I. Grundlegende Eigenschaften von Radiowellen WWW.WHWIRELESS.COM Geschätzte Lesezeit: 15 Minuten 1.1 Definition von Radiowellen Radiowellen dienen als Träger von Signalen und Energie. Sie entstehen durch die Wechselwirkung oszillierender elektrischer und magnetischer Felder gemäß dem Wechselwirkungsgesetz „Elektrizität erzeugt Magnetismus und Magnetismus erzeugt Elektrizität“. Während der Ausbreitung stehen die elektrischen und magnetischen Felder stets senkrecht zueinander und beide senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle. Daher handelt es sich um **transversale elektromagnetische Wellen (TEM-Wellen)**. Ihre Entstehung beruht auf hochfrequenten Schwingkreisen: Ändert sich der Strom in einem Stromkreis schnell, wird im umgebenden Raum ein elektromagnetisches Wechselfeld angeregt. Sobald sich dieses elektromagnetische Feld von der Wellenquelle löst, breitet es sich als Radiowellen im Raum aus, ohne auf ein Medium angewiesen zu sein – sie können sich sogar im Vakuum ausbreiten. 1.2 Zusammenhang zwischen Wellenlänge, Frequenz und Ausbreitungsgeschwindigkeit Die Kernformel, die den Zusammenhang zwischen der Wellenlänge (λ), der Frequenz (f) von Radiowellen und ihrer Ausbreitungsgeschwindigkeit (Lichtgeschwindigkeit \( C \) im Vakuum, ungefähr \( 3×10^8 \, \text{m/s} \)) regelt, lautet: \[ \lambda = \frac{C}{f} \] **Wichtigste Schlussfolgerung:** Im selben Medium verhalten sich Frequenz und Wellenlänge streng umgekehrt proportional – je höher die Frequenz, desto kürzer die Wellenlänge. Dieses Verhältnis bestimmt direkt die Abmessungen von Antennen: Beispielsweise ist die Wellenlänge einer Antenne … 2,4-GHz-WLAN Das Signal beträgt ungefähr 12,5 cm, was einer Halbwellendipolantennenlänge von etwa 6,25 cm entspricht; für ein 700 MHz Bei einem niederfrequenten Kommunikationssignal beträgt die Wellenlänge etwa 42,8 cm, was eine Halbwellendipollänge von 21,4 cm erfordert. Darüber hinaus hängt die elektrische Leistung einer Antenne (z. B. Strahlungseffizienz, Verstärkung und Impedanz) direkt von ihrer **elektrischen Länge** (dem Verhältnis von physikalischer Länge zu Wellenlänge) ab. In der Praxis muss die benötigte elektrische Länge in die entsprechende physikalische Länge umgerechnet werden, um den ordnungsgemäßen Betrieb der Antenne zu gewährleisten. 1.3 Polarisation von Radiowellen Polarisation bezeichnet die Änderung der Richtung des elektrischen Feldes während der Ausbreitung einer Radiowelle. Sie wird durch die räumliche Bewegungsbahn des Feldvektors bestimmt und bildet ein vollständiges Spektrum: **Zirkulare Polarisation ← Elliptische Polarisation → Lineare Polarisation**. Die wichtigsten Eigenschaften und Anwendungsbereiche der drei Polarisationsarten sind wie folgt: - **Lineare Polarisation**: Die Richtung des elektrischen Feldes bleibt konstant; dies ist die gebräuchlichste Polarisationsform. Eine Welle mit einem senkrecht zum Boden verlaufenden elektrischen Feld ist eine **vertikal polarisierte Welle**, die eine hohe Resistenz gegenüber Bode...

Klassifizierung von Arrays Antennen Die WWW.WHWIRELESS.COM Geschätzte Lesezeit: 15 Minuten Antennenarrays werden typischerweise anhand der Anordnung ihrer einzelnen Elemente kategorisiert. Lineare Antennenanordnung: Eine Anordnung von Antennenelementen entlang einer geraden Linie mit gleichmäßigem oder ungleichmäßigem Elementabstand. Je nach Richtung der konzentrierten Strahlungsenergie kann sie weiter in randbeleuchtete und endbeleuchtete Antennenanordnungen unterteilt werden. Planare Antennenanordnung: Eine Anordnung von Antennenelementen, die in der Mitte einer Ebene angeordnet sind. Sind alle Elemente einer planaren Antennenanordnung in einem rechteckigen Raster angeordnet, spricht man von einer rechteckigen Antennenanordnung; befinden sich die Mittelpunkte der Elemente auf konzentrischen Kreisen oder elliptischen Ringen, handelt es sich um eine kreisförmige Antennenanordnung. Planare Antennenanordnungen können auch gleichmäßige oder ungleichmäßige Abstände aufweisen. Konforme Antennenarrays: Antennenanordnungen, die an der Form des Trägers befestigt sind und sich dieser anpassen. Zylindrische, sphärische und konische Antennenarrays sind Beispiele für konforme Antennenarrays. Array-Antenne Gerätekonfiguration. Lineare Antenne Antennenelemente: Dipolantennen, Monopolantennen, ringförmige Elemente (wie Schlitzantennen) und Spiralantennen. Membranartige Elemente: Hornantennenelemente, offene Schlitzwellenleiterelemente, Mikrostreifen-Patch-Elemente. Hybride und spezialisierte Elemente: Yagi-Uda-Einheiten, logarithmisch-periodische Dipolarray-Einheiten, Mittelresonanz-Antenneneinheiten, Metasurface-/Metamaterial-Einheiten. Die theoretischen Grundlagen von Array-Antennen. ① Prinzip der Interferenz und Überlagerung elektromagnetischer Wellen: Antennenarrays erzeugen Strahlungseigenschaften, die sich von denen herkömmlicher Einzelantennen unterscheiden. Ein Hauptgrund dafür ist die Interferenz und Überlagerung der von mehreren kohärenten Strahlungseinheiten ausgesendeten elektromagnetischen Wellen im Raum. Dadurch erhöht sich die Strahlung in einigen Bereichen, während sie in anderen abnimmt. Dies führt zu einer Umverteilung der konstanten Gesamtstrahlungsenergie auf verschiedene Raumregionen. ② Der Richtungsdiagrammproduktsatz: Unter Fernfeldbedingungen ist die gesamte normalisierte Richtungsfunktion eines Antenne Ein Array aus mehreren identischen Elementen, die mit fester Amplitude und Phase angeregt werden und in festen geometrischen Positionen angeordnet sind, kann wie folgt zerlegt werden: Primärfaktor F( θ , φ ): Die Richtungsabhängigkeit einer einzelnen Einheit im freien Raum (einschließlich der Einheit ' s Polarisation und Orientierung). Array-Faktor AF( θ , φ Dies wird ausschließlich durch die geometrische Anordnung, den Abstand, die Anregungsamplitude und die Phase des Arrays bestimmt und ist unabhängig von der spezifischen Form der Elemente. Das heißt, das zusammengesetzte Gesamtrichtungsdiagramm D( θ , φ ) = F( θ , φ ) · AF( θ , φ ). An...

Was ist ein Antenne ? Ein Antenne ist ein Gerät, das verwendet wird, um Senden und Empfangen von Radiowellen . Es ist eine Schlüsselkomponente in drahtlosen Kommunikationssystemen und kann hochfrequente elektrische Ströme (die in Übertragungsleitungen fließen) in elektromagnetische Wellen (die sich durch den freien Raum ausbreiten) und umgekehrt. Antennen werden häufig verwendet in Rundfunk, Fernsehen, Mobilfunk, Satellitenkommunikation , Radarsysteme und viele andere Bereiche. Zu den Funktionen einer Antenne gehören insbesondere: Ausstrahlung elektromagnetischer Wellen: Auf der Sendeseite wandelt die Antenne die von elektronischen Geräten erzeugte elektrische Hochfrequenzenergie in Radiowellen um und strahlt sie zur Fernübertragung in den umgebenden Raum ab. Empfang elektromagnetischer Wellen: Auf der Empfangsseite fängt die Antenne Radiowellen aus dem Weltraum ein und wandelt sie in hochfrequente elektrische Ströme um. Diese Signale können dann verarbeitet werden – beispielsweise durch Demodulation, Verstärkung und Dekodierung –, um die ursprünglichen Informationen oder Daten wiederherzustellen. Energieumwandlung: Die Antenne dient als Medium für Energieumwandlung , wodurch Energie effizient zwischen geführten Wellen (in Übertragungsleitungen) und Freiraumwellen (Radiowellen) übertragen wird. Richtwirkung und Polarisation: Viele Antennen haben spezielle Richtwirkung Und Polarisation Eigenschaften. Richtwirkung bezieht sich auf die Fähigkeit der Antenne, Energie in bestimmte Richtungen effektiver abzustrahlen oder zu empfangen als in andere. Polarisation beschreibt die Ausrichtung des elektrischen Felds der von der Antenne ausgesendeten oder empfangenen Radiowelle. Diese Eigenschaften tragen dazu bei, die Kommunikationsleistung zu optimieren, Störungen zu reduzieren und die Kommunikationsdistanz zu vergrößern. Impedanzanpassung: Um eine minimale Signalreflexion und Energieverluste während der Übertragung zu gewährleisten, muss die Antenne impedanzangepasst mit der Übertragungsleitung (Zuleitung). Das bedeutet, dass die Eingangsimpedanz der Antenne mit der charakteristischen Impedanz der Leitung übereinstimmen sollte, um eine effiziente Leistungsübertragung zu ermöglichen. Signalverstärkung und Abdeckung: In einigen Systemen werden Antennen verwendet, um Signalstärke verbessern oder Abdeckung erweitern . Zum Beispiel: In Mobilfunkbasisstationen , Hochleistungsantennen können die Signalabdeckungsbereiche erweitern. In Satellitenkommunikation , Richt- und Hochleistungsantennen verbessern die Qualität und Zuverlässigkeit des Signalempfangs.

Warum Impedanzanpassung notwendig ist WWW.WHWIRELESS.COM Geschätzte Lesezeit: 15 Minuten Der größte Unterschied zwischen Radiofrequenz (RF) und Hardware liegt in der Impedanzanpassung, und der Grund für die Impedanzanpassung ist die Übertragung elektromagnetischer Felder. Wie wir alle wissen, ist ein elektromagnetisches Feld die Wechselwirkung zwischen einem elektrischen Feld und einem magnetischen Feld. Der Verlust im Übertragungsmedium entsteht, weil das elektrische Feld Schwingungen in seiner Wirkung auf Elektronen verursacht. Je höher die Frequenz , je mehr Zyklen elektromagnetischer Wellen es in einer Übertragungsleitung gleicher Länge gibt und desto höher die Frequenz der Stromänderungen. Infolgedessen steigt der durch Schwingungen erzeugte Wärmeverlust, was zu größeren Verlusten in der Übertragungsleitung führt. Da bei niedrigen Frequenzen die Wellenlänge viel länger als die Übertragungsleitung ist, bleiben Spannung und Strom auf der Übertragungsleitung im Schaltkreis nahezu unverändert, sodass der Übertragungsleitungsverlust sehr gering ist. Wenn es während der Wellenausgabe zu Reflexionen kommt, kann die Überlagerung der reflektierten Welle mit der ursprünglichen Eingangswelle zu einer Verschlechterung der Signalqualität führen und auch die Effizienz der Signalübertragung . Ob Sie an der Hardware arbeiten oder HF-Systeme ist das Ziel, bessere Signalübertragung , und niemand möchte, dass im Stromkreis Energie verloren geht. Wenn der Lastwiderstand gleich dem Innenwiderstand der Signalquelle ist, kann die Last die maximale Ausgangsleistung erzielen. Dies wird oft als Impedanzanpassung bezeichnet. Es ist wichtig zu beachten, dass die konjugierte Anpassung der maximalen Leistungsübertragung dient. Gemäß der Formel für den Spannungsreflexionskoeffizienten \( \Gamma = \frac{Z_L - Z_0}{Z_L + Z_0} \) ist \( \Gamma \) zu diesem Zeitpunkt ungleich 0, was bedeutet, dass eine Spannungsreflexion vorliegt. Bei der verzerrungsfreien Anpassung sind die Impedanzen völlig gleich, es kommt also zu keiner Spannungsreflexion. Allerdings wird in diesem Fall die Lastleistung nicht maximiert. Rückflussdämpfung (RL) = \( -20\log|\Gamma| \) Stehwellenverhältnis (VSWR) = \( \frac{1 + |\Gamma|}{1 - |\Gamma|} \) Die Beziehung zwischen Stehwellenverhältnis und Übertragungseffizienz ist in der folgenden Tabelle dargestellt: Die Impedanzanpassung ist ein recht aufwendiger Berechnungsprozess. Glücklicherweise gibt es das Smith-Diagramm, ein unverzichtbares Werkzeug für die Impedanzanpassung. Das Smith-Diagramm ist ein Diagramm, das aus vielen sich kreuzenden Kreisen besteht. Bei richtiger Anwendung ermöglicht es uns, die Anpassungsimpedanz eines scheinbar komplexen Systems ohne Berechnungen zu ermitteln. Wir müssen lediglich die Daten entlang der Kreislinien ablesen und verfolgen. ## Smith-Diagramm-Methode 1. Nach dem Anschluss einer Kondensatorkomponente in Reihenschaltung bewegt sich der Impedanzpunkt gegen den Uhrzeigersinn entlang des Kreises mit konstantem Widersta...