Een inleiding tot UWB-antennes

Inhoud

• Wat is een UWB-antenne?
• Gebruik van deze antennes
• Technische uitdagingen in verband met UWB
• Soorten UWB-antennes
• Dipool
• Vivaldi
• Log periodiek
• Kromzwaard
• Fractal
• Planar Disk

Tamara Wilhite is een technisch schrijver, industrieel ingenieur, moeder van twee kinderen en publiceerde sci-fi en horrorauteur.

Wat is een UWB-antenne?

UWB staat voor ultrabreedband- of ultrabreedbandfrequenties. De FCC reserveerde de frequenties van 3,1 GHz tot 10,7 GHz voor ultrabreedbandgebruik (UWB) in de Verenigde Staten. Frequenties boven 10,7 GHz zijn voornamelijk satelliettelevisie en militaire radar. Een UWB-antenne is er een die deze frequenties ontvangt.

Gebruik van deze antennes

Hieronder volgen enkele veelvoorkomende en ongebruikelijke toepassingen van UWB-antennes in de loop van de tijd:

• Het UWB-bereik wordt gebruikt voor eenvoudige FM-signalen wanneer het signaal is verspreid over 500 MHz. Het signaal wordt zo dun verspreid over dat bereik dat er niet veel storing door wordt veroorzaakt. Dit is echter een zeldzaam gebruik van UWB.
• Orthogonal Frequency Division Multiplexing of OFDM is een ander gebruik van UWB. Hiermee kunt u duizenden signalen uitvoeren met gegevenssnelheden van meer dan 250 megabit per seconde. Het demoduleren van de signalen is rekenkundig intensief. Maar door de signalen over ten minste 500 MHz uit te zenden, is er weinig interferentie met elk van deze signalen. Dit brede signaal is essentieel voor de lagere UWB-band, zodat UWB-antennes de GPS- en satellietcommunicatie niet storen bij gebruik van het spectrum onder 6 GHz.
• Impuls- of pulspositiemodulatie is het oorspronkelijke type signaalmodulatie voor Vivaldi-antennes. Het snel pulserende signaal wordt gegenereerd door een oscillator, die verschillende sinusgolven produceert met een frequentie als 6 GHz. Deze technologie komt dicht in de buurt van de onderdrukkingsoscillatoren die sinds het begin van de 20e eeuw in superregeneratieve circuits worden gebruikt.
• Enkele van de vroege toepassingen van UWB-antennes waren UHF-tv, mobiele telefoons en GPS. GPS schakelde al vroeg van ultrabreedbandantennes af omdat het de door de FAA aanbevolen navigatiesystemen verstoorde. Sensorgegevensverzameling en locatietraceringstoepassingen gebruiken tegenwoordig soms het UWB-frequentiebereik.

Technische uitdagingen in verband met UWB

Er zijn twee technische uitdagingen met ultrabrede bandantennes.

1. Het eerste probleem is bandbreedte​De antenne moet over meerdere gigahertz aan bandbreedte werken.
2. Het tweede probleem is het Q, de bandbreedte van de antenne ten opzichte van de middenfrequentie van de bandbreedte.

Resonante antennes hebben meestal een hoge Q. Voor UWB Vivaldi-antennes duurt het een fractie van een seconde voordat de antenne-impedantie is gestabiliseerd. Dit maakt niet uit of u amateurradiosignalen verzendt, maar dit heeft invloed op het signaal wanneer de UWB-antenne wordt gebruikt voor een snel datanetwerk of een radarsysteem met hoge resolutie. De fractie van een seconde die nodig is om op te warmen tot de volledige impedantie, betekent dat de impedantie van de zender en de antenne heel anders is voor de korte signalen dan voor een CW-signaal.

Dit type snel modulerend signaal vereist ook spanning om op te bouwen, wat het verzenden van het signaal vertraagt. Dit verlengt en vertraagt ​​de gegevens die vaak worden verzonden in toepassingen waarbij responstijd essentieel is.

Soorten UWB-antennes

Hieronder vindt u enkele korte besprekingen van enkele antennetypen.

Dipool

De eenvoudigste antenne is een dipoolantenne. Naarmate de elementen in de antenne langer worden, gaat de versterking omhoog.

Vivaldi

De meest voorkomende ultrabreedband (UWB) -antennes zijn Vivaldi-antennes. Vivaldi-antennes worden ook wel exponentiële antennes genoemd. Volgens Wikipedia is een Vivaldi-antenne een coplanaire (tweezijdige) breedbandantenne gemaakt van een aan beide zijden gemetalliseerde diëlektrische plaat. Een Vivaldi-antenne is vergelijkbaar met een transmissielijnantenne en biedt een zeer brede bandbreedte en een bescheiden versterking, maar er is een zeer lage circulatiestroom.

Een veelgebruikte manier om Vivaldi-antennes te maken, is door gebruik te maken van printplaten, waardoor ze een lage kostprijs per eenheid hebben. Vivaldi-antennes kunnen worden gebruikt voor een breed scala aan frequenties, maar worden vaak gebruikt als UWB-antennes. Een van de voordelen van het gebruik van Vivaldis als UWB-antennes is het balanceren van de ingangsimpedantie naar de uitgangsimpedantie (impedantie-aanpassing) om de vermogensoverdracht te maximaliseren of signaalreflectie te minimaliseren.

Log periodiek

Log periodieke antennes bestaan ​​uit een reeks dipolen. Dit ontwerp zorgt ervoor dat het signaal resoneert, en het zal een scherpe puls uitstrekken. Er zijn kleinere periodieke log-antennes die het UWB-frequentiebereik dekken, zoals de 2 tot 11 GHz log-periodieke antenne.

Kromzwaard

De kromzwaardantenne is een talonvormige kromme die lijkt op een kromzwaardzwaard, waarbij de binnenste en buitenste krommen een verschillende straal hebben. Scimitar-antennes hebben een binnenradius die de hoge frequentiewaarde van de antenne instelt en een buitenradius die het lagefrequentiebereik instelt. Een kromzwaardantenne met een bandbreedte van 400-1500 MHz heeft een natuurlijke ingangsimpedantie van ongeveer 20 ohm.

Fractal

Fractale antennes gebruiken een fractaal patroon of een soortgelijk patroon om de lengte of omtrek van de antenne die een signaal kan verzenden of ontvangen te maximaliseren. Het meest voorkomende type UWB-fractal-antennes gebruiken een driehoekig fractal-patroon. Er is een enorme hype over fractale antennes. Dat weet ik, geen enkel commercieel product gebruikt er een op grote schaal, wat veel zegt over hoe goed ze in de echte wereld werken.

Planar Disk

De hieronder getoonde 2–26 GHz vlakke schijfantenne en andere vlakke schijfantennes bestrijken ook het ultrabreedbandfrequentiebereik.

Dit artikel is nauwkeurig en waar voor zover de auteur weet. De inhoud is alleen bedoeld voor informatieve of amusementsdoeleinden en vervangt geen persoonlijk advies of professioneel advies op zakelijk, financieel, juridisch of technisch gebied.