Op die uitgebreide gebied van draadlose kommunikasie dien die antenna, as 'n onontbeerlike kritieke komponent, as 'n brug wat die inligtingswêreld verbind. Die prestasie daarvan bepaal die kwaliteit van kommunikasie direk. Die drie primêre aanwysers van antenna -wins, polarisasie en bandwydte is analoog aan die hoekstene van 'n brug, wat die funksionaliteit van die antenna ondersteun. 'N Diepe begrip van hierdie drie aanwysers is deurslaggewend vir die optimalisering van draadlose kommunikasiestelsels en die verbetering van die kwaliteit van seinoordrag en ontvangs. Hieronder ondersoek ons elkeen van hierdie sleutelaanwysers opeenvolgend.
I. Antenna -wins: die 'fokusmeganisme ' vir seinkonsentrasie
(1) Definisie en konnotasie van wins
Antenna -wins is 'n belangrike metrieke wat gebruik word om die mate waarin 'n antenna konsentreer, kwantitatief te karakteriseer en uit te straal. Vanuit 'n kommunikasie -oogpunt weerspieël dit die effektiwiteit van die antenna in die opwekking van seine binne 'n spesifieke rigting. In 'n ideale scenario straal 'n isotropiese verkoeler met eenvormige kragverspreiding energie omnidirectioneel in die ruimte uit. Vir so 'n verkoeler word die wins gedefinieer as 1, gelykstaande aan 0dB as dit in desibel uitgedruk word. Praktiese antennas, deur noukeurig gemanipuleerde strukture, wyk egter af van hierdie eenvormige bestralingspatroon, wat strategies konsentreer op energie vir bestraling in spesifieke rigtings, en sodoende 'n wins bereik as dié van 'n ideale punt-bron-antenna.
Wiskundig is antenna -wins die verhouding van die vierkant van die veldintensiteit wat deur die werklike antenna gegenereer word tot die wat geproduseer word deur 'n ideale stralende element op dieselfde ruimtelike punt, gegewe gelyke insetkrag, dit wil sê die kragverhouding. Om byvoorbeeld 'n sein van 'n bepaalde intensiteit op 'n ruimtelike punt te genereer, kan 'n ideale bestralingsbron 'n insetkrag van 126W noodsaak. By die gebruik van 'n antenna met 'n wins van 18DBD, toon berekeninge dat slegs 2W insetkrag voldoende is om dieselfde uitkoms te bereik. Dit illustreer die 'amplifiseringsagtige ' -effek van antenna-wins op seine. Wat belangrik is, is dat hierdie 'amplifisering ' nie 'n werklike toename in seinvermoë behels nie, soos in aktiewe stroombane, maar eerder 'n doeltreffender rigting -toewysing van energie.
(2) Berekeningsmetodes van wins
Die berekening van die werklike antenna -wins is nie 'n eenvoudige rekenkundige proses nie; Dit is die produk van die Direktiwiteitskoëffisiënt en antenna -doeltreffendheid. Die direktiwiteitskoëffisiënt kwantifiseer die verhouding van die stralingsintensiteit van die antenna in sy maksimum stralingsrigting tot die gemiddelde stralingsintensiteit van 'n ideale puntbronantenne, wat die antenna se vermoë om energie in 'n spesifieke rigting te fokus, intuïtief demonstreer. Antenna -doeltreffendheid is verantwoordelik vir onvermydelike energieverliese tydens die omskakeling van insetkrag na uitgestraalde krag, soos termiese verliese wat voortspruit uit die weerstandige eienskappe van die antenna -materiaal.
Verskeie antennasipes gebruik verskillende metodologieë vir die berekening van die wins. Vir die gemeenskaplike paraboliese antenna kan wins benader word met behulp van die formule G (DBI) = 10LG {4,5 × (d/λ0) ²}, waar D die deursnee van die paraboliese weerkaatser aandui, λ0 is die sentrale bedryfsgolflengte, en 4,5 is empiriese gegewens uit uitgebreide praktiese waarnemings. Die wins van 'n vertikale omnidirectionele antenna kan geskat word via G (DBI) = 10LG {2L/λ0}, met L wat die antenna -lengte voorstel. Boonop kan wins bereken word op grond van die halfkrag (3DB) balkwydtes in die twee hoofvliegtuie (E-vlak en H-vlak) met behulp van die formule G (DBI) = 10LG {32000/(2θ3dB, E × 2θ3DB, H), waar 2 necrop, E en 2θ3DB, HE is die balk in die onderskeid, en 32. ook empiriese gegewens.
(3) praktiese toepassings van wins
In langtermynkommunikasiescenario's speel antennas met 'n hoë gain, soortgelyk aan presisieinstrumente, 'n belangrike rol. Neem satellietkommunikasie: die aansienlike afstand tussen satelliete en grondstasies lei tot beduidende seindemping tydens oordrag. Hier kan hoë-gain-antennas seinenergie intens fokus, wat dit in staat stel om groot ruimtelike afstande te deurkruis en die teikenontvanger akkuraat te bereik. In mikrogolf-relaiskommunikasie verseker hoë-hoente-antennas dat seine voldoende krag op die lang transmissiepaadjie handhaaf, wat stabiele en betroubare kommunikasie-skakels vergemaklik.
Omgekeerd, in kort-afstand kommunikasieomgewings soos draadlose binnenshuise draad, verskil die situasie. Die komplekse binnenshuise instelling vereis eenvormige seinverspreiding oor verskeie rigtings om aan gebruikers op verskillende plekke te voorsien. Gevolglik word lae-hoente, omnidirectionele antennas oorwegend gebruik. Hierdie antennas funksioneer soos seinverspreiders; Alhoewel die seinsterkte in enige enkele rigting relatief beskeie is, kan hulle seine onheilspellend binne 'n gedefinieerde reeks uitstraal, wat relatief eenvormige seindekking vir binnenshuise gebruikers bied.
Ii. Antenna -polarisasie: die 'ruimtelike oriëntasie ' van elektromagnetiese golwe
(1) Definisie en wese van polarisasie
Polarisasie is 'n fisiese hoeveelheid wat die ruimtelike oriëntasie van die elektriese veldvektor van elektromagnetiese golwe presies beskryf, wat die tydelike variasiewet van die elektriese veldrigting van golwe wat deur die antenna uitgestraal is, diep openbaar. Vanuit 'n mikroskopiese perspektief weerspieël polarisasie die rotasiemodus en oriëntasie -eienskappe van die elektriese veldvektor in die ruimte, 'n eienskap wat 'n diepgaande invloed op die antenna se seintransmissie en ontvangsvermoë het.
(2) Analise van polarisasietipes
Antenna -polarisasie omvat drie fundamentele kategorieë: lineêre polarisasie, sirkelvormige polarisasie en elliptiese polarisasie. Lineêre polarisasie word verder onderverdeel in horisontale en vertikale polarisasie. 'N Vertikaal gepolariseerde golf het sy elektriese veldrigting loodreg op die grond, terwyl 'n horisontaal gepolariseerde golf 'n elektriese veldrigting parallel met die grond het. Boonop val polarisasies by 45 ° tot op die grond, soos +45 ° of -45 °, onder die lineêre polarisasiekategorie. Sirkulêre polarisasie word geklassifiseer in linkerhandige sirkelvormige polarisasie en regterkantste sirkelvormige polarisasie gebaseer op die rotasierigting van die elektriese veldvektor, waarvan die ruimtelike baan sirkelvormig is. Elliptiese polarisasie is 'n meer algemene vorm, wat kenmerke van lineêre en sirkelvormige polarisasie kombineer, met die elektriese veldvektor wat 'n elliptiese pad in die ruimte opspoor. Beide sirkelvormige en lineêre polarisasies kan onder spesifieke omstandighede as spesiale gevalle van elliptiese polarisasie beskou word.
(3) Toepassingsvoorbeelde van polarisasie in verskillende velde
In radio- en televisie-uitsaaiwese word vertikale polarisasie gereeld aangeneem om 'n stabiele seindekking te verseker. Dit is omdat vertikaal gepolariseerde golwe relatief minder vatbaar is vir grondweerkaatsing en multipaad -effekte tydens voortplanting, wat stabiele seintransmissie moontlik maak.
Antennas van mobiele kommunikasiebasisstasie gebruik hoofsaaklik horisontale polarisasie of ± 45 ° kruis-polarisasie. Horisontale polarisasie bied voordele in die versagting van mede-kanaal-interferensie, terwyl ± 45 ° kruispolarisasie beter aanpas by die komplekse en dinamiese mobiele kommunikasie-omgewing, wat die vermoë om seine uit verskillende rigtings te ontvang, verbeter en die betroubaarheid en kapasiteit van die kommunikasiestelsel verbeter.
In satellietkommunikasie word sirkelvormig gepolariseerde antennas verkies. As gevolg van die deurlopende gesindheidsvariasies van satelliete in die ruimte en die inmenging van verskillende komplekse faktore tydens seinverspreiding, kan sirkelvormig gepolariseerde antennas die seinverlies effektief verminder wat veroorsaak word deur polarisasie -wanaanpassing, wat onbelemmerde kommunikasie tussen satelliete en grondstasies verseker.
In RFID -stelsels is sirkelvormig gepolariseerde antennas ook van kardinale belang. Dit maak dit moontlik om effektiewe identifikasie van etikette in verskillende oriëntasies te identifiseer, wat die stelsel se erkenningsdoeltreffendheid en akkuraatheid aansienlik verbeter, en om robuuste ondersteuning te bied vir talle toepassingscenario's soos logistieke bestuur en toegangsbeheerstelsels.
Iii. Antenna bandwydte: die 'frekwensiegebied ' vir effektiewe werking
(1) Definisie van bandwydte
Antenna -bandwydte verwys na die frekwensiegebied waarbinne die antenna effektief kan werk. Binne hierdie reeks voldoen die antenna aan vooraf gedefinieerde prestasiekriteria, insluitend wins, staande golfverhouding en polarisasie -eienskappe. Dit dien as 'n frekwensieband waar seine van verskillende frekwensies oorgedra en ontvang kan word, met die antenna wat 'n gunstige omgewing vir hierdie prosesse verseker.
(2) onderskeid van bandwydte -tipes
Algemene definisies van antenna -bandwydte sluit absolute bandwydte en relatiewe bandwydte in. Absolute bandwydte is die verskil tussen die boonste en onderste grense van die antenna se bedryfsfrekwensiegebied, met eenhede soos Hertz (Hz), Kilohertz (KHz) of Megahertz (MHz). Byvoorbeeld, 'n antenna wat van 1GHz tot 2GHz werk, het 'n absolute bandwydte van 1 GHz. Relatiewe bandwydte is die verhouding van die absolute bandwydte tot die sentrumfrekwensie, tipies uitgedruk as 'n persentasie. Die sentrumfrekwensie kan bereken word met behulp van die rekenkundige gemiddelde, fcenter = (fmax + fmin)/2, of die meetkundige gemiddelde, wat meer algemeen voorkom op 'n logaritmiese skaal, fcenter = sqrt (fmax⋅fmin). Relatiewe bandwydte kan ook bereken word as bwrel = 2*(fmax - fmin)/(fmax + fmin) × 100%. Oor die algemeen het smalbandantennas 'n relatiewe bandwydte van minder as 5%, breëbandantennas wissel van 5%tot 25%, en ultra-breëbandantennas is meer as 25%.
(3) Toepassingsvereistes van bandwydte in verskillende scenario's
As gevolg van hul sterk frekwensieselektiwiteit, word smalbandantennes gebruik in kommunikasiestelsels wat 'n hoë frekwensie -akkuraatheid benodig. Byvoorbeeld, in radio- en televisie -oordrag, waar bedryfsfrekwensies relatief vas is, bied smalbandantennas stabiele seintransmissie by spesifieke frekwensies, en vermy die inmenging van ander frekwensiesignale. Gespesialiseerde draadlose kommunikasiestelsels, soos dié in sekere industriële kontrole -domeine met streng vereistes vir frekwensiestabiliteit en interferensie -immuniteit, baat ook by smalbandantennas.
Breëbandantennas is geskik vir komplekse kommunikasiescenario's wat dekking van veelvuldige frekwensiebande benodig. In mobiele kommunikasiebasisstasies noodsaak die ontwikkelende kommunikasietegnologie ondersteuning vir die oordrag van multi-band sein om aan verskillende gebruikers- en diensvereistes te voldoen. Breëbandantennas handhaaf bevredigende prestasie oor 'n breë frekwensiegebied, wat doeltreffende kommunikasie tussen basisstasies en verskillende terminale toestelle verseker. Net so vertrou Wireless Local Area Networks (WLAN) op breëbandantennas om draadlose toestelle van verskillende standaarde en frekwensiebande te akkommodeer, wat gebruikers gerieflike en hoë snelheidsnetwerkverbinding bied.
Ultra-breëbandantennas speel 'n unieke rol in die opsporing van radar. Hul buitengewone breë bandwydte bied hoë-resolusie-opsporingsvermoëns met 'n hoë resolusie, wat akkurate identifikasie van die teikenposisie, vorm en bewegingsstatus moontlik maak. In 'n kort afstand hoëspoedkommunikasie, soos binnenshuise hoë snelheidsdata-oordrag, gebruik ultra-breëbandantennas hul groot bandwydte om datatempo's van verskeie gigabits per sekonde te bereik, wat voldoen aan die vraag na hoë snelheids-oordrag van groot kapasiteit.
Iv. Onderlinge verband en omvattende oorweging van die drie aanwysers
Die drie sleutelaanwysers van antenna -wins, polarisasie en bandwydte is nie geïsoleer nie; Hulle is onderling verwant en onderling invloedryk. Antenne-ontwerp verg dikwels noukeurige inruilings en optimalisering onder hierdie aanwysers.
Toenemende antenna -wins behels tipies die vernouing van die stralingsstraalwydte. Alhoewel dit die seinsterkte in 'n spesifieke rigting verhoog, verminder dit terselfdertyd bandwydte. Dit is omdat die vernouing van die balkwydte die antenna se reaksie op seine van verskillende frekwensies verander en die effektiewe werkfrekwensiegebied krimp.
Polarisasie -eienskappe beïnvloed ook die antenna -bandwydte en winsprestasie. Antennas met verskillende polarisasiemodusse vertoon verskillende ruimtelike verspreidings en variasiepatrone van die elektriese veldvektor tydens seinstraling en ontvangs, wat lei tot verskille in hul koppelingsvermoëns met seine van verskillende frekwensies. Byvoorbeeld, 'n sirkelvormig gepolariseerde antenna kan uitstekende winsverrigting binne sekere frekwensiegebiede vertoon, maar ervaar agteruitgang in ander as gevolg van faktore soos polarisasie -wanverhouding, wat die bandwydte -prestasie beïnvloed.
In praktiese toepassings is 'n uitgebreide oorweging van hierdie drie aanwysers noodsaaklik op spesifieke kommunikasievereistes en scenario's by die keuse of ontwerp van 'n toepaslike antenna. Byvoorbeeld, in 'n bergagtige kommunikasieprojek met 'n hoë eise aan seinbedekking, rigtinggewende en streng frekwensiebandbeperkings, kan 'n hoë, smalbandantenne met 'n polarisasiemodus geskik vir bergagtige terrein nodig wees om te verseker dat seine ingewikkelde terrein deurkruis en die teikenarea akkuraat dek. In 'n groot winkelsentrum se binnenshuise kommunikasie-omgewing, wat veelvuldige draadlose toestelle moet ondersteun en hoë vereistes het vir seinbandbreedte en dekking-eenvormigheid, is 'n breëband, lae-gain antenna met 'n polarisasiemodus wat aanpasbaar is vir komplekse binnenshuise refleksies, wat stabiele en hoë-snelheid draadlose netwerkdienste vir kliënte en personeel bied.
Samevattend vorm 'n deeglike begrip van die drie sleutelaanwysers van antenna -wins, polarisasie en bandwydte, tesame met hul onderlinge verwantskappe, die grondslag vir die bereiking van doeltreffende en betroubare draadlose kommunikasie. Slegs deur rasionele optimalisering en konfigurasie van hierdie aanwysers gebaseer op spesifieke behoeftes in praktiese toepassings, kan antennas optimale werkverrigting lewer, wat 'n goeie basis bied vir die bevordering van draadlose kommunikasie.
