ในขอบเขตที่กว้างขวางของการสื่อสารไร้สายเสาอากาศซึ่งเป็นองค์ประกอบที่สำคัญที่ขาดไม่ได้ทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมโยงโลกข้อมูล ประสิทธิภาพของมันจะกำหนดคุณภาพของการสื่อสารโดยตรง ตัวบ่งชี้หลักสามประการของการได้รับเสาอากาศโพลาไรเซชันและแบนด์วิดท์นั้นคล้ายคลึงกับเสาหลักของสะพานซึ่งสนับสนุนการทำงานของเสาอากาศ ความเข้าใจที่ลึกซึ้งของตัวชี้วัดทั้งสามนี้เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพระบบการสื่อสารไร้สายและเพิ่มคุณภาพของการส่งสัญญาณและการรับสัญญาณ ด้านล่างเราเจาะลึกลงไปในตัวบ่งชี้สำคัญเหล่านี้ตามลำดับ
I. การขยายเสาอากาศ: กลไกการโฟกัส 'สำหรับความเข้มข้นของสัญญาณ
(1) คำจำกัดความและความหมายแฝงของกำไร
การได้รับเสาอากาศเป็นตัวชี้วัดที่สำคัญที่ใช้ในการจำแนกปริมาณขอบเขตที่เสาอากาศเข้มข้นและแผ่พลังงานอินพุต จากมุมมองการสื่อสารมันสะท้อนถึงประสิทธิภาพของเสาอากาศในการสร้างสัญญาณภายในทิศทางที่เฉพาะเจาะจง ในสถานการณ์ในอุดมคติหม้อน้ำไอโซโทรปิกที่มีการกระจายพลังงานแบบสม่ำเสมอจะแผ่พลังงานไปรอบทิศทางในอวกาศ สำหรับหม้อน้ำดังกล่าวกำไรจะถูกกำหนดเป็น 1 เทียบเท่ากับ 0dB เมื่อแสดงในเดซิเบล อย่างไรก็ตามเสาอากาศที่ใช้งานได้จริงผ่านโครงสร้างที่ได้รับการออกแบบอย่างพิถีพิถันเบี่ยงเบนจากรูปแบบการแผ่รังสีที่สม่ำเสมอนี้เน้นพลังงานอย่างมีกลยุทธ์สำหรับการแผ่รังสีในทิศทางที่เฉพาะเจาะจงซึ่งจะได้รับการเพิ่มขึ้นเหนือกว่าเสาอากาศที่มีจุดประสงค์ในอุดมคติ
ในทางคณิตศาสตร์การได้รับเสาอากาศคืออัตราส่วนของสี่เหลี่ยมจัตุรัสของความเข้มของสนามที่สร้างขึ้นโดยเสาอากาศจริงต่อที่เกิดจากองค์ประกอบการแผ่รังสีในอุดมคติที่จุดเชิงพื้นที่เดียวกันได้รับพลังงานอินพุตเท่ากันคืออัตราส่วนพลังงาน ตัวอย่างเช่นในการสร้างสัญญาณของความเข้มโดยเฉพาะที่จุดเชิงพื้นที่แหล่งรังสีในอุดมคติอาจจำเป็นต้องใช้กำลังอินพุต 126W เมื่อใช้เสาอากาศที่มีกำไร 18dBD การคำนวณจะแสดงให้เห็นว่าพลังงานอินพุตเพียง 2W นั้นพอเพียงเพื่อให้ได้ผลลัพธ์เดียวกัน สิ่งนี้แสดงให้เห็นถึงผลกระทบ 'คล้าย ' ของการขยายเสาอากาศต่อสัญญาณ ที่สำคัญ 'การขยาย ' นี้ไม่ได้เกี่ยวข้องกับการเพิ่มขึ้นของกำลังสัญญาณจริงเช่นเดียวกับในวงจรที่ใช้งานอยู่ แต่เป็นการจัดสรรพลังงานที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น
(2) วิธีการคำนวณกำไร
การคำนวณการเพิ่มขึ้นของเสาอากาศที่เกิดขึ้นจริงไม่ใช่กระบวนการทางคณิตศาสตร์ที่ตรงไปตรงมา มันเป็นผลิตภัณฑ์ของค่าสัมประสิทธิ์การกำกับและประสิทธิภาพของเสาอากาศ ค่าสัมประสิทธิ์การกำกับปริมาณการวัดอัตราส่วนของความเข้มของการแผ่รังสีของเสาอากาศในทิศทางการแผ่รังสีสูงสุดต่อความเข้มของรังสีเฉลี่ยของเสาอากาศจุดที่เป็นจุดอุดมคติซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสามารถของเสาอากาศในการโฟกัสพลังงานในทิศทางที่เฉพาะเจาะจง ประสิทธิภาพของเสาอากาศบัญชีสำหรับการสูญเสียพลังงานอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ในระหว่างการแปลงพลังงานอินพุตเป็นพลังงานที่แผ่รังสีเช่นการสูญเสียความร้อนที่เกิดขึ้นจากคุณสมบัติต้านทานของวัสดุเสาอากาศ
ประเภทเสาอากาศที่หลากหลายใช้วิธีการคำนวณกำไรที่แตกต่างกัน สำหรับเสาอากาศพาราโบลาทั่วไปสามารถประมาณได้โดยใช้สูตร g (dbi) = 10lg {4.5 × (d/λ0) ²} โดยที่ d หมายถึงเส้นผ่านศูนย์กลางของตัวสะท้อนพาราโบลาλ0เป็นความยาวคลื่นกลางในการทำงานและ 4.5 เป็นข้อมูลเชิงประจักษ์ที่ได้มาจากการสังเกต การได้รับของเสาอากาศในแนวตั้งสามารถประมาณได้ผ่าน G (DBI) = 10LG {2L/λ0} โดย L เป็นตัวแทนของความยาวของเสาอากาศ นอกจากนี้ยังสามารถคำนวณได้ตาม beamwidths ครึ่งกำลัง (3dB) ในระนาบหลักสองระนาบ (E-plane และ H-plane) โดยใช้สูตร G (dbi) = 10lg {32000/(2θ3db, e ×2θ3db, h)} 32000 ยังเป็นข้อมูลเชิงประจักษ์
(3) การใช้งานจริงเพื่อรับ
ในสถานการณ์การสื่อสารระยะยาวเสาอากาศที่ได้รับสูงคล้ายกับเครื่องมือที่มีความแม่นยำมีบทบาทสำคัญ ใช้การสื่อสารผ่านดาวเทียม: ระยะห่างที่สำคัญระหว่างดาวเทียมและสถานีภาคพื้นดินส่งผลให้เกิดการลดทอนสัญญาณอย่างมีนัยสำคัญระหว่างการส่ง ที่นี่เสาอากาศที่ได้รับสูงสามารถมุ่งเน้นพลังงานสัญญาณอย่างเข้มข้นทำให้สามารถสำรวจระยะทางอวกาศที่กว้างใหญ่และไปถึงตัวรับสัญญาณเป้าหมายได้อย่างแม่นยำ ในการสื่อสารการถ่ายทอดไมโครเวฟเสาอากาศที่ได้รับสูงทำให้มั่นใจได้ว่าสัญญาณจะรักษาความแข็งแรงให้เพียงพอตามเส้นทางการส่งสัญญาณที่ยาวนานช่วยอำนวยความสะดวกในการเชื่อมโยงการสื่อสารที่มั่นคงและเชื่อถือได้
ในทางกลับกันในสภาพแวดล้อมการสื่อสารระยะสั้นเช่นการครอบคลุมไร้สายในร่มสถานการณ์จะแตกต่างกันไป การตั้งค่าในร่มที่ซับซ้อนต้องการการกระจายสัญญาณที่สม่ำเสมอในหลายทิศทางเพื่อรองรับผู้ใช้ในสถานที่ต่าง ๆ ดังนั้นเสาอากาศที่มีการเพิ่มขึ้นต่ำ เสาอากาศเหล่านี้ทำหน้าที่เหมือนตัวกระจายสัญญาณ แม้ว่าความแรงของสัญญาณในทิศทางเดียวนั้นค่อนข้างเรียบง่าย แต่พวกเขาสามารถแผ่สัญญาณไปรอบ ๆ ได้ภายในช่วงที่กำหนดไว้ซึ่งให้สัญญาณที่ค่อนข้างสม่ำเสมอสำหรับผู้ใช้ในร่ม
ii. เสาอากาศโพลาไรเซชัน: การวางแนวเชิงพื้นที่ '' ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
(1) คำจำกัดความและสาระสำคัญของโพลาไรเซชัน
โพลาไรเซชันเป็นปริมาณทางกายภาพที่อธิบายการวางแนวเชิงพื้นที่ของเวกเตอร์สนามไฟฟ้าของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างแม่นยำเผยให้เห็นกฎการเปลี่ยนแปลงทางโลกของทิศทางสนามไฟฟ้าของคลื่นที่ไหลโดยเสาอากาศ จากมุมมองด้วยกล้องจุลทรรศน์โพลาไรเซชันสะท้อนให้เห็นถึงโหมดการหมุนและลักษณะการวางแนวของเวกเตอร์สนามไฟฟ้าในอวกาศซึ่งเป็นคุณสมบัติที่มีอิทธิพลอย่างลึกซึ้งต่อการส่งสัญญาณของเสาอากาศและความสามารถในการรับสัญญาณ
(2) การวิเคราะห์ประเภทโพลาไรเซชัน
โพลาไรเซชันของเสาอากาศครอบคลุมสามหมวดหมู่พื้นฐาน: โพลาไรซ์เชิงเส้น, โพลาไรซ์แบบวงกลมและโพลาไรซ์รูปไข่ โพลาไรเซชันเชิงเส้นจะถูกแบ่งออกเป็นโพลาไรซ์แนวนอนและแนวตั้งเพิ่มเติม คลื่นโพลาไรซ์ในแนวตั้งมีทิศทางสนามไฟฟ้าตั้งฉากกับพื้นดินในขณะที่คลื่นโพลาไรซ์ในแนวนอนมีทิศทางสนามไฟฟ้าขนานกับพื้นดิน นอกจากนี้โพลาไรซ์ที่ 45 °ถึงพื้นดินเช่น +45 °หรือ -45 °ตกอยู่ภายใต้หมวดหมู่โพลาไรเซชันเชิงเส้น โพลาไรเซชันแบบวงกลมแบ่งออกเป็นโพลาไรซ์แบบวงกลมซ้ายมือและโพลาไรซ์แบบวงกลมด้านขวาตามทิศทางการหมุนของเวกเตอร์สนามไฟฟ้าซึ่งมีวิถีเชิงพื้นที่เป็นวงกลม โพลาไรซ์รูปไข่เป็นรูปแบบทั่วไปมากขึ้นการรวมคุณสมบัติของโพลาไรซ์เชิงเส้นและวงกลมกับเวกเตอร์สนามไฟฟ้าติดตามเส้นทางรูปไข่ในอวกาศ โพลาไรซ์ทั้งแบบวงกลมและเชิงเส้นสามารถถือได้ว่าเป็นกรณีพิเศษของโพลาไรซ์รูปไข่ภายใต้เงื่อนไขเฉพาะ
(3) ตัวอย่างแอปพลิเคชันของโพลาไรเซชันในสาขาต่างๆ
ในการแพร่ภาพวิทยุและโทรทัศน์โพลาไรเซชันแนวตั้งมักถูกนำมาใช้เพื่อให้แน่ใจว่ามีการครอบคลุมสัญญาณในพื้นที่กว้าง นี่เป็นเพราะคลื่นโพลาไรซ์ในแนวตั้งค่อนข้างไวต่อการสะท้อนพื้นดินและผลกระทบหลายครั้งในระหว่างการแพร่กระจายทำให้การส่งสัญญาณมีเสถียรภาพ
เสาอากาศฐานการสื่อสารมือถือเสาอากาศส่วนใหญ่ใช้โพลาไรเซชันแนวนอนหรือ± 45 °ข้ามโพลาไรเซชัน โพลาไรเซชันแนวนอนมีข้อดีในการบรรเทาสัญญาณรบกวนร่วมกันในขณะที่± 45 °ข้ามโพลาไรเซชันดีขึ้นปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมการสื่อสารมือถือที่ซับซ้อนและไดนามิกเพิ่มความสามารถในการรับสัญญาณจากทิศทางที่หลากหลายและปรับปรุงความน่าเชื่อถือและความสามารถของระบบการสื่อสาร
ในการสื่อสารผ่านดาวเทียมเป็นที่ต้องการของเสาอากาศโพลาไรซ์แบบวงกลม เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงทัศนคติอย่างต่อเนื่องของดาวเทียมในอวกาศและการรบกวนจากปัจจัยที่ซับซ้อนต่าง ๆ ในระหว่างการแพร่กระจายสัญญาณเสาอากาศโพลาไรซ์แบบวงกลมสามารถลดการสูญเสียสัญญาณที่เกิดจากโพลาไรเซชันไม่ตรงกัน
ในระบบ RFID เสาอากาศโพลาไรซ์แบบวงกลมก็มีความสำคัญเช่นกัน พวกเขาเปิดใช้งานการระบุแท็กที่มีประสิทธิภาพในทิศทางที่แตกต่างกันเพิ่มประสิทธิภาพการรับรู้และความแม่นยำของระบบอย่างมีนัยสำคัญและให้การสนับสนุนที่แข็งแกร่งสำหรับสถานการณ์แอปพลิเคชันจำนวนมากเช่นการจัดการโลจิสติกส์และระบบควบคุมการเข้าถึง
iii. แบนด์วิดธ์เสาอากาศ: ช่วงความถี่ 'ช่วงความถี่ ' สำหรับการทำงานที่มีประสิทธิภาพ
(1) คำจำกัดความของแบนด์วิดท์
แบนด์วิดท์เสาอากาศหมายถึงช่วงความถี่ที่เสาอากาศสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ภายในช่วงนี้เสาอากาศตรงตามเกณฑ์ประสิทธิภาพที่กำหนดไว้ล่วงหน้ารวมถึงอัตราส่วนอัตราส่วนคลื่นยืนและลักษณะโพลาไรเซชัน มันทำหน้าที่เป็นแถบความถี่ที่สัญญาณของความถี่ที่แตกต่างกันสามารถส่งและรับได้ด้วยเสาอากาศทำให้มั่นใจได้ว่าสภาพแวดล้อมที่ดีสำหรับกระบวนการเหล่านี้
(2) ความแตกต่างของประเภทแบนด์วิดท์
คำจำกัดความทั่วไปของแบนด์วิดท์เสาอากาศรวมถึงแบนด์วิดท์สัมบูรณ์และแบนด์วิดท์สัมพัทธ์ แบนด์วิดธ์สัมบูรณ์คือความแตกต่างระหว่างขีด จำกัด บนและล่างของช่วงความถี่การทำงานของเสาอากาศโดยมีหน่วยเช่น Hertz (Hz), Kilohertz (KHZ) หรือ Megahertz (MHZ) ตัวอย่างเช่นเสาอากาศที่ทำงานจาก 1GHz ถึง 2GHz มีแบนด์วิดท์ที่แน่นอนของ 1GHz แบนด์วิดท์สัมพัทธ์เป็นอัตราส่วนของแบนด์วิดท์สัมบูรณ์ต่อความถี่กลางซึ่งโดยทั่วไปจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ ความถี่กลางสามารถคำนวณได้โดยใช้ค่าเฉลี่ยเลขคณิต, fCenter = (FMAX + FMIN)/2 หรือค่าเฉลี่ยเรขาคณิตซึ่งแพร่หลายมากขึ้นในระดับลอการิทึม, fCenter = SQRT (fmax⋅fmin) แบนด์วิดท์สัมพัทธ์ยังสามารถคำนวณเป็น bwrel = 2*(fmax - fmin)/(fmax + fmin) × 100% โดยทั่วไปแล้วเสาอากาศแคบ ๆ จะมีแบนด์วิดท์สัมพัทธ์น้อยกว่า 5%เสาอากาศ Wideband อยู่ในช่วง 5%ถึง 25%และเสาอากาศแบบกว้างเกิน 25%
(3) ข้อกำหนดของแอปพลิเคชันของแบนด์วิดท์ในสถานการณ์ต่าง ๆ
เสาอากาศแคบ ๆ เนื่องจากการเลือกใช้ความถี่ที่แข็งแกร่งถูกใช้ในระบบการสื่อสารที่ต้องการความแม่นยำความถี่สูง ตัวอย่างเช่นในการส่งสัญญาณวิทยุและโทรทัศน์ซึ่งความถี่ในการทำงานค่อนข้างคงที่เสาอากาศแคบ ๆ จะให้การส่งสัญญาณที่เสถียรที่ความถี่เฉพาะหลีกเลี่ยงการรบกวนจากสัญญาณความถี่อื่น ๆ ระบบการสื่อสารไร้สายพิเศษเช่นระบบในโดเมนควบคุมอุตสาหกรรมบางแห่งที่มีข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับความเสถียรของความถี่และภูมิคุ้มกันสัญญาณรบกวนยังได้รับประโยชน์จากเสาอากาศแคบ
เสาอากาศ Wideband เหมาะสำหรับสถานการณ์การสื่อสารที่ซับซ้อนซึ่งต้องการความครอบคลุมของแถบความถี่หลายวง ในสถานีฐานการสื่อสารมือถือเทคโนโลยีการสื่อสารที่พัฒนาขึ้นจำเป็นต้องสนับสนุนการส่งสัญญาณหลายแบนด์เพื่อตอบสนองความต้องการของผู้ใช้และบริการที่หลากหลาย เสาอากาศ Wideband รักษาประสิทธิภาพที่น่าพอใจในช่วงความถี่ที่กว้างเพื่อให้มั่นใจว่าการสื่อสารที่มีประสิทธิภาพระหว่างสถานีฐานและอุปกรณ์เทอร์มินัลต่างๆ ในทำนองเดียวกันเครือข่ายพื้นที่ท้องถิ่นไร้สาย (WLAN) พึ่งพาเสาอากาศ Wideband เพื่อรองรับอุปกรณ์ไร้สายที่มีมาตรฐานและแถบความถี่ที่แตกต่างกันทำให้ผู้ใช้เชื่อมต่อเครือข่ายที่สะดวกและความเร็วสูง
เสาอากาศกว้างพิเศษมีบทบาทที่เป็นเอกลักษณ์ในการตรวจจับเรดาร์ แบนด์วิดท์ที่กว้างมากของพวกเขาให้ความสามารถในการตรวจจับเป้าหมายความละเอียดสูงช่วยให้สามารถระบุตำแหน่งเป้าหมายรูปร่างและสถานะการเคลื่อนไหวได้อย่างแม่นยำ ในการสื่อสารความเร็วสูงระยะสั้นเช่นการส่งข้อมูลความเร็วสูงในร่มเสาอากาศกว้างพิเศษใช้ประโยชน์จากแบนด์วิดท์ขนาดใหญ่ของพวกเขาเพื่อให้ได้อัตราข้อมูลของกิกะบิตหลายตัวต่อวินาที
iv. ความสัมพันธ์ระหว่างกันและการพิจารณาที่ครอบคลุมของตัวชี้วัดทั้งสาม
ตัวบ่งชี้สำคัญสามประการของการได้รับเสาอากาศโพลาไรซ์และแบนด์วิดท์ไม่ได้แยกออกจากกัน พวกเขามีความสัมพันธ์และมีอิทธิพลร่วมกัน การออกแบบเสาอากาศมักจะต้องมีการแลกเปลี่ยนอย่างระมัดระวังและการปรับให้เหมาะสมระหว่างตัวชี้วัดเหล่านี้
การเพิ่มขึ้นของเสาอากาศที่เพิ่มขึ้นมักจะเกี่ยวข้องกับการลดการแผ่รังสี beamwidth ในขณะที่สิ่งนี้ช่วยเพิ่มความแรงของสัญญาณในทิศทางที่เฉพาะเจาะจง แต่ก็ช่วยลดแบนด์วิดท์พร้อมกัน นี่เป็นเพราะการทำให้คานความกว้างลดลงการตอบสนองของเสาอากาศต่อสัญญาณของความถี่ที่แตกต่างกันทำให้ช่วงความถี่การทำงานที่มีประสิทธิภาพลดลง
ลักษณะโพลาไรเซชันยังส่งผลกระทบต่อแบนด์วิดท์ของเสาอากาศและประสิทธิภาพการทำงาน เสาอากาศที่มีโหมดโพลาไรเซชันที่แตกต่างกันแสดงการแจกแจงเชิงพื้นที่และรูปแบบการเปลี่ยนแปลงที่แตกต่างกันของเวกเตอร์สนามไฟฟ้าในระหว่างการแผ่รังสีและการรับสัญญาณซึ่งนำไปสู่ความแตกต่างในความสามารถในการมีเพศสัมพันธ์ที่มีสัญญาณของความถี่ที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นเสาอากาศโพลาไรซ์แบบวงกลมอาจแสดงประสิทธิภาพการรับผลประโยชน์ที่ยอดเยี่ยมภายในช่วงความถี่ที่แน่นอน แต่ประสบการณ์จะได้รับการลดลงของผู้อื่นเนื่องจากปัจจัยต่าง ๆ เช่นโพลาไรเซชันไม่ตรงกันซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพของแบนด์วิดท์
ในการใช้งานจริงการพิจารณาที่ครอบคลุมของตัวชี้วัดทั้งสามนี้มีความสำคัญตามข้อกำหนดการสื่อสารและสถานการณ์เฉพาะเมื่อเลือกหรือออกแบบเสาอากาศที่เหมาะสม ตัวอย่างเช่นในโครงการการสื่อสารที่เป็นภูเขาที่มีความต้องการสูงในช่วงการครอบคลุมสัญญาณทิศทางและข้อ จำกัด วงดนตรีความถี่ที่เข้มงวดเสาอากาศที่มีค่าสูงและมีโหมดโพลาไรเซชันที่เหมาะสมสำหรับภูมิประเทศที่เป็นภูเขา ในสภาพแวดล้อมการสื่อสารในร่มของห้างสรรพสินค้าขนาดใหญ่ซึ่งจำเป็นต้องรองรับอุปกรณ์ไร้สายหลายเครื่องและมีความต้องการสูงสำหรับแบนด์วิดท์สัญญาณและความสม่ำเสมอของความครอบคลุมความสม่ำเสมอ, เสาอากาศแบบกว้างและเพิ่มขึ้นพร้อมโหมดโพลาไรเซชันที่ปรับให้เข้ากับการสะท้อนในร่มที่ซับซ้อน
โดยสรุปความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับตัวชี้วัดสำคัญสามประการของการได้รับเสาอากาศโพลาไรซ์และแบนด์วิดท์พร้อมกับความสัมพันธ์ของพวกเขาเป็นรากฐานสำหรับการบรรลุการสื่อสารไร้สายที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ เฉพาะผ่านการเพิ่มประสิทธิภาพอย่างมีเหตุผลและการกำหนดค่าของตัวชี้วัดเหล่านี้ตามความต้องการเฉพาะในแอปพลิเคชันที่ใช้งานได้สามารถทำให้เกิดการทำงานที่ดีที่สุดซึ่งเป็นรากฐานที่มั่นคงสำหรับความก้าวหน้าของการสื่อสารไร้สาย
