevän lähikentän (eli
Fresnellin alueen) alueella se tulee merkityksettömäksi. Tässäkään
kentässä sähkö- ja magneettikenttä ei käsittääkseni vielä ole
sopusuhdassa keskenään, eivätkä tasavaiheisia.
Kaukokenttä eli Fraunhoferin kenttä on "normaali" kenttä jossa
säteilyominaisuudet alkavat pysymään vakiona, ja säteillyn kentän
voimakkuus pienenee matkaan sidottuna suureena. Sähkö- ja
magneettikentän suhde toisiinsa lienee tässä kentässä se
paljonpuhuttu 377 ohm (120*pi).
Kaukokenttä on käytännössä mielenkiinnon kohde radiotietoliikenteessä,
mutta lähikenttäilmiöiden kanssa joutuu tekemisiin helposti
esimerkiksi EMC-testaustekniikassa ja antennien kompakteissa
suuntakuviomääritelmissä. Samoin mikroaaltotekniikassa kaukokentän
raja hämärtyy sillä kaukokentän rajana pidetään yleisesti
l = (2*D^2) / lambda
jossa D on antennin antennin suurin mitta pääsäteilysuuntaa vastaan
kohtisuorassa tasossa. (Sijoita tuohon vaikka 13,5 m peiliteleskooppi
10 GHz taajuudella, ja...)
Annetut kaavat ovat siis suuntaa-antavia, ja muutos tapahtuu
vähitellen.
Mikäli mielenkiintoa aiheeseen (ja ennenkaikkea teoreettiseen aiheen
käsittelyyn) löytyy enemmänkin, niin ollos hyvä:
Räisänen, Lehto: Radiotekniikka, luku 9 (Otatieto 1996)
Kildal: Foundations of Antennas - A unified Approach (2000)
Ja jos "omia näppiarvauksia" haluaa soveltaa ilman minkäänlaista
tieteellistä evidenssiä, niin 20 dB vaimennus laskettuun lähtötehoon
pääsäteilysuuntaan etäisyydellä lambda/2 tuntuu antavan kohtuullisen
realistisia tuloksia. Siitä voi sitten lisätä 6 dB aina matkan
kaksinkertaistuessa ja olla syyttämättä minua paikkaansapitämättömistä
laskelmista tai nihilistisistä tenttiarvosteluista...
> Hyviä linkkejä otetaan vastaan myös asiaan liittyen.
Niitä voinee metsästää eläkeläiset :)
--
Pekka Pussinen pekka.pussinen @! oulu.fi
OH8HBG http://www.ee.oulu.fi/~pussinen/