Antenne
Makkelijk te begrijpen! Na het lezen ben je een halve antenne-expert
Geschatte 20 minuten om het lezen te voltooien
Zoals we allemaal weten, worden antennes door basisstations en mobiele telefoons gebruikt om signalen te verzenden.
Het woord antenne in het Engels is Antenne, wat oorspronkelijk tentakels betekent. Tentakels zijn de twee lange dunne draden bovenop de kop van een insect. Onderschat zoiets onopvallends niet, maar het zijn de chemische signalen die door deze tentakels worden uitgezonden die verschillende sociale informatie overbrengen.
Op dezelfde manier maakt draadloze communicatie in de menselijke wereld ook gebruik van antennes om informatie te verzenden, maar het zijn elektromagnetische golven die nuttige informatie overbrengen. De onderstaande afbeelding is een voorbeeld van een mobiele telefoon en een basisstation die met elkaar communiceren.
Als u uw hoofd opheft om het basisstation nauwkeurig te bekijken, zult u merken dat er op de top van de toren enkele plaatachtige dingen zijn, wat de hoofdpersoon van dit artikel is: communicatieantenne, de meest voorkomende en direct oogcontact via mobiele telefoons zijn dit goederen.
Deze antenne wordt, zoals de naam al doet vermoeden, een richtantenne genoemd, omdat de signaaluitzending gericht is. Als het naar u toe is gericht, is het signaal gewoon; als je er achter staat, sorry, niet in het servicegebied!
Momenteel heeft de overgrote meerderheid van de basisstations die gebruik maken van directionele antennes over het algemeen drie antennes nodig om een dekking van 360 graden te voltooien. Om de mysterieuze sluier van deze goederen te onthullen, is het noodzakelijk om deze te demonteren om te zien wat er daadwerkelijk in zit.
De interne leegte, de structuur is niet goed complex, bestaat uit vibrators, reflectorplaat, voedingsnetwerk en radome. Wat doen deze interne structuren: hoe kunnen we de functie van directionele transmissie en ontvangst van signalen realiseren?
Dit is allemaal vanaf de elektromagnetische golf om te beginnen.
Het afpellen van de laag van de antenne
Antennes kunnen informatie met hoge snelheden verzenden omdat ze elektromagnetische golven met informatie de lucht in sturen, zich met de snelheid van het licht voortbewegen en uiteindelijk de ontvangende antenne bereiken .
Het is alsof je passagiers vervoert in een hogesnelheidstrein. Als je informatie vergelijkt met passagiers, dan is het voertuig dat de passagiers vervoert: de hogesnelheidstrein is de elektromagnetische golf, en de antenne is het equivalent van het station, dat de verzending van de elektromagnetische golf regelt.
Wat zijn elektromagnetische golven?
Wetenschappers hebben de twee mysterieuze krachten elektriciteit en magnetisme al honderden jaren bestudeerd, met als hoogtepunt het voorstel van Maxwell uit Engeland dat een elektrische stroom een elektrisch veld in zijn omgeving kan produceren, een veranderend elektrisch veld een magnetisch veld produceert, en een veranderend magnetisch veld een elektrisch veld produceert. een elektrisch veld. Uiteindelijk werd deze theorie bevestigd door de experimenten van Hertz.
Wanneer het elektromagnetische veld zich in zo'n periodieke transformatie bevindt, stralen elektromagnetische golven uit en planten zich voort in de ruimte. Zie voor meer details het artikel "Elektromagnetische golven kunnen niet worden gezien of aangeraakt; het grillige idee van deze jongeman heeft de wereld veranderd."
Zoals weergegeven in de bovenstaande afbeelding vertegenwoordigt de rode lijn het elektrische veld, de blauwe lijn het magnetische veld en staat de voortplantingsrichting van de elektromagnetische golf loodrecht op de richting van het elektrische veld en het magnetische veld tegelijkertijd.
Hoe zendt de antenne deze elektromagnetische golven uit? Als je naar onderstaande figuur kijkt, zul je het begrijpen.
De twee draden die elektromagnetische golven genereren, worden "oscillatoren" genoemd. Over het algemeen is de grootte van de oscillator op een halve golflengte het beste resultaat, daarom wordt deze vaak een 'halve golfoscillator' genoemd.
Met de oscillator kunnen continu elektromagnetische golven worden uitgezonden. Dit wordt weergegeven in de onderstaande figuur:
Een echte oscillator ziet er zo uit.
De halfgolfoscillator verspreidt de elektromagnetische golf continu naar de ruimte, maar de signaalsterkte is niet gelijkmatig verdeeld in de ruimte, zoals bij een ring als een band. Het signaal is horizontaal sterk, maar verticaal zwak.
In feite moet de dekking van ons basisstation iets verder in horizontale richting liggen, omdat we immers de mensen op de grond moeten bellen; verticale richting naar de grote hoogte, hoog in de lucht is er niet veel behoefte om te vliegen tijdens het borstelen van Jitterbug-mensen (routedekking is een ander onderwerp, gevolgd door een lezing).
Daarom moet bij de elektromagnetische golfenergie-emissie, hoewel de verticale richting van de halve golfoscillatorenergie relatief zwak is, ook de horizontale richting verder worden verbeterd, de verticale richting nog wat meer verzwakken.
Volgens het principe van energiebehoud neemt de energie niet toe of af, en als de emissie-energie in de horizontale richting moet worden vergroot, moet de energie in de verticale richting worden verzwakt. Daarom is dit de enige manier om de standaard halfgolfarray-energiestralingsrichtingskaart af te vlakken, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.
Dus hoe maak je het plat? Het antwoord is om het aantal halfgolfoscillatoren te vergroten. De emissie van meerdere vibrators in de centrale convergentie, de rand van de energie is verzwakt, de stralingsrichting van de realisatie van de afvlakking van de klap, de concentratie van energie in de horizontale richting van het doel.
Directionele antennes worden het meest gebruikt in algemene macrobasisstationsystemen. Over het algemeen is een basisstation verdeeld in 3 sectoren en bedekt met 3 antennes, waarbij elke antenne een bereik van 120 graden bestrijkt.
Uit de bovenstaande figuur kunnen we duidelijk zien dat dit basisstation uit drie sectoren bestaat, waarbij gebruik wordt gemaakt van drie RF-eenheden, waarvoor drie paar richtantennes nodig zijn om te realiseren.
Het bovenstaande schema is iets intuïtiever. Het basisstation bevindt zich in het midden van de cirkel, een grote taart is verdeeld in drie delen, die elk een sector van 120 graden zijn, dus het worden drie sectoren genoemd.
Dus hoe bereikt de antenne gerichte emissie van elektromagnetische golven?
Het is zeker niet moeilijk om een slimme ontwerper te verslaan. Om een reflector aan de oscillator toe te voegen, moet het signaal naar de andere kant van de reflectie terug worden gestraald?
Verhoog dus de vibrator zodat de elektromagnetische golf verder in de horizontale richting gaat, en verhoog vervolgens de reflector om de richting te regelen. Na twee keer gooien werd het prototype van de richtantenne geboren, de richting van de emissie van elektromagnetische golven in de volgende figuur.
Horizontale zijde van de hoofdflap naar de lancering ver weg, maar de verticale richting produceert de bovenzijde van de flap en de onderkant van de flap, en tegelijkertijd is vanwege de reflectie niet compleet, er is een staart aan de achterkant, bekend als de achterkant van de flap.
Op dit punt komt de verklaring van de belangrijkste maatstaf van de antenne: "winst" in het spel.
Zoals de naam al doet vermoeden, betekent versterking dat de antenne het signaal versterkt. Het is redelijk om te zeggen dat de antenne geen stroom nodig heeft, maar alleen de elektromagnetische golf uitzendt die ernaar wordt verzonden. Hoe kan er sprake zijn van "winst"?
In feite is er geen "winst", de sleutel om te zien met wie, hoe te vergelijken.
Zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding, kan de antenne, relatief ten opzichte van de ideale puntstralingsbron en de halvegolfoscillator, de energie verzamelen in de richting van het hoofdbloemblad en de elektromagnetische golf verder sturen, wat overeenkomt met de richting van het hoofdbloemblad van de versterking. . Dat wil zeggen dat de zogenaamde versterking in een bepaalde richting ligt ten opzichte van de puntstralingsbron of halfgolfoscillator.
Dus hoe meet je uiteindelijk de dekking en versterking van de hoofdklep van de antenne? Dit vereist de introductie van het concept van "bundelbreedte". We noemen de hoofdflap aan beide zijden van de middellijn een verzwakking van de elektromagnetische golfintensiteit tot de helft van de bundelbreedte.
Omdat de intensiteitsverzwakking de helft is, dat wil zeggen 3dB, wordt de straalbreedte ook wel "halve vermogenshoek" of "3dB vermogenshoek" genoemd.
Gemeenschappelijke antenne met halve krachthoek tot 60 °, er zijn ook enkele smallere 33 ° antennes. Hoe smaller de hoek van het halve vermogen, hoe verder het signaal zich verspreidt in de richting van de hoofdklep, hoe hoger de versterking.
Beneden combineren we de horizontale en verticale antennediagrammen, we krijgen een driedimensionaal stralingsdiagram, het ziet er veel intuïtiever uit.
Het is duidelijk dat het bestaan van de achterflap de richtingsgevoeligheid van de richtantenne vernietigt en geminimaliseerd moet worden. De energieverhouding tussen de voor- en achterflap wordt "voor en na de verhouding" genoemd, hoe groter de waarde hoe beter, is een belangrijke indicator van de antenne.
De waardevolle kracht van de bovenzijde van de flap wordt voor niets de lucht in gelanceerd, maar is ook geen kleine verspilling, dus bij het ontwerp van richtantennes moet worden geprobeerd de bovenzijde van de flaponderdrukking te minimaliseren.
Bovendien zitten er tussen de hoofdflap en de onderste zijflap enkele gaten, ook wel het onderste deel van de zero-sag genoemd, waardoor de antenne dichter bij de plaats van het signaal komt, wat niet goed is in het ontwerp van de antenne om deze gaten te minimaliseren, bekend als de "nulpuntvulling".
Eerlijk zijn tegenover de antenne
Een ander belangrijk concept van antennes is polarisatie.
Zoals eerder vermeld is de voortplanting van elektromagnetische golven in wezen de voortplanting van elektromagnetische velden, en elektrische velden hebben een richting.
Als de richting van het elektrische veld loodrecht op de grond staat, noemen we dit een verticaal gepolariseerde golf. Evenzo is het, evenwijdig aan de grond, een horizontaal gepolariseerde golf.
Als de richting van het elektrische veld een hoek van 45° maakt met de grond, noemen we dit ±45° polarisatie.
Vanwege de kenmerken van elektromagnetische golven is besloten dat de horizontale polarisatievoortplanting van het signaal dicht bij de grond polarisatiestroom op het aardoppervlak zal produceren, zodat het elektrische veldsignaal snelle verzwakking veroorzaakt en verticale polarisatie niet gemakkelijk is om polarisatiestroom te produceren , waardoor een aanzienlijke verzwakking van de energie wordt vermeden, om de effectieve voortplanting van het signaal te garanderen.
Als optimalisatieschema worden nu de reguliere antennes gebruikt ± 45 ° twee polarisatiemethoden gesuperponeerd door twee oscillatoren in een eenheid om twee orthogonale polarisatiegolven te vormen, bekend als dubbele polarisatie. Dit besef om tegelijkertijd de prestaties te garanderen, zorgt er ook voor dat de antenne-integratie aanzienlijk wordt verbeterd.
Dit is de reden waarom antenneschema's graag een aantal vorken naar binnen tekenen; deze vorken vertegenwoordigen figuurlijk zowel de polarisatierichting als het aantal oscillatoren.
Met een richtantenne met hoge versterking kan rechtstreeks aan de toren worden gehangen.
Het is duidelijk dat hangende lage gebouwen te veel bedekken, nee; hoog hangen, niemand in de lucht, een verspilling van signaal, en laat het signaal zich te ver verspreiden, het basisstation kan het nauwelijks accepteren, maar het zendvermogen van de mobiele telefoon is te klein, het basisstation kan niet worden ontvangen.
Daarom moet deze antenne signalen naar de grond verzenden waar mensen zijn, en moet de dekking worden gecontroleerd. Hiervoor moet de antenne onder een hoek naar beneden worden gekanteld, zoals bij een straatlantaarn. Elke antenne is verantwoordelijk voor de dekking van zijn respectievelijke gebieden.
Dit introduceert het concept van antenne-downtilt.
Alle antennes hebben een knop met een hoekschaal op de montagebeugel, en door aan de knop te draaien om de mechanische beweging van de beugel te regelen, kan de neerwaartse kantelhoek worden aangepast. Het op deze manier aanpassen van de neerwaartse kanteling wordt dus ook wel mechanische neerwaartse kanteling genoemd.
Deze manier heeft echter twee duidelijke nadelen.
De eerste is problemen. Om netwerkoptimalisatie te doen om de hoek aan te passen, heb je ingenieurs nodig om de toren op het station te beklimmen, het feitelijke effect van wat niet goed genoeg is om te zeggen, het is lastig, hoge kosten.
De tweede is dat de mechanische kantelaanpassing te eenvoudig en ruw is en dat de amplitude van de verticale component en de horizontale component van de antenne onveranderd blijft, waardoor de kaart van de dekkingsrichting gedwongen wordt afgeplat te worden, wat tot vervorming leidt.
Na zoveel moeite is de dekking voor en na de aanpassing volledig veranderd, het is moeilijk om het gewenste effect te bereiken, maar ook vanwege de opwaartse kromming van het achterste bloemblad leidt dit tot andere interferentie van het basisstation, waardoor de mechanische kantelhoek toeneemt kan alleen in kleine stappen worden aangepast.
Dus, is er een betere manier?
Er is echt een manier: het gebruik van elektronische kanteling. Het principe van elektronische downtilt is om de fase van de gemeenschappelijke line array antenne-oscillator te veranderen, de amplitude van de verticale component en de horizontale componentgrootte te veranderen, de gesynthetiseerde componentveldsterkte te veranderen, zodat de verticale richting van de antenne naar beneden kantelt.
Dat wil zeggen, elektronisch naar beneden kantelen hoeft de antenne niet echt te laten kantelen, er zijn alleen ingenieurs achter de computer nodig, aanwijzen en klikken met de muis, waarbij de software kan worden aangepast. Bovendien zal de elektronische kanteling geen vervorming van de stralingsrichtingskaart veroorzaken.
De eenvoud en het gemak van elektronische kanteling komt niet uit het niets, maar wordt door de gezamenlijke inspanningen van de industrie gerealiseerd.
In 2001 kwamen verschillende antennefabrikanten samen en richtten een zogenaamde AISG (Antenne Interface Standards Group) organisatie op, die de interface van de ESC-antenne wilde standaardiseren.
Tot nu toe bestonden er twee versies van de overeenkomst: AISG 1.0 en AISG 2.0.
Met deze twee protocollen kunnen ze, zelfs als de antenne en het basisstation door verschillende fabrikanten worden geproduceerd, zolang ze allemaal hetzelfde AISG-protocol volgen, de kantelbesturingsinformatie van de antenne aan elkaar doorgeven en de aanpassing van de kanteling op afstand realiseren. hoek.
Met de achterwaartse evolutie van het AISG-protocol kan niet alleen de verticale kantelhoek op afstand worden aangepast, zelfs de horizontale azimuthoek, en kunnen de breedte en versterking van de hoofdklep op afstand worden aangepast.
Bovendien evolueert de antenne, als gevolg van het toenemende aantal draadloze banden van elke operator, in combinatie met de dramatische toename van het aantal antennepoorten dat vereist is door de MIMO- en andere technologieën van 4G, ook geleidelijk van een enkele-frequentie dual-port naar multi- frequentie multi-poort.
Het antenneprincipe lijkt eenvoudig, maar het streven naar uitmuntende prestaties kent geen einde. Dit artikel is tot nu toe slechts een kwalitatieve beschrijving van de basiskennis van het basisstation, wat betreft het diepere mysterie binnenin, hoe de evolutie naar 5G beter kan worden ondersteund, een golf van communicatie waar mensen nog steeds op en neer naar zoeken!
