Technique RF - Connaissances de base des antennes WiFi

1. Antennes

1.1 fonction et emplacement de l'antenne

La puissance du Signal RF en sortie de l'émetteur radio est transmise à l'antenne par une ligne d'alimentation (câble) qui la rayonne sous forme d'onde électromagnétique. Lorsque l'onde électromagnétique atteint la position de réception, l'antenne (qui ne reçoit qu'une petite partie de la puissance) suit et l'envoie au récepteur radio. De toute évidence, les antennes sont des équipements radio importants pour émettre et recevoir des ondes électromagnétiques. Sans antenne, pas de communication radio. Il existe de nombreux types d'antennes, adaptées à différentes fréquences, à différentes utilisations, à différentes occasions, à différentes exigences, etc. pour de nombreux types d'antennes, il est nécessaire de les classer correctement: ils peuvent être divisés en antennes de communication, antennes de télévision, antennes Radar, etc. il peut être divisé en antennes à ondes courtes, antennes à ondes ultracourtes, antennes à micro - ondes, etc. Peut être divisé en antenne omnidirectionnelle, Antenne directionnelle, etc. peut être divisé en antenne linéaire, antenne plate, etc.

* rayonnement d'ondes électromagnétiques

Le rayonnement d'ondes électromagnétiques peut se produire lorsqu'il y a un courant alternatif sur le conducteur. La capacité de rayonnement dépend de la longueur et de la forme du conducteur. Comme le montre la figure 1.1A, si deux fils électriques sont très proches, le champ électrique est enchaîné entre eux et le rayonnement est faible. En ouvrant les deux fils, comme le montre la figure 1.1b, le champ électrique diffuse dans l'espace environnant, augmentant ainsi le rayonnement. Il est à noter que lorsque la longueur L du fil est très inférieure à la longueur d'onde, le rayonnement est très faible; Lorsque la longueur du fil l augmente jusqu'à une longueur comparable à la longueur d'onde, le courant sur le fil augmente considérablement, ce qui crée un rayonnement intense.

1.2 oscillateurs symétriques

L'oscillateur symétrique est de loin l'antenne classique la plus utilisée. Un seul oscillateur symétrique demi - onde peut être simplement utilisé seul ou comme source d'alimentation d'une antenne parabolique, ou un réseau d'antennes peut être constitué de plusieurs oscillations symétriques demi - ondes. Les oscillateurs avec des longueurs de bras égales sont appelés oscillateurs symétriques. Les oscillateurs dont chaque bras est d'un quart de longueur et dont la longueur totale est la moitié de la longueur d'onde sont appelés oscillateurs symétriques à demi - onde. En outre, il existe un type particulier d'oscillateur symétrique à demi - onde, qui peut être considéré comme pliant un oscillateur symétrique à pleine onde dans un cadre rectangulaire étroit et superposant ses deux extrémités. Ce cadre rectangulaire étroit est appelé un oscillateur pliant. Notez que la longueur de l'oscillateur plié est également la moitié de la longueur d'onde, il est donc appelé oscillateur plié demi - onde. Voir figure 1.2b.

1.3 discussion sur la directivité des antennes

1.3.1 directivité de l'antenne

L'une des fonctions essentielles d'une antenne d'émission est de rayonner l'énergie obtenue à partir de la ligne d'alimentation dans l'espace environnant. L'autre consiste à rayonner la majeure partie de l'énergie dans la direction souhaitée. L'oscillateur symétrique à demi - onde placé verticalement a un motif tridimensionnel plat en forme de "Donut" (figure 1.3.1a). Bien que les motifs stéréoscopiques aient une forte sensation de stéréoscopie, ils sont difficiles à dessiner. Les figures 1.3.1 B et 1.3.1 C montrent ses deux principaux modes de planéité. Le plan directionnel décrit la directivité de l'antenne dans un plan spécifié. Comme on peut le voir sur la figure 1.3.1 B, le rayonnement est nul dans la direction de l'axe du vibrateur et la direction maximale du rayonnement est dans le plan horizontal; Comme on peut le voir sur la figure 1.3.1 C, le rayonnement est le même dans toutes les directions du plan horizontal.

1.3.2 renforcement directionnel de l'antenne

Plusieurs réseaux d'oscillateurs symétriques peuvent contrôler le rayonnement, créant des "Anneaux de pain plat" qui concentrent davantage le signal dans la direction horizontale.

Ce qui suit est un motif plan stéréoscopique et vertical de quatre oscillateurs à demi - onde disposés dans un réseau vertical de quaternions le long d'une ligne verticale.

Des réflecteurs peuvent également être utilisés pour contrôler l'énergie rayonnée dans une seule direction et des réflecteurs plans peuvent être placés d'un côté du Réseau pour former une antenne de couverture sectorielle. Le schéma horizontal ci - dessous illustre le rôle du réflecteur, qui réfléchit la puissance d'un côté et augmente le gain.

L'utilisation de réflecteurs paraboliques permet de concentrer le rayonnement de l'antenne sur un petit angle solide, comme un projecteur en optique, ce qui permet d'obtenir un gain élevé. Il va de soi qu'une antenne parabolique est constituée de deux éléments essentiels: un réflecteur parabolique et une source de rayonnement placée au foyer parabolique.

1.3.3 gain d'antenne

Le gain est le rapport de la densité de puissance du signal produit par l'antenne réelle à la densité de puissance d'une cellule rayonnante idéale en un même point de l'espace, à puissance d'entrée égale. Il décrit quantitativement dans quelle mesure l'antenne concentre la puissance d'entrée. De toute évidence, le gain est étroitement lié au diagramme d'antenne. Plus le lobe principal est étroit, plus le lobe secondaire est petit et plus le gain est élevé. La signification physique du gain peut être comprise de la façon suivante: pour produire un signal d'une certaine taille sur une certaine distance, il faut une puissance d'entrée de 100 W Si l'on utilise comme antenne d'émission une source ponctuelle non dirigée idéale, et seulement 100 / 20 = 5 W Si l'on utilise comme antenne d'émission une antenne directionnelle de gain G = 13 DB = 20. En d'autres termes, en ce qui concerne l'effet de rayonnement de l'antenne dans sa direction de rayonnement maximale, le gain de l'antenne est multiplié par la puissance d'entrée par rapport à une source ponctuelle idéale sans direction.

Le gain de l'oscillateur symétrique demi - onde est G = 2,15 DBI.

Quatre oscillateurs symétriques à demi - onde sont disposés le long d'une ligne verticale vers le bas, formant un réseau quaternaire vertical avec un gain d'environ G = 8,15 DBI (DBI est l'unité qui indique que l'objet de comparaison est une source ponctuelle idéale pour un rayonnement uniforme dans toutes les directions).

Si vous utilisez un oscillateur symétrique demi - onde comme objet de comparaison, l'unité de gain est DBD.

Le gain de l'oscillateur symétrique demi - onde est G = 0 DBD (car c'est le rapport de 1 sur lui - même et le logarithme de 0). Le gain est d'environ G = 8,15 ~ 2,15 = 6 DBD pour un tableau quaternaire vertical.

1.3.4 largeur des lames

Les diagrammes de direction ont généralement deux ou plusieurs vannes, l'une des plus fortes intensités de rayonnement est appelée la vanne principale et l'autre est appelée la vanne latérale ou la vanne latérale. Voir la figure 1.3.4a où l’angle entre deux points où l’intensité du rayonnement diminue de 3 DB (la moitié de la densité de puissance) de part et d’autre de la direction de rayonnement maximale de la vanne principale est définie comme la largeur du lobe (également appelée largeur du faisceau ou largeur du lobe principal ou angle de demi - puissance). Plus la largeur du lobe est étroite, meilleure est la directivité, plus la distance d'action est grande et plus la résistance aux interférences est forte.

Il existe également une largeur de lobe de 10 dB. Comme son nom l'indique, il s'agit de l'angle entre deux points dans un mode où l'intensité du rayonnement est réduite de 10 dB (réduction de la densité de puissance d'un dixième), comme le montre la figure 1.3.4b.

1.3.5 proportions avant et après

Dans ce mode, le rapport de la valve antéro - postérieure maximale est appelé rapport antéro - postérieur et est enregistré comme f / B. Plus le rapport avant - arrière est grand, moins l'antenne rayonne (ou reçoit) vers l'arrière. Calcul avant et arrière plus facile que F / B ------

F / B = 10lg {(densité de puissance avant) / (densité de puissance arrière)}

Les valeurs typiques pour une antenne avec un rapport antenne - avant - arrière f / B sont (18 ~ 30) DB, et dans des cas particuliers (35 ~ 40) db.

1.3.6 plusieurs calculs approximatifs du gain d'antenne

1) plus la largeur du lobe principal est étroite, plus le gain est élevé. Pour une antenne générale, le gain peut être estimé comme suit:

G (DBI) = 10 LG {32000 / (2) 3 DB, e * 2 3 DB, h)}

Dans la formule, 2° 3 DB, e et 2° 3 DB, H sont respectivement les largeurs de lobes de l'antenne sur les deux plans principaux.

32 000 sont des données statistiques empiriques.

2) pour les antennes paraboliques, le gain peut être calculé approximativement en utilisant la formule suivante:

G (DB i) = 10 LG {4,5 * (D / île 0) 2}

Où D est le diamètre parabolique;

L'îlot 0 est la longueur d'onde centrale;

4.5 statistiques empiriques.

3) pour les antennes omnidirectionnelles verticales, il existe une formule approximative

G (DBI) = 10 LG {2L / île 0}

L est la longueur de l'antenne.

L'îlot 0 est la longueur d'onde centrale;

1.3.7 inhibition avancée des vannes latérales

Pour une antenne de station de base, il est généralement nécessaire que le premier lobe secondaire au - dessus du lobe principal soit le plus faible possible sur son diagramme de direction vertical (c'est - à - dire espacé). C'est ce qu'on appelle l'inhibition secondaire avancée. La station de base sert les utilisateurs de téléphones cellulaires au sol et le rayonnement dirigé vers le ciel n'a aucun sens.

1.3.8 inclinaison de l'antenne vers le bas

Pour que le lobe principal soit dirigé vers le sol, l'antenne doit être correctement inclinée vers le bas pendant le placement.

1.4 polarisation de l'antenne

Les antennes rayonnent des ondes électromagnétiques dans l'espace environnant. Les ondes électromagnétiques sont constituées de champs électriques et magnétiques. La direction du champ électrique spécifié est la direction de la polarisation de l'antenne. Les antennes couramment utilisées sont unipolaires. La figure suivante illustre deux phénomènes unipolaires fondamentaux: la polarisation verticale, qui est la plus courante; Polarisation horizontale - peut également être utilisé.

Le diagramme ci - dessous illustre deux autres unipolaires: + 45 et - 45, qui ne sont utilisés que pour des occasions spéciales. De cette façon, il y a quatre types de monopôles, comme le montre la figure ci - dessous. En combinant une antenne polarisée verticalement avec une antenne polarisée horizontalement, ou en combinant une antenne polarisée à + 45 degrés avec une antenne polarisée à - 45 degrés, un nouveau type d'antenne, l'antenne bipolaire, est formé.

La figure suivante montre deux antennes monopolarisées montées ensemble pour former une paire d'antennes bipolaires. Notez que l'antenne à double polarisation possède deux connecteurs.

Les antennes bipolaires rayonnent (ou reçoivent) des ondes à deux polarisations orthogonales (perpendiculaires) L'une à l'autre dans l'espace.

1.4.2 pertes de polarisation

Les ondes polarisées verticalement sont reçues par une antenne ayant des caractéristiques de polarisation verticale, tandis que les ondes polarisées horizontalement sont reçues par une antenne ayant des caractéristiques de polarisation horizontale. L'onde polarisée circulaire droite est reçue par une antenne à polarisation circulaire droite, tandis que l'onde polarisée circulaire gauche est reçue par une antenne à polarisation circulaire gauche.

Lorsque la direction de polarisation de l'onde incidente ne coïncide pas avec celle de l'antenne de réception, le signal reçu est plus faible, c'est - à - dire qu'il se produit des pertes de polarisation. Par example, des pertes de polarisation se produiront lorsqu'une onde polarisée verticalement ou horizontalement est reçue avec une antenne polarisée à + 45 degrés, ou lorsqu'une onde polarisée à + 45 degrés ou - 45 degrés est reçue avec une antenne polarisée verticalement. Lorsqu'une antenne polarisée circulairement reçoit une onde polarisée linéairement, ou qu'une antenne polarisée linéairement reçoit une onde polarisée circulairement, et ainsi de suite, les pertes de polarisation doivent également se produire - seulement la moitié de l'énergie de l'onde reçue peut être reçue.

Lorsque la direction de polarisation de l'antenne de réception est parfaitement orthogonale à la direction de polarisation de l'onde incidente, par example lorsque l'antenne de réception à polarisation horizontale reçoit l'onde incidente à polarisation verticale, ou lorsque l'antenne de réception à polarisation circulaire droite reçoit l'onde incidente à polarisation circulaire gauche, L'antenne ne recevra pas du tout l'énergie de l'onde incidente. Dans ce cas, les pertes de polarisation sont maximales et sont appelées isolation complète de la polarisation.

1.4.3 isolement de polarisation

Il n'y a pas d'isolation polarisée complète idéale. Le signal envoyé à une antenne polarisée apparaît toujours un peu dans l'autre antenne polarisée. Par example, dans l'antenne bipolaire représentée sur la figure suivante, la puissance de l'antenne polarisée verticalement en entrée est de 10 W et la puissance de sortie mesurée en sortie de l'antenne polarisée horizontalement est de 10 MW.

1.5 impédance d'entrée d'antenne Zin

Définition: le rapport entre la tension du signal et le courant du signal à l'entrée de l'antenne est appelé impédance d'entrée de l'antenne. L'impédance d'entrée a une composante résistive RIN et une composante résistive Xin, soit Zin = Rin + jxin. La présence d'une composante réactionnelle réduira la puissance du signal extrait par l'antenne de la ligne d'alimentation. La composante réactionnelle doit donc être aussi nulle que possible, c'est - à - dire que l'impédance d'entrée de l'antenne doit être aussi pure que possible. En effet, même si l'antenne est bien conçue et mise en service, son impédance d'entrée contient toujours une petite composante de réactance.

L'impédance d'entrée est liée à la structure, aux dimensions et à la longueur d'onde de fonctionnement de l'antenne. L'oscillateur symétrique demi - onde est l'antenne de base la plus importante avec une impédance d'entrée Zin = 73,1 + j42,5 (îlot). Lorsque la longueur de l'antenne est raccourcie (3 ~ 5)%, la composante de réactance peut être éliminée et l'impédance d'entrée de l'antenne est une résistance pure. A ce stade, l'impédance d'entrée est Zin = 73,1 (îlots), (75 îlots nominaux). Notez qu'à proprement parler, l'impédance d'entrée d'antenne purement résistive ne s'applique qu'aux fréquences ponctuelles.

Incidemment, l'impédance d'entrée d'un oscillateur à demi - onde réduite est quatre fois supérieure à celle d'un oscillateur symétrique à demi - onde, soit Zin = 280 (îlots), (300 îlots nominaux).

Il est intéressant de noter que, pour n'importe quelle antenne, on peut toujours ajuster l'impédance de l'antenne de telle sorte que la partie imaginaire de l'impédance d'entrée soit très petite, alors que la partie réelle est très proche de 50 îlots dans la gamme de fréquences de fonctionnement souhaitée, de sorte que l'impédance d'entrée de l'antenne est Zin = Rin = 50 îlots, ce qui est nécessaire pour une bonne adaptation de l'impédance de l'antenne à la ligne d'alimentation.

1.6 plage de fréquences de fonctionnement de l'antenne (bande passante)

Qu'il s'agisse d'antennes d'émission ou de réception, elles fonctionnent toujours dans une certaine plage de fréquences (bande passante). La largeur de bande d'une antenne a deux définitions différentes -----

On désigne la bande passante de fonctionnement de l'antenne lorsque le rapport d'onde stationnaire swrâ 1,5;

L'un se réfère à la bande passante dans la gamme de 3db de réduction du gain d'antenne.

Dans les systèmes de communication mobile, il est généralement défini selon la précédente. En effet, lorsque le rapport d'onde stationnaire SWR de l'antenne ne dépasse pas 1,5, la bande passante de l'antenne est la gamme de fréquences de fonctionnement de l'antenne.

D'une manière générale, les performances de l'antenne sont différentes à chaque point de fréquence dans la largeur de la bande de fonctionnement, mais la dégradation des performances résultant de cette différence est acceptable.

1.7 antennes de stations de base, antennes relais et antennes intérieures couramment utilisées pour les communications mobiles

1.7.1 antennes à plat

Qu'elle soit GSM ou CDMA, l'antenne plate est l'antenne de station de base la plus largement utilisée et la plus importante. Cette antenne présente les avantages d'un gain élevé, d'un bon diagramme de secteur, d'un petit lobe arrière, d'un contrôle d'inclinaison pratique du diagramme vertical, d'une performance d'étanchéité fiable et d'une longue durée de vie.

Les antennes plates sont également fréquemment utilisées comme antennes utilisateur pour les répéteurs. Selon la portée du secteur d'action, le modèle d'antenne correspondant doit être sélectionné.

1.7.1 formation d'antennes plates à gain élevé

A. plusieurs oscillateurs à demi - onde disposés en tableaux linéaires placés verticalement

B. ajouter une lame réfléchissante d'un côté de la matrice linéaire (prenez l'exemple d'une matrice verticale de deux oscillateurs demi - ondes avec une lame réfléchissante)

C. pour améliorer le gain de l'antenne plate, huit réseaux d'oscillateurs demi - ondes peuvent être utilisés plus loin

Comme précédemment, le gain des quatre oscillateurs demi - ondes disposés en réseau linéaire vertical est de l'ordre de 8 DBI; Un réseau linéaire quaternaire avec des réflecteurs d'un côté, c'est - à - dire une antenne plate conventionnelle, a un gain d'environ 14 ~ 17dbi.

Un réseau linéaire à huit chaînons avec des réflecteurs d'un côté, c'est - à - dire une antenne à plaque étendue, a un gain d'environ 16 ~ 19dbi. Inutile de dire que les antennes plates étendues sont deux fois plus longues que les antennes plates traditionnelles, jusqu'à environ 2,4 m.

1.7.2 antenne parabolique à grille à gain élevé

Du point de vue du rapport qualité / prix, les antennes donneuses des stations de pose directe utilisent généralement des antennes paraboliques à grille. Comme la surface parabolique a un bon effet de mise au point, l'antenne parabolique a une forte capacité de collecte. Pour une antenne parabolique maillée de 1,5 m de diamètre, son gain peut atteindre G = 20 DBI dans la bande des 900 mégafréquences. Il est particulièrement adapté à la communication point à point. Par exemple, il est souvent utilisé comme antenne donneuse pour les répéteurs.

Le paraboloïde adopte une structure de grille, d'une part pour réduire le poids de l'antenne et d'autre part pour réduire la résistance au vent.

Les antennes paraboliques peuvent généralement donner un rapport avant - arrière d'au moins 30 DB, un indicateur technique que le système de répéteur doit respecter pour éviter l'auto - excitation de l'antenne de réception.

1.7.3 Antenne directionnelle hachiki

L'Antenne directionnelle hachiki présente les avantages d'un gain élevé, d'une structure légère, d'une installation facile et d'un prix bas. Elle est donc particulièrement adaptée à la communication point à point. Par exemple, il s'agit du type d'antenne préféré pour les antennes de réception extérieures des systèmes de distribution intérieure.

Plus l'Antenne directionnelle hachiki a de cellules, plus son gain est élevé. Généralement, l'Antenne directionnelle de 6 - 12 unités hachiki est utilisée, son gain peut atteindre 10 - 15dbi.

1.7.4 antenne de plafond suspendu intérieure

L'antenne de plafond suspendu d'intérieur doit avoir les avantages d'une structure légère, d'une belle forme et d'une installation facile.

Aujourd'hui, les antennes de plafond intérieures vues sur le marché ont beaucoup de formes et de couleurs, mais leur noyau interne est acheté et fabriqué presque de la même manière. Bien que la structure interne d'une telle antenne de plafond soit petite, comme elle repose sur la théorie de la large bande de l'antenne, les exigences du rapport d'onde stationnaire peuvent être bien satisfaites dans une large bande de fréquences de fonctionnement grâce à la conception assistée par ordinateur et à la mise en service de l'analyseur de réseau. Selon les normes nationales, l'indicateur de rapport d'onde stationnaire d'une antenne fonctionnant sur une large bande de fréquences est vswrâ2. Bien sûr, il est préférable d'atteindre vswrâ 1,5. Incidemment, l'antenne de plafond intérieure est une antenne à faible gain, typiquement G = 2dbi.

1.7.5 antenne murale intérieure

L'antenne murale intérieure doit également présenter les avantages d'une structure légère, d'une belle forme et d'une installation facile.

Les antennes murales intérieures vues sur le marché aujourd'hui ont beaucoup de formes et de couleurs, mais leur noyau interne est acheté et fabriqué presque de la même manière. La structure interne de l'antenne murale appartient à l'antenne microruban à support d'air. En raison de l'adoption d'une structure auxiliaire qui élargit la bande passante de l'antenne, la conception assistée par ordinateur et la mise en service avec l'analyseur de réseau peuvent mieux répondre aux exigences de la large bande de travail. Incidemment, l'antenne murale intérieure a un certain gain, environ G = 7dbi.

Quelques concepts de base de la propagation des ondes radio

Actuellement, les bandes de fréquences utilisées dans les communications mobiles GSM et CDMA sont:

GSM: 890 - 960 MHz, 1710 - 1880 MHz

CDMA: 806 - 896 MHz

La gamme de fréquences 806 ~ 960 MHz appartient à la gamme des ondes ultracourtes; La gamme de fréquences de 1710 à 1880 MHz appartient à la gamme des micro - ondes.

Les caractéristiques de propagation des ondes radio à différentes fréquences ou longueurs d'onde ne sont pas tout à fait identiques, voire très différentes.

2.1 Équation de distance de communication spatiale libre

On fixe la puissance d'émission à PT, le gain de l'antenne d'émission à GT et la fréquence de fonctionnement à F. si la puissance de réception est pr, le gain de l'antenne de réception à gr et la distance entre l'antenne de réception et l'antenne d'émission à R, la perte d'onde radio l0 Lors de la propagation de l'onde radio en l'absence de perturbations environnementales a l'expression suivante:

L0 (DB) = 10 lg (PT / PR)

= 32,45 + 20 L F (MHz) + 20 l R (km) - GT (DB) - gr (DB)

[exemple] réglage: PT = 10 W = 40 dbmw; Gr = GT = 7 (DBI); F = 1910 mégahertz

Q: Quand r = 500 m, PR =?

Réponse: (1) Calcul de l0 (DB)

L0 (DB) = 32,45 + 20 litres 1910 (MHz) + 20 litres 0,5 (km) - gr (DB) - GT (DB)

= 32,45 + 65,62 - 6 - 7 - 7 = 78,07 (décibels)

(2) Calcul du pr

PR = PT / (10 7.807) = 10 (w) / (10 7.807) = 1 (w) (10 7.807)

= 1 (largeur de l'île) / 6412 = 0156 (largeur de l'île)

Soit dit en passant, quand une onde radio de 1,9 GHz pénètre dans un mur de briques, elle perd environ (10 ~ 15) DB

2.2 distance de propagation des ondes ultracourtes par rapport aux micro - ondes

2.2.1 limitation de la distance de vision directe

Les ondes ultracourtes, en particulier les micro - ondes, ont des fréquences élevées, des longueurs d'onde courtes et leurs ondes de surface s'atténuent rapidement. Il ne peut donc pas compter sur les ondes de surface pour se propager sur de longues distances. Les ondes ultracourtes, en particulier les micro - ondes, se propagent principalement par ondes spatiales. En bref, les ondes spatiales sont des ondes qui se propagent en ligne droite dans l'espace. Il est clair que la distance à vue directe rmax parcourue par les ondes spatiales est limitée en raison de la courbure de la terre. Les zones situées à la distance de visualisation directe la plus éloignée sont traditionnellement appelées zones éclairées; Les zones dépassant la distance limite à vue directe rmax sont appelées zones ombragées. Il va sans dire que le point de réception doit être à l'intérieur de la distance optique directe limite rmax de l'antenne d'émission lorsque la communication est effectuée à l'aide d'ondes ultracourtes et de micro - ondes. Influencée par le rayon de courbure de la terre, la relation entre la distance optique directe limite rmax et les hauteurs HT et HR des antennes d'émission et de réception est: rmax = 3,57 {âht (m) + âhr (m)} (km)

Compte tenu de la réfraction atmosphérique des ondes radio, la distance optique directe limite doit être corrigée pour

Rmax = 4,12 {âht (m) + âhr (m)} (km)

La fréquence de l'onde électromagnétique étant très inférieure à celle de l'onde lumineuse, la distance visuelle directe effective re parcourue par l'onde radio est de l'ordre de 70% de la distance visuelle directe limite rmax, soit re = 0,7 rmax.

Par exemple, si ht et HR sont respectivement de 49 m et 1,7 M, la distance apparente effective est re = 24 km.

2.3 caractéristiques de propagation des ondes radio sur un sol plat

Les ondes radio émises directement depuis l'antenne d'émission vers le point de réception sont appelées ondes directes; Les ondes radio émises par l'antenne émettrice et dirigées vers le sol sont réfléchies par le sol et atteignent le point de réception, appelées ondes réfléchies. Il est clair que le signal au point de réception doit être une combinaison d'ondes directes et réfléchies. La synthèse des ondes radio ne sera pas une addition algébrique aussi simple que 1 + 1 = 2, et le résultat de la synthèse variera en fonction de la différence de trajet entre les ondes directes et réfléchies. Lorsque la différence de voie est un multiple impair d'une demi - longueur d'onde, les signaux d'onde directe et d'onde réfléchie sont additionnés pour former un maximum; Lorsque la différence de chemin d'onde est un multiple d'une longueur d'onde, le signal d'onde directe et le signal d'onde réfléchie sont soustraits et synthétisés à un minimum. On voit que la présence de réflexions terrestres rend très complexe la distribution spatiale de l'intensité du signal.

Les mesures réelles montrent que l'intensité du signal fluctue avec l'augmentation de la distance ou de la hauteur de l'antenne à une certaine distance Ri; Au - delà d'une certaine distance ri, l'intensité du signal augmentera à mesure que la distance augmentera ou que la hauteur de l'antenne diminuera. Déclin monotone. Le calcul théorique donne la relation entre RI, la hauteur d'antenne HT et HR:

Ri = (4 HT HR) / L, L étant la longueur d'onde.

Il va sans dire que Ri doit être inférieur à la distance limite de visualisation rmax.

2.4 propagation Multi - trajets des ondes radio

Dans les bandes ultra - courtes et micro - ondes, les ondes radio rencontrent également des obstacles (tels que des bâtiments, des immeubles de grande hauteur ou des collines) pour réfléchir les ondes radio. Ainsi, les différentes ondes réfléchies (qui, de manière générale, devraient également inclure les ondes réfléchies du sol) atteignent l'antenne de réception. Ce phénomène est appelé propagation Multi - trajets.

En raison de la transmission Multi - trajets, la distribution spatiale de l'intensité du champ du signal devient assez complexe et fluctuante. Dans certains endroits, l'intensité du champ de signal augmente, tandis que dans certains endroits, elle diminue; La direction de polarisation des ondes radio change également en raison de l'influence de la transmission Multi - trajets. En outre, la capacité de réflexion des ondes radio est différente pour différents obstacles. Par exemple, les bâtiments en béton armé ont une plus grande capacité de réflexion sur les ondes ultracourtes et les micro - ondes que les murs de briques. Nous devrions faire de notre mieux pour surmonter les effets négatifs de l'effet de transmission Multi - trajets, c'est pourquoi les gens utilisent souvent des techniques de diversité spatiale ou des techniques de diversité de polarisation dans les réseaux de communication où la qualité des communications est exigeante.

2.5 propagation par diffraction des ondes radio

Lorsque de grands obstacles sont rencontrés dans le chemin de transmission, les ondes radio contournent les obstacles et se propagent vers l'avant. Ce phénomène est appelé Diffraction des ondes radio. Les ondes ultracourtes et les micro - ondes ont des fréquences plus élevées, des longueurs d'onde plus courtes et des capacités de diffraction plus faibles. La force du signal derrière les immeubles de grande hauteur est faible, créant ce qu'on appelle une « zone d'ombre». La mesure dans laquelle la qualité du signal est affectée est liée non seulement à la hauteur du bâtiment, à la distance entre l'antenne de réception et le bâtiment, mais aussi à la fréquence. Par exemple, il y a un bâtiment de 10 mètres de haut. À une distance de 200 mètres derrière le bâtiment, la qualité du signal reçu était à peine affectée, mais à 100 mètres, l'intensité du champ du signal reçu était significativement plus faible qu'en l'absence de bâtiment. On notera que, comme indiqué ci - dessus, le degré d'atténuation est également lié à la fréquence du signal. Pour le signal RF 216 ~ 223 MHz, l'intensité du champ du signal reçu est inférieure de 16 dB à celle du signal sans bâtiment; pour le signal RF 670 MHz, l'intensité du champ du signal reçu est inférieure de 20 dB à celle du signal sans bâtiment. Si la hauteur du bâtiment augmente à 50 m, L'intensité du champ du signal reçu sera affectée et affaiblie à une distance de 1000 m du bâtiment. C'est - à - dire que plus la fréquence est élevée, plus le bâtiment est élevé et plus l'antenne de réception est proche du bâtiment, plus l'impact sur l'intensité du signal et la qualité de la communication est important; Inversement, plus la fréquence est basse, plus le bâtiment est court et plus l'antenne de réception est éloignée du bâtiment, moins l'impact est important.

Ainsi, lors du choix de l'emplacement de la station de base et de l'implantation de l'antenne, il est important de prendre en compte les différents effets néfastes pouvant résulter de la propagation de la diffraction et de prêter attention aux différents facteurs influençant la propagation de la diffraction.

3 quelques concepts de base des lignes de transmission

Le câble qui relie l'antenne à la sortie de l'émetteur (ou à l'entrée du récepteur) est appelé ligne de transmission ou ligne d'alimentation. La tâche principale d'une ligne de transmission est de transmettre efficacement l'énergie du signal. Il doit donc pouvoir transmettre la puissance du signal émis par l'émetteur à l'entrée de l'antenne d'émission avec un minimum de pertes, ou le signal reçu par l'antenne à l'entrée du récepteur avec un minimum de pertes. Dans le même temps, il ne doit pas capter ou produire de signaux parasites perturbateurs. La ligne de transmission doit donc être blindée.

Incidemment, une ligne de transmission est également dite longue lorsque sa longueur physique est égale ou supérieure à la longueur d'onde du signal transmis.

3.1 types de lignes de transmission

Il existe généralement deux types de lignes de transmission pour les bandes ultracourtes: les lignes de transmission bifilaires parallèles et les lignes de transmission par câble coaxial; Les lignes de transmission dans la bande micro - ondes comprennent des lignes de transmission par câble coaxial, des guides d'ondes et des microbandes. Une ligne de transmission bifilaire parallèle est composée de deux fils parallèles. C'est une ligne de transmission symétrique ou équilibrée. De telles pertes d'alimentation sont importantes et ne peuvent pas être utilisées dans la bande hyperfréquence. Les deux conducteurs de la ligne de transmission du câble coaxial sont respectivement le fil de coeur et le treillis de cuivre blindé. Parce que la maille de cuivre est mise à la terre et que les deux conducteurs sont dissymétriques par rapport à la terre, on parle de ligne de transmission asymétrique ou déséquilibrée. Le câble coaxial fonctionne avec une large gamme de fréquences et de petites pertes, il peut masquer le couplage électrostatique, mais ne crée aucune perturbation du champ magnétique. Lors de l'utilisation, ne pas fonctionner en parallèle avec les lignes à fort courant et ne pas être à proximité des lignes de signal à basse fréquence.

3.2 impédance caractéristique de la ligne de transmission

Le rapport tension / courant sur une ligne de transmission de longueur infinie est défini comme l'impédance caractéristique de la ligne de transmission, notée Z0. La formule de calcul de l'impédance caractéristique du câble coaxial est

Z. = ã 60 / â Île µrã * Journal de bord (D / d) [EUR].

Où D est le diamètre intérieur du treillis de cuivre conducteur externe du câble coaxial; D est le diamètre extérieur de l'âme du câble coaxial;

R est la constante diélectrique relative du milieu isolant entre les conducteurs.

Habituellement Z0 = 50 ohms, mais il y a aussi Z0 = 75 ohms.

Il n'est pas difficile de voir de la formule ci - dessus que l'impédance caractéristique de la ligne d'alimentation est uniquement liée aux diamètres D et d des conducteurs et à la constante diélectrique du milieu entre les conducteurs, indépendamment de la longueur de la ligne d'alimentation, de la fréquence de fonctionnement et de l'impédance de charge connectée aux bornes de la ligne d'alimentation.

3.3 facteur d'atténuation de la ligne d'alimentation

Lorsque le signal est transmis dans la ligne d'alimentation, il y a non seulement des pertes résistives du conducteur, mais aussi des pertes diélectriques du matériau isolant. Ces deux pertes augmentent avec la longueur du chargeur et la fréquence de fonctionnement. La longueur de l'alimentateur doit donc être aussi courte que possible.

Les coefficients d'atténuation sont utilisés pour calculer les îlots de perte par unité de longueur exprimés en DB / M (DB / M), les unités sur les spécifications techniques des câbles étant principalement en DB / 100 m (DB / 100 m).

Soit la puissance en entrée de la ligne d'alimentation P1, la puissance en sortie de la ligne d'alimentation de longueur l (m) P2, et les pertes de transmission TL peuvent être exprimées en:

TL = 10 * lg (P1 / P2) (DB)

Le coefficient d'atténuation est

Île = TL / L (DB / M)

Par exemple, un câble Nokia 7 / 8 pouces basse consommation a un facteur d'atténuation de 900 MHz isla² = 4,1 DB / 100 m, qui peut également être écrit isla² = 3 DB / 73 m, c'est - à - dire que la puissance du signal à la fréquence de 900 MHz est réduite de moitié lorsqu'il traverse un câble de 73 m de long.

Pour un câble ordinaire non basse consommation, par exemple, lorsque syv - 9 - 50 - 1900mhz, le facteur d'atténuation est isla² = 20,1db / 100M, il peut également être écrit isla² = 3db / 15m, c'est - à - dire que la puissance du signal à une fréquence de 900MHz réduit de moitié chaque 15m de câble!

3.4 Le concept de Matching

Qu'est - ce qu'un match? En termes simples, lorsque l'impédance de charge Zl connectée à la borne d'alimentation est égale à l'impédance caractéristique d'alimentation Z0, la borne d'alimentation est dite adaptée et connectée. Lors de l'appariement, seule l'onde incidente sur la ligne d'alimentation est transmise à la charge terminale et il n'y a pas d'onde réfléchie générée par la charge terminale. Ainsi, lorsque l'antenne est utilisée comme charge terminale, l'adaptation permet de s'assurer que l'antenne peut obtenir toute la puissance du signal. Comme le montre l'image ci - dessous, lorsque l'impédance de l'antenne est de 50 îles, elle est adaptée au câble de 50 îles et lorsque l'impédance de l'antenne est de 80 îles, elle n'est pas adaptée au câble de 50 îles.

Si le diamètre de l'oscillateur d'antenne est grand, l'impédance d'entrée de l'antenne varie moins avec la fréquence et s'adapte facilement à la ligne d'alimentation. À ce stade, la gamme de fréquences de fonctionnement de l'antenne est large. Au contraire, il est plus étroit.

En pratique, l'impédance d'entrée de l'antenne est également influencée par les objets environnants. Pour que la ligne d'alimentation et l'antenne soient bien adaptées, il est également nécessaire d'ajuster correctement la structure locale de l'antenne ou d'installer un dispositif d'adaptation par mesure lors du montage de l'antenne.

3.5 pertes par réflexion

Il a été indiqué précédemment que lorsque la ligne d'alimentation est adaptée à l'antenne, il n'y a pas d'onde réfléchie sur la ligne d'alimentation, mais seulement une onde incidente, c'est - à - dire que l'onde transmise sur la ligne d'alimentation se déplace simplement vers l'antenne. A ce moment, l'amplitude de la tension et l'amplitude du courant sur la ligne d'alimentation sont égales et l'impédance en tout point de la ligne d'alimentation est égale à son impédance caractéristique.

Lorsque l'antenne et la ligne d'alimentation ne sont pas appariées, c'est - à - dire lorsque l'impédance de l'antenne n'est pas égale à l'impédance caractéristique de la ligne d'alimentation, la charge ne peut absorber qu'une partie de l'énergie haute fréquence transmise sur la ligne d'alimentation et non la totalité, une partie de l'énergie non absorbée étant réfléchie pour former une onde réfléchie.

Par exemple, sur la figure de droite, l'impédance n'est pas adaptée car les impédances de l'antenne et de la ligne d'alimentation sont différentes, l'une étant de 75 ohms et l'autre de 50 ohms, de sorte que le résultat est

3.6 humidité relative

En cas de désadaptation, il y a à la fois une onde incidente et une onde réfléchie sur la ligne d'alimentation. Dans le cas où les phases des ondes incidentes et réfléchies sont identiques, on additionne l'amplitude de tension à l'amplitude de tension maximale Vmax pour former un ventre d'onde; Dans le cas où les ondes incidentes et réfléchies sont en opposition de phase, l'amplitude de tension est diminuée de l'amplitude de tension minimale vmin pour former un noeud d'onde. Les autres points ont des valeurs d'amplitude entre les ventres et les noeuds. Cette onde synthétique est appelée onde stationnaire progressive.

Le rapport de l'amplitude de la tension d'onde réfléchie à la tension d'onde incidente est appelé coefficient de réflexion et est noté r

Amplitude de l'onde réfléchie (Zl - Z0)

R = ââ

Amplitude de l'onde incidente (Zl + Z0)

Le rapport de la tension abdominale à l'amplitude de la tension de noeud est appelé coefficient d'onde stationnaire, également appelé rapport d'onde stationnaire de tension, enregistré comme VSWR

Amplitude de tension de noeud Vmax (1 + r)

VSWR =

Radians de tension de noeud vmin (1 - r)

Plus l'impédance de charge terminale Zl est proche de l'impédance caractéristique Z0, plus le coefficient de réflexion R est faible et plus le rapport d'onde stationnaire VSWR est proche de 1, meilleure est l'adaptation.

3.7 dispositifs d'équilibrage

Une source de signal ou une charge ou une ligne de transmission peut être divisée en équilibrage et déséquilibre en fonction de sa relation avec la terre.

Une source de signal est dite équilibrée si la tension aux bornes de la source de signal est égale et de polarité opposée à la masse, sinon une source de signal déséquilibrée; Si la tension entre les bornes de la charge et la masse est égale et de polarité opposée, on parle de charge équilibrée, sinon on parle de charge déséquilibrée; Une ligne de transmission est dite équilibrée si les deux conducteurs de la ligne de transmission ont la même impédance que le sol, sinon elle est déséquilibrée.

La connexion de câble coaxial doit être utilisée entre la source de signal déséquilibrée et la charge déséquilibrée, et la connexion de ligne de transmission bifilaire parallèle doit être utilisée entre la source de signal équilibrée et la charge équilibrée pour transmettre efficacement la puissance du signal, sinon elle perturbera son équilibre ou son déséquilibre et ne fonctionnera pas correctement. Si une ligne de transmission déséquilibrée doit être connectée à une charge d'équilibrage, la méthode habituelle consiste à installer un dispositif de conversion « équilibré - déséquilibré», communément appelé convertisseur d'équilibrage, entre les producteurs de grain.

3.7.1 convertisseurs symétriques demi - longueur d'onde

Également appelé convertisseur d'équilibrage à tubes en « u », il est utilisé pour la connexion entre le câble coaxial d'alimentation déséquilibré et le vibrateur symétrique demi - onde à charge équilibrée. Le convertisseur équilibré à tube « u » a également une fonction de conversion d'impédance 1: 4. L'impédance caractéristique des câbles coaxiaux utilisés dans les systèmes de communication mobile est typiquement de 50 angströms. Ainsi, dans une antenne hachiki, son impédance est ajustée à environ 200 îlots à l'aide d'un oscillateur demi - onde réduit pour finalement correspondre à l'impédance du câble coaxial à 50 îlots de la ligne d'alimentation principale.

3.7.2 déséquilibre d'équilibre de quart de longueur d'onde

Utilisant la caractéristique que les bornes de la ligne de transmission courte d'une longueur d'onde d'un quart sont ouvertes pour les hautes fréquences, la transformation d'équilibre - déséquilibre entre le port d'entrée équilibré de l'antenne et le port de sortie déséquilibré de la ligne coaxiale d'alimentation est réalisée.

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