5. ANTENNAS / TRANSMISSION LINES

1

5. ANTENNAS / TRANSMISSION LINES =et r a ns mi t t e rt ha tg e ne r a t e st heRF po we rt o dr i v et hea nt e nnai s us ua l l yl o c a t e da ts o me di s t a nc ef r o m t he a nt e nna t e r mi na l s .=e c o nne c t i ngl i nkbe t we e nt het woi st heRFt r a ns mi s s i o nl i ne .I t spur po s ei s t oc a r r yRFpo we rf r o mo nepl a c et oa no t he r ,a ndt odot hi sa se @c i e nt l y a spo s s i bl e .Fr o mt her e c e i v e rs i de ,t hea nt e nnai sr e s po ns i bl ef o rpi c k i ng upa nyr a di os i g na l si nt hea i ra ndpa s s i ngt he mt ot her e c e i v e rwi t ht he mi ni mum a mo unto fdi s t o r t i o na ndma x i mum e @c i e nc y ,s ot ha tt her a di o ha si t sbe s tc ha nc et ode c o det hes i g na l .Fo rt he s er e a s o ns ,t heRFc a bl e ha sav e r yi mpo r t a ntr o l ei nr a di os y s t e ms :i tmus tma i nt a i nt hei nt e g r i t y o ft hes i g na l si nbo t hdi r e c t i o ns .

Fi g u r eATL1:Ra d i o ,t r a ns mi s s i o nl i nea nda nt e nna =es i mpl e s tt r a ns mi s s i o nl i neo nec a ne nv i s a g ei st hebi ⇠l a ro rt wi nl e a d, c o ns i s t i ngo ft woc o nduc t o r ss e pa r a t e db yadi e l e c t r i co ri ns ul a t o r .=e di e l e c t r i cc a nbea i ro rapl a s t i cl i k et heo neus e df o rAa tt r a ns mi s s i o nl i ne s us e di nTV a nt e nna s .Abi ⇠l a rt r a ns mi s s i o nl i neo pe na to nee ndwi l lno t r a di a t ebe c a us et hec ur r e nti ne a c hwi r eha st hes a mev a l uebuto ppo s i t e di r e c t i o n,s ot ha tt he⇠e l dsc r e a t e do nag i v e npo i nta ts o medi s t a nc ef r o m t hel i nec a nc e l .

2

5. ANTENNAS / TRANSMISSION LINES

I fwebe ndt heo pe ne ndso ft het r a ns mi s s i o nl i nei no ppo s i t edi r e c t i o ns , t hec ur r e nt swi l lno wg e ne r a t ee l e c t r i c⇠e l dst ha ta r ei npha s ea ndr e i nf o r c e e a c ho t he ra ndwi l lt he r e f o r er a di a t ea ndpr o pa g a t ea tadi s t a nc e .Weno w ha v ea na nt e nnaa tt hee ndo ft het r a ns mi s s i o nl i ne .

=el e ng t ho ft hebe ntpo r t i o no ft het r a ns mi s s i o nl i newi l lde t e r mi net he a nt e nnaf e a t ur e .I ft hi sl e ng t hc o r r e s po ndst oaq ua r t e ro fawa v e l e ng t hwe wi l lha v eaha l fwa v edi po l ea nt e nnawi t hag a i no f2. 15dBi . =ef unc t i o ni ngo ft hebi ⇠l a rt r a ns mi s s i o nl i nej us tde s c r i be di ss t r o ng l y a Ee c t e db ya nyme t a li ni t spr o x i mi t y ,s oabe t t e rs o l ut i o ni st oc o n⇠net he e l e c t r i c a l⇠e l dsb yme a nso fa ne x t e r na lc o nduc t o rt ha ts hi e l dst hei nt e r na l o ne .=i sc o ns t i t ut e sac o a x i a lc a bl e .Al t e r na t i v e l y ,aho l l o w me t a l l i cpi peo f t hepr o pe rdi me ns i o nswi l la l s oe Ee c t i v e l yc a r r yRFe ne r g yi nwha ti sk no wn a sawa v e g u i d e .

1. Cables 3

1.

Cables

Fo rf r e q ue nc i e shi g he rt ha n HF t hec o a x i a lc a bl e s( o rc o a xf o rs ho r t , de r i v e df r o mt hewo r ds“ o fc o mmo na x i s ” )a r eus e da l mo s te x c l us i v e l y . Co a xc a bl e sha v eac o r ec o nduc t o rwi r es ur r o unde db yano nc o nduc t i v e ma t e r i a lc a l l e dd i e l e c t r i c ,o rs i mpl yi ns u l a t i o n. =edi e l e c t r i ci st he ns ur r o unde db ya ne nc o mpa s s i ngs hi e l di ngwhi c hi s o f t e n ma de o f br a i de d wi r e s .=e di e l e c t r i c pr e v e nt sa ne l e c t r i c a l c o nne c t i o nb e t we e nt hec o r ea nd t hes hi e l di ng .Fi na l l y ,t hec o a xi s pr o t e c t e db ya no ut e rc a s i ng whi c hi sg e ne r a l l y ma def r o m a PVC ma t e r i a l . =ei nne rc o nduc t o rc a r r i e st heRFs i g na l ,a ndt heo ut e rs hi e l dpr e v e nt s t heRFs i g na lf r o mr a di a t i ngt ot hea t mo s phe r e ,a nda l s opr e v e nt so ut s i de s i g na l sf r o mi nt e r f e r i ngwi t ht hes i g na lc a r r i e db yt hec o r e .Ano t he r i nt e r e s t i ngf a c ti st ha thi g hf r e q ue nc ye l e c t r i c a ls i g na lt r a v e l so nl ya l o ng t heo ut e rl a y e ro fac o nduc t o r ,t hei ns i dema t e r i a ldo e sno tc o nt r i but et o t hec o nduc t i o n,he nc et hel a r g e rt hec e nt r a lc o nduc t o r ,t hebe t t e rt he s i g na lwi l lAo w.=i si sc a l l e dt he“ s k i ne Ee c t ” .

Fi g u r eATL4:Co a x i a lc a b l ewi t hj a c k e t ,s h i e l d ,d i e l e c t r i c ,a ndc o r ec o nd u c t o r .

Ev e nt ho ug ht hec o a x i a lc o ns t r uc t i o ni sg o o da tt r a ns po r t i ngt hes i g na l , t he r ei sa l wa y sr e s i s t a nc et ot hee l e c t r i c a lAo w:a st hes i g na lt r a v e l sa l o ng , i twi l lf a dea wa y . =i sf a di ngi sk no wn a sa t t e nua t i o n,a nd f o rt r a ns mi s s i o nl i ne si ti s me a s ur e di nde c i be l spe rme t r e( dB/ m) . =er a t eo fa t t e nua t i o ni saf unc t i o no ft hes i g na lf r e q ue nc ya nd t he phy s i c a lc o ns t r uc t i o no ft hec a bl ei t s e l f .Ast hes i g na lf r e q ue nc yi nc r e a s e s , s odo e si t sa t t e nua t i o n.

4

5. ANTENNAS / TRANSMISSION LINES

Ob v i o us l y ,wene e dt omi ni mi s et hec a bl ea t t e nua t i o na smuc ha spo s s i bl e b yk e e pi ngt hec a bl ev e r ys ho r ta ndus i nghi g hq ua l i t yc a bl e s . He r ea r es o mepo i nt st oc o ns i de rwhe nc ho o s i ngac a bl ef o rus ewi t h mi c r o wa v ede v i c e s : 1.“ =es ho r t e rt hebe t t e r ! ”=e⇠r s tr ul ewhe ny o ui ns t a l lapi e c eo f c a bl ei st ot r yt ok e e pi ta ss ho r ta spo s s i bl e .=epo we rl o s si sno t l i ne a r ,s odo ubl i ngt hec a bl el e ng t hme a nst ha ty o ua r eg o i ngt ol o s e muc hmo r et ha nt wi c et hepo we r .I nt hes a mewa y ,r e duc i ngt hec a bl e l e ng t hb yha l fg i v e sy o umo r et ha nt wi c et hepo we ra tt hea nt e nna . =ebe s ts o l ut i o ni st opl a c et het r a ns mi t t e ra sc l o s ea spo s s i bl et ot he a nt e nna ,e v e nwhe nt hi sme a nspl a c i ngi to nat o we r . 2.“ =ec he a pe rt hewo r s e ! ”=es e c o ndg o l de nr ul ei st ha ta nymo ne y y o ui nv e s ti nbuy i ngag o o dq ua l i t yc a bl ei saba r g a i n.Che a pc a bl e s c a nbeus e da tl o wf r e q ue nc i e s ,s uc ha sVHF .Mi c r o wa v e sr e q ui r et he hi g he s tq ua l i t yc a bl e sa v a i l a bl e . 3.Av o i dRG58.I ti si nt e nde df o rt hi nEt he r ne tne t wo r k i ng ,CB o r VHFr a di o ,no tf o rmi c r o wa v e . 4.Av o i dRG213o rRG8.=e ya r ei nt e nde df o rCBa ndHFr a di o .I n t hi sc a s ee v e ni ft hedi a me t e ri sl a r g et hea t t e nua t i o ni ss i g ni ⇠c a ntdue t ot hec he a pi ns ul a t o rus e d. 5.Whe ne v e rpo s s i bl e ,us et hebe s tr a t e dLMRc a bl eo re q ui v a l e nty o u c a n⇠nd.LMRi sabr a ndo fc o a xc a bl ea v a i l a bl ei nv a r i o usdi a me t e r s t ha two r k swe l la tmi c r o wa v ef r e q ue nc i e s .=emo s tc o mmo nl yus e d a r eLMR400a ndLMR600.He l i a xc a bl e sa r ea l s ov e r yg o o d,but e x pe ns i v ea nddi @c ul tt ous e . 6.Whe ne v e rpo s s i bl e ,us ec a bl e st ha ta r epr e c r i mpe da ndt e s t e di na pr o pe rl a b .I ns t a l l i ngc o nne c t o r st oc a bl ei sat r i c k ybus i ne s s ,a ndi s di @c ul tt odopr o pe r l ye v e nwi t ht hes pe c i ⇠ct o o l s .Ne v e rs t e po v e ra c a bl e ,be ndi tt o omuc h,o rt r yt ounpl ugac o nne c t o rb ypul l i ngt he c a bl edi r e c t l y .Al lo ft he s ebe ha v i o ur sma yc ha ng et heme c ha ni c a l c ha r a c t e r i s t i co ft hec a bl ea ndt he r e f o r ei t si mpe da nc e ,s ho r tt hei nne r c o nduc t o rt ot hes hi e l d,o re v e nbr e a kt hel i ne . 7.=o s epr o bl e msa r edi @c ul tt ot r a c ka ndr e c o g ni s ea ndc a nl e a dt o unpr e di c t a bl ebe ha v i o uro nt her a di ol i nk . 8.Fo rv e r ys ho r tdi s t a nc e s ,at hi nc a bl eo fg o o dq ua l i t yma y bea de q ua t e s i nc ei twi l lno ti nt r o duc et o omuc ha t t e nua t i o n.

2. Waveguides

2.

5

Waveguides

Abo v e2GHz ,t hewa v e l e ng t hi ss ho r te no ug ht oa l l o wpr a c t i c a l ,e @c i e nt e ne r g yt r a ns f e rb ydi Ee r e ntme a ns .A wa v e g ui dei sac o nduc t i ngt ube t hr o ug hwhi c he ne r g yi st r a ns mi t t e di nt hef o r mo fe l e c t r o ma g ne t i cwa v e s . =et ub ea c t sa sabo unda r yt ha tc o n⇠ne st hewa v e si nt hee nc l o s e ds pa c e . =eF a r a da yc a g e phe no me no n pr e v e nt se l e c t r o ma g ne t i ce Ee c t sf r o m be i nge v i de nto ut s i det heg ui de .=ee l e c t r o ma g ne t i c⇠ e l dsa r epr o pa g a t e d t hr o ug ht hewa v e g ui deb yme a nso fr e Ae c t i o nsa g a i ns ti t si nne rwa l l s , whi c ha r ec o ns i de r e d pe r f e c tc o nduc t o r s .=ei nt e ns i t yo ft he⇠e l dsi s g r e a t e s ta tt hec e nt e ra l o ngt heXdi me ns i o n,a ndmus tdi mi ni s ht oz e r oa t t hee ndwa l l sbe c a us et hee x i s t e nc eo fa ny⇠e l dpa r a l l e lt ot hewa l l sa tt he s ur f a c ewo ul dc a us ea ni n⇠ni t ec ur r e ntt oAo wi nape r f e c tc o nduc t o r . =eX,Y a nd Z a x i so far e c t a ng ul a rwa v e g ui dec a n bes e e ni nt he f o l l o wi ng⇠g ur e :

Fi g u r eATL5:#eX,Y ,a ndZa x i so far e c t a ng u l a rwa v e g u i d e . =e r ea r ea ni n⇠ni t enumbe ro fwa y si nwhi c ht hee l e c t r i ca ndma g ne t i c ⇠e l dsc a na r r a ng et he ms e l v e si nawa v e g ui def o rf r e q ue nc i e sa bo v et hel o w c ut o E.Ea c ho ft he s e⇠e l dc o n⇠g ur a t i o nsi sc a l l e damo de .=emo de sma y be s e pa r a t e di nt ot wo g e ne r a lg r o ups .One g r o up ,de s i g na t e d TM ( Tr a ns v e r s eMa g ne t i c ) ,ha st hema g ne t i c⇠e l de nt i r e l yt r a ns v e r s et ot he di r e c t i o no fpr o pa g a t i o n,butha sac o mpo ne nto ft hee l e c t r i c⇠e l di nt he di r e c t i o no fpr o pa g a t i o n.=eo t he rt y pe ,de s i g na t e d TE ( Tr a ns v e r s e El e c t r i c )ha st hee l e c t r i c⇠e l de nt i r e l yt r a ns v e r s e ,butha sac o mpo ne nto f ma g ne t i c⇠e l di nt hedi r e c t i o no fpr o pa g a t i o n. =emo deo fpr o pa g a t i o ni si de nt i ⇠e db yt heg r o upl e t t e r sf o l l o we db yt wo s ubs c r i ptnume r a l s .Fo re x a mpl e ,TE10,TM 11,e t c .

6

5. ANTENNAS / TRANSMISSION LINES

=enumbe ro fpo s s i bl emo de si nc r e a s e swi t ht hef r e q ue nc yf o rag i v e n s i z eo fg ui de ,a ndt he r ei so nl yo nepo s s i bl emo de ,c a l l e dt hed o mi na nt mo d e ,f o rt hel o we s tf r e q ue nc yt ha tc a nbet r a ns mi t t e d.I nar e c t a ng ul a r g ui de ,t hec r i t i c a ldi me ns i o ni sX.=i sdi me ns i o nmus tbemo r et ha n0. 5 λa tt hel o we s tf r e q ue nc yt obet r a ns mi t t e d.I npr a c t i c e ,t heYdi me ns i o n i sus ua l l ya bo ut0. 5Xt oa v o i dt hepo s s i bi l i t yo fo pe r a t i o ni no t he rt ha n t hedo mi na ntmo de .Cr o s s s e c t i o na ls ha pe so t he rt ha nt her e c t a ng l ec a n beus e d,t hemo s ti mpo r t a ntbe i ngt hec i r c ul a rpi pe .Muc ht hes a me c o ns i de r a t i o nsa ppl ya si nt her e c t a ng ul a rc a s e .Wa v e l e ng t hdi me ns i o nsf o r r e c t a ng ul a ra ndc i r c ul a rg ui de sa r eg i v e ni nt hef o l l o wi ngt a bl e ,whe r eXi s t hewi dt ho far e c t a ng ul a rg ui dea ndri st her a di uso fac i r c ul a rg ui de .Al l ⇠g ur e sa ppl yt ot hedo mi na ntmo de . Type of guide Cutoff wavelength

Rectangular

Circular

2X

3.41r

Longest wavelength transmitted with little attenuation

1.6X

3.2r

Shortest wavelength before next mode becomes possible

1.1X

2.8r

Ene r g yma ybei nt r o duc e di nt oo re x t r a c t e df r o m awa v e g ui deb yme a ns o fe i t he rt hee l e c t r i co rma g ne t i c⇠e l d.=ee ne r g yt r a ns f e rt y pi c a l l y ha ppe nst hr o ug hac o a x i a ll i ne .Twopo s s i bl eme t ho dsf o rc o upl i ngt oa c o a x i a ll i nea r eus i ngt hei nne rc o nduc t o ro ft hec o a x i a ll i ne ,o rt hr o ug ha l o o p .Apr o bewhi c hi ss i mpl yas ho r te x t e ns i o no ft hei nne rc o nduc t o ro f t hec o a x i a ll i nec a nbeo r i e nt e ds ot ha ti ti spa r a l l e lt ot hee l e c t r i cl i ne so f f o r c e .A l o o pc a nbea r r a ng e ds ot ha ti te nc l o s e ss o meo ft hema g ne t i c l i ne so ff o r c e .=epo i nta twhi c hma x i mum c o upl i ngi so bt a i ne dde pe nds upo nt hemo deo fpr o pa g a t i o ni nt heg ui deo rc a v i t y .Co upl i ng i s ma x i mum whe nt hec o upl i ngde v i c ei si nt hemo s ti nt e ns e⇠e l d. I fawa v e g ui dei sl e f to pe na to nee nd,i twi l lr a di a t ee ne r g y( t ha ti s ,i tc a n beus e da sa na nt e nnar a t he rt ha nat r a ns mi s s i o nl i ne ) . =i sr a di a t i o nc a n bee nha nc e db yAa r i ng t hewa v e g ui det of o r m a py r a mi da lho r na nt e nna . T he r ea r ee x a mpl e so fpr a c t i c a lwa v e g ui dea nt e nna sf o rWi Fis ho wn i n Appe ndi xAc a l l e dAnt e nnaCo ns t r uc t i o n.

3. Connectors and adapters 7

3.

Connectors and adapters

Co nne c t o r sa l l o w ac a bl et o bec o nne c t e dt oa no t he rc a bl eo rt oa c o mpo ne nti nt heRF c ha i n.=e r ea r eawi dev a r i e t yo f⇠t t i ng sa nd c o nne c t o r sde s i g ne dt og owi t hv a r i o uss i z e sa ndt y pe so fc o a x i a ll i ne s . Wewi l lde s c r i bes o meo ft hemo s tpo pul a ro ne s . BNC c o nne c t o r swe r ede v e l o pe di nt hel a t e40s .BNC s t a ndsf o rBa y o ne t Ne i l lCo nc e l ma n,na me da f t e rt heme nwhoi nv e nt e di t :Pa ulNe i l la nd Ca r l Co nc e l ma n. =e BNC pr o duc tl i ne i s a mi ni a t ur eq ui c k c o nne c t / di s c o nne c tc o nne c t o r .I tf e a t ur e st woba y o ne tl ug so nt hef e ma l e c o nne c t o r ,a nd ma t i ng i sa c hi e v e d wi t ho nl yaq ua r t e rt ur no ft he c o upl i ngnut .BNCsa r ei de a l l ys ui t e df o rc a bl et e r mi na t i o nf o rmi ni a t ur e t os ub mi ni a t ur ec o a x i a lc a bl e( RG58t oRG179,RG316,e t c . ) .=e ya r e mo s tc o mmo nl yf o undo nt e s te q ui pme nta nd10ba s e 2c o a x i a lEt he r ne t c a bl e s . TNC c o nne c t o r swe r ea l s oi nv e nt e db yNe i l la ndCo nc e l ma n,a nda r ea t hr e a de dv a r i a t i o no ft heBNC.Duet ot hebe t t e ri nt e r c o nne c tpr o v i de d b yt het hr e a de dc o nne c t o r ,TNC c o nne c t o r swo r kwe l lt hr o ug ha bo ut12 GHz . TNCs t a ndsf o r=r e a de dNe i l lCo nc e l ma n. Ty p eN ( a g a i nf o rNe i l l ,a l t ho ug hs o me t i me sa t t r i but e dt o“ Na v y ” ) c o nne c t o r swe r eo r i g i na l l yde v e l o pe ddur i ngt heS e c o ndWo r l dWa r .=e y a r eus a bl eup t o 18 GHz ,a nd v e r yc o mmo nl y us e df o rmi c r o wa v e a ppl i c a t i o ns .=e ya r ea v a i l a bl ef o ra l mo s ta l lt y pe so fc a bl e .Bo t ht hepl ug /c a bl ea ndpl ug/s o c k e tj o i nt sa r es uppo s e dl ywa t e r pr o o f ,pr o v i di nga n e Ee c t i v ec a bl ec l a mp .Ne v e r t he l e s sf o ro ut do o rus et he ys ho ul d be wr a ppe di ns e l fa g g l o me r a t i ngt a pet opr e v e ntwa t e rf r o ms e e pi ngi n. S MAi sa na c r o ny mf o rS ubMi ni a t ur ev e r s i o nA,a ndwa sde v e l o pe di n t he60 s .S MA c o nne c t o r sa r epr e c i s i o n,s ub mi ni a t ur euni t st ha tpr o v i de e x c e l l e nte l e c t r i c a lpe r f o r ma nc eup t o 18 GHz .=e s et hr e a de d hi g hpe r f o r ma nc ec o nne c t o r sa r ec o mpa c ti ns i z ea nd me c ha ni c a l l y ha v e o ut s t a ndi ngdur a bi l i t y . =eS MB na mede r i v e sf r o mS ub Mi ni a t ur eB,a nd i ti st hes e c o nd s ubmi ni a t ur ede s i g n.=eS MBi sas ma l l e rv e r s i o no ft heS MAwi t hs na po nc o upl i ng .I tpr o v i de sbr o a dba nd c a pa bi l i t yt hr o ug h 4GHzwi t ha s na po nc o nne c t o rde s i g n.

8

5. ANTENNAS / TRANSMISSION LINES

MCXc o nne c t o r swe r ei nt r o duc e di nt he80s . Whi l et heMCXus e si de nt i c a li nne rc o nt a c ta ndi ns ul a t o rdi me ns i o nsa s t heS MB,t heo ut e rdi a me t e ro ft hepl ugi s30% s ma l l e rt ha nt heS MB. =i ss e r i e spr o v i de sde s i g ne r swi t ho pt i o nswhe r ewe i g hta nd phy s i c a l s pa c ea r el i mi t e d.MCX pr o v i de sbr o a dba ndc a pa bi l i t yt ho ug h 6GHz wi t has na po nc o nne c t o rde s i g n. I na ddi t i o nt ot he s es t a nda r dc o nne c t o r s ,mo s tWi Fide v i c e sus eav a r i e t y o fpr o pr i e t a r yc o nne c t o r s .Of t e n,t he s ea r es i mpl ys t a nda r dmi c r o wa v e c o nne c t o r swi t ht hec e nt r ec o nduc t o rpa r t sr e v e r s e d,o rt het hr e a dc uti n t heo ppo s i t edi r e c t i o n.=e s epa r t sa r eo f t e ni nt e g r a t e di nt oami c r o wa v e s y s t e m us i ngas ho r t ,Ae x i bl ej umpe rc a l l e dap i g t a i lt ha tc o nv e r t st heno ns t a nda r dc o nne c t o ri nt os o me t hi ngmo r er o b us ta ndc o mmo nl ya v a i l a bl e . S o meo ft he s ec o nne c t o r si nc l ude : RPTNC.=i si saTNCc o nne c t o rwi t ht heg e nde r sr e v e r s e d. U. FL ( a l s ok no wn a sMHF) .=i si spo s s i bl yt hes ma l l e s tmi c r o wa v e c o nne c t o rc ur r e nt l yi n wi deus e .=eU. FL/ MHF i st y pi c a l l yus e dt o c o nne c tami ni PCIr a di oc a r dt oa na nt e nnao rl a r g e rc o nne c t o r( s uc ha s a nN o rTNC)us i ngat hi nc a bl ei nwa hti sk no wna sap i g t a i l . =eMMCXs e r i e s ,whi c hi sa l s oc a l l e daMi c r o Ma t e ,i so neo ft hes ma l l e s t RFc o nne c t o rl i nea ndwa sde v e l o pe di nt he90s .MMCX i sami c r omi ni a t ur ec o nne c t o rs e r i e swi t hal o c ks na pme c ha ni s ma l l o wi ngf o r360 de g r e e sr o t a t i o ne na bl i ngAe x i bi l i t y . MCCa r dc o nne c t o r sa r ee v e ns ma l l e ra nd mo r ef r a g i l et ha n MMCX. =e yha v eas pl i to ut e rc o nne c t o rt ha tbr e a k se a s i l ya f t e rj us taf e w i nt e r c o nne c t s . Ada pt e r sa r es ho r t ,t wo s i de dde v i c e swhi c ha r eus e dt oj o i nt woc a bl e so r c o mpo ne nt swhi c hc a nno tbec o nne c t e ddi r e c t l y .Fo re x a mpl e ,a na da pt e rc a n beus e dt oc o nne c ta nS MAc o nne c t o rt oaBNC. Ada pt e r sma ya l s obeus e dt o⇠tt o g e t he rc o nne c t o r so ft hes a met y pe ,buto f di Ee r e ntg e nde r .

Fi g u r eATL6:AnN f e ma l eb a r r e la d a p t e r .

3. Connectors and adapters 9

Fo re x a mpl eav e r yus e f ula da pt e ri st heo newhi c he na bl e st oj o i nt woTy pe Nc o nne c t o r s ,ha v i ngs o c k e t( f e ma l e )c o nne c t o r so nbo t hs i de s .

Cho o s i ngt hepr o pe rc o nne c t o r “ =eg e nde rq ue s t i o n. ”Mo s tc o nne c t o r sha v eawe l lde ⇠ne dg e nde r .Ma l e c o nne c t o r sha v ea ne x t e r na lho us i ngo rs l e e v e( f r e q ue nt l ywi t ha ni nne r t hr e a d)t ha ti sme a ntt os ur r o undt hebo dyo ft hef e ma l ec o nne c t o r .=e y no r ma l l yha v eapi nt ha ti ns e r t si nt hec o r r e s po ndi ngs o c k e to ft hef e ma l e c o nne c t o r ,whi c h ha saho us i ngt hr e a de do nt heo ut e rs ur f a c eo rt wo ba y o ne ts t r udspr o t r udi ngf r o m ac y l i nde r .Be wa r eo fr e v e r s epo l a r i t y c o nne c t o r s ,i nwhi c ht hema l eha sa ni nne rs o c k e ta ndt hef e ma l ea n i nne rpi n.Us ua l l yc a bl e sha v ema l ec o nne c t o r so nbo t he nds ,whi l eRF de v i c e s( i . e .t r a ns mi t t e r sa nda nt e nna s )ha v ef e ma l ec o nne c t o r s .Li g ht ni ng a r r e s t o r s ,di r e c t i o na lc o upl e r sa nd l i ne t hr o ug hme a s ur i ngde v i c e sma y ha v ebo t hma l ea ndf e ma l ec o nne c t o r s .Bes ur et ha te v e r yma l ec o nne c t o r i ny o urs y s t e m ma t e swi t haf e ma l ec o nne c t o r . “ Le s si sb e s t ! ”Tr yt omi ni mi s et henumbe ro fc o nne c t o r sa nda da pt e r si n t heRFc ha i n.Ea c hc o nne c t o ri nt r o duc e ss o mea ddi t i o na ll o s s( upt oadB f o re a c hc o nne c t i o n,de pe ndi ngo nt hec o nne c t o r ! ) “ Buy ,do n ’ tbui l d! ”Asme nt i o ne de a r l i e r ,buyc a bl e st ha ta r ea l r e a dy t e r mi na t e dwi t ht hec o nne c t o r sy o une e dwhe ne v e rpo s s i bl e .S o l de r i ng c o nne c t o r si sno ta ne a s yt a s k ,a nd t odot hi sj o bpr o pe r l yi sa l mo s t i mpo s s i b l ef o rs ma l lc o nne c t o r sa sU. FLa ndMMCX.Ev e nt e r mi na t i ng “ Fo a m”c a bl e si sno ta ne a s yt a s k .Do n ’ tus eBNCf o r2. 4GHzo rhi g he r . Us eN t y pec o nne c t o r s( o rS MA,S MB,TNC,e t c . ) Mi c r o wa v ec o nne c t o r sa r e pr e c i s i o nma de pa r t s ,a nd c a n be e a s i l y da ma g e db ymi s t r e a t me nt .Asag e ne r a lr ul e ,y o us ho ul dr o t a t et heo ut e r s l e e v et ot i g ht e nt hec o nne c t o r ,l e a v i ngt her e s to ft hec o nne c t o r( a nd c a bl e )s t a t i o na r y .I fo t he rpa r t so ft he c o nne c t o ra r et wi s t e d whi l e t i g ht e ni ngo rl o o s e ni ng ,da ma g ec a ne a s i l yo c c ur . Ne v e rs t e po v e rc o nne c t o r s ,o rdr o pc o nne c t o r so nt heAo o rwhe n di s c o nne c t i ngc a bl e s( t hi sha ppe nsmo r eo f t e nt ha ny o uma yi ma g i ne , e s pe c i a l l ywhe nwo r k i ngo nama s to v e rar o o f ) . Ne v e rus et o o l sl i k epl i e r st ot i g ht e nc o nne c t o r s .Al wa y sus ey o urha nds . Whe n wo r k i ng o ut s i de ,r e me mbe rt ha t me t a l se x pa nd a t hi g h t e mpe r a t ur e sa ndc o nt r a c ta tl o wt e mpe r a t ur e s :c o nne c t o rt o ot i g hti nt he s umme rc a nbi ndo re v e nbr e a ki nwi nt e r .

10

5. ANTENNAS / TRANSMISSION LINES

Ant e nna sr a di a t i o npa t t e r ns Ant e nna sa r eav e r yi mpo r t a ntc o mpo ne nto fc o mmuni c a t i o ns y s t e ms .By de ⇠ni t i o n,a na nt e nnai sade v i c eus e dt ot r a ns f o r ma nRFs i g na lt r a v e l i ng o n at r a ns mi s s i o nl i ne i nt oa ne l e c t r o ma g ne t i c wa v ei nf r e es pa c e . Ant e nna sha v eapr o pe r t yk no wn a sr e c i pr o c i t y ,whi c h me a nst ha ta n a nt e nnawi l lma i nt a i nt hes a mec ha r a c t e r i s t i c sr e g a r dl e s si fwhe t he ri ti s t r a ns mi t t i ngo rr e c e i v i ng .Al la nt e nna so pe r a t ee @c i e nt l yo v e rar e l a t i v e l y na r r o wf r e q ue nc yba nd.Ana nt e nnamus tbet une dt ot hes a mef r e q ue nc y ba ndo ft her a di os y s t e mt owhi c hi ti sc o nne c t e d,o t he r wi s et her e c e pt i o n a ndt het r a ns mi s s i o nwi l lbei mpa i r e d.I nbr o a dc a s t i ng ,wec a nma k edo wi t hi ne @c i e ntr e c e i v i ng a nt e nna s ,be c a us et he t r a ns mi t t e r sa r ev e r y po we r f ul ,buti nt wo wa yc o mmuni c a t i o nswemus tha v epr o pe r l ys i z e d a nt e nna s .Whe nas i g na li sf e di nt oa na nt e nna ,t hea nt e nnawi l le mi t r a di a t i o ndi s t r i but e di ns pa c ei nac e r t a i nwa y .Ag r a phi c a lr e pr e s e nt a t i o n o ft her e l a t i v edi s t r i but i o no ft her a di a t e d po we ri ns pa c ei sc a l l e da r a di a t i o npa t t e r n.

4.

Antenna term glossary

Be f o r ewet a l ka bo uts pe c i ⇠ca nt e nna s ,t he r ea r eaf e wc o mmo nt e r mst ha t mus tbede ⇠ne da nde x pl a i ne d: I nputI mpe da nc e Fo ra ne @c i e ntt r a ns f e ro fe ne r g y ,t hei mpe da nc eo ft her a di o ,a nt e nna , a ndt r a ns mi s s i o nc a bl ec o nne c t i ngt he m mus tbet hes a me .Tr a ns c e i v e r s a ndt he i rt r a ns mi s s i o nl i ne sa r et y pi c a l l yde s i g ne df o r50R i mpe da nc e .I f t hea nt e nnaha sa ni mpe da nc edi Ee r e ntf r o m 50 R t he r ewi l lbea mi s ma t c ha ndr e Ae c t i o nswi l lo c c urunl e s sa ni mpe da nc ema t c hi ngc i r c ui t i si ns e r t e d.Whe na nyo ft he s ec o mpo ne nt sa r emi s ma t c he d,t r a ns mi s s i o n e @c i e nc ys uEe r s . Re t ur nl o s s Re t ur nl o s si sa no t he rwa yo fe x pr e s s i ngmi s ma t c h.I ti sal o g a r i t hmi cr a t i o me a s ur e di ndBt ha tc o mpa r e st hepo we rr e Ae c t e db yt hea nt e nnaPrt ot he po we rt ha ti sf e di nt ot hea nt e nnaf r o mt het r a ns mi s s i o nl i nePi : Re t u r nLo s s( i nd B)=20l o g i / Pr 10P

4. Antenna term glossary

11

Whi l es o mee ne r g ywi l la l wa y sber e Ae c t e dba c ki nt ot hes y s t e m,ahi g h r e t ur nl o s swi l ly i e l duna c c e pt a bl ea nt e nnape r f o r ma nc e . =ei nt e r a c t i o nbe t we e nt hewa v et r a v e l l i ngf r o mt het r a ns mi t t e rt ot he a nt e nnaa ndt hewa v er e Ae c t e db yt hea nt e nnat o wa r dst het r a ns mi t t e r c r e a t e swha ti sk no wna sas t a t i o na r ywa v e ,t he r e f o r ea na l t e r na t i v ewa yt o me a s ur et hei mpe da nc emi s ma t c hi sb yme a nso ft heVo l t a g eS t a nd i ng Wa v eRa t i o( VS WR) : Re t u r nLo s s( i nd B)=20l o g VS WR + 1/ VS WR1) 1 0( I nape r f e c t l yma t c he dt r a ns mi s s i o nl i ne ,VS WR=1. I npr a c t i c e ,wes t r i v et oma i nt a i naVS WRbe l o w2. Ba ndwi dt h =eba ndwi dt ho fa na nt e nnar e f e r st ot her a ng eo ff r e q ue nc i e sFH -FL o v e rwhi c ht hea nt e nnac a no pe r a t ec o r r e c t l y .=ea nt e nna ' sba ndwi dt hi s t henumbe ro fHzf o rwhi c ht hea nt e nname e t sc e r t a i nr e q ui r e me nt s ,l i k e e x hi bi t i ngag a i nwi t hi n3dBo ft hema x i mum g a i no raVS WRl e s st ha n1. 5. =eba ndwi dt hc a na l s obede s c r i be di nt e r mso fpe r c e nt a g eo ft hec e nt r e f r e q ue nc yo ft heba nd. Ba nd wi d t h=100( FH –FL) / FC . . . whe r e FH i st hehi g he s tf r e q ue nc yi nt heba nd,FL i st hel o we s t f r e q ue nc yi nt heba nd,a ndFC i st hec e nt r ef r e q ue nc yi nt heba nd. I nt hi swa y ,ba ndwi dt hi sc o ns t a ntr e l a t i v et of r e q ue nc y .I fba ndwi dt hwa s e x pr e s s e di na bs o l ut euni t so ff r e q ue nc y ,i two ul dbedi Ee r e ntde pe ndi ng upo nt hec e nt e rf r e q ue nc y . Di Ee r e ntt y pe so fa nt e nna sha v edi Ee r e ntba ndwi dt hl i mi t a t i o ns . Di r e c t i v i t ya ndGa i n Di r e c t i v i t yi st hea bi l i t yo fa na nt e nnat of o c use ne r g yi napa r t i c ul a r di r e c t i o n whe nt r a ns mi t t i ng ,o rt or e c e i v ee ne r g yf r o m a pa r t i c ul a r di r e c t i o nwhe nr e c e i v i ng . I fawi r e l e s sl i nkus e s⇠x e dl o c a t i o nsf o rbo t he nds ,i ti spo s s i bl et ous e a nt e nnadi r e c t i v i t yt oc o nc e nt r a t et her a di a t i o n be a m i nt hewa nt e d di r e c t i o n.

12

5. ANTENNAS / TRANSMISSION LINES

I n amo bi l ea ppl i c a t i o n whe r et het r a ns c e i v e ri sno t⇠x e d,i tma ybe i mpo s s i b l et opr e di c twhe r et het r a ns c e i v e rwi l lbe ,a nds ot hea nt e nna s ho ul di de a l l yr a di a t ea s we l la s po s s i bl ei na l l di r e c t i o ns . An o mni di r e c t i o na la nt e nnai sus e di nt he s ea ppl i c a t i o ns .Ga i nc a nno tbe de ⇠ne di nt e r mso faphy s i c a lq ua nt i t ys uc ha st hewa t to rt heo hm,buti t i sadi me ns i o nl e s sr a t i o .Ga i ni sg i v e ni nr e f e r e nc et oas t a nda r da nt e nna . =et womo s tc o mmo nr e f e r e nc ea nt e nna sa r et hei s o t r o pi ca nt e nnaa nd t heha l f wa v edi po l ea nt e nna . Di r e c t i v i t ya ndGa i n Di r e c t i v i t yi st hea bi l i t yo fa na nt e nnat of o c use ne r g yi napa r t i c ul a r di r e c t i o n whe nt r a ns mi t t i ng ,o rt or e c e i v ee ne r g yf r o m a pa r t i c ul a r di r e c t i o nwhe nr e c e i v i ng .I fawi r e l e s sl i nkus e s⇠x e dl o c a t i o nsf o rbo t h e nds ,i ti spo s s i bl et ous ea nt e nnadi r e c t i v i t yt oc o nc e nt r a t et her a di a t i o n be a m i nt he wa nt e d di r e c t i o n.I n a mo bi l ea ppl i c a t i o n whe r et he t r a ns c e i v e ri sno t⇠x e d,i tma y be i mpo s s i bl et o pr e di c twhe r et he t r a ns c e i v e rwi l lbe ,a nds ot hea nt e nnas ho ul di de a l l yr a di a t ea swe l la s po s s i bl ei na l ldi r e c t i o ns .An o mni di r e c t i o na la nt e nnai sus e di nt he s e a ppl i c a t i o ns .Ga i nc a nno tbede ⇠ne di nt e r mso faphy s i c a lq ua nt i t ys uc h a st hewa t to rt heo hm,buti ti sadi me ns i o nl e s sr a t i o .Ga i ni sg i v e ni n r e f e r e nc et oas t a nda r da nt e nna . =et womo s tc o mmo nr e f e r e nc ea nt e nna sa r et hei s o t r o pi ca nt e nnaa nd t heha l f wa v edi po l ea nt e nna . =ei s o t r o pi ca nt e nnar a di a t e se q ua l l ywe l li na l ldi r e c t i o ns .Re a li s o t r o pi c a nt e nna sdono te x i s t ,butt he ypr o v i deus e f ula nd s i mpl et he o r e t i c a l a nt e nnapa t t e r nswi t hwhi c ht oc o mpa r er e a la nt e nna s .Anyr e a la nt e nna wi l lr a di a t emo r ee ne r g yi ns o medi r e c t i o nst ha ni no t he r s .S i nc ea nt e nna s c a nno tc r e a t ee ne r g y ,t het o t a lpo we rr a di a t e di st hes a mea sa ni s o t r o pi c a nt e nna .Anya ddi t i o na le ne r g yr a di a t e di nt hedi r e c t i o ni tf a v o ur si so Es e t b ye q ua l l yl e s se ne r g yr a di a t e di ns o meo t he rdi r e c t i o n. =eg a i no fa n a nt e nnai nag i v e ndi r e c t i o ni st hea mo unto fe ne r g yr a di a t e di nt ha t di r e c t i o nc o mpa r e dt ot hee ne r g ya ni s o t r o pi ca nt e nnawo ul dr a di a t ei n t hes a medi r e c t i o nwhe ndr i v e nwi t ht hes a mei nputpo we r .Us ua l l ywea r e o nl yi nt e r e s t e di nt hema x i mum g a i n,whi c hi st heg a i ni nt hedi r e c t i o ni n whi c ht hea nt e nnai sr a di a t i ngmo s to ft hepo we r ,t hes oc a l l e db o r e s i g h t . Ana nt e nnag a i no f3dB c o mpa r e dt oa ni s o t r o pi ca nt e nnawo ul dbe wr i t t e na s3dBi . =eha l f wa v edi po l ec a n beaus e f uls t a nda r df o rc o mpa r i ngt oo t he r a nt e nna sa to nef r e q ue nc yo ro v e rav e r yna r r o wba ndo ff r e q ue nc i e s .

4. Antenna term glossary

13

Unl i k et hei s o t r o pi c ,i sv e r ye a s yt obui l da nds o me t i me sma nuf a c t ur e r s wi l le x pr e s st heg a i nwi t hr e f e r e nc et ot heha l f wa v edi po l ei ns t e a do ft he i s o t r o pi c .Ana nt e nnag a i no f3dBc o mpa r e dt oadi po l ea nt e nnawo ul d bewr i t t e na s3dBd.S i nc eaha l f wa v edi po l eha sag a i no f2. 15dBi ,we c a n⇠ndt hedBig a i no fa nya nt e nnab ya ddi ng2. 15t oi t sdBdg a i n. =eme t ho do fme a s ur i ngg a i nb yc o mpa r i ngt hea nt e nnaunde rt e s t a g a i ns ta k no wn s t a nda r da nt e nna ,whi c h ha sa c a l i br a t e dg a i n,i s t e c hni c a l l yk no wna sag a i nt r a ns f e rt e c hni q ue . Ra di a t i o nPa t t e r n =er a di a t i o npa t t e r no ra nt e nnapa t t e r nde s c r i be st her e l a t i v es t r e ng t ho f t her a di a t e d⇠e l di nv a r i o usdi r e c t i o nsf r o mt hea nt e nna ,a tac o ns t a nt di s t a nc e .=er a di a t i o npa t t e r ni sar e c e pt i o npa t t e r na swe l l ,s i nc ei ta l s o de s c r i be st her e c e i v i ngpr o pe r t i e so ft hea nt e nna ,a sac o ns e q ue nc eo f r e c i pr o c i t y .=er a di a t i o n pa t t e r ni st hr e e di me ns i o na l ,butus ua l l yt he publ i s he dr a di a t i o n pa t t e r nsa r eat wo di me ns i o na ls l i c eo ft het hr e e di me ns i o na lpa t t e r n,i nt heho r i z o nt a la ndv e r t i c a lpl a ne s . =e s epa t t e r n me a s ur e me nt sa r epr e s e nt e di ne i t he rar e c t a ng ul a ro ra po l a rf o r ma t . =ef o l l o wi ng⇠g ur es ho wsar e c t a ng ul a rpl o tpr e s e nt a t i o no fat y pi c a l t e ne l e me ntYa g ia nt e nnar a di a t i o npa t t e r n. =ed e t a i li sg o o dbuti ti sdi @c ul tt ov i s ua l i z et hea nt e nnabe ha v i o uri n di Ee r e ntdi r e c t i o ns .

Fi g u r eATL7:Ar e c t a ng u l a rp l o to ft h er a d i a t i o np a t t e r no faY a g ia nt e nna .

14

5. ANTENNAS / TRANSMISSION LINES

P o l a rc o o r di na t es y s t e msa r eus e da l mo s tuni v e r s a l l y . I nt hepo l a r c o o r di na t eg r a ph,po i nt sa r el o c a t e db ypr o j e c t i o na l o nga r o t a t i nga x i s( r a di us )t oa ni nt e r s e c t i o n wi t ho neo fs e v e r a lc o nc e nt r i c c i r c l e st ha tr e pr e s e ntt hec o r r e s po ngg a i ni ndB,r e f e r e nc e dt o0dBa tt he o ut e re dg eo ft hepl o t . =i sr e pr e s e nt a t i o nma k e si te a s i e rt og r a s pt her a di a ldi s t r i but i o no ft he a nt e nnapo we r . Fi g ur eATL8i sapo l a rpl o to ft hes a me10e l e me ntYa g ia nt e nna .

Fi g u r eATL8:#ep o l a rr a d i a t i o np a t t e r np l o to ft h es a mea nt e nna =e⇠ e l dpa t t e r nt ha te x i s t sc l o s et ot hea nt e nnai sdi Ee r e ntf r o mt heo ne a tadi s t a nc e ,whi c hi st heo neo fi nt e r e s t . =ef a r ⇠e l di sa l s oc a l l e dt her a di a t i o n⇠e l d. Fo rr a di a t i o npa t t e r nme a s ur e me nti ti si mpo r t a ntt oc ho o s eadi s t a nc e s u@c i e nt l yl a r g e .

4. Antenna term glossary

15

=emi ni mum pe r mi s s i bl edi s t a nc ede pe ndso nt hedi me ns i o nso ft he a nt e nnai nr e l a t i o nt ot hewa v e l e ng t h. =ea c c e pt e df o r mul af o rt hi sdi s t a nc ei s : 2 r d / λ mi n =2

whe r er st hemi ni mum di s t a nc ef r o mt hea nt e nna ,di st hel a r g e s t mi n i di me ns i o no ft hea nt e nna ,a ndλ i st hewa v e l e ng t h. Be a mwi dt h Ana nt e nna ' sbe a mwi dt hi sus ua l l yunde r s t o o dt ome a nt heha l f po we r be a mwi dt h.=epe a kr a di a t i o ni nt e ns i t yi sf o und,a ndt he nt hepo i nt so n e i t he rs i deo ft hepe a ka twhi c ht hepo we rha sr e duc e db yha l fa r el o c a t e d. =ea ng ul a rdi s t a nc ebe t we e nt heha l fpo we rpo i nt si sde ⇠ne da st he be a mwi dt h.Ha l ft hepo we re x pr e s s e di nde c i be l si s3dB,s ot heha l f po we rbe a mwi dt hi ss o me t i me sr e f e r r e dt oa st he3dBbe a mwi dt h.Bo t h ho r i z o nt a la ndv e r t i c a lbe a mwi dt ha r eus ua l l yc o ns i de r e d. As s umi ngt ha tmo s to ft her a di a t e dpo we ri sno tdi v i de di nt os i de l o be s , t he di r e c t i v ea nd he nc et he g a i ni si nv e r s e l y pr o po r t i o na lt ot he be a mwi dt h:a st hebe a mwi dt hde c r e a s e s ,t heg a i ni nc r e a s e s .A v e r yhi g h g a i na nt e nnac a nha v eabe a mwi dt ho faf e wde g r e e sa ndwi l lha v et obe po i nt e dv e r yc a r e f ul l yi no r de rno tt omi s st het a r g e t .=ebe a mwi dt hi s de ⇠ne db yt heha l fpo we rpo i nt sa ndi nt ur nde t e r mi ne st hec o v e r a g ea r e a . Co v e r a g ea r e ar e f e r st og e o g r a phi c a ls pa c e“ i l l umi na t e d”b yt hea nt e nna a ndi ti sr o ug hl yde ⇠ne db yt hei nt e r s e c t i o no ft hebe a mwi dt hwi t ht he e a r t hs ur f a c e .Onaba s es t a t i o n,i ti sno r ma l l yde s i r e dt oma x i mi s et he c o v e r a g ea r e a ,buts o me t i me so ne mus tr e s o r tt o“ do wnt i l t i ng ”t he a nt e nna ,e i t he rme c ha ni c a l l yo re l e c t r i c a l l y ,i no r de rt opr o v i des e r v i c e st o c us t o me r sv e r yc l o s et ot he ba s es t a t i o na nd t he r e f o r e be l o w t he be a mwi dt ho fano nt i l t e da nt e nna .=i sdo wnt i l t i ngc o ul dbea c hi e v e d b yme c ha ni c a l l yi nc l i ni ngt hea nt e nna ,buto f t e nt hebe a mc a nbes t e e r e d b yc ha ng i ngt hepha s eo ft hes i g na la ppl i e dt ot hedi Ee r e nte l e me nt so f t hea nt e nnai nwha ti sk no wna se l e c t r i c a l l ydo wnt i l t i ng . S i de l o be s Noa nt e nnai sa bl et or a di a t ea l lt hee ne r g yi no nepr e f e r r e ddi r e c t i o n. S o mei si ne v i t a bl yr a di a t e di no t he rdi r e c t i o ns .The s es ma l l e rpe a k sa r e r e f e r r e dt oa ss i de l o be s ,c o mmo nl ys pe c i ⇠e di ndBdo wnf r o mt hema i nl o be .

16

5. ANTENNAS / TRANSMISSION LINES

I na nt e nnade s i g n,aba l a nc emus tbes t r uc kbe t we e ng a i na nds i de l o be s . Nul l s I na na nt e nnar a di a t i o npa t t e r n,anul li saz o nei nwhi c ht hee Ee c t i v e r a di a t e dpo we ri sa tami ni mum.Anul lo f t e nha sana r r o wdi r e c t i v i t ya ng l e c o mpa r e dt ot ha to ft hema i n be a m.=us ,t henul li sus e f ulf o rs e v e r a l pur po s e s ,s uc ha ss uppr e s s i o no fi nt e r f e r i ngs i g na l si nag i v e ndi r e c t i o n P o l a r i z a t i o n P o l a r i z a t i o ni sde ⇠ne da st heo r i e nt a t i o no ft hee l e c t r i c⇠ e l do fa n e l e c t r o ma g ne t i cwa v e .=ei ni t i a lpo l a r i z a t i o no far a di owa v ei sde t e r mi ne d b yt he a nt e nna .Mo s ta nt e nna sa r ee i t he rv e r t i c a l l yo rho r i z o nt a l l y po l a r i z e d.

Fi g ur eATL9:# ee l e c t r i c@e l di spe r pe ndi c ul art omag ne t i c@e l d, bo t ho fwhi c har epe r pe ndi c ul art ot hedi r e c t i o no fpr o pag at i o n.

4. Antenna term glossary

17

=epo l a r i z a t i o no ft het r a ns mi t t i ng a nd t her e c e i v i ng a nt e nnamus t ma t c h,o rav e r ybi gl o s swi l lbei nc ur r e d. S o memo de r ns y s t e mst a k ea dv a nt a g eo fpo l a r i z a t i o nb ys e ndi ngt wo i nde pe nde nts i g na l sa tt hes a mef r e q ue nc y ,s e pa r a t e db yt hepo l a r i z a t i o n. P o l a r i z a t i o ni si ng e ne r a lde s c r i be db ya ne l l i ps e .Twos pe c i a lc a s e so f e l l i pt i c a lpo l a r i z a t i o na r el i ne a rpo l a r i z a t i o na ndc i r c ul a rpo l a r i z a t i o n. Wi t hl i ne a rpo l a r i z a t i o n,t hee l e c t r i c⇠e l dv e c t o rs t a y si nt hes a mepl a nea l l t het i me . =ee l e c t r i c ⇠e l d ma yl e a v et hea nt e nnai n av e r t i c a lo r i e nt a t i o n,a ho r i z o nt a lo r i e nt a t i o n,o ra ts o mea ng l ebe t we e nt het wo . Ve r t i c a l l ypo l a r i z e dr a di a t i o ni ss o me wha tl e s sa Ee c t e db yr e Ae c t i o nso v e r t het r a ns mi s s i o npa t h. Omni di r e c t i o na la nt e nna sno r ma l l yha v ev e r t i c a lpo l a r i z a t i o n. Ho r i z o nt a la nt e nna sa r el e s sl i k e l yt opi c kupma n-ma dei nt e r f e r e nc e , whi c ho r di na r i l yi sv e r t i c a l l ypo l a r i z e d. I nc i r c ul a rpo l a r i z a t i o nt hee l e c t r i c⇠e l dv e c t o ra ppe a r st ober o t a t i ngwi t h c i r c ul a rmo t i o na bo utt hedi r e c t i o no fpr o pa g a t i o n,ma k i ngo nef ul lt ur n f o re a c hRFc y c l e .=i sr o t a t i o nma yber i g ht ha ndo rl e f t ha nd. Cho i c eo fpo l a r i z a t i o ni so neo ft hede s i g nc ho i c e sa v a i l a bl et ot heRF s y s t e m de s i g ne r . P o l a r i z a t i o nMi s ma t c h I no r de rt ot r a ns f e rma x i mum po we rbe t we e nat r a ns mi ta ndar e c e i v e a nt e nna ,bo t ha nt e nna smus tha v et hes a mes pa t i a lo r i e nt a t i o n,a ndt he s a mepo l a r i z a t i o ns e ns e . Whe nt hea nt e nna sa r eno ta l i g ne do rdono tha v et hes a mepo l a r i z a t i o n, t he r ewi l lbear e duc t i o ni npo we rt r a ns f e rbe t we e nt het woa nt e nna s .=i s r e duc t i o ni npo we rt r a ns f e rwi l lr e duc et heo v e r a l ls y s t e me @c i e nc ya nd pe r f o r ma nc e . Whe nt het r a ns mi ta nd r e c e i v ea nt e nna sa r ebo t hl i ne a r l y po l a r i z e d, phy s i c a la nt e nnami s a l i g nme ntwi l lr e s ul ti napo l a r i z a t i o nmi s ma t c hl o s s , whi c hc a nbede t e r mi ne dus i ngt hef o l l o wi ngf o r mul a : Lo s s( d B)=20l o g ( c o sθ) 1 0 . . . whe r eθ i st hedi Ee r e nc ei nt hepo l a r i z a t i o na ng l ebe t we e nt het wo

18

5. ANTENNAS / TRANSMISSION LINES

a nt e nna s . Fo r15°t hel o s si sa ppr o x i ma t e l y0. 3dB,f o r30°wel o s e1. 25dB,f o r45° wel o s e3dBa ndf o r90°weha v ea ni n⇠ni t el o s s . I ns ho r t ,t heg r e a t e rt hemi s ma t c hi npo l a r i z a t i o nbe t we e nat r a ns mi t t i ng a ndr e c e i v i nga nt e nna ,t heg r e a t e rt hel o s s . I nt her e a lwo r l d,a90°mi s ma t c hi npo l a r i z a t i o ni sq ui t el a r g ebutno t i n⇠ni t e .S o mea nt e nna s ,s uc ha sYa g i so rc a na nt e nna s ,c a n bes i mpl y r o t a t e d90°t oma t c ht hepo l a r i z a t i o no ft heo t he re ndo ft hel i nk . Y o uc a nus et hepo l a r i z a t i o ne Ee c tt oy o ura dv a nt a g eo napo i nt t opo i nt l i nk . Us eamo ni t o r i ngt o o lt oo bs e r v ei nt e r f e r e nc ef r o ma dj a c e ntne t wo r k s ,a nd r o t a t eo nea nt e nnaunt i ly o us e et hel o we s tr e c e i v e ds i g na l .=e nbr i ng y o url i nko nl i nea ndo r i e nt a t et heo t he re ndt oma t c hpo l a r i z a t i o n. =i st e c hni q uec a ns o me t i me sbeus e dt obui l ds t a bl el i nk s ,e v e ni nno i s y r a di oe nv i r o nme nt s . P o l a r i z a t i o nmi s ma t c hc a nbee x pl o i t e dt os e ndt wodi Ee r e nts i g na l so n t hes a mef r e q ue nc ya tt hes a met i me ,t husdo ubl i ngt het hr o ug hputo ft he l i nk .S pe c i a la nt e nna st ha tha v edua lf e e dsc a nbeus e df o rt hi spur po s e . =e yha v et woRFc o nne c t o r st ha ta t t a c ht ot woi nde pe nde ntr a di o s .=e r e a ll i f et hr o ug hputi ss o me wha tl o we rt ha nt wi c et hes i ng l ea nt e nna t hr o ug hputbe c a us eo ft hei ne v i t a bl ec r o s spo l a r i z a t i o ni nt e r f e r e nc e . Fr o nt t oba c kr a t i o I ti so f t e n us e f ult oc o mpa r et he f r o nt t oba c kr a t i oo fdi r e c t i o na l a nt e nna s .=i si st her a t i oo ft hema x i mum di r e c t i v i t yo fa na nt e nnat oi t s di r e c t i v i t yi nt heo ppo s i t edi r e c t i o n. Fo re x a mpl e ,whe nt her a di a t i o npa t t e r ni spl o t t e do nar e l a t i v edBs c a l e , t hef r o nt t oba c kr a t i oi st hedi Ee r e nc ei ndB be t we e nt hel e v e lo ft he ma x i mum r a di a t i o ni nt hef o r wa r ddi r e c t i o na ndt hel e v e lo fr a di a t i o na t 180de g r e e sf r o mi t . =i snumbe ri sme a ni ng l e s sf o ra no mni di r e c t i o na la nt e nna ,buti ti sq ui t e r e l e v a ntwhe nbui l di ngas y s t e m wi t hr e pe a t e r s ,i nwhi c ht hes i g na ls e nt ba c k wa r dwi l li nt e r f e r ewi t ht heus e f uls i g na la ndmus tbemi ni mi s e d. Ant e nnaApe r t ur e =ee l e c t r i c a l“ a pe r t ur e ”o far e c e i v i nga nt e nnai sde ⇠ne da st hec r o s s s e c t i o no fapa r a bo l i ca nt e nnat ha two ul dde l i v e rt hes a mepo we rt oa

4. Antenna term glossary

19

ma t c he dl o a d. I ti se a s yt os e et ha tapa r a bo l i cg r i dha sa na pe r t ur ev e r ys i mi l a rt oas o l i d pa r a bo l o i d. =ea pe r t ur eo fa na nt e nnai spr o po r t i o na lt ot heg a i n. Byr e c i pr o c i t y ,t hea pe r t ur ei st hes a mef o rat r a ns mi t t i nga nt e nna . No t i c et ha tt hec o nc e pto fa pe r t ur ei sno te a s i l yv i s ua l i s e di nt hec a s eo fa wi r ea nt e nnai n whi c ht hephy s i c a la r e ai sne g l i g i bl e .I nt hi sc a s et he a nt e nnaa pe r t ur emus tbede r i v e df r o mt hef o r mul ao ft heg a i n.

5.

Types of antennas

Ac l a s s i ⇠c a t i o no fa nt e nna sc a nbeba s e do n: Fr e q ue nc ya nds i z e . Ant e nna sus e df o rHFa r edi Ee r e ntf r o ma nt e nna sus e df o rVHF ,whi c hi n t ur na r edi Ee r e ntf r o ma nt e nna sf o rmi c r o wa v e .=ewa v e l e ng t hi sdi Ee r e nta t di Ee r e ntf r e q ue nc i e s ,s ot hea nt e nna smus tbedi Ee r e nti ns i z et or a di a t e s i g na l sa tt hec o r r e c twa v e l e ng t h. Wea r epa r t i c ul a r l yi nt e r e s t e di na nt e nna swo r k i ngi nt hemi c r o wa v er a ng e , e s pe c i a l l yi nt he2. 4GHza nd5GHzf r e q ue nc i e s . At2. 4GHzt hewa v e l e ng t hi s12. 5c m,whi l ea t5GHzi ti s6c m.

Di r e c t i v i t y . Ant e nna sc a nbeo mni di r e c t i o na l ,s e c t o r i a lo rdi r e c t i v e .Omni di r e c t i o na l a nt e nna sr a di a t er o ug hl yt hes a mes i g na la l la r o und t hea nt e nnai na c o mpl e t e360°pa t t e r n. =emo s tpo pul a rt y pe so fo mni di r e c t i o na la nt e nna sa r et hedi po l ea nd t heg r o undpl a ne .S e c t o r i a la nt e nna sr a di a t epr i ma r i l yi nas pe c i ⇠ca r e a . =ebe a mc a nbea swi dea s180de g r e e s ,o ra sna r r o wa s60de g r e e s . Di r e c t i o na lo rdi r e c t i v ea nt e nna sa r ea nt e nna si nwhi c ht hebe a mwi dt hi s muc hna r r o we rt ha ni ns e c t o r i a la nt e nna s .=e yha v et hehi g he s tg a i na nd a r et he r e f o r eus e df o rl o ngdi s t a nc el i nk s . Ty pe so fdi r e c t i v ea nt e nna sa r et heYa g i ,t hebi q ua d,t heho r n,t he he l i c o i da l ,t hepa t c ha nt e nna ,t hepa r a bo l i cdi s h,a ndma nyo t he r s .

20

5. ANTENNAS / TRANSMISSION LINES

Fi g u r eATL10:Ant e nnat y p e s Phy s i c a lc o ns t r uc t i o n. Ant e nna sc a nbec o ns t r uc t e di nma nydi Ee r e ntwa y s ,r a ng i ngf r o ms i mpl e wi r e s ,t opa r a bo l i cdi s he s ,t oc o Ee ec a ns . Whe nc o ns i de r i nga nt e nna ss ui t a b l ef o r2. 4GHzWLAN us e ,a no t he r c l a s s i ⇠c a t i o nc a nbeus e d: Appl i c a t i o n. Ac c e s spo i nt st e ndt oma k epo i nt t omul t i po i ntne t wo r k s ,whi l er e mo t e l i nk so rba c k bo ne sa r epo i nt t opo i nt .Ea c ho ft he s es ug g e s tdi Ee r e nt t y pe so fa nt e nna sf o rt he i rpur po s e .No de st ha ta r eus e df o rmul t i po i nt a c c e s swi l ll i k e l yus eo mnia nt e nna swhi c hr a di a t ee q ua l l yi na l ldi r e c t i o ns , o rs e v e r a ls e c t o r i a la nt e nna se a c hf o c us i ngi nt oas ma l la r e a .I nt hepo i nt t opo i ntc a s e ,a nt e nna sa r eus e dt oc o nne c tt wos i ng l el o c a t i o nst o g e t he r . Di r e c t i v ea nt e nna sa r et hepr i ma r yc ho i c ef o rt hi sa ppl i c a t i o n. A br i e fl i s to fc o mmo nt y peo fa nt e nna sf o rt he2. 4GHzf r e q ue nc yi s pr e s e nt e dno w,wi t has ho r tde s c r i pt i o na ndba s i ci nf o r ma t i o na bo utt he i r c ha r a c t e r i s t i c s .

5. Types of antennas21

1/ 4wa v e l e ng t hg r o undpl a ne . =e 1⁄ 4 wa v e l e ng t hg r o und pl a ne a nt e nna i sv e r ys i mpl ei ni t s c o ns t r uc t i o na ndi sus e f ulf o rc o mmuni c a t i o nswhe ns i z e ,c o s ta nde a s eo f c o ns t r uc t i o na r ei mpo r t a nt .=i sa nt e nna i sde s i g ne dt ot r a ns mi ta v e r t i c a l l ypo l a r i z e ds i g na l .I tc o ns i s t so fa1⁄ 4wa v e l e ng t he l e me nta sa c t i v e e l e me nta ndt hr e eo rf o ur1⁄ 4wa v e l e ng t hg r o unde l e me nt sbe nt30t o45 de g r e e sdo wn.=i ss e to fe l e me nt s ,c a l l e dr a di a l s ,i sk no wna sag r o und pl a ne .

Fi g u r eATL11:Qu a r t e rwa v e l e ng t hg r o u ndp l a nea nt e nna . =i si sas i mpl ea nde Ee c t i v ea nt e nnat ha tc a nc a pt ur eas i g na le q ua l l y f r o ma l ldi r e c t i o ns .=eg a i no ft hi sa nt e nnai si nt heo r de ro f2-4dBi . Ya g i Udaa nt e nna A ba s i cYa g io rmo r epr o pe r l yYa g i Udaa nt e nnac o ns i s t so fac e r t a i n numbe ro fs t r a i g ht e l e me nt s ,e a c h me a s ur i ng a ppr o x i ma t e l y ha l f wa v e l e ng t h.=edr i v e no ra c t i v ee l e me nto faYa g ii st hee q ui v a l e nto fa c e nt r e f e d,ha l f wa v edi po l ea nt e nna . Pa r a l l e lt ot hedr i v e ne l e me nt ,a nda ppr o x i ma t e l y0. 2t o0. 5wa v e l e ng t ho n e i t he rs i deo fi t ,a r es t r a i g htr o dso rwi r e sc a l l e dr e Ae c t o r sa nddi r e c t o r s ,o r s i mpl ypa s s i v ee l e me nt s .

22

5. ANTENNAS / TRANSMISSION LINES

Ar e Ae c t o ri spl a c e dbe hi ndt hedr i v e ne l e me nta ndi ss l i g ht l yl o ng e rt ha n ha l fwa v e l e ng t h;di r e c t o r sa r epl a c e di nf r o nto ft hedr i v e ne l e me nta nda r e s l i g ht l ys ho r t e rt ha nha l fwa v e l e ng t h.At y pi c a lYa g iha so ner e Ae c t o ra nd o neo rmo r edi r e c t o r s . =ea nt e nnapr o pa g a t e se l e c t r o ma g ne t i c ⇠e l de ne r g yi nt hedi r e c t i o n r unni ng f r o m t hedr i v e ne l e me ntt o wa r dt hedi r e c t o r s ,a nd i smo s t s e ns i t i v et oi nc o mi nge l e c t r o ma g ne t i c⇠e l de ne r g yi nt hi ss a medi r e c t i o n. =emo r edi r e c t o r saYa g iha s ,t heg r e a t e rt heg a i n. Fo l l o wi ng i st hepho t oo faYa g ia nt e nnawi t h 5 di r e c t o r sa nd o ne r e Ae c t o r .Ya g ia nt e nna sa r eo f t e ne nc l o s e di nac y l i ndr i c a lr a do met oa Eo r d pr o t e c t i o nf r o mt hewe a t he r .

Fi g u r eATL12:Y a g i Ud a Ya g ia nt e nna sa r eus e dpr i ma r i l yf o rP o i nt t oP o i ntl i nk s ,ha v eag a i nf r o m 10t o20dBia ndaho r i z o nt a lbe a mwi dt ho f10t o20de g r e e s . Ho r n =e ho r na nt e nna de r i v e si t s na me f r o m t he c ha r a c t e r i s t i c Aa r e d a ppe a r a nc e . =eAa r e dpo r t i o nc a nbes q ua r e ,r e c t a ng ul a r ,c y l i ndr i c a lo rc o ni c a l . =edi r e c t i o no fma x i mum r a di a t i o nc o r r e s po ndswi t ht hea x i so ft he ho r n. I ti se a s i l yf e dwi t hawa v e g ui de ,butc a nbef e dwi t hac o a x i a lc a bl ea nda pr o pe rt r a ns i t i o n. Whi l ei ti sc umb e r s o met oma k eaho r na nt e nnaa tho me ,ac y l i ndr i c a l c a nwi t hpr o pe rdi me ns i o nswi l l ha v es i mi l a rc ha r a c t e r i s t i c s .

5. Types of antennas23

Fi g u r eATL13:Fe e dh o r nma d ef r o m af o o dc a n. Ho r na nt e nna sa r ec o mmo nl y us e da st hea c t i v ee l e me nti n a di s h a nt e nna .=eho r ni spo i nt e dt o wa r dt hec e nt r eo ft hedi s hr e Ae c t o r . =eus eo faho r n,r a t he rt ha nadi po l ea nt e nnao ra nyo t he rt y peo f a nt e nna ,a tt hef o c a lpo i nto ft hedi s hmi ni mi z e sl o s so fe ne r g ya r o undt he e dg e so ft hedi s hr e Ae c t o r . At2. 4GHz ,as i mpl eho r na nt e nnama dewi t hat i nc a nha sag a i ni nt he o r de ro f10dBi . Pa r a bo l i cDi s h Ant e nna sba s e do n pa r a bo l i cr e Ae c t o r sa r et hemo s tc o mmo nt y peo f di r e c t i v ea nt e nna swhe nahi g hg a i ni sr e q ui r e d. =ema i na dv a nt a g ei st ha tt he yc a nbema det oha v eg a i na nddi r e c t i v i t y a sl a r g ea sr e q ui r e d.=ema i ndi s a dv a nt a g ei st ha tbi gdi s he sa r edi @c ul t t omo unta nda r el i k e l yt oha v eal a r g ewi ndl o a d. Ra ndo me sc a nbeus e dt or e duc et hewi ndl o a do rwi nda g e ,a swe l la sf o r we a t he rpr o t e c t i o n.

24

5. ANTENNAS / TRANSMISSION LINES

Fi g u r eATL14:As o l i dd i s ha nt e nna . Di s he supt oo neme t r ea r eus ua l l yma def r o ms o l i dma t e r i a l . Al umi num i sf r e q ue nt l yus e df o ri t swe i g hta dv a nt a g e ,i t sdur a bi l i t ya nd g o o de l e c t r i c a lc ha r a c t e r i s t i c s . Wi nda g ei nc r e a s e sr a pi dl y wi t h di s hs i z ea nd s o o n be c o me sas e v e r e pr o bl e m.Di s he swhi c hha v ear e Ae c t i ngs ur f a c et ha tus e sa no pe nme s h a r ef r e q ue nt l yus e d. =e s eha v eapo o r e rf r o nt t oba c kr a t i o ,buta r es a f e rt ous ea nde a s i e rt o bui l d. Co ppe r ,a l umi num,br a s s ,g a l v a ni z e ds t e e la nd s t e e la r es ui t a bl eme s h ma t e r i a l s .

5. Types of antennas25

Bi Qua d =eBi Qua da nt e nnai ss i mpl et obui l da ndo Ee r sg o o ddi r e c t i v i t ya nd g a i nf o rP o i nt t oP o i ntc o mmuni c a t i o ns .I tc o ns i s t so fat wos q ua r e so ft he s a mes i z eo f1⁄ 4wa v e l e ng t ha sar a di a t i nge l e me nta ndo fame t a l l i cpl a t e o rg r i da sr e Ae c t o r .=i sa nt e nnaha sabe a mwi dt ho fa bo ut70de g r e e sa nd ag a i ni nt heo r de ro f1012dBi .I tc a nbeus e da ss t a nda l o nea nt e nnao r a sf e e de rf o raPa r a bo l i cDi s h. =epo l a r i z a t i o ni ss uc ht ha tl o o k i nga tt hea nt e nnaf r o mt hef r o nt ,i ft he s q ua r e sa r epl a c e ds i deb ys i det hepo l a r i z a t i o ni sv e r t i c a l .

Fi g u r eATL15:#eBi Qu a d . Lo gP e r i o di cAnt e nna s Lo gpe r i o di ca nt e nna sha v emo de r a t eg a i no v e rawi def r e q ue nc yba nd, =e ya r eo f t e nus e di ns pe c t r um a na l y s e r sf o rt e s t i ngpur po s e sa nda r ea l s o po pul a ra sTV r e c e i v i nga nt e nna ss i nc et he yc a ne @c i e nt l yc o v e rf r o m c ha nne l2upt oc ha nne l14.=e s ea nt e nna sa r eus e di n Whi t es pa c e de v i c e st ha tr e q ui r et hea bi l i t yt owo r ki nwi de l ydi Ee r e ntc ha nne l s .

26

5. ANTENNAS / TRANSMISSION LINES

Fi g u r eATL16:Lo gp e r i o d i ca nt e nna Ot he rAnt e nna s Ma nyo t he rt y pe so fa nt e nna se x i s ta ndne wo ne sa r ec r e a t e df o l l o wi ng a dv a nc e si nt e c hno l o g y . S e c t o ro rS e c t o r i a la nt e nna s :t he ya r ewi de l yus e di nc e l l ul a rt e l e pho ny i nf r a s t r uc t ur ea nd a r eus ua l l ybui l ta ddi ngar e Ae c t i v epl a t et oo neo r mo r epha s e ddi po l e s . =e i rho r i z o nt a lbe a mwi dt hc a nbea swi dea s180de g r e e s ,o ra sna r r o wa s 60de g r e e s ,whi l et hev e r t i c a l i sus ua l l ymuc hna r r o we r . Co mpo s i t ea nt e nna sc a n bebui l twi t hma nyS e c t o r st oc o v e rawi de r ho r i z o nt a lr a ng e( mul t i s e c t o r i a l a nt e nna ) . Pa ne lo rPa t c ha nt e nna s :t he ya r es o l i d Aa tpa ne l sus e df o ri ndo o r c o v e r a g e ,wi t hag a i nupt o23dBi .

6. Re-ector theory 27

6.

Re!ector theory

=eba s i cpr o pe r t yo fape r f e c tpa r a bo l i cr e Ae c t o ri st ha ti tc o nv e r t sa s phe r i c a lwa v ei r r a di a t i ngf r o m apo i nts o ur c epl a c e da tt hef o c usi nt oa pl a newa v e .Co nv e r s e l y ,a l lt hee ne r g yr e c e i v e db yt hedi s hf r o m adi s t a nt s o ur c ei sr e Ae c t e dt oas i ng l epo i nta tt hef o c uso ft hedi s h.=epo s i t i o no f t hef o c us ,o rf o c a ll e ng t h,i sg i v e nb y : f=D2/ 16c . . . whe r eD i st hedi s hdi a me t e ra ndci st hede pt ho ft hepa r a bo l aa ti t s c e nt r e . =es i z eo ft hedi s hi st hemo s ti mpo r t a ntf a c t o rs i nc ei tde t e r mi ne st he ma x i mum g a i nt ha tc a n bea c hi e v e da tt heg i v e nf r e q ue nc ya nd t he r e s ul t i ngbe a mwi dt h.=eg a i na ndbe a mwi dt ho bt a i ne da r eg i v e nb y : 2 Ga i n=( ( 3. 14D) /λ2)η

Be a mwi d t h=70λ /D . . . whe r eD i st hedi s hdi a me t e ra ndη i st hee @c i e nc y .=ee @c i e nc yi s de t e r mi ne dma i nl yb yt hee Ee c t i v e ne s so fi l l umi na t i o no ft hedi s hb yt he f e e d,buta l s ob yo t he rf a c t o r s .Ea c ht i met hedi a me t e ro fadi s hi s do ubl e d,t heg a i ni sf o urt i me so r6dBg r e a t e r .I fbo t hs t a t i o nsdo ubl et he s i z eo ft he i rdi s he s ,s i g na ls t r e ng t hc a n bei nc r e a s e db y12dB,av e r y s ubs t a nt i a lg a i n.An e @c i e nc yo f50% c a n bea s s ume d whe n ha ndbui l di nga nt e nna s . =er a t i of/D ( f o c a ll e ng t h/ di a me t e ro ft hedi s h)i st hef unda me nt a l f a c t o rg o v e r ni ngt hede s i g no ft hef e e df o radi s h.=er a t i oi sdi r e c t l y r e l a t e dt ot heb e a mwi dt ho ft hef e e dne c e s s a r yt oi l l umi na t et hedi s h e Ee c t i v e l y .Twodi s he so ft hes a medi a me t e rbutdi Ee r e ntf o c a ll e ng t hs r e q ui r edi Ee r e ntde s i g no ff e e di fbo t ha r et obei l l umi na t e de @c i e nt l y . =ev a l ueo f0. 25c o r r e s po ndst ot hec o mmo nf o c a l pl a nedi s hi nwhi c h t hef o c usi si nt hes a mepl a nea st her i mo ft hedi s h. =eo pt i mum i l l umi na t i o no fadi s hi sac o mpr o mi s ebe t we e nma x i mi s i ng t heg a i na ndmi ni mi s i ngt hes i de l o be s .

28

7.

5. ANTENNAS / TRANSMISSION LINES

Ampli$ers

Asme nt i o ne de a r l i e r ,a nt e nna sdono ta c t ua l l yc r e a t epo we r .=e ys i mpl y di r e c ta l la v a i l a bl epo we ri nt oapa r t i c ul a rpa t t e r n.Byus i ngapo we r a mpl i ⇠e r ,y o uc a nus eDC po we rt oa ug me nty o ura v a i l a bl es i g na l .An a mpl i ⇠e rc o nne c t sbe t we e nt her a di ot r a ns mi t t e ra ndt hea nt e nna ,a ndha s a na ddi t i o na lc a bl et ha tc o nne c t st oapo we rs o ur c e . Ampl i ⇠e r sa r ea v a i l a bl et ha two r ka t2. 4GHz ,a ndc a na dds e v e r a lWa t t s o fpo we rt oy o urt r a ns mi s s i o n.=e s ede v i c e ss e ns ewhe na na t t a c he dr a di o i st r a ns mi t t i ng ,a ndq ui c k l ypo we rupa nda mpl i f yt hes i g na l .=e yt he n s wi t c ho Ea g a i nwhe nt r a ns mi s s i o ne nds .Whe nr e c e i v i ng ,t he ya l s oa dd a mpl i ⇠c a t i o nt ot hes i g na lbe f o r es e ndi ngi tt ot her a di o . Unf o r t una t e l y ,s i mpl ya ddi nga mpl i ⇠e r swi l lno tma g i c a l l ys o l v ea l lo fy o ur ne t wo r k i ngpr o b l e ms . Wedono tdi s c us spo we ra mpl i ⇠e r sa tl e ng t hi nt hi sbo o kbe c a us et he r e a r eanumbe ro fs i g ni ⇠c a ntdr a wba c k st ous i ngt he m: •

•

•

•

=e ya r ee x pe ns i v e .Ampl i ⇠e r smus two r ka tr e l a t i v e l y wi deba ndwi dt hsa t2. 4GHz ,a ndmus ts wi t c hq ui c k l y e no ug ht owo r kf o rWi -Fia ppl i c a t i o ns . =e y pr o v i de no a ddi t i o na ldi r e c t i o na l i t y .Hi g hg a i n a nt e nna sno to nl yi mpr o v et hea v a i l a bl ea mo unto fs i g na l , butt e ndt or e j e c tno i s ef r o mo t he rdi r e c t i o ns .Ampl i ⇠e r s bl i ndl ya mpl i f ybo t hde s i r e da ndi nt e r f e r i ngs i g na l s ,a nd c a nma k ei nt e r f e r e nc epr o bl e mswo r s e . Ampl i ⇠e r sg e ne r a t eno i s ef o ro t he rus e r so ft heba nd.By i nc r e a s i ngy o uro ut putpo we r ,y o ua r ec r e a t i ngal o ude r s o ur c eo fno i s ef o ro t he rus e r so ft heunl i c e ns e dba nd. Co nv e r s e l y ,a ddi nga nt e nnag a i nwi l li mpr o v ey o url i nk a nd c a na c t ua l l y de c r e a s et he no i s el e v e lf o ry o ur ne i g hbo ur s . Us i nga mpl i ⇠e r si so f t e ni l l e g a l .Ev e r yc o unt r yi mpo s e s po we rl i mi t so nus eo funl i c e ns e ds pe c t r um.Addi nga n a nt e nnat oahi g hl ya mpl i ⇠e ds i g na lwi l ll i k e l yc a us et he l i nkt oe x c e e dl e g a ll i mi t s .

Ant e nna sc o s tf a rl e s st ha na mps ,a nd c a ni mpr o v eal i nks i mpl yb y c ha ng i ngt hea nt e nnao no nee nd.

7. Ampli/ers

29

Us i ngmo r es e ns i t i v er a di o sa ndg o o dq ua l i t yc a bl ea l s ohe l pss i g ni ⇠c a nt l y o nl o ngdi s t a nc ewi r e l e s sl i nk s . =e s et e c hni q ue sa r eunl i k e l yt oc a us epr o bl e msf o ro t he rus e r so ft he ba nd,a nds ower e c o mme ndpur s ui ngt he m be f o r ea ddi nga mpl i ⇠e r s . Ma nyma nuf a c t ur e r so Ee rhi g hpo we rv e r s i o nso ft he i rWi Fir a di o sa t bo t h2a nd5GHz ,whi c hha v eabui l ti na mpl i ⇠e r s . =e s ea r ebe t t e rt ha ne x t e r na la mpl i ⇠e r s ,butdono ta s s umet ha ti ti s a l wa y ss ma r tt ous et hehi g hpo we rv e r s i o n,f o rma nya ppl i c a t i o nt he s t a nda r dpo we rc o upl e dwi t hahi g hg a i na nt e nnai sa c t ua l l ybe t t e r .

8.

Practical antenna designs

=ec o s to f2. 4GHza nt e nna sha sf a l l e ndr a ma t i c a l l ywi t ht hei nc r e a s e d po pul a r i t yo fWi Fi .I nno v a t i v e de s i g nsus es i mpl e rpa r t sa nd f e we r ma t e r i a l st oa c hi e v ei mpr e s s i v eg a i n wi t hr e l a t i v e l yl i t t l e ma c hi ni ng . Unf o r t una t e l y ,a v a i l a bi l i t yo fg o o da nt e nna si ss t i l ll i mi t e di ns o mea r e a so f t hewo r l d,a ndi mpo r t i ngt he mc a nbee x pe ns i v e . Whi l ea c t ua l l yde s i g ni nga na nt e nnac a nbeac o mpl e xa nde r r o r pr o ne pr o c e s s ,c o ns t r uc t i nga nt e nna sf r o ml o c a l l ya v a i l a bl ec o mpo ne nt si sv e r y s t r a i g ht f o r wa r d,a ndc a nbeal o to ff un. I nAppe ndi xA c a l l e dAnt e nnaCo ns t r uc t i o nwepr e s e nts o mepr a c t i c a l a nt e nnade s i g nst ha tc a nbebui l tf o rv e r yl i t t l emo ne y .

9.

Antenna measurements

Pr e c i s e a nt e nna i ns t r ume nt s r e q ui r e e x pe ns i v e i ns t r ume nt s a nd i ns t a l l a t i o ns .I ti st he r e f o r ea dv i s a bl et oo bt a i nt hea nt e nnapa r a me t e r s v a l ue sdi r e c t l yf r o m ar e put a bl ema nuf a c t ur e r . An a ne c ho i cc ha mbe ri s ne e de d t o pe r f o r m a c c ur a t e a nt e nna me a s ur e me nt s ,o t he r wi s et her e Ae c t i o nswi l lc a us ef a l s er e a di ng s . I c ea Ee c t st hepe r f o r ma nc eo fa l la nt e nna st os o mede g r e ea nd t he pr o bl e mg e t smo r es e r i o usa thi g he rf r e q ue nc i e s .=ei mpe da nc eo ff r e e s pa c ei s377o hms .I ft hea i ri mme di a t e l ys ur r o undi ngt hedi po l ee l e me nt s i sr e pl a c e db yi c ewhi c h ha sa l o we ri mpe da nc et ha na i r ,t he nt he i mpe da nc ema t c ha ndr a di a t i o npa t t e r nso ft hea nt e nnawi l lc ha ng e . =e s ec ha ng e sb e c o mepr o g r e s s i v e l ywo r s ea st hei c el o a di ngi nc r e a s e s . Ant e nnae l e me nt sa r eus ua l l ye nc a s e di n apl a s t i cpr o t e c t i v eho us i ng ( r a do me ) .

30

5. ANTENNAS / TRANSMISSION LINES

=i spr o v i de sa na i rs pa c ebe t we e nt hee l e me nt sa ndi c ec a s i ngs ot ha tt he l o we ri mpe da nc eo ft hei c el a y e rha so nl yas ma l le Ee c to nt her a di a t o r s . De t uni ngi sg r e a t l yr e duc e dbutr a di a t i o npa t t e r ndi s t o r t i o nma ys t i l lbe e nc o unt e r e d( de t uni ngr e duc e sus a bl ea nt e nnaba ndwi dt h) .F o rag i v e ni c e t hi c k ne s s ,de v i a t i o nf r o m no mi na lpe r f o r ma nc ev a l ue sbe c o mewo r s ea s f r e q ue nc yi nc r e a s e s . I na r e a swhe r es e v e r ei c i nga ndwe ts no wa r ec o mmo n,i ti spr ude ntt o i ns t a l laf ul lr a do meo v e rs o l i dpa r a bo l i ca nt e nna s ,t ous epa ne la nt e nna s i ns t e a do fc o r ne rr e Ae c t o r s ,a ndt os t a ya wa yf r o mg r i dpa r a bo l i c s .

Fi g u r eATL17:EFe c to fi c eo nap a r a b o l i cg r i da nt e nna