Traadita suhtluse ulatuslikus valdkonnas toimib antenn kui hädavajalik kriitiline komponent sillana, mis seob infomaailma. Selle jõudlus dikteerib otseselt suhtluse kvaliteeti. Antenni suurenemise, polarisatsiooni ja ribalaiuse kolm peamist näitajat on analoogsed silla nurgakividega, toetades antenni funktsionaalsust. Nende kolme indikaatori põhjalik arusaamine on keskne traadita sidesüsteemide optimeerimiseks ning signaali edastamise ja vastuvõtu kvaliteedi suurendamiseks. Allpool uurime kõiki neid võtmenäitajaid järjestikku.
I. Antenni võimendus: signaali kontsentratsiooni 'keskendumismehhanism'
(1) võimenduse määratlus ja varjund
Antenni võimendus on peamine mõõdik, mida kasutatakse kvantitatiivseks iseloomustamiseks, mil määral antenn kontsentreerib ja kiirgab sisendvõimsust. Kommunikatsiooni seisukohast kajastab see antenni tõhusust signaalide genereerimisel konkreetses suunas. Ideaalse stsenaariumi korral kiirgab ühtlase energiajaotusega isotroopne radiaator kosmoses kõiksuunaliselt energiat. Sellise radiaatori jaoks on võimendus määratletud kui 1, mis on detsibellides väljendatud 0dB -ga. Praktilised antennid kalduvad hoolikalt konstrueeritud struktuuride kaudu sellest ühtlasest kiirgusmustrist kõrvale, koondades strateegiliselt energiat radiatsiooni jaoks konkreetsetes suundades, saavutades seeläbi võimenduse paremast ideaalse punktist lähteainete antennist.
Matemaatiliselt on antenni võimendus tegeliku antenni genereeritud välja intensiivsuse ruudu suhe, mis on toodetud ideaalse kiirgava elemendi poolt samas ruumilises punktis, arvestades võrdset sisendvõimsust, st võimsuse suhet. Näiteks ruumilises punktis konkreetse intensiivsusega signaali genereerimiseks võib ideaalne kiirgusallikas vajada sisendvõimsust 126W. Antenni kasutamisel 18DBD võimendusega näitavad, et sama tulemuse saavutamiseks piisab vaid 2W sisendvõimsusest. See illustreerib eredalt antenni võimenduse 'amplifikatsioonitaolist' mõju signaalidele. Oluline on see, et see 'amplifikatsioon' ei hõlma signaalivõimsuse tegelikku suurenemist, nagu aktiivsetes vooluahelates, vaid pigem energia tõhusamat suunajaotust.
(2) võimendusmeetodid võimendusmeetodid
Antenni tegeliku võimenduse arvutamine ei ole sirgjooneline aritmeetiline protsess; See on juhtkonna koefitsiendi ja antenni efektiivsuse tulemus. Suhtekoefitsient kvantifitseerib antenni kiirguse intensiivsuse suhte maksimaalses kiirgussuunas ideaalse punktiantenni keskmise kiirguse intensiivsuse ja intuitiivselt, näidates antenni võimet keskenduda energiat konkreetses suunas. Antenni efektiivsus põhjustab sisendvõimsuse kiirguse võimsuseks muutmise ajal vältimatuid energiakadusid, näiteks antennimaterjali takistuslikest omadustest tulenevad termilised kaotused.
Mitmekesised antennitüübid kasutavad erinevaid kasumi arvutamismetoodikaid. Tavalise paraboolse antenni puhul saab võimendust ligikaudselt ligikaudselt ligikaudne, kasutades valemit G (DBI) = 10LG {4,5 × (d/λ0) ²}, kus D tähistab paraboolse reflektori läbimõõtu, λ0 on keskne töölaine ja 4,5 on empiirilised andmed, mis on saadud ulatuslikest praktilistest tähelepanekutest. Vertikaalse omnidiidilise antenni suurenemist saab hinnata G (dBI) = 10LG {2L/λ0} abil, antenni pikkust tähistab l. Lisaks saab võimenduse arvutada kahe peamise tasapinna (e-tasapinna ja H-tasapinna) poole võimsuse (3DB) talalaiuste põhjal, kasutades valemit G (DBI) = 10LG {32000/(2θ3DB, E × 2θ3DB, H), kus 2θ3DB, E ja 2θ3db, kus on BAM-id, kus BAM-id on ja 23DB, kus on BAUM-id. 32000 on ka empiirilised andmed.
(3) kasumi praktilised rakendused
Pikaajaliste suhtlusstsenaariumide korral mängivad olulist rolli täppisinstrumentidega sarnaseid suure võimendusega antennid. Võtke satelliitside: satelliitide ja maapealsete jaamade oluline vahemaa annab ülekande ajal märkimisväärse signaali sumbumise. Kõrge võimendusega antennid saavad siin intensiivselt signaali energiat keskenduda, võimaldades sellel ulatuda ulatuslikke vahemaid ja jõuda täpselt sihtvastuvõtjani. Mikrolaine relee suhtluses tagavad suure võimendusantennid, et signaalid säilitaksid piki jõuülekandetee piisavat tugevust, hõlbustades stabiilseid ja usaldusväärseid sideühendusi.
Ja vastupidiselt erineb olukord lühiajaliste suhtluskeskkondades, näiteks siseruumides traadita leviala. Kompleks siseruumides seadistamine nõuab ühtlast signaali jaotust mitmes suunas, et rahuldada kasutajaid erinevates kohtades. Seetõttu kasutatakse peamiselt madala võimendusega, kõiksuunalisi antenne. Need antennid toimivad nagu signaalide jagajad; Ehkki signaali tugevus on ühes suunas suhteliselt tagasihoidlik, võivad need määratletud vahemikus kiirgada signaale, pakkudes sisekasutajatele suhteliselt ühtlast signaali katvust.
Ii. Antenni polarisatsioon: elektromagnetiliste lainete 'ruumiline orientatsioon '
(1) Polarisatsiooni määratlus ja olemus
Polarisatsioon on füüsiline kogus, mis kirjeldab täpselt elektromagnetiliste lainete elektrivälja vektori ruumilist orientatsiooni, paljastades sügavalt antenni poolt kiirgatud lainete elektrivälja suuna ajalise variatsiooniseaduse. Mikroskoopilisest vaatenurgast kajastab polarisatsioon kosmose elektrivälja vektori pöörlemisrežiimi ja orientatsioonilisi omadusi - omadust, mis avaldab sügavat mõju antenni signaali edastamise ja vastuvõtuvõimalustele.
(2) Polarisatsioonitüüpide analüüs
Antenni polarisatsioon hõlmab kolme põhikategooriat: lineaarne polarisatsioon, ringikujuline polarisatsioon ja elliptiline polarisatsioon. Lineaarne polarisatsioon jaguneb veelgi horisontaalseks ja vertikaalseks polarisatsiooniks. Vertikaalselt polariseeritud lainel on oma elektrivälja suund maapinnaga risti, horisontaalselt polariseeritud lainel aga maapinnaga paralleelne elektrivälja suund. Lisaks kuuluvad polarisatsioonid 45 ° maapinnast, näiteks +45 ° või -45 °, lineaarse polarisatsiooni kategooria alla. Ümmarguse polarisatsioon klassifitseeritakse vasakpoolse ümmarguse polarisatsiooni ja parempoolse ümmarguse polarisatsiooni, mis põhineb elektrivälja vektori pöörlemissuunal, mille ruumiline trajektoor on ümmargune. Elliptiline polarisatsioon on üldisem vorm, mis ühendab lineaarse ja ümmarguse polarisatsiooni tunnused, kui elektrivälja vektor jälgib kosmoses elliptilist rada. Nii ümmargusi kui ka lineaarseid polarisatsioone võib pidada elliptilise polarisatsiooni erilisteks juhtumiteks konkreetsetes tingimustes.
(3) Polarisatsiooni rakenduse näited erinevates valdkondades
Raadio- ja televisiooni ringhäälingul võetakse sageli vastu vertikaalset polarisatsiooni, et tagada stabiilne laiuse piirkonna signaali katvus. Selle põhjuseks on asjaolu, et vertikaalselt polariseeritud lained on levimise ajal suhteliselt vähem vastuvõtlikud maapealse peegelduse ja multipaatiefektide suhtes, võimaldades stabiilset signaali ülekandumist.
Mobiilside alusjaama antennid kasutavad valdavalt horisontaalset polarisatsiooni või ± 45 ° ristpolarisatsiooni. Horisontaalne polarisatsioon pakub eeliseid kaas kanalihäirete leevendamisel, samas kui ± 45 ° ristpolarisatsioon kohaneb paremini keeruka ja dünaamilise mobiilse kommunikatsiooni keskkonnaga, suurendades võimet saada signaale mitmekesistest suundadest ning parandades sidesüsteemi usaldusväärsust ja võimekust.
Satelliidiühenduses eelistatakse ringikujuliselt polariseeritud antennisid. Kuna kosmoses satelliitide pidevad suhtumise variatsioonid ja erinevate keerukate tegurite sekkumine signaali levimise ajal võivad ümmarguselt polariseeritud antennid tõhusalt vähendada signaalide kadu, mis on põhjustatud polarisatsiooni ebakõlast, tagades takistamata suhtluse satelliitide ja maapealsete jaamade vahel.
RFID -süsteemides on üliolulised ka ringikujuliselt polariseeritud antennid. Need võimaldavad siltide tõhusat tuvastamist erinevates orientatsioonides, suurendades märkimisväärselt süsteemi äratundmise tõhusust ja täpsust ning pakkudes tugevat tuge arvukatele rakendusstsenaariumidele, näiteks logistikahaldus ja juurdepääsu juhtimissüsteemid.
Iii. Antenni ribalaius: 'sagedusvahemik ' tõhusaks tööks
(1) ribalaiuse määratlus
Antenni ribalaius viitab sagedusvahemikule, milles antenn saab tõhusalt töötada. Selles vahemikus vastab antenn eelnevalt määratletud jõudluskriteeriumidele, sealhulgas võimendus, seisva laine suhe ja polarisatsiooni omadused. See toimib sagedusribana, kus erineva sagedusega signaale saab edastada ja vastu võtta, antenn tagab nende protsesside jaoks soodsa keskkonna.
(2) ribalaiustüüpide eristamine
Antenni ribalaiuse tavalised määratlused hõlmavad absoluutset ribalaiust ja suhtelist ribalaiust. Absoluut ribalaius on erinevus antenni töösagedusvahemiku ülemise ja alumise piiri vahel, selliste ühikutega nagu Hertz (Hz), Kiloherz (KHZ) või Megaherz (MHz). Näiteks on 1 GHz kuni 2 GHz töötava antenni absoluutne ribalaius 1 GHz. Suhteline ribalaius on absoluutse ribalaiuse ja kesksageduse suhe, mida tavaliselt väljendatakse protsentides. Kesksageduse saab arvutada aritmeetilise keskmise, fcenter = (fmax + fmin)/2 või geomeetrilise keskmise abil, mis on rohkem levinud logaritmilisel skaalal, fcenter = sqrt (fmaxlatsiooni). Suhtelist ribalaiust saab arvutada ka kui Bwrerel = 2*(FMAX - FMIN)/(FMAX + FMIN) × 100%. Üldiselt on kitsaribade antennide suhteline ribalaius alla 5%, lairiba antennid ulatuvad 5%kuni 25%ja ülikerge ribalaiuse antennid üle 25%.
(3) Ribalaiuse rakendusnõuded erinevates stsenaariumides
Kitsaribade antennid kasutatakse nende tugeva sageduse selektiivsuse tõttu sidesüsteemides, mis nõuavad kõrge sageduse täpsust. Näiteks raadio- ja televisiooniülekandes, kus töösagedused on suhteliselt fikseeritud, pakuvad kitsa riba antennid kindlatel sagedustel stabiilset signaali edastamist, vältides häireid muude sagedussignaalide eest. Spetsialiseeritud traadita sidesüsteemid, näiteks teatavate tööstusliku kontrolli valdkondade rangete nõuetega sageduse stabiilsuse ja häirete immuunsuse osas, saavad kasu ka kitsaribade antennid.
Lairiba antennid sobivad keerukate suhtlusstsenaariumide jaoks, mis nõuavad mitme sagedusriba kajastamist. Mobiilside baasjaamades nõuab arenev kommunikatsioonitehnoloogia toetust mitme ribaga signaali edastamisele, et rahuldada mitmekesiseid kasutaja- ja teenusenõudeid. Laibade antennid säilitavad rahuldava jõudluse laias sagedusvahemikus, tagades tõhusa suhtluse baasjaamade ja erinevate terminali seadmete vahel. Sarnaselt tuginevad traadita kohtvõrgud (WLAN) lairiba antennidele, et mahutada erinevate standardite ja sagedusribade traadita seadmeid, pakkudes kasutajatele mugavat ja kiiret võrguühendust.
Ülimalt laiused antennid mängivad radaride tuvastamisel ainulaadset rolli. Nende äärmiselt lai ribalaius tagab kõrge eraldusvõimega sihtmärgi tuvastamise võimalused, võimaldades sihtpositsiooni, kuju ja liikumise oleku täpset tuvastamist. Lühiajalise kiire suhtluse korral, nagu näiteks siseruumides kiire andmeedastus, kasutavad ülikerge ribalaiuse oma suure ribalaiuse, et saavutada sekundis mitme gigabiti andmeedastuskiirus, vastates nõudluse kiirele ja suure võimsusega andmeedastusele.
IV. Kolme näitaja seotus ja põhjalik kaalumine
Antenni suurenemise, polarisatsiooni ja ribalaiuse kolm peamist näitajat ei ole isoleeritud; Need on omavahel seotud ja vastastikku mõjukad. Antenni disain nõuab nende näitajate vahel sageli hoolikat kompromisse ja optimeerimist.
Antenni suurenemine hõlmab tavaliselt kiirguskiire laiuse kitsendamist. Kuigi see suurendab signaali tugevust konkreetses suunas, vähendab see samaaegselt ribalaiust. Selle põhjuseks on asjaolu, et talalaiuse kitsendamine muudab antenni reageerimise erinevate sageduste signaalidele, kahandades efektiivse töösageduse vahemikku.
Polarisatsiooni omadused mõjutavad ka antenni ribalaiust ja jõudlust. Erinevate polarisatsioonirežiimidega antennidel on signaali kiirguse ja vastuvõtmise ajal elektrivälja vektori erinevad ruumilised jaotused ja variatsioonimustrid, mis põhjustavad erinevusi nende sidumisvõimalustes erineva sagedusega signaalidega. Näiteks võib ringikujuliselt polariseeritud antenn olla teatud sagedusvahemikes suurepärane võimendus, kuid teiste puhul on kogemus suurenemine selliste tegurite tõttu nagu polarisatsiooni ebakõla, mõjutades sellega ribalaiuse jõudlust.
Praktilistes rakendustes on nende kolme indikaatori põhjalik kaalutlus, mis põhineb konkreetsetel suhtlusnõuetel ja stsenaariumidel sobiva antenni valimisel või kujundamisel. Näiteks võib mägise kommunikatsiooniprojektis, millel on suured signaalide katvuse ulatuse, suuna ja rangete sagedusribade piirangud, vajada suure võimendusega kitsa ribaga antenni, millel on mägise maastiku jaoks sobiv polarisatsioonirežiim, et tagada, et signaalid läbivad keerukat maastikku ja katavad sihtpiirkonna täpselt. Suures kaubanduskeskuse siseruumides asuvas kommunikatsioonikeskkonnas, mis peab toetama mitut traadita seadmet ja millel on kõrged nõuded signaali ribalaiuse ja leviala ühtluseks, on lairiba, madala võimendusega võimeka antenn, millel on polarisatsioonirežiim, mis on kohandatav keerukate siseruumides peegeldustega, pakkudes klientidele ja töötajatele stabiilseid ja kiireid juhtmevabade võrguteenuseid.
Kokkuvõtlikult on antenni suurenemise, polarisatsiooni ja ribalaiuse kolme peamise näitaja põhjalik mõistmine koos nende omavaheliste suhetega aluse tõhusa ja usaldusväärse juhtmevaba suhtluse saavutamiseks. Ainult nende indikaatorite ratsionaalse optimeerimise ja konfigureerimise kaudu, mis põhineb konkreetsetel vajadustel praktilistes rakendustes, saavad antennid anda optimaalse jõudluse, pakkudes kindla aluse traadita suhtluse edendamiseks.
