Czwartek, 28 stycznia 2021

Antena - drobiazg szybko zyskujący na znaczeniu

Komunikacja bezprzewodowa jest dzisiaj częścią praktycznie każdego urządzenia elektronicznego. Wchodząca na rynek telefonia piątej generacji bezsprzecznie jeszcze bardziej uwypukli znaczenie wymiany danych drogą radiową. Innymi słowy, w prawie każdym sprzęcie będzie zawarta jakaś antena.

Antena - drobiazg szybko zyskujący na znaczeniu

Ten element jest niestety czymś mało istotnym dla większości z nas, nie do końca zrozumiałym, a także często traktowanym jako zło konieczne i przeszkoda w uzyskaniu jeszcze większej integracji. Przez lata antena wystawała z obudowy, tworząc mało estetyczny bolec, na szczęście wraz z przejściem komunikacji na wyższe pasma częstotliwości jej wymiary na tyle się zmniejszyły, że udało się ją ukryć w obudowie.

Lekceważące postrzeganie to zapewne wynik tego, że pod tą nazwą kryje się w wielu przypadkach kawałek drutu lub jest to ścieżka na PCB. Niezrozumienie wynika natomiast z tego, że prawdopodobnie 80% inżynierów nie rozumie w pełni zasady działania. Zawsze tak jest - im coś wydaje się prostsze i elementarne, tym sprawia więcej kłopotu przy opisywaniu tego, jak działa.

Przez wiele ostatnich lat antena była mniej lub bardziej prostym kawałkiem przewodu. To dlatego, że parametry dipoli i bazujących na nich Yagi lub GP można było stosunkowo łatwo obliczyć kalkulatorem i prostymi wzorami. Zmiany przyszły wraz z upowszechnieniem się GPS-u, który w odbiornikach wykorzystuje anteny ceramiczne w postaci małego prostopadłościennego rezonatora.

Takie anteny określane są jako chipowe z uwagi na małe rozmiary. Działają poprzez tworzenie fali stojącej pola elektrycznego o zadanej częstotliwości. Z technicznego punktu widzenia jest to rezonator wnękowy, w którym przestrzeń między powierzchniami przewodzącymi jest wypełniana rdzeniem ceramicznym. Takie rezonatory mają właściwości podobne do klasycznych anten dipolowych. Różnica polega na tym, że zamiast w metalowej konstrukcji, fala stojąca w antenie chipowej jest wytwarzana wewnątrz dielektryka o dużej przenikalności. Dzięki temu całość może być znacznie mniejsza, a dodatkowo straty nie rosną silnie ze wzrostem częstotliwości na skutek efektu naskórkowego.

Na początku anteny ceramiczne były prostymi bryłami i składały się z prostopadłościanu z dielektryka oraz napylonej metalowej warstwy tworzącej wnękę o takim samym kształcie. Z czasem producenci opracowali specjalne typy ceramiki do tych zastosowań o dużej przenikalności i anteny osiągnęły wymiary takie jak inne (większe) komponenty SMD. Ale dopiero, gdy na rynku pojawiły się komputerowe symulatory pola elektromagnetycznego, projekty stały się naprawdę wyrafinowane.

Możliwość modelowania bez mozolnych obliczeń ręcznych, konieczności weryfikacji i pomiarów prototypów dały wiele innowacyjnych konstrukcji o jeszcze mniejszych wymiarach, zdolności do pracy w kilku pasmach częstotliwości, prostym dopasowaniu do feedera itd. Podobne zależności można było dostrzec w przypadku anten wykonywanych na PCB. Początkowe konstrukcje w postaci ścieżki położonej w zygzak z czasem zyskiwały bardziej skomplikowany kształt. Symulatory doskonale radzą sobie z obliczaniem kształtu pola od najdziwniejszych geometrycznie struktur, stąd antena nie tylko schowała się na dobre w obudowie oraz w większości przypadków przestała być w ogóle dostrzegalna gołym okiem.

Kolejny krok to anteny projektowane na zamówienie. Na rynku jest wiele firm, które opanowały sztukę tworzenia tych elementów i są w stanie dostarczyć projekt dopasowany do aplikacji klienta. Nie jest to banalne, gdy trzeba spełnić wymagania jednocześnie dla kilku zakresów lub dopasować kształt tak, aby emiter był niewidoczny lub też wykonać system MIMO zawierający wiele anten pracujących jako gang.

Ostatnia nowość to antena sprzedawana jako IP. Jest to projekt komputerowy (cyfrowa własność intelektualna), który klient może wkomponować we własne rozwiązanie. W tym obszarze może sprawdzić się każdy, do produkcji anten wystarczy komputer i oprogramowanie. Wysyłka może być e-mailem. Nie dość, że bezprzewodowo, to jeszcze wirtualnie!

Robert Magdziak

Polecane

Nowe produkty

Zobacz również

Dostępne nowe wydanie
Pobierz bezpłatnie