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Tecnología de microondas

Tecnología de microondas - Conocimientos básicos sobre antenas wifi

Tecnología de microondas

Tecnología de microondas - Conocimientos básicos sobre antenas wifi

Conocimientos básicos sobre antenas wifi

2021-12-31
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1. antena

1.1 función y ubicación de la antena

La Potencia de la señal de radiofrecuencia emitida por el transmisor de radio se transmite a la antena a través de un cable de alimentación (cable), que irradia en forma de onda electromagnética. Cuando las ondas electromagnéticas llegan a la posición de recepción, la antena (que recibe solo una pequeña parte de la potencia) le sigue de cerca y se alimenta al receptor de radio. Obviamente, la antena es un equipo de radio importante para transmitir y recibir ondas electromagnéticas. Sin antena, no hay comunicación por radio. Hay muchos tipos de antenas, adecuadas para diferentes frecuencias, diferentes usos, diferentes ocasiones, diferentes requisitos, etc. para muchos tipos de antenas es necesario clasificarlas adecuadamente: se pueden dividir en antenas de comunicación, antenas de televisión, antenas de radar, etc. se puede dividir en antenas de onda corta, antenas de onda ultra corta, antenas de microondas, etc. Se puede dividir en antenas omnidireccionales, antenas direccionales, etc. se puede dividir en antenas lineales, antenas planas, etc. y así sucesivamente.


* radiación de ondas electromagnéticas

Cuando hay corriente alterna en el conductor, puede ocurrir radiación de ondas electromagnéticas. La capacidad de radiación depende de la longitud y forma del conductor. Como se muestra en la figura 1.1a, si dos cables están muy cerca, el campo eléctrico está atado entre ellos y la radiación es débil. Como se muestra en la figura 1.1b, al abrir dos cables eléctricos, el campo eléctrico se propaga por el espacio circundante, aumentando así la radiación. Hay que tener en cuenta que cuando la longitud l del cable es mucho menor que la longitud de onda, cuando la radiación es muy débil; Cuando la longitud del cable l aumenta a una longitud comparable a la longitud de onda, la corriente eléctrica en el cable aumenta significativamente, lo que produce una fuerte radiación.

Radiación de ondas electromagnéticas

1.2 osciladores simétricos

El Oscilador simétrico es la antena clásica más utilizada hasta la fecha. Un solo Oscilador simétrico de media onda puede usarse simplemente solo o como alimento para una antena parabólica, o la matriz de antenas puede estar compuesta por múltiples oscilaciones simétricas de media onda. Los osciladores con la misma longitud del brazo se llaman osciladores simétricos. Los osciladores con una cuarta parte de la longitud de cada brazo y la mitad de la longitud de onda se llaman osciladores simétricos de media ola. Como se muestra en la figura 1.2a. además, hay un tipo especial de Oscilador simétrico de media onda que puede considerarse como doblar el Oscilador simétrico de media onda en un marco rectangular estrecho y superponer sus extremos. Este estrecho marco rectangular se llama Oscilador plegable. Tenga en cuenta que la longitud del Oscilador plegable también es la mitad de la longitud de onda, por lo que se llama Oscilador plegable de media ola. Véase la figura 1.2b.

Osciladores simétricos


1.3 debate sobre la directividad de las antenas

1.3.1 directividad de la antena

Una de las funciones básicas de la antena emisora es irradiar la energía obtenida del feed al espacio circundante. La otra es irradiar la mayor parte de la energía en la dirección necesaria. El Oscilador simétrico de media onda colocado verticalmente tiene un patrón tridimensional plano en forma de "donuts" (figura 1.3.1 a). Aunque los patrones tridimensionales tienen una fuerte sensación tridimensional, es difícil dibujarlos. Las figuras 1.3.1 B y 1.3.1 C muestran sus dos principales patrones planos. El patrón del plano describe la directividad de la antena en el plano designado. Como se puede ver en la figura 1.3.1 b, la radiación es cero en la dirección del eje del Vibrador y la dirección máxima de radiación está en el plano horizontal; Como se puede ver en la figura 1.3.1 c, la radiación es la misma en todas las direcciones del nivel.

Directividad de la antena

1.3.2 mejora de la dirección de la antena

Varias matrices de osciladores simétricos pueden controlar la radiación, produciendo "anillos de pan planos" que concentran aún más la señal en la dirección horizontal.

Los siguientes son los patrones planos tridimensionales y verticales de cuatro osciladores de media onda dispuestos en una matriz de cuaterniones verticales en línea y fuera de línea vertical.

Mejora de la dirección de la antena

El reflector también se puede utilizar para controlar la energía de radiación en una sola dirección, y el reflector plano se puede colocar en un lado de la matriz para formar una antena de cobertura en forma de abanico. El siguiente patrón horizontal ilustra el efecto del reflector, que refleja la Potencia a un lado y aumenta la ganancia.

Mejora de la dirección de la antena

El uso de un reflector parabólico permite que la radiación de la antena se concentre en un pequeño ángulo tridimensional, al igual que un reflector en la óptica, obteniendo así una alta ganancia. Es evidente que la antena parabólica consta de dos elementos básicos: un reflector parabólico y una fuente de radiación ubicada en el foco parabólico.


1.3.3 ganancia de antena

La ganancia es la relación entre la densidad de potencia de la señal generada por la antena real y la densidad de potencia de la unidad de radiación ideal en el mismo punto del espacio cuando la Potencia de entrada es igual. Describe cuantitativamente el grado en que la antena concentra la Potencia de entrada. Obviamente, la ganancia está estrechamente relacionada con el patrón de la antena. Cuanto más estrecho sea el pétalo principal, más pequeño será el pétalo secundario y mayor será la ganancia. El significado físico de la ganancia se puede entender de esta manera: para generar una señal de un cierto tamaño a una cierta distancia, se necesita una potencia de entrada de 100W si se utiliza una fuente de punto sin dirección ideal como antena de transmisión, mientras que cuando se utiliza una antena direccional con una ganancia G = 13db = 20 como antena de transmisión, solo se necesita 100 / 20 = 5w. En otras palabras, en lo que respecta al efecto de radiación de la antena en su dirección máxima de radiación, la ganancia de la antena se multiplica por la Potencia de entrada en comparación con una fuente de punto ideal sin Dirección.

La ganancia del Oscilador simétrico de media ola es G = 2,15 dbi.

Cuatro osciladores simétricos de media onda están dispuestos a lo largo de la línea vertical y fuera de línea, formando una matriz de cuaterniones verticales con una ganancia de aproximadamente G = 8,15 dbi (dbi es la unidad que significa que el objeto de comparación es una fuente de punto ideal con radiación uniforme en todas las direcciones).

Si se utiliza un Oscilador simétrico de media ola como objeto de comparación, la unidad de ganancia es dbd.

La ganancia del Oscilador simétrico de media ola es G = 0dbd (porque es la relación entre 1 y uno mismo y el logaritmo de 0). Una matriz de cuaterniones verticales con una ganancia de aproximadamente G = 8,15 - 2,15 = 6dbd.

1.3.4 ancho de la hoja

El patrón de dirección suele tener dos o más válvulas, una de las cuales tiene la mayor intensidad de radiación se llama válvula principal y la otra se llama válvula lateral o válvula lateral. Véase la figura 1.3.4a, en la que el ángulo entre dos puntos en los que la intensidad de radiación a ambos lados de la dirección máxima de radiación de la válvula principal se reduce en 3db (la mitad de la densidad de potencia) se define como el ancho del pétalo (también conocido como el ancho del haz o el ancho del pétalo principal o El ángulo de media potencia). Cuanto más estrecho sea el ancho del pétalo, mejor será la directividad, más lejana será la distancia de acción y más fuerte será la capacidad anti - interferencia.

También hay un ancho de pétalo, es decir, un ancho de pétalo de 10 dbs. como su nombre indica, es el ángulo entre dos puntos en un modo con una intensidad de radiación reducida en 10 DBS (una décima parte de la densidad de Potencia reducida), como se muestra en la figura 1.3.4b.

Ganancia de antena

1.3.5 proporción antes y después

En este patrón, la relación entre la válvula anterior máxima y la válvula posterior se llama la relación entre la válvula anterior y la válvula anterior y se registra como f / B. Cuanto mayor sea la relación entre delante y detrás, menor será la radiación hacia atrás (o recepción) de la antena. Los cálculos en la parte delantera y trasera son más simples que los cálculos en F / B -

F / B = 10 LG ((densidad de Potencia positiva) / (densidad de Potencia inversa))

El valor típico de una antena con una relación f / B entre la parte delantera y la trasera de la antena es de (18 a 30) db, y en casos especiales es de (35 a 40) db.

Proporción antes y después

Varios cálculos aproximados de la ganancia de la antena 1.3.6

1) cuanto más estrecho sea el ancho del pétalo principal, mayor será la ganancia. Para las antenas generales, la ganancia se puede estimar de la siguiente manera:

G (dbi) = 10 LG 32000 / (2) 3 db, e * 2 3 db, h))

En la fórmula, 2 ° 3db, e y 2 ° 3db, H son los anchos de los lóbulos de la antena en los dos planos principales, respectivamente.

32.000 son datos de experiencia estadística.

2) para las antenas parabólicas, se puede calcular aproximadamente la ganancia utilizando la siguiente fórmula:

G (dbi) = 10 LG 4,5 * (d / isla 0) 2)

Donde D es el diámetro de la parábola;

La isla 0 es la longitud de onda central;

4.5 son datos de experiencia estadística.

3) para una antena omnidireccional vertical, hay una fórmula aproximada

G (dbi) = 10 litros 2 litros / isla 0]

L es la longitud de la antena.

La isla 0 es la longitud de onda central;

1.3.7 supresión de la válvula lateral superior

Para las antenas de la estación base, generalmente se requiere que el primer lóbulo lateral por encima del pétalo principal sea lo más débil posible en su patrón vertical (es decir, espaciado). Esto se llama inhibición lateral avanzada. La Estación base sirve a los usuarios de teléfonos móviles en tierra, y la radiación que apunta al cielo no tiene sentido.

Supresión de la válvula lateral avanzada

1.3.8 la antena se inclina hacia abajo

Para que el pétalo principal apunte hacia el suelo, la antena debe inclinarse adecuadamente hacia abajo durante la colocación.


1.4 polarización de la antena

La antena irradia las ondas electromagnéticas al espacio circundante. Las ondas electromagnéticas se componen de campos eléctricos y magnéticos. La dirección del campo eléctrico prescrito es la dirección de la polarización de la antena. La antena utilizada habitualmente es unipolar. La siguiente imagen muestra dos unipolaridades básicas: la polarización vertical, que es la más común; Polarización horizontal - también disponible.

La siguiente imagen muestra las otras dos unipolaridades: + 45 y - 45, que solo se utilizan en ocasiones especiales. De esta manera, hay cuatro tipos de polarización única, como se muestra en la siguiente imagen. al combinar una antena de polarización vertical con una antena de polarización horizontal o + 45 grados con una antena de polarización - 45 grados, se forma una nueva antena, la antena bipolar.


Polarización de la antena

La siguiente imagen muestra dos antenas de polarización única instaladas juntas para formar un par de antenas de polarización doble. Tenga en cuenta que la antena de doble polarización tiene dos conectores.

La antena bipolar emite (o recibe) ondas con dos polarizaciones que son ortonormales (perpendiculares) entre sí en el espacio.

Antena bipolar

1.4.2 pérdidas de polarización

Las ondas de polarización vertical son recibidas por antenas con características de polarización vertical, mientras que las ondas de polarización horizontal son recibidas por antenas con características de polarización horizontal. Las ondas de polarización circular derecha son recibidas por antenas con polarización circular derecha, mientras que las ondas de polarización circular izquierda son recibidas por radares con polarización circular izquierda.

Cuando la dirección de polarización de la onda incidente no coincide con la dirección de polarización de la antena receptora, la señal recibida será menor, es decir, habrá pérdida de polarización. Por ejemplo, cuando se reciben ondas polarizadas verticales o horizontales con una antena polarizada de + 45 grados, o cuando se reciben ondas polarizadas de + 45 grados o - 45 grados con una antena polarizada vertical, se produce una pérdida de polarización. Cuando la antena de polarización circular recibe cualquier onda de polarización lineal, o la antena de polarización lineal recibe cualquier onda de polarización circular, y así sucesivamente, la pérdida de polarización también debe ocurrir - solo se puede recibir la mitad de la energía de la onda recibida.

Cuando la dirección de polarización de la antena receptora es exactamente perpendicular a la dirección de polarización de la onda incidente, por ejemplo, cuando la antena receptora con polarización horizontal recibe la onda incidente con polarización vertical, o cuando el electrodo receptor con polarización circular derecha recibe la onda incidente con polarización circular izquierda, La antena no recibirá energía de las ondas incidente en absoluto. En este caso, la pérdida de polarización es la mayor, llamada aislamiento completo de polarización.

1.4.3 aislamiento por polarización

No hay aislamiento de polarización completa ideal. La señal alimentada a una antena polarizada siempre aparece un punto en otra antena polarizada. Por ejemplo, en la antena bipolar que se muestra en la siguiente imagen, la Potencia de entrada de la antena de polarización vertical es de 10 w, y la Potencia de salida medida en la salida de la antena de polarización horizontal es de 10 mw.

Aislamiento de polarización

1.5 resistencia de entrada de la antena Zin

Definición: la relación entre el voltaje de la señal y la corriente de la señal en la entrada de la antena se llama la resistencia de entrada de la antena. La resistencia de entrada tiene un componente de resistencia Rin y un componente de reactancia xin, es decir, Zin = Rin + J xin. La presencia del componente de reactancia reducirá la Potencia de la señal extraída por la antena del feed. Por lo tanto, el componente de reactancia debe ser lo más cero posible, es decir, la resistencia de entrada de la antena debe ser lo más pura posible. De hecho, incluso si la antena está bien diseñada y puesta en marcha, su resistencia de entrada siempre contiene un pequeño componente de reactancia.

La resistencia de entrada está relacionada con la estructura, el tamaño y la longitud de onda de trabajo de la antena. El Oscilador simétrico de media onda es la antena básica más importante, con una resistencia de entrada de Zin = 73,1 + j42,5 (isla). Cuando la longitud de la antena se acorta (3 - 5)%, se puede eliminar el componente de reactancia, y la resistencia de entrada de la antena es resistencia pura. En este momento, la resistencia de entrada es Zin = 73,1 (isla), (isla nominal 75). Tenga en cuenta que, estrictamente hablando, la resistencia de entrada de la antena de resistencia pura solo se aplica a la frecuencia de punto.

Por cierto, la resistencia de entrada del Oscilador reducido de media ola es cuatro veces mayor que la del Oscilador simétrico de media ola, es decir, Zin = 280 (isla), (isla nominal 300).

Curiosamente, para cualquier antena, siempre se puede ajustar la resistencia de la antena para que la parte virtual de la resistencia de entrada sea muy pequeña, mientras que la parte real está muy cerca de 50 islas dentro del rango de frecuencia de trabajo requerido, por lo que la resistencia de entrada de la antena es Zin = Rin = 50 islas - lo que es necesario para que la antena coincida bien con la resistencia del feed.

1.6 rango de frecuencia de funcionamiento de la antena (ancho de banda)

Ya sea una antena de transmisión o una antena receptora, siempre funcionan dentro de un cierto rango de frecuencia (ancho de banda). Hay dos definiciones diferentes del ancho de banda de la antena.

Uno se refiere al ancho de banda de trabajo de la antena cuando la relación de onda residente es swrà1.5;

Uno se refiere a la reducción del ancho de banda en el rango de 3db de la ganancia de la antena.

En los sistemas de comunicaciones móviles suele basarse en la definición anterior. Específicamente, cuando la relación de onda estacionaria SWR de la antena no supera 1,5, el ancho de banda de la antena es el rango de frecuencia de funcionamiento de la antena.

En general, el rendimiento de la antena es diferente en cada punto de frecuencia dentro del ancho de banda de trabajo, pero la disminución del rendimiento causada por esta diferencia es aceptable.

1.7 antenas de estación base, antenas de retransmisión y antenas interiores comúnmente utilizadas en las comunicaciones móviles

1.7.1 antena plana

Ya sea 3G o cdma, las antenas planas son las antenas de estación base más utilizadas e importantes. La antena tiene las ventajas de alta ganancia, buen patrón de abanico, pequeño pétalo trasero, fácil control de inclinación bajo el patrón de dirección vertical, rendimiento de sellado confiable y larga vida útil.

Las antenas planas también se utilizan a menudo como antenas de usuario para repetidores. Según el alcance del sector de acción, se debe seleccionar el modelo de antena correspondiente.

1.7.1 formación de alta ganancia de antena plana

A. organizar múltiples osciladores de media onda en una matriz lineal colocada verticalmente

Formación de antenas planas de alta ganancia

B. añadir una placa reflectante a un lado de la matriz lineal (tomemos como ejemplo la matriz vertical de dos osciladores de media onda con placa reflectante)

Antena plana de alta ganancia

C. para mejorar la ganancia de la antena plana se pueden utilizar además ocho conjuntos de osciladores de media onda

Como se mencionó anteriormente, la ganancia de los cuatro osciladores de media onda dispuestos en una matriz lineal vertical es de aproximadamente 8 dbi; Una matriz lineal de cuatro elementos con reflector en un lado, es decir, una antena plana tradicional, tiene una ganancia de aproximadamente 14 a 17 dbi.

Una matriz lineal octogonal con reflector en un lado, es decir, una antena de placa extendida, tiene una ganancia de aproximadamente 16 a 19 dbi. Huelga decir que la antena plana extendida tiene el doble de longitud que la antena plana tradicional, hasta unos 2,4 m.

1.7.2 antena parabólica de rejilla de alta ganancia

Desde el punto de vista de la relación calidad - precio, las antenas parabólicas de rejilla se utilizan a menudo como antenas donante para repetidores. Debido al buen efecto de enfoque de la máscara parabólica, la antena parabólica tiene una fuerte capacidad de recolección. Para una antena parabólica de malla de 1,5 m de diámetro, su ganancia puede alcanzar G = 20dbi en una banda de 900 megabytes. Es especialmente adecuado para la comunicación punto a punto. Por ejemplo, a menudo se utiliza como antena donante para repetidores.

La parábola adopta una estructura de cuadrícula, una para reducir el peso de la antena y la otra para reducir la resistencia al viento.

Las antenas parabólicas generalmente pueden dar una relación no inferior a 30 DB antes y después, que es el indicador técnico que el sistema repetidor debe cumplir para evitar la excitación de la antena receptora.

1.7.3 antena direccional Octopus

La antena direccional de Yagi tiene las ventajas de alta ganancia, estructura ligera, instalación conveniente y bajo precio. Por lo tanto, es especialmente adecuado para la comunicación punto a punto. Por ejemplo, es el tipo de antena preferido para las antenas receptoras al aire libre en los sistemas de distribución de energía interiores.

Cuanto más unidades tenga la antena direccional yagi, mayor será su ganancia. Por lo general, se utilizan antenas direccionales de Yagi de 6 - 12 unidades, con una ganancia de hasta 10 - 15 dbi.

1.7.4 antena de techo interior

La antena de techo suspendido interior debe tener las ventajas de una estructura ligera, una apariencia hermosa y una instalación conveniente.

Hoy en día, las antenas de techo interior que se ven en el mercado tienen muchas formas y colores, pero sus núcleos internos se compran y fabrican casi de la misma manera. Aunque la estructura interna de esta antena de techo es muy pequeña, debido a que se basa en la teoría de la banda ancha de la antena, con la ayuda del diseño asistido por computadora y la puesta en marcha del analizador de red, puede cumplir bien con los requisitos de relación de onda residente en una banda de trabajo muy amplia. De acuerdo con las normas nacionales, el índice de relación de onda estacionaria de las antenas que trabajan en bandas de frecuencia muy amplias es vswrà2. Por supuesto, es mejor llegar a vswrà1.5. Por cierto, la antena de techo interior es una antena de baja ganancia, generalmente G = 2dbi.

1.7.5 antena montada en la pared interior

La antena de pared Interior también debe tener las ventajas de una estructura ligera, una apariencia hermosa y una instalación conveniente.

Hoy en día, las antenas de pared interior que se ven en el mercado tienen muchas formas y colores, pero su núcleo interior se compra y fabrica casi de la misma manera. La estructura interna de la antena montada en la pared pertenece a la antena de MICROSTRIP dieléctrica de aire. Debido a su estructura auxiliar para ampliar el ancho de banda de la antena y el diseño asistido por computadora y la puesta en marcha a través del analizador de red, puede cumplir mejor con los requisitos de banda ancha de trabajo. Por cierto, la antena montada en la pared Interior tiene una cierta ganancia, aproximadamente G = 7dbi.

Algunos conceptos básicos de la propagación de ondas de radio

En la actualidad, las bandas de frecuencia utilizadas en las comunicaciones móviles GSM y CDMA son:

Gsm: 890 - 960 mhz, 1710 - 1880 MHz

Cdma: 806 - 896 MHz

El rango de frecuencia de 806 - 960 MHz pertenece al rango de onda ultra corta; El rango de frecuencia de 1710 a 1880 MHz pertenece al rango de microondas.

Las características de propagación de las ondas de radio con diferentes frecuencias o longitudes de onda no son exactamente las mismas, o incluso muy diferentes.

2.1 ecuación de distancia de comunicación en el espacio libre

Establezca la Potencia de transmisión en pt, la ganancia de la antena de transmisión en GT y la frecuencia de funcionamiento en F. si la Potencia de recepción es pr, la ganancia de la antena de recepción es gr y la distancia entre la antena de recepción y la antena de transmisión es r, la pérdida de ondas de radio l0 durante la propagación de ondas de radio sin interferencia ambiental tiene la siguiente expresión:

L0 (db) = 10 LG (pt / pr)

= 32,45 + 20 LG f (mhz) + 20 lgr (km) - gt (db) - GR (db)

[ejemplo] configuración: pt = 10 W = 40 dbmw; GR = GT = 7 (dbi); F = 1910 MHz

¿P: cuando R = 500 m, ¿ PR =?

Respuesta: (1) cálculo de l0 (db)

L0 (db) = 32,45 + 20 litros 1910 (mhz) + 20 litros 0,5 (km) - GR (db) - gt (db)

= 32,45 + 65,62 - 6 - 7 - 7 = 78,07 (db)

(2) cálculo de la PR

PR = PT / (10 7807) = 10 (w) / (10 7,8 07) = 1 (w) (10 0807)

= 1 (ancho de la isla) / 6412 = 0156 (ancho de la isla) = 156 (ancho de la isla m)

Por cierto, cuando las ondas de radio de 1,9 GHz penetran en la pared de ladrillo, pierde alrededor de (10 a 15) db.

2.2 distancia visual de propagación de ondas ultracortas y microondas

2.2.1 limitar la distancia de visión directa

Las ondas ultracortas, especialmente las microondas, tienen una alta frecuencia y una longitud de onda corta, y sus ondas superficiales se atenuan rápidamente. Por lo tanto, no puede depender de ondas superficiales para la propagación a larga distancia. Las ondas ultracortas, especialmente las microondas, se propagan principalmente a través de ondas espaciales. En resumen, las ondas espaciales son ondas que se propagan en línea recta en el espacio. Obviamente, debido a la curvatura de la tierra, la distancia de visión directa de la propagación de ondas interespaciales rmax es limitada. El área dentro de la distancia de visión directa más lejana se llama tradicionalmente área de iluminación; Las áreas que superan la distancia de visión directa límite rmax se llaman áreas de sombra. Huelga decir que cuando se utilizan ondas ultra cortas y microondas para la comunicación, el punto receptor debe estar dentro de la distancia de visión directa límite de la antena emisora rmax. Afectada por el radio de curvatura de la tierra, la relación entre la distancia de visión directa límite rmax y la altura HT y HR de la antena emisora y la antena receptora es: rmax = 3,57 hàht (m) + hàhr (m) '(km)

Relación entre recursos humanos

Teniendo en cuenta la refracción de las ondas de radio por la atmósfera, la distancia de visión directa límite debe corregirse a

Rmax = 4,12 (¿ hàht (m) + hàhr (m)) (km)

Debido a que la frecuencia de las ondas electromagnéticas es mucho menor que la frecuencia de las ondas de luz, la distancia efectiva de visión directa de la propagación de las ondas de radio Re es aproximadamente el 70% de la distancia límite de visión directa rmax, es decir, RE = 0,7rmax.

Por ejemplo, si HT y HR son de 49 y 1,7 metros, respectivamente, la distancia de visión directa efectiva es re = 24 kilómetros.

2.3 características de propagación de las ondas de radio en el suelo plano

Las ondas de radio transmitidas directamente desde la antena emisora hasta el punto receptor se llaman ondas directas; Las ondas de radio emitidas por la antena emisora que apuntan al suelo se reflejan por el suelo y llegan al punto de recepción, conocido como ondas reflejadas. Obviamente, la señal en el punto de recepción debe ser una combinación de ondas directas y reflejadas. La síntesis de las ondas de radio no será una simple adición numérica como 1 + 1 = 2, y los resultados de la síntesis cambiarán con la diferencia en el diámetro de las ondas entre las ondas directas y las reflejadas. Cuando la diferencia de diámetro de la onda es varias veces más extraña que la media longitud de onda, se agregan las señales de onda directa y reflejada para formar el valor máximo; Cuando la diferencia de diámetro de la onda es un múltiplo de una longitud de onda, las señales de onda directa y reflejada se restan y sintetizan al mínimo. Se puede ver que la existencia de reflejos terrestres hace que la distribución espacial de la intensidad de la señal sea muy compleja.

Las mediciones reales muestran que dentro de una cierta distancia ri, la intensidad de la señal fluctuará con el aumento de la distancia o la altura de la antena; Después de superar una cierta distancia ri, la intensidad de la señal aumentará con el aumento de la distancia o la disminución de la altura de la antena. Disminución monótona. Los cálculos teóricos dan la relación entre ri, altura de antena HT y hr:

Ri = (4 HT hr) / l, l es la longitud de onda.

Huelga decir que Ri debe ser menor que la distancia de visualización límite rmax.

2.4 propagación multipath de ondas de radio

En las bandas de ondas ultra cortas y microondas, las ondas de radio también se encuentran con obstáculos (como edificios, edificios de gran altura o colinas) para reflejar las ondas de radio. Por lo tanto, varias ondas reflejadas (en sentido amplio, también deben incluir ondas reflejadas en tierra) llegan a la antena receptora. Este fenómeno se llama propagación multipath.

Debido a la transmisión multipath, la distribución espacial de la fuerza del campo de señal se ha vuelto bastante compleja y fluctuante. En algunos lugares, la intensidad del campo de señal aumenta, mientras que en algunos lugares la intensidad del campo de señal disminuye; También debido a la influencia de la transmisión multipath, la dirección de polarización de las ondas de radio también cambiará. Además, la capacidad de reflexión de las ondas de radio también es diferente entre los diferentes obstáculos. Por ejemplo, los edificios de hormigón armado tienen una mayor capacidad de reflexión sobre ondas ultra cortas y microondas que las paredes de ladrillo. Debemos hacer todo lo posible para superar los efectos negativos de los efectos de transmisión multipath, por lo que las personas a menudo utilizan la tecnología de diversidad espacial o la tecnología de diversidad de polarización en redes de comunicación con altos requisitos de calidad de comunicación.

2.5 propagación difractiva de ondas de radio

Cuando se encuentran grandes obstáculos en la ruta de transmisión, las ondas de radio sortearán los obstáculos y se propagarán hacia adelante. Este fenómeno se llama difracción de ondas de radio. Las ondas ultracortas y las microondas tienen una frecuencia más alta, una longitud de onda más corta y una capacidad de difracción más débil. La intensidad de la señal detrás de los edificios de gran altura es muy pequeña, formando la llamada "zona de sombra". El grado en que la calidad de la señal se ve afectada no solo está relacionado con la altura del edificio, la distancia entre la antena receptora y el edificio, sino también con la frecuencia. Por ejemplo, hay un edificio con una altura de 10 metros. A una distancia de 200 metros detrás del edificio, la calidad de la señal recibida apenas se ve afectada, pero a 100 metros, el campo de señal recibido es significativamente más débil que sin el edificio. Tenga en cuenta que, como se mencionó anteriormente, el grado de atenuación también está relacionado con la frecuencia de la señal. Para las señales de radiofrecuencia de 216 a 223 mhz, la intensidad del campo de señal recibido es 16 DB más baja que la intensidad del campo de señal sin edificio, y la intensidad del campo de señal recibido para las señales de radiofrecuencia de 670 MHz es 20 DB menor que la intensidad de la señal sin edificio. si la altura del edificio aumenta a 50 m, la intensidad del campo de la señal recibida se verá afectada y debilitada a menos de 1000 m del edificio. Es decir, cuanto mayor sea la frecuencia, mayor será el edificio y más cerca estará la antena receptora del edificio, mayor será el impacto en la intensidad de la señal y la calidad de la comunicación; Por el contrario, cuanto menor sea la frecuencia, más corto será el edificio y más lejos estará la antena receptora del edificio, menor será el impacto.

Por lo tanto, al elegir la ubicación de la Estación base y la instalación de la antena, se deben tener en cuenta los diversos efectos adversos que puede tener la propagación de la difracción y prestar atención a los diversos factores que afectan la propagación de la difracción.

3 algunos conceptos básicos de las líneas de transmisión

Los cables que conectan la antena con la salida del transmisor (o la entrada del receptor) se llaman líneas de transmisión o alimentación. La tarea principal de la línea de transmisión es transmitir eficazmente la energía de la señal. Por lo tanto, debe ser capaz de enviar la Potencia de la señal enviada por el transmisor a la entrada de la antena emisora con una pérdida mínima, o la señal recibida por la antena a la entrada del receptor con una pérdida mínima. Al mismo tiempo, no debe recoger ni generar señales de interferencia dispersas. Por lo tanto, la línea de transmisión debe ser bloqueada.

Por cierto, cuando la longitud física de la línea de transmisión es igual o mayor que la longitud de onda de la señal transmitida, la línea de transmisión también se llama línea larga.

3.1 tipos de líneas de transmisión

Por lo general, hay dos tipos de líneas de transmisión en banda ultracorta: líneas de transmisión paralelas de dos líneas y líneas de transmisión por cable concéntrico; Las líneas de transmisión de la banda de microondas incluyen líneas de transmisión de cable concéntrico, guías de onda y microstrips. La línea de transmisión paralela de dos líneas consta de dos cables paralelos. Es una línea de transmisión simétrica o equilibrada. El cable de alimentación tiene una gran pérdida y no se puede utilizar en bandas de frecuencia ultra alta. Los dos conductores de la línea de transmisión del cable concéntrico son el cable central y la red de cobre blindada. Debido a que la red de cobre está fundamentada y los dos conductores son asimétricos entre sí, se llama línea de transmisión asimétrica o desequilibrada. Los cables concéntricos funcionan en un amplio rango de frecuencia y pequeñas pérdidas, lo que puede bloquear el acoplamiento electrostático, pero no causará ninguna interferencia en el campo magnético. Al usarlo, no corra en paralelo con la línea de corriente fuerte ni se acerque a la línea de señal de baja frecuencia.

3.2 resistencia característica de la línea de transmisión

La relación entre voltaje y corriente de la línea de transmisión infinitamente larga se define como la resistencia característica de la línea de transmisión, que se expresa en z0. La fórmula de cálculo de la resistencia característica del cable concéntrico es

Z. = São 60 / aàisland¿ rão * bitácora (d / D [euros].

En la fórmula, D es el diámetro interior de la red de cobre del conductor exterior del cable concéntrico; D es el diámetro exterior del cable del núcleo del cable concéntrico;

R es la constante dieléctrica relativa de los medios aislantes entre conductores.

Por lo general, Z0 = 50 ohm, pero también hay Z0 = 75 ohm.

A partir de la fórmula anterior, no es difícil ver que la resistencia característica del cable de alimentación solo está relacionada con los diámetros del conductor D y D y la constante dieléctrica del medio entre los conductores, mientras que no tiene nada que ver con la longitud del cable de alimentación, la frecuencia de trabajo y la resistencia a la carga conectada al terminal del cable de alimentación.

3.3 coeficiente de atenuación de la línea de alimentación

Cuando la señal se transmite en el feed, no solo hay pérdida de Resistencia del conductor, sino también pérdida dieléctrica del material aislante. Estas dos pérdidas aumentan con el aumento de la longitud y la frecuencia de trabajo del alimentador. Por lo tanto, la longitud del alimentador debe reducirse en la medida de lo posible.

El coeficiente de atenuación se utiliza para calcular la pérdida por unidad de longitud. la unidad de expresión es DB / M (db / m) y la mayoría de las unidades en las especificaciones técnicas del cable son DB / 100 m (db / 100 m)

Establezca la Potencia introducida en el feed en P1 y la Potencia emitida desde el feed con longitud L (m) en p2, y la pérdida de transmisión TL se puede expresar como:

TL = 10 * LG (p1 / p2) (db)

El coeficiente de atenuación es

Isla = tl / L (decibelios / m)

Por ejemplo, el cable de baja potencia de 7 / 8 pulgadas de Nokia tiene un coeficiente de atenuación de 900 MHz Isla = 4,1 DB / 100 m, que también se puede escribir como Isla M2 = 3 DB / 73 m, es decir, la Potencia de señal de la frecuencia de 900 MHz se reduce a la mitad al cruzar un cable de 73 m de largo.

¡Para los cables ordinarios no de baja potencia, por ejemplo, cuando syv - 9 - 50 - 1900mhz, el factor de atenuación es isla2 = 20,1db / 100 m, o se puede escribir como isla2 = 3db / 15 m, ¡ es decir, la Potencia de señal con una frecuencia de 900 MHz reduce a la mitad cada cable de 15 m de largo!

3.4 concepto de coincidencia

¿¿ qué es una coincidencia? En pocas palabras, cuando la resistencia a la carga ZL conectada al terminal de alimentación es igual a la resistencia característica de alimentación z0, se llama que el terminal de alimentación coincide y se conecta. Durante el proceso de emparejamiento, solo las ondas incidente se transmiten a la carga terminal en el feed, sin las ondas reflejadas generadas por la carga terminal. Por lo tanto, cuando la antena se utiliza como carga terminal, la coincidencia puede garantizar que la antena pueda obtener toda la Potencia de la señal. Como se muestra en la siguiente imagen, cuando la resistencia de la antena es de 50 islas, coincide con el cable de 50 islas, mientras que cuando la resistencia de la antena es de 80 islas, no coincide con el cable de 50 islas.

Si el diámetro del Oscilador de antena es grande, la resistencia de entrada de la antena cambia menos con la frecuencia y es fácil coincidir con el alimentación. En este momento, el rango de frecuencia de funcionamiento de la antena es muy amplio. Por el contrario, es más estrecho.

En la práctica, la resistencia de entrada de la antena también se ve afectada por los objetos circundantes. Para que los alimentadores y las antenas coincidan bien, también es necesario ajustar adecuadamente la estructura local de la antena o instalar un dispositivo de coincidencia mediante la medición al instalar la antena.

Concepto de coincidencia

3.5 pérdidas de reflexión

Anteriormente se ha señalado que cuando el feed coincide con la antena, no hay ondas reflejadas en el feed, solo ondas incidente, es decir, las ondas transmitidas en el feed solo se mueven hacia la antena. En este momento, la amplitud de voltaje y la amplitud de corriente en el feed son iguales, y la resistencia en cualquier punto del feed es igual a su resistencia característica.

Cuando la antena no coincide con el feed, es decir, cuando la resistencia de la antena no es igual a la resistencia característica del feed, la carga solo puede absorber una parte de la energía de alta frecuencia transmitida en el feed, no toda, y la parte de la energía no absorbida se reflejará para formar una onda reflectante.

Por ejemplo, en la imagen derecha, debido a las diferentes resistencias de la antena y el feed, una es de 75 Ohm y la otra es de 50 ohm, la resistencia no coincide y el resultado es

Pérdida de reflexión

3.6 humedad relativa

En caso de desajuste, hay tanto ondas incidente como ondas reflejadas en el feed. Cuando la fase de la onda incidente y la onda reflejada es la misma, la amplitud de voltaje se agrega a la amplitud de voltaje máxima Vmax para formar un abdomen de onda; Cuando la fase de la onda incidente y la onda reflejada es opuesta, la amplitud de voltaje se resta de la amplitud de voltaje mínima vmin para formar un nodo de onda. Los valores de amplitud de otros puntos están entre el abdomen y el nodo. Esta onda sintética se llama onda permanente de onda viajera.

La relación entre la amplitud del voltaje de la onda reflejada y el voltaje de la onda incidente se llama coeficiente de reflexión y se registra como R.

Amplitud de la onda reflejada (zl - z0)

R = à

Amplitud de la onda incidente (zl + z0)

La relación entre el voltaje del abdomen de onda y la amplitud del voltaje del nodo se llama coeficiente de onda estacionaria, también conocido como relación de onda estacionaria de tensión, y se registra como vswr.

Amplitud de voltaje entre nodos Vmax (1 + r)

Vswr

Arco de tensión del nodo vmin (1 - r)

Cuanto más cercana sea la resistencia de carga terminal ZL a la resistencia característica z0, menor será el coeficiente de reflexión r, y más cercana será la relación de onda estacionaria vswr a 1, mejor será la coincidencia.

3.7 dispositivos de equilibrio

Dependiendo de la relación de la fuente de señal o la carga o la línea de transmisión con el suelo, se puede dividir en equilibrio y desequilibrio.

Si el voltaje entre ambos extremos de la fuente de señal y el suelo es igual y la polo opuesta, se llama fuente de señal de equilibrio, de lo contrario se llama fuente de señal de desequilibrio; Si el voltaje entre ambos extremos de la carga y el suelo es igual y la polo opuesta, se llama carga de equilibrio, de lo contrario se llama carga desequilibrada; Si los dos conductores de la línea de transmisión tienen la misma resistencia que el suelo, se llama línea de transmisión equilibrada, de lo contrario se llama línea de transmisión desequilibrada.

La fuente de señal desequilibrada debe estar conectada por cable concéntrico a la carga desequilibrada, y la fuente de señal de equilibrio y la carga desequilibrada deben estar conectadas por líneas de transmisión paralelas de dos líneas para transmitir eficazmente la Potencia de la señal, de lo contrario destruirá su equilibrio o desequilibrio y no funcionará correctamente. Si la línea de transmisión desequilibrada debe conectarse a la carga de equilibrio, el método habitual es instalar un dispositivo de conversión "equilibrado - desequilibrado" entre productores de alimentos, comúnmente conocido como convertidor de equilibrio.

3.7.1 convertidor de equilibrio de media longitud de onda

También conocido como convertidor de equilibrio de tubo "u", se utiliza para la conexión entre el cable concéntrico de alimentación desequilibrada y el Vibrador simétrico de media ola de carga de equilibrio. El convertidor de equilibrio de tubo "u" también tiene la función de conversión de resistencia 1: 4. La resistencia característica de los cables concéntricos utilizados en los sistemas de comunicaciones móviles suele ser de 50 angstroms. Así, en la antena octopus, se utiliza un Oscilador de media onda reducido para ajustar su resistencia a unas 200 islas, con el fin de coincidir finalmente con la del cable concéntrico de 50 islas del feed principal.

Convertidor de equilibrio de longitud de onda

3.7.2 desequilibrio en el equilibrio de una cuarta parte de la longitud de onda

Aprovechando las características de una cuarta parte de la ola de terminales de líneas de transmisión largas y cortas para abrir el circuito a alta frecuencia, se logra una transformación equilibrada - desequilibrada entre el puerto de entrada equilibrada de la antena y el puerto de salida desequilibrada de la alimentación concéntrica.

Desequilibrio de equilibrio de una cuarta parte de la longitud de onda

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