Dalam bidang komunikasi nirkabel yang luas, antena, sebagai komponen kritis yang sangat diperlukan, berfungsi sebagai jembatan yang menghubungkan dunia informasi. Kinerja secara langsung menentukan kualitas komunikasi. Tiga indikator utama gain antena, polarisasi, dan bandwidth analog dengan landasan jembatan, yang menopang fungsi antena. Pemahaman mendalam dari ketiga indikator ini sangat penting untuk mengoptimalkan sistem komunikasi nirkabel dan meningkatkan kualitas transmisi dan penerimaan sinyal. Di bawah ini, kami mempelajari masing -masing indikator kunci ini secara berurutan.
I. Gain Antena: 'Mekanisme Fokus ' untuk konsentrasi sinyal
(1) Definisi dan konotasi keuntungan
Gain antena adalah metrik kunci yang digunakan untuk mengkarakterisasi secara kuantitatif sejauh mana antena memusatkan dan memancarkan daya input. Dari sudut pandang komunikasi, ini mencerminkan kemanjuran antena dalam menghasilkan sinyal dalam arah tertentu. Dalam skenario yang ideal, radiator isotropik dengan distribusi daya yang seragam memancarkan energi secara omnidireksi di ruang angkasa. Untuk radiator seperti itu, gain didefinisikan sebagai 1, setara dengan 0DB ketika diekspresikan dalam desibel. Namun, antena praktis, melalui struktur yang direkayasa dengan cermat, menyimpang dari pola radiasi yang seragam ini, secara strategis memusatkan energi untuk radiasi dalam arah tertentu, sehingga mencapai keuntungan yang lebih unggul daripada antena titik-sumber yang ideal.
Secara matematis, gain antena adalah rasio kuadrat dari intensitas lapangan yang dihasilkan oleh antena aktual terhadap yang dihasilkan oleh elemen memancarkan yang ideal pada titik spasial yang sama, diberi daya input yang sama, yaitu, rasio daya. Misalnya, untuk menghasilkan sinyal intensitas tertentu pada titik spasial, sumber radiasi yang ideal mungkin memerlukan daya input 126W. Saat menggunakan antena dengan kenaikan 18dBD, perhitungan mengungkapkan bahwa hanya 2W daya input cukup untuk mencapai hasil yang sama. Ini dengan jelas menggambarkan efek 'seperti amplifikasi ' dari gain antena pada sinyal. Yang penting, 'amplifikasi ' ini tidak melibatkan peningkatan daya sinyal yang sebenarnya, seperti pada sirkuit aktif, tetapi lebih merupakan alokasi energi arah yang lebih efisien.
(2) Metode perhitungan gain
Perhitungan gain antena aktual bukanlah proses aritmatika langsung; Ini adalah produk dari koefisien directivity dan efisiensi antena. Koefisien Directivity mengukur rasio intensitas radiasi antena dalam arah radiasi maksimum terhadap intensitas radiasi rata-rata antena sumber titik yang ideal, secara intuitif menunjukkan kapasitas antena untuk memfokuskan energi ke arah tertentu. Efisiensi antena menyumbang kehilangan energi yang tak terhindarkan selama konversi daya input ke daya yang dipancarkan, seperti kerugian termal yang timbul dari sifat resistif dari bahan antena.
Jenis antena yang beragam menggunakan metodologi perhitungan gain yang berbeda. Untuk antena parabola yang umum, gain dapat diperkirakan menggunakan rumus G (DBI) = 10lg {4,5 × (d/λ0) ²}, di mana D menunjukkan diameter reflektor parabola, λ0 adalah panjang gelombang operasi pusat, dan 4.5 adalah data empiris yang diperoleh dari pengamatan praktis yang luas. Keuntungan antena omnidirectional vertikal dapat diperkirakan melalui g (dbi) = 10lg {2l/λ0}, dengan L mewakili panjang antena. Selain itu, gain dapat dihitung berdasarkan balok setengah kekuatan (3DB) dalam dua bidang utama (E-Plane dan H-Plane) menggunakan rumus G (dbi) = 10lg {32000/(2θ3dB, E × 2θ3dB, h)}, di mana 2θ3db, E dan 2θ3db, h adalah The BAM, h)}, di mana 2θ3db, E dan 2θ3dB, h)}, di mana 2θ3db, E × 2θ3db, h) 32000 juga merupakan data empiris.
(3) Aplikasi praktis gain
Dalam skenario komunikasi jarak jauh, antena gain tinggi, mirip dengan instrumen presisi, memainkan peran penting. Ambil komunikasi satelit: Jarak substansial antara satelit dan stasiun tanah menghasilkan atenuasi sinyal yang signifikan selama transmisi. Di sini, antena gain tinggi dapat sangat memfokuskan energi sinyal, memungkinkannya untuk melintasi jarak spasial yang luas dan secara akurat mencapai penerima target. Dalam komunikasi relai gelombang mikro, antena gain tinggi memastikan bahwa sinyal mempertahankan kekuatan yang cukup di sepanjang jalur transmisi yang panjang, memfasilitasi tautan komunikasi yang stabil dan andal.
Sebaliknya, di lingkungan komunikasi jarak pendek seperti cakupan nirkabel dalam ruangan, situasinya berbeda. Pengaturan dalam ruangan yang kompleks menuntut distribusi sinyal yang seragam di berbagai arah untuk melayani pengguna di berbagai lokasi. Oleh karena itu, antena omnidirectional rendah gain sebagian besar digunakan. Fungsi antena ini seperti penyebar sinyal; Meskipun kekuatan sinyal dalam setiap arah tunggal relatif sederhana, mereka dapat memancarkan sinyal secara omnidireksi dalam kisaran yang ditentukan, memberikan cakupan sinyal yang relatif seragam untuk pengguna dalam ruangan.
Ii. Polarisasi antena: 'orientasi spasial ' dari gelombang elektromagnetik
(1) Definisi dan esensi polarisasi
Polarisasi adalah kuantitas fisik yang secara tepat menggambarkan orientasi spasial vektor medan listrik gelombang elektromagnetik, secara mendalam mengungkapkan hukum variasi temporal dari arah medan listrik dari gelombang yang dipancarkan oleh antena. Dari perspektif mikroskopis, polarisasi mencerminkan mode rotasi dan karakteristik orientasi vektor medan listrik di ruang angkasa, sebuah properti yang memberikan pengaruh mendalam pada transmisi sinyal antena dan kemampuan penerimaan.
(2) Analisis jenis polarisasi
Polarisasi antena mencakup tiga kategori dasar: polarisasi linier, polarisasi melingkar, dan polarisasi elips. Polarisasi linier selanjutnya dibagi lagi menjadi polarisasi horizontal dan vertikal. Gelombang terpolarisasi vertikal memiliki arah medan listriknya tegak lurus terhadap tanah, sedangkan gelombang terpolarisasi horizontal memiliki arah medan listrik yang sejajar dengan tanah. Selain itu, polarisasi pada 45 ° ke tanah, seperti +45 ° atau -45 °, berada di bawah kategori polarisasi linier. Polarisasi melingkar diklasifikasikan ke dalam polarisasi melingkar tangan kiri dan polarisasi melingkar tangan kanan berdasarkan arah rotasi vektor medan listrik, yang lintasan spasialnya melingkar. Polarisasi elips adalah bentuk yang lebih umum, menggabungkan fitur polarisasi linier dan melingkar, dengan vektor medan listrik menelusuri jalur elips di ruang angkasa. Polarisasi melingkar dan linier dapat dianggap sebagai kasus khusus polarisasi elips dalam kondisi tertentu.
(3) Contoh aplikasi polarisasi di berbagai bidang
Dalam penyiaran radio dan televisi, polarisasi vertikal sering diadopsi untuk memastikan cakupan sinyal area lebar yang stabil. Ini karena gelombang terpolarisasi secara vertikal relatif kurang rentan terhadap refleksi tanah dan efek multipath selama propagasi, memungkinkan transmisi sinyal yang stabil.
Antena stasiun pangkalan komunikasi seluler secara dominan memanfaatkan polarisasi horizontal atau ± 45 ° polarisasi silang. Polarisasi horizontal menawarkan keunggulan dalam mengurangi gangguan saluran bersama, sementara ± 45 ° polarisasi silang yang lebih baik beradaptasi dengan lingkungan komunikasi seluler yang kompleks dan dinamis, meningkatkan kemampuan untuk menerima sinyal dari berbagai arah dan meningkatkan keandalan dan kapasitas sistem komunikasi.
Dalam komunikasi satelit, antena terpolarisasi secara melingkar lebih disukai. Karena variasi sikap kontinu dari satelit di ruang angkasa dan gangguan dari berbagai faktor kompleks selama perambatan sinyal, antena terpolarisasi secara melingkar dapat secara efektif mengurangi kehilangan sinyal yang disebabkan oleh ketidaksesuaian polarisasi, memastikan komunikasi tanpa hambatan antara satelit dan stasiun darat.
Dalam sistem RFID, antena terpolarisasi secara melingkar juga sangat penting. Mereka memungkinkan identifikasi tag yang efektif dalam orientasi yang berbeda, secara signifikan meningkatkan efisiensi dan akurasi pengakuan sistem, dan memberikan dukungan yang kuat untuk berbagai skenario aplikasi seperti manajemen logistik dan sistem kontrol akses.
AKU AKU AKU. Bandwidth Antena: rentang frekuensi 'untuk operasi yang efektif
(1) Definisi bandwidth
Bandwidth antena mengacu pada rentang frekuensi di mana antena dapat beroperasi secara efektif. Dalam kisaran ini, antena memenuhi kriteria kinerja yang telah ditentukan, termasuk gain, rasio gelombang berdiri, dan karakteristik polarisasi. Ini berfungsi sebagai pita frekuensi di mana sinyal frekuensi yang bervariasi dapat ditransmisikan dan diterima, dengan antena memastikan lingkungan yang menguntungkan untuk proses ini.
(2) Perbedaan tipe bandwidth
Definisi umum bandwidth antena termasuk bandwidth absolute dan bandwidth relatif. Bandwidth absolut adalah perbedaan antara batas atas dan bawah dari rentang frekuensi operasi antena, dengan unit seperti Hertz (Hz), Kilohertz (KHz), atau Mahehertz (MHz). Misalnya, antena yang beroperasi dari 1GHz ke 2GHz memiliki bandwidth absolut 1GHz. Bandwidth relatif adalah rasio bandwidth absolut terhadap frekuensi tengah, biasanya dinyatakan sebagai persentase. Frekuensi tengah dapat dihitung menggunakan rata -rata aritmatika, fCenter = (fmax + fmin)/2, atau rata -rata geometris, yang lebih lazim pada skala logaritmik, fCenter = sqrt (fmax⋅fmin). Bandwidth relatif juga dapat dihitung sebagai bwrel = 2*(fmax - fmin)/(fmax + fmin) × 100%. Secara umum, antena sempit memiliki bandwidth relatif kurang dari 5%, antena wideband berkisar dari 5%hingga 25%, dan antena ultra-lebar melebihi 25%.
(3) Persyaratan aplikasi bandwidth dalam skenario yang berbeda
Antena sempit, karena selektivitas frekuensi yang kuat, digunakan dalam sistem komunikasi yang membutuhkan presisi frekuensi tinggi. Misalnya, dalam transmisi radio dan televisi, di mana frekuensi operasi relatif tetap, antena sparitband memberikan transmisi sinyal yang stabil pada frekuensi tertentu, menghindari gangguan dari sinyal frekuensi lainnya. Sistem komunikasi nirkabel khusus, seperti yang ada di domain kontrol industri tertentu dengan persyaratan ketat untuk stabilitas frekuensi dan kekebalan gangguan, juga mendapat manfaat dari antena sparitband.
Antena wideband cocok untuk skenario komunikasi yang kompleks yang membutuhkan cakupan beberapa pita frekuensi. Di stasiun pangkalan komunikasi seluler, teknologi komunikasi yang berkembang mengharuskan dukungan untuk transmisi sinyal multi-band untuk memenuhi beragam permintaan pengguna dan layanan. Antena wideband mempertahankan kinerja yang memuaskan di rentang frekuensi yang luas, memastikan komunikasi yang efisien antara stasiun pangkalan dan berbagai perangkat terminal. Demikian pula, Wireless Local Area Networks (WLAN) mengandalkan antena wideband untuk mengakomodasi perangkat nirkabel dengan standar dan pita frekuensi yang berbeda, menawarkan pengguna konektivitas jaringan yang nyaman dan berkecepatan tinggi.
Antena Ultra-Wideband memainkan peran unik dalam deteksi radar. Bandwidth mereka yang sangat luas memberikan kemampuan deteksi target resolusi tinggi, memungkinkan identifikasi akurat posisi, bentuk, dan status gerak target. Dalam komunikasi berkecepatan tinggi jarak pendek, seperti transmisi data berkecepatan tinggi dalam ruangan, antena ultra-wideband memanfaatkan bandwidth besar mereka untuk mencapai laju data beberapa gigabit per detik, memenuhi permintaan untuk transmisi data berkecepatan tinggi berkecepatan tinggi.
Iv. Keterkaitan dan pertimbangan komprehensif dari tiga indikator
Tiga indikator utama gain antena, polarisasi, dan bandwidth tidak terisolasi; Mereka saling terkait dan saling berpengaruh. Desain antena seringkali membutuhkan pertukaran dan optimisasi yang cermat di antara indikator-indikator ini.
Peningkatan gain antena biasanya melibatkan penyempitan beamwidth radiasi. Sementara ini meningkatkan kekuatan sinyal dalam arah tertentu, secara bersamaan mengurangi bandwidth. Ini karena mempersempit beamwidth mengubah respons antena terhadap sinyal frekuensi yang berbeda, menyusut rentang frekuensi operasi yang efektif.
Karakteristik polarisasi juga memengaruhi bandwidth antena dan mendapatkan kinerja. Antena dengan mode polarisasi yang berbeda menunjukkan distribusi spasial yang berbeda dan pola variasi vektor medan listrik selama radiasi sinyal dan penerimaan, yang mengarah pada perbedaan dalam kemampuan kopling mereka dengan sinyal frekuensi yang bervariasi. Sebagai contoh, antena terpolarisasi sirkuler dapat menunjukkan kinerja gain yang sangat baik dalam rentang frekuensi tertentu tetapi mengalami degradasi keuntungan pada orang lain karena faktor -faktor seperti ketidakcocokan polarisasi, sehingga mempengaruhi kinerja bandwidth.
Dalam aplikasi praktis, pertimbangan komprehensif dari ketiga indikator ini sangat penting berdasarkan persyaratan komunikasi spesifik dan skenario saat memilih atau merancang antena yang sesuai. Misalnya, dalam proyek komunikasi pegunungan dengan tuntutan tinggi pada jangkauan cakupan sinyal, arah, dan kendala pita frekuensi yang ketat, antena pita-pita gain tinggi dengan mode polarisasi yang cocok untuk medan pegunungan mungkin diperlukan untuk memastikan sinyal melintasi medan kompleks dan secara akurat menutupi area target. Di lingkungan komunikasi dalam ruangan pusat perbelanjaan besar, yang perlu mendukung beberapa perangkat nirkabel dan memiliki persyaratan tinggi untuk bandwidth sinyal dan keseragaman cakupan, pita lebar, antena gain rendah dengan mode polarisasi yang dapat disesuaikan dengan refleksi dalam ruangan yang kompleks lebih cocok, memberikan layanan jaringan nirkabel yang stabil dan berkecepatan tinggi untuk pelanggan dan staf.
Singkatnya, pemahaman menyeluruh tentang tiga indikator utama gain antena, polarisasi, dan bandwidth, bersama dengan hubungan timbal balik mereka, membentuk fondasi untuk mencapai komunikasi nirkabel yang efisien dan andal. Hanya melalui optimasi rasional dan konfigurasi indikator ini berdasarkan kebutuhan spesifik dalam aplikasi praktis dapat antena memberikan kinerja yang optimal, memberikan fondasi yang kuat untuk kemajuan komunikasi nirkabel.
