I det omfattende området for trådløs kommunikasjon fungerer antennen, som en uunnværlig kritisk komponent, som en bro som forbinder informasjonsverdenen. Ytelsen dikterer direkte kvaliteten på kommunikasjonen. De tre primære indikatorene for antenneforsterkning, polarisering og båndbredde er analoge med hjørnesteinene i en bro, og understøtter antennenes funksjonalitet. En dyp forståelse av disse tre indikatorene er sentralt for å optimalisere trådløse kommunikasjonssystemer og forbedre kvaliteten på signaloverføring og mottak. Nedenfor dykker vi inn i hver av disse nøkkelindikatorene sekvensielt.
I. Antenneforsterkning: 'Fokusmekanisme ' for signalkonsentrasjon
(1) Definisjon og konnotasjon av forsterkning
Antenneforsterkning er en nøkkelmetrikk som brukes for å kvantitativt karakterisere i hvilken grad en antenne konsentrerer og stråler inngangseffekten. Fra et kommunikasjonssynspunkt gjenspeiler det antennenes effekt i å generere signaler i en spesifikk retning. I et ideelt scenario stråler en isotropisk radiator med ensartet kraftfordeling energi omnidireksjonelt i verdensrommet. For en slik radiator er forsterkningen definert som 1, tilsvarer 0DB når den er uttrykt i desibel. Imidlertid avviker praktiske antenner, gjennom nøye konstruerte strukturer, fra dette ensartede strålingsmønsteret, strategisk konsentrerende energi for stråling i spesifikke retninger, og oppnår dermed en forsterkning som er overordnet den for en ideell punktkildeantenne.
Matematisk er antenneforsterkning forholdet mellom kvadratet for feltintensiteten generert av den faktiske antennen og den som produseres av et ideelt utstrålende element ved det samme romlige punktet, gitt lik inngangseffekt, dvs. kraftforholdet. For å generere et signal om en bestemt intensitet på et romlig punkt, kan en ideell strålingskilde nødvendiggjøre en inngangskraft på 126W. Ved bruk av en antenne med en gevinst på 18dBd, avslører beregninger at bare 2W inngangskraft er tilstrekkelig til å oppnå det samme utfallet. Dette illustrerer levende den 'amplifiseringslignende ' effekten av antenneforsterkning på signaler. Det er viktig at denne 'forsterkningen ' ikke innebærer en faktisk økning i signalkraften, som i aktive kretsløp, men snarere en mer effektiv retningsfordeling av energi.
(2) Beregningsmetoder for forsterkning
Beregningen av faktisk antenneforsterkning er ikke en enkel aritmetisk prosess; Det er produktet av direktivitetskoeffisienten og antenneeffektiviteten. Direktivitetskoeffisienten kvantifiserer forholdet mellom strålingsintensiteten til antennen i sin maksimale strålingsretning og den gjennomsnittlige strålingsintensiteten til en ideell punktkildeantenne, og demonstrerer intuitivt antennenes kapasitet til å fokusere energi i en spesifikk retning. Antenneeffektivitet står for uunngåelige energitap under konvertering av inngangskraft til utstrålt kraft, for eksempel termiske tap som følge av de resistive egenskapene til antennematerialet.
Ulike antennyper bruker distinkte gevinstberegningsmetodologier. For den vanlige parabolske antennen kan forsterkning tilnærmes ved bruk av formelen G (DBI) = 10lg {4,5 × (d/λ0) ²}, der D betegner diameteren til den parabolske reflektoren, λ0 er den sentrale operasjonsbølgelengden, og 4,5 er empiriske data hentet fra omfattende praktiske observasjoner. Forsterkningen av en vertikal omnidireksjonsantenne kan estimeres via G (DBI) = 10lg {2L/λ0}, med L som representerer antennengelengden. I tillegg kan forsterkning beregnes basert på halvkraft (3dB) bjelkebredder i de to hovedplanene (e-plan og h-plan) ved bruk av formelen g (dbi) = 10 lg {32000/(2θ3db, e og 2 000, og 32 000, og 32 000, og 32 000, og 32 000, og 32 000, og 32 000, og 32000, er bjelken. også empiriske data.
(3) Praktiske anvendelser av gevinst
I kommunikasjonsscenarier med lang rekkevidde spiller antenner med høy gevinst, i likhet med presisjonsinstrumenter, en viktig rolle. Ta satellittkommunikasjon: Den betydelige avstanden mellom satellitter og bakkestasjoner resulterer i betydelig signaldemping under overføring. Her kan antenner med høy gevinst intenst fokusere signalenergi, slik at den kan krysse store romlige avstander og nøyaktig nå målmottakeren. I kommunikasjon av mikrobølgeovnsrelé sikrer høye gevinstantenner at signaler opprettholder tilstrekkelig styrke langs den lange overføringsveien, og letter stabile og pålitelige kommunikasjonslenker.
Motsatt, i kort rekkevidde kommunikasjonsmiljøer som innendørs trådløs dekning, er situasjonen forskjellig. Den komplekse innendørs innstillingen krever ensartet signalfordeling over flere retninger for å imøtekomme brukere på forskjellige steder. Derfor brukes omnidireksjonelle antenner hovedsakelig. Disse antennene fungerer som signalsprangere; Selv om signalstyrken i en hvilken som helst retning er relativt beskjeden, kan de utstråle signaler omnidireksjonelt innenfor et definert område, noe som gir relativt ensartet signaldekning for innendørs brukere.
Ii. Antennpolarisering: 'romlig orientering ' av elektromagnetiske bølger
(1) Definisjon og essens av polarisering
Polarisering er en fysisk mengde som nøyaktig beskriver den romlige orienteringen til den elektriske feltvektoren til elektromagnetiske bølger, og avslører dyptgående den tidsmessige variasjonsloven i den elektriske feltretningen av bølger strålte av antennen. Fra et mikroskopisk perspektiv gjenspeiler polarisering rotasjonsmodus og orienterende egenskaper til den elektriske feltvektoren i rommet, en egenskap som utøver en dyp innflytelse på antennes signaloverføring og mottakelsesegenskaper.
(2) Analyse av polariseringstyper
Antennpolarisering omfatter tre grunnleggende kategorier: lineær polarisering, sirkulær polarisering og elliptisk polarisering. Lineær polarisering er videre delt inn i horisontal og vertikal polarisering. En vertikalt polarisert bølge har sin elektriske feltretning vinkelrett på bakken, mens en horisontalt polarisert bølge har en elektrisk feltretning parallelt med bakken. I tillegg faller polarisasjoner 45 ° mot bakken, for eksempel +45 ° eller -45 °, under den lineære polarisasjonskategorien. Sirkulær polarisering er klassifisert til venstre sirkulær polarisering og høyre sirkulær polarisering basert på rotasjonsretningen til den elektriske feltvektoren, hvis romlige bane er sirkulær. Elliptisk polarisering er en mer generell form, og kombinerer trekk ved lineær og sirkulær polarisering, med den elektriske feltvektoren som sporer en elliptisk bane i rommet. Både sirkulære og lineære polarisasjoner kan betraktes som spesielle tilfeller av elliptisk polarisering under spesifikke forhold.
(3) Søknadseksempler på polarisering i forskjellige felt
I radio- og TV-kringkasting blir vertikal polarisering ofte vedtatt for å sikre stabil signaldekning med bredt område. Dette er fordi vertikalt polariserte bølger er relativt mindre utsatt for bakkrefleksjon og flerveiseffekter under utbredelse, noe som muliggjør stabil signaloverføring.
Antenner for mobil kommunikasjonsbasestasjon bruker hovedsakelig horisontal polarisering eller ± 45 ° krysspolarisering. Horisontal polarisering gir fordeler ved å avbøte samvirkende interferens, mens ± 45 ° krysspolarisering bedre tilpasser seg det komplekse og dynamiske mobilkommunikasjonsmiljøet, noe som forbedrer muligheten til å motta signaler fra forskjellige retninger og forbedre påliteligheten og kapasiteten til kommunikasjonssystemet.
I satellittkommunikasjon foretrekkes sirkulært polariserte antenner. På grunn av de kontinuerlige holdningsvariasjonene av satellitter i rommet og forstyrrelsen fra forskjellige komplekse faktorer under signalutbredelse, kan sirkulært polariserte antenner effektivt redusere signaltap forårsaket av polarisasjonsmatch, noe som sikrer uhindret kommunikasjon mellom satellitter og bakkestasjoner.
I RFID -systemer er også sirkulært polariserte antenner avgjørende. De muliggjør effektiv identifisering av tagger i forskjellige orienteringer, og forbedrer systemets gjenkjennelseseffektivitet og nøyaktighet betydelig, og gir robust støtte for en rekke applikasjonsscenarier som logistikkstyring og tilgangskontrollsystemer.
Iii. Antennebåndbredde: 'frekvensområdet ' for effektiv drift
(1) Definisjon av båndbredde
Antennebåndbredde refererer til frekvensområdet antennen kan fungere effektivt i. Innenfor dette området oppfyller antennen forhåndsdefinerte ytelseskriterier, inkludert gevinst, stående bølgeforhold og polarisasjonsegenskaper. Det fungerer som et frekvensbånd der signaler med varierende frekvenser kan overføres og mottas, med antennen som sikrer et gunstig miljø for disse prosessene.
(2) Distinksjon av båndbreddetyper
Vanlige definisjoner av antennebåndbredde inkluderer absolutt båndbredde og relativ båndbredde. Absolutt båndbredde er forskjellen mellom de øvre og nedre grensene for antennes driftsfrekvensområde, med enheter som Hertz (Hz), Kilohertz (KHz) eller Megahertz (MHz). For eksempel har en antenne som opererer fra 1 GHz til 2 GHz en absolutt båndbredde på 1 GHz. Relativ båndbredde er forholdet mellom den absolutte båndbredden og midtfrekvensen, vanligvis uttrykt i prosent. Midtfrekvensen kan beregnes ved bruk av det aritmetiske gjennomsnittet, fCenter = (Fmax + Fmin)/2, eller det geometriske gjennomsnittet, som er mer utbredt i en logaritmisk skala, fCenter = sqrt (Fmax⋅fmin). Relativ båndbredde kan også beregnes som BWREL = 2*(Fmax - Fmin)/(Fmax + Fmin) × 100%. Generelt har smalbåndantenner en relativ båndbredde på mindre enn 5%, bredbåndantenner varierer fra 5%til 25%, og ultra-bredbåndantenner overstiger 25%.
(3) Søknadskrav til båndbredde i forskjellige scenarier
Balrowband -antenner, på grunn av deres sterke frekvensselektivitet, er brukt i kommunikasjonssystemer som krever høyfrekvente presisjon. For eksempel, i radio- og TV -overføring, der driftsfrekvensene er relativt faste, gir smalbåndantenner stabil signaloverføring ved spesifikke frekvenser, og unngår interferens fra andre frekvenssignaler. Spesialiserte trådløse kommunikasjonssystemer, som for eksempel i visse industrielle kontrolldomener med strenge krav til frekvensstabilitet og interferensimmunitet, drar også fordel av smalbåndantenner.
Bredbåndantenner er egnet for komplekse kommunikasjonsscenarier som krever dekning av flere frekvensbånd. I mobile kommunikasjonsbasestasjoner krever den utviklende kommunikasjonsteknologien støtte for multi-band signaloverføring for å møte forskjellige krav og servicekrav. Bredbåndantenner opprettholder tilfredsstillende ytelse på tvers av et bredt frekvensområde, og sikrer effektiv kommunikasjon mellom basestasjoner og forskjellige terminale enheter. Tilsvarende er trådløse lokale nettverk (WLAN) avhengige av bredbåndantenner for å imøtekomme trådløse enheter med forskjellige standarder og frekvensbånd, og tilbyr brukerne praktisk og høyhastighets nettverkstilkobling.
Ultra-bredbåndantenner spiller en unik rolle i radarddeteksjon. Deres ekstremt brede båndbredde gir høyoppløselige måldeteksjonsevner med høy oppløsning, noe som muliggjør nøyaktig identifisering av målposisjon, form og bevegelsesstatus. I kort rekkevidde høyhastighetskommunikasjon, for eksempel innendørs høyhastighets dataoverføring, utnytter ultra-bredbåndantenner deres store båndbredde for å oppnå datahastigheter på flere gigabit per sekund, og oppfyller etterspørselen etter høyhastighets dataoverføring med stor kapasitet.
IV. Innbyrdes forhold og omfattende vurdering av de tre indikatorene
De tre viktige indikatorene for antenneforsterkning, polarisering og båndbredde er ikke isolert; De henger sammen og gjensidig innflytelsesrike. Antennedesign krever ofte nøye avveininger og optimaliseringer blant disse indikatorene.
Økende antenneforsterkning innebærer typisk å begrense strålingsstrålebredden. Selv om dette forbedrer signalstyrken i en spesifikk retning, reduserer den samtidig båndbredde. Dette er fordi å begrense strålebredden endrer antennens respons på signaler om forskjellige frekvenser, og krymper det effektive driftsfrekvensområdet.
Polarisasjonsegenskaper påvirker også antennebåndbredde og får ytelse. Antenner med forskjellige polarisasjonsmodus viser distinkte romlige fordelinger og variasjonsmønstre for den elektriske feltvektoren under signalstråling og mottak, noe som fører til forskjeller i koblingsfunksjonene deres med signaler om varierende frekvenser. For eksempel kan en sirkulært polarisert antenne utvise utmerket gevinstytelse innenfor visse frekvensområder, men opplever gevinstnedbrytning hos andre på grunn av faktorer som polarisasjonsmatch, og påvirker dermed båndbreddeytelsen.
I praktiske anvendelser er en omfattende vurdering av disse tre indikatorene essensielle basert på spesifikke kommunikasjonskrav og scenarier når du velger eller designer en passende antenne. For eksempel, i et fjellrikt kommunikasjonsprosjekt med høye krav til signaldekningsområde, retning og strenge frekvensbåndbegrensninger, kan en høy-gevinst, smalbåndantenne med en polarisasjonsmodus egnet for fjellterreng være nødvendig for å sikre signaler som travers kompleks terreng og nøyaktig dekker målområdet. I et stort kjøpesenters innendørs kommunikasjonsmiljø, som må støtte flere trådløse enheter og har høye krav til signalbåndbredde og dekningsenhet, er et bredbånd, lavt gevinstantenne med en polarisasjonsmodus som tilpasses komplekse innendørs refleksjoner, mer egnet, og gir stabile og høyhastighets trådløse nettverkstjenester for kunder og stab og stab og stab og stab og stab.
Oppsummert danner en grundig forståelse av de tre viktige indikatorene for antenneforsterkning, polarisering og båndbredde, sammen med deres sammenheng, grunnlaget for å oppnå effektiv og pålitelig trådløs kommunikasjon. Bare gjennom rasjonell optimalisering og konfigurasjon av disse indikatorene basert på spesifikke behov i praktiske applikasjoner, kan antenner levere optimal ytelse, og gi et solid grunnlag for fremme av trådløs kommunikasjon.
