Antennengewinn: „Energiefokussierungstechnik“ für passive Geräte

Antennengewinn: „Energiefokussierungstechnik“ für passive Geräte

Die Antenne ist die Kernkomponente eines drahtlosen Kommunikationssystems und ihre „Verstärkungs“-Eigenschaft wirft häufig Fragen auf: Da es sich um ein passives Gerät handelt, verstärkt die Antenne selbst die Signalleistung nicht. Warum gibt es also eine „Verstärkung“? Tatsächlich beschreibt die Antennenverstärkung nicht die Leistungsverstärkung, sondern vielmehr die Fähigkeit der Antenne, Energie in eine bestimmte Richtung zu konzentrieren.

1. Die Essenz des Gewinns: Energieumverteilung

Das Wesen des Antennengewinns besteht darin, die Signalstärke in der angegebenen Richtung zu erhöhen, indem die Strahlungsfähigkeit in andere Richtungen geopfert wird. Es ist, als würde man eine Glühbirne durch eine Taschenlampe ersetzen: Die Gesamtenergie ist gleich, aber das Licht wird von einem Reflektor fokussiert, der weiter entfernt leuchtet.

Definition von Gewinn: Unter der Bedingung gleicher Eingangsleistung ist das Verhältnis der Signalleistungsdichten, die am gleichen Punkt im Raum von einer tatsächlichen Antenne und einem idealen Strahlungselement erzeugt werden.

Es gibt zwei Schlüssel zum Verständnis des Antennengewinns:

Als passives Gerät fügt die Antenne keine Leistung hinzu, sondern verteilt die Energie neu;

Der Antennengewinn ist ein relativer Wert in Bezug auf eine Referenzantenne.

2. Verstärkung und Direktionalität: zwei Seiten derselben Medaille

Der Antennengewinn hängt eng mit der Richtcharakteristik zusammen: Je schmaler die Hauptkeule und je kleiner die Nebenkeule der Richtcharakteristik, desto höher ist der Gewinn.

Rundstrahlantenne: 360°-Abstrahlung in der horizontalen Ebene und Strahlbegrenzung in der vertikalen Ebene

Richtantenne: Fokussiert Energie in einen schmalen Strahl

Gemäß dem Energieerhaltungssatz ist der Gewinn der Antenne in einigen Richtungen positiv, während der Gewinn in anderen Richtungen negativ ist.

3.Quantisierte Darstellung des Gewinns

Beispielsweise entspricht eine 0-dBd-Antenne 2,15 dBi; Der Antennengewinn der GSM-Richtungsbasisstation beträgt etwa 18 dBi und der Antennengewinn der omnidirektionalen Basisstation beträgt etwa 11 dBi.

4. Gängige Methoden zur Verbesserung des Antennengewinns

Die Kernidee besteht darin, die Keulenbreite in der vertikalen Ebene zu reduzieren und gleichzeitig die Strahlungsanforderungen in der horizontalen Ebene zu berücksichtigen. Zu den Mainstream-Technologien gehören:

Erhöhen Sie die Größe der Antenne: Wie bei einer Parabolantenne hängt der Gewinn positiv von der Apertur ab. Die Formel lautet G (dBi) = 10L G { 4,5 × (D/λ0) ² } (D ist der Durchmesser des Paraboloids und λ0 ist die zentrale Arbeitswellenlänge). Je höher der Gewinn.

Nehmen Sie ein Antennenarray an, indem Sie mehrere Antenneneinheiten nach einer Regel anordnen (z. B. ein vertikales Array mit vier Elementen), um die Überlagerung elektromagnetischer Wellen in derselben Phase in einer Zielrichtung zu ermöglichen. Ein einzelner Halbwellenoszillator (2,15 dBi) kann auf 8,15 dBi erhöht werden.

Anwendung moderner Technologien: Intelligente Antennen konzentrieren die Strahlungsenergie durch Arrays, und die MIMO-Technologie kombiniert mehrere Antennen, um die Signalübertragung zu optimieren. Der Gewinn dieses Systems kann indirekt verbessert werden.

In der praktischen Technik müssen bei der Auswahl der Antennenverstärkung viele Faktoren berücksichtigt werden, wie z. B. Abdeckungsanforderungen, Gerätegröße und Installationsumgebung. Obwohl eine Antenne mit hoher Verstärkung die Abdeckungsreichweite erweitern kann, bringt sie auch das Problem der Strahlverengung mit sich, die eine präzise Ausrichtung erfordert.

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