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Tecnologia RF
Conoscenza di base dell'antenna wifi
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Conoscenza di base dell'antenna wifi

Conoscenza di base dell'antenna wifi

2021-12-31
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Author:pcb

1. Antenna

1.1 Funzione e posizione dell'antenna

La potenza del segnale radio in uscita dal trasmettitore radio viene trasmessa all'antenna attraverso una linea di alimentazione (cavo), che viene irradiata dall'antenna in una forma d'onda elettromagnetica. Quando l'onda elettromagnetica raggiunge la posizione di ricezione, è seguita dall'antenna (che riceve solo una piccola frazione della potenza) e alimentata al ricevitore radio. Ovviamente, l'antenna è un importante dispositivo radio per la trasmissione e la ricezione di onde elettromagnetiche. Senza antenna, non ci sarebbe comunicazione radio. Ci sono molti tipi di antenne per frequenze diverse, usi diversi, occasioni diverse, requisiti diversi e così via. Per molti tipi di antenne, è necessario classificarle in modo appropriato: possono essere classificate in antenna di comunicazione, antenna TV, antenna radar, e così via. Può essere diviso in antenna a onde corte, antenna a onde ultra corte, antenna a microonde e così via. Può essere diviso in antenna omnidirezionale, antenna direzionale, ecc. Può essere diviso in antenna lineare, antenna planare, e così via. E così via.


*Radiation from electromagnetic waves

When there is alternating current flow on the conductor, la radiazione delle onde elettromagnetiche può verificarsi. The ability of radiation depends on the length and shape of the conductor. As shown in Fig. 1.1a, if the two wires are very close together, the electric field is bound between them and the radiation is weak. By opening the two wires, come mostrato nella figura 1.1b, il campo elettrico si diffonde intorno allo spazio circostante, thereby increasing radiation. It must be noted that when the length L of the traverse is much smaller than the wavelength λ  When the radiation is very weak; When the length of the wire L increases to a length comparable to that of the wavelength, the current on the wire increases considerably, creando così forti radiazioni.

Radiation from electromagnetic waves

1.2 Symmetric Oscillator

A symmetric oscillator is a classical antenna that has been used most extensively so far. Un singolo oscillatore simmetrico a mezza onda può essere semplicemente utilizzato da solo o come alimentazione per un'antenna parabolica, or an antenna array can be composed of multiple half-wave symmetric oscillators. Un oscillatore con uguale lunghezza dei bracci è chiamato oscillatore simmetrico. An oscillator with a length of one-fourth and a full length of one-half of the wavelength per arm is called a half-wave symmetric oscillator. Vedi Fig.. 1.2A. Inoltre, c'è un tipo speciale di oscillatore simmetrico a mezza onda, che può essere visto come piegare un oscillatore simmetrico a onda intera in una stretta cornice rettangolare e sovrapporre le due estremità dell'oscillatore simmetrico a onda intera. This narrow rectangular frame is called a folded oscillator. Si noti che la lunghezza dell'oscillatore piegato è anche metà della lunghezza d'onda, so it is called a half-wave folded oscillator. See Figure 1.2b.

Symmetric Oscillator


1.3 discussion on antenna directivity

1.3.1 Direttività dell'antenna

One of the basic functions of the transmitting antenna is to radiate the energy obtained from the feeder to the surrounding space. L'altro è quello di irradiare la maggior parte dell'energia nella direzione richiesta. The vertically placed half wave symmetric oscillator has a flat "doughnut" shaped three-dimensional pattern (Fig. 1.3.1 a). Although the three-dimensional pattern has strong three-dimensional sense, è difficile disegnare. Figure 1.3.1 B and figure 1.3.1 C show its two main plane patterns. Il modello del piano descrive la direttività dell'antenna su un piano specificato. As can be seen from Fig. 1.3.1 B, the radiation is zero in the axis direction of the vibrator, and the maximum radiation direction is on the horizontal plane; As can be seen from figure 1.3.1 C, the radiation in all directions on the horizontal plane is the same.

antenna directivity

1.3.2 Antenna Directional Enhancement

Several symmetrical oscillator arrays can control radiation to produce "flat bread rings" that further concentrate the signal in the horizontal direction.

The following are the stereo and vertical plane patterns of four half-wave oscillators arranged in a vertical quaternion array up and down the vertical line.

Antenna Directional Enhancement

The reflector can also be used to control the radiation energy to a single direction, and the planar reflector can be placed on one side of the array to form a sector covering antenna. Il seguente schema orizzontale illustra il ruolo del riflettore, che reflects power to one side and improves gain.

Antenna Directional Enhancement

L'uso di un riflettore parabolico consente di concentrare la radiazione dell'antenna in un piccolo angolo stereo, come un proiettore in ottica, con conseguente guadagno elevato. È evidente che un'antenna parabolica è composta da due elementi fondamentali: un riflettore parabolico e una sorgente di radiazione posta al centro del paraboloide.


1.3.3 Gain of antenna

Gain is the ratio of the power density of the signal generated by an actual antenna to an ideal radiation unit at the same point in space, provided that the input power is equal. Descrive quantitativamente il grado in cui un'antenna concentra la potenza in ingresso. Obviously, the gain is closely related to the antenna pattern. The narrower the main lobe, the smaller the secondary lobe and maggiore è il guadagno. The physical meaning of gain can be understood in this way--to produce a signal of a certain size at a certain distance, if an ideal undirected point source is used as the transmitting antenna, it requires 100W input power, whereas when a directional antenna with gain G = 13 dB = 20 is used as the transmitting antenna, only 100/20 = 5W is needed. In other words, il guadagno di un'antenna, in terms of the radiation effect in its maximum radiation direction, multiplies the input power compared to an ideal point source without direction.

Il guadagno dell'oscillatore simmetrico a mezza onda è G=2.15dBi.

Four half-wave symmetric oscillators are arranged up and down along the vertical line to form a vertical quaternion array with a gain of about G=8.15dBi (dBi is the unit that indicates that the comparison object is an ideal point source for uniform radiation in all directions).

Se un oscillatore simmetrico a mezza onda viene utilizzato come oggetto di confronto, l'unità di guadagno è dBd.

The gain of a half-wave symmetric oscillator is G=0dBd (because it is a ratio of 1 to itself and a logarithm of zero). Vertical quaternion array with gain of about G=8.15-2.15=6dBd.

1.3.4 Lobe Width

I modelli direzionali di solito hanno due o più valvole, di cui una con la più alta intensità di radiazione è chiamata valvola principale e l'altra è chiamata valvola laterale o laterale. Cfr. figura 1.3.4a, dove l'angolo tra due punti con una riduzione di 3 dB dell'intensità di radiazione (metà della densità di potenza) su entrambi i lati della direzione massima di radiazione della valvola principale è definito come la larghezza del lobo (nota anche come larghezza del fascio o larghezza del lobo principale o angolo di mezza potenza). Più stretta è la larghezza del lobo, migliore è la direzionalità e più lontano è la distanza di azione, più forte è l'abilità anti-inceppamento.

There is also a lobe width, the 10dB lobe width, which, as the name implies, is the angle between two points in the pattern where the radiation intensity decreases by 10dB (the power density decreases by one tenth), as shown in Figure 1.3.4b.

Guadagno dell'antenna

1.3.5 Front to Back Ratio

In the pattern, Il rapporto tra la massima valvola anteriore e posteriore è chiamato rapporto anteriore e posteriore ed è registrato come F/B. The larger the front-to-back ratio, the smaller the backward radiation (or reception) of the antenna. The calculation of front and back is simpler than that of F/B-----

F / B = 10 Lg {(forward power density)/(backward power density)}

Typical values for antennas with antenna front-to-back ratios of F/B are (18 ~30) dB, and (35 ~ 40) dB in special cases.

Front to Back Ratio

1.3.6 Several Approximate Calculations of Antenna Gain

1) The narrower the main lobe width, the higher the gain. For general antennas, il guadagno può essere stimato come segue:

G(dBi) = 10 Lg {32000 /(2) θ 3dB, E 2 θ 3dB, H)}

Formula, 2 θ 3dB, E and 2 θ 3dB, H are the lobe widths of the antenna on the two main planes, respectively.

32000 sono dati empirici statistici.

2) Per un'antenna parabolica, il guadagno può essere approssimativamente calcolato utilizzando la seguente formula:

G(dB i) =10 Lg {4.5 (D/ λ 0)2}

In formula D is the parabolic diameter;

λ 0 is the center wavelength;

4.5 is statistical empirical data.

3) For vertical omnidirectional antennas, there is an approximate formula

G(dBi) = 10 Lg {2 L / λ 0}

L is the length of the antenna.

λ 0 is the center wavelength;

1.3.7 Superior Side Valve Inhibition

For a base station antenna, it is often required that the first side lobe above the main lobe be be be as weak as possible in its vertical (i.e., pitch) pattern. This is called superior sidelobe suppression. The base station serves mobile phone users on the ground, e le radiazioni che puntano al cielo sono prive di significato.

Superior Side Valve Inhibition

1.3.8 Downward tilt of the antenna

In order for the main lobe to point to the ground, the antenna needs to be properly tilted down during placement.


1.4 Polarizzazione dell'antenna

The antenna radiates electromagnetic waves into the surrounding space. Electromagnetic waves consist of an electric field and a magnetic field. È stabilito che la direzione del campo elettrico è la direzione della polarizzazione dell'antenna. The antenna used in general is unipolar. The following illustration illustrates two basic unipolarizations: vertical polarization, which is the most common one; Horizontal polarization - also to be used.

The following illustration illustrates two other unipolarizations: +45 and -45, which are used only for special occasions. In questo modo, there are four unipolarizations, come mostrato nella figura seguente. A new antenna, bipolar antenna, is formed by combining vertically polarized antenna with horizontally polarized antenna, or by combining +45 degree polarized antenna with -45 degree polarized antenna.


Polarizzazione dell'antenna

The following illustration shows two single polarized antennas mounted together to form a pair of dual polarized antennas. Note that the dual polarized antenna has two connectors.

A bipolar antenna radiates (or receives) waves with two polarizations that are orthogonal (vertical) to each other in space.

Bipolar antenna

1.4.2 Perdita di polarizzazione

Vertical polarization wave is received by an antenna with vertical polarization characteristics, and horizontal polarization wave is received by an antenna with horizontal polarization characteristics. Right-handed circular polarized wave is received by an antenna with right-handed circular polarization, while left-handed circular polarized wave is received by an antenna with left-handed circular polarization.

Quando la direzione di polarizzazione dell'onda in entrata è incoerente con quella dell'antenna ricevente, the received signal will be smaller, che è, the polarization loss will occur. Per esempio, when a vertically or horizontally polarized wave is received with a +45 degree polarized antenna, or when a +45 degree or -45 degree polarized wave is received with a vertically polarized antenna, the polarization loss will occur. Quando un'antenna polarizzata circolarmente riceve qualsiasi onda polarizzata lineare, or a linear polarized antenna receives any circularly polarized wave, and so on, the polarization loss must also occur - only half the energy of the received wave can be received.

Quando la direzione di polarizzazione dell'antenna ricevente è completamente ortogonale alla direzione di polarizzazione dell'onda in entrata, per esempio, quando l'antenna ricevente con polarizzazione orizzontale riceve un'onda in ingresso polarizzata verticalmente, or when the receiving antenna with right circular polarization receives an incoming wave with left circular polarization, l'antenna non riceverà affatto l'energia dell'onda in arrivo. In this case, the polarization loss is maximum, which is called polarization complete isolation.

1.4.3 Polarization Isolation

There is no ideal complete polarization isolation. The signals fed to one polarized antenna always appear a little bit in another polarized antenna. Per esempio, in the bipolar antenna shown in the figure below, the input vertical polarized antenna has a power of 10W, e la potenza di uscita misurata all'uscita dell'antenna polarizzata orizzontale è 10mW.

Polarization isolation

1.5 input impedance Zin of antenna

Definizione: il rapporto tra tensione del segnale e corrente del segnale all'ingresso dell'antenna è chiamato impedenza di ingresso dell'antenna. L'impedenza di ingresso ha un componente di resistenza RIN e un componente di reazione Xin, cioè Zin = Rin + J Xin. L'esistenza del componente di reattanza ridurrà l'estrazione della potenza del segnale dall'alimentatore da parte dell'antenna. Pertanto, il componente di reattanza deve essere il più possibile zero, cioè l'impedenza di ingresso dell'antenna dovrebbe essere la resistenza pura per quanto possibile. Infatti, anche se l'antenna è ben progettata e messa a punto, la sua impedenza di ingresso contiene sempre una piccola componente di reazione.

The input impedance is related to the structure, size and working wavelength of the antenna. The half wave symmetrical oscillator is the most important basic antenna, e la sua impedenza di ingresso è Zin = 73.1 + j42.5 (Ω). When the length of the antenna is shortened by (3 ~ 5)%, il componente di reattanza può essere eliminato e l'impedenza di ingresso dell'antenna è resistenza pura. In questo momento, the input impedance is Zin = 73.1 (Ω), (nominal 75 (Ω)). Note that strictly speaking, l'impedenza di ingresso dell'antenna puramente resistiva è solo per la frequenza di punto.

Per inciso, l'impedenza di ingresso dell'oscillatore a mezza onda ridotto è quattro volte quella dell'oscillatore simmetrico a mezza onda, cioè Zin = 280 (Ω), (nominale 300 Ω).

Interestingly, for any antenna, people can always adjust the antenna impedance to make the imaginary part of the input impedance very small and the real part quite close to 50 Ω within the required operating frequency range, so that the input impedance of the antenna is Zin = Rin = 50 Ω - which is necessary for the antenna to be in good impedance matching with the feeder.

1.6 Gamma di frequenza operativa dell'antenna (larghezza di banda)

Antenna trasmittente o antenna ricevente, they always work within a certain frequency range (bandwidth). The bandwidth of antenna has two different definitions------

One refers to the working bandwidth of the antenna when the standing wave ratio SWR ¤ 1.5;

One refers to the bandwidth within the range of 3 dB of antenna gain reduction.

In the mobile communication system, è solitamente definito secondo il primo. Specifically, the bandwidth of the antenna is the working frequency range of the antenna when the standing wave ratio SWR of the antenna does not exceed 1.5.

Generalmente speaking, the antenna performance is different at each frequency point within the working band width, ma il degrado delle prestazioni causato da questa differenza è accettabile.

1.7 antenna della stazione base, antenna del ripetitore e antenna dell'interno comunemente usati nella comunicazione mobile

1.7.1 plate antenna

Whether GSM or CDMA, L'antenna a piastra è l'antenna più usata e molto importante della stazione base. The antenna has the advantages of high gain, good sector pattern, small back lobe, Controllo conveniente dell'angolo di depressione del modello verticale, reliable sealing performance and long service life.

L'antenna a piastra è anche spesso utilizzata come antenna utente del ripetitore. According to the range of action sector, il modello di antenna corrispondente deve essere selezionato.

1.7.1 formazione di alto guadagno di antenna a piastra

A. Multiple half wave oscillators are arranged into a vertically placed linear array

formazione di alto guadagno di antenna a piastra

B. Add a reflecting plate on one side of the linear array (take the vertical array of two-and-a-half wave oscillators with reflecting plate as an example)

alto guadagno dell'antenna a piastra

C. Al fine di migliorare il guadagno dell'antenna a piastra, eight half wave oscillator arrays can be further used

As pointed out earlier, the gain of four half wave oscillators arranged in a vertical linear array is about 8 DBI; A four element linear array with a reflector on one side, that is, un'antenna a piastra convenzionale, has a gain of about 14 ~ 17 DBI.

An eight element linear array with a reflector on one side, i.e. un'antenna a piastra estesa, has a gain of about 16 ~ 19 DBI. It goes without saying that the length of the extended plate antenna is twice that of the conventional plate antenna, up to about 2.4 M.

1.7.2 high gain grid parabolic antenna

From the perspective of performance price ratio, L'antenna paraboloide della griglia è spesso usata come l'antenna donatrice del ripetitore. Due to the good focusing effect of the paraboloid surface, the paraboloid antenna has strong collection ability. For the grid paraboloid antenna with a diameter of 1.5 m, its gain can reach g = 20dbi in the 900 megaband. È particolarmente adatto per la comunicazione punto a punto. Per esempio, it is often used as the donor antenna of repeater.

The paraboloid adopts grid structure, uno è quello di ridurre il peso dell'antenna, the other is to reduce the wind resistance.

L'antenna paraboloide può generalmente dare un rapporto anteriore/posteriore non inferiore a 30 dB, which is the technical index that the repeater system must meet for the receiving antenna to prevent self excitation.

1.7.3 Antenna direzionale Yagi

L'antenna direzionale Yagi ha i vantaggi di alto guadagno, light structure, erezione conveniente e prezzo basso. Pertanto, è particolarmente adatto per la comunicazione punto a punto. For example, è il tipo di antenna preferito per antenna ricevente esterna del sistema di distribuzione interno.

Le più unità dell'antenna direzionale Yagi, the higher its gain. Generally, Viene utilizzata l'antenna direzionale Yagi con 6 - 12 unità, e il suo guadagno può raggiungere 10-15dbi.

1.7.4 indoor ceiling antenna

L'antenna a soffitto dell'interno deve avere i vantaggi della struttura leggera, dell'aspetto bello e dell'installazione conveniente.

Al giorno d'oggi, l'antenna a soffitto interna vista sul mercato ha molte forme e colori, ma l'acquisto e la fabbricazione del suo nucleo interno sono quasi gli stessi. Sebbene la struttura interna di questa antenna a soffitto sia molto piccola, può ben soddisfare i requisiti del rapporto d'onda in piedi in una banda di frequenza di lavoro molto ampia perché si basa sulla teoria della banda larga dell'antenna, con l'aiuto di progettazione assistita dal computer e debug con analizzatore di rete. Secondo lo standard nazionale, l'indice di rapporto d'onda stazionaria dell'antenna che lavora in una banda di frequenza molto ampia è VSWR ¤ 2. Naturalmente, è meglio raggiungere il VSWR1.5. Per inciso, l'antenna a soffitto interna è un'antenna a basso guadagno, generalmente g = 2 DBI.

1.7.5 antenna interna a parete

L'antenna a parete interna deve anche avere i vantaggi della struttura leggera, dell'aspetto bello e dell'installazione conveniente.

Nowadays, L'antenna da parete interna vista sul mercato ha molte forme e colori, but the purchase and manufacture of its inner core are almost the same. La struttura interna dell'antenna a parete appartiene ad un'antenna microtrip dielettrica ad aria. Due to the auxiliary structure of widening antenna bandwidth, Progettazione assistita da computer e debug con analizzatore di rete, it can better meet the requirements of working broadband. Per inciso, the indoor wall mounted antenna has a certain gain, circa g = 7 DBI.

Alcuni concetti di base della propagazione delle onde radio

At present, the frequency bands used in GSM and CDMA mobile communications are:

GSM:890 - 960 MHz, 1710 - 1880 MHz

CDMA: 806 - 896 MHz

La gamma di frequenza di 806 - 960MHz appartiene alla gamma di onde ultracorte; La gamma di frequenza di 1710 ~ 1880 MHz appartiene alla gamma di microonde.

Le caratteristiche di propagazione delle onde radio con frequenze o lunghezze d'onda diverse non sono esattamente le stesse, or even very different.

2.1 free space communication distance equation

Set the transmitting power as Pt, il guadagno dell'antenna trasmittente come GT e la frequenza di lavoro come f Se la potenza ricevente è PR, the receiving antenna gain is GR, e la distanza tra le antenne riceventi e trasmittenti è r, then the radio wave loss l0 during the propagation of the radio wave without environmental interference has the following expression:

L0 (dB) = 10 Lg ( PT / PR )

= 32.45 + 20 Lg f ( MHz ) + 20 Lg R ( km ) - GT (dB) - GR (dB)

[example] set: Pt = 10 W = 40dbmw; GR = GT = 7 (dBi) ;  f = 1910MHz

Q: when r = 500 m, PR =?

Risposta: (1) calcolo di l0 (DB)

L0 (dB) = 32.45 + 20 Lg 1910( MHz ) + 20 Lg 0.5 ( km ) - GR (dB) - GT (dB)

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

(2) Calculation of PR

PR = PT / ( 10 7.807 ) = 10 ( W ) / ( 10 7.807 ) = 1 (  Î¼ W ) / ( 10 0.807 )

= 1 (  Î¼ W ) / 6.412 = 0.156 (  Î¼ W ) = 156 ( m μ W )

Per inciso, quando l'onda radio da 1,9 GHz penetra un muro di mattoni, perde circa (10 ~ 15) dB

2.2 propagation sight distance of ultrashort wave and microwave

2.2.1 Limitare la distanza di visione diretta

Onde ultracorte, especially microwave, ha alta frequenza e lunghezza d'onda corta, and its surface wave decays rapidly. Pertanto, it can not rely on surface wave for long-distance propagation. Ultrashort wave, especially microwave, è trasmesso principalmente da onde spaziali. In short, L'onda spaziale è un'onda che si propaga lungo una linea retta nello spazio. Obviously, a causa della curvatura della terra, there is a limit direct viewing distance Rmax for space wave propagation. L'area all'interno della distanza di visione diretta più lontana è tradizionalmente chiamata area di illuminazione; L'area oltre la distanza di visualizzazione diretta limite Rmax è chiamata area ombra. Needless to say, when using ultrashort wave and microwave for communication, the receiving point shall fall within the limit direct viewing distance Rmax of the transmitting antenna. Colpito dal raggio di curvatura della terra, the relationship between the limit direct viewing distance Rmax and the height HT and HR of transmitting antenna and receiving antenna is: Rmax = 3.57 {ˆš HT (m) + ˆš HR (m)} (km)

Relationship between HR

Considering the refraction of radio waves by the atmosphere, the limit direct viewing distance should be corrected to

Rmax = 4.12 { ˆšHT (m) +ˆšHR (m) } (km)

Since the frequency of electromagnetic wave is much lower than that of light wave, the effective direct viewing distance re of radio wave propagation is about 70% of the limit direct viewing distance Rmax, i.e. re = 0.7 Rmax

Ad esempio, se HT e HR sono rispettivamente 49 m e 1,7 m, la distanza effettiva di visione diretta è re = 24 km.

2.3 propagation characteristics of radio wave on plane ground

The radio wave directly emitted from the transmitting antenna to the receiving point is called direct wave; The radio wave directed to the ground emitted by the transmitting antenna is reflected by the ground and reaches the receiving point, che è chiamata onda riflessa. Obviously, il segnale al punto di ricezione dovrebbe essere la combinazione di onda diretta e onda riflessa. The synthesis of radio waves will not be simply algebraic addition like 1 + 1 = 2, and the synthesis results will vary with the difference of wave path between direct wave and reflected wave. When the wave path difference is an odd multiple of half a wavelength, the direct wave and reflected wave signals are added to form the maximum; When the wave path difference is a multiple of one wavelength, the direct wave and reflected wave signals are subtracted and synthesized to the minimum. Si può vedere che l'esistenza della riflessione del suolo rende la distribuzione spaziale dell'intensità del segnale molto complessa.

The actual measurement shows that within a certain distance RI, the signal strength will fluctuate with the increase of distance or antenna height; Beyond a certain distance RI, the signal strength will increase with the increase of distance or the decrease of antenna height. Diminuzione monotonica. The theoretical calculation gives the relationship between RI, altezza dell'antenna HT e HR:

RI = (4 HT HR) / L, l è la lunghezza d'onda.

It goes without saying that RI must be less than the limit viewing distance Rmax.

2.4 propagazione multipath delle onde radio

In the ultrashort wave and microwave band, the radio wave will also encounter obstacles (such as buildings, tall buildings or hills) to reflect the radio wave. Pertanto, a variety of reflected waves (broadly speaking, ground reflected waves should also be included) arrive at the receiving antenna. This phenomenon is called multipath propagation.

A causa della trasmissione multipath, the spatial distribution of signal field strength becomes quite complex and fluctuates greatly. In alcuni posti, the signal field strength increases and in some places, la potenza del campo del segnale diminuisce; Anche a causa dell'influenza della trasmissione multipath, the polarization direction of radio waves will change. In addition, the reflection ability of different obstacles to radio waves is also different. For example, the reflection ability of reinforced concrete buildings to ultrashort wave and microwave is stronger than that of brick walls. Dovremmo fare del nostro meglio per superare l'impatto negativo dell'effetto di trasmissione multipath, which is the reason why people often use spatial diversity technology or polarization diversity technology in communication networks with high communication quality requirements.

2.5 diffraction propagation of radio waves

When a large obstacle is encountered in the transmission path, L'onda radio aggira l'ostacolo e si propaga in avanti. This phenomenon is called radio wave diffraction. Onde ultracorte e microonde hanno alta frequenza, short wavelength and weak diffraction ability. L'intensità del segnale dietro gli edifici alti è piccola, forming the so-called "shadow area". Il grado di influenza della qualità del segnale è correlato non solo all'altezza dell'edificio, the distance between the receiving antenna and the building, but also to the frequency. For example, there is a building with a height of 10 meters. At a distance of 200 meters behind the building, the received signal quality is hardly affected, ma a 100 metri, the received signal field strength is significantly weaker than that without buildings. Note that as mentioned above, the attenuation degree is also related to the signal frequency. For 216 ~ 223 MHz RF signals, the received signal field strength is 16 dB lower than that without buildings, e per segnali RF a 670 MHz, the received signal field strength is 20 dB lower than that without buildings If the height of the building increases to 50m, La forza del campo del segnale ricevuto sarà influenzata e indebolita entro 1000m dall'edificio. That is, maggiore è la frequenza, the higher the building, and the closer the receiving antenna is to the building, the greater the impact on the signal strength and communication quality; Al contrario, the lower the frequency, the shorter the building, più lontano è l'antenna ricevente dall'edificio, and the smaller the impact.

Pertanto, when selecting the base station site and erecting the antenna, dobbiamo considerare i vari possibili effetti negativi della propagazione della diffrazione e prestare attenzione ai vari fattori che influenzano la propagazione della diffrazione.

3 some basic concepts of transmission line

The cable connecting the antenna and the transmitter output (or receiver input) is called a transmission line or feeder. Il compito principale della linea di trasmissione è quello di trasmettere efficacemente l'energia del segnale. Pertanto, dovrebbe essere in grado di trasmettere la potenza del segnale inviata dal trasmettitore all'ingresso dell'antenna trasmittente con la perdita minima, or the signal received by the antenna to the input of the receiver with the minimum loss. At the same time, it should not pick up or generate stray interference signals. Therefore, the transmission line must be shielded.

Per inciso, quando la lunghezza fisica della linea di trasmissione è uguale o superiore alla lunghezza d'onda del segnale trasmesso, la linea di trasmissione è anche chiamata linea lunga.

3.1 types of transmission lines

There are generally two kinds of transmission lines in ultrashort band: parallel two-wire transmission line and coaxial cable transmission line; The transmission lines in microwave band include coaxial cable transmission line, waveguide and microstrip. Parallel two-wire transmission line is composed of two parallel conductors. It is a symmetrical or balanced transmission line. Questo alimentatore ha una grande perdita e non può essere utilizzato nella banda di frequenza UHF. The two conductors of coaxial cable transmission line are core wire and shielded copper net respectively. Because the copper net is grounded and the two conductors are asymmetric to the ground, it is called asymmetric or unbalanced transmission line. Coaxial cable has wide working frequency range and small loss, which can shield electrostatic coupling, ma non può fare nulla per interferire con il campo magnetico. When using, non correre in parallelo con la linea con forte corrente, nor close to the low-frequency signal line.

3.2 characteristic impedance of transmission line

Il rapporto tensione/corrente su una linea di trasmissione infinita è definito come l'impedenza caratteristica della linea di trasmissione espressa da Z0. La formula di calcolo dell'impedenza caratteristica del cavo coassiale è

Z‚= 60/ˆš ε r• Log (D / D) [Euro].

Dove, D è il diametro interno della maglia di rame del conduttore esterno del cavo coassiale; D è il diametro esterno del centro del cavo coassiale;

ε R è la costante dielettrica relativa del mezzo isolante tra conduttori.

Di solito Z0 = 50 ohm, ma anche Z0 = 75 ohm.

Non è difficile vedere dalla formula di cui sopra che l'impedenza caratteristica dell'alimentatore è correlata solo ai diametri del conduttore D e D e alla costante dielettrica del mezzo tra i conduttori ε R, ma indipendente dalla lunghezza dell'alimentatore, dalla frequenza di lavoro e dall'impedenza di carico collegata al terminale dell'alimentatore.

3.3 attenuation coefficient of feeder

When signals are transmitted in feeders, there are not only the resistive loss of conductors, ma anche la perdita dielettrica dei materiali isolanti. These two losses increase with the increase of feeder length and working frequency. Therefore, the feeder length shall be shortened as far as possible.

Il coefficiente di attenuazione viene utilizzato per calcolare la perdita per unità di lunghezza β Indica che l'unità è dB / M (dB / M), e l'unità sulla specifica tecnica del cavo è per lo più dB / 100 m (dB / 100M)

Lasciare che l'alimentazione immessa all'alimentatore sia P1, the power output from the feeder with length L (m) be P2, and the transmission loss TL can be expressed as:

TL = 10   Lg ( P1 /P2 ) ( dB )

The attenuation coefficient is

β = TL / L ( dB / m )

For example, Nokia 7 / Cavo da 8 pollici a basso consumo ha un coefficiente di attenuazione di 900 MHz β= 4.1 dB / 100 m, which can also be written as β= 3 dB / 73 m, that is, la potenza del segnale con una frequenza di 900 MHz è metà inferiore quando passa attraverso un cavo lungo 73 m.

For ordinary non low consumption cables, for example, when syv-9-50-1900mhz, il coefficiente di attenuazione è β = 20.1 dB / 100 m, which can also be written as β= 3dB / 15m, that is, la potenza del segnale con frequenza di 900MHz sarà ridotta della metà ogni cavo lungo 15m!

3.4 matching concept

What is matching? Simply put, quando l'impedenza di carico ZL collegata al terminale dell'alimentatore è uguale all'impedenza caratteristica dell'alimentatore Z0, it is called that the feeder terminal is matched and connected. Durante la corrispondenza, there is only incident wave transmitted to the terminal load on the feeder, ma nessuna onda riflessa generata dal carico terminale. Therefore, quando l'antenna è utilizzata come carico terminale, matching can ensure that the antenna can obtain all signal power. Come mostrato nella figura sottostante, when the antenna impedance is 50 Ω, corrisponde al cavo 50 Ω, while when the antenna impedance is 80 Ω, non corrisponde al cavo 50 Ω.

If the diameter of the antenna oscillator is large, il cambiamento dell'impedenza di ingresso dell'antenna con frequenza è piccolo, which is easy to match with the feeder. In questo momento, the working frequency range of the antenna is wide. On the contrary, it is narrower.

In pratica, l'impedenza di ingresso dell'antenna sarà influenzata anche dagli oggetti circostanti. Al fine di rendere l'alimentatore e l'antenna compatibili bene, è anche necessario regolare correttamente la struttura locale dell'antenna o installare dispositivi corrispondenti attraverso la misurazione durante l'installazione dell'antenna.

Matching concept

3.5 reflection loss

It has been pointed out earlier that when the feeder is matched with the antenna, non c'è onda riflessa sull'alimentatore, only incident wave, that is, the wave transmitted on the feeder is only moving towards the antenna. At this time, the voltage amplitude and current amplitude on the feeder are equal, e l'impedenza in qualsiasi punto dell'alimentatore è uguale alla sua impedenza caratteristica.

Quando l'antenna e l'alimentatore non corrispondono, cioè quando l'impedenza dell'antenna non è uguale all'impedenza caratteristica dell'alimentatore, il carico può assorbire solo una parte dell'energia ad alta frequenza trasmessa sull'alimentatore, ma non tutta, e la parte non assorbita dell'energia sarà riflessa indietro per formare un'onda riflessa.

For example, nella figura destra, because the impedance of the antenna and the feeder is different, uno è 75 ohm e l'altro è 50 ohm, the impedance does not match, and the result is

perdita di riflessione

3.6 VSWR

In caso di disallineamento, ci sono sia onda incidente che onda riflessa sull'alimentatore. Quando le fasi dell'onda incidente e dell'onda riflessa sono le stesse, l'ampiezza di tensione è aggiunta all'ampiezza massima di tensione Vmax per formare l'antinodo; Dove le fasi dell'onda incidente e dell'onda riflessa sono opposte, l'ampiezza di tensione viene sottratta all'ampiezza minima di tensione Vmin per formare un nodo d'onda. I valori di ampiezza di altri punti sono tra antinodi e nodi. Questa onda sintetica è chiamata onda in piedi itinerante.

The ratio of the amplitude of the reflected wave voltage to the incident wave voltage is called the reflection coefficient and is recorded as R

Reflected wave amplitude (ZL - Z0)

R = =

Incident wave amplitude (ZL + Z0)

Il rapporto tra tensione antinode e ampiezza di tensione del nodo è chiamato coefficiente di onda standing, noto anche come rapporto di onda standing di tensione, ed è registrato come VSWR

Antinode voltage amplitude Vmax (1 + R)

VSWR =

Node voltage radian Vmin (1 - R)

The closer the terminal load impedance ZL is to the characteristic impedance Z0, minore è il coefficiente di riflessione r, and the closer the standing wave ratio VSWR is to 1, migliore è l'abbinamento.

3.7 dispositivo di bilanciamento

La sorgente del segnale o il carico o la linea di trasmissione possono essere divisi in bilanciati e sbilanciati in base alla loro relazione con il suolo.

If the voltage between the two ends of the signal source and the ground is equal and the polarity is opposite, si chiama sorgente di segnale bilanciata, otherwise it is called an unbalanced signal source; If the voltage between the two ends of the load and the ground is equal and the polarity is opposite, si chiama carico bilanciato, otherwise it is called unbalanced load; If the impedance between the two conductors of the transmission line and the ground is the same, è chiamata linea di trasmissione bilanciata, otherwise it is an unbalanced transmission line.

Il cavo coassiale deve essere utilizzato per collegare la sorgente di segnale sbilanciata e il carico sbilanciato e la linea di trasmissione parallela a due fili deve essere utilizzata per collegare la sorgente di segnale bilanciata e il carico bilanciato, in modo da trasmettere efficacemente la potenza del segnale, altrimenti il loro equilibrio o squilibrio sarà danneggiato e non può funzionare normalmente. Se la linea di trasmissione sbilanciata deve essere collegata al carico bilanciato, il modo usuale è quello di installare un dispositivo di conversione "sbilanciato sbilanciato" tra i produttori di grano, che viene generalmente chiamato convertitore bilanciato.

3.7.1 half wavelength balanced converter

Also known as "U" tube balanced converter, it is used for the connection between unbalanced feeder coaxial cable and balanced load half wave symmetrical vibrator. Il convertitore di bilanciamento del tubo "U" ha anche la funzione di conversione di impedenza 1:4. The characteristic impedance of coaxial cable used in mobile communication system is usually 50 Ω. Therefore, in Yagi antenna, Un oscillatore a mezza onda ridotto viene utilizzato per regolare la sua impedenza a circa 200 Ω, so as to finally match the impedance of 50 Ω coaxial cable of main feeder.

Wavelength balance converter

3.7.2 quarter wavelength balance unbalance

La trasformazione sbilanciata bilanciata tra la porta di ingresso bilanciata dell'antenna e la porta di uscita sbilanciata dell'alimentatore coassiale è realizzata utilizzando la proprietà che il terminale della linea di trasmissione lunga un quarto d'onda e corta è un circuito aperto ad alta frequenza.

 quarter wavelength balance unbalance

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