Mikrowellen-Technik - Grundkenntnisse der WLAN-Antenne

1. Antenne

1.1 Funktion und Position der Antenne

Die vom Funksender ausgegebene Hochfrequenzsignalleistung wird über eine Zuleitung (Kabel) an die Antenne übertragen, die von der Antenne in einer elektromagnetischen Wellenform ausgestrahlt wird. Wenn die elektromagnetische Welle den Empfangsort erreicht, wird sie von der Antenne (die nur einen kleinen Teil der Leistung empfängt) gefolgt und dem Funkempfänger zugeführt. Offensichtlich ist Antenne ein wichtiges Funkgerät zum Senden und Empfangen elektromagnetischer Wellen. Ohne Antenne gäbe es keine Funkkommunikation. Es gibt viele Arten von Antennen für verschiedene Frequenzen, verschiedene Verwendungen, verschiedene Anlässe, verschiedene Anforderungen und so weiter. Für viele Arten von Antennen ist es notwendig, sie angemessen zu klassifizieren: sie können in Kommunikationsantenne, TV-Antenne, Radarantenne, und so weiter klassifiziert werden. Es kann in die Kurzwellenantenne, Ultrakurzwellenantenne, Mikrowellenantenne und so weiter unterteilt werden. Es kann in omnidirektionale Antenne, direktionale Antenne, etc. unterteilt werden. Es kann in die lineare Antenne, planare Antenne, und so weiter unterteilt werden. Und so weiter.

*Strahlung durch elektromagnetische Wellen

Bei Wechselstrom auf dem Leiter kann die Strahlung elektromagnetischer Wellen auftreten. Die Strahlungsfähigkeit hängt von der Länge und Form des Leiters ab. Wie in Abb. 1.1a gezeigt, ist das elektrische Feld zwischen ihnen gebunden und die Strahlung schwach. Durch Öffnen der beiden Drähte, wie in Abbildung 1.1b gezeigt, breitet sich das elektrische Feld um den umgebenden Raum aus und erhöht dadurch die Strahlung. Es ist zu beachten, dass, wenn die Länge L der Traverse viel kleiner ist als die Wellenlänge Î" Wenn die Strahlung sehr schwach ist; Wenn die Länge des Drahtes L auf eine mit der Wellenlänge vergleichbare Länge zunimmt, nimmt der Strom auf dem Draht erheblich zu und erzeugt so starke Strahlung.

1.2 Symmetrischer Oszillator

Ein symmetrischer Oszillator ist eine klassische Antenne, die bisher am weitesten genutzt wurde. Ein einzelner halbwellensymmetrischer Oszillator kann einfach allein oder als Einspeisung für eine Parabolantenne verwendet werden, oder ein Antennenarray kann aus mehreren halbwellensymmetrischen Oszillatoren bestehen. Ein Oszillator mit gleicher Armlänge wird als symmetrischer Oszillator bezeichnet. Ein Oszillator mit einer Länge von einem Viertel und einer vollen Länge von einer Hälfte der Wellenlänge pro Arm wird als Halbwellensymmetrischer Oszillator bezeichnet. Siehe Abb. 1.2A. Darüber hinaus gibt es eine spezielle Art von Halbwellensymmetrischem Oszillator, der als Falten eines Vollwellensymmetrischen Oszillators in einen schmalen rechteckigen Rahmen gesehen werden kann und die beiden Enden des Vollwellensymmetrischen Oszillators überlappt. Dieser schmale rechteckige Rahmen wird als gefalteter Oszillator bezeichnet. Beachten Sie, dass die Länge des gefalteten Oszillators auch die Hälfte der Wellenlänge ist, so wird es ein halbwelliger gefalteter Oszillator genannt. Siehe Abbildung 1.2b.

1.3 Diskussion über Antennenrichtung

1.3.1 Antennenrichtung

Eine der grundlegenden Funktionen der Sendeantenne besteht darin, die vom Feeder erhaltene Energie in den umgebenden Raum zu strahlen. Die andere ist, den größten Teil der Energie in die gewünschte Richtung zu strahlen. Der vertikal angeordnete halbwellensymmetrische Oszillator hat ein flaches "Donut"-förmiges dreidimensionales Muster (Abb. 1.3.1 a). Obwohl das dreidimensionale Muster einen starken dreidimensionalen Sinn hat, ist es schwierig zu zeichnen. Abbildung 1.3.1 B und Abbildung 1.3.1 C zeigen ihre beiden Hauptebenen Muster. Das Ebenenmuster beschreibt die Richtwirkung der Antenne auf einer bestimmten Ebene. Wie aus Abb. 1.3.1 B ersichtlich ist, ist die Strahlung null in der Achsrichtung des Vibrators, und die maximale Strahlungsrichtung liegt auf der horizontalen Ebene; Wie aus Abbildung 1.3.1 C ersichtlich ist, ist die Strahlung in alle Richtungen auf der horizontalen Ebene gleich.

1.3.2 Antennenrichtungsverbesserung

Mehrere symmetrische Oszillatorarrays können Strahlung steuern, um "flache Brotringe" zu erzeugen, die das Signal weiter in horizontaler Richtung konzentrieren.

Im Folgenden finden Sie die stereo- und vertikalen Ebenenmuster von vier Halbwellenoszillatoren, die in einem vertikalen Quaternionarray auf und ab der vertikalen Linie angeordnet sind.

Der Reflektor kann auch verwendet werden, um die Strahlungsenergie in eine einzige Richtung zu steuern, und der planare Reflektor kann auf einer Seite des Arrays platziert werden, um eine Sektorabdeckungsantenne zu bilden. Das folgende horizontale Muster veranschaulicht die Rolle des Reflektors, der die Leistung auf eine Seite reflektiert und die Verstärkung verbessert.

Durch den Einsatz eines Parabolreflektors kann die Antennenstrahlung in einem kleinen Stereowinkel konzentriert werden, wie ein Suchscheinwerfer in der Optik, was zu einem hohen Gewinn führt. Selbstverständlich besteht eine Parabolantenne aus zwei Grundelementen: einem Parabolreflektor und einer Strahlungsquelle im Fokus des Paraboloids.

1.3.3 Gain der Antenne

Gain ist das Verhältnis der Leistungsdichte des von einer tatsächlichen Antenne erzeugten Signals zu einer idealen Strahlungseinheit am selben Punkt im Raum, vorausgesetzt die Eingangsleistung ist gleich. Sie beschreibt quantitativ, inwieweit eine Antenne die Eingangsleistung konzentriert. Offensichtlich ist die Verstärkung eng mit dem Antennenmuster verbunden. Je schmaler der Hauptlappen, desto kleiner der Sekundärlappen und desto höher der Gewinn. Die physikalische Bedeutung von Verstärkung kann auf diese Weise verstanden werden--ein Signal einer bestimmten Größe in einer bestimmten Entfernung zu erzeugen, wenn eine ideale ungerichtete Punktquelle als Sendeantenne verwendet wird, benötigt sie 100W Eingangsleistung, während wenn eine Richtantenne mit Verstärkung G.13 dB.20 als Sendeantenne verwendet wird, nur 100/20,5W benötigt wird. Mit anderen Worten, der Gewinn einer Antenne in Bezug auf den Strahlungseffekt in ihrer maximalen Strahlungsrichtung multipliziert die Eingangsleistung im Vergleich zu einer idealen Punktquelle ohne Richtung.

Die Verstärkung des halbwellensymmetrischen Oszillators beträgt G=2.15dBi.

Vier halbwellige symmetrische Oszillatoren sind entlang der vertikalen Linie auf und ab angeordnet, um ein vertikales quaternionenfeld mit einer Verstärkung von etwa G=8,15dBi zu bilden (dBi ist die Einheit, die angibt, dass das Vergleichsobjekt eine ideale Punktquelle für gleichmäßige Strahlung in alle Richtungen ist).

Wird als Vergleichsobjekt ein halbwellensymmetrischer Oszillator verwendet, ist die Verstärkungseinheit dBd.

Die Verstärkung eines halbwellensymmetrischen Oszillators ist G=0dBd (weil es ein Verhältnis von 1 zu sich selbst und ein Logarithmus von Null ist). Vertikales Quarternion Array mit Verstärkung von etwa G=8.15-2.15=6dBd.

1.3.4 Lobenbreite

Richtungsmuster haben normalerweise zwei oder mehr Ventile, von denen das eine mit der höchsten Strahlungsintensität das Hauptventil und das andere das Seiten- oder Seitenventil genannt wird. Siehe Abbildung 1.3.4a, wo der Winkel zwischen zwei Punkten mit einer Verringerung der Strahlungsintensität von 3 dB (Hälfte der Leistungsdichte) auf beiden Seiten der maximalen Strahlungsrichtung des Hauptventils als Breite des Kolbens definiert ist (auch bekannt als Strahlbreite oder Breite des Hauptkolbens oder Halbleistungswinkel). Je schmaler die Lobenbreite, desto besser die Richtung und je weiter der Aktionsabstand ist, desto stärker ist die Antiblockierfähigkeit.

Es gibt auch eine Kolbenbreite, die 10dB Kolbenbreite, die, wie der Name schon sagt, der Winkel zwischen zwei Punkten im Muster ist, wo die Strahlungsintensität um 10dB abnimmt (die Leistungsdichte abnimmt um ein Zehntel), wie in Abbildung 1.3.4b gezeigt.

1.3.5 Verhältnis von vorne nach hinten

Im Muster wird das Verhältnis der maximalen anterioren zu posterioren Klappen als anterior to posterior ratio bezeichnet und als F/B aufgezeichnet. Je größer das Front-Back-Verhältnis, desto kleiner ist die Rückwärtsstrahlung (oder der Empfang) der Antenne. Die Berechnung von Vorder- und Rückseite ist einfacher als die von F/B-----

F.B.10 Lg {(Vorwärtsleistungsdichte)/(Rückwärtsleistungsdichte)}

Typische Werte für Antennen mit Antennen-Front-to-Back-Verhältnissen von F/B sind (18 ~30) dB und (35,40) dB in Sonderfällen.

1.3.6 Mehrere ungefähre Berechnungen des Antennengewinns

1) Je schmaler die Hauptlobenbreite, desto höher der Gewinn. Für allgemeine Antennen kann der Gewinn wie folgt geschätzt werden:

G(dBi) = 10 Lg {32000 /(2) θ 3dB, E;2 θ 3dB, H)}

Formel 2 θ 3dB, E und 2 θ 3dB, H sind die Lobenbreiten der Antenne auf den beiden Hauptebenen.

32000 sind statistische empirische Daten.

2) Für eine Parabolantenne kann der Gewinn ungefähr mit der folgenden Formel berechnet werden:

G(dB i) =10 Lg {4.5 * (D/Î" 0)2}

In Formel D ist der parabolische Durchmesser;

Î" 0 ist die mittlere Wellenlänge;

4.5 sind statistische empirische Daten.

3) Für vertikale omnidirektionale Antennen gibt es eine ungefähre Formel

G(dBi) = 10 Lg {2 L bis Î" 0}

L ist die Länge der Antenne.

Î" 0 ist die mittlere Wellenlänge;

1.3.7 Superior Side Valve Hemmung

Für eine Basisstationsantenne ist es oft erforderlich, dass der erste Seitenkolben über dem Hauptkolben in seinem vertikalen (d.h. Pitch) Muster möglichst schwach ist. Dies wird als überlegene Seitenlappenunterdrückung bezeichnet. Die Basisstation bedient Mobilfunknutzer am Boden, Strahlung, die in den Himmel zeigt, ist bedeutungslos.

1.3.8 Neigung der Antenne nach unten

Damit der Hauptkolben auf den Boden zeigt, muss die Antenne während der Platzierung richtig nach unten gekippt werden.

1.4 Polarisierung der Antenne

Die Antenne strahlt elektromagnetische Wellen in den umgebenden Raum aus. Elektromagnetische Wellen bestehen aus einem elektrischen Feld und einem Magnetfeld. Es wird festgelegt, dass die Richtung des elektrischen Feldes die Richtung der Antennenpolarisation ist. Die im Allgemeinen verwendete Antenne ist unipolar. Die folgende Abbildung zeigt zwei grundlegende Unipolarisationen: die vertikale Polarisation, die die häufigste ist; Horizontale Polarisation wird auch verwendet.

Die folgende Abbildung veranschaulicht zwei weitere Unipolarisationen (+45 und -45, die nur für besondere Anlässe verwendet werden. Eine neue Antenne, bipolare Antenne, wird gebildet, indem vertikal polarisierte Antenne mit horizontal polarisierter Antenne kombiniert wird, oder indem +45 Grad polarisierte Antenne mit -45 Grad polarisierte Antenne kombiniert wird.

Die folgende Abbildung zeigt zwei polarisierte Einzelantennen, die zusammen zu einem Paar polarisierter Doppelantennen montiert sind. Beachten Sie, dass die dual polarisierte Antenne zwei Anschlüsse hat.

Eine bipolare Antenne strahlt (oder empfängt) Wellen mit zwei Polarisationen, die im Raum orthogonal (vertikal) zueinander sind.

1.4.2 Polarisationsverlust

Vertikale Polarisationswelle wird von einer Antenne mit vertikalen Polarisationseigenschaften empfangen, und horizontale Polarisationswelle wird von einer Antenne mit horizontalen Polarisationseigenschaften empfangen. Rechtshändige kreisförmige polarisierte Welle wird von einer Antenne mit rechtshändiger kreisförmiger Polarisation empfangen, während linkshändige kreisförmige polarisierte Welle von einer Antenne mit linkshändiger kreisförmiger Polarisation empfangen wird.

Wenn die Polarisationsrichtung der ankommenden Welle nicht mit der der Empfangsantenne übereinstimmt, ist das empfangene Signal kleiner, d.h. der Polarisationsverlust tritt auf. Zum Beispiel, wenn eine vertikal oder horizontal polarisierte Welle mit einer +45 Grad polarisierten Antenne empfangen wird, oder wenn eine +45 Grad oder -45 Grad polarisierte Welle mit einer vertikal polarisierten Antenne empfangen wird, tritt der Polarisationsverlust auf. Wenn eine kreisförmig polarisierte Antenne eine linear polarisierte Welle empfängt oder eine linear polarisierte Antenne eine kreisförmig polarisierte Welle empfängt, und so weiter, muss der Polarisationsverlust auch auftreten, wenn nur die Hälfte der Energie der empfangenen Welle empfangen werden kann.

Wenn die Polarisationsrichtung der Empfangsantenne vollständig orthogonal zur Polarisationsrichtung der ankommenden Welle ist, wenn beispielsweise die Empfangsantenne mit horizontaler Polarisation eine vertikal polarisierte eingehende Welle empfängt, oder wenn die Empfangsantenne mit rechter kreisförmiger Polarisation eine eingehende Welle mit linker kreisförmiger Polarisation empfängt, Die Antenne empfängt die Energie der ankommenden Welle überhaupt nicht. In diesem Fall ist der Polarisationsverlust maximal, was Polarisation vollständige Isolation genannt wird.

1.4.3 Polarisationsisolierung

Es gibt keine ideale vollständige Polarisationsisolierung. Die Signale, die einer polarisierten Antenne zugeführt werden, erscheinen immer ein wenig in einer anderen polarisierten Antenne. Beispielsweise hat in der bipolaren Antenne, die in der Abbildung unten gezeigt wird, die Eingangsvertikal polarisierte Antenne eine Leistung von 10W, und die Ausgangsleistung, die am Ausgang der horizontal polarisierten Antenne gemessen wird, 10mW.

1.5 Eingangsimpedanz Zin der Antenne

Definition: Das Verhältnis von Signalspannung und Signalstrom am Antenneneingang wird Eingangsimpedanz der Antenne genannt. Die Eingangsimpedanz hat eine Widerstandskomponente RIN und eine Reaktanzkomponente Xin, das heißt Zin;Rin und J Xin. Das Vorhandensein einer Reaktanzkomponente reduziert die Extraktion der Signalleistung aus dem Feeder durch die Antenne. Daher muss die Reaktanzkomponente möglichst Null sein, d.h. die Eingangsimpedanz der Antenne sollte möglichst reiner Widerstand sein. Selbst wenn die Antenne gut konstruiert und debugged ist, enthält ihre Eingangsimpedanz immer eine kleine Reaktanzkomponente.

Die Eingangsimpedanz hängt von der Struktur, Größe und Arbeitswellenlänge der Antenne ab. Der halbwellensymmetrische Oszillator ist die wichtigste Basisantenne und seine Eingangsimpedanz beträgt Zin.73.1 bis j42.5 (Ω). Wenn die Länge der Antenne um (3,5)%, verkürzt wird, kann die Reaktanzkomponente eliminiert werden und die Eingangsimpedanz der Antenne ist reiner Widerstand. Zu diesem Zeitpunkt ist die Eingangsimpedanz Zin,73.1 (Ω), (nominal 75 Ω). Beachten Sie, dass die rein resistive Antenneneingangsimpedanz streng genommen nur für die Punktfrequenz gilt.

Übrigens ist die Eingangsimpedanz des halbwellenreduzierten Oszillators viermal so hoch wie der halbwellensymmetrische Oszillator Zin.280 (Ω), (nominal 300 Ω).

Interessanterweise können die Leute für jede Antenne immer die Antennenimpedanz einstellen, um den imaginären Teil der Eingangsimpedanz sehr klein und den realen Teil ziemlich nahe an 50 Ω innerhalb des erforderlichen Betriebsfrequenzbereichs zu machen, so dass die Eingangsimpedanz der Antenne Zin-Rin.50 Ω ist, die notwendig ist, damit die Antenne in guter Impedanz mit dem Feeder übereinstimmt.

1.6 Betriebsfrequenzbereich der Antenne (Bandbreite)

Ob Sendeantenne oder Empfangsantenne, sie arbeiten immer innerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs (Bandbreite). Die Bandbreite der Antenne hat zwei verschiedene Definitionen--

Die eine bezieht sich auf die Arbeitsbandbreite der Antenne, wenn das Standwellenverhältnis SWR â­1,5;

Eine bezieht sich auf die Bandbreite im Bereich von 3 dB der Antennengewinnreduktion.

Im Mobilfunksystem wird es in der Regel nach dem ersteren definiert. Insbesondere ist die Bandbreite der Antenne der Arbeitsfrequenzbereich der Antenne, wenn das Standwellenverhältnis SWR der Antenne 1.5 nicht überschreitet.

Im Allgemeinen ist die Antennenleistung an jedem Frequenzpunkt innerhalb der Arbeitsbandbreite unterschiedlich, aber die Leistungsverschlechterung, die durch diesen Unterschied verursacht wird, ist akzeptabel.

Basisstationsantenne 1.7, Repeaterantenne und Innenantenne allgemein verwendet in der Mobilkommunikation

1.7.1 Plattenantenne

Ob GSM oder CDMA, Plattenantenne ist die am weitesten verbreitete und sehr wichtige Basisstationsantenne. Die Antenne hat die Vorteile des hohen Verstärkungs, des guten Sektormusters, des kleinen hinteren Kolbens, der bequemen Senkungswinkelkontrolle des vertikalen Musters, der zuverlässigen Dichtungsleistung und der langen Lebensdauer.

Plattenantenne wird auch oft als Benutzerantenne des Repeaters verwendet. Je nach Aktionsbereich sollte das entsprechende Antennenmodell ausgewählt werden.

1.7.1 Bildung des hohen Verstärkungs der Plattenantenne

A. Mehrere Halbwellenoszillatoren sind in einem vertikal angeordneten linearen Array angeordnet

B. Fügen Sie eine reflektierende Platte auf einer Seite des linearen Arrays hinzu (nehmen Sie die vertikale Anordnung zweieinhalb Wellenoszillatoren mit reflektierender Platte als Beispiel)

C. Um den Gewinn der Plattenantenne zu verbessern, können acht Halbwellenoszillatorarrays weiter verwendet werden

Wie bereits erwähnt, beträgt die Verstärkung von vier Halbwellenoszillatoren, die in einem vertikalen linearen Array angeordnet sind, etwa 8 DBI; Ein lineares Array mit vier Elementen mit einem Reflektor auf einer Seite, das heißt eine herkömmliche Plattenantenne, hat einen Gewinn von etwa 14,17 DBI.

Ein acht Elemente lineares Array mit einem Reflektor auf einer Seite, d.h. einer verlängerten Plattenantenne, hat eine Verstärkung von etwa 16,19 DBI. Selbstverständlich ist die Länge der verlängerten Plattenantenne doppelt so lang wie die herkömmliche Plattenantenne, bis etwa 2,4 M.

1.7.2 High Gain Grid Parabolantenne

Aus der Perspektive des Leistungspreisverhältnisses wird Gitterparaboloidantenne oft als Spenderantenne des Repeaters verwendet. Aufgrund des guten Fokussierungseffekts der Paraboloidoberfläche hat die Paraboloidantenne eine starke Sammelfähigkeit. Für die Raster-Paraboloidantenne mit einem Durchmesser von 1,5 m kann ihre Verstärkung g bis 20dbi im 900 Megaband erreichen. Es eignet sich besonders für die Punkt-zu-Punkt Kommunikation. Zum Beispiel wird es oft als Spenderantenne des Repeaters verwendet.

Das Paraboloid nimmt Gitterstruktur an, eines ist, das Gewicht der Antenne zu reduzieren, das andere ist, den Windwiderstand zu reduzieren.

Paraboloidantenne kann im Allgemeinen ein Front-Back-Verhältnis von nicht weniger als 30 dB geben, das der technische Index ist, den das Repeatersystem für die Empfangsantenne erfüllen muss, um Selbstanregung zu verhindern.

1.7.3 Yagi Richtantenne

Yagi Richtantenne hat die Vorteile von hohem Gewinn, Lichtstruktur, bequemer Errichtung und niedrigem Preis. Daher eignet es sich besonders für die Punkt-zu-Punkt-Kommunikation. Zum Beispiel ist es der bevorzugte Antennentyp für Außenempfangsantenne des Innenverteilungssystems.

Je mehr Einheiten der Yagi Richtantenne, desto höher ist ihr Gewinn. Im Allgemeinen wird Yagi Richtantenne mit 6,12 Einheiten verwendet, und sein Gewinn kann 10-15dbi erreichen.

1.7.4 Deckenantenne für Innenräume

Innendeckenantenne muss die Vorteile der Lichtstruktur, des schönen Aussehens und der bequemen Installation haben.

Heutzutage hat die Indoor-Deckenantenne, die auf dem Markt gesehen wird, viele Formen und Farben, aber der Kauf und die Herstellung ihres inneren Kerns sind fast gleich. Obwohl die innere Struktur dieser Deckenantenne sehr klein ist, kann sie die Anforderungen des Stehwellenverhältnisses in einem sehr breiten Arbeitsfrequenzband gut erfüllen, weil sie auf der Antennenbreitungstheorie basiert, mit Hilfe von computergestütztem Design und Debugging mit Netzwerkanalysator. Gemäß der nationalen Norm ist der Stehwellenverhältnisindex der Antenne, die in einem sehr breiten Frequenzband arbeitet, VSWR â­â­2. Natürlich ist es besser, VSWR­1.5 zu erreichen. Übrigens ist die Deckenantenne in Innenräumen eine Antenne mit geringem Gewinn, im Allgemeinen g­2 DBI.

1.7.5 Indoor Wandantenne

Innenwandantenne muss auch die Vorteile der Lichtstruktur, des schönen Aussehens und der bequemen Installation haben.

Heutzutage hat die Indoor-Wandantenne, die auf dem Markt gesehen wird, viele Formen und Farben, aber der Kauf und die Herstellung ihres inneren Kerns sind fast gleich. Die innere Struktur der Wandantenne gehört zu einer luftdielektrischen Mikrostreifenantenne. Aufgrund der Hilfsstruktur der Erweiterung der Antennenbandbreite, des computergestützten Designs und des Debugging mit Netzwerkanalysator, kann es die Anforderungen des arbeitenden Breitbandes besser erfüllen. Übrigens hat die Indoor Wandantenne einen gewissen Gewinn, etwa g,7 DBI.

Einige grundlegende Konzepte der Radiowellenausbreitung

Derzeit werden in der GSM- und CDMA-Mobilfunkkommunikation folgende Frequenzbänder verwendet:

GSM:890.960 MHz, 1710.1880 MHz

CDMA: 806.896 MHz

Der Frequenzbereich von 806.960MHz gehört zum Ultrakurzwellenbereich; Der Frequenzbereich von 1710,1880 MHz gehört zum Mikrowellenbereich.

Die Ausbreitungseigenschaften von Radiowellen mit unterschiedlichen Frequenzen oder Wellenlängen sind nicht genau gleich oder gar sehr unterschiedlich.

2.1 freie Raumkommunikationsdistanz Gleichung

Stellen Sie die Sendeleistung als Pt, den Sendeantenverstärker als GT und die Arbeitsfrequenz als f Wenn die Empfangsleistung PR ist, ist der Empfangsantennengewinn GR, und der Abstand zwischen den empfangenden und sendenden Antennen ist r, dann hat der Funkwellenverlust l0 während der Ausbreitung der Radiowelle ohne Umweltstörungen den folgenden Ausdruck:

L0 (dB) = 10 Lg( PT'PR)

= 32.45,20 Lg f�MHz�20 Lg R�km�GT (dB�GR (dB)

[example] set: Pt.10 W,40dbmw; GR.GT.7 (dBi); f/1910MHz

F: wann r.500 m, PR =?

Antwort: (1) Berechnung von l0 (DB)

L0 (dB) = 32.45.20 Lg 1910( MHz­

= 32.45.65.62.6.7.7.7.78.07 (dB)

(2) Berechnung der PR

PR­PT /­10 7.807­

= 1.μ W/6.412.0.156

Übrigens, wenn die 1,9GHz Funkwelle eine Ziegelwand durchdringt, verliert sie etwa (10,15) dB

2.2 Ausbreitung Sichtweite von Ultrakurzwelle und Mikrowelle

2.2.1 Begrenzung des direkten Betrachtungsabstandes

Ultrakurzwelle, insbesondere Mikrowelle, hat Hochfrequenz und kurze Wellenlänge, und seine Oberflächenwelle zerfällt schnell. Daher kann es sich nicht auf Oberflächenwelle für die Langstreckenausbreitung verlassen. Ultrakurzwelle, insbesondere Mikrowelle, wird hauptsächlich durch Raumwelle übertragen. Kurz gesagt, Weltraumwelle ist eine Welle, die sich entlang einer geraden Linie im Raum ausbreitet. Offensichtlich gibt es aufgrund der Krümmung der Erde eine Begrenzung des direkten Betrachtungsabstandes Rmax für die Ausbreitung von Weltraumwellen. Der Bereich innerhalb des entferntesten direkten Betrachtungsabstandes wird traditionell Beleuchtungsbereich genannt; Der Bereich jenseits der Begrenzung des direkten Betrachtungsabstandes Rmax wird Schattenbereich genannt. Selbstverständlich muss der Empfangspunkt bei Verwendung von Ultrakurzwellen und Mikrowellen für die Kommunikation innerhalb des Grenzbereichs des direkten Betrachtungsabstandes Rmax der Sendeantenne liegen. Beeinflusst durch den Krümmungsradius der Erde, ist die Beziehung zwischen dem Grenz-direkten Betrachtungsabstand Rmax und der Höhe HT und HR der Sendeantenne und Empfangsantenne: Rmax.3.57 {⚠HT (m) + ⚠HR (m)} (km)

In Anbetracht der Brechung von Radiowellen durch die Atmosphäre sollte der Grenz-direkter Betrachtungsabstand korrigiert werden, um

Rmax.4.12 { â Aufsichtsrat HT (m) +âšHR (m) } (km)

Da die Frequenz der elektromagnetischen Welle viel niedriger ist als die der Lichtwelle, beträgt der effektive direkte Betrachtungsabstand re der Radiowellenausbreitung etwa 70% des Grenz-direkten Betrachtungsabstandes Rmax, d.h. re

Wenn beispielsweise HT und HR 49 m bzw. 1,7 m betragen, beträgt der effektive direkte Betrachtungsabstand re.24 km.

2.3 Ausbreitungseigenschaften der Radiowelle auf ebenem Boden

Die direkt von der Sendeantenne zum Empfangspunkt ausgestrahlte Funkwelle wird Direktwelle genannt. Die von der Sendeantenne auf den Boden gerichtete Radiowelle wird vom Boden reflektiert und erreicht den Empfangspunkt, der als reflektierte Welle bezeichnet wird. Offensichtlich sollte das Signal am Empfangspunkt die Kombination von Direktwelle und reflektierter Welle sein. Die Synthese von Radiowellen wird nicht einfach algebraische Addition wie 1,1,2 sein, und die Synthesergebnisse variieren mit dem Unterschied des Wellenweges zwischen direkter und reflektierter Welle. Wenn die Wellenbahndifferenz ein ungerades Vielfaches einer halben Wellenlänge ist, werden die direkten und reflektierten Wellensignale addiert, um das Maximum zu bilden; Wenn die Wellenbahndifferenz ein Vielfaches einer Wellenlänge ist, werden die direkten und reflektierten Wellensignale subtrahiert und auf ein Minimum synthetisiert. Es zeigt sich, dass die Existenz von Bodenreflexion die räumliche Verteilung der Signalintensität sehr komplex macht.

Die tatsächliche Messung zeigt, dass innerhalb einer bestimmten Entfernung RI die Signalstärke mit der Zunahme der Entfernung oder Antennenhöhe schwankt; Über einen bestimmten Abstand RI hinaus steigt die Signalstärke mit der Zunahme der Entfernung oder der Abnahme der Antennenhöhe. Monotonischer Rückgang. Die theoretische Berechnung ergibt den Zusammenhang zwischen RI, Antennenhöhe HT und HR:

RI = (4 HT HR) / L, l ist die Wellenlänge.

Es versteht sich von selbst, dass RI unter dem Grenzwert Rmax liegen muss.

2.4 Mehrkanalausbreitung von Radiowellen

Im Ultrakurzwellen- und Mikrowellenband trifft die Radiowelle auch auf Hindernisse (wie Gebäude, hohe Gebäude oder Hügel), die die Radiowelle reflektieren. Daher kommen eine Vielzahl von reflektierten Wellen (im Großen und Ganzen sollten auch bodengespiegelte Wellen enthalten sein) an die Empfangsantenne. Dieses Phänomen wird Multipath-Ausbreitung genannt.

Durch die Mehrkanalübertragung wird die räumliche Verteilung der Signalfeldstärke recht komplex und schwankt stark. An einigen Stellen nimmt die Signalfeldstärke zu und an einigen Stellen nimmt die Signalfeldstärke ab; Auch aufgrund des Einflusses der Mehrkanalübertragung ändert sich die Polarisationsrichtung von Radiowellen. Darüber hinaus ist auch die Reflexionsfähigkeit verschiedener Hindernisse für Radiowellen unterschiedlich. Zum Beispiel ist die Reflexionsfähigkeit von Stahlbetonbauten auf Ultrakurzwelle und Mikrowelle stärker als die von Ziegelwänden. Wir sollten unser Bestes versuchen, die negativen Auswirkungen des Multipath-Übertragungseffekts zu überwinden, weshalb Menschen häufig räumliche Diversitätstechnologie oder Polarisationsdiversitätstechnologie in Kommunikationsnetzen mit hohen Anforderungen an die Kommunikationsqualität verwenden.

2.5 Beugungsausbreitung von Radiowellen

Wenn ein großes Hindernis im Übertragungsweg angetroffen wird, umgeht die Funkwelle das Hindernis und breitet sich vorwärts aus. Dieses Phänomen wird Radiowellenbeugung genannt. Ultrakurzwelle und Mikrowelle haben Hochfrequenz, kurze Wellenlänge und schwache Beugungsfähigkeit. Die Signalintensität hinter hohen Gebäuden ist gering und bildet den sogenannten "Schattenbereich". Der Grad, in dem die Signalqualität beeinträchtigt wird, hängt nicht nur von der Höhe des Gebäudes, dem Abstand zwischen der Empfangsantenne und dem Gebäude, sondern auch von der Frequenz ab. Zum Beispiel gibt es ein Gebäude mit einer Höhe von zehn Metern. In einem Abstand von 200 Metern hinter dem Gebäude wird die empfangene Signalqualität kaum beeinträchtigt, aber bei 100 Metern ist die empfangene Signalfeldstärke deutlich schwächer als ohne Gebäude. Beachten Sie, dass, wie oben erwähnt, der Dämpfungsgrad auch mit der Signalfrequenz zusammenhängt. Für 216.223 MHz RF-Signale ist die empfangene Signalfeldstärke 16 dB niedriger als die ohne Gebäude, und für 670 MHz RF-Signale ist die empfangene Signalfeldstärke 20 dB niedriger als die ohne Gebäude. Wenn die Höhe des Gebäudes auf 50m ansteigt, wird die Feldstärke des empfangenen Signals innerhalb 1000m vom Gebäude beeinflusst und geschwächt. Das heißt, je höher die Frequenz, desto höher das Gebäude, und je näher die Empfangsantenne dem Gebäude ist, desto größer ist der Einfluss auf die Signalstärke und die Kommunikationsqualität; Im Gegenteil, je niedriger die Frequenz, desto kürzer das Gebäude, desto weiter ist die Empfangsantenne vom Gebäude entfernt und desto geringer der Aufprall.

Daher müssen wir bei der Auswahl des Standorts der Basisstation und der Errichtung der Antenne verschiedene mögliche negative Auswirkungen der Beugungsausbreitung berücksichtigen und auf verschiedene Faktoren achten, die die Beugungsausbreitung beeinflussen.

3 einige grundlegende Konzepte der Übertragungsleitung

Das Kabel, das die Antenne und den Senderausgang (oder Empfängereingang) verbindet, wird Übertragungsleitung oder Feeder genannt. Die Hauptaufgabe der Übertragungsleitung besteht darin, Signalenergie effektiv zu übertragen. Daher sollte es in der Lage sein, die vom Sender gesendete Signalleistung mit dem minimalen Verlust an den Eingang der Sendeantenne oder das von der Antenne empfangene Signal an den Eingang des Empfängers mit dem minimalen Verlust zu übertragen. Gleichzeitig sollte es keine streunenden Störsignale aufnehmen oder erzeugen. Daher muss die Übertragungsleitung abgeschirmt werden.

Wenn die physikalische Länge der Übertragungsleitung gleich oder größer als die Wellenlänge des übertragenen Signals ist, wird die Übertragungsleitung übrigens auch als lange Linie bezeichnet.

3.1 Arten von Übertragungsleitungen

Es gibt im Allgemeinen zwei Arten von Übertragungsleitungen im Ultrakurzband: parallele Zweidraht-Übertragungsleitung und Koaxialkabel-Übertragungsleitung; Die Übertragungsleitungen im Mikrowellenband umfassen Koaxialkabel Übertragungsleitung, Wellenleiter und Microstrip. Die parallele zweiadrige Übertragungsleitung besteht aus zwei parallelen Leitern. Es handelt sich um eine symmetrische oder symmetrische Übertragungsleitung. Dieser Feeder hat einen großen Verlust und kann nicht im UHF-Frequenzband verwendet werden. Die beiden Leiter der Koaxialkabel-Übertragungsleitung sind Kerndraht und abgeschirmtes Kupfernetz. Da das Kupfernetz geerdet ist und die beiden Leiter asymmetrisch zur Erde sind, wird es asymmetrische oder unsymmetrische Übertragungsleitung genannt. Koaxialkabel hat einen breiten Arbeitsfrequenzbereich und einen kleinen Verlust, der elektrostatische Kopplung abschirmen kann, aber nichts tun kann, um das Magnetfeld zu stören. Laufen Sie bei Verwendung nicht parallel zur Leitung mit starkem Strom oder in der Nähe der niederfrequenten Signalleitung.

3.2 charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung

Das Verhältnis von Spannung zu Strom auf einer unendlichen Übertragungsleitung ist definiert als die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung, ausgedrückt durch Z0.

Z.=〔 60/⚠ε r〕 * Log (D und D) [Euro].

Wo D der Innendurchmesser des Kupfernetzes des Außenleiters des Koaxialkabels ist; D ist der Außendurchmesser des Koaxialkabelkerns;

ε R ist die relative dielektrische Konstante des Isoliermediums zwischen Leitern.

Normalerweise Z0,50 Ohms, aber auch Z0,75 Ohms.

Aus der obigen Formel ist nicht schwer zu erkennen, dass die charakteristische Impedanz des Feeders nur auf die Leiterdurchmesser D und D und die Dielektrizitätskonstante des Mediums zwischen den Leitern ε R bezogen ist, jedoch unabhängig von der Feederlänge, der Arbeitsfrequenz und der Lastimpedanz, die mit der Feederklemme verbunden sind.

3.3 Dämpfungskoeffizienten des Zuführers

Wenn Signale in Feedern übertragen werden, gibt es nicht nur den Widerstandsverlust von Leitern, sondern auch den dielektrischen Verlust von Isoliermaterialien. Diese beiden Verluste nehmen mit zunehmender Dosierlänge und Arbeitsfrequenz zu. Daher ist die Dosierlänge so weit wie möglich zu verkürzen.

Der Dämpfungskoeffizienten wird verwendet, um den Verlust pro Längeneinheit zu berechnen β Zeigt an, dass die Einheit dB,M (dB,M) ist und die Einheit auf der technischen Spezifikation des Kabels meistens dB bis 100 m (dB bis 100M) ist.

Lassen Sie den Leistungseingang zum Feeder P1 sein, die Leistungsabgabe vom Feeder mit Länge L (m) P2 sein, und der Übertragungsverlust TL kann ausgedrückt werden wie:

TL.10.Lg.P1 /P2 in( dB)

Der Dämpfungskoeffizient ist

β­TL­L­dB­m)

Zum Beispiel hat Nokia 7,8-Zoll-Kabel mit niedrigem Verbrauch einen Dämpfungskoeffizienten von 900 MHz β= 4,1 dB,100 m, der auch als β= 3 dB bis 73 m geschrieben werden kann, das heißt, die Signalleistung mit einer Frequenz von 900 MHz ist halb geringer, wenn ein 73 m langes Kabel passiert.

Für gewöhnliche Kabel mit niedrigem Verbrauch, zum Beispiel, wenn syv-9-50-1900mhz, ist der Dämpfungskoeffizienten β,20,1 dB,100 m, der auch als β= 3dB,15m geschrieben werden kann, das heißt, die Signalleistung mit Frequenz von 900MHz wird um die Hälfte jedes 15m langen Kabels reduziert!

3.4 Matching Konzept

Was ist Matching? Einfach ausgedrückt, wenn die Lastimpedanz ZL, die mit der Feeder-Klemme verbunden ist, gleich der Feeder-Kennimpedanz Z0 ist, wird es genannt, dass die Feeder-Klemme abgestimmt und angeschlossen ist. Während des Abgleichs gibt es nur einfallende Welle, die auf die Endlast auf dem Feeder übertragen wird, aber keine reflektierte Welle, die durch die Endlast erzeugt wird. Wenn die Antenne als Endlast verwendet wird, kann daher sichergestellt werden, dass die Antenne die gesamte Signalleistung erhalten kann. Wie in der untenstehenden Abbildung gezeigt, entspricht die Antennenimpedanz 50 Ω, wenn die Antennenimpedanz 80 Ω, nicht dem 50 Ω-Kabel.

Wenn der Durchmesser des Antennen-Oszillators groß ist, ist die Änderung der Antenneneingangsimpedanz mit Frequenz klein, was leicht mit dem Feeder übereinstimmt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Arbeitsfrequenzbereich der Antenne breit. Im Gegenteil, sie ist schmaler.

In der Praxis wird die Eingangsimpedanz der Antenne auch von den umgebenden Objekten beeinflusst. Damit Feeder und Antenne gut zusammenpassen, ist es auch notwendig, die lokale Struktur der Antenne richtig anzupassen oder passende Geräte durch Messung beim Aufstellen der Antenne zu installieren.

3,5 Reflexionsverlust

Es wurde früher darauf hingewiesen, dass, wenn der Feeder mit der Antenne übereinstimmt, es keine reflektierte Welle auf dem Feeder gibt, nur einfallende Welle, das heißt, die auf dem Feeder übertragene Welle bewegt sich nur in Richtung der Antenne. Zu diesem Zeitpunkt sind die Spannungsamplitude und die Stromamplitude auf dem Feeder gleich, und die Impedanz an jedem Punkt auf dem Feeder ist gleich seiner charakteristischen Impedanz.

Wenn Antenne und Feeder nicht übereinstimmen, das heißt, wenn die Antennenimpedanz nicht gleich der charakteristischen Impedanz des Feeders ist, kann die Last nur einen Teil der auf dem Feeder übertragenen Hochfrequenzenergie absorbieren, aber nicht alle, und der nicht absorbierte Teil der Energie wird zurück reflektiert, um eine reflektierte Welle zu bilden.

Zum Beispiel, in der richtigen Abbildung, weil die Impedanz der Antenne und des Feeders unterschiedlich ist, ist einer 75 Ohms und der andere 50 Ohms, die Impedanz stimmt nicht überein, und das Ergebnis ist

3.6 VSWR

Im Falle einer Fehlanpassung gibt es sowohl einfallende als auch reflektierte Welle auf dem Feeder. Sind die Phasen der einfallenden Welle und der reflektierten Welle gleich, wird die Spannungsamplitude zur maximalen Spannungsamplitude Vmax addiert, um die Antiode zu bilden; Wenn die Phasen der einfallenden Welle und der reflektierten Welle entgegengesetzt sind, wird die Spannungsamplitude auf die minimale Spannungsamplitude Vmin subtrahiert, um einen Wellenknoten zu bilden. Die Amplitudenwerte anderer Punkte liegen zwischen Antinoden und Knoten. Diese synthetische Welle wird als wandernde stehende Welle bezeichnet.

Das Verhältnis der Amplitude der reflektierten Wellenspannung zur einfallenden Wellenspannung wird Reflexionskoeffizient genannt und als R aufgezeichnet

Reflektierte Wellenamplitude (ZL.Z0)

R =─────────â€

Incident Wave Amplitude (ZL und Z0)

Das Verhältnis von Antinodenspannung zu Knotenspannungsaumplitude wird stehender Wellenkoeffizient genannt, auch bekannt als Spannungsstehendes Wellenverhältnis, und wird als VSWR aufgezeichnet

Spannungsamplitude Vmax (1°R)

VSWR.────────────â€

Knotenspannung radial Vmin (1.R)

Je näher die Endlastimpedanz ZL der charakteristischen Impedanz Z0 ist, desto kleiner ist der Reflexionskoeffizient r, und je näher das Stehwellenverhältnis VSWR zu 1 ist, desto besser ist die Übereinstimmung.

3.7 Ausgleichseinrichtung

Signalquelle oder Last oder Übertragungsleitung können entsprechend ihrer Beziehung zur Erde in symmetrisch und unsymmetrisch unterteilt werden.

Wenn die Spannung zwischen den beiden Enden der Signalquelle und der Masse gleich ist und die Polarität entgegengesetzt ist, wird es eine symmetrische Signalquelle genannt, andernfalls wird es eine unsymmetrische Signalquelle genannt; Wenn die Spannung zwischen den beiden Enden der Last und der Masse gleich ist und die Polarität entgegengesetzt ist, wird sie ausgeglichene Last genannt, andernfalls wird sie als unausgewogene Last bezeichnet; Wenn die Impedanz zwischen den beiden Leitern der Übertragungsleitung und der Masse gleich ist, wird sie als symmetrische Übertragungsleitung bezeichnet, ansonsten ist es eine unsymmetrische Übertragungsleitung.

Koaxialkabel wird verwendet, um die unausgewogene Signalquelle und die unausgewogene Last zu verbinden, und parallele Zweidraht-Übertragungsleitung wird verwendet, um die symmetrische Signalquelle und die symmetrische Last zu verbinden, um Signalleistung effektiv zu übertragen, andernfalls wird ihr Gleichgewicht oder Ungleichgewicht beschädigt und kann nicht normal arbeiten. Soll die unsymmetrische Übertragungsleitung mit der symmetrischen Last verbunden werden, so wird üblicherweise zwischen den Getreideerzeugern eine "symmetrische unsymmetrische" Umrechnungseinrichtung installiert, die im Allgemeinen als symmetrischer Umrechner bezeichnet wird.

3.7.1 Halbwellenlänge symmetrischer Konverter

Auch bekannt als "U"-Rohrausbalancierter, wird er für die Verbindung zwischen unsymmetrischem Feeder-Koaxialkabel und symmetrischem Vibrator mit ausgeglichener Last verwendet. Der "U"-Rohrausgleichsumwandler hat auch die Funktion der 1:4 Impedanzkonvertierung. Die charakteristische Impedanz des Koaxialkabels, das im Mobilfunksystem verwendet wird, beträgt normalerweise 50 Ω. Daher wird in der Yagi-Antenne ein reduzierter Halbwellenoszillator verwendet, um seine Impedanz auf etwa 200 Ω, um schließlich die Impedanz des 50 Ω-Koaxialkabels des Hauptzuführers anzupassen.

3.7.2 Viertelwellenlängen Balance Ungleichgewicht

Die symmetrische unsymmetrische Transformation zwischen dem symmetrischen Eingangsport der Antenne und dem unsymmetrischen Ausgangsport des koaxialen Feeders wird durch die Verwendung der Eigenschaft realisiert, dass der Anschluss einer Viertelwellenlange und kurzen Übertragungsleitung ein Hochfrequenz-offener Stromkreis ist.

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