anténa
Snadno pochopitelné! Po přečtení jste poloviční expert na antény
Odhadovaný čas 20 minut na dokončení čtení
Jak všichni víme, antény používají základnové stanice a mobilní telefony k přenosu signálů.
Slovo anténa v angličtině je Antenna, což původně znamená chapadla. Chapadla jsou dva dlouhé tenké dráty na vrcholu hmyzí hlavy. Nepodceňujte takovou nenápadnou věc, ale právě chemické signály vysílané těmito chapadly předávají různé sociální informace.
Podobně v lidském světě bezdrátová komunikace také využívá k přenosu informací antény, ale užitečné informace přenášejí elektromagnetické vlny. Níže uvedený obrázek je příkladem vzájemné komunikace mobilního telefonu a základnové stanice.
Když zvednete hlavu a prozkoumáte základnovou stanici, zjistíte, že na vrcholu věže jsou nějaké talířovité věci, což je hlavní hrdina tohoto článku: komunikační anténa , nejčastější a mobilní telefon přímý oční kontakt je toto zboží.
Tato anténa se nazývá směrová anténa, jak název napovídá, je to, že vyzařování signálu je směrováno. Pokud je čelem k vám, signál jen; pokud si za tím stojíte, tak pardon, ne v oblasti služeb!
V současné době drtivá většina základnových stanic využívajících směrové antény obecně potřebuje tři antény k dokončení 360stupňového pokrytí. K odhalení tajemného závoje tohoto zboží je nutné jej rozložit, abyste viděli, co je uvnitř vlastně naloženo.
Vnitřní prázdná, struktura není dobře složitá, je složena z vibrátorů, odrazné desky, napájecí sítě a radomu. Co tyto vnitřní struktury dělají, jak realizovat funkci směrového vysílání a příjmu signálů?
To je vše od elektromagnetické vlny na začátku.
Stahování kabátu antény
Antény jsou schopny přenášet informace vysokou rychlostí, protože vysílají elektromagnetické vlny obsahující informace do vzduchu, pohybují se rychlostí světla a nakonec dosáhnou přijímací antény .
Je to jako přeprava cestujících ve vysokorychlostním vlaku. Pokud porovnáte informace s cestujícími, pak vozidlo, které cestující přepravuje: vysokorychlostní vlak je elektromagnetická vlna a anténa je ekvivalentem stanice, která řídí odbavení elektromagnetické vlny.
Co jsou tedy elektromagnetické vlny?
Vědci studovali dvě záhadné síly elektřiny a magnetismu po stovky let, což vyvrcholilo návrhem Maxwella z Anglie, že elektrický proud může ve svém okolí vytvořit elektrické pole, měnící se elektrické pole vytváří magnetické pole a měnící se magnetické pole vytváří elektrické pole. Nakonec byla tato teorie potvrzena Hertzovými experimenty.
S elektromagnetickým polem v takové periodické transformaci vyzařují elektromagnetické vlny a šíří se do prostoru. Další podrobnosti najdete v článku „Elektromagnetické vlny nelze vidět ani se jich nedotknout, rozmarný nápad tohoto mladého muže změnil svět“.
Jak je znázorněno na obrázku výše, červená čára představuje elektrické pole, modrá čára představuje magnetické pole a směr šíření elektromagnetické vlny je kolmý na směr elektrického pole a zároveň magnetického pole.
Jak tedy anténa vysílá tyto elektromagnetické vlny ven? Když se podíváte na obrázek níže, pochopíte.
Dva dráty, které generují elektromagnetické vlny, se nazývají „oscilátory“. Obecně platí, že velikost oscilátoru je v polovině vlnové délky, kdy dosahuje nejlepších výsledků, proto se často nazývá „půlvlnný oscilátor.
S oscilátorem mohou být elektromagnetické vlny vysílány nepřetržitě. To je znázorněno na obrázku níže:
Skutečný oscilátor vypadá takto.
Půlvlnný oscilátor šíří elektromagnetickou vlnu do prostoru nepřetržitě, ale síla signálu není v prostoru rovnoměrně rozložena, jako prsten jako pneumatika. Signál je silný horizontálně, ale slabý vertikálně.
Ve skutečnosti musí být pokrytí naší základnové stanice o něco dále v horizontálním směru, koneckonců je třeba volat lidem na zemi; vertikálním směrem do vysoké nadmořské výšky, vysoko ve vzduchu není potřeba létat při česání lidí Jitterbug (pokrytí trasy je jiné téma, následuje povídání).
Proto je při emisi energie elektromagnetických vln, i když vertikální směr půlvlnné energie oscilátoru byl relativně slabý, ale také je třeba dále posílit horizontální směr, vertikální směr ještě více oslabit.
Podle principu zachování energie se energie ani nezvyšuje, ani nesnižuje, a má-li se zvýšit energie emise v horizontálním směru, musí být energie ve vertikálním směru zeslabena. Jedná se tedy o jediný způsob, jak zploštit standardní půlvlnnou mapu směru energetického záření, jak je znázorněno na obrázku níže.
Jak to tedy srovnat? Odpovědí je zvýšení počtu půlvlnných oscilátorů. Emise více vibrátorů ve středu konvergence, okraj energie byl oslaben, směr záření realizace zploštění klapky, koncentrace energie v horizontálním směru účelu.
Směrové antény se nejčastěji používají v obecných systémech makro základnových stanic. Obecně je základní stanice rozdělena do 3 sektorů a pokryta 3 anténami, přičemž každá anténa pokrývá rozsah 120 stupňů.
Z obrázku výše jasně vidíme, že tato základnová stanice se skládá ze tří sektorů, využívajících tři RF jednotky, což vyžaduje k realizaci tři páry směrových antén.
Výše uvedené schéma je o něco intuitivnější. Základnová stanice je umístěna ve středu kruhu, velký koláč je rozdělen na tři části, z nichž každá je 120stupňový sektor, proto se nazývá tři sektory.
Jak tedy anténa dosáhne směrového vyzařování elektromagnetických vln?
Určitě není těžké porazit chytrého designéra. Chcete-li k oscilátoru přidat reflektor, měl by být signál vyzařován na druhou stranu odrazu zpět k němu?
Takže zvětšete vibrátor tak, aby elektromagnetická vlna ve vodorovném směru byla dál, a pak zvětšete reflektor pro ovládání směru, po tak dvou hodech se zrodil prototyp směrové antény, směr emise elektromagnetických vln do následujícího obrázku.
Horizontální strana hlavní klapky ke startu daleko, ale svislý směr vytváří horní stranu klapky a spodní stranu klapky a zároveň kvůli odrazu není úplný, na konci je ocas. zadní strana, známá jako zadní strana chlopně.
V tomto okamžiku přichází na řadu vysvětlení nejdůležitější metriky antény: „zisk“.
Jak název napovídá, zisk znamená, že anténa zesiluje signál. Je rozumné říci, že anténa nepotřebuje napájení, pouze přenáší elektromagnetickou vlnu na ni přenášenou, jak může dojít k "zisk"?
Ve skutečnosti neexistuje žádný „zisk“, klíč vidět s kým, jak se srovnávat.
Jak je znázorněno na obrázku níže, vzhledem k ideálnímu bodovému zdroji záření a půlvlnnému oscilátoru může anténa shromažďovat energii ve směru hlavního okvětního lístku, může vysílat elektromagnetickou vlnu dále, ekvivalentní směru hlavního okvětního lístku vylepšení. . To znamená, že takzvaný zisk je v určitém směru vzhledem k bodovému zdroji záření nebo půlvlnnému oscilátoru.
Jak tedy nakonec změřit pokrytí a zisk hlavního ventilu antény? To vyžaduje zavedení konceptu "šířky paprsku". Hlavní klapku na obou stranách středové linie nazýváme útlum intenzity elektromagnetického vlnění na polovinu rozsahu šířky paprsku.
Protože je útlum intenzity poloviční, tedy 3dB, tak se šířce paprsku říká také "úhel polovičního výkonu", nebo "úhel výkonu 3dB".
Běžná anténa poloviční výkonový úhel do 60° nejvíce, existují i některé užší 33° antény. Čím užší je úhel polovičního výkonu, čím dále se signál šíří ve směru hlavního ventilu, tím vyšší je zisk.
Dolů spojíme horizontální a vertikální diagramy antény, dostaneme trojrozměrný diagram vyzařování, vypadá to mnohem intuitivněji.
Je zřejmé, že existence zadní klapky ničí směrovost směrové antény, je třeba ji minimalizovat. Poměr energie mezi přední a zadní klapkou se nazývá „poměr před a po“, čím větší hodnota, tím lépe, je důležitým ukazatelem antény.
Cenná síla horní strany klapky je vypuštěna k nebi nadarmo, ale také není malým plýtváním, takže při návrhu směrových antén je třeba se snažit minimalizovat horní stranu potlačení klapky.
Navíc mezi hlavní klapkou a spodní boční klapkou jsou některé otvory, známé také jako spodní část nulového průhybu, vedoucí k anténě blíže k místu signálu není dobré, v konstrukci antény minimalizovat tyto díry, známé jako "vyplnění nulového bodu".
Buďte k anténě upřímní
Dalším důležitým konceptem antén je polarizace.
Jak již bylo zmíněno dříve, šíření elektromagnetických vln je v podstatě šířením elektromagnetických polí a elektrická pole mají směr.
Pokud je směr elektrického pole kolmý k zemi, nazýváme ji vertikálně polarizovanou vlnou. Podobně, rovnoběžně se zemí, jde o horizontálně polarizovanou vlnu.
Pokud směr elektrického pole svírá se zemí úhel 45°, nazýváme to polarizací ±45°.
Vzhledem k vlastnostem elektromagnetických vln se rozhodlo, že horizontální polarizační šíření signálu v blízkosti země bude produkovat polarizační proud na zemském povrchu, takže signál elektrického pole rychle zeslabí a vertikální polarizace není snadné vytvořit polarizační proud , čímž se zabrání výraznému útlumu energie, aby se zajistilo efektivní šíření signálu.
Jako optimalizační schéma se nyní používají mainstreamové antény ± 45° dvě polarizační metody superponované dvěma oscilátory v jednotce za účelem vytvoření dvou ortogonálních polarizačních vln, známých jako duální polarizace. Tato realizace za účelem zajištění výkonu zároveň výrazně zlepšuje integraci antény.
To je důvod, proč anténní schémata rádi kreslí dovnitř řadu vidlic, tyto vidlice představují obrazně jak směr polarizace, tak počet oscilátorů.
Díky směrové anténě s vysokým ziskem může být zavěšení přímo na věži?
Je zřejmé, že visící nízké budovy zakrývají příliš mnoho, ne; visí vysoko, nikdo ve vzduchu, plýtvání signálem, a nechat signál šířit příliš daleko, může základnová stanice stěží přijmout, ale mobilní telefon je vysílací výkon je příliš malý, poslal základnové stanice nelze přijímat.
Proto musí tato anténa vysílat signály do země, kde jsou lidé, a pokrytí musí být kontrolováno. To vyžaduje, aby byla anténa nakloněna dolů pod úhlem, jako je pouliční lampa, každá anténa je zodpovědná za pokrytí svých příslušných oblastí.
Tím se zavádí koncept sklopení antény.
Všechny antény mají na montážním držáku knoflík se stupnicí úhlu a otáčením knoflíku pro ovládání mechanického pohybu držáku lze nastavit úhel sklonu směrem dolů. Takže nastavení sklonu dolů tímto způsobem se také nazývá mechanické naklonění dolů.
Tento způsob má však dvě zjevné nevýhody.
Prvním jsou potíže. Aby bylo možné provést optimalizaci sítě pro nastavení úhlu, potřebujete inženýry, aby vyšplhali na věž na stanici, skutečný efekt toho, co není dost dobré, říct, je to nepohodlné, vysoké náklady.
Druhým je, že mechanické nastavení sklonu je příliš jednoduché a hrubé a amplituda vertikální složky a horizontální složky antény se nemění, takže to povede k tomu, že mapa směru pokrytí bude nucena být zploštělá, což má za následek zkreslení.
Po tak velkém úsilí je pokrytí před a po úpravě zcela změněno, je obtížné dosáhnout požadovaného efektu, ale také kvůli zakřivení zadního plátku směrem nahoru vede k dalšímu rušení základnové stanice také vzrostl, takže mechanický úhel sklonu lze upravit pouze v malých krocích.
Existuje tedy lepší způsob?
Existuje opravdu způsob, je použít elektronický náklon. Princip elektronického downtiltu spočívá ve změně fáze společného oscilátoru anténního pole, změně amplitudy vertikální složky a velikosti horizontální složky, změně intenzity pole syntetizované složky tak, aby se vertikální směr antény snížil.
To znamená, že elektronické naklánění dolů ve skutečnosti nemusí nechat anténu naklonit, stačí, aby inženýři před počítačem, namířili a klikli myší, se softwarovou úpravou může být. Elektronický náklon navíc nezpůsobí zkreslení mapy směru záření.
Jednoduchost a pohodlí elektronického naklápění nepřichází z ničeho, ale díky společnému úsilí odvětví realizovat.
V roce 2001 se sešlo několik výrobců antén, založili organizaci nazvanou AISG (Antenna Interface Standards Group), která chce standardizovat rozhraní antény ESC.
Doposud existovaly dvě verze dohody: AISG 1.0 a AISG 2.0.
S těmito dvěma protokoly, i když jsou anténa a základní stanice vyráběny různými výrobci, pokud se všechny řídí stejným protokolem AISG, mohou si navzájem předávat informace o ovládání sklonu antény a realizovat vzdálené nastavení sklonu. úhel.
Se zpětným vývojem protokolu AISG lze dálkově nastavit nejen vertikální úhel náklonu, ale dokonce i úhel horizontálního azimutu a šířku a zisk hlavní klapky.
Navíc vzhledem k rostoucímu počtu bezdrátových pásem každého operátora spolu s dramatickým nárůstem počtu anténních portů požadovaných MIMO 4G a dalšími technologiemi se anténa také postupně vyvíjí z jednofrekvenční dvouportové na víceportovou. frekvenční multiport.
Princip antény se zdá jednoduchý, ale honba za dokonalostí výkonu nemá konce. Tento článek je do tohoto bodu pouze kvalitativním popisem základních znalostí základnové stanice, pokud jde o hlubší tajemství uvnitř, jak lépe podpořit vývoj k 5G, vlna komunikace, kterou lidé stále hledají a hledají!
