Что такое активная антенна? Полное руководство

Антенные технологии значительно продвинулись вперед благодаря активным антеннам, в которые интегрированы активные электронные компоненты, включая усилители, фильтры и блоки обработки сигнала, обеспечивающие улучшенные характеристики. Активные антенны более успешны в ситуациях, когда сила сигнала является проблемой, поскольку они используют встроенную электронику для усиления сигнала, в отличие от пассивных антенн, которые используют только свою физическую конструкцию для улавливания сигнала.

Активные антенны обеспечивают эффективный прием сигнала в более широком диапазоне частот благодаря встроенным усилителям, однако дополнительное усиление может привести к тому, что уровень сигнала будет передаваться с более высокой выходной мощностью, чем это допустимо. Поэтому активные антенны обычно используются для приема сигналов, а не для их передачи. Более того, поскольку некоторые направленные антенны уже имеют встроенный коэффициент усиления, дополнительный коэффициент усиления активной антенны может оказаться ненужным и даже вредным для некоторых систем. В этой статье рассматриваются типы, функции, преимущества, применение и трудности активных антенн. Она также сравнивает их с пассивными антеннами и включает соответствующие тематические исследования.

Что такое активная антенна и как она работает?

Активная антенна - это устройство, которое усиливает или изменяет сигналы, объединяя обычную антенную архитектуру с активными электронными компонентами. Антенна может не только принимать и передавать сигналы, но и выполнять другие функции благодаря использованию активных компонентов, таких как сигнальные процессоры или малошумящие усилители (МШУ).

Усилитель - это компонент активной антенны. Благодаря усилителю, который усиливает радиочастотные сигналы, принимаемые антенной, можно проложить более длинный кабель без ущерба для качества сигнала. Кроме того, усилитель улучшает соотношение сигнал/шум, усиливая нужные сигналы более эффективно, часто в паре с фильтрацией для минимизации помех. Благодаря этому активные антенны идеально подходят для использования в таких местах, как города или заводы, где существует большое количество электромагнитных помех.

Активные антенны также могут использоваться для преодоления потерь сигнала от сплиттеров или другого распределительного оборудования или для компенсации потерь сигнала в длинных кабельных линиях. Благодаря этому они полезны в таких приложениях, как беспроводные микрофонные системы и распределение кабельного телевидения. В целом, активные антенны позволяют повысить качество сигнала и улучшить его прием в различных приложениях, что делает их бесценным инструментом для различных отраслей.

Принцип работы

Обычно схема усилителя соединяется с крошечным антенным элементом, например петлей или диполем, чтобы создать активную антенну. Антенный элемент принимает слабые входящие сигналы, которые усиливаются усилительной схемой. После этого приемник или остальная часть радиосистемы принимает усиленный сигнал.

Аккумулятор или источник питания, подключенный к антенне, может питать усилитель активной антенны. Энергия, необходимая для работы усилителя и усиления сигналов, поступает от этого источника питания.

Основная функциональность активной антенны включает в себя:

1. Прием сигнала: Антенна принимает электромагнитные волны.
2. Усиление: Встроенные активные компоненты усиливают слабые сигналы, повышая их четкость и силу.
3. Обработка сигнала: Современные активные антенны могут обрабатывать сигнал, отфильтровывая шумы и нежелательные частоты.
4. Передача сигнала: В режиме передачи активные компоненты обеспечивают эффективное распространение сигнала, усиливая его мощность.

Благодаря интеграции этих активных компонентов активные антенны могут более эффективно работать в сложных условиях, например, в условиях сильных помех или слабых сигналов.

Типы активных антенн

Активные антенны можно классифицировать в зависимости от конструкции и области применения. Ниже приведены основные типы и их определения.

1. Активные приемные антенны: Эти типы предназначены для усиления входящего сигнала и используются только в системах communication, где уровень сигнала является критическим фактором.
2. Активные передающие антенны: В них встроены усилители, которые повышают мощность передаваемых сигналов, обеспечивая более широкий радиус действия и надежность. Но активные антенны в основном используются для приема сигналов.
3. Интеллектуальные антенны: Оснащенные алгоритмами обработки сигнала, эти антенны могут динамически направлять лучи, чтобы сфокусироваться на нужных направлениях.
4. Антенны с фазированной решеткой: Состоящие из множества элементов с фазовым управлением сигналами, эти антенны позволяют формировать и направлять луч без механических перемещений.
5. Широкополосные активные антенны: Эти антенны работают в широком диапазоне частот, что позволяет использовать их в многочастотных системах со1TP15Туникации.

Преимущества активных антенн

Активные антенны обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными пассивными антеннами. Если антенна должна использоваться с большим количеством устройств или в местах с плохим приемом, активные антенны предлагают надежный и практичный способ получения высококачественного сигнала.

Среди основных преимуществ активных антенн можно назвать следующие.

• Улучшенное качество сигнала - Обычно активные антенны оснащены встроенными усилителями, которые усиливают сигнал, улучшая его прием и качество. Это особенно полезно в местах со слабым или далеким сигналом. Интеграция МШУ обеспечивает усиленный прием сигнала, что делает их эффективными в условиях слабого сигнала.

• Увеличенный радиус действия - по сравнению с пассивными антеннами активные антенны могут принимать сигнал с большего расстояния благодаря усилению. Активные компоненты увеличивают мощность передаваемого сигнала, расширяя зону покрытия. В сельских или отдаленных районах, где вышки вещания находятся далеко, это может быть очень полезно.
• Многонаправленный прием - в зависимости от конструкции активные антенны могут быть всенаправленными, что позволяет им принимать сигналы с нескольких направлений. Поиск оптимального сигнала больше не требует постоянной модификации антенны благодаря наличию всенаправленного или многонаправленного приема.
• Энергоэффективность - Несмотря на расширенные возможности, современные активные антенны потребляют минимум энергии, что делает их пригодными для использования в портативных приложениях.

• Компактный размер - по сравнению с обычными антеннами активные антенны обычно компактнее и меньше. Благодаря этому их можно размещать на стенах, окнах и даже в помещениях, а установка упрощается. Интеграция активных элементов непосредственно в антенну позволяет уменьшить общий размер системы.

• Динамический функционал - интеллектуальные антенны и фазированные решетки обеспечивают такие возможности, как формирование луча, повышая эффективность communication.

• Меньше помех - Поскольку активные антенны имеют встроенные усилители и возможности обработки сигнала, они менее уязвимы к помехам от соседнего электрического оборудования или конструкций. Они могут генерировать более точный сигнал за счет удаления ненужных шумов.

• Совместимость с различными устройствами - Многие активные антенны предназначены для работы с различными устройствами, такими как потоковые устройства, телевизоры и радиоприемники. Благодаря своей адаптивности они являются практичным вариантом для различных сред и приложений.

• Простая установка - установка и настройка активных антенн обычно не вызывает затруднений. Чтобы помочь определить наилучшее местоположение, в комплект поставки часто входит монтажное оборудование, подробные инструкции, а иногда даже встроенные индикаторы уровня сигнала.

• Использование в будущем - по мере развития технологий все чаще новые стандарты и частоты вещания будут поддерживаться активными антеннами. Это означает, что приобретение активной антенны сейчас гарантирует совместимость с любыми предстоящими усовершенствованиями или модификациями технологии вещания.

Применение активных антенн

Активные антенны необходимы для повышения надежности, качества и дальности передачи сигнала в различных беспроводных приложениях communication. Ниже перечислены области применения, в которых активные антенны используются для различных целей.

1. Улучшение приема телевизионного сигнала: Используются в радио- и телевещании для улучшения качества сигнала и зоны покрытия. В местах, где есть помехи или слабый уровень сигнала, можно использовать активные антенны для улучшения качества приема телевидения.
2. Беспроводная связь communication: Wi-Fi роутеры и другие беспроводные устройства communication используют активные антенны для передачи и приема сигналов.
3. Инфраструктура телекоммуникаций Telecommunications: Базовые станции и другое телекоммуникационное оборудование используют активные антенны для передачи и приема сигналов для мобильной связиmmunication.
4. Сотовые сети: В сотовых сетях используются активные антенны для увеличения зоны покрытия и силы сигнала. Также используются в инфраструктуре 5G для улучшения связи.
5. GPS-навигация: Чтобы принимать сигналы со спутников и передавать точные данные о местоположении, системам GPS необходимы активные антенны.
6. Радарные системы: Радарные системы используют активные антенны для отправки и приема радиоволн, чтобы отслеживать и обнаруживать объекты.
7. Спутниковая связь communication: Спутниковые системы communication используют активные антенны для отправки и приема сообщений на спутники и со спутников. Также используются в самолетах для навигации и связи.
8. Военное применение: Для обеспечения надежного и безопасного соединения в военных системах communication используются активные антенны. Применяются в радарных системах, системах наблюдения и защищенных сетях communication.
9. Интернет вещей (IoT): Устройства IoT используют активные антенны для обеспечения беспроводной связи и подключения.

Сравнение с пассивными антеннами

Самый простой вид антенной системы - пассивная. С их помощью беспроводные сигналы проходят через систему без дополнительных помех после передачи от сети к контроллеру. Сила входящего сигнала - это все, что могут использовать пассивные антенны; они не способны усиливать сигнал. Они лучше подходят для ситуаций, когда стоимость является ключевым фактором, поскольку их проще и дешевле изготовить.

В активной антенной системе сигнал, напротив, усиливается каким-либо образом перед распространением. Обычно для этого используется усилитель, подключенный к контроллеру, но могут применяться и другие методы усиления сигнала. Например, для повышения функциональности иногда используются волоконно-оптические соединения. Активные антенны обычно используются в местах с высокой плотностью пользователей и в густонаселенных городских районах, где такие препятствия, как деревья и здания, ослабляют сигнал. Чтобы компенсировать потерю сигнала, вызванную этими препятствиями, они могут усилить его, гарантируя надежное и устойчивое соединение.

Пассивные антенны часто используются в малонаселенных районах с высоким уровнем сигнала и небольшим количеством препятствий. Они обеспечивают надежную связь, не требуя усиления сигнала.
В заключение следует отметить, что пассивные антенны лучше подходят для менее городских районов с устойчивым уровнем сигнала, в то время как активные антенны, особенно системы фазированных решеток, играют решающую роль в решении проблем высокочастотного спектра 5G в городских районах.

Проблемы и ограничения

Несмотря на свои преимущества, активные антенны сталкиваются с определенными проблемами:

В огромных зданиях целесообразно использовать различные виды антенных систем. Ведь в таких зданиях вероятность помех для беспроводных communications выше. Однако размер здания в конечном итоге может работать против антенной системы. Затухание - это процесс, в результате которого сигнал ослабевает при передаче данных по кабелям на все большие расстояния. Чтобы обратить этот процесс вспять, необходимы активные антенны. Они усиливают сигнал и позволяют передавать данные на большие расстояния. Поэтому активные антенны очень полезны в больших зданиях. В таких ситуациях они могут immedi решить проблемы, присущие масштабу здания.

1. Зависимость от власти: Активные антенны требуют источника питания, что может быть ограничением в удаленных местах или в условиях ограниченного энергопотребления.
2. Сложность: Интеграция активных компонентов повышает сложность проектирования и производства.
3. Стоимость: Более высокая стоимость производства может сделать активные антенны менее доступными для проектов с ограниченным бюджетом.
4. Вопросы надежности: Активные компоненты более склонны к поломкам по сравнению с пассивными элементами, что требует строгого контроля качества.
5. Управление помехами: Управление помехами в плотно упакованных активных антенных системах может оказаться сложной задачей.

Тематические исследования

• Развертывание сетей 5G

Когда речь идет о развертывании сетей 5G, активные антенны играют важную роль. Например, в городских условиях фазированные антенные решетки с функцией формирования луча позволяют передавать данные на высоких скоростях и с меньшей задержкой.

• Военные радиолокационные системы

Стратегические преимущества в оборонной сфере обеспечиваются за счет более высокой эффективности передовых радарных систем с активными антеннами при идентификации малозаметных целей.

• Спутник Co1TP15Туникация

Спутники с активными антеннами обеспечивают надежную связь communication даже в неблагоприятных атмосферных условиях, что подчеркивает их значение для обеспечения связи и космических исследований.

• GPS-антенна

Активные антенны используются в GPS-антеннах смартфонов и спутниковых системах связи, где необходимо поддерживать уровень сигнала на больших расстояниях.

• Беспроводной маршрутизатор

Антенна Wi-Fi, установленная в беспроводных маршрутизаторах, - еще один пример активной антенны. Дальность действия беспроводной сети увеличивается, а сигнал Wi-Fi усиливается с помощью активной антенны.

Заключение

Сочетая фильтрацию и усиление в небольшом корпусе, активные антенны полностью изменили обработку сигналов и со1TP15Туникацию. Они незаменимы в современных системах, начиная от военных и заканчивая телекоммуникационными, благодаря своей способности увеличивать уровень сигнала, снижать уровень шума и динамически подстраиваться под изменяющиеся условия. Важность активных антенн в будущих системах связи будет возрастать благодаря постоянным технологическим усовершенствованиям, которые обещают устранить существующие ограничения, такие как стоимость и зависимость от мощности.

При выборе между активными и пассивными антеннами следует учитывать ряд критериев, включая цену, область применения и количество поддерживаемых устройств. Некоторые пассивные антенны могут быть дешевле своих активных аналогов из-за отсутствия усилителя, хотя активные антенны обычно более компактны и позволяют снизить уровень шума и помех. В этой статье представлен полный обзор активных антенн.