İletişim Anten Prensibinin Popüler Sürümü (Demo)
01. Anteni açın
Hepimizin bildiği gibi antenler baz istasyonları ve cep telefonları tarafından sinyal iletmek için kullanılır.
İngilizce anten kelimesi, orijinal olarak tentacles anlamına gelen Anten'dir. Dokunaçlar, böceğin başının üstündeki iki uzun ipliktir. Bu kadar göze çarpmayan şeyleri küçümsemeyin.Böcekler, çeşitli sosyal bilgileri iletmek için bu dokunaçlar tarafından gönderilen çeşitli kimyasal sinyalleri kullanırlar.
Benzer şekilde, insan dünyasında kablosuz iletişim, yararlı bilgiler taşıyan elektromanyetik dalgaları iletmesi dışında, bilgileri antenler aracılığıyla da iletir. Aşağıdaki şekil, bir cep telefonu ile bir baz istasyonu arasındaki karşılıklı iletişime bir örnektir.
Peki gerçek anten neye benziyor? Farklı kullanımlardan dolayı, TV sinyallerini almak için saksılardan (parabolik antenler), farklı işlevler nedeniyle farklı şekillerde cep telefonlarında gizlenmiş küçük antenlere kadar çok sayıda anten türü vardır.
Antenler söz konusu olduğunda, çoğu insanın gördüğü en yaygın şey, evdeki kablosuz yönlendiricinin antenidir.
Aynı uçma hızının keyfini çıkarmamızı sağlayan, bu çubuk benzeri antendir.
Uzun zaman önce, radyo dinlemek çok moda bir şeydi. Radyonun bölüm bölüm uzanan uzun bir anteni vardı.Bu anten yönlendirici antenle aynıdır. Teleskopik anten veya çubuk olarak da adlandırılan kamçı anten olarak adlandırılır. anten.
Tarih öncesi zamanlarda, her şehrin en yüksek binası bir televizyon kulesi olmalı ve televizyonlar da televizyon kulesinden gelen sinyalleri antenler aracılığıyla alıyor. Üstte aynı antene sahip iki kırbaçlı anten, birçok insanın antenini oluşturur. İlk izlenim. Hem şekil hem de işlev, böceklerin dokunaçlarına tamamen benzer.
Ek olarak, farklı sınıflandırma yöntemlerine göre farklı tipler verilebilen çok çeşitli farklı anten türleri vardır.
1. İşin niteliğine göre, verici anten ve alıcı anten olarak ikiye ayrılabilir.
2. Amaca göre iletişim anteni, yayın anteni, TV anteni, radar anteni vb. Olarak ikiye ayrılabilir.
3. Yönlendirmeye göre, çok yönlü anten ve yönlü anten olarak ikiye ayrılabilir.
4. Çalışma dalga boyuna göre, ultra uzun dalga anteni, uzun dalga anteni, orta dalga anteni, kısa dalga anteni, ultra kısa dalga anteni, mikrodalga anteni vb.
5. Yapı ve çalışma prensibine göre hat anteni ve yüzey antenine bölünebilir.
6. Boyuta göre iki türe ayrılabilir: tek boyutlu anten ve iki boyutlu anten.
7. Antenler üç kategoriye ayrılabilir: el istasyonu antenleri, araç antenleri ve baz antenleri.
Fillere dokunan kör kişi gibi, her sınıflandırma yöntemi antenin yalnızca bir tarafını veya bir tür özelliğini tanımlayabilir, ancak bu sınıflandırma yöntemleriyle hedeflenen tüm özellikleri birleştirerek antenin tam resmini görebilirsiniz.
Karmaşıklığı azaltmak için Mayfly Jun, başlangıç noktası olarak ilk olarak en sezgisel sınıflandırma yöntemini kullanır, onu duyduktan sonra görmek ve herkesin farklı amaçlara yönelik gerçek antenlerin neye benzediğini görmesini sağlamak daha iyidir.
Aşağıdaki resimde pek çok insan bu tür bir anteni görmüş olmalı, eskiden TV sinyallerini almak için çatıya monte ediliyordu (TV ile birlikte gelen kamçı anten gerçekten sınırlıdır). Bu balık kılçığı antenine Yagi anteni denir.
Antende 8 çubuk olup olmadığını saymaya gerek yoktur. Yagi anteni adı, mucidi Yagi Hideji adlı bir Japon olduğu için anılmaktadır. Yagi antenleri esas olarak TV sinyallerinin alınması için kullanılır, ancak kablosuz iletişim için pek çok senaryo kullanılmaz.
Aşağıdaki resim, tıpkı devasa saksılar gibi muhteşem olan radar için kullanılan parabolik bir antendir. Radar fırlatıldığında enerjinin yoğunlaştırılması ve ışınlanacak yöne doğru yayılması gerekir Bu şekil çok uygundur.
Aşağıdaki "kaplar" daha küçük olacaktır, bunlar, bilgiyi iletmek için mikrodalga sinyalleri göndermek ve almak için kullanılan mikrodalga antenlerdir. Mikrodalgalar gibi elektromanyetik dalgaların dalga boyu çok kısadır ve çoğunlukla düz bir çizgide yayılırlar.İletici ve alıcı antenlerin çalışması için birbirleriyle hizalanmaları gerekir.Genellikle kablosuz iletişimde iletim için kullanılırlar.
Yukarıdaki resimlere dikkatlice bakarsanız, kulenin tepesinde plaka şeklinde bazı şeyler olduğunu göreceksiniz.Bu makalenin baş kahramanı: iletişim anteni (alt bölüm tipi, yönlü anten: sinyal belirli bir yönde gönderilir ve alınır). Bu, genellikle doğrudan telefonla flört eden kişidir.
Yönlü antenler olduğu için, çok yönlü antenler olmalıdır. Adından da anlaşılacağı gibi, çok yönlü anten, 360 ° 'de sinyalleri ölü açı, dış mekan çok yönlü anten ve iç mekan kapsama alanı için tavan anteni olmadan iletebilir ve alabilir.
Bu makalenin baş karakterine geri dönelim: yönlü anten. Bu kargonun gizemini çözmek için, içinde ne olduğunu görmek için onu parçalara ayırmalısınız.
İç mekan boş, yapı karmaşık değil, bir vibratör, bir reflektör, bir besleme ağı ve bir anten kaportasından oluşuyor. Bu iç yapılar ne işe yarar ve yönlü gönderme ve alma sinyallerinin işlevi nasıl gerçekleştirilir?
Her şey elektromanyetik dalgalarla başlar.
02. Anten kaplamasını soyun
Antenin bilgiyi yüksek hızda iletebilmesinin nedeni, havaya bilgi taşıyan elektromanyetik dalgaları fırlatabilmesi, ışık hızında yayılabilmesi ve sonunda alıcı antene ulaşabilmesidir.
Bu, yolcuları taşımak için yüksek hızlı trenler kullanmak gibidir.Eğer bilgileri yolcularla karşılaştırırsanız, o zaman yolcuları taşıma araçları: yüksek hızlı trenler elektromanyetik dalgalardır ve antenler, elektromanyetik dalgaların iletimini yönetmekten ve dağıtmaktan sorumlu istasyonlara eşdeğerdir.
Peki elektromanyetik dalgalar nedir?
Bilim adamları, yüzlerce yıldır elektrik ve manyetizmanın iki gizemli gücünü incelediler.Sonunda, Birleşik Krallık'tan Maxwell, elektrik akımının çevresinde elektrik alanı oluşturabileceğini, değişen elektrik alanı manyetik alan oluşturduğunu ve değişen manyetik alan elektrik alanı oluşturduğunu öne sürdü. Sonunda, bu teori Hertz'in deneyiyle doğrulandı.
Elektromanyetik alanın böylesine periyodik bir dönüşümünde, elektromanyetik dalgalar yayılır ve uzaya yayılır. Ayrıntılar için şu makaleye bakın: "Elektromanyetik dalgalar görünmez ve soyuttur. Bu genç adamın tuhaf fikirleri dünyayı değiştirdi."
Yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi, kırmızı çizgi elektrik alanını temsil eder ve mavi çizgi manyetik alanı temsil eder Elektromanyetik dalgaların yayılma yönü hem elektrik alanına hem de manyetik alana diktir.
Peki anten bu elektromanyetik dalgaları nasıl gönderir? Aşağıdaki resmi okuduktan sonra anlayacaksınız.
Elektromanyetik dalgalar üreten yukarıdaki iki tele "vibratörler" denir. Normal şartlar altında, vibratörün boyutu, dalga boyunun yarısı olduğunda en iyi şekilde çalışır, bu nedenle genellikle "yarım dalga vibratörü" olarak adlandırılır.
Vibratör ile sürekli olarak elektromanyetik dalgalar yayılabilir. Aşağıda gösterildiği gibi.
Gerçek vibratör buna benziyor.
Yarım dalgalı vibratör sürekli olarak elektromanyetik dalgaları uzaya yayar, ancak sinyal gücü, lastik benzeri bir halka gibi uzayda eşit olarak dağılmaz.
Ama aslında baz istasyonumuzun kapsama alanının yatay yönde daha uzak olması gerekiyor Sonuçta araması gereken kişiler yerde, dikey yön gökyüzünde yüksek ve yüksek gökyüzünde vibrato uçup fırçalamaya gerek yok. Kapsama başka bir konudur, bir dahaki sefere bundan bahsedeceğim), bu nedenle elektromanyetik dalga enerjisi emisyonunda yatay yönü güçlendirmek ve dikey yönü zayıflatmak gerekir.
Enerji tasarrufu prensibine göre enerji ne artacak ne de azalacaktır.Emisyon enerjisini yatay yönde artırmak istiyorsanız düşey yönde enerjiyi zayıflatmalısınız. Bu nedenle, standart yarım dalga dizisinin enerji yayılım modelini düzleştirmenin tek yolu aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir.
Peki nasıl tokat atarsın? Cevap, yarım dalga osilatörlerinin sayısını artırmaktır. Birden fazla osilatörün emisyonu merkezde birleşir ve kenar enerjisi zayıflatılır, bu da radyasyon yönünü düzleştirme ve enerjiyi yatay yönde yoğunlaştırma amacına ulaşır.
Genel olarak makro baz istasyonu sistemlerinde, yönlü antenlerin kullanımı en yaygın olanıdır. Genel olarak, bir baz istasyonu 3 sektöre bölünür, 3 antenle kaplanır ve her anten 120 derecelik bir aralığı kapsar.
Yukarıdaki şekil bir yama alanı için bir baz istasyonu kapsama planıdır.Her baz istasyonunun üç sektörden oluştuğunu ve her sektörün farklı bir renkle temsil edildiğini ve bunun için üç yönlü antenler gerektirdiğini açıkça görebiliriz.
Peki, anten elektromanyetik dalgaların yönlü emisyonunu nasıl fark eder?
Bu, akıllı tasarımcılar için kesinlikle zor değil. Diğer tarafa yayılması gereken sinyali yansıtması için vibratöre reflektör eklemek yeterli değil mi?
Bu şekilde elektromanyetik dalgaların yatay yönde daha uzağa hareket etmesini sağlamak için bir vibratör eklemek ve ardından yönü kontrol etmek için bir reflektör eklemek.Bu iki atıştan sonra, yönlü antenin prototipi doğdu ve elektromanyetik dalga emisyon yönü aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi oldu.
Yatay ana lob fırlatma alanından uzaktır, ancak üst ve alt yan loblar dikey yönde üretilir.Aynı zamanda, eksik yansıma nedeniyle arka lob adı verilen bir kuyruk vardır.
Bu noktada antenin en önemli göstergesi olan "kazanç" anlatılır.
Adından da anlaşılacağı gibi, kazanç, antenin sinyali geliştirebileceği anlamına gelir. Antenin bir güç kaynağına ihtiyaç duymaması, sadece kendisine iletilen elektromanyetik dalgaları yayması mantıklıdır Nasıl "kazanç" olabilir?
Aslında "kazanç" olup olmadığı kiminle ve nasıl karşılaştırıldığına bağlıdır.
Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, ideal bir nokta radyasyon kaynağı ve yarım dalga osilatörü ile karşılaştırıldığında anten, enerjiyi ana lob yönünde yoğunlaştırabilir ve elektromanyetik dalgaları daha uzağa gönderebilir, bu da ana lob yönünde artışa eşdeğerdir. Başka bir deyişle, sözde kazanç, belirli bir yöndeki bir nokta radyasyon kaynağına veya bir yarım dalgalı osilatöre bağlıdır.
Peki, antenin ana lobunun kapsamını ve kazancını nasıl ölçersiniz? Bu, bir "kiriş genişliği" konseptinin uygulanmasını gerektirir. Ana lobdaki merkez hattının her iki tarafındaki elektromanyetik dalga yoğunluğu yarı yarıya azaldığında ışın genişliğine aralık diyoruz.
Yoğunluk, 3dB olan yarı yarıya zayıflatıldığı için, ışın genişliği aynı zamanda "yarım güç açısı" veya "3dB güç açısı" olarak da adlandırılır.
Ortak anten yarım güç açıları çoğunlukla 60 ° 'dir ve ayrıca daha dar 33 ° antenler de vardır. Yarım güç açısı ne kadar dar olursa, sinyal ana lob yönünde o kadar uzağa yayılır ve kazanç o kadar yüksek olur.
Daha sonra, çok daha sezgisel görünen üç boyutlu radyasyon modelini elde etmek için antenin yatay modelini dikey modelle birleştiriyoruz.
Açıktır ki, arka lobun varlığı, yönlü antenin yönlülüğünü bozar ve onu minimize etmek gerekir. Ön ve arka loblar arasındaki enerji oranına "ön-arka oran" denir, değer ne kadar büyükse o kadar iyidir ve antenin önemli bir göstergesidir.
Üst yan lobun değerli gücü gökyüzüne boşuna yayılır, bu da küçük bir israf değildir, bu nedenle yönlü bir anten tasarlarken, üst yan lob mümkün olduğunca en aza indirilmelidir.
Ek olarak, ana lob ile alt yan loblar arasında, antenin yakınında zayıf sinyaller ile sonuçlanan alt boşlar olarak da adlandırılan bazı delikler vardır.Anten tasarlanırken, "sıfır noktası doldurma" olarak adlandırılan bu delikler en aza indirilmelidir.
03 - Frank antenle buluşuyor
Antenin bir diğer önemli konseptinden bahsedelim: polarizasyon.
Daha önce bahsedildiği gibi, elektromanyetik dalgaların yayılması esasen elektromanyetik alanların yayılmasıdır ve elektrik alanlarının yönleri vardır.
Elektrik alanı yere dikse, buna dikey olarak polarize dalga diyoruz. Benzer şekilde, yere paralel yatay olarak polarize bir dalgadır.
Elektrik alanın yönü ile zemin 45 ° 'lik bir açı oluşturuyorsa buna ± 45 ° polarizasyon diyoruz.
Elektromanyetik dalgaların özellikleri nedeniyle, yatay olarak polarize edilmiş sinyal, zemine yakın olduğunda zemin yüzeyinde polarize bir akım oluşturacaktır, böylece elektrik alan sinyali hızla zayıflarken, dikey polarizasyon yönteminin polarize bir akım oluşturması kolay değildir, böylece enerji kaybını önler. Önemli zayıflama, etkili sinyal yayılımı sağlar.
Uzlaşmacı bir optimizasyon çözümü olarak, mevcut ana akım antenler, ± 45 ° 'lik iki polarizasyon modunun üst üste binmesini benimser ve çift polarizasyon adı verilen iki osilatör tarafından bir ünitede iki ortogonal polarizasyon dalgası oluşturulur. Bu uygulama performansı sağlarken antenin entegrasyonunu da büyük ölçüde geliştirmektedir.
Anten şematik diyagramına birkaç çatal çizmeyi sevmemin nedeni budur.Bu çatallar, polarizasyon yönünü ve vibratör sayısını canlı bir şekilde temsil eder.
Yüksek kazançlı yönlü anten ile doğrudan kuleye asılabilir mi?
Açıktır ki, zemin alçaksa ve bina çok tıkalıysa, işe yaramaz; yüksek olduğunda havada kimse yoktur ve sinyal boşa harcanır. Sinyal çok uzağa iletilirse, baz istasyonu onu zar zor kabul edebilir, ancak cep telefonunun iletim gücü çok küçüktür. Baz istasyonu bunu alamıyor.
Bu nedenle, sinyalleri iletmek için antenin insan toprağına yönlendirilmesi ve kapsama alanının kontrol edilmesi gerekir. Bu, antenin sokak lambası gibi bir açıya eğilmesini gerektirir, her anten kendi alanının kapsama alanından sorumludur.
Bu, anten aşağı eğimi kavramını ortaya çıkarır.
Tüm antenler, montaj braketinde açı ölçeğine sahip bir topuz ile donatılmıştır.Konseptin mekanik hareketini kontrol etmek için topuzu çevirerek aşağı eğim açısı ayarlanabilir. Bu nedenle, aşağı doğru eğim açısının bu şekilde ayarlanması aynı zamanda mekanik aşağı doğru eğim olarak da adlandırılır.
Ancak bu yaklaşımın iki bariz dezavantajı vardır.
İlki beladır. Şebeke optimizasyonunun açısını ayarlamak için mühendislerin kuleye tırmanması gerekiyor. Asıl etkiyi söylemek zor, gerçekten zahmetli ve maliyetli.
İkincisi, mekanik aşağı eğim ayarlama yönteminin çok basit ve kaba olması ve dikey bileşenin ve antenin yatay bileşeninin genliğinin değişmemesi, bu da kapsama modelinin bozulmasına neden olmasıdır.
Bu kadar çabadan sonra, ayarlamadan önceki ve sonraki kapsama alanı tamamen değişti, bu da beklenen etkiyi elde etmeyi zorlaştırır.Ayrıca, arka kanadın yukarı dönmesi nedeniyle diğer baz istasyonlarına olan parazit de artmıştır, bu nedenle mekanik aşağı eğim açısı sadece hafifçe ayarlanabilir.
Öyleyse, daha iyi bir yol var mı?
Elektronik aşağı eğimi kullanmak için gerçek bir çözüm var. Elektronik aşağı doğru eğme ilkesi, eşdoğrusal dizi anten elemanının fazını değiştirmek, dikey bileşenin ve yatay bileşenin genliğini değiştirmek ve kompozit bileşenin alan kuvvetini değiştirmektir, böylece antenin dikey modeli aşağı doğru eğilir.
Başka bir deyişle, elektronik aşağı doğru eğimin anteni gerçekten eğmesi gerekmez, yalnızca mühendis bilgisayarın önündedir, fareyi tıklar ve yazılımla ayarlar. Dahası, elektronların aşağı doğru eğimi radyasyon modelinde bozulmaya neden olmayacaktır.
Elektronik olarak aşağıya doğru eğmenin basitliği ve rahatlığı, havadan değil, endüstrinin ortak çabalarıyla elde edilir.
2001 yılında, birkaç anten üreticisi, elektriksel olarak ayarlanabilen antenlerin arayüzünü standartlaştırmak isteyen AISG (Antenna Interface Standards Group) adlı bir organizasyon oluşturmak için bir araya geldi.
Şimdiye kadar anlaşmanın iki versiyonu vardı: AISG 1.0 ve AISG 2.0.
Bu iki protokol ile anten ve baz istasyonu farklı üreticiler tarafından üretilse bile, hepsi aynı AISG protokolüne uygun olduğu sürece, aşağı eğimli antenin kontrol bilgilerini birbirine iletebilir ve aşağı eğimin uzaktan ayarlanmasını gerçekleştirebilirler.
AISG protokolünün geriye doğru evrimiyle, yalnızca dikey aşağı eğim açısı uzaktan ayarlanamaz, aynı zamanda yatay azimut açısı ve ana lobun genişliği ve kazancı da uzaktan ayarlanabilir.
Dahası, çeşitli operatörlerin kablosuz frekans bantlarının sayısının artması ve 4G MIMO gibi teknolojilerin gerektirdiği anten bağlantı noktalarının sayısındaki keskin artış nedeniyle, antenler kademeli olarak tek frekanslı çift bağlantı noktasından çok frekanslı ve çok bağlantı noktalı hale geldi.
Antenin prensibi basit görünüyor, ancak performansta mükemmellik arayışı sonsuzdur. Şimdiye kadar bu makalede, sadece baz istasyonlarının temel bilgilerini niteliksel olarak tanımlamıştır.Daha derin gizemlere gelince, 5G'ye evrimin nasıl daha iyi desteklenebileceğine gelince, iletişim dalgaları hala aşağı yukarı arıyor.
Burada görebilen herkes gerçek aşktır. hepinize teşekkür ederim.
Kaynak: Wireless Deep Sea
