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Tecnologia RF

Tecnologia RF - Conoscenza di base dell'antenna wifi

Tecnologia RF

Tecnologia RF - 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 classificarli in modo appropriato: possono essere classificati 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.


*Radiazione da onde elettromagnetiche

Quando c'è flusso di corrente alternata sul conduttore, la radiazione delle onde elettromagnetiche può verificarsi. La capacità di radiazione dipende dalla lunghezza e dalla forma del conduttore. Come mostrato nella figura 1.1a, se i due fili sono molto vicini tra loro, il campo elettrico è legato tra di loro e la radiazione è debole. Aprendo i due fili, come mostrato nella Figura 1.1b, il campo elettrico si diffonde intorno allo spazio circostante, aumentando così la radiazione. Va notato che quando la lunghezza L della traversa è molto più piccola della lunghezza d'onda Î" Quando la radiazione è molto debole; Quando la lunghezza del filo L aumenta ad una lunghezza paragonabile a quella della lunghezza d'onda, la corrente sul filo aumenta notevolmente, creando così forti radiazioni.

Radiazioni da onde elettromagnetiche

1.2 Oscillatore simmetrico

Un oscillatore simmetrico è un'antenna classica che è stata utilizzata più ampiamente finora. Un singolo oscillatore simmetrico a mezza onda può essere semplicemente usato da solo o come alimentazione per un'antenna parabolica, o un array di antenna può essere composto da più oscillatori simmetrici a mezza onda. Un oscillatore con uguale lunghezza dei bracci è chiamato oscillatore simmetrico. Un oscillatore con una lunghezza di un quarto e una lunghezza completa di una metà della lunghezza d'onda per braccio è chiamato oscillatore simmetrico a mezza onda. Vedere Fig. 1.2A. Inoltre, esiste un tipo speciale di oscillatore simmetrico a mezza onda, che può essere visto come piegare un oscillatore simmetrico a onda intera in un telaio rettangolare stretto e sovrapporre le due estremità dell'oscillatore simmetrico a onda intera. Questa stretta cornice rettangolare è chiamata oscillatore piegato. Si noti che la lunghezza dell'oscillatore piegato è anche metà della lunghezza d'onda, quindi è chiamato un oscillatore piegato a mezza onda. Cfr. figura 1.2b.

Oscillatore simmetrico


1.3 Discussione sulla direttività delle antenne

1.3.1 Direttività dell'antenna

Una delle funzioni di base dell'antenna trasmittente è quella di irradiare l'energia ottenuta dall'alimentatore allo spazio circostante. L'altro è quello di irradiare la maggior parte dell'energia nella direzione richiesta. L'oscillatore simmetrico a mezza onda posizionato verticalmente presenta un modello tridimensionale piatto a forma di "ciambella" (Fig. 1.3.1 a). Anche se il modello tridimensionale ha un forte senso tridimensionale, è difficile disegnare. La figura 1.3.1 B e la figura 1.3.1 C mostrano i due modelli principali del piano. Il modello del piano descrive la direttività dell'antenna su un piano specificato. Come si può vedere dalla figura 1.3.1 B, la radiazione è zero nella direzione dell'asse del vibratore e la direzione massima della radiazione è sul piano orizzontale; Come si può vedere dalla figura 1.3.1 C, la radiazione in tutte le direzioni sul piano orizzontale è la stessa.

direttività dell'antenna

1.3.2 Miglioramento direzionale dell'antenna

Diversi array oscillatori simmetrici possono controllare la radiazione per produrre "anelli di pane piatti" che concentrano ulteriormente il segnale in direzione orizzontale.

I seguenti sono i modelli di piano stereo e verticale di quattro oscillatori a mezza onda disposti in un array verticale di quaternioni su e giù per la linea verticale.

Miglioramento direzionale dell'antenna

Il riflettore può anche essere utilizzato per controllare l'energia della radiazione in una singola direzione e il riflettore planare può essere posizionato su un lato della matrice per formare un'antenna di copertura del settore. Il seguente schema orizzontale illustra il ruolo del riflettore, che riflette la potenza da un lato e migliora il guadagno.

Miglioramento direzionale dell'antenna

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 Guadagno dell'antenna

Gain è il rapporto tra la densità di potenza del segnale generato da un'antenna reale e un'unità di radiazione ideale nello stesso punto nello spazio, a condizione che la potenza in ingresso sia uguale. Descrive quantitativamente il grado in cui un'antenna concentra la potenza in ingresso. Ovviamente, il guadagno è strettamente correlato al modello dell'antenna. Più stretto è il lobo principale, più piccolo è il lobo secondario e maggiore è il guadagno. Il significato fisico del guadagno può essere compreso in questo modo - per produrre un segnale di una certa dimensione ad una certa distanza, se si utilizza una sorgente di punto ideale non direzionato come antenna trasmittente, richiede 100W potenza in ingresso, mentre quando un'antenna direzionale con guadagno G = 13 dB = 20 è usata come antenna trasmittente, solo 100/20 = 5W è necessario. In altre parole, il guadagno di un'antenna, in termini di effetto di radiazione nella sua direzione massima di radiazione, moltiplica la potenza in ingresso rispetto a una sorgente puntiforme ideale senza direzione.

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

Quattro oscillatori simmetrici a mezza onda sono disposti su e giù lungo la linea verticale per formare un array di quaternioni verticali con un guadagno di circa G=8.15dBi (dBi è l'unità che indica che l'oggetto di confronto è una fonte di punto ideale per una radiazione uniforme in tutte le direzioni).

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

Il guadagno di un oscillatore simmetrico a mezza onda è G=0dBd (perché è un rapporto di 1 a se stesso e un logaritmo di zero). Array di quaternioni verticali con guadagno di circa G=8.15-2.15=6dBd.

1.3.4 Larghezza lobo

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.

C'è anche una larghezza lobo, la larghezza lobo 10dB, che, come suggerisce il nome, è l'angolo tra due punti del modello in cui l'intensità di radiazione diminuisce di 10dB (la densità di potenza diminuisce di un decimo), come mostrato nella Figura 1.3.4b.

Guadagno dell'antenna

1.3.5 Rapporto anteriore/posteriore

Nel modello, il rapporto tra le valvole anteriori massime e posteriori è chiamato rapporto anteriore-posteriore ed è registrato come F/B. Più grande è il rapporto anteriore-posteriore, minore è la radiazione posteriore (o ricezione) dell'antenna. Il calcolo della parte anteriore e posteriore è più semplice di quello di F/B -----

F / B = 10 Lg {(densità di potenza in avanti)/(densità di potenza indietro)}

I valori tipici per le antenne con rapporti di antenna anteriore-posteriore di F/B sono (18 ~ 30) dB e (35 ~ 40) dB in casi speciali.

Rapporto anteriore/posteriore

1.3.6 Diversi calcoli approssimativi del guadagno dell'antenna

1) Più stretta è la larghezza del lobo principale, maggiore è il guadagno. Per le antenne generali, 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 e 2 θ 3dB, H sono le larghezze dei lobi dell'antenna sui due piani principali, rispettivamente.

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/ Î" 0)2}

Nella formula D è il diametro parabolico;

Î" 0 è la lunghezza d'onda centrale;

4.5 sono dati statistici empirici.

3) Per le antenne omnidirezionali verticali, c'è una formula approssimativa

G(dBi) = 10 Lg {2 L / Î" 0}

L è la lunghezza dell'antenna.

Î" 0 è la lunghezza d'onda centrale;

1.3.7 Inibizione superiore della valvola laterale

Per un'antenna base, è spesso richiesto che il primo lobo laterale sopra il lobo principale sia il più debole possibile nel suo schema verticale (cioè pitch). Si chiama soppressione superiore del lobo laterale. La stazione base serve gli utenti di telefonia mobile a terra, e le radiazioni che puntano verso il cielo sono prive di significato.

Inibizione superiore della valvola laterale

1.3.8 Inclinazione verso il basso dell'antenna

Affinché il lobo principale punti a terra, l'antenna deve essere correttamente inclinata verso il basso durante il posizionamento.


1.4 Polarizzazione dell'antenna

L'antenna irradia onde elettromagnetiche nello spazio circostante. Le onde elettromagnetiche sono costituite da un campo elettrico e da un campo magnetico. È stabilito che la direzione del campo elettrico è la direzione della polarizzazione dell'antenna. L'antenna utilizzata in generale è unipolare. La seguente illustrazione illustra due unipolarizzazioni di base: polarizzazione verticale, che è la più comune; Polarizzazione orizzontale - anche da utilizzare.

La seguente illustrazione illustra altre due unipolarizzazioni: +45 e -45, che vengono utilizzate solo per le occasioni speciali. In questo modo, ci sono quattro unipolarizzazioni, come mostrato nella figura seguente: una nuova antenna, antenna bipolare, si forma combinando antenna polarizzata verticalmente con antenna polarizzata orizzontalmente, o combinando antenna polarizzata +45 gradi con antenna polarizzata -45 gradi.


Polarizzazione dell'antenna

L'illustrazione seguente mostra due antenne polarizzate singole montate insieme per formare una coppia di antenne polarizzate doppie. Si noti che l'antenna doppia polarizzata ha due connettori.

Un'antenna bipolare irradia (o riceve) onde con due polarizzazioni ortogonali (verticali) l'una all'altra nello spazio.

Antenna bipolare

1.4.2 Perdita di polarizzazione

L'onda di polarizzazione verticale è ricevuta da un'antenna con caratteristiche di polarizzazione verticale e l'onda di polarizzazione orizzontale è ricevuta da un'antenna con caratteristiche di polarizzazione orizzontale. L'onda polarizzata circolare destra è ricevuta da un'antenna con polarizzazione circolare destra, mentre l'onda polarizzata circolare sinistra è ricevuta da un'antenna con polarizzazione circolare sinistra.

Quando la direzione di polarizzazione dell'onda in entrata è incoerente con quella dell'antenna ricevente, il segnale ricevuto sarà più piccolo, cioè si verificherà la perdita di polarizzazione. Ad esempio, quando un'onda polarizzata verticalmente o orizzontalmente viene ricevuta con un'antenna polarizzata +45 gradi, o quando un'onda polarizzata +45 gradi o -45 gradi viene ricevuta con un'antenna polarizzata verticalmente, si verificherà la perdita di polarizzazione. Quando un'antenna polarizzata circolarmente riceve qualsiasi onda polarizzata lineare, o un'antenna polarizzata lineare riceve qualsiasi onda polarizzata circolarmente, e così via, la perdita di polarizzazione deve anche verificarsi - solo metà dell'energia dell'onda ricevuta può essere ricevuta.

Quando la direzione di polarizzazione dell'antenna ricevente è completamente ortogonale alla direzione di polarizzazione dell'onda in entrata, ad esempio, quando l'antenna ricevente con polarizzazione orizzontale riceve un'onda in entrata polarizzata verticalmente, o quando l'antenna ricevente con polarizzazione circolare destra riceve un'onda in entrata con polarizzazione circolare sinistra, l'antenna non riceverà affatto l'energia dell'onda in arrivo. In questo caso, la perdita di polarizzazione è massima, che è chiamata isolamento completo di polarizzazione.

1.4.3 Isolamento di polarizzazione

Non esiste un isolamento ideale completo di polarizzazione. I segnali alimentati ad un'antenna polarizzata appaiono sempre un po' in un'altra antenna polarizzata. Ad esempio, nell'antenna bipolare mostrata nella figura sottostante, l'antenna polarizzata verticale in ingresso ha una potenza di 10W e la potenza di uscita misurata all'uscita dell'antenna polarizzata orizzontale è 10mW.

Isolamento della polarizzazione

Impedenza di ingresso 1.5 Zin dell'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.

L'impedenza di ingresso è correlata alla struttura, dimensione e lunghezza d'onda di lavoro dell'antenna. L'oscillatore simmetrico a mezza onda è l'antenna di base più importante e la sua impedenza di ingresso è Zin = 73,1 + j42,5 (Ω). Quando la lunghezza dell'antenna è accorciata di (3 ~ 5)%, il componente di reazione può essere eliminato e l'impedenza di ingresso dell'antenna è resistenza pura. In questo momento, l'impedenza di ingresso è Zin = 73,1 (Ω), (nominale 75 Ω). Si noti che rigorosamente parlando, 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).

È interessante notare che per qualsiasi antenna, le persone possono sempre regolare l'impedenza dell'antenna per rendere la parte immaginaria dell'impedenza di ingresso molto piccola e la parte reale abbastanza vicina a 50 Ω entro la gamma di frequenze di funzionamento richiesta, in modo che l'impedenza di ingresso dell'antenna sia Zin = Rin = 50 Ω - che è necessario per l'antenna essere in buona impedenza corrispondente all'alimentatore.

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

Che si tratti di antenna trasmittente o ricevente, funzionano sempre all'interno di una certa gamma di frequenze (larghezza di banda). La larghezza di banda dell'antenna ha due definizioni diverse -----

Uno si riferisce alla larghezza di banda di lavoro dell'antenna quando il rapporto di onda standing SWR ⤠1,5;

Uno si riferisce alla larghezza di banda entro l'intervallo di 3 dB di riduzione del guadagno dell'antenna.

Nel sistema di comunicazione mobile, di solito è definito secondo il primo. In particolare, la larghezza di banda dell'antenna è la gamma di frequenza di lavoro dell'antenna quando il rapporto di onda standing SWR dell'antenna non supera 1,5.

In generale, le prestazioni dell'antenna sono diverse in ogni punto di frequenza all'interno della larghezza della banda di lavoro, 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 antenna a piastra

Sia GSM che CDMA, l'antenna a piastra è l'antenna della stazione base più utilizzata e molto importante. L'antenna presenta i vantaggi di alto guadagno, buon modello di settore, piccolo lobo posteriore, controllo conveniente dell'angolo di depressione del modello verticale, prestazioni di tenuta affidabili e lunga durata.

L'antenna a piastra è anche spesso utilizzata come antenna utente del ripetitore. In base al campo di azione del settore, il modello di antenna corrispondente dovrebbe essere selezionato.

1.7.1 formazione di alto guadagno di antenna a piastra

A. Gli oscillatori multipli di mezza onda sono disposti in un array lineare posizionato verticalmente

formazione di alto guadagno di antenna a piastra

B. Aggiungere una piastra riflettente su un lato della matrice lineare (prendere l'array verticale degli oscillatori a due onde e mezzo con piastra riflettente come esempio)

alto guadagno dell'antenna a piastra

C. Al fine di migliorare il guadagno dell'antenna a piastra, otto array oscillatori a mezza onda possono essere ulteriormente utilizzati

Come sottolineato in precedenza, il guadagno di quattro oscillatori a mezza onda disposti in una matrice lineare verticale è di circa 8 DBI; Un array lineare a quattro elementi con un riflettore su un lato, cioè un'antenna a piastra convenzionale, ha un guadagno di circa 14 ~ 17 DBI.

Un array lineare a otto elementi con un riflettore su un lato, cioè un'antenna a piastra estesa, ha un guadagno di circa 16 ~ 19 DBI. Va da sé che la lunghezza dell'antenna a piastra estesa è doppia rispetto all'antenna a piastra convenzionale, fino a circa 2,4 M.

1.7.2 Antenna parabolica a griglia ad alto guadagno

Dal punto di vista del rapporto prezzo di prestazione, l'antenna paraboloide a griglia è spesso utilizzata come antenna donatore del ripetitore. A causa del buon effetto di messa a fuoco della superficie paraboloide, l'antenna paraboloide ha una forte capacità di raccolta. Per l'antenna paraboloide a griglia con un diametro di 1,5 m, il suo guadagno può raggiungere g = 20dbi nella megabanda 900. È particolarmente adatto per la comunicazione punto a punto. Ad esempio, è spesso usato come antenna donatrice del ripetitore.

Il paraboloide adotta la struttura della griglia, uno è quello di ridurre il peso dell'antenna, l'altro è quello di ridurre la resistenza del vento.

L'antenna paraboloide può generalmente dare un rapporto anteriore-posteriore non inferiore a 30 dB, che è l'indice tecnico che il sistema ripetitore deve soddisfare per l'antenna ricevente per prevenire l'auto eccitazione.

1.7.3 Antenna direzionale Yagi

L'antenna direzionale Yagi ha i vantaggi di alto guadagno, struttura leggera, erezione conveniente e prezzo basso. Pertanto, è particolarmente adatto per la comunicazione punto a punto. Ad esempio, è il tipo di antenna preferito per antenna ricevente esterna del sistema di distribuzione interna.

Più unità di antenna direzionale Yagi, maggiore è il suo guadagno. Generalmente, viene utilizzata l'antenna direzionale Yagi con 6 - 12 unità e il suo guadagno può raggiungere 10-15dbi.

1.7.4 Antenna a soffitto interna

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 VSWR � 1.5. 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.

Oggi, l'antenna da parete interna vista sul mercato ha molte forme e colori, ma l'acquisto e la fabbricazione del suo nucleo interno sono quasi gli stessi. La struttura interna dell'antenna a parete appartiene ad un'antenna microtrip dielettrica ad aria. A causa della struttura ausiliaria dell'ampliamento della larghezza di banda dell'antenna, della progettazione assistita dal computer e del debug con l'analizzatore di rete, può meglio soddisfare i requisiti della banda larga funzionante. Per inciso, l'antenna a parete interna ha un certo guadagno, circa g = 7 DBI.

Alcuni concetti di base della propagazione delle onde radio

Attualmente le bande di frequenza utilizzate nelle comunicazioni mobili GSM e CDMA sono:

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, o addirittura molto diverse.

2.1 Equazione della distanza di comunicazione nello spazio libero

Impostare la potenza di trasmissione come Pt, il guadagno dell'antenna di trasmissione come GT e la frequenza di lavoro come f Se la potenza di ricezione è PR, il guadagno dell'antenna ricevente è GR e la distanza tra le antenne riceventi e trasmittenti è r, quindi la perdita di onda radio l0 durante la propagazione dell'onda radio senza interferenze ambientali ha la seguente espressione:

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

= 32,45 + 20 Lg f ( MHz ) + 20 Lg R ( km ) - GT (dB) - GR (dB)

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

D: quando 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) Calcolo delle PR

PR = PT / ( 10 7.807 ) = 10 ( O ) / ( 10 7.807 ) = 1 ( O ¼ ) / ( 10 0.807 )

= 1 ( μ W ) / 6,412 = 0,156 ( μ 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 distanza di vista di propagazione di onde ultracorte e microonde

2.2.1 Limitare la distanza di visione diretta

Onda ultracorta, specialmente microonde, ha alta frequenza e lunghezza d'onda corta e la sua onda superficiale decade rapidamente. Pertanto, non può contare sull'onda superficiale per la propagazione a lunga distanza. Onda ultracorta, specialmente microonde, è trasmessa principalmente dall'onda spaziale. In breve, l'onda spaziale è un'onda che si propaga lungo una linea retta nello spazio. Ovviamente, a causa della curvatura della terra, c'è un limite di distanza diretta di visione Rmax per la propagazione delle onde spaziali. 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. Inutile dire che quando si utilizzano onde ultracorte e microonde per la comunicazione, il punto di ricezione deve rientrare nella distanza di visione diretta limite Rmax dell'antenna trasmittente. Colpito dal raggio di curvatura della terra, il rapporto tra la distanza di visione diretta limite Rmax e l'altezza HT e HR dell'antenna trasmittente e ricevente è: Rmax = 3,57 {â Ֆš HT (m) + â Ֆš HR (m)} (km)

Rapporto tra HR

Considerando la rifrazione delle onde radio da parte dell'atmosfera, la distanza di visione diretta limite dovrebbe essere corretta

Rmax = 4,12 { â Ֆš HT (m) +â Ֆš HR (m) } (km)

Poiché la frequenza dell'onda elettromagnetica è molto inferiore a quella dell'onda luminosa, la distanza di visualizzazione diretta effettiva re della propagazione dell'onda radio è di circa il 70% della distanza di visualizzazione diretta limite Rmax, cioè 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 Caratteristiche di propagazione dell'onda radio su suolo piano

L'onda radio emessa direttamente dall'antenna trasmittente al punto di ricezione è chiamata onda diretta; L'onda radio diretta al suolo emessa dall'antenna trasmittente viene riflessa dal suolo e raggiunge il punto di ricezione, che viene chiamato onda riflessa. Ovviamente, il segnale al punto di ricezione dovrebbe essere la combinazione di onda diretta e onda riflessa. La sintesi delle onde radio non sarà semplicemente aggiunta algebrica come 1 + 1 = 2, e i risultati di sintesi varieranno con la differenza del percorso d'onda tra onda diretta e onda riflessa. Quando la differenza del percorso d'onda è un multiplo dispare di mezza lunghezza d'onda, i segnali d'onda diretta e riflessa sono aggiunti per formare il massimo; Quando la differenza del percorso d'onda è un multiplo di una lunghezza d'onda, i segnali d'onda diretta e riflessa vengono sottratti e sintetizzati al minimo. Si può vedere che l'esistenza della riflessione del suolo rende la distribuzione spaziale dell'intensità del segnale molto complessa.

La misurazione effettiva mostra che entro una certa distanza RI, la potenza del segnale oscillerà con l'aumento della distanza o dell'altezza dell'antenna; Oltre una certa distanza RI, la potenza del segnale aumenterà con l'aumento della distanza o la diminuzione dell'altezza dell'antenna. Declinazione monotonica. Il calcolo teorico dà la relazione tra RI, altezza dell'antenna HT e HR:

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

Va da sé che RI deve essere inferiore alla distanza di visualizzazione limite Rmax.

2.4 propagazione multipath delle onde radio

Nella banda a onde ultracorte e microonde, l'onda radio incontrerà anche ostacoli (come edifici, edifici alti o colline) per riflettere l'onda radio. Pertanto, una varietà di onde riflesse (in generale, dovrebbero essere incluse anche onde riflesse dal suolo) arrivano all'antenna ricevente. Questo fenomeno è chiamato propagazione multipath.

A causa della trasmissione multipath, la distribuzione spaziale della forza del campo del segnale diventa piuttosto complessa e fluttua notevolmente. In alcuni luoghi, la forza del campo del segnale aumenta e in alcuni luoghi, la forza del campo del segnale diminuisce; Anche a causa dell'influenza della trasmissione multipath, la direzione di polarizzazione delle onde radio cambierà. Inoltre, la capacità di riflessione di diversi ostacoli alle onde radio è anche diversa. Ad esempio, la capacità di riflessione degli edifici in cemento armato ad onde ultracorte e microonde è più forte di quella dei muri di mattoni. Dovremmo fare del nostro meglio per superare l'impatto negativo dell'effetto di trasmissione multipath, che è il motivo per cui le persone usano spesso la tecnologia della diversità spaziale o la tecnologia della diversità di polarizzazione nelle reti di comunicazione con elevati requisiti di qualità della comunicazione.

2.5 Diffrazione delle onde radio

Quando si incontra un grande ostacolo nel percorso di trasmissione, l'onda radio aggira l'ostacolo e si propaga in avanti. Questo fenomeno è chiamato diffrazione delle onde radio. Onda ultracorta e microonde hanno alta frequenza, lunghezza d'onda corta e capacità debole di diffrazione. L'intensità del segnale dietro gli edifici alti è piccola, formando la cosiddetta "zona ombra". Il grado di influenza della qualità del segnale è legato non solo all'altezza dell'edificio, alla distanza tra l'antenna ricevente e l'edificio, ma anche alla frequenza. Ad esempio, c'è un edificio con un'altezza di 10 metri. A una distanza di 200 metri dietro l'edificio, la qualità del segnale ricevuto è difficilmente influenzata, ma a 100 metri, la forza del campo del segnale ricevuto è significativamente più debole di quella senza edifici. Si noti che, come detto sopra, il grado di attenuazione è anche correlato alla frequenza del segnale. Per i segnali RF 216 ~ 223 MHz, la forza del campo del segnale ricevuto è 16 dB inferiore a quella senza edifici e per i segnali RF 670 MHz, la forza del campo del segnale ricevuto è 20 dB inferiore a quella senza edifici Se l'altezza dell'edificio aumenta a 50m, la forza del campo del segnale ricevuto sarà influenzata e indebolita entro 1000m dall'edificio. Cioè, maggiore è la frequenza, maggiore è l'edificio e più vicina l'antenna ricevente è all'edificio, maggiore è l'impatto sulla potenza del segnale e sulla qualità della comunicazione; Al contrario, più bassa è la frequenza, più breve è l'edificio, più lontano è l'antenna ricevente dall'edificio e più piccolo è l'impatto.

Pertanto, quando si seleziona il sito della stazione base e si monta l'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 alcuni concetti di base della linea di trasmissione

Il cavo che collega l'antenna e l'uscita del trasmettitore (o ingresso ricevitore) è chiamato linea di trasmissione o alimentatore. 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, o il segnale ricevuto dall'antenna all'ingresso del ricevitore con la perdita minima. Allo stesso tempo, non dovrebbe raccogliere o generare segnali di interferenza vaganti. Pertanto, la linea di trasmissione deve essere schermata.

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 tipi di linee di trasmissione

Ci sono generalmente due tipi di linee di trasmissione in banda ultracorta: linea di trasmissione parallela a due fili e linea di trasmissione coassiale del cavo; Le linee di trasmissione nella banda a microonde includono la linea di trasmissione del cavo coassiale, la guida d'onda e il microstrip. La linea di trasmissione parallela a due fili è composta da due conduttori paralleli. È una linea di trasmissione simmetrica o bilanciata. Questo alimentatore ha una grande perdita e non può essere utilizzato nella banda di frequenza UHF. I due conduttori della linea di trasmissione del cavo coassiale sono rispettivamente filo centrale e rete di rame schermata. Poiché la rete di rame è messa a terra e i due conduttori sono asimmetrici al suolo, è chiamata linea di trasmissione asimmetrica o sbilanciata. Il cavo coassiale ha un'ampia gamma di frequenza di lavoro e una piccola perdita, che può schermare l'accoppiamento elettrostatico, ma non può fare nulla per interferire con il campo magnetico. Quando si utilizza, non correre in parallelo con la linea con forte corrente, né vicino alla linea di segnale a bassa frequenza.

3.2 Impedenza caratteristica della linea di trasmissione

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/⚠ε r㕠* 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 Coefficiente di attenuazione dell'alimentatore

Quando i segnali sono trasmessi negli alimentatori, non ci sono solo la perdita resistiva dei conduttori, ma anche la perdita dielettrica dei materiali isolanti. Queste due perdite aumentano con l'aumento della lunghezza dell'alimentatore e della frequenza di lavoro. Pertanto, la lunghezza dell'alimentatore deve essere accorciata per quanto possibile.

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)

Lasciate che l'alimentazione in ingresso all'alimentatore sia P1, la potenza in uscita dall'alimentatore con lunghezza L (m) sia P2 e la perdita di trasmissione TL può essere espressa come:

TL = 10 * Lg ( P1 / P2 ) ( dB )

Il coefficiente di attenuazione è

β = TL / L ( dB / m )

Ad esempio, il cavo Nokia 7 / 8 pollici a basso consumo ha un coefficiente di attenuazione di 900 MHz β= 4,1 dB / 100 m, che può anche essere scritto come β= 3 dB / 73 m, cioè, la potenza del segnale con una frequenza di 900 MHz è metà inferiore quando passa attraverso un cavo lungo 73 m.

Per i cavi ordinari non a basso consumo, ad esempio, quando syv-9-50-1900mhz, il coefficiente di attenuazione è β = 20,1 dB / 100 m, che può anche essere scritto come β = 3dB / 15m, cioè, la potenza del segnale con frequenza di 900MHz sarà ridotta della metà ogni cavo lungo 15m!

3.4 Concetto di corrispondenza

Cos'è la corrispondenza? In poche parole, quando l'impedenza di carico ZL collegata al terminale di alimentazione è uguale all'impedenza caratteristica Z0 dell'alimentatore, si chiama che il terminale di alimentazione è abbinato e collegato. Durante la corrispondenza, c'è solo onda incidente trasmessa al carico terminale sull'alimentatore, ma nessuna onda riflessa generata dal carico terminale. Pertanto, quando l'antenna viene utilizzata come carico terminale, la corrispondenza può garantire che l'antenna possa ottenere tutta la potenza del segnale. Come mostrato nella figura seguente, quando l'impedenza dell'antenna è 50 Ω, corrisponde al cavo 50 Ω, mentre quando l'impedenza dell'antenna è 80 Ω, non corrisponde al cavo 50 Ω.

Se il diametro dell'oscillatore dell'antenna è grande, il cambiamento dell'impedenza dell'ingresso dell'antenna con la frequenza è piccolo, che è facile da abbinare con l'alimentatore. In questo momento, la gamma di frequenza di lavoro dell'antenna è ampia. Al contrario, è più stretto.

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.

Concetto di corrispondenza

3.5 Perdita di riflessione

È stato sottolineato in precedenza che quando l'alimentatore è abbinato all'antenna, non c'è onda riflessa sull'alimentatore, solo onda incidente, cioè l'onda trasmessa sull'alimentatore si muove solo verso l'antenna. In questo momento, l'ampiezza di tensione e l'ampiezza di corrente sull'alimentatore sono uguali e l'impedenza in qualsiasi punto sull'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.

Ad esempio, nella figura giusta, perché l'impedenza dell'antenna e dell'alimentatore è diversa, uno è 75 ohm e l'altro è 50 ohm, l'impedenza non corrisponde e il risultato è

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.

Il rapporto tra l'ampiezza della tensione d'onda riflessa e la tensione d'onda incidente è chiamato coefficiente di riflessione ed è registrato come R

Ampiezza d'onda riflessa (ZL - Z0)

R =──── = ─────────â

Ampiezza dell'onda d'incidente (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

Amplitudine di tensione anticonodale Vmax (1 + R)

VSWR = ───────────────â

Tensione di nodo radiante Vmin (1 - R)

Più l'impedenza di carico terminale ZL è vicina all'impedenza caratteristica Z0, minore è il coefficiente di riflessione r e più vicino è il rapporto d'onda verticale VSWR a 1, migliore è la corrispondenza.

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.

Se la tensione tra le due estremità della sorgente di segnale e il terreno è uguale e la polarità è opposta, è chiamata sorgente di segnale bilanciata, altrimenti è chiamata sorgente di segnale sbilanciata; Se la tensione tra le due estremità del carico e il terreno è uguale e la polarità è opposta, si chiama carico bilanciato, altrimenti si chiama carico sbilanciato; Se l'impedenza tra i due conduttori della linea di trasmissione e il suolo è la stessa, si chiama linea di trasmissione bilanciata, altrimenti è una linea di trasmissione sbilanciata.

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 convertitore bilanciato di mezza lunghezza d'onda

Conosciuto anche come convertitore bilanciato del tubo "U", è utilizzato per il collegamento tra cavo coassiale sbilanciato dell'alimentatore e vibratore simmetrico a mezza onda di carico bilanciato. Il convertitore di bilanciamento del tubo "U" ha anche la funzione di conversione di impedenza 1:4. L'impedenza caratteristica del cavo coassiale utilizzato nei sistemi di comunicazione mobile è di solito 50 Ω. Pertanto, nell'antenna Yagi, un oscillatore a mezza onda ridotto viene utilizzato per regolare la sua impedenza a circa 200 Ω, in modo da abbinare finalmente l'impedenza del cavo coassiale 50 Ω dell'alimentatore principale.

Convertitore di bilanciamento della lunghezza d'onda

3.7.2 squilibrio della lunghezza d'onda di un quarto

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.

squilibrio della lunghezza d'onda del quarto

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