ăng ten.
Dễ hiểu! Sau khi đọc nó bạn là một nửa chuyên gia về ăng-ten
Ước tính 20 phút để đọc xong
Như chúng ta đã biết, ăng-ten được các trạm gốc và điện thoại di động sử dụng để truyền tín hiệu.
Từ Antenna trong tiếng Anh là Antenna, nguyên gốc có nghĩa là xúc tu. Xúc tu là hai sợi dây mỏng dài trên đỉnh đầu côn trùng. Đừng đánh giá thấp một thứ khó thấy như vậy, nhưng chính những tín hiệu hóa học do những xúc tu này gửi đi mới truyền tải nhiều thông tin xã hội khác nhau.
Tương tự, ở thế giới loài người, thông tin liên lạc không dây cũng sử dụng ăng-ten để truyền tải thông tin nhưng chính sóng điện từ mới mang thông tin hữu ích. Hình ảnh bên dưới là ví dụ về điện thoại di động và trạm gốc liên lạc với nhau.
Nếu bạn ngẩng đầu lên để xem xét kỹ lưỡng trạm gốc, bạn sẽ thấy rằng trên đỉnh tháp, có một số thứ giống như tấm, đó là nhân vật chính của bài viết này: ăng-ten liên lạc, thường xuyên nhất và điện thoại di động giao tiếp bằng mắt trực tiếp Đây là hàng hóa à?
Ăng-ten này được gọi là ăng-ten định hướng, đúng như tên gọi, là việc phát tín hiệu theo hướng. Nếu nó hướng về phía bạn, tín hiệu sẽ chỉ; nếu bạn đứng đằng sau thì xin lỗi nhé, không phải khu vực phục vụ nhé!
Hiện nay, phần lớn các trạm cơ sở sử dụng ăng-ten định hướng thường cần ba ăng-ten để hoàn thành phạm vi phủ sóng 360 độ. Để vén bức màn bí ẩn của món hàng này, cần phải tháo dỡ nó ra để xem thực sự chất chứa những gì bên trong.
Bên trong trống rỗng, cấu trúc không phức tạp, bao gồm bộ rung, tấm phản xạ, mạng lưới cấp liệu và mái vòm. Những cấu trúc bên trong này đang làm gì, làm thế nào để thực hiện được chức năng truyền và nhận tín hiệu định hướng?
Đây là tất cả từ sóng điện từ để bắt đầu.
Lột lại lớp vỏ anten
Ăng-ten có khả năng truyền thông tin với tốc độ cao vì chúng phát ra sóng điện từ chứa thông tin vào không khí, truyền đi với tốc độ ánh sáng và cuối cùng đến được ăng-ten thu .
Nó giống như việc vận chuyển hành khách trên một chuyến tàu cao tốc. Nếu so sánh thông tin với hành khách thì phương tiện chở hành khách: tàu cao tốc là sóng điện từ, ăng-ten tương đương với nhà ga, nơi quản lý việc truyền sóng điện từ.
Vậy sóng điện từ là gì?
Các nhà khoa học đã nghiên cứu hai lực điện và từ bí ẩn trong hàng trăm năm, đỉnh điểm là đề xuất của Maxwell người Anh rằng dòng điện có thể tạo ra một điện trường ở vùng lân cận của nó, một điện trường biến thiên tạo ra một từ trường, và một từ trường biến thiên tạo ra một điện trường biến thiên. một điện trường. Cuối cùng lý thuyết này đã được xác nhận bởi các thí nghiệm của Hertz.
Với trường điện từ biến đổi tuần hoàn như vậy, sóng điện từ sẽ tỏa ra và truyền vào không gian. Để biết thêm chi tiết, hãy xem bài viết "Không thể nhìn thấy hoặc chạm vào sóng điện từ, ý tưởng hay thay đổi của chàng trai trẻ này đã thay đổi thế giới".
Như trong hình trên, đường màu đỏ tượng trưng cho điện trường, đường màu xanh tượng trưng cho từ trường và hướng truyền của sóng điện từ vuông góc với hướng của điện trường và từ trường cùng một lúc.
Vậy làm thế nào ăng-ten có thể gửi những sóng điện từ này ra ngoài? Sau khi nhìn vào hình bên dưới, bạn sẽ hiểu.
Hai dây tạo ra sóng điện từ được gọi là "bộ dao động". Nói chung, kích thước của bộ dao động bằng nửa bước sóng khi cho kết quả tốt nhất nên thường được gọi là "bộ dao động nửa sóng".
Với bộ dao động, sóng điện từ có thể được phát ra liên tục. Điều này được thể hiện trong hình dưới đây:
Một bộ dao động thực sự trông như thế này.
Bộ dao động nửa sóng liên tục truyền sóng điện từ vào không gian nhưng cường độ tín hiệu phân bố không đồng đều trong không gian, giống như một chiếc vòng giống như một chiếc lốp xe. Tín hiệu mạnh theo chiều ngang nhưng yếu theo chiều dọc.
Trên thực tế, phạm vi phủ sóng của trạm gốc của chúng ta cần phải xa hơn một chút theo hướng ngang, xét cho cùng, cần phải kêu gọi những người đang ở trên mặt đất; hướng thẳng đứng đến độ cao, trên không trung không cần phải bay nhiều trong khi quét người Jitterbug (phạm vi tuyến đường là một chủ đề khác, sau đó là một cuộc nói chuyện).
Vì vậy, trong quá trình phát xạ năng lượng sóng điện từ, mặc dù hướng thẳng đứng của năng lượng dao động nửa sóng tương đối yếu, nhưng cũng cần tăng cường hơn nữa hướng ngang, hướng dọc để suy yếu hơn nữa.
Theo nguyên lý bảo toàn năng lượng, năng lượng không tăng cũng không giảm, và nếu năng lượng phát xạ theo hướng ngang muốn tăng lên thì năng lượng theo hướng thẳng đứng phải yếu đi. Vì vậy, cách duy nhất để làm phẳng bản đồ hướng bức xạ năng lượng mảng nửa sóng tiêu chuẩn, như thể hiện trong hình bên dưới.
Vậy làm thế nào để làm phẳng nó? Câu trả lời là tăng số lượng bộ dao động nửa sóng. Sự phát ra của nhiều máy rung ở trung tâm hội tụ, rìa năng lượng đã bị suy yếu, hướng bức xạ thực hiện việc làm phẳng tiếng vỗ tay, tập trung năng lượng theo hướng ngang của mục đích.
Ăng-ten định hướng được sử dụng phổ biến nhất trong các hệ thống trạm gốc vĩ mô nói chung. Thông thường, một trạm gốc được chia thành 3 khu vực và được bao phủ bởi 3 ăng-ten, mỗi ăng-ten có phạm vi bao phủ là 120 độ.
Từ hình trên, chúng ta có thể thấy rõ rằng trạm cơ sở này bao gồm ba khu vực, sử dụng ba đơn vị RF, cần có ba cặp ăng-ten định hướng để thực hiện.
Sơ đồ trên trực quan hơn một chút. Trạm gốc nằm ở tâm hình tròn, một chiếc bánh lớn được chia thành ba phần, mỗi phần là một khu vực 120 độ nên gọi là ba khu vực.
Vậy làm thế nào để ăng-ten đạt được sự phát xạ định hướng của sóng điện từ?
Chắc chắn không khó để đánh bại một nhà thiết kế thông minh. Để thêm một gương phản xạ vào bộ dao động, tín hiệu phải được tỏa sang phía bên kia của sự phản xạ trở lại nó?
Vì vậy, hãy tăng bộ rung để sóng điện từ theo hướng ngang xa hơn, sau đó tăng bộ phản xạ để điều khiển hướng, sau hai lần ném, nguyên mẫu của ăng-ten định hướng đã ra đời, hướng phát sóng điện từ vào hình sau.
Mặt ngang của vạt chính để phóng ra xa, nhưng hướng thẳng đứng tạo ra mặt trên của vạt và mặt dưới của vạt, đồng thời do phản xạ không hoàn toàn nên có một cái đuôi ở phía sau. mặt sau, được gọi là mặt sau của nắp.
Tại thời điểm này, lời giải thích về số liệu quan trọng nhất của ăng-ten: "độ lợi" sẽ có tác dụng.
Như tên cho thấy, khuếch đại có nghĩa là ăng-ten tăng cường tín hiệu. Có lý khi cho rằng ăng-ten không cần nguồn điện, chỉ cần truyền sóng điện từ truyền tới nó thì làm sao có “độ lợi” được?
Thực chất không có “lợi nhuận”, mấu chốt là xem với ai, so sánh thế nào.
Như trong hình bên dưới, so với nguồn bức xạ điểm lý tưởng và bộ dao động nửa sóng, ăng-ten có thể thu năng lượng theo hướng cánh hoa chính, có thể gửi sóng điện từ đi xa hơn, tương đương với hướng tăng cường của cánh hoa chính . Điều đó có nghĩa là, cái gọi là độ lợi nằm ở một hướng nhất định so với nguồn bức xạ điểm hoặc bộ dao động nửa sóng.
Vì vậy, cuối cùng, làm thế nào để đo độ bao phủ và mức tăng của van chính của ăng-ten? Điều này đòi hỏi phải đưa ra khái niệm "băng thông". Chúng tôi gọi vạt chính ở cả hai phía của đường tâm là sự suy giảm cường độ sóng điện từ xuống một nửa phạm vi độ rộng chùm tia.
Bởi vì cường độ suy giảm một nửa, tức là 3dB, nên độ rộng chùm tia còn được gọi là "nửa góc công suất" hay "góc công suất 3dB".
Ăng-ten phổ biến có góc công suất một nửa là 60°, cũng có một số ăng-ten hẹp hơn 33°. Góc nửa công suất càng hẹp thì tín hiệu lan truyền theo hướng van chính càng xa thì mức tăng càng cao.
Xuống dưới chúng ta kết hợp sơ đồ ăng-ten ngang và dọc, chúng ta được sơ đồ bức xạ ba chiều, trông trực quan hơn nhiều.
Rõ ràng, sự tồn tại của nắp phía sau sẽ phá hủy tính định hướng của ăng-ten định hướng, cần được giảm thiểu. Tỷ lệ năng lượng giữa vạt trước và vạt sau gọi là “tỷ lệ trước và sau”, giá trị càng lớn càng tốt, là một chỉ số quan trọng của ăng-ten.
Sức mạnh quý giá của mặt trên của cánh tà được phóng lên trời chẳng mang lại ích lợi gì, nhưng cũng không phải là một sự lãng phí nhỏ, vì vậy trong thiết kế ăng-ten định hướng nên cố gắng giảm thiểu sự triệt tiêu mặt trên của cánh tà.
Ngoài ra, giữa vạt chính và vạt bên dưới có một số lỗ hay còn gọi là phần dưới của ăng-ten không bị võng dẫn đến việc ăng-ten tiến gần đến nơi bắt sóng không tốt, trong thiết kế của ăng-ten để giảm thiểu những lỗ hổng này, được gọi là "lấp đầy điểm 0".
Thành thật với ăng-ten
Một khái niệm quan trọng khác của anten là sự phân cực.
Như đã đề cập trước đó, sự lan truyền của sóng điện từ về cơ bản là sự lan truyền của điện từ trường và điện trường có hướng.
Nếu hướng của điện trường vuông góc với mặt đất thì ta gọi đó là sóng phân cực thẳng đứng. Tương tự, song song với mặt đất, nó là sóng phân cực ngang.
Nếu hướng của điện trường tạo một góc 45° với mặt đất thì chúng ta gọi đó là độ phân cực ±45°.
Do đặc điểm của sóng điện từ, người ta quyết định rằng việc truyền tín hiệu phân cực ngang gần mặt đất sẽ tạo ra dòng phân cực trên bề mặt trái đất, do đó tín hiệu điện trường suy giảm nhanh và phân cực dọc không dễ tạo ra dòng phân cực , do đó tránh được sự suy giảm năng lượng đáng kể, để đảm bảo việc truyền tín hiệu hiệu quả.
Là một sơ đồ tối ưu hóa, hiện nay các ăng-ten chính được sử dụng hai phương pháp phân cực ± 45 ° được đặt chồng lên nhau bởi hai bộ dao động trong một đơn vị để tạo thành hai sóng phân cực trực giao, được gọi là phân cực kép. Việc thực hiện này nhằm đảm bảo hiệu suất đồng thời cũng làm cho việc tích hợp ăng-ten được cải thiện rất nhiều.
Đây là lý do tại sao sơ đồ ăng-ten thích vẽ một số nhánh bên trong, các nhánh này thể hiện cả hướng phân cực theo nghĩa bóng và số lượng bộ dao động.
Với anten định hướng có độ lợi cao , có thể treo trực tiếp trên tháp?
Rõ ràng, nhà thấp treo che quá nhiều, không; treo trên cao, không có ai trên không, lãng phí tín hiệu và để tín hiệu lan truyền quá xa, trạm gốc hầu như không thể tiếp nhận, nhưng công suất phát của điện thoại di động quá nhỏ, gửi trạm gốc không thể nhận được.
Do đó, ăng-ten này phải truyền tín hiệu xuống mặt đất nơi có người và vùng phủ sóng phải được kiểm soát. Điều này đòi hỏi ăng-ten nghiêng xuống một góc, giống như đèn đường, mỗi ăng-ten chịu trách nhiệm phủ sóng các khu vực tương ứng của chúng.
Điều này giới thiệu khái niệm về độ nghiêng của ăng-ten.
Tất cả các ăng-ten đều có một núm xoay với thang đo góc trên giá đỡ và bằng cách vặn núm để điều khiển chuyển động cơ học của giá đỡ, có thể điều chỉnh góc nghiêng xuống. Vì vậy, việc điều chỉnh độ nghiêng xuống theo cách này còn được gọi là độ nghiêng xuống cơ học.
Tuy nhiên, cách này có hai nhược điểm rõ ràng.
Đầu tiên là rắc rối. Để tối ưu hóa mạng để điều chỉnh góc, bạn cần kỹ sư phải leo lên tháp trên trạm, hiệu quả thực tế thì không thể nói là tốt, bất tiện, chi phí cao.
Thứ hai là việc điều chỉnh độ nghiêng cơ học quá đơn giản và thô, đồng thời biên độ của thành phần dọc và thành phần ngang của ăng-ten không thay đổi nên sẽ dẫn đến bản đồ hướng phủ sóng buộc phải bị làm phẳng, dẫn đến biến dạng.
Sau rất nhiều nỗ lực, phạm vi phủ sóng trước và sau khi điều chỉnh hoàn toàn thay đổi, khó đạt được hiệu quả như mong muốn mà còn do độ cong hướng lên của cánh hoa phía sau dẫn đến sự can thiệp của các trạm gốc khác cũng tăng lên, do đó góc nghiêng cơ học chỉ có thể được điều chỉnh theo từng bước nhỏ.
Vì vậy, có cách nào tốt hơn?
Thực sự có một cách, đó là sử dụng độ nghiêng điện tử. Nguyên lý của độ nghiêng điện tử là thay đổi pha của bộ dao động ăng-ten mảng đường chung, thay đổi biên độ của thành phần dọc và kích thước thành phần ngang, thay đổi cường độ trường thành phần tổng hợp, sao cho hướng thẳng đứng của ăng-ten nghiêng xuống.
Tức là, độ nghiêng xuống điện tử không thực sự cần để ăng-ten nghiêng, chỉ cần các kỹ sư đứng trước máy tính, trỏ và nhấp chuột, với sự điều chỉnh bằng phần mềm là có thể. Hơn nữa, độ nghiêng điện tử sẽ không làm biến dạng bản đồ hướng bức xạ.
Sự đơn giản và tiện lợi của nghiêng điện tử không phải tự nhiên mà có mà thông qua nỗ lực chung của ngành để hiện thực hóa.
Năm 2001, một số nhà sản xuất ăng-ten đã cùng nhau thành lập tổ chức AISG (Nhóm tiêu chuẩn giao diện ăng-ten), muốn chuẩn hóa giao diện của ăng-ten ESC.
Cho đến nay, đã có hai phiên bản của thỏa thuận: AISG 1.0 và AISG 2.0.
Với hai giao thức này, ngay cả khi ăng-ten và trạm gốc được sản xuất bởi các nhà sản xuất khác nhau, miễn là chúng đều tuân theo cùng một giao thức AISG, chúng có thể truyền thông tin điều khiển độ nghiêng của ăng-ten cho nhau và thực hiện điều chỉnh độ nghiêng từ xa góc.
Với sự phát triển lạc hậu của giao thức AISG, không chỉ có thể điều chỉnh từ xa góc nghiêng dọc, mà ngay cả góc phương vị ngang, độ rộng và mức tăng của nắp chính cũng có thể được điều chỉnh từ xa.
Hơn nữa, do số lượng băng tần không dây của mỗi nhà khai thác ngày càng tăng, cùng với sự gia tăng đáng kể số lượng cổng ăng-ten theo yêu cầu của MIMO của 4G và các công nghệ khác, ăng-ten cũng đang dần phát triển từ cổng kép một tần số sang cổng đa tần số. đa cổng tần số
Nguyên lý của ăng-ten có vẻ đơn giản nhưng việc theo đuổi hiệu suất vượt trội thì không có hồi kết. Bài viết này cho đến thời điểm này chỉ là mô tả định tính về những kiến thức cơ bản về trạm gốc, còn bí ẩn sâu xa hơn bên trong, làm thế nào để hỗ trợ tốt hơn cho quá trình phát triển lên 5G, một làn sóng truyền thông mà mọi người vẫn đang lên xuống và tìm kiếm!
