Что такое UHF-антенна?

UHF антенна - это устройство, которое принимает и передает сигналы в диапазоне сверхвысоких частот, который обычно считается между 300 MHz и 3 GHz. UHF-антенны используются в различных приложениях, таких как телевизионное вещание, беспроводная связь, мобильная связь, GPS и т.д., и полезны во многих отраслях промышленности.

В этой статье мы представим обзор UHF-антенн, охватывающий их конструктивные особенности, области применения, сравнение производительности с другими частотными диапазонами, а также информацию о тенденциях роста рынка UHF-антенн в различных отраслях.

Что такое УВЧ?

UHF означает Ultra High Frequency (сверхвысокая частота), которая обычно рассматривается для частот между 300 MHz и 3 GHz. Впервые он был обнаружен в начале XX века и быстро стал основной частью систем связи. Ранние области применения UHF-диапазона включали военные радары, радиосвязь и телевизионное вещание.

Максимальная дальность передачи сигнала UHF составляет от 30 до 40 миль (48-64 км) или меньше, в зависимости от рельефа местности. Радиорепитеры могут использоваться для ретрансляции сигналов УВЧ, когда требуется расстояние, превышающее прямую видимость.

Диапазон UHF определяется как часть электромагнитного спектра с частотами от 300 MHz до 3 GHz. Этот диапазон частот соответствует длинам волн примерно от 1 метра до 10 сантиметров. Диапазон UHF находится между диапазоном очень высоких частот (VHF) и диапазоном сверхвысоких частот (SHF).

Радиоволны UHF распространяются, как правило, по линии прямой видимости и блокируются препятствиями. Но они достаточно сильны для доступа в помещение. Из-за меньшей длины волны UHF-сигналов размер антенн, необходимых для UHF, невелик по сравнению с VHF. Частоты UHF поддерживают более высокую скорость передачи данных по сравнению с более низкими частотными диапазонами.

Что такое UHF-антенна?

Антенны UHF преобразуют электрическую энергию в электромагнитные волны, которые могут передавать информацию, такую как голос, видео или данные, через воздух или пространство для приема другими антеннами или устройствами связи.

1. Принцип работы антенн СВЧ

Антенны UHF предназначены для приема и передачи электромагнитных волн в диапазоне частот от 300 MHz до 3 GHz. Они используются в широком спектре приложений: теле- и радиовещание, беспроводная связь, мобильные устройства, системы общественной безопасности и аварийного реагирования и т.д.

Антенны UHF сначала принимают электромагнитные сигналы, посылаемые передатчиком. Затем эти сигналы улавливаются с помощью различных проводящих элементов, таких как провода или металлические стержни, расположенные по определенной схеме. Захваченный сигнал преобразуется в электрический сигнал путем наведения электрического тока на проводящие элементы антенн. Для передачи сигналов также может использоваться антенна УВЧ. В этом случае на антенну подается электрический сигнал, который генерирует электрические и магнитные поля в проводящих элементах, которые затем распространяются в пространстве в виде радиоволн, несущих информацию, закодированную в электрическом сигнале. В зависимости от конструкции антенны диаграмма направленности излучения, и общую направленность антенны.

2. Особенности конструкции антенн УВЧ

Антенны СВЧ могут быть спроектированы несколькими способами. Плоскостные антенны, периодические антенные решетки и Антенны Yagi это несколько наиболее распространенных конструкций антенн UHF. Антенны могут быть разработаны для работы на определенных частотах в диапазоне 300 MHz и 3 GHz. Коэффициент усиления и направленность также могут быть настроены с помощью различных конструкций. Антенны UHF также могут быть разработаны для обеспечения вертикальной или горизонтальной поляризации в зависимости от требований приложения. Некоторые из других особенностей конструкции, которые необходимо учитывать, - это материалы изготовления и варианты крепления. Они могут быть выбраны на основе долговечности и простоты обслуживания, условий эксплуатации и общих требований к производительности.

Применение антенны УВЧ

Антенны UHF широко используются в различных отраслях промышленности. Ниже кратко описаны некоторые из лучших вариантов использования.

Телевизионное вещание: Антенны UHF используются для приема телевизионных сигналов каналов, которые находятся в диапазоне UHF.

Беспроводная связь: Антенны UHF широко используются в устройствах WiFi, Bluetooth и беспроводных маршрутизаторах. Они эффективно принимают сигналы на небольших расстояниях. Используются для передачи данных на небольшие расстояния.

Спутниковая связь: UHF-антенны полезны для таких услуг, как спутниковое телевидение и спутниковый интернет.

Навигационные системы: Антенны UHF используются в авиации для связи между самолетами, авиадиспетчерами и наземными станциями.

Системы RFID: В основном в системах логистики и отслеживания, антенны UHF используются для чтения и записи данных на метках RFID. Некоторые распространенные приложения - отслеживание запасов, контроль доступа и управление активами. УВЧ-антенны используются в системах RFID в розничной торговле для обеспечения видимости в реальном времени и точного отслеживания запасов, что позволяет нам получать ценные данные о продуктах. В производстве антенны UHF в системах RFID имеют решающее значение для отслеживания в реальном времени и автоматизации, что неизбежно повышает эффективность производства, а также контроль качества. В системах здравоохранения УВЧ-антенны используются для отслеживания медицинского оборудования и фармацевтических препаратов.   

Военное дело и оборона: Антенны UHF используются в военных целях для систем связи военно-морского и аэрокосмического флота. Они могут использоваться для точной связи между кораблями и самолетами, что жизненно важно для военных операций. Антенны UHF также используются для наблюдения в военных целях, например, для обнаружения и определения местоположения вторгшихся беспилотников, ракет и т.д.

Общественная безопасность и аварийные службы: Антенны UHF используются в различных системах связи в полицейских департаментах, охранных системах, оборонных службах, пожарных департаментах, службах скорой помощи и т.д., поскольку они способны обеспечить связь на большой территории.

Радиосвязь: Антенны UHF также используются в радиоустройствах, таких как рации и двухсторонние радиостанции, для связи в диапазоне UHF.

Типы антенн УВЧ

Антенны UHF представлены на рынке в различных формах и конфигурациях. Некоторые из наиболее часто используемых типов описаны ниже.

Монопольные антенны: Это антенны, состоящие из одного металлического стержня или провода, которые часто используются в мобильных устройствах связи благодаря своим компактным размерам.

Дипольные антенны: Дипольная антенна состоит из двух металлических стержней или проводов, расположенных по прямой линии. Они обычно используются в системах приема телевизионных сигналов и радиосвязи.

Антенны Yagi: Этот тип антенн UHF имеет несколько параллельных элементов, расположенных в линию, и обычно используется для приема телевизионных сигналов.

Панельная антенна: Этот тип UHF-антенн обычно используется в WiFi роутерах, усилителях сигнала, RFID-системах и т.д. Обычно они выпускаются в виде плоских устройств квадратной или прямоугольной формы.

Параболические антенны: Этот тип антенн UHF используется для дальней связи в таких приложениях, как CCTV и системы связи "точка-точка". Обычно они состоят из диска-рефлектора в форме параболы с сигнальным фидером в фокусной точке.

Массивные антенны: Антенные решетки состоят из нескольких небольших антенн, расположенных по определенной схеме. Они используются в приложениях с высоким коэффициентом усиления, где требуется точный контроль диаграммы направленности излучения.

Преимущества и недостатки UHF-антенны

1. Преимущества

• Широкий диапазон частот: Антенны UHF могут использоваться для передачи и приема сигналов в широком диапазоне частот, что делает их более универсальными для различных применений.

• Высокие скорости передачи данных: Антенны UHF имеют высокую скорость передачи данных по сравнению с более низкими частотными диапазонами и подходят для современных систем связи.

• Проникновение через препятствия относительно хорошее: Несмотря на то, что при передаче сигнала через препятствия возникают некоторые помехи, этого вполне достаточно для использования в помещении.

2. Недостатки

• УВЧ-сигналы подвержены помехам из-за факторов окружающей среды, таких как дождь и листва, которые могут ухудшить качество сигнала.
• На антенны UHF в большей степени, чем на антенны VHF, влияют препятствия, такие как здания и деревья, что может ограничить их эффективный радиус действия.

Установка и настройка антенны UHF

При установке UHF-антенны необходимо тщательно контролировать такие факторы, как местоположение, высота и ориентация, чтобы оптимизировать прием сигнала.

Следующие шаги помогут вам понять, как правильно установить и настроить антенну UHF для достижения наилучших характеристик.

1. Ключевые факторы для установки

• Избегайте металлических препятствий поблизости: Металлические предметы могут мешать приему сигнала, отражая его. Поэтому важно избегать размещения антенны вблизи крупных металлических объектов, таких как резервуары для воды, кондиционеры и т. д.
• Высота установки: Антенны UHF лучше всего работают при установке в месте с прямой видимостью на источник сигнала, что означает, что антенна должна быть установлена на достаточной высоте, чтобы избежать таких препятствий, как деревья, здания или другие сооружения.
• Воздействие ветра и погодных условий: Помните, что система крепления антенны должна быть устойчивой и выдерживать воздействие ветра и других погодных условий. Если антенна устанавливается на улице, для ее крепления рекомендуется использовать материалы, устойчивые к атмосферным воздействиям, чтобы сохранить долговечность.

2. Шаги по установке антенны UHF

• Правильная UHF-антенна: Перед установкой необходимо определить тип UHF-антенны, который наилучшим образом соответствует вашим потребностям. Различные типы антенн, такие как Yagi, всенаправленные или панельные антенны, предназначены для различных применений. Например, для дальней связи подходит антенна Yagi благодаря высокому коэффициенту усиления, в то время как антенна всенаправленная антенна идеально подходит для обеспечения 360-градусного покрытия. 
• Определите место установки: Затем необходимо определить место, где между антенной и объектом связи будет свободный путь. Вы можете использовать крышу, башню или столб, чтобы свести к минимуму риск возникновения препятствий, мешающих передаче сигнала.
• Соберите антенну UHF: Следуйте инструкциям производителя, чтобы правильно собрать антенну. В зависимости от конструкции вам может потребоваться прикрепить к основному корпусу антенны специальные элементы, такие как рефлекторы или направляющие.
• Закрепите антенну: закрепите антенну на столбе, мачте или монтажном кронштейне. Необходимо убедиться, что конструкция устойчива и способна выдержать условия окружающей среды. Для направленные антенны как Yagi, убедитесь, что антенна правильно выровнена относительно источника связи для оптимального приема сигнала.
• Подключите антенну к устройству: С помощью подходящего кабеля подключите антенну UHF к беспроводному устройству, например маршрутизатору или приемнику. Убедитесь, что соединения плотные и хорошо изолированы, чтобы предотвратить потерю сигнала.
• Настройте беспроводное устройство: После установки антенны настройте подключенное устройство в соответствии с типом антенны. В зависимости от системы может потребоваться доступ к настройкам устройства и указание параметров антенны. Для этого можно обратиться к инструкциям производителя.

3. Настройка для оптимального приема сигнала

После установки антенны важно настроить ее для обеспечения оптимального уровня сигнала и приема. Настройка позволяет отрегулировать ориентацию, положение и т. д. антенны в соответствии с источником передачи, минимизируя потери сигнала.

• Измеритель SWR: Для измерения качества и интенсивности принимаемого сигнала можно использовать измеритель уровня сигнала. Этот инструмент помогает точно настроить ориентацию антенны для максимального приема сигнала.
• Отрегулируйте высоту: Если сигнал слабый, попробуйте поднять антенну повыше, чтобы убрать ближайшие препятствия или избежать помех от окружающих предметов.
• Направление антенны: Для направленных антенн, таких как Yagi или параболические антенны, очень важно точное наведение на источник сигнала. Поэтому вы можете изменить направление, чтобы получить максимальный уровень сигнала.
• Подберите импеданс: Убедитесь, что импеданс антенны правильно согласован с линией передачи, чтобы минимизировать отражение и потери сигнала.

Как выбрать лучшую антенну для приложений UHF

При выборе подходящей UHF-антенны необходимо тщательно учитывать различные факторы, чтобы обеспечить наилучшую производительность в соответствии с вашими конкретными потребностями.

Антенны UHF используются в самых разных областях, от телевизионного вещания до мобильной связи и спутниковой навигации, и каждая из них требует особого подхода к проектированию.

Здесь мы приводим некоторые ключевые факторы, которые помогут вам выбрать лучшую антенну для вашего UHF-приложения.

1. Определите свое приложение

В качестве первого шага при выборе подходящей UHF-антенны необходимо определить основную область использования.

Антенны UHF могут использоваться для различных целей, о которых мы говорили ранее,

Телевизионное вещание: UHF-антенна для телевизионного вещания обеспечивает стабильный прием сигнала, транслируя его в определенной географической зоне.

Мобильная связь: В мобильных приложениях UHF-антенны используются для передачи данных по сотовым сетям, поэтому следует обратить внимание на антенны с большим коэффициентом усиления и направленностью.

Спутниковая навигация: Антенны UHF, используемые в системах спутниковой навигации, принимают сигналы со спутников, что требует высоконаправленных антенн.

Беспроводные услуги: Для Wi-Fi, Bluetooth и других систем связи малого радиуса действия антенна должна быть настроена на эффективность и минимальные помехи.

Понимание ваших конкретных потребностей поможет вам выбрать тип антенны, который лучше всего подходит для вашего применения.

2. Понять диапазон частот

Как мы уже говорили, различные приложения UHF работают на разных частотах в диапазоне от 300 MHz до 3 GHz.

Поэтому важно выбрать антенну, предназначенную для работы в частотном диапазоне вашего конкретного приложения. Вот диапазоны частот для различных приложений,

• Для телевизионного вещания обычно используются частоты в диапазоне от 470 MHz до 890 MHz.
• Мобильная связь: Работает в более широком диапазоне, обычно от 450 MHz до 3 GHz в зависимости от поколения (2G, 3G, 4G, 5G).
• Wi-Fi и Bluetooth: Используйте частоты, близкие к 2,4 GHz.

Чтобы антенна работала эффективно, необходимо убедиться, что выбранная вами антенна настроена на нужный диапазон частот для вашего конкретного применения.

3. Требования к усилению

Что такое усиление? Коэффициент усиления - это показатель того, насколько хорошо антенна фокусирует и направляет энергию сигнала в определенном направлении.

При выборе UHF-антенны необходимо учитывать коэффициент усиления в зависимости от расстояния и типа связи.

Антенны с высоким коэффициентом усиления: Эти антенны лучше всего подходят для связи на больших расстояниях. Они фокусируют энергию в определенном направлении, что позволяет значительно увеличить мощность сигнала на больших расстояниях. Они часто используются в таких приложениях, как спутниковая связь или связь "точка-точка".

Антенны с низким коэффициентом усиления: Эти антенны больше подходят для связи на коротких расстояниях, так как обеспечивают более широкую и менее сфокусированную диаграмму направленности излучения, что идеально подходит для приложений, где требуется покрытие во всех направлениях, таких как Wi-Fi, Bluetooth или локальные системы вещания.

4. Направленный или всенаправленный

По диаграмме направленности излучения антенны UHF делятся на две основные категории,

Направленные антенны: Такие антенны (например, Yagi, панельные, секторные, параболические) фокусируют сигнал в одном направлении и обычно используются в системах дальней связи, где направление на передатчик известно. Они идеально подходят для таких приложений, как спутниковая навигация.

Всенаправленные антенны: Такие антенны передают и принимают сигналы во всех направлениях и лучше подходят для связи на коротких расстояниях. Примером могут служить антенны мобильных телефонов и Wi-Fi роутеров. Всенаправленные антенны полезны, когда требуется широкое покрытие во всех направлениях.

Выбор между этими двумя типами зависит от того, нужен ли вам сфокусированный сигнал в одном направлении или широкое покрытие.

5. Размер и форм-фактор

Физический размер и форма антенны UHF могут варьироваться в зависимости от конструкции и области применения,

Компактные антенны: Используются в мобильных устройствах или небольших установках, где пространство ограничено.

Большие антенны: Такие антенны обычно имеют более высокий коэффициент усиления и используются в тех случаях, когда пространство для установки не является ограниченным, например, на крышах или башнях.

Поэтому при выборе антенны учитывайте пространство для установки, портативность и эстетические требования. Например, если вы выбираете антенну для жилых помещений, идеальным вариантом может стать компактная и эстетичная панельная антенна.

6. Среда установки

Место установки антенны также играет важную роль при выборе подходящей модели. Следует учитывать такие факторы окружающей среды, как температура, влажность, ветер и воздействие стихий.

Внутренние антенны: Эти антенны обычно меньше по размеру, и их легко установить.

Наружные антенны: Эти антенны должны быть устойчивыми к погодным условиям и прочными, поскольку они подвергаются воздействию различных условий окружающей среды. Для наружных антенн часто используются такие материалы, как стекловолокно или нержавеющая сталь, что повышает их долговечность и производительность в суровых условиях.

7. Поляризация антенны

Что такое поляризация? Поляризация антенны относится к ориентации электрического поля электромагнитной волны.

Антенны UHF могут быть вертикально или горизонтально поляризованными. Важно, чтобы поляризация вашей антенны соответствовала поляризации передаваемого или принимаемого сигнала,

• Вертикальная поляризация: Часто используется в мобильной связи.
• Горизонтальная поляризация: Обычно используется для телевизионного вещания.

Выбор правильной поляризации гарантирует, что антенна будет эффективно передавать и принимать сигналы, сводя к минимуму потери из-за несоответствия поляризации.

8. Согласование импеданса

Согласование импеданса между антенной и линией передачи очень важно для минимизации отражения сигнала и обеспечения максимальной передачи мощности. Большинство антенн UHF имеют стандартный импеданс 50 Ом, такой же, как у большинства коаксиальных кабелей, используемых в беспроводной связи.

Убедитесь, что ваша антенна и линия передачи имеют согласованный импеданс, чтобы избежать потерь сигнала.

Конструктивные соображения для антенн УВЧ

При разработке антенны UHF необходимо учитывать размеры, коэффициент усиления и направленность, которые напрямую влияют на ее производительность. Поэтому разработка антенн, обеспечивающих баланс между этими факторами и отвечающих специфическим требованиям приложения, может оказаться непростой задачей.

Другие инженерные соображения включают выбор материала, согласование импеданса и факторы окружающей среды, такие как устойчивость к атмосферным воздействиям.

Сравнение между УВЧ и другими диапазонами

1. Антенна UHF против антенны VHF

ОВЧ-антенны работают в диапазоне от 30 MHz до 300 MHz, предлагая более длинные волны, и имеют лучший радиус действия по сравнению с УВЧ-антеннами. УКВ-антенны выгодны для дальней связи, так как их более длинные волны менее подвержены влиянию внешних препятствий, таких как здания, деревья или погода. Это делает УКВ-антенны пригодными для морской и авиационной связи.

Однако антенны UHF обеспечивают более высокую скорость передачи данных, что делает их идеальным решением для мобильных сетей и спутниковой навигации.

2. Антенна УВЧ против антенны СВЧ

По сравнению с антеннами СВЧ (от 3 GHz до 30 GHz), антенны УВЧ более универсальны в своей способности проникать через такие препятствия, как стены и деревья, что делает их более подходящими для применения в помещениях и городах. Антенны СВЧ, часто используемые для микроволновой и спутниковой связи, обеспечивают чрезвычайно высокую скорость передачи данных, но ограничены распространением в пределах прямой видимости и малым радиусом действия, поскольку сигналы более высоких частот сильнее подвержены затуханию из-за дождя и других атмосферных условий.

Антенны UHF - это баланс между большим радиусом действия VHF и высокой пропускной способностью SHF, что делает их идеальным решением для телевидения, мобильной связи и сетей общественной безопасности.

Развитие рынка и перспективы

Рынок антенн UHF растет благодаря увеличению спроса на системы беспроводной связи, спутниковые услуги и сети общественной безопасности.

С развитием 5G и Интернета вещей (IoT) ожидается рост потребности в эффективных антеннах UHF. Однако такие проблемы, как помехи и необходимость в более компактных и эффективных конструкциях, остаются.

Заключение

Антенны UHF являются неотъемлемой частью современных систем связи, обеспечивая широкое покрытие, высокую скорость передачи данных и пригодность для различных приложений. По мере развития технологий роль антенн UHF будет становиться все более важной в различных отраслях промышленности.