Ka'idojin Antennas da Yaɗuwa
Eriya da yaɗuwa muhimman ra'ayoyi ne guda biyu a cikin tsarin sadarwa mara waya. Eriya suna aiki a matsayin "gada" wanda ke canza siginar lantarki a cikin da'ira zuwa raƙuman lantarki waɗanda ke yaɗuwa a cikin sararin samaniya kyauta, da kuma akasin haka. Yaɗuwa, a halin yanzu, yana bincika yadda waɗannan raƙuman lantarki ke tafiya daga mai watsawa zuwa mai karɓa, gami da abubuwan muhalli waɗanda ke shafar ƙarfin sigina da inganci. Fahimtar ƙa'idodin asali na eriya da yaɗuwa yana da mahimmanci don tsara hanyoyin sadarwa na salula, rediyon watsa shirye-shirye, Wi-Fi, tauraron ɗan adam, radar, har ma da sadarwa ta Intanet na Abubuwa (IoT).
1. Fahimtar Entennas da Ayyukansu
A taƙaice dai, eriya na'urar lantarki ce da ke watsa ko karɓar kuzarin rediyo. A ƙarshen mai watsawa, eriya tana canza kwararar lantarki mai yawa (RF) da ƙarfin lantarki zuwa raƙuman lantarki waɗanda ke yaɗuwa ta cikin iska ko wani matsakaici. A ƙarshen mai karɓar, eriya tana yin akasin haka: tana kama raƙuman lantarki kuma tana mayar da su zuwa siginar lantarki wanda na'urar karɓa ke sarrafawa.
Babban ayyukan eriya sun haɗa da:
1. Hasken Radiation: yana fitar da makamashin RF zuwa sararin samaniya kyauta.
2. Ɗaukar hoto: yana ɗaukar makamashin RF daga muhalli.
3. Jagororin aiki: jagorantar makamashi zuwa wani takamaiman alkibla don ƙara yawan ko ingancin karɓa.
4. Daidaitawar impedance: yana taimakawa wajen canja wurin matsakaicin iko daga mai watsawa zuwa eriya ko daga eriya zuwa mai karɓa.
2. Muhimman Sigogi na Eriya
Ana tantance aikin eriya ba kawai ta hanyar siffarta ta zahiri ba, har ma da wasu mahimman sigogi na fasaha.
a. Mita da Tsawon Zango
Entennas suna aiki yadda ya kamata a wasu mitoci. Mita (f) tana da alaƙa da tsawon rai (λ) ta hanyar dangantakar:
λ = c / f
inda c shine saurin haske (kimanin 3 × 10⁸ m/s). Ana yin eriya da yawa na gargajiya da raƙuman raƙuman ruwa, misali eriya mai rabin-wave (λ/2) ko kuma eriya mai kwata-kwata (λ/4), saboda suna samar da ingantaccen aiki.
b. Tsarin Haske
Tsarin hasken ya bayyana yadda ake rarraba wutar lantarki mai haskakawa ta eriya ta hanyoyi daban-daban. Akwai nau'ikan gabaɗaya guda biyu:
- Omnidirectional: yana haskakawa daidai a cikin jirgin kwance (misali: eriya ta monopole akan na'urar sadarwa ta Wi-Fi).
– Hanya: yana mai da hankali kan hasken a wani takamaiman alkibla (misali: eriya na Yagi, eriya na parabolic, da eriya na panel).
Ana iya ganin tsarin hasken ta hanyar amfani da zane na 2D ko 3D, kuma yana da matuƙar amfani wajen tantance matsayi da kuma yanayin eriya.
c. Ribar Eriya
Gain wani ma'auni ne na yadda eriya ke mayar da hankali kan makamashi yadda ya kamata idan aka kwatanta da eriya mai tunani. Galibi ana bayyana Gain a cikin dBi (idan aka kwatanta da eriya mai isotropic) ko dBd (idan aka kwatanta da dipole na rabin-wave). Babban riba gabaɗaya yana nufin tsawon zango a wani alkibla, amma sau da yawa yana zuwa da kusurwar haske mai kunkuntar.
d. Bandwidth
Bandwidth shine kewayon mitar da eriya ke aiki da kyau (misali, ƙarancin VSWR ko asarar dawowa mai kyau). Aikace-aikacen zamani kamar LTE, 5G, da Wi-Fi suna buƙatar bandwidth mai faɗi don ɗaukar bayanai masu sauri.
e. Rarrabuwa
Polarization shine yanayin filin lantarki na raƙuman lantarki. Polarizations na yau da kullun sun haɗa da:
– Layi kwance/tsaye
- Madauwari (RHCP/LHCP)
Daidaitawar polarization tsakanin mai watsawa da mai karɓa yana da mahimmanci saboda rashin daidaito na iya haifar da asarar wutar lantarki mai yawa.
f. Impedance da VSWR
Eriya suna da wani siffa ta impedance (sau da yawa ana nufin su kai 50 Ω). Idan impedance na eriya bai dace da layin watsawa ba, ana mayar da wani ƙarfi zuwa ga mai watsawa. Ana auna wannan ta hanyar VSWR (Ratio na Voltage Standing Wave), ko asarar dawowa. Ƙasa da VSWR, mafi kyawun canja wurin wutar lantarki.
3. Nau'ikan Entennas da Aka Fi Sani
Wasu nau'ikan eriya da ake yawan haɗuwa da su sun haɗa da:
– Dipole: mai sauƙi, wanda ake amfani da shi a rediyo.
– Monopole/bulala: ana amfani da shi sosai a cikin na'urorin hannu da tashoshin tushe.
– Yagi-Uda: mai jagora, sananne ga talabijin da rediyo na masu son karatu.
- Parabolic dish: babban riba ga hanyoyin haɗin tauraron dan adam da na nesa.
– Patch/Microstrip: ƙarami kuma mai sauƙin haɗawa, gama gari a cikin na'urorin GPS da wayoyin hannu.
– Array/MIMO: haɗuwa da abubuwa da yawa don ƙirƙirar haske, masu mahimmanci a cikin 5G.
Zaɓin nau'in eriya ya dogara da buƙatun mita, riba, girma, alkiblar watsawa, da yanayin shigarwa.
4. Muhimman Abubuwan Yaɗa Radiyo
Yaɗuwa ita ce hanyar da raƙuman rediyo ke tafiya daga na'urar watsawa zuwa na'urar karɓa. A aikace, raƙuman ruwa ba koyaushe suke tafiya a layi madaidaiciya ba tare da tsangwama ba. Abubuwa da yawa, kamar ƙasa, gine-gine, yanayi, da yadudduka na yanayi, na iya ƙarawa ko raunana sigina.
a. Layin Gani (LOS) da kuma Non-LOS
– LOS (Layin Gani): Mai watsawa da mai karɓa suna "ganin" juna ba tare da wani babban cikas ba. Wannan yanayin yawanci yana samar da mafi kyawun ingancin sigina.
– NLOS (Ba Layin Gani Ba): akwai cikas kamar gine-gine, tuddai, ko bishiyoyi. Siginar har yanzu tana iya isa ga mai karɓar ta hanyar tunani, rarrabuwa, ko warwatsewa, amma yawanci tana fuskantar raguwa da karkacewa.
b. Babban Tsarin Yaɗawa
1. Tunani
Wannan yana faruwa ne lokacin da raƙuman ruwa ke tashi daga manyan wurare kamar gine-gine ko ƙasa. Tunani na iya taimakawa wajen isar da sigina zuwa wuraren da ba a iya gani nan take ba, amma kuma yana iya haifar da tsangwama.
2. Bambanci
Raƙuman ruwa na iya "lanƙwasa" a gefunan abubuwa kamar tuddai ko gine-gine. Diffraction yana ba da damar sadarwa a wurare masu inuwa, amma galibi ƙarfin sigina yana raguwa.
3. Watsawa
Yana faruwa ne lokacin da raƙuman ruwa suka haɗu da ƙananan abubuwa ko kuma saman da ba su da ƙarfi kamar ganye, sanduna, ko saman da ba su daidaita ba. Watsawa galibi yana da yawa a wurare masu yawa da kuma a cikin birane.
4. Sha
Wasu kayan suna shan kuzarin raƙuman ruwa, kamar bangon siminti, ruwa, da jikin ɗan adam. A mafi yawan mitoci (misali, mmWave), shan ruwan sama da yanayi yana ƙara zama mai mahimmanci.
c. Hanya Mai Yawa da Faduwa
A cikin yanayin duniya na gaske, sigina sau da yawa suna isa ga mai karɓa ta hanyoyi da yawa (hanyoyi da yawa). Waɗannan hanyoyi suna da lokutan tafiya da matakai daban-daban, don haka suna iya ƙarfafa ko raunana juna. Wannan lamari na saurin bambancin matakin sigina ana kiransa faduwa. Don magance wannan, tsarin zamani yana amfani da dabaru kamar:
- Bambancin (bambancin eriya)
– MIMO
– OFDM
– Daidaito
5. Tsarin Asarar Yaduwa (Rashin Hanya)
Yayin da nisan ke ƙaruwa, ƙarfin siginar da aka karɓa yana raguwa. A cikin sararin samaniya kyauta, ana iya kimanta asarar ta amfani da samfurin Rasa Hanyar Sararin Samaniya (FSPL), wanda ke nuna cewa asarar tana ƙaruwa tare da nisa da mita. Duk da haka, a cikin muhallin birni ko na cikin gida, samfurin yana ƙara rikitarwa saboda tunani da cikas.
A aikace, masu tsara hanyoyin sadarwa suna amfani da haɗin ma'aunin filin da samfuran gwaji (misali, Okumura-Hata, COST-231, ko samfuran cikin gida) don kimanta ɗaukar hoto.
6. Abubuwan da ke Shafar Yaɗuwar Muhalli
Wasu daga cikin manyan abubuwan da ke tasiri ga yaɗuwar sun haɗa da:
– Tsarin ƙasa: tuddai, kwaruruka, da kuma yanayin ƙasa suna shafar LOS da rarrabawa.
– Yawan gine-gine: muhallin birane yana ƙara yawan hanyoyi da inuwa.
– Tsire-tsire: bishiyoyi suna shan sigina kuma suna watsawa, musamman idan sun jike.
– Yanayi: ruwan sama mai ƙarfi zai iya raunana sigina a kan mitoci masu yawa, musamman hanyoyin haɗin tauraron dan adam da mmWave.
– Tsawon eriya: mafi girman yadda ake ɗaukar hoto, hakan zai inganta ɗaukar hoto na LOS, musamman ga hanyoyin sadarwar salula da rediyo.
7. Alaƙa tsakanin Eriya da Yaɗuwa
Eriya da yaɗuwa ba za a iya raba su ba. Eriya mai yawan riba na iya ƙara nisa a wani takamaiman alkibla, amma idan muhalli ya haifar da tunani da yawa, eriya mai yawan jagora na iya rasa siginar a cikin hanyar da aka nuna wanda zai taimaka. Akasin haka, eriya mai juyawa ta hanya ɗaya-da-ɗaya ta fi sassauƙa a yankunan hanyoyi da yawa amma yawanci tana da gajeriyar iyaka. Saboda haka, ƙirar sadarwa mara waya koyaushe tana la'akari da halayen eriya (tsari, rarrabuwa, riba) da yanayin yaɗuwa (LOS/NLOS, hanyoyi da yawa, cikas).
Kammalawa
Ka'idojin asali na eriya da yaɗuwa su ne ginshiƙin duk fasahar sadarwa mara waya. Eriya suna tantance yadda ake fitar da makamashin RF ko karɓarsa ta hanyar sigogi kamar tsarin radiation, riba, bandwidth, da polarization. A halin yanzu, yaɗuwa yana bayyana tafiyar raƙuman ruwa ta cikin yanayi masu ƙalubale kamar tunani, rarrabawa, warwatsewa, da sha. Ta hanyar fahimtar duka biyun, za mu iya tsara tsarin sadarwa mafi inganci, inganci, da kuma dacewa—daga hanyoyin sadarwa masu sauƙi na gida zuwa kayayyakin more rayuwa na sadarwa na ƙasa.
Idan kuna so, zan iya daidaita wannan labarin don ya zama mafi fasaha (tare da dabaru da misalan lissafi) ko kuma ya fi amfani (tare da misalan aikace-aikace zuwa Wi-Fi, tashoshin salula, ko sadarwa ta tauraron dan adam).
