Wat is een UHF antenne?

Een UHF-antenne is een apparaat dat signalen ontvangt en uitzendt in het Ultra High Frequency-bereik, dat doorgaans wordt beschouwd als een bereik tussen 300 MHz en 3 GHz. UHF-antennes worden gebruikt in verschillende toepassingen zoals televisie-uitzendingen, draadloze communicatie, mobiele communicatie, GPS, enz. en zijn nuttig in verschillende industrieën.

In dit artikel geven we een overzicht van UHF antennes, waarbij we ingaan op hun ontwerpoverwegingen, toepassingen, prestatievergelijkingen met andere frequentiebanden en informatie over de groeiende markttrends voor UHF antennes in verschillende industrieën.

Wat is UHF?

UHF staat voor Ultra Hoge Frequentie en wordt over het algemeen beschouwd voor frequenties tussen 300 MHz en 3 GHz. Het werd voor het eerst ontdekt in het begin van de 20e eeuw en werd al snel een belangrijk onderdeel van communicatiesystemen. Vroege toepassingen van de UHF-band waren onder andere militaire radar, radiocommunicatie en televisie-uitzendingen.

Het maximale bereik van UHF-transmissie is tussen de 48 en 64 km of minder, afhankelijk van het lokale terrein. Radio Repeaters kunnen worden gebruikt om UHF signalen opnieuw uit te zenden wanneer een afstand groter dan de zichtlijn nodig is.

De UHF-band wordt gedefinieerd als het deel van het elektromagnetische spectrum met frequenties tussen 300 MHz en 3 GHz. Dit frequentiebereik komt overeen met golflengtes tussen ongeveer 1 meter en 10 centimeter. De UHF-band bevindt zich tussen de Very High Frequency (VHF)-band en de Super High Frequency (SHF)-band.

UHF-radiogolven verspreiden zich meestal via de zichtlijn en worden geblokkeerd door obstructies. Maar het is sterk genoeg voor toegang binnenshuis. Door de kortere golflengte van UHF-signalen is de grootte van de antennes die nodig zijn voor UHF klein in vergelijking met VHF. UHF-frequenties ondersteunen hogere datasnelheden in vergelijking met lagere frequentiebanden.

Wat is een UHF antenne?

UHF-antennes zetten elektrische energie om in elektromagnetische golven die informatie, zoals spraak, video of gegevens, door de lucht of de ruimte kunnen transporteren om door andere antennes of communicatieapparaten te worden ontvangen.

1. Werkingsprincipe van UHF-antennes

UHF-antennes zijn gemaakt om elektromagnetische golven in het frequentiebereik tussen 300 MHz en 3 GHz te ontvangen en uit te zenden. Ze worden gebruikt in een breed scala aan toepassingen, van televisie- en radio-uitzendingen, draadloze communicatie, mobiele apparaten, openbare veiligheid en hulpverleningssystemen enz.

UHF-antennes werken door eerst de elektromagnetische signalen van de zender te ontvangen. De signalen worden vervolgens opgevangen met behulp van verschillende geleidende elementen zoals draden of metalen staven die in een specifiek patroon zijn gerangschikt. Dit opgevangen signaal wordt omgezet in een elektrisch signaal door een elektrische stroom te induceren op de geleidende elementen van de antennes. Een UHF-antenne kan ook worden gebruikt om signalen te verzenden. Hier wordt een elektrisch signaal aan de antenne toegevoerd en dit genereert de elektrische en magnetische velden in de geleidende elementen die zich vervolgens in de ruimte voortplanten als radiogolven die de informatie dragen die in het elektrische signaal is gecodeerd. Op basis van het ontwerp van de antenne kan de stralingspatroonen de totale richtingsgevoeligheid van de antenne.

2. Ontwerpkenmerken van UHF-antennes

UHF-antennes kunnen op verschillende manieren worden ontworpen. Grondvlakantennes, logaritmische arrayantennes en Yagi-antennes zijn enkele van de meest gangbare ontwerpen van UHF-antennes. Antennes kunnen worden ontworpen voor specifieke frequenties met een bereik van 300 MHz en 3 GHz. De versterking en de richtingsgevoeligheid kunnen ook worden aangepast door verschillende ontwerpen te gebruiken. UHF antennes kunnen ook ontworpen worden voor verticale of horizontale polarisatie, afhankelijk van de vereisten van de toepassing. Andere ontwerpkenmerken waar rekening mee moet worden gehouden zijn de constructiematerialen en montageopties. Deze kunnen worden gekozen op basis van duurzaamheid en onderhoudsgemak, bedrijfsomstandigheden en algemene prestatievereisten.

Toepassingen van UHF antennes

UHF-antennes worden vaak gebruikt voor een groot aantal toepassingen in verschillende bedrijfstakken. Enkele van de beste toepassingen worden hieronder kort beschreven.

Televisie-uitzendingen: UHF-antennes worden gebruikt om televisiesignalen te ontvangen van de kanalen in de UHF-band.

Draadloze communicatie: UHF-antennes worden vaak gebruikt in WiFi, Bluetooth-apparaten en draadloze routers. Ze zijn efficiënt in het ontvangen van signalen over korte afstanden. Ze worden gebruikt voor de overdracht van gegevens over korte afstanden.

Satellietcommunicatie: UHF-antennes zijn handig voor diensten zoals satelliettelevisie en satellietinternet.

Navigatiesystemen: UHF-antennes worden gebruikt voor luchtvaarttoepassingen om te communiceren tussen vliegtuigen, luchtverkeersleiding en grondstations.

RFID-systemen: Vooral in logistieke en volgsystemen worden UHF-antennes gebruikt om gegevens op RFID-tags te lezen en te schrijven. Enkele veelvoorkomende toepassingen zijn het volgen van voorraden, toegangscontrole en activabeheer. UHF-antennes worden gebruikt in RFID-systemen in de detailhandel voor real-time zichtbaarheid en nauwkeurige inventarisopvolging, waardoor we waardevolle inzichten krijgen in de gegevens van de producten. In de productie zijn UHF-antennes in RFID-systemen van cruciaal belang voor real-time tracering en automatisering, wat onvermijdelijk de efficiëntie van de productie en de kwaliteitscontrole verbetert. In de gezondheidszorg worden UHF-antennes gebruikt voor het traceren van medische apparatuur en farmaceutische producten.   

Militair en defensie: UHF-antennes worden in het leger gebruikt voor marine- en ruimtevaartcommunicatiesystemen. Ze kunnen worden gebruikt voor nauwkeurige communicatie tussen schepen en vliegtuigen, wat van vitaal belang is voor militaire operaties. UHF-antennes worden ook gebruikt voor bewakingsactiviteiten in het leger, zoals het detecteren en lokaliseren van binnendringende drones, raketten enz.

Openbare veiligheid en hulpdiensten: UHF-antennes worden gebruikt in verschillende communicatiesystemen binnen politieafdelingen, beveiligingstoepassingen, defensiediensten, brandweerkorpsen, ambulancediensten enz. omdat ze communicatie over een groot gebied kunnen verzorgen.

Radiocommunicatie: UHF-antennes worden ook gebruikt in radioapparaten zoals walkietalkies en tweewegradio's voor communicatie binnen de UHF-frequentieband.

Soorten UHF-antennes

UHF-antennes zijn op de markt verkrijgbaar in verschillende vormen en configuraties. Enkele van de meest gebruikte types worden hieronder beschreven.

Monopool antennes: Dit zijn antennes die bestaan uit een enkele metalen staaf of draad, vaak gebruikt in mobiele communicatieapparaten vanwege hun compacte afmetingen.

Dipoolantennes: Een dipoolantenne bestaat uit twee metalen staven of draden die in een rechte lijn staan. Ze worden meestal gebruikt bij de ontvangst van televisiesignalen en radiocommunicatiesystemen.

Yagi-antennes: Dit type UHF-antennes heeft meerdere parallelle elementen in een lijn en wordt meestal gebruikt voor tv-ontvangst.

Paneelantenne: Dit type UHF-antennes wordt meestal gebruikt voor WiFi-routers, signaalversterkers, RFID-systemen, enz. Ze zijn meestal verkrijgbaar als platte vierkante of rechthoekige apparaten.

Parabolische antennes: Dit type UHF-antennes wordt gebruikt voor langeafstandscommunicatie in toepassingen zoals CCTV en punt-tot-punt communicatiesystemen. Ze bestaan meestal uit een paraboolvormige reflectorschijf met een signaalgever in het brandpunt.

Array-antennes: Arrayantennes bestaan uit meerdere kleinere antennes die in een specifiek patroon gerangschikt zijn. Ze worden gebruikt in toepassingen met een hoge versterking waar een nauwkeurige regeling van het stralingspatroon vereist is.

Voordelen en nadelen van UHF antennes

1. Voordelen

• Breed frequentiebereik: UHF-antennes kunnen worden gebruikt om signalen uit te zenden en te ontvangen over een breed frequentiebereik, waardoor ze veelzijdiger zijn voor verschillende toepassingen.

• Hoge gegevenssnelheden: UHF-antennes hebben hoge datasnelheden in vergelijking met lagere frequentiebanden en zijn geschikt voor moderne communicatiesystemen.

• Penetratie door obstakels is relatief goed: Ook al zijn er wat obstakels bij het verzenden door obstakels, toch is het voldoende voor gebruik binnenshuis.

2. Nadelen

• UHF-signalen worden belemmerd door interferentie van omgevingsfactoren zoals regen en gebladerte, waardoor de signaalkwaliteit kan afnemen.
• UHF-antennes hebben meer last van obstructies zoals gebouwen en bomen dan VHF-antennes, wat hun effectieve bereik kan beperken.

Installeren en afstemmen van UHF antenne

Bij het installeren van een UHF-antenne moet je goed letten op factoren zoals locatie, hoogte en oriëntatie om de signaalontvangst te optimaliseren.

De volgende stappen geven je inzicht in de juiste methode voor het installeren en afstemmen van een UHF-antenne om de best mogelijke prestaties te bereiken.

1. Sleutelfactoren voor installatie

• Vermijd metalen obstakels in de buurt: Metalen voorwerpen kunnen de signaalontvangst verstoren door de signalen te weerkaatsen. Daarom is het belangrijk om de antenne niet in de buurt van grote metalen voorwerpen te plaatsen, zoals watertanks, airconditioners, enz.
• Installatiehoogte: UHF-antennes werken het beste als ze worden geïnstalleerd op een locatie met een vrije zichtlijn naar de bron van het signaal, wat betekent dat de antenne idealiter op voldoende hoogte moet worden gemonteerd om obstakels zoals bomen, gebouwen of andere structuren te vermijden.
• Blootstelling aan wind en weer: Houd er rekening mee dat het montagesysteem voor de antenne stabiel moet zijn en bestand moet zijn tegen wind en andere weersomstandigheden. Als de antenne buiten wordt geïnstalleerd, is het gebruik van weerbestendige materialen voor de bevestiging aanbevolen om de duurzaamheid op lange termijn te behouden.

2. Stappen voor het installeren van een UHF-antenne

• Juiste UHF-antenne: Voordat je tot installatie overgaat, moet je bepalen welk type UHF-antenne het beste bij je behoeften past. Verschillende soorten antennes, zoals Yagi, omnidirectionele of paneelantennes, zijn ontworpen voor verschillende toepassingen. Voor communicatie over lange afstanden is een Yagi-antenne bijvoorbeeld geschikt vanwege de hoge versterking, terwijl een omnidirectionele antenne is ideaal voor een dekking van 360 graden. 
• Bepaal de montagelocatie: Vervolgens moet je een locatie bepalen die een vrij pad biedt tussen de antenne en het communicatiedoel. Je kunt een dak, toren of paal gebruiken om het risico op obstakels die het signaal verstoren te minimaliseren.
• Monteer de UHF-antenne: Volg de instructies van de fabrikant om de antenne op de juiste manier in elkaar te zetten. Afhankelijk van het ontwerp kan het nodig zijn om specifieke elementen, zoals reflectoren of richtkabels, aan de hoofdbehuizing van de antenne te bevestigen.
• Monteer de antenne: Bevestig de antenne op een paal, mast of montagebeugel. Je moet ervoor zorgen dat de structuur stabiel is en de omgevingsomstandigheden kan dragen. Voor richtantennes Zoals bij de Yagi moet u ervoor zorgen dat de antenne goed is uitgelijnd met de communicatiebron voor een optimale signaalontvangst.
• Sluit de antenne aan op het apparaat: Verbind de UHF-antenne met een geschikte kabel met het draadloze apparaat, zoals een router of ontvanger. Zorg ervoor dat de aansluitingen goed vastzitten en goed geïsoleerd zijn om signaalverlies te voorkomen.
• Configureer het draadloze apparaat: Nadat de antenne is geïnstalleerd, moet je het aangesloten apparaat configureren zodat het overeenkomt met het antennetype. Afhankelijk van het systeem moet u mogelijk de instellingen van het apparaat openen en de parameters van de antenne opgeven. Je kunt hiervoor de instructies van de fabrikant raadplegen.

3. Afstemmen voor optimale signaalontvangst

Nadat je de antenne hebt geïnstalleerd, is het belangrijk om de antenne af te stemmen voor een optimale signaalsterkte en ontvangst. Door het afstemmen wordt de oriëntatie, positie enz. van de antenne aangepast aan de zendbron, waardoor het signaalverlies tot een minimum wordt beperkt.

• SWR-meter: Je kunt een signaalsterktemeter gebruiken om de kwaliteit en intensiteit van het ontvangen signaal te meten. Dit hulpmiddel helpt bij het afstellen van de oriëntatie van de antenne om de signaalontvangst te maximaliseren.
• Pas de hoogte aan: Als het signaal zwak is, kunt u proberen de antenne hoger te plaatsen om obstakels in de buurt uit de weg te ruimen of storing door omringende objecten te voorkomen.
• Richting van de antenne: Voor directionele antennes zoals Yagi of paraboolantennes is het van cruciaal belang om nauwkeurig naar de signaalbron te richten. Je kunt dus de richting veranderen voor een maximale signaalsterkte.
• Impedantie afstemmen: Zorg ervoor dat de impedantie van de antenne goed is afgestemd op de transmissielijn om signaalreflectie en -verlies te minimaliseren.

Hoe de beste antenne voor UHF-toepassingen te kiezen

Bij het kiezen van de juiste UHF-antenne moet je rekening houden met verschillende factoren om de beste prestaties te garanderen op basis van je specifieke behoeften.

UHF-antennes worden gebruikt in een groot aantal toepassingen, van televisie-uitzendingen tot mobiele communicatie en satellietnavigatie, en voor elk daarvan zijn specifieke ontwerpoverwegingen nodig.

Hier hebben we een aantal belangrijke factoren opgesomd die je kunnen helpen bij het kiezen van de beste antenne voor jouw UHF-toepassing.

1. Bepaal uw toepassing

De eerste stap bij het selecteren van de juiste UHF antenne is het identificeren van het primaire gebruik.

UHF-antennes kunnen voor verschillende doeleinden worden gebruikt, zoals we eerder hebben besproken,

TV-uitzendingen: Een UHF-antenne voor televisie-uitzendingen geeft prioriteit aan de stabiele ontvangst van het signaal terwijl het signaal wordt uitgezonden in een specifiek geografisch gebied.

Mobiele communicatie: Voor mobiele toepassingen worden UHF-antennes gebruikt voor het verzenden van gegevens via cellulaire netwerken, dus antennes met een hogere versterking en directionaliteit moeten worden overwogen.

Satellietnavigatie: UHF-antennes die worden gebruikt in satellietnavigatiesystemen vangen signalen op van satellieten, waarvoor zeer gerichte antennes nodig zijn.

Draadloze diensten: Voor Wi-Fi, Bluetooth en andere communicatiesystemen op korte afstand moet de antenne worden afgestemd op efficiëntie en minimale interferentie.

Als u uw specifieke behoeften begrijpt, kunt u het type antenne kiezen dat het beste bij uw toepassing past.

2. Frequentiebereik begrijpen

Zoals we eerder hebben besproken, werken verschillende UHF-toepassingen op verschillende frequenties binnen de 300 MHz tot 3 GHz band.

Het is dus belangrijk om een antenne te kiezen die ontworpen is om te werken binnen het frequentiebereik van je specifieke toepassing. Hier zijn de frequentiebereiken voor verschillende toepassingen,

• TV-uitzendingen gebruiken normaal gesproken frequenties in het bereik van 470 MHz tot 890 MHz.
• Mobiele communicatie: Werkt binnen een groter bereik, meestal 450 MHz tot 3 GHz, afhankelijk van de generatie (2G, 3G, 4G, 5G).
• Wi-Fi en Bluetooth: Gebruik frequenties in de buurt van 2,4 GHz.

Je moet controleren of de antenne die je kiest is afgestemd op het juiste frequentiebereik voor jouw specifieke toepassing om er zeker van te zijn dat hij efficiënt werkt.

3. Vereisten voor winst

Wat is versterking? De versterking geeft aan hoe goed een antenne de signaalenergie in een bepaalde richting richt.

Bij het kiezen van een UHF-antenne moet je rekening houden met de versterking, afhankelijk van de afstand en het type communicatie.

Antennes met hoge versterking: Deze antennes zijn het beste voor communicatie over lange afstanden. Ze richten de energie in een specifieke richting, waardoor de signaalsterkte over lange afstanden aanzienlijk kan toenemen. Ze worden vaak gebruikt in toepassingen zoals satellietcommunicatie of point-to-point communicatie.

Antennes met lage versterking: Deze antennes zijn meer geschikt voor communicatie op korte afstand, omdat ze een breder en minder gefocust stralingspatroon bieden, wat ideaal is voor toepassingen waarbij dekking in alle richtingen nodig is, zoals Wi-Fi, Bluetooth of lokale omroepsystemen.

4. Directioneel of omnidirectioneel

UHF-antennes zijn er in twee hoofdcategorieën wat betreft stralingspatroon,

Directionele antennes: Deze antennes (bijv. Yagi-antennes, paneelantennes, sectorantennes, paraboolantennes) richten het signaal in één richting en worden meestal gebruikt in communicatiesystemen voor lange afstanden waarbij de richting van de zender bekend is. Ze zijn perfect voor toepassingen zoals satellietnavigatie.

Omnidirectionele antennes: Deze antennes zenden en ontvangen signalen in alle richtingen en zijn beter geschikt voor communicatie op korte afstand. Voorbeelden hiervan zijn antennes voor mobiele telefoons en Wi-Fi-routers. Omnidirectionele antennes zijn handig als een brede dekking in alle richtingen nodig is.

De keuze tussen deze twee types hangt af van het feit of je een gericht signaal in één richting nodig hebt of een wijdverspreid bereik.

5. Grootte en vormfactor

De fysieke grootte en vorm van een UHF antenne kan variëren afhankelijk van het ontwerp en de toepassing,

Compacte antennes: Deze worden gebruikt in mobiele apparaten of kleine installaties waar de ruimte beperkt is.

Grotere antennes: Deze antennes hebben meestal een hogere versterking en worden gebruikt in toepassingen waar installatieruimte geen beperking is, zoals op daken of torens.

Houd dus rekening met de installatieruimte, draagbaarheid en esthetische vereisten bij het kiezen van de juiste antenne. Als je bijvoorbeeld een antenne kiest voor residentiële toepassingen, kan een compacte en esthetisch mooie paneelantenne ideaal zijn.

6. Installatieomgeving

De locatie waar je de antenne installeert speelt ook een cruciale rol bij het kiezen van het juiste model. Omgevingsfactoren zoals temperatuur, vochtigheid, wind en blootstelling aan de elementen moeten in overweging worden genomen.

Binnenantennes: Deze antennes zijn meestal kleiner en eenvoudig te installeren.

Buitenantennes: Deze antennes moeten weerbestendig en duurzaam zijn, omdat ze worden blootgesteld aan verschillende omgevingsomstandigheden. Materialen zoals glasvezel of roestvrij staal worden vaak gebruikt voor buitenantennes om de duurzaamheid en prestaties in ruwe omgevingen te verbeteren.

7. Polarisatie van de antenne

Wat is polarisatie? Antenne polarisatie verwijst naar de oriëntatie van het elektrische veld van de elektromagnetische golf.

UHF-antennes kunnen zowel verticaal als horizontaal gepolariseerd zijn. Het is belangrijk om de polarisatie van je antenne af te stemmen op de polarisatie van het signaal dat wordt uitgezonden of ontvangen,

• Verticale polarisatie: Vaak gebruikt in mobiele communicatie.
• Horizontale polarisatie: Gewoonlijk gebruikt voor televisie-uitzendingen.

Het kiezen van de juiste polarisatie zorgt ervoor dat de antenne efficiënt signalen uitzendt en ontvangt, waarbij verliezen door polarisatiemismatches worden geminimaliseerd.

8. Impedantie-aanpassing

Impedantieafstemming tussen de antenne en de transmissielijn is erg belangrijk om signaalreflectie te minimaliseren en maximale vermogensoverdracht te garanderen. De meeste UHF antennes hebben een standaard impedantie van 50 ohm, wat hetzelfde is als de meeste coaxkabels die gebruikt worden in draadloze communicatie.

Zorg ervoor dat je antenne en transmissielijn dezelfde impedantie hebben om signaalverlies te voorkomen.

Ontwerpoverwegingen voor UHF-antennes

Bij het ontwerpen van een UHF antenne moet rekening worden gehouden met de grootte, de versterking en de richtingsgevoeligheid die een directe invloed hebben op de prestaties. Het kan dus een uitdaging zijn om antennes te ontwerpen die deze factoren in balans brengen en tegelijkertijd voldoen aan de specifieke vereisten van de toepassing.

Andere technische overwegingen zijn materiaalselectie, afstemming op impedantie en omgevingsfactoren zoals weersbestendigheid.

Vergelijking tussen UHF en andere banden

1. UHF- vs. VHF-antenne

VHF-antennes werken in het bereik van 30 MHz tot 300 MHz, bieden langere golflengten en hebben een beter bereik dan UHF-antennes. VHF-antennes zijn voordelig voor communicatie over lange afstanden omdat hun langere golflengte minder gevoelig is voor obstakels in de omgeving zoals gebouwen, bomen of het weer. Dit maakt VHF geschikt voor communicatie op zee en in de luchtvaart.

UHF-antennes bieden echter hogere gegevenssnelheden waardoor ze ideaal zijn voor mobiele netwerken en satellietnavigatie.

2. UHF- vs. SHF-antenne

In vergelijking met SHF-antennes (3 GHz tot 30 GHz) zijn UHF-antennes veelzijdiger in hun vermogen om door obstakels zoals muren en bomen heen te dringen, waardoor ze geschikter zijn voor toepassingen binnenshuis of in de stad. SHF-antennes, vaak gebruikt voor microgolf- en satellietcommunicatie, bieden extreem hoge datatransmissiesnelheden, maar worden beperkt door zichtlijnverspreiding en een kort bereik, omdat signalen met een hogere frequentie gevoeliger zijn voor verzwakking door regen en andere atmosferische omstandigheden.

UHF antennes maken een balans tussen het grotere bereik van VHF en de hogere datacapaciteit van SHF, waardoor ze een ideale oplossing zijn voor televisie, mobiele communicatie en openbare veiligheidsnetwerken.

Marktontwikkeling en vooruitzichten

De markt voor UHF-antennes groeit door de toenemende vraag naar draadloze communicatiesystemen, satellietdiensten en openbare veiligheidsnetwerken.

Met de opkomst van 5G en het Internet of Things (IoT) zal de behoefte aan efficiënte UHF-antennes naar verwachting toenemen. Uitdagingen zoals interferentie en de behoefte aan compactere, efficiëntere ontwerpen blijven echter bestaan.

Conclusie

UHF-antennes zijn een essentieel onderdeel van moderne communicatiesystemen en bieden een breed bereik, hoge gegevenstransmissiesnelheden en geschiktheid voor verschillende toepassingen. Naarmate de technologie zich verder ontwikkelt, zal de rol van UHF antennes nog belangrijker worden in verschillende industrieën.