Anten
Anlaması kolay! Bunu okuduktan sonra yarım anten uzmanısınız
Okumayı bitirmek için tahmini 20 dakika
Hepimizin bildiği gibi antenler baz istasyonları ve cep telefonları tarafından sinyal iletmek için kullanılıyor.
İngilizcede anten kelimesi, orijinal olarak dokunaç anlamına gelen Anten'dir. Dokunaçlar, bir böceğin kafasının üstündeki iki uzun ince teldir. Bu kadar göze çarpmayan bir şeyi küçümsemeyin ama çeşitli sosyal bilgileri ileten şey bu dokunaçların gönderdiği kimyasal sinyallerdir.
Benzer şekilde, insan dünyasında kablosuz iletişim de bilgi iletmek için antenleri kullanır, ancak yararlı bilgileri taşıyan elektromanyetik dalgalardır. Aşağıdaki resimde birbiriyle iletişim kuran bir cep telefonu ve baz istasyonu örneği gösterilmektedir.
Baz istasyonunu incelemek için başınızı kaldırırsanız, kulenin tepesinde plakaya benzer bazı şeyler olduğunu göreceksiniz ki bu yazının kahramanı da bu: iletişim anteni, en sık ve cep telefonuyla doğrudan göz teması . bu mal mı?
Bu antene, adından da anlaşılacağı gibi, sinyal emisyonunun yönlendirilmiş olmasından dolayı yönlü anten denir. Size dönükse sinyal sadece; Eğer arkasında duruyorsanız, kusura bakmayın, hizmet alanında değil!
Şu anda, yönlü anten kullanan baz istasyonlarının büyük çoğunluğu, 360 derecelik kapsamayı tamamlamak için genellikle üç antene ihtiyaç duymaktadır. Bu eşyanın gizemli perdesini ortaya çıkarmak için, içinde gerçekte ne yüklü olduğunu görmek için onu sökmek gerekiyor.
İç boş, yapısı karmaşık değildir, vibratörler, reflektör plakası, besleme ağı ve anten kaportasından oluşur. Bu iç yapılar sinyallerin yönlü iletilmesi ve alınması işlevini ne, nasıl gerçekleştirecek?
Bunların hepsi elektromanyetik dalgadan başlıyor.
Antenin kaplamasını soymak
Antenler, havaya bilgi içeren elektromanyetik dalgalar yaydıkları, ışık hızında hareket ettikleri ve sonunda alıcı antene ulaştıklarından yüksek hızlarda bilgi iletme yeteneğine sahiptirler .
Hızlı trende yolcu taşımak gibi bir şey bu. Bilgileri yolcularla karşılaştırırsanız, yolcuları taşıyan araç: hızlı tren elektromanyetik dalgadır ve anten, elektromanyetik dalganın gönderilmesini yöneten istasyonun eşdeğeridir.
Peki elektromanyetik dalgalar nedir?
Bilim insanları, elektrik ve manyetizma gibi iki gizemli kuvveti yüzlerce yıldır inceliyor ve bu çalışmalar, İngiltere'den Maxwell'in, bir elektrik akımının, çevresinde bir elektrik alanı üretebileceği, değişen bir elektrik alanının bir manyetik alan üretebileceği ve değişen bir manyetik alanın, elektrik alanı üretebileceği önerisiyle doruğa ulaştı. bir elektrik alanı. Sonunda bu teori Hertz'in deneyleriyle doğrulandı.
Elektromanyetik alanın böylesine periyodik bir dönüşüme uğramasıyla elektromanyetik dalgalar uzaya yayılır ve yayılır. Daha fazla ayrıntı için "Elektromanyetik Dalgalar Görülemez veya Dokunulamaz, Bu Genç Adamın Tuhaf Fikri Dünyayı Değiştirdi" başlıklı makaleye bakın.
Yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi kırmızı çizgi elektrik alanını, mavi çizgi manyetik alanı temsil etmektedir ve elektromanyetik dalganın yayılma yönü aynı zamanda elektrik alanın ve manyetik alanın yönüne diktir.
Peki anten bu elektromanyetik dalgaları nasıl gönderiyor? Aşağıdaki şekle baktığınızda anlayacaksınız.
Elektromanyetik dalgalar üreten iki tele "osilatör" adı verilir. Genel olarak osilatörün boyutu yarım dalga boyunda olduğunda en iyi sonucu verir, bu nedenle genellikle "yarım dalga osilatörü" olarak adlandırılır.
Osilatör ile elektromanyetik dalgalar sürekli olarak yayılabilir. Bu, aşağıdaki şekilde gösterilmektedir:
Gerçek bir osilatör buna benzer.
Yarım dalga osilatör, elektromanyetik dalgayı sürekli olarak uzaya yayar ancak sinyal gücü, lastik gibi bir halka gibi uzayda düzgün bir şekilde dağılmaz. Sinyal yatay olarak güçlü, ancak dikey olarak zayıftır.
Aslında baz istasyonumuzun kapsama alanının yatay yönde biraz daha uzak olması gerekiyor, sonuçta yerdeki insanları aramak gerekiyor; Dikey yönde yüksek irtifa, yüksek havada uçmaya pek gerek yok Jitterbug insanları fırçalarken (güzergah kapsamı farklı bir konu, ardından konuşma yapılıyor).
Bu nedenle, elektromanyetik dalga enerjisi emisyonunda, yarım dalga osilatörün enerjisinin dikey yönde nispeten zayıf olmasına rağmen, yatay yönün daha da arttırılması gerekir, dikey yönde ise biraz daha zayıflaması gerekir.
Enerjinin korunumu ilkesine göre enerji ne artar ne de azalır, yatay yönde emisyon enerjisi artırılacaksa dikey yöndeki enerjinin zayıflatılması gerekir. Bu nedenle, standart yarım dalga dizisi enerji radyasyon yön haritasını aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi düzleştirmenin tek yolu.
Peki nasıl düzleştirilir? Cevap yarım dalga osilatörlerin sayısını arttırmaktır. Merkezde birden fazla vibratörün emisyonu, enerjinin kenarı zayıflatılmış, ışıma yönünde klapenin düzleşmesinin gerçekleşmesi, enerjinin yatay yönde yoğunlaşması amaçlanmaktadır.
Yönlü antenler en yaygın olarak genel makro baz istasyonu sistemlerinde kullanılır. Genel olarak bir baz istasyonu 3 sektöre bölünür ve her biri 120 derecelik bir aralığı kapsayan 3 antenle kaplanır.
Yukarıdaki şekilden, bu baz istasyonunun üç RF birimi kullanan üç sektörden oluştuğunu açıkça görebiliriz; bunun gerçekleşmesi için üç çift yönlü anten gerekir.
Yukarıdaki şema biraz daha sezgiseldir. Baz istasyonu dairenin merkezinde bulunur, büyük bir pasta her biri 120 derecelik bir sektör olan üç parçaya bölünmüştür, dolayısıyla buna üç sektör denir.
Peki anten elektromanyetik dalgaların yönlü emisyonunu nasıl sağlıyor ?
Zeki bir tasarımcıyı yenmek kesinlikle zor değil. Osilatöre bir reflektör eklemek için sinyalin yansımanın diğer tarafına geri gönderilmesi mi gerekiyor?
Böylece titreşimi yatay yöndeki elektromanyetik dalgayı daha da uzağa taşıyacak şekilde artırın ve ardından yönü kontrol etmek için reflektörü artırın, böylece iki atıştan sonra yönlü antenin prototipi doğdu, elektromanyetik dalga emisyonunun yönü aşağıdaki şekle dönüştü.
Ana flapın yatay tarafı fırlatmaya uzaktır, ancak dikey yön flapın üst tarafını ve flapın alt tarafını oluşturur ve aynı zamanda yansıma tam olmadığından dolayı kuyruk kısmında bir kuyruk bulunur. arka, kanadın arkası olarak bilinir.
Bu noktada antenin en önemli ölçüsü olan “kazanç”ın açıklaması devreye giriyor.
Adından da anlaşılacağı gibi kazanç, antenin sinyali güçlendirmesi anlamına gelir. Antenin güce ihtiyacı olmadığını, sadece kendisine iletilen elektromanyetik dalgayı ilettiğini söylemek mantıklıdır, nasıl "kazanç" olabilir?
Aslında kiminle, nasıl kıyaslanacağını görmenin anahtarı olan bir "kazanç" yok.
Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, ideal nokta radyasyon kaynağına ve yarım dalga osilatöre göre, anten, enerjiyi ana petal yönünde toplayabilir, elektromanyetik dalgayı, geliştirmenin ana petal yönüne eşdeğer olarak daha uzağa gönderebilir. . Yani, sözde kazanç, nokta radyasyon kaynağına veya yarım dalga osilatöre göre belirli bir yöndedir.
Peki, sonuçta anten ana valfinin kapsama alanı ve kazanımı nasıl ölçülür? Bu, "ışın genişliği" kavramının tanıtılmasını gerektirir. Merkez hattının her iki tarafındaki ana kanatçıklara elektromanyetik dalga yoğunluğunun ışın genişliği aralığının yarısına kadar zayıflatılması diyoruz.
Yoğunluk zayıflaması yarım olduğundan, yani 3dB olduğundan ışın genişliğine "yarım güç açısı" veya "3dB güç açısı" da denir.
Ortak anten yarı güç açısı en çok 60°'dir, ayrıca bazı daha dar 33°'lik antenler de vardır. Yarı güç açısı ne kadar dar olursa, sinyal ana valf yönünde ne kadar uzağa yayılırsa kazanç da o kadar yüksek olur.
Yatay ve dikey anten diyagramlarını birleştirdiğimizde üç boyutlu bir radyasyon diyagramı elde ediyoruz, çok daha sezgisel görünüyor.
Açıkçası, arka kanadın varlığı, yönlü antenin yönlülüğünü bozar ve bu durum en aza indirilmelidir. Ön ve arka kanat arasındaki enerji oranına "öncesi ve sonrası oranı" adı verilir, değer ne kadar büyükse o kadar iyidir, antenin önemli bir göstergesidir.
Kanadın üst tarafının değerli gücü boşuna gökyüzüne fırlatılır, ancak aynı zamanda küçük bir israf da değildir, bu nedenle yönlü antenlerin tasarımında kanadın üst tarafının bastırılması en aza indirilmeye çalışılmalıdır.
Ayrıca, ana kanat ile alt yan kanat arasında, sıfır sarkmanın alt kısmı olarak da bilinen, antenin sinyalin bulunduğu yere daha yakın olmasına yol açan bazı delikler vardır, anten tasarımında iyi değildir. "Sıfır noktası doldurma" olarak bilinen bu delikleri en aza indirmek için.
Anten konusunda dürüst olmak
Antenlerle ilgili bir diğer önemli kavram da polarizasyondur.
Daha önce de belirtildiği gibi, elektromanyetik dalgaların yayılması esasen elektromanyetik alanların yayılmasıdır ve elektrik alanlarının bir yönü vardır.
Elektrik alanın yönü yere dik ise buna dikey polarize dalga diyoruz. Benzer şekilde yere paralel, yatay olarak polarize bir dalgadır.
Elektrik alanın yönü yerle 45° açı yapıyorsa buna ±45° polarizasyon diyoruz.
Elektromanyetik dalgaların özellikleri nedeniyle, sinyalin yere yakın yatay polarizasyon yayılımının, dünya yüzeyinde polarizasyon akımı üreteceğine, böylece elektrik alanı sinyalinin hızlı zayıflamasına ve dikey polarizasyonun polarizasyon akımı üretmesinin kolay olmadığına karar verildi. Böylece sinyalin etkili bir şekilde yayılmasını sağlamak için enerjinin önemli ölçüde zayıflaması önlenir.
Bir optimizasyon şeması olarak, artık ana akım antenler , çift polarizasyon olarak bilinen iki ortogonal polarizasyon dalgasını oluşturmak için bir ünitedeki iki osilatör tarafından üst üste bindirilen ± 45 ° iki polarizasyon yöntemini kullanıyor. Performansı aynı zamanda sağlamak için yapılan bu gerçekleştirme, anten entegrasyonunu da büyük ölçüde geliştirmiştir.
Anten şemalarının içeriye bir dizi çatal çizmeyi sevmesinin nedeni budur, bu çatallar hem mecazi olarak polarizasyon yönünü hem de osilatör sayısını temsil eder.
Yüksek kazançlı yönlü anten ile doğrudan kuleye asılmak mümkün mü?
Açıkçası, alçak binaların asılması çok fazla yer kaplıyor, hayır; Yüksek asılı, kimse havada değil, sinyal israfı ve sinyalin çok uzağa yayılmasına izin verilirse, baz istasyonu zorlukla kabul edebilir, ancak cep telefonunun iletim gücü çok küçük, gönderilen baz istasyonu alınamıyor.
Dolayısıyla bu antenin sinyalleri insanların bulunduğu yere iletmesi ve kapsama alanının kontrol edilmesi gerekiyor. Bu, antenin bir sokak lambası gibi belirli bir açıyla aşağıya doğru eğilmesini gerektirir; her anten kendi alanının kapsama alanından sorumludur.
Bu, anten aşağı eğimi kavramını ortaya çıkarır.
Tüm antenlerin montaj braketlerinde açı ölçeği bulunan bir düğme bulunur ve braketin mekanik hareketini kontrol etmek için düğmeyi çevirerek aşağı eğim açısı ayarlanabilir. Dolayısıyla aşağı eğimin bu şekilde ayarlanmasına mekanik aşağı eğim de denir.
Ancak bu yöntemin iki belirgin dezavantajı vardır.
Birincisi sıkıntı. Açıyı ayarlamak için ağ optimizasyonu yapmak için mühendislerin istasyondaki kuleye tırmanması gerekiyor, bunun gerçek etkisi yeterince iyi değil, zahmetli, yüksek maliyetli.
İkincisi, mekanik eğim ayarının çok basit ve kaba olması ve antenin dikey bileşeninin ve yatay bileşeninin genliğinin değişmemesidir, bu nedenle kapsama alanı yön haritasının düzleştirilmesine zorlanarak distorsiyona yol açacaktır.
Bu kadar çok çabadan sonra, ayarlama öncesi ve sonrası kapsama alanı tamamen değişir, istenen etkiyi elde etmek zordur, ancak aynı zamanda arka petalin yukarı doğru eğriliği nedeniyle diğer baz istasyonlarının parazitlenmesine de yol açar, bu nedenle mekanik eğim açısı yalnızca küçük artışlarla ayarlanabilir.
Peki daha iyi bir yol var mı?
Gerçekten elektronik eğimi kullanmanın bir yolu var. Elektronik aşağı eğim prensibi, ortak hat dizisi anten osilatörünün fazını değiştirmek, dikey bileşenin genliğini ve yatay bileşen boyutunu değiştirmek, sentezlenen bileşen alan kuvvetini değiştirmek, böylece anten şeklinin dikey yönü aşağıya doğru eğilmektir.
Yani, elektronik aşağı eğimin gerçekten antenin eğilmesine izin vermesine gerek yok, sadece mühendislerin bilgisayarın önünde olması, fareyi işaretleyip tıklaması gerekiyor, yazılımla ayarlama yapılabiliyor. Üstelik elektronik eğim, radyasyon yönü haritasının bozulmasına neden olmayacaktır.
Elektronik eğimin basitliği ve rahatlığı birdenbire ortaya çıkmaz, ancak endüstrinin ortak çabaları sayesinde ortaya çıkar.
2001 yılında birçok anten üreticisi bir araya gelerek AISG (Antenna Interface Standards Group) adlı bir organizasyon kurarak ESC anteninin arayüzünü standartlaştırmak istiyor.
Şu ana 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 protokolünü takip ettiği sürece anten eğim kontrol bilgilerini birbirlerine iletebilir ve eğimin uzaktan ayarlanmasını gerçekleştirebilirler. açı.
AISG protokolünün geriye doğru gelişmesiyle, yalnızca dikey eğim açısı değil, yatay azimut açısı bile uzaktan ayarlanabiliyor ve ana kanadın genişliği ve kazancı uzaktan ayarlanabiliyor.
Üstelik, her operatörün artan kablosuz bant sayısı ve 4G'nin MIMO'su ve diğer teknolojilerin gerektirdiği anten bağlantı noktası sayısındaki dramatik artış nedeniyle, anten de yavaş yavaş tek frekanslı çift bağlantı noktasından çoklu bağlantı noktasına doğru evriliyor. frekans çoklu bağlantı noktası.
Antenin prensibi basit gibi görünse de performansta mükemmeliyet arayışının sonu yoktur. Bu noktaya kadar bu makale, baz istasyonuna ilişkin temel bilginin yalnızca niteliksel bir açıklamasıdır; içerideki daha derin gizeme gelince, 5G'ye evrimin nasıl daha iyi destekleneceği, insanların hâlâ araştırdığı bir iletişim dalgası!
