СВЧ технология - Основы Wi - Fi антенны

1. Антенны

1.1 Функции и местоположение антенны

Мощность радиочастотного сигнала, выводимого радиопередатчиком, передается через фидер (кабель) к антенне, излучаемой антенной в форме электромагнитной волны. Когда электромагнитные волны достигают места приема, антенна (которая получает только небольшую часть мощности) следует за ней и подает ее на радиоприемник. Очевидно, что антенны являются важным радиооборудованием для передачи и приема электромагнитных волн. Без антенны нет радиосвязи. Существует много видов антенн, которые подходят для разных частот, различных применений, различных случаев, различных требований и так далее. Для многих видов антенн необходимо соответствующим образом классифицировать их: их можно разделить на антенны связи, телевизионные антенны, радиолокационные антенны и так далее. Их можно разделить на коротковолновые антенны, ультракоротковолновые антенны, микроволновые антенны и так далее. Можно разделить на всенаправленную антенну, направленную антенну и так далее. Можно разделить на линейную антенну, плоскую антенну и так далее.

* Электромагнитное излучение

При наличии переменного тока на проводнике может происходить электромагнитное излучение. Радиационная способность зависит от длины и формы проводника. Как показано на рисунке 1.1a, если два провода находятся очень близко, электрическое поле привязано между ними, и излучение слабее. Как показано на рисунке 1.1b, электрическое поле распространяется в окружающем пространстве, открывая два провода, тем самым увеличивая излучение. Следует отметить, что, когда длина провода L намного меньше длины волны, когда излучение очень слабое; Когда длина провода L увеличивается до длины, равной длине волны, ток на проводе значительно увеличивается, что приводит к сильному излучению.

1.2 Симметричный генератор

Симметричные генераторы являются наиболее широко используемыми классическими антеннами на сегодняшний день. Один полуволновой симметричный генератор может быть просто использован отдельно или в качестве источника питания для параболической антенны, или антенная решетка может состоять из нескольких полуволновых симметричных колебаний. Генератор с одинаковой длиной плеча называется симметричным генератором. Генераторы длиной в четверть каждой руки и длиной волны в половину длины называются полуволновыми симметричными генераторами. Как показано на рисунке 1.2A. Кроме того, существует специальный тип полуволнового симметричного генератора, который можно рассматривать как сложение полноволнового симметричного генератора в узкую прямоугольную раму, перекрывающую его концы. Этот узкий прямоугольный каркас называется складным генератором. Обратите внимание, что длина складного генератора также составляет половину длины волны, поэтому его называют полуволновым складным генератором. См. диаграмму 1.2b.

1.3 Обсуждение направленности антенны

1.3.1 Направленность антенны

Одна из основных функций передающей антенны - излучать энергию, полученную от фидера, в окружающее пространство. Другой способ - излучать большую часть энергии в нужном направлении. Расположенные вертикально полуволновые симметричные генераторы имеют плоский трехмерный рисунок « пончик» (рисунок 1.3.1 a). Хотя стереоскопический рисунок очень силен, его трудно нарисовать. На рисунках 1.3.1 B и 1.3.1 C показаны две основные плоские модели. Графическая диаграмма направленности описывает ориентацию антенны на заданной плоскости. Как видно из рисунка 1.3.1 B, на оси вибратора излучение равняется нулю, а максимальное направление излучения находится на горизонтальной плоскости; Как видно из рисунка 1.3.1 C, излучение одинаково во всех направлениях на горизонтальной поверхности.

1.3.2 Усиление ориентации антенны

Несколько симметричных массивов генераторов могут контролировать излучение, создавая « плоские хлебные кольца», которые дополнительно концентрируют сигнал в горизонтальном направлении.

Ниже приведены стереоскопические и вертикальные плоские рисунки четырех полуволновых генераторов, расположенных по вертикальной линии в вертикальном четырехэлементном массиве.

Рефлекторы также могут использоваться для управления энергией излучения в одном направлении, а плоские отражатели могут быть размещены на одной стороне массива, чтобы сформировать веерообразную антенну покрытия. Следующий горизонтальный режим иллюстрирует действие рефлектора, который отражает мощность в одну сторону и увеличивает усиление.

Использование параболических отражателей позволяет антенне концентрировать излучение на небольшом трехмерном углу, подобно прожектору в оптике, что обеспечивает высокий коэффициент усиления. Само собой разумеется, что параболическая антенна состоит из двух основных элементов: параболического отражателя и источника излучения, расположенного в параболическом фокусе.

1.3.3 Усиление антенны

Усиление - это отношение плотности мощности сигнала, генерируемого фактической антенной, к плотности мощности идеального излучающего элемента в той же точке пространства при равной входной мощности. Он количественно описывает степень концентрации входной мощности антенны. Очевидно, что усиление тесно связано с диаграммой направленности антенны. Чем теснее основной лепесток, тем меньше вторичный лепесток, тем выше коэффициент усиления. Физическое значение усиления можно понять следующим образом: для получения сигнала определенного размера на определенном расстоянии требуется входная мощность 100 Вт, если в качестве передающей антенны используется идеальный источник с ненаправленной точкой, и 100 / 20 = 5 Вт, когда в качестве передающей антенны используется направленная антенна с усилением G = 13 дБ = 20. Другими словами, что касается эффекта излучения антенны в ее максимальном направлении излучения, то усиление антенны умножается на входную мощность по сравнению с идеальным точечным источником без направления.

Коэффициент усиления полуволнового симметричного генератора равен G = 2.15 дBi.

Четыре полуволновых симметричных генератора расположены ниже вертикальной линии, образуя вертикальную четырехкомпонентную решетку с коэффициентом усиления около G = 8,15 дБи (dBi - единица, указывающая, что объект сравнения является идеальным точечным источником равномерного излучения во всем направлении).

Если в качестве объекта сравнения используется полуволновой симметричный генератор, единица усиления - dBd.

Коэффициент усиления полуволнового симметричного генератора составляет G = 0dBd (так как это логарифм отношения 1 к самому себе и 0). Увеличения около G = 8.15 ~ 2.15 = 6 дБд вертикальной кватернионной решетки.

1.3.4 Ширина лопатки

Режим ориентации обычно имеет два или более клапанов, один из которых имеет самую высокую интенсивность излучения, называемую основным клапаном, а другой - боковым или боковым клапаном. См. рисунок 1.3.4.a, где угол между двумя точками, где интенсивность излучения уменьшается на 3 дБ (половина плотности мощности) с обеих сторон максимального направления излучения главного клапана, определяется как ширина лепестка (также известная как ширина луча или ширина основного лепестка или угол полумощности). Чем более узкая ширина лепестка, тем лучше ориентация, чем дальше действие, тем сильнее антиинтерференционная способность.

Существует также ширина лепестка, ширина лепестка 10 дБ. Как следует из названия, это угол между двумя точками в режиме снижения интенсивности излучения на 10 дБ (уменьшение плотности мощности на одну десятую), как показано на рисунке 1.3.4.b.

1.3.5 Соотношение до и после

В этом режиме соотношение максимального переднего и заднего клапанов называется соотношением спереди и сзади и регистрируется как F / B. Чем больше соотношение спереди и сзади, тем меньше обратное излучение (или прием) антенны. Расчет спереди и сзади проще, чем расчет F / B -

F / B = 10Lg {(положительная плотность мощности) / (обратная плотность мощности)}

Типичным значением антенны с соотношением F / B до и после антенны является (18 ~ 30) dB, в особых случаях (35 ~ 40) dB.

1.3.6 Несколько приближенных расчетов усиления антенны

1) Чем более узкая ширина основного клапана, тем выше коэффициент усиления. Для общей антенны усиление можно оценить следующим образом:

G (dBi) = 10 Lg A32000 / (2) 3 dB, E * 2 3 dB, H)

В формуле 2° 3dB, E и 2° 3dB, H - ширина лепестка антенны на двух основных плоскостях соответственно.

32000 - это статистические эмпирические данные.

2) Для параболической антенны можно приблизительно рассчитать усиление по следующей формуле:

G (dB i) = 10 Lg A.4.5 * (D / Island 0) 2

В формуле D диаметр параболы;

0 - центральная длина волны;

4.5 Для статистических эмпирических данных.

3) Для вертикальной всенаправленной антенны существует приближенная формула

G (dBi) = 10 Lg сер 2L / остров 0

L - длина антенны.

0 - центральная длина волны;

1.3.7 Подавление боковых клапанов высокого уровня

Для антенны базовой станции первый боковой лепесток над основным лепестком обычно должен быть как можно слабее в его вертикальной (т. е. интервале) диаграмме направленности. Это называется подавление боковых лепестков высокого уровня. Базовые станции обслуживают пользователей мобильных телефонов на земле, и излучение, направленное на небо, не имеет смысла.

1.3.8 Наклонение антенны вниз

Чтобы главный лепесток направлялся на землю, антенна должна быть правильно наклонена вниз во время размещения.

1.4 Поляризация антенны

Антенна излучает электромагнитные волны в окружающее пространство. Электромагнитные волны состоят из электрического и магнитного полей. Направление электрического поля определяется направлением поляризации антенны. Обычно используется однополюсная антенна. На рисунке ниже показаны две основные однополярности: вертикальная поляризация, которая является наиболее распространенной; Горизонтальная поляризация - также может быть использована.

На рисунке ниже показаны два других однополюса: + 45 и - 45, которые используются только в особых случаях. Таким образом, существует четыре вида монополяризации, как показано на рисунке ниже. В результате объединения вертикально - поляризованной антенны с горизонтально - поляризованной антенной или сочетания + 45 - градусной поляризованной антенны с - 45 - градусной поляризованной антенной образуется новая антенна, биполярная антенна.

На рисунке ниже показаны две однополярные антенны, установленные вместе, образуя пару двухполярных антенн. Обратите внимание, что двухполярная антенна имеет два разъема.

Биполярное антенное излучение (или прием) имеет две поляризованные волны, которые пересекаются в пространстве друг с другом (вертикально).

1.4.2 Полярные потери

Вертикальная поляризованная волна принимается антенной с вертикальной поляризацией, а горизонтальная поляризованная волна - антенной решеткой с горизонтальной поляризацией. Поляризованная волна правого вращения принимается антенной с круговой поляризацией правого вращения, а поляризованная волна левого вращения - антенной с поляризацией левого вращения.

Когда направление поляризации падающей волны не совпадает с направлением поляризации приемной антенны, получаемый сигнал будет меньше, то есть будут поляризованные потери. Например, поляризационные потери возникают при приеме вертикальных или горизонтальных поляризованных волн с антенной + 45 градусов или при приеме поляризованных волн + 45 градусов или - 45 градусов с антенной с вертикальной поляризацией. Когда круговая поляризованная антенна получает любую линейную поляризованную волну или линейно - поляризованная антенна получает любую круговую поляризованную волну и т. Д. Также должны происходить поляризационные потери - только половина энергии приемной волны.

Когда направление поляризации приемной антенны полностью ортогонально направлению поляризации падающей волны, например, когда приемная антенна с горизонтальной поляризацией получает вертикально поляризованную падающую волну, или когда приемный электрод с правой поляризацией принимает падающую волну с левой поляризацией, Антенна вообще не будет получать энергию от падающей волны. В этом случае максимальные потери поляризации называются полной изоляцией поляризации.

1.4.3 Полярная изоляция

Идеальной полной поляризации нет. Сигнал, подаваемый в одну поляризованную антенну, всегда появляется немного в другой поляризованной антенне. Например, в биполярной антенне, показанной на рисунке ниже, входная вертикальная поляризованная антенна имеет мощность 10 Вт, а выходная мощность, измеренная на выходе горизонтальной поляризованной антенны, составляет 10 мВт.

1.5 Сопротивление входу антенны Zin

Определение: отношение напряжения сигнала и тока сигнала на входном конце антенны называется входным сопротивлением антенны. Входное сопротивление имеет компонент сопротивления RIN и компонент сопротивления Xin, то есть Zin = RIN + JXin. Наличие компонента реактивности уменьшит мощность антенны для извлечения сигнала из фидера. Поэтому компонент сопротивления должен быть как можно более нулевым, то есть входное сопротивление антенны должно быть, насколько это возможно, чистым сопротивлением. На самом деле, даже если антенна хорошо спроектирована и отлажена, входное сопротивление всегда содержит небольшой компонент реактивности.

Входное сопротивление зависит от структуры, размера и рабочей длины волны антенны. Полуволновой симметричный генератор является наиболее важной базовой антенной с входным сопротивлением Zin = 73,1 + j42.5 (остров). Когда длина антенны сокращается (3 ~ 5%), компоненты сопротивления могут быть устранены, входное сопротивление антенны является чистым сопротивлением. В этот момент входное сопротивление составляет Zin = 73,1 (остров) (обозначен как 75 островов). Обратите внимание, что, строго говоря, входное сопротивление антенны чистого сопротивления применимо только к точечной частоте.

Кстати, входное сопротивление полуволнового редуктора в четыре раза больше, чем у полуволнового симметричного генератора, то есть Zin = 280 (Isla ©) (обозначается как 300 Isla ©).

Интересно, что для любой антенны всегда можно настроить сопротивление антенны таким образом, что виртуальная часть входного сопротивления очень мала, а реальная часть очень близка к 50 островам в требуемом рабочем диапазоне частот, что делает входное сопротивление антенны Zin = Rin = 50 островами, что необходимо для того, чтобы антенна хорошо соответствовала сопротивлению фидера.

1.6 Диапазон рабочих частот антенны (полоса пропускания)

Будь то передающая или приемная антенна, они всегда работают в определенном частотном диапазоне (полосе пропускания). Пропускная способность антенны определяется по - разному:

Один из них относится к рабочей полосе пропускания антенны, когда она находится в SWRâ1.5;

Одним из них является снижение коэффициента усиления антенны в диапазоне 3 дБ.

В системах мобильной связи он обычно основан на предыдущем определении. В частности, когда отношение стоячей волны антенны к SWR не превышает 1,5, пропускная способность антенны - это диапазон рабочих частот антенны.

В целом, производительность антенны различна в каждой частотной точке в рабочей полосе пропускания, но снижение производительности, вызванное этой разницей, приемлемо.

1.7 Антенны базовых станций, ретрансляционные антенны и внутренние антенны, используемые для мобильной связи

1.7.1 Планшетная антенна

Будь то GSM или CDMA, плоские антенны являются наиболее широко используемыми и очень важными базовыми антеннами. Антенна имеет преимущества высокого усиления, хорошей веерной диаграммы, небольшого заднего лепестка, удобного управления наклоном под вертикальной диаграммой направления, надежной герметичности и длительного срока службы.

Планшетные антенны также часто используются в качестве пользовательских антенн для ретрансляторов. В зависимости от диапазона секторов действия следует выбрать соответствующий тип антенны.

1.7.1 Формирование плоской антенны с высоким коэффициентом усиления

А. Размещение нескольких полуволновых генераторов в вертикально расположенные линейные решетки

В. Добавление отражающей пластины на одну сторону линейной решетки (например, вертикальной решетки двух полуволновых генераторов с отражательной пластиной)

С. Для усиления плоской антенны можно дополнительно использовать восемь полуволновых генераторов

Как упоминалось ранее, усиление четырех полуволновых генераторов, расположенных в вертикальной линейной решетке, составляет около 8dBI; Четырехэлементная линейная решетка с отражателем на одной стороне, то есть традиционная плоская антенна, имеет коэффициент усиления около 14 ~ 17 DBI.

С одной стороны восьмиэлементная линейная решетка с отражателем, то есть антенна с расширенной пластиной, имеет коэффициент усиления около 16 - 19DBI. Излишне говорить, что расширенная плоская антенна в два раза длиннее, чем традиционная плоская антенна, и достигает около 2,4М.

1.7.2 Параболическая антенна с сеткой высокого усиления

С точки зрения рентабельности, донорская антенна прямой станции обычно использует сеточную параболическую антенну. Благодаря хорошему фокусирующему эффекту параболической поверхностной маски, параболическая антенна обладает сильной способностью собирать. Для сеточной параболической антенны диаметром 1,5м усиление может достигать g = 20dbi в диапазоне 900 МВт. Он особенно подходит для одноранговой связи. Например, он часто используется в качестве донорской антенны ретранслятора.

Парабола использует сеточную структуру, во - первых, для уменьшения веса антенны, а во - вторых, для уменьшения сопротивления ветра.

Параболические антенны обычно дают соотношение спереди и сзади не менее 30 дБ, что является техническим показателем, который система ретранслятора должна выполнить, чтобы предотвратить самовозбуждение приемной антенны.

1.7.3 Орбитальная антенна

Восемь деревянных направленных антенн имеют преимущества высокого усиления, легкой конструкции, удобной установки и низкой цены. Поэтому он особенно подходит для одноранговой связи. Например, это предпочтительный тип антенны для наружной приемной антенны внутренней распределительной системы.

Чем больше ячеек антенны ориентации из восьми деревьев, тем выше ее усиление. Как правило, используется блок 6 - 12 Bamu направленная антенна, ее усиление до 10 - 10dbi.

1.7.4 Внутренняя антенна с подвесной крышей

Внутренняя подвесная антенна должна иметь преимущества легкой конструкции, красивой формы и удобной установки.

В настоящее время внутренние потолочные антенны, которые можно увидеть на рынке, имеют много форм и цветов, но их внутренние сердечники покупаются и производятся почти одинаково. Хотя внутренняя структура этой потолочной антенны невелика, поскольку она основана на теории широкополосной связи антенны и отлажена с помощью автоматизированного проектирования и сетевого анализатора, она хорошо отвечает требованиям постоянного отношения волн в широком рабочем диапазоне. В соответствии с национальными стандартами, антенна, работающая в широкополосном диапазоне, имеет индикатор стоячей волны VSWRâ2. Конечно, лучше всего достичь VSWRâ1.5. Кстати, внутренняя потолочная антенна - это антенна с низким усилением, обычно g = 2DBI.

1.7.5 Стенная антенна в помещении

Внутренняя настенная антенна также должна иметь преимущества легкой конструкции, красивой формы, удобной установки.

Сегодня интерьерные антенны, которые можно увидеть на рынке, имеют много форм и цветов, но их внутренние сердечники покупаются и производятся почти одинаково. Внутренняя конструкция антенны на стене представляет собой микрополосную антенну с воздушной средой. Требования к рабочей широкополосной связи лучше удовлетворяются за счет использования вспомогательной структуры с расширенной полосой пропускания антенны и автоматизированного проектирования и отладки с помощью сетевого анализатора. Кстати, интерьерная настенная антенна имеет определенное усиление, около g = 7DBI.

Основные понятия распространения радиоволн

В настоящее время частотные диапазоны, используемые в мобильной связи GSM и CDMA, являются следующими:

GSM: 890 - 960 МГц, 1710 - 1880 МГц

CDMA: 806 - 896 МГц

Диапазон частот 806 - 960 МГц относится к диапазону ультракоротких волн; Частотный диапазон 1710 - 1880 МГц относится к микроволновому диапазону.

Характеристики распространения радиоволн на разных частотах или длинах волн не совсем одинаковы или даже очень различны.

2.1 Уравнение расстояния связи в свободном пространстве

Установите мощность передачи Pt, усиление передающей антенны GT, рабочую частоту f. Если принимающая мощность PR, усиление приемной антенны GR, расстояние между приемной антенной и передающей антенной r, то потеря радиоволны l0 во время распространения радиоволны без помех окружающей среды имеет следующее выражение:

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

= 32.45 + 20 Lg f (МГц) + 20 LgR (km) - GT (dB) - GR (dB)

[Пример] Настройка: Pt = 10 W = 40 dbmw; GR = GT = 7 (dBi); f = 1910 МГц

Q: Когда r = 500 м, PR =?

Ответ: (1) Вычисление l0 (DB)

L0 (dB) = 32.45 + 20 Lg 1910 (МГц) + 20 Lg0,5 (km) - GR (dB) - GT (dB)

= 32.45 + 65.62 - 6 - 7 = 78.07 (dB)

(2) Расчет PR

PR = PT / (10 7.807) = 10 (W) / (10 7.8 07) = 1 (W) (10 0.807)

= 1 (ширина острова) / 6.412 = 0.156 (ширина острова)

Кстати, когда радиоволны 1,9 ГГц пробивают кирпичную стену, она теряет около (10 - 15) дБ.

2.2 Расстояние распространения ультракоротких волн и микроволн

2.2.1 Ограничение расстояния прямой видимости

Сверхкороткие волны, особенно микроволны, имеют высокую частоту, короткие длины волн и их поверхностные волны быстро распадаются. Поэтому он не может полагаться на поверхностные волны для передачи на большие расстояния. Ультракороткие волны, особенно микроволны, распространяются главным образом через воздушные волны. Короче говоря, воздушные волны - это волны, которые распространяются по прямой линии в пространстве. Очевидно, что из - за кривизны Земли прямое видимое расстояние распространения космических волн Rmax ограничено. Области, находящиеся на самом дальнем расстоянии прямой видимости, традиционно называют зонами освещения; Области, превышающие предельное расстояние прямой видимости Rmax, называются зонами тени. Само собой разумеется, что при использовании ультракоротковолновой и микроволновой связи точка приема должна находиться в пределах предела прямой видимости передающей антенны Rmax. Отношение между предельным расстоянием прямой видимости Rmax и высотой HT и HR передающей и приемной антенн под влиянием радиуса кривизны Земли: Rmax = 3.57 {вHT (m) + вHR (m)} (km)

С учетом атмосферного преломления радиоволн предельная дальность прямой видимости должна быть скорректирована следующим образом:

Rmax = 4,12 мвХт (m) + вХР (m) (km)

Поскольку частота электромагнитных волн намного ниже, чем частота световых волн, эффективное расстояние прямой видимости для распространения радиоволн составляет около 70% от предельного расстояния прямой видимости Rmax, то есть re = 0,7 Rmax

Например, если HT и HR составляют 49 м и 1,7 м соответственно, эффективное расстояние прямой видимости составляет re = 24 км.

2.3 Характеристики распространения радиоволн на плоской земле

Радиоволны, излучаемые непосредственно от передающей антенны к точке приема, называются прямыми волнами; Радиоволны, излучаемые передающей антенной на землю, отражаются от земли и достигают точки приема, называемой отраженной волной. Очевидно, что сигнал в точке приема должен быть комбинацией прямых и отраженных волн. Синтез радиоволн не будет простым алгебраическим сложением, как 1 + 1 = 2, и результат синтеза будет меняться в зависимости от диаметра волны между прямой волной и отраженной волной. Когда разность каналов в нечетное число превышает половину длины волны, прямые волны и отраженные сигналы суммируются для получения максимума; Когда разность каналов является кратным длины волны, сигнал прямой волны и отраженной волны уменьшается и синтезируется до минимума. Можно видеть, что наличие отражения от земли делает пространственное распределение интенсивности сигнала очень сложным.

Фактические измерения показывают, что сила сигнала колеблется в пределах определенного расстояния RI с увеличением расстояния или высоты антенны; После превышения определенного расстояния RI сила сигнала будет увеличиваться с увеличением расстояния или уменьшением высоты антенны. Монотический спад. Теоретические расчеты показывают связь между RI, высотой антенны HT и HR:

RI = (4 HT HR) / L, L - длина волны.

Излишне говорить, что RI должен быть меньше предельного расстояния просмотра Rmax.

2.4 Многоапертурное распространение радиоволн

В ультракоротковолновом и микроволновом диапазонах радиоволны также сталкиваются с препятствиями (например, здания, высотные здания или холмы) для отражения радиоволн. Таким образом, различные отраженные волны (в широком смысле также должны включать наземные отраженные волны) достигают приемной антенны. Это явление называется мультимодальным распространением.

Благодаря многопроходной передаче пространственное распределение силы сигнального поля становится довольно сложным и сильно колеблется. В некоторых местах сила сигнального поля увеличивается, а в некоторых местах сила сигнального поля снижается; Также из - за влияния многопроходной передачи изменяется направление поляризации радиоволн. Кроме того, разные препятствия имеют различную способность отражать радиоволны. Например, железобетонные здания лучше отражают ультракороткие волны и микроволны, чем кирпичные стены. Мы должны сделать все возможное, чтобы преодолеть негативные последствия мультиплексной передачи, поэтому люди часто используют пространственную или поляризованную технологию разделения в сетях связи с высоким качеством связи.

2.5 дифракционное распространение радиоволн

При столкновении с большим препятствием на пути передачи радиоволны будут обходить препятствие и распространяться вперед. Это явление называется дифракцией радиоволн. Сверхкороткие волны и микроволны имеют более высокие частоты, более короткие длины волн и более слабую дифракционную способность. Сила сигнала за высотными зданиями меньше, образуя так называемую « теневую зону». Степень воздействия на качество сигнала связана не только с высотой здания, расстоянием между приемной антенной и зданием, но и с частотой. Например, есть здание высотой 10 метров. В 200 метрах позади здания качество получаемого сигнала практически не пострадало, но в 100 метрах поле получаемого сигнала было значительно слабее, чем в отсутствие здания. Обратите внимание, что, как упоминалось выше, степень затухания также связана с частотой сигнала. Для радиочастотных сигналов 216 ~ 223 МГц сила приемного поля на 16 дБ ниже, чем у сигнального поля без здания, для радиочастотного сигнала 670 МГц сила приемного поля на 20 дБ ниже, чем у сигнала без здания. То есть, чем выше частота, тем выше здание, чем ближе приемная антенна к зданию, тем больше влияние на интенсивность сигнала и качество связи; Напротив, чем ниже частота, чем короче здание, тем дальше приемная антенна от здания, тем меньше влияние.

Поэтому при выборе местоположения базовой станции и установке антенны необходимо учитывать возможные негативные последствия дифракционного распространения и учитывать факторы, влияющие на дифракционное распространение.

3 Основные понятия линий электропередач

Кабель, соединяющий антенну с выходом передатчика (или входом приемника), называется линией передачи или фидером. Основная задача линий электропередач - эффективная передача энергии сигнала. Таким образом, он должен иметь возможность отправлять мощность сигнала передатчика на вход передающей антенны с минимальными потерями или посылать сигнал, полученный антенной, на вход приемника с минимальными потерями. В то же время он не должен собирать или генерировать сигналы помех. Поэтому линии передачи должны быть экранированы.

Кстати, когда физическая длина линии передачи равна или больше длины волны передаваемого сигнала, линия передачи также называется длинной линией.

3.1 Типы линий электропередачи

Существует два типа линий передачи сверхкоротких диапазонов: параллельные двухпроводные линии передачи и коаксиальные кабельные линии передачи; Линии микроволновой передачи включают коаксиальные кабельные линии, волноводы и микрополосы. Параллельная двухпроводная линия передачи состоит из двух параллельных проводов. Это симметричная или сбалансированная линия передачи. Этот фидер имеет большие потери и не может использоваться в диапазоне UHF. Двумя проводниками коаксиальных кабельных линий являются соответственно стержневая линия и экранированная медная сеть. Поскольку медная сеть заземлена и два проводника асимметричны по отношению к земле, она называется асимметричной или несбалансированной линией передачи. Коаксиальный кабель имеет широкий диапазон рабочих частот и небольшие потери, которые могут блокировать электростатические связи, но не создавать никаких помех магнитному полю. При использовании не работайте параллельно с линией сильного тока и не приближайтесь к линии низкочастотного сигнала.

3.2 Характерное сопротивление линии электропередачи

Отношение напряжения к току на бесконечно длинной линии передачи определяется как характеристическое сопротивление линии передачи, выраженное в Z0. Свойственное сопротивление коаксиального кабеля рассчитывается по формуле

Z. = Журнал 60 / âIsland мкrá * (D / D) [Евро].

В формуле D - внутренний диаметр медной сетки коаксиального кабеля; d) внешний диаметр коаксиальной кабельной линии;

R - относительная диэлектрическая константа изоляционной среды между проводниками.

Обычно Z0 = 50 Ом, но есть также Z0 = 75 Ом.

Из вышеприведенной формулы нетрудно понять, что характеристическое сопротивление фидера связано только с диэлектрической константой диаметра D и D проводника и среды между проводником, но не с длиной фидера, рабочей частотой и сопротивлением нагрузки, подключенной к фидеру.

3.3 Коэффициент затухания фидера

Когда сигнал передается по фидеру, существуют не только потери сопротивления проводника, но и диэлектрические потери изоляционного материала. Эти два вида потерь увеличиваются с увеличением длины и рабочей частоты питателя. Поэтому длина питателя должна быть максимально сокращена.

Коэффициент затухания, используемый для расчета длины единицы, представляет остров потерь в единицах dB / M (dB / M), большинство единиц в технических спецификациях кабеля - dB / 100 M (dB / 100M)

Установите мощность, входящую в фидер, как P1, а мощность, выводимая из фидера длиной L (m), как P2, и потери при передаче TL могут быть выражены как:

TL = 10 * Lg (P1 / P2) (dB)

Коэффициент затухания

Остров = TL / L (dB / m)

Например, коэффициент затухания 7 / 8 - дюймового кабеля с низким энергопотреблением Nokia составляет 900 МГц Isla² = 4,1 дБ / 100 м, что также может быть записано как Isla² = 3 дБ / 73 м, т.е. мощность сигнала на частоте 900 МГц уменьшается вдвое при прохождении через 73 - метровый кабель.

Для обычных кабелей с низким энергопотреблением, например, при syv - 9 - 50 - 1900 мГц, коэффициент затухания равен Isla² = 20,1 дБ / 100 м или может быть записан как Isla² = 3dB / 15m, то есть мощность сигнала с частотой 900 МГц уменьшается вдвое на 15 м длины кабеля!

3.4 Концепция соответствия

Какое совпадение? Проще говоря, когда сопротивление нагрузки ZL, подключенное к фидерному зажиму, равно свойственному сопротивлению Z0 фидера, называется, что фидерный зажим соответствует и подключается. В процессе согласования на фидере передаются только падающие волны, которые передаются в терминальную нагрузку, а не отраженные волны, генерируемые терминальной нагрузкой. Поэтому, когда антенна используется в качестве конечной нагрузки, согласование гарантирует, что антенна может получить всю мощность сигнала. Как показано на рисунке ниже, когда антенное сопротивление составляет 50 островов, оно соответствует 50 островным кабелям, а когда антенное сопротивление составляет 80 островов, оно не соответствует 50 островным кабелям.

Если диаметр антенного генератора больше, входное сопротивление антенны изменяется с частотой меньше и легко соответствует фидеру. В это время антенна работает в более широком диапазоне частот. Наоборот, он более узкий.

На практике входное сопротивление антенны также зависит от окружающих объектов. Для того чтобы фидер и антенна хорошо соответствовали друг другу, антенна также должна быть установлена путем измерения соответствующей настройки локальной структуры антенны или установки устройства согласования.

3.5 Отражение потерь

Как отмечалось ранее, когда фидер соответствует антенне, на фидере нет отраженной волны, есть только падающая волна, то есть волна, передаваемая на фидере, просто движется к антенне. На этом этапе амплитуда напряжения на фидере равна амплитуде тока, а сопротивление в любой точке фидера равно его характеристическому сопротивлению.

Когда антенна и фидер не совпадают, то есть, когда сопротивление антенны не равно характеристическому сопротивлению фидера, нагрузка поглощает только часть высокочастотной энергии, передаваемой на фидере, но не полностью, а часть не поглощенной энергии отражается обратно, чтобы сформировать отраженную волну.

Например, на правом рисунке сопротивление не совпадает, так как антенна и фидер имеют разные сопротивления, один - 75 Ом, а другой - 50 Ом

3.6 ВСВР

В случае дислокации на фидере есть как падающая, так и отраженная волна. При одинаковой фазе падающей и отраженной волн амплитуда напряжения суммируется с максимальной амплитудой напряжения Vmax для формирования волнового пояса; В случае противоположной фазы падающей и отраженной волн амплитуда напряжения вычитается из минимальной амплитуды напряжения Vmin для формирования волнового узла. В других точках амплитуда находится между волной и узлом. Эта синтетическая волна называется стоячей волной бегущей волны.

Отношение амплитуды напряжения отраженной волны к напряжению падающей волны называется коэффициентом отражения и регистрируется как R

Амплитуда отраженной волны (ZL - Z0)

Р = вa

Амплитуда падающей волны (ZL + Z0)

Отношение напряжения в брюшной полости к амплитуде напряжения узла называется коэффициентом стоячей волны, также известным как отношение стоячей волны напряжения, и регистрируется как VSWR

Амплитуда напряжения узла Vmax (1 + R)

ВСВР =

Дуга напряжения узла Vmin (1 - R)

Чем ближе сопротивление конечной нагрузки ZL к характеристическому сопротивлению Z0, тем меньше коэффициент отражения r, тем ближе к 1 отношение стоячей волны к VSWR, тем лучше соответствие.

3.7 Сбалансирующее устройство

Источники сигнала или нагрузки или линии передачи могут быть разделены на равновесие и дисбаланс в зависимости от их связи с землей.

Если напряжение между двумя концами источника сигнала и землей одинаково и полярно противоположно, оно называется сбалансированным источником сигнала, иначе его называют несбалансированным источником сигнала; Если напряжение между двумя концами нагрузки и землей равное, а полярность противоположная, называется равновесной нагрузкой, иначе - несбалансированной нагрузкой; Если два проводника линии передачи имеют одинаковое сопротивление с землей, они называются сбалансированными линиями передачи, в противном случае несбалансированными линиями передачи.

Между несбалансированным источником сигнала и несбалансированной нагрузкой должно использоваться коаксиальное кабельное соединение, а между сбалансированным источником сигнала и балансирующей нагрузкой должно использоваться параллельное двухпроводное соединение для эффективной передачи мощности сигнала, иначе это нарушит его равновесие или дисбаланс и не сможет нормально работать. Если несбалансированная линия электропередач должна быть подключена к равновесной нагрузке, обычным методом является установка « уравновешенно - несбалансированный» преобразователь между производителями продовольствия, часто называемый балансирующим преобразователем.

3.7.1 Полуволновой балансировочный преобразователь

Он также известен как « U - » трубчатый балансировочный преобразователь, используемый для соединения между несбалансированными фидерными коаксиальными кабелями и полуволновыми симметричными вибраторами с балансировочной нагрузкой. « U - » трубчатый балансировочный преобразователь также имеет функцию преобразования сопротивления 1: 4. Характерное сопротивление коаксиальных кабелей, используемых в системах мобильной связи, обычно составляет 50 э. Таким образом, в антенне « Окаму» его сопротивление корректируется примерно до 200 островов с помощью уменьшенного полуволнового генератора, чтобы в конечном итоге соответствовать сопротивлению 50 - островного коаксиального кабеля основного фидера.

3.7.2 Дисбаланс четверти длины волны

Используя четверть волны длинных линий короткой передачи для высокочастотного включения, достигается равновесие - неравновесное преобразование между входным портом баланса антенны и несбалансированным выходным портом коаксиального фидера.

Для продуктов PCB антенны нажмите: антенна PCB