Antena
Mudah untuk difahami! Selepas membacanya anda adalah separuh pakar antena
Anggaran 20minit untuk menghabiskan bacaan
Seperti yang kita sedia maklum, antena digunakan oleh stesen pangkalan dan telefon bimbit untuk menghantar isyarat.
Perkataan antenna dalam bahasa Inggeris ialah Antenna, yang asalnya bermaksud sesungut. Sesungut ialah dua wayar nipis panjang di atas kepala serangga. Jangan memandang rendah perkara yang tidak mencolok itu, tetapi isyarat kimia yang dihantar oleh sesungut ini yang menyampaikan pelbagai maklumat sosial.
Begitu juga, dalam dunia manusia, komunikasi tanpa wayar juga menggunakan antena untuk menghantar maklumat, tetapi ia adalah gelombang elektromagnet yang membawa maklumat berguna. Gambar di bawah adalah contoh telefon bimbit dan stesen pangkalan berkomunikasi antara satu sama lain.
Jika anda mengangkat kepala anda untuk meneliti stesen pangkalan, anda akan mendapati bahawa di bahagian atas menara, terdapat beberapa perkara seperti plat, yang merupakan protagonis artikel ini: antena komunikasi , yang paling kerap dan hubungan mata terus telefon bimbit adakah barang ini.
Antena ini dipanggil antena arah, seperti namanya, adalah bahawa pelepasan isyarat diarahkan. Jika ia menghadap anda, isyaratnya hanya; jika anda berdiri di belakangnya, maka maaf, bukan di kawasan perkhidmatan!
Pada masa ini, sebahagian besar stesen pangkalan menggunakan antena arah, secara amnya memerlukan tiga antena untuk melengkapkan liputan 360 darjah. Untuk mendedahkan tudung misteri barangan ini, ia perlu dibongkar untuk melihat apa yang sebenarnya dimuatkan di dalamnya.
Kosong dalaman, strukturnya tidak kompleks dengan baik, terdiri daripada penggetar, plat pemantul, rangkaian suapan dan radom. Struktur dalaman ini melakukan apa, bagaimana untuk merealisasikan fungsi penghantaran arah dan penerimaan isyarat?
Ini semua dari gelombang elektromagnet untuk bermula.
Mengupas balik kot antena
Antena mampu menghantar maklumat pada kelajuan tinggi kerana ia memancarkan gelombang elektromagnet yang mengandungi maklumat ke udara, bergerak pada kelajuan cahaya dan akhirnya sampai ke antena penerima .
Ia seperti mengangkut penumpang menaiki kereta api laju. Jika anda membandingkan maklumat dengan penumpang, maka kenderaan yang membawa penumpang: kereta api berkelajuan tinggi ialah gelombang elektromagnet, dan antena adalah setara dengan stesen, yang menguruskan penghantaran gelombang elektromagnet.
Jadi, apakah itu gelombang elektromagnet?
Para saintis telah mengkaji dua kuasa misteri elektrik dan magnet selama beratus-ratus tahun, yang memuncak dalam cadangan Maxwell dari England bahawa arus elektrik boleh menghasilkan medan elektrik di sekitarnya, medan elektrik yang berubah menghasilkan medan magnet, dan medan magnet yang berubah-ubah menghasilkan medan elektrik. Akhirnya teori ini disahkan oleh eksperimen Hertz.
Dengan medan elektromagnet dalam transformasi berkala sedemikian, gelombang elektromagnet memancar dan merambat ke angkasa. Untuk butiran lanjut, lihat artikel, "Gelombang Elektromagnet Tidak Dapat Dilihat atau Disentuh, Idea Aneh Lelaki Muda Ini Mengubah Dunia."
Seperti yang ditunjukkan dalam rajah di atas, garis merah mewakili medan elektrik, garis biru mewakili medan magnet, dan arah perambatan gelombang elektromagnet adalah berserenjang dengan arah medan elektrik dan medan magnet pada masa yang sama.
Jadi, bagaimanakah antena menghantar gelombang elektromagnet ini keluar? Selepas melihat rajah di bawah, anda akan faham.
Dua wayar yang menghasilkan gelombang elektromagnet dipanggil "pengayun". Secara umum, saiz pengayun dalam separuh panjang gelombang apabila hasil terbaik, jadi ia sering dipanggil "pengayun separuh gelombang.
Dengan pengayun, gelombang elektromagnet boleh dipancarkan secara berterusan. Ini ditunjukkan dalam rajah di bawah:
Pengayun sebenar kelihatan seperti ini.
Pengayun separuh gelombang menyebarkan gelombang elektromagnet ke angkasa secara berterusan, tetapi kekuatan isyarat tidak diagihkan secara seragam dalam ruang, seperti cincin seperti tayar. Isyarat kuat secara mendatar, tetapi lemah secara menegak.
Malah, liputan stesen pangkalan kami perlu sedikit lebih jauh ke arah mendatar, lagipun, perlu memanggil orang ramai di atas tanah; arah menegak ke altitud tinggi, tinggi di udara tidak banyak keperluan untuk terbang sambil memberus Jitterbug orang (liputan laluan adalah topik yang berbeza, diikuti dengan ceramah).
Oleh itu, dalam pelepasan tenaga gelombang elektromagnet, walaupun arah menegak tenaga pengayun separuh gelombang telah agak lemah, tetapi juga perlu meningkatkan lagi arah mendatar, arah menegak untuk melemahkan lagi.
Menurut prinsip pemuliharaan tenaga, tenaga tidak meningkat atau berkurangan, dan jika tenaga pelepasan dalam arah mendatar ingin dipertingkatkan, tenaga dalam arah menegak mesti dilemahkan. Oleh itu, satu-satunya cara untuk meratakan peta arah sinaran tenaga tatasusunan separuh gelombang standard, seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah.
Jadi bagaimana untuk meratakannya? Jawapannya ialah menambah bilangan pengayun separuh gelombang. Pembebasan berbilang penggetar dalam penumpuan pusat, pinggir tenaga telah lemah, arah sinaran merealisasikan meratakan tepukan, kepekatan tenaga dalam arah mendatar tujuan.
Antena arah paling biasa digunakan dalam sistem stesen pangkalan makro umum. Secara amnya, stesen pangkalan dibahagikan kepada 3 sektor dan ditutup dengan 3 antena, setiap antena meliputi julat 120 darjah.
Daripada rajah di atas kita dapat melihat dengan jelas bahawa stesen pangkalan ini terdiri daripada tiga sektor, menggunakan tiga unit RF, yang memerlukan tiga pasang antena arah untuk direalisasikan.
Skema di atas adalah lebih intuitif. Stesen pangkalan terletak di tengah bulatan, pai besar dibahagikan kepada tiga bahagian, setiap satunya adalah sektor 120 darjah, jadi ia dipanggil tiga sektor.
Jadi bagaimanakah antena mencapai pancaran arah gelombang elektromagnet?
Sudah tentu tidak sukar untuk mengalahkan pereka yang bijak. Untuk menambah reflektor pada pengayun, isyarat harus dipancarkan ke sisi lain pantulan kembali kepadanya?
Jadi meningkatkan penggetar supaya gelombang elektromagnet dalam arah mendatar lebih jauh, dan kemudian meningkatkan reflektor untuk mengawal arah, selepas jadi dua lambungan, prototaip antena arah dilahirkan, arah pelepasan gelombang elektromagnet ke dalam angka berikut.
Bahagian mendatar kepak utama ke pelancaran jauh, tetapi arah menegak menghasilkan bahagian atas kepak dan bahagian bawah kepak, dan pada masa yang sama disebabkan oleh pantulan tidak lengkap, terdapat ekor di belakang, dikenali sebagai belakang kepak.
Pada ketika ini, penjelasan tentang metrik antena yang paling penting: "keuntungan" akan dimainkan.
Seperti namanya, keuntungan bermakna antena meningkatkan isyarat. Adalah munasabah untuk mengatakan bahawa antena tidak memerlukan kuasa, hanya menghantar gelombang elektromagnet yang dihantar kepadanya, bagaimana boleh ada "keuntungan"?
Malah, tidak ada "keuntungan", kunci untuk melihat dengan siapa, bagaimana untuk membandingkan.
Seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah, berbanding dengan sumber sinaran titik ideal dan pengayun separuh gelombang, antena boleh mengumpulkan tenaga ke arah kelopak utama, boleh menghantar gelombang elektromagnet lebih jauh, bersamaan dengan arah kelopak utama peningkatan. . Maksudnya, keuntungan yang dipanggil adalah dalam arah tertentu berbanding dengan sumber sinaran titik atau pengayun separuh gelombang.
Jadi, pada akhirnya, bagaimana untuk mengukur liputan dan keuntungan injap utama antena? Ini memerlukan pengenalan konsep "beamwidth". Kami memanggil kepak utama pada kedua-dua belah garis tengah pengecilan keamatan gelombang elektromagnet kepada separuh julat lebar pancaran.
Kerana pengecilan keamatan separuh, iaitu, 3dB, jadi lebar rasuk juga dipanggil "sudut kuasa separuh", atau "sudut kuasa 3dB".
Antena biasa separuh kuasa sudut kepada 60 ° paling, terdapat juga beberapa sempit 33 ° antena. Semakin sempit sudut separuh kuasa, semakin jauh isyarat merebak ke arah injap utama, semakin tinggi keuntungan.
Di bawah kami menggabungkan gambar rajah antena mendatar dan menegak, kami mendapat gambar rajah sinaran tiga dimensi, ia kelihatan lebih intuitif.
Jelas sekali, kewujudan flap belakang memusnahkan arah antena arah, adalah untuk diminimumkan. Nisbah tenaga antara flap depan dan belakang dipanggil "sebelum dan selepas nisbah", lebih besar nilai lebih baik, adalah penunjuk penting antena.
Kuasa berharga bahagian atas flap dilancarkan ke langit untuk apa-apa, tetapi juga bukan pembaziran kecil, jadi dalam reka bentuk antena arah harus cuba untuk meminimumkan bahagian atas penindasan flap.
Di samping itu, antara flap utama dan flap sebelah bawah terdapat beberapa lubang, juga dikenali sebagai bahagian bawah zero-sag, membawa kepada antena lebih dekat ke tempat isyarat tidak baik, dalam reka bentuk antena untuk meminimumkan lubang ini, yang dikenali sebagai "pengisian titik sifar".
Bersikap jujur dengan antena
Satu lagi konsep penting antena ialah polarisasi.
Seperti yang dinyatakan sebelum ini, perambatan gelombang elektromagnet pada dasarnya adalah perambatan medan elektromagnet, dan medan elektrik mempunyai arah.
Jika arah medan elektrik berserenjang dengan tanah, kami memanggilnya gelombang terkutub menegak. Begitu juga, selari dengan tanah, ia adalah gelombang terkutub mendatar.
Jika arah medan elektrik membuat sudut 45° dengan tanah, kita panggil ia polarisasi ±45°.
Oleh kerana ciri-ciri gelombang elektromagnet, memutuskan bahawa penyebaran polarisasi mendatar isyarat di dekat dengan tanah akan menghasilkan arus polarisasi di permukaan bumi, supaya isyarat medan elektrik pengecilan cepat, dan polarisasi menegak tidak mudah untuk menghasilkan arus polarisasi. , dengan itu mengelakkan pengecilan tenaga yang ketara, untuk memastikan perambatan isyarat yang berkesan.
Sebagai skim pengoptimuman, kini antena arus perdana digunakan ± 45 ° dua kaedah polarisasi ditindih oleh dua pengayun dalam satu unit untuk membentuk dua gelombang polarisasi ortogon, yang dikenali sebagai dwi-polarisasi. Kesedaran ini untuk memastikan prestasi pada masa yang sama, juga menjadikan integrasi antena bertambah baik.
Inilah sebab mengapa skema antena suka melukis beberapa garpu di dalamnya, garpu ini mewakili kedua-dua arah polarisasi secara kiasan dan bilangan pengayun.
Dengan antena berarah keuntungan tinggi , tergantung terus pada menara boleh?
Jelas sekali, menggantung bangunan rendah meliputi terlalu banyak, tidak; tergantung tinggi, tiada siapa di udara, pembaziran isyarat, dan biarkan isyarat merebak terlalu jauh, stesen pangkalan hampir tidak boleh menerima, tetapi kuasa penghantaran telefon bimbit terlalu kecil, menghantar stesen pangkalan tidak boleh diterima.
Oleh itu, antena ini perlu menghantar isyarat ke tanah di mana terdapat orang, dan liputan perlu dikawal. Ini memerlukan antena dicondongkan ke bawah pada sudut, seperti lampu jalan, setiap antena bertanggungjawab untuk liputan kawasan masing-masing.
Ini memperkenalkan konsep antena downtilt.
Semua antena mempunyai tombol dengan skala sudut pada pendakap pelekapnya, dan dengan memutar tombol untuk mengawal pergerakan mekanikal pendakap, sudut kecondongan ke bawah boleh dilaraskan. Jadi, melaraskan kecondongan ke bawah dengan cara ini juga dipanggil kecondongan ke bawah mekanikal.
Walau bagaimanapun, cara ini mempunyai dua kelemahan yang jelas.
Yang pertama ialah masalah. Untuk melakukan pengoptimuman rangkaian untuk melaraskan sudut, anda memerlukan jurutera untuk memanjat menara di stesen, kesan sebenar apa yang tidak cukup baik untuk mengatakan, ia adalah menyusahkan, kos yang tinggi.
Yang kedua ialah pelarasan kecondongan mekanikal terlalu mudah dan kasar, dan amplitud komponen menegak antena dan komponen mendatar tidak berubah, jadi ia akan membawa kepada peta arah liputan terpaksa diratakan, mengakibatkan herotan.
Selepas banyak usaha, liputan sebelum dan selepas pelarasan diubah sepenuhnya, sukar untuk mencapai kesan yang diingini, tetapi juga disebabkan kelengkungan ke atas kelopak belakang membawa kepada gangguan stesen pangkalan lain juga meningkat, jadi sudut kecondongan mekanikal hanya boleh dilaraskan dalam kenaikan kecil.
Jadi, adakah cara yang lebih baik?
Terdapat cara yang betul, adalah dengan menggunakan kecondongan elektronik. Prinsip kecondongan ke bawah elektronik adalah untuk menukar fasa pengayun antena tatasusunan garis biasa, menukar amplitud komponen menegak dan saiz komponen mendatar, menukar kekuatan medan komponen yang disintesis, supaya arah menegak angka antena menurun.
Maksudnya, kecondongan ke bawah elektronik tidak benar-benar perlu membiarkan antena condong, hanya perlu jurutera di hadapan komputer, arahkan dan klik tetikus, dengan pelarasan perisian boleh. Selain itu, kecondongan elektronik tidak akan menyebabkan herotan peta arah sinaran.
Kesederhanaan dan kemudahan kecondongan elektronik tidak datang entah dari mana, tetapi melalui usaha bersama industri untuk merealisasikannya.
Pada tahun 2001, beberapa pengeluar antena berkumpul, menubuhkan organisasi AISG (Antena Antara Muka Standard Kumpulan) yang dipanggil, ingin menyeragamkan antara muka antena ESC.
Sehingga kini, terdapat dua versi perjanjian: AISG 1.0 dan AISG 2.0.
Dengan kedua-dua protokol ini, walaupun antena dan stesen pangkalan dihasilkan oleh pengeluar yang berbeza, selagi mereka semua mengikut protokol AISG yang sama, mereka boleh menghantar maklumat kawalan kecondongan antena antara satu sama lain, dan merealisasikan pelarasan jauh kecondongan. sudut.
Dengan evolusi ke belakang protokol AISG, bukan sahaja sudut kecondongan menegak boleh dilaraskan dari jauh, malah sudut azimut mendatar, dan lebar dan keuntungan kepak utama boleh dilaraskan dari jauh.
Selain itu, disebabkan peningkatan bilangan jalur wayarles setiap pengendali, ditambah pula dengan peningkatan mendadak dalam bilangan port antena yang diperlukan oleh MIMO 4G dan teknologi lain, antena juga berkembang secara beransur-ansur daripada dwi-port frekuensi tunggal kepada berbilang- berbilang port frekuensi.
Prinsip antena kelihatan mudah, tetapi mengejar kecemerlangan prestasi tiada penghujungnya. Artikel ini setakat ini, hanyalah penerangan kualitatif tentang pengetahuan asas stesen pangkalan, bagi misteri yang lebih mendalam di dalamnya, bagaimana untuk menyokong evolusi kepada 5G dengan lebih baik, gelombang komunikasi orang masih naik dan turun dan mencari!
