Antennentheorie - Spektrum & Transmission

In der Erdatmosphäre hängt die Ausbreitung der Welle nicht nur von den Eigenschaften der Welle ab, sondern auch von den Auswirkungen auf die Umwelt und den Schichten der Erdatmosphäre. All dies muss untersucht werden, um eine Vorstellung davon zu erhalten, wie sich eine Welle in der Umgebung ausbreitet.

Schauen wir uns das an frequency spectrumüber die das Signal gesendet oder empfangen wird. Je nach Frequenzbereich, in dem sie betrieben werden, werden unterschiedliche Antennentypen hergestellt.

Elektromagnetisches Spektrum

Die drahtlose Kommunikation basiert auf dem Prinzip des Sendens und Empfangens elektromagnetischer Wellen. Diese Wellen können durch ihre Frequenz (f) und ihre Wellenlänge (λ) Lambda charakterisiert werden.

Eine bildliche Darstellung des elektromagnetischen Spektrums ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Niederfrequenzbänder

Niederfrequenzbänder umfassen den Radio-, Mikrowellen-, Infrarot- und sichtbaren Teil des Spektrums. Sie können zur Informationsübertragung verwendet werden, indem die Amplitude, Frequenz oder Phase der Wellen moduliert wird.

Hochfrequenzbänder

Hochfrequenzbänder bestehen aus Röntgen- und Gammastrahlen. Theoretisch sind diese Wellen besser für die Informationsausbreitung. Diese Wellen werden jedoch aufgrund von Modulationsschwierigkeiten praktisch nicht verwendet und die Wellen sind für Lebewesen schädlich. Außerdem breiten sich hochfrequente Wellen nicht gut durch Gebäude aus.

Frequenzbänder und ihre Verwendung

Die folgende Tabelle zeigt die Frequenzbänder und ihre Verwendung -

Band-Name	Frequenz	Wellenlänge	Anwendungen
Extrem niedrige Frequenz (ELF)	30 Hz bis 300 Hz	10.000 bis 1.000 km	Netzfrequenzen
Sprachfrequenz (VF)	300 Hz bis 3 kHz	1.000 bis 100 km	Telefonkommunikation
Sehr niedrige Frequenz (VLF)	3 kHz bis 30 kHz	100 bis 10 km	Marine Communications
Niederfrequenz (LF)	30 kHz bis 300 kHz	10 bis 1 km	Marine Communications
Mittelfrequenz (MF)	300 kHz bis 3 MHz	1000 bis 100 m	AM-Rundfunk
Hochfrequenz (HF)	3 MHz bis 30 MHz	100 bis 10 m	Langstreckenflugzeuge / Schiffskommunikation
Sehr hohe Frequenz (VHF)	30 MHz bis 300 MHz	10 bis 1 m	FM-Rundfunk
Ultrahochfrequenz (UHF)	300 MHz bis 3 GHz	100 bis 10 cm	Mobiltelefon
Superhochfrequenz (SHF)	3 GHz bis 30 GHz	10 bis 1 cm	Satellitenkommunikation, Mikrowellenverbindungen
Extrem hohe Frequenz (EHF)	30 GHz bis 300 GHz	10 bis 1 mm	Drahtlose Teilnehmeranschlussleitung
Infrarot	300 GHz bis 400 THz	1 mm bis 770 nm	Unterhaltungselektronik
Sichtbares Licht	400 THz bis 900 THz	770 nm bis 330 nm	Optische Kommunikation

Spektrumzuordnung

Da das elektromagnetische Spektrum eine gemeinsame Ressource ist, auf die jeder zugreifen kann, wurden mehrere nationale und internationale Abkommen über die Nutzung der verschiedenen Frequenzbänder innerhalb des Spektrums geschlossen. Die einzelnen nationalen Regierungen weisen Frequenzen für Anwendungen wie AM / FM-Rundfunk, Fernsehsendung, Mobiltelefonie, militärische Kommunikation und staatliche Nutzung zu.

Weltweit eine Agentur der International Telecommunications Union Radio Communication (ITU-R) Büro namens World Administrative Radio Conference (WARC) versucht, die Frequenzzuteilung durch die verschiedenen nationalen Regierungen zu koordinieren, damit Kommunikationsgeräte hergestellt werden können, die in mehreren Ländern funktionieren können.

Übertragungsbeschränkungen

Vier Arten von Einschränkungen, die sich auf die Übertragung elektromagnetischer Wellen auswirken, sind:

Dämpfung

Gemäß der Standarddefinition ist „die Abnahme der Qualität und der Stärke des Signals bekannt als attenuation. ”

Die Stärke eines Signals nimmt mit der Entfernung über das Übertragungsmedium ab. Das Ausmaß der Dämpfung ist eine Funktion der Entfernung, des Übertragungsmediums sowie der Frequenz der zugrunde liegenden Übertragung. Selbst im freien Raum wird das übertragene Signal ohne weitere Beeinträchtigung über die Entfernung abgeschwächt, einfach weil das Signal über einen immer größeren Bereich verteilt wird.

Verzerrung

Gemäß der Standarddefinition ist „jede Änderung, die die grundlegende Beziehung zwischen den Frequenzkomponenten eines Signals oder den Amplitudenpegeln eines Signals verändert, bekannt als distortion. ”

Die Verzerrung eines Signals ist der Prozess, der die Eigenschaften des Signals stört und einige unerwünschte Komponenten hinzufügt, die die Qualität des Signals beeinträchtigen. Dies ist normalerweise bei FM-Empfängern der Fall, bei denen das empfangene Signal manchmal vollständig gestört wird und als Ausgang ein summendes Geräusch erzeugt.

Dispersion

Gemäß der StandarddefinitionDispersion ist das Phänomen, bei dem die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle wellenlängenabhängig ist. “

Dispersionist das Phänomen der Ausbreitung eines elektromagnetischen Energiestoßes während der Ausbreitung. Es ist besonders häufig bei drahtgebundenen Übertragungen wie einer optischen Faser. Datenfolgen, die schnell hintereinander gesendet werden, verschmelzen aufgrund von Streuung. Je länger der Draht ist, desto stärker ist der Dispersionseffekt. Die Wirkung der Dispersion besteht darin, das Produkt von R und L zu begrenzen‘R’ ist der data rate und ‘L’ ist distance.

Lärm

Gemäß der Standarddefinition wird „jede unerwünschte Form von Energie, die dazu neigt, den ordnungsgemäßen und einfachen Empfang und die Wiedergabe gewünschter Signale zu beeinträchtigen, als Rauschen bezeichnet.“

Die am weitesten verbreitete Form von Lärm ist thermal noise. Es wird häufig mit einem additiven Gaußschen Modell modelliert. Thermisches Rauschen beruht auf der thermischen Bewegung von Elektronen und ist gleichmäßig über das Frequenzspektrum verteilt.

Andere Formen von Lärm sind -

• Inter modulation noise - Verursacht durch Signale, die bei Frequenzen erzeugt werden, die Summen oder Unterschiede der Trägerfrequenzen sind.

• Crosstalk - Interferenz zwischen zwei Signalen.

• Impulse noise- Unregelmäßige energiereiche Impulse durch äußere elektromagnetische Störungen. Ein Impulsrauschen hat möglicherweise keinen wesentlichen Einfluss auf analoge Daten. Dies wirkt sich jedoch spürbar auf digitale Daten aus und führt zu Burst-Fehlern.