5G .Ăng-ten mạng
Tính toán độ lợi ăng-ten
2021-10-22 www.whwireless.com
Ước tính 6 phút để đọc xong
Độ lợi của anten là một phần rất quan trọng trong cấu trúc kiến thức về anten, tất nhiên cũng là một trong những thông số quan trọng để lựa chọn anten. Độ lợi của anten đối với chất lượng hoạt động của hệ thống thông tin liên lạc cũng đóng một vai trò lớn, nói chung, độ lợi chủ yếu phụ thuộc vào việc giảm độ rộng của cánh bức xạ hướng thẳng đứng và theo mặt phẳng nằm ngang để duy trì hiệu suất bức xạ đa hướng.
A, định nghĩa về độ lợi của anten.
Ăng-ten theo một hướng nhất định của năng lượng bức xạ mật độ thông lượng và anten tham chiếu trong cùng công suất đầu vào khi tỷ lệ mật độ thông lượng công suất bức xạ lớn nhất.
→ Cần chú ý những điểm sau.
(1) nếu không được đánh dấu đặc biệt, độ lợi anten được coi là độ lợi hướng bức xạ tối đa.
(2) Trong cùng điều kiện, độ lợi càng cao, tính hướng càng tốt, sóng truyền càng xa, tức là khoảng cách phủ sóng tăng lên. Tuy nhiên, độ rộng tốc độ sóng sẽ không bị nén lại, vạt sóng càng hẹp, do đó dẫn đến độ phủ kém đồng đều.
(3) Anten là thiết bị thụ động và không tạo ra năng lượng. Độ lợi của ăng-ten chỉ khả năng tập trung năng lượng hiệu quả vào một hướng cụ thể của bức xạ hoặc nhận sóng điện từ.
Thứ hai, công thức tính toán độ lợi anten
Chúng ta có thể học từ định nghĩa độ lợi anten, độ lợi anten và bản đồ hướng anten có mối quan hệ chặt chẽ với nhau, vạt chính càng hẹp, vạt phụ càng nhỏ thì độ lợi càng cao.
(1) Đối với anten parabol, hệ số khuếch đại có thể được tính gần đúng bằng phương trình sau.
G (dBi) = 10Lg {4,5 × (D / λ0) ^ 2}
* Lưu ý rằng
D: đường kính hình parabol
λ0: bước sóng hoạt động trung tâm
4.5: Dữ liệu thực nghiệm được xác nhận về mặt thống kê
2,4 GHz 13 dBi lưỡng cực đa hướng Ăng ten MIMO - Đầu nối cái kiểu N
(2) Đối với một ăng ten đa hướng thẳng đứng, công thức sau đây cũng có thể được sử dụng để tính gần đúng
G (dBi) = 10Lg {2L / λ0}
* Lưu ý rằng
L: Chiều dài ăng ten
λ0: bước sóng làm việc trung tâm
Thứ ba, đạt được và truyền công suất
Tín hiệu RF phát ra từ máy phát vô tuyến, thông qua bộ trung chuyển (cáp) đến ăng ten, bởi ăng ten dưới dạng bức xạ sóng điện từ ra ngoài. Sau khi sóng điện từ đến nơi thu, nó được anten thu (chỉ thu được một phần rất nhỏ công suất) và đưa đến máy thu thanh thông qua bộ trung chuyển. Do đó, trong kỹ thuật mạng không dây, việc tính toán công suất phát của máy phát và công suất bức xạ của anten là rất quan trọng.
Công suất truyền của sóng vô tuyến là năng lượng trong một dải tần số nhất định và thường được đo hoặc đo bằng hai cách.
Công suất (W): mức tuyến tính liên quan đến 1 watt (Watts).
Thu được (dBm): mức tỷ lệ tương đối với 1 miliwatt (Milliwatt).
→ Hai biểu thức có thể được chuyển đổi cho nhau.
dBm = 10 x log [công suất mW]
mW = 10 ^ [độ lợi dBm / 10 dBm]
Trong hệ thống không dây, ăng-ten được sử dụng để chuyển đổi sóng hiện tại thành sóng điện từ, và trong quá trình chuyển đổi chúng cũng "khuếch đại" tín hiệu truyền và nhận. Độ lợi của ăng-ten được đo bằng "dBi".
Vì năng lượng sóng điện từ trong hệ thống không dây được tạo ra bởi sự khuếch đại năng lượng truyền của thiết bị phát và ăng ten chồng lên nhau, do đó, thước đo năng lượng truyền, tốt nhất là cùng một thước đo - độ lợi (dB), ví dụ, công suất của thiết bị phát là 100mW, hoặc 20dBm; thì độ lợi của ăng-ten là 10dBi.
Tổng năng lượng phát = công suất phát (dBm) + độ lợi anten (dBi)
= 20dBm + 10dBi
= 30dBm
Hoặc: = 1000mW = 1W
[Quy tắc 3dB].
→ Mỗi dB đều quan trọng trong hệ thống "công suất thấp", đặc biệt hãy nhớ "quy tắc 3dB".
Mỗi lần tăng hoặc giảm 3 dB có nghĩa là tăng gấp đôi hoặc giảm một nửa công suất: -3 dB = 1/2 công suất
-3 dB = 1/2 công suất
-6 dB = 1/4 công suất
+3 dB = 2x công suất
+6 dB = 4x công suất
Ví dụ: 100 mW có công suất truyền không dây là 20 dBm, trong khi 50 mW có công suất truyền không dây là 17 dBm và 200 mW có công suất phát 23 dBm.
Các chỉ báo thông số chính của ăng-ten
Ăng-ten của tỷ lệ trước sau là tỷ số giữa mật độ thông lượng công suất theo hướng bức xạ lớn nhất của cánh đảo gió chính (được chỉ định là 0 °) với mật độ thông lượng công suất lớn nhất gần hướng ngược lại (được chỉ định trong khoảng 180 ° ± 30 °) F / B = 10log (công suất tiến / công suất lùi).
Góc nghiêng điện xuống là bức xạ cực đại hướng lên bề mặt bức xạ thẳng đứng của ăng ten thông tin liên lạc và góc của pháp tuyến ăng ten.
Ăng-ten truyền thông được chia thành ăng-ten nghiêng xuống cố định và ăng-ten nghiêng điện tùy theo việc nó có hỗ trợ điều chỉnh độ nghiêng xuống điện hay không: ăng-ten nghiêng xuống cố định đề cập đến ăng-ten góc nghiêng xuống cố định được tạo ra bởi sự phân bổ biên độ và pha của mảng đơn vị bức xạ ăng-ten theo nhu cầu phủ sóng không dây; và anten nghiêng điện dùng để chỉ sự lệch pha của các đơn vị bức xạ khác nhau trong mảng thông qua bộ dịch pha để tạo ra các bức xạ chính khác nhau trạng thái nghiêng xuống, thường là trạng thái nghiêng xuống của anten nghiêng điện chỉ trong một phạm vi góc điều chỉnh nhất định.
Trong sơ đồ hướng thường có từ hai vạt trở lên, vạt nào lớn nhất gọi là vạt chính, vạt còn lại gọi là vạt phụ. Góc giữa hai điểm bán công suất của cánh đảo chính được xác định là chiều rộng của cánh (chùm) của sơ đồ hướng anten. Được gọi là nửa công suất (góc) chiều rộng cánh đảo gió. Chiều rộng cánh đảo gió chính càng hẹp, hướng tốt thì khả năng chống nhiễu càng mạnh. Nói chung, chiều rộng chùm tia chính của ăng ten càng hẹp thì độ lợi ăng ten càng cao.
Độ lợi anten và kích thước anten và độ rộng chùm tia của mối quan hệ.
"Lốp" càng phẳng, tín hiệu càng tập trung, độ lợi càng cao, kích thước anten càng lớn, độ rộng chùm tia càng hẹp.
→ 3 điểm quan trọng cần đặc biệt chú ý
1. Ăng ten là những thiết bị thụ động và không tạo ra năng lượng. Độ lợi của ăng-ten chỉ khả năng tập trung năng lượng hiệu quả theo một hướng cụ thể để phát hoặc nhận sóng điện từ.
2, độ lợi của ăng-ten được tạo ra bởi sự chồng chất của các bộ dao động. Độ lợi càng cao, chiều dài của ăng ten càng dài. Thu được tăng 3dB, tăng gấp đôi khối lượng.
3, độ lợi anten càng cao, định hướng càng tốt, năng lượng càng tập trung, vạt sóng càng hẹp.
Tỷ số sóng dừng điện áp (VSWR) của ăng ten là ăng ten là tải đường truyền không tiêu thụ, trong đường truyền dọc theo sóng dừng điện áp tạo ra trên đồ thị, tỷ số giữa giá trị lớn nhất của nó với giá trị nhỏ nhất.
Tỷ lệ VSWR được tạo ra, là do năng lượng sóng tới truyền đến đầu vào ăng ten không bị hấp thụ tất cả (bức xạ) tạo ra bởi sự lặp lại sóng phản xạ và hình thành. VSWR càng lớn, phản xạ càng lớn, đối sánh càng kém. Trong hệ thống thông tin di động, các yêu cầu chung của VSWR là nhỏ hơn 1,5.
Tỷ lệ điện áp tín hiệu đầu vào của ăng-ten và tỷ lệ dòng tín hiệu, được gọi là trở kháng đầu vào của ăng-ten. Tổng quan ăng ten thông tin di động trở kháng đầu vào 50Ω.
Trở kháng đầu vào và cấu trúc ăng ten, kích thước và bước sóng, trong dải tần làm việc yêu cầu, sao cho trở kháng đầu vào của phần ảo rất nhỏ và phần thực khá gần 50Ω, là ăng ten và đường cấp có trở kháng tốt trận đấu phải được.
Hiện tượng xuyên điều chế là do dải tần nằm ngoài hai hay nhiều tần số sóng mang trộn lẫn trong dải tần sau các thành phần tần số mới, dẫn đến hiện tượng suy giảm hiệu suất hệ thống. Công suất cao hơn truyền tín hiệu thường được trộn để tạo ra tín hiệu xuyên điều chế kết thúc trong băng tần thu, trong đó tín hiệu nhận được bởi ăng-ten của trạm gốc thường có công suất thấp hơn. Nếu tín hiệu xuyên điều chế có công suất tương tự hoặc cao hơn tín hiệu thực nhận, hệ thống có thể nhầm tín hiệu xuyên điều chế với tín hiệu thực.
Sự cô lập thể hiện tỷ lệ tín hiệu được đưa đến một cổng (một phân cực) của ăng ten phân cực kép xuất hiện trong cổng kia (phân cực kia).
www.whwireless.com
