Dalam bidang komunikasi tanpa wayar yang luas, antena, sebagai komponen kritikal yang sangat diperlukan, berfungsi sebagai jambatan yang menghubungkan dunia maklumat. Prestasinya secara langsung menentukan kualiti komunikasi. Tiga petunjuk utama keuntungan antena, polarisasi, dan jalur lebar adalah sama dengan batu -batu jambatan jambatan, yang menyokong fungsi antena. Pemahaman yang mendalam terhadap ketiga -tiga petunjuk ini adalah penting untuk mengoptimumkan sistem komunikasi tanpa wayar dan meningkatkan kualiti penghantaran dan penerimaan isyarat. Di bawah ini, kami menyelidiki setiap petunjuk utama ini secara berurutan.
I. Keuntungan Antena: Mekanisme Fokus 'untuk kepekatan isyarat
(1) Definisi dan konotasi keuntungan
Keuntungan antena adalah metrik utama yang digunakan secara kuantitatif mencirikan sejauh mana antena menumpukan dan memancarkan kuasa input. Dari segi komunikasi, ia mencerminkan keberkesanan antena dalam menghasilkan isyarat dalam arah tertentu. Dalam senario yang ideal, radiator isotropik dengan pengagihan kuasa seragam memancarkan tenaga omnidirectionally di ruang angkasa. Untuk radiator sedemikian, keuntungan ditakrifkan sebagai 1, bersamaan dengan 0dB apabila dinyatakan dalam desibel. Walau bagaimanapun, antena praktikal, melalui struktur kejuruteraan yang teliti, menyimpang dari corak radiasi seragam ini, secara strategik menumpukan tenaga untuk radiasi dalam arah tertentu, dengan itu mencapai keuntungan yang lebih tinggi daripada antena sumber titik yang ideal.
Secara matematik, keuntungan antena adalah nisbah persegi keamatan medan yang dihasilkan oleh antena sebenar yang dihasilkan oleh elemen radiasi yang ideal pada titik spatial yang sama, diberi kuasa input yang sama, iaitu nisbah kuasa. Sebagai contoh, untuk menghasilkan isyarat intensiti tertentu pada titik spatial, sumber radiasi yang ideal mungkin memerlukan kuasa input 126W. Apabila menggunakan antena dengan keuntungan 18DBD, pengiraan mendedahkan bahawa hanya 2W kuasa input cukup untuk mencapai hasil yang sama. Ini dengan jelas menggambarkan kesan 'amplifikasi seperti ' keuntungan antena pada isyarat. Yang penting, 'penguatan ' ini tidak melibatkan peningkatan sebenar dalam kuasa isyarat, seperti dalam litar aktif, melainkan peruntukan tenaga yang lebih efisien.
(2) Kaedah pengiraan keuntungan
Pengiraan keuntungan antena sebenar bukan proses aritmetik yang mudah; Ia adalah produk pekali directivity dan kecekapan antena. Koefisien directivity mengukur nisbah intensiti radiasi antena dalam arah radiasi maksimum ke intensiti radiasi purata antena sumber titik yang ideal, secara intuitif menunjukkan keupayaan antena untuk memfokuskan tenaga dalam arah tertentu. Kecekapan antena menyumbang kepada kerugian tenaga yang tidak dapat dielakkan semasa penukaran kuasa input kepada kuasa yang dipancarkan, seperti kerugian haba yang timbul daripada sifat -sifat rintangan bahan antena.
Jenis antena yang pelbagai menggunakan metodologi pengiraan keuntungan yang berbeza. Untuk antena parabola yang biasa, keuntungan boleh dianggarkan menggunakan formula G (dbi) = 10lg {4.5 × (d/λ0) ²}, di mana d menandakan diameter reflektor parabola, λ0 adalah panjang gelombang operasi pusat, dan 4.5 adalah data empirikal yang diperoleh dari pemerhatian praktikal yang luas. Keuntungan antena omnidirectional menegak boleh dianggarkan melalui G (dbi) = 10lg {2L/λ0}, dengan L mewakili panjang antena. Di samping itu, keuntungan boleh dikira berdasarkan beamwidths separuh kuasa (3dB) dalam dua pesawat utama (e-pesawat dan h-pesawat) menggunakan formula g (dbi) = 10lg {32000/(2θ3db, e × 2θ3db, h)} juga data empirikal.
(3) aplikasi keuntungan praktikal
Dalam senario komunikasi jarak jauh, antena yang tinggi, serupa dengan instrumen ketepatan, memainkan peranan penting. Ambil komunikasi satelit: Jarak yang besar antara satelit dan stesen tanah menghasilkan pelemahan isyarat yang signifikan semasa penghantaran. Di sini, antena yang tinggi boleh memberi tumpuan kepada tenaga isyarat, membolehkannya melintasi jarak spatial yang luas dan mencapai penerima sasaran dengan tepat. Dalam komunikasi relay gelombang mikro, antena yang tinggi menjana isyarat bahawa isyarat mengekalkan kekuatan yang mencukupi di sepanjang laluan penghantaran yang panjang, memudahkan pautan komunikasi yang stabil dan boleh dipercayai.
Sebaliknya, dalam persekitaran komunikasi jarak jauh seperti liputan wayarles dalaman, keadaan berbeza. Penetapan dalaman yang kompleks menuntut pengagihan isyarat seragam merentasi pelbagai arah untuk memenuhi keperluan pengguna di pelbagai lokasi. Oleh itu, antena rendah, antena omnidirectional kebanyakannya digunakan. Antena ini berfungsi seperti penyebar isyarat; Walaupun kekuatan isyarat dalam mana -mana arah tunggal agak sederhana, mereka boleh memancarkan isyarat secara omnidirection dalam julat yang ditetapkan, menyediakan liputan isyarat yang agak seragam untuk pengguna dalaman.
Ii. Polarisasi antena: 'orientasi spatial ' gelombang elektromagnet
(1) Definisi dan intipati polarisasi
Polarisasi adalah kuantiti fizikal yang tepat menggambarkan orientasi ruang vektor medan elektrik gelombang elektromagnet, dengan mendalam mendedahkan undang -undang variasi temporal arah medan elektrik gelombang yang dipancarkan oleh antena. Dari perspektif mikroskopik, polarisasi mencerminkan mod putaran dan ciri -ciri orientasi vektor medan elektrik di ruang angkasa, harta yang memberi pengaruh yang mendalam terhadap keupayaan penghantaran dan penerimaan isyarat antena.
(2) Analisis jenis polarisasi
Polarisasi antena merangkumi tiga kategori asas: polarisasi linear, polarisasi bulat, dan polarisasi elips. Polarisasi linear selanjutnya dibahagikan kepada polarisasi mendatar dan menegak. Gelombang polarisasi menegak mempunyai arah medan elektriknya yang berserenjang ke tanah, sementara gelombang polarisasi mendatar mempunyai arah medan elektrik selari dengan tanah. Selain itu, polarisasi pada 45 ° ke tanah, seperti +45 ° atau -45 °, jatuh di bawah kategori polarisasi linear. Polarisasi bulat diklasifikasikan ke dalam polarisasi pekeliling kiri dan polarisasi bulat kanan berdasarkan arah putaran vektor medan elektrik, yang trajektori spatial adalah bulat. Polarisasi elips adalah bentuk yang lebih umum, menggabungkan ciri -ciri polarisasi linear dan bulat, dengan vektor medan elektrik mengesan laluan elips di ruang angkasa. Kedua -dua polarisasi pekeliling dan linear boleh dianggap sebagai kes -kes khas polarisasi elips di bawah keadaan tertentu.
(3) Contoh permohonan polarisasi dalam pelbagai bidang
Dalam penyiaran radio dan televisyen, polarisasi menegak sering digunakan untuk memastikan liputan isyarat luas kawasan yang stabil. Ini kerana gelombang polarisasi menegak agak kurang terdedah kepada refleksi tanah dan kesan multipath semasa penyebaran, membolehkan penghantaran isyarat yang stabil.
Antena stesen komunikasi mudah alih yang kebanyakannya menggunakan polarisasi mendatar atau ± 45 ° polarisasi silang. Polarisasi mendatar menawarkan kelebihan dalam mengurangkan gangguan saluran bersama, manakala ± 45 ° silang polarisasi lebih baik menyesuaikan diri dengan persekitaran komunikasi mudah alih yang kompleks dan dinamik, meningkatkan keupayaan untuk menerima isyarat dari pelbagai arah dan meningkatkan kebolehpercayaan dan keupayaan sistem komunikasi.
Dalam komunikasi satelit, antena terpolarisasi adalah lebih disukai. Disebabkan variasi sikap satelit yang berterusan di ruang angkasa dan gangguan dari pelbagai faktor kompleks semasa penyebaran isyarat, antena terpolarisasi berputar secara berkesan dapat mengurangkan kehilangan isyarat yang disebabkan oleh ketidakcocokan polarisasi, memastikan komunikasi yang tidak terjejas antara satelit dan stesen tanah.
Dalam sistem RFID, antena terpolarisasi bulat juga penting. Mereka membolehkan pengenalpastian tag yang berkesan dalam orientasi yang berbeza, dengan ketara meningkatkan kecekapan dan ketepatan pengiktirafan sistem, dan memberikan sokongan yang mantap untuk pelbagai senario aplikasi seperti pengurusan logistik dan sistem kawalan akses.
Iii. Bandwidth Antena: 'Julat Kekerapan ' untuk operasi yang berkesan
(1) Definisi jalur lebar
Jalur lebar antena merujuk kepada julat kekerapan di mana antena boleh beroperasi dengan berkesan. Dalam julat ini, antena memenuhi kriteria prestasi yang telah ditetapkan, termasuk keuntungan, nisbah gelombang berdiri, dan ciri -ciri polarisasi. Ia berfungsi sebagai jalur frekuensi di mana isyarat frekuensi yang berbeza -beza dapat dihantar dan diterima, dengan antena memastikan persekitaran yang baik untuk proses ini.
(2) Perbezaan jenis jalur lebar
Definisi umum jalur lebar antena termasuk jalur lebar mutlak dan jalur lebar relatif. Jalur lebar mutlak adalah perbezaan antara had atas dan bawah julat frekuensi operasi antena, dengan unit seperti Hertz (Hz), Kilohertz (KHz), atau megahertz (MHz). Sebagai contoh, antena yang beroperasi dari 1GHz hingga 2GHz mempunyai jalur lebar mutlak 1GHz. Jalur lebar relatif adalah nisbah jalur lebar mutlak kepada kekerapan pusat, biasanya dinyatakan sebagai peratusan. Kekerapan pusat boleh dikira menggunakan min aritmetik, FCenter = (FMAX + FMIN)/2, atau min geometri, yang lebih lazim pada skala logaritma, FCenter = sqrt (FMAX ⋅FMIN). Jalur lebar relatif juga boleh dikira sebagai bwrel = 2*(fmax - fmin)/(fmax + fmin) × 100%. Umumnya, antena sempit mempunyai jalur lebar relatif kurang daripada 5%, antena wideband berkisar antara 5%hingga 25%, dan antena ultra-wideband melebihi 25%.
(3) Keperluan permohonan jalur lebar dalam senario yang berbeza
Antena sempit, kerana selektiviti frekuensi yang kuat, digunakan dalam sistem komunikasi yang memerlukan ketepatan frekuensi tinggi. Sebagai contoh, dalam penghantaran radio dan televisyen, di mana frekuensi operasi agak tetap, antena sempit memberikan penghantaran isyarat yang stabil pada frekuensi tertentu, mengelakkan gangguan dari isyarat frekuensi lain. Sistem komunikasi tanpa wayar khusus, seperti yang ada dalam domain kawalan perindustrian tertentu dengan keperluan yang ketat untuk kestabilan kekerapan dan imuniti gangguan, juga mendapat manfaat daripada antena sempit.
Antena wideband sesuai untuk senario komunikasi yang kompleks yang memerlukan liputan pelbagai jalur frekuensi. Di stesen asas komunikasi mudah alih, teknologi komunikasi yang berkembang memerlukan sokongan untuk penghantaran isyarat multi-band untuk memenuhi permintaan pengguna dan perkhidmatan yang pelbagai. Antena wideband mengekalkan prestasi yang memuaskan merentasi julat frekuensi yang luas, memastikan komunikasi yang cekap antara stesen asas dan pelbagai peranti terminal. Begitu juga, rangkaian kawasan tempatan tanpa wayar (WLAN) bergantung kepada antena wideband untuk menampung peranti wayarles dari standard dan frekuensi yang berbeza, yang menawarkan pengguna sambungan rangkaian yang mudah dan berkelajuan tinggi.
Antena ultra-wideband memainkan peranan yang unik dalam pengesanan radar. Jalur lebar mereka yang sangat luas menyediakan keupayaan pengesanan sasaran resolusi tinggi, membolehkan pengenalpastian tepat kedudukan sasaran, bentuk, dan status gerakan. Dalam komunikasi berkelajuan tinggi jarak pendek, seperti penghantaran data berkelajuan tinggi dalaman, antena ultra-wideband memanfaatkan jalur lebar mereka yang besar untuk mencapai kadar data beberapa gigabit sesaat, memenuhi permintaan untuk penghantaran data berkelajuan tinggi, berkapasiti besar.
Iv. Hubungan dan pertimbangan komprehensif terhadap tiga petunjuk
Tiga petunjuk utama keuntungan antena, polarisasi, dan jalur lebar tidak terpencil; Mereka saling berkaitan dan saling berpengaruh. Reka bentuk antena sering memerlukan perdagangan dan pengoptimuman yang teliti di kalangan petunjuk ini.
Meningkatkan keuntungan antena biasanya melibatkan penyempitan beamwidth radiasi. Walaupun ini meningkatkan kekuatan isyarat dalam arah tertentu, ia secara serentak mengurangkan jalur lebar. Ini kerana menyempitkan beamwidth mengubah tindak balas antena kepada isyarat frekuensi yang berbeza, mengecilkan julat kekerapan operasi yang berkesan.
Ciri -ciri polarisasi juga memberi kesan kepada jalur lebar antena dan mendapatkan prestasi. Antena dengan mod polarisasi yang berbeza mempamerkan pengagihan spatial yang berbeza dan corak variasi vektor medan elektrik semasa sinaran dan penerimaan isyarat, yang membawa kepada perbezaan keupayaan gandingan mereka dengan isyarat frekuensi yang berbeza -beza. Sebagai contoh, antena terpolarisasi pekeliling mungkin mempamerkan prestasi keuntungan yang sangat baik dalam julat frekuensi tertentu tetapi mengalami kemerosotan degradasi pada orang lain disebabkan oleh faktor -faktor seperti ketidakcocokan polarisasi, sehingga mempengaruhi prestasi jalur lebar.
Dalam aplikasi praktikal, pertimbangan yang komprehensif terhadap ketiga -tiga petunjuk ini adalah penting berdasarkan keperluan komunikasi dan senario tertentu apabila memilih atau merancang antena yang sesuai. Sebagai contoh, dalam projek komunikasi pergunungan dengan permintaan yang tinggi terhadap pelbagai liputan isyarat, arah, dan kekangan jalur frekuensi yang ketat, antena sempit, antena sempit dengan mod polarisasi yang sesuai untuk medan pergunungan mungkin diperlukan untuk memastikan isyarat melintasi rupa bumi yang kompleks dan tepat meliputi kawasan sasaran. Di dalam persekitaran komunikasi dalaman pusat membeli-belah yang besar, yang perlu menyokong pelbagai peranti wayarles dan mempunyai keperluan yang tinggi untuk jalur lebar isyarat dan keseragaman liputan, antena wideband, rendah dengan mod polarisasi yang boleh disesuaikan dengan refleksi dalaman yang kompleks adalah lebih sesuai, memberikan perkhidmatan rangkaian tanpa wayar yang stabil dan tinggi untuk pelanggan dan kakitangan.
Ringkasnya, pemahaman yang mendalam tentang tiga petunjuk utama keuntungan antena, polarisasi, dan jalur lebar, bersama -sama dengan hubungan mereka, membentuk asas untuk mencapai komunikasi tanpa wayar yang cekap dan boleh dipercayai. Hanya melalui pengoptimuman rasional dan konfigurasi petunjuk ini berdasarkan keperluan khusus dalam aplikasi praktikal dapat antena memberikan prestasi yang optimum, memberikan asas yang kukuh untuk kemajuan komunikasi tanpa wayar.
