גרונטלעכע פּרינציפּן פון אַנטענעס און פּראָפּאַגאַציע
אַנטענעס און פּראָפּאַגאַציע זענען צוויי הויפּט קאָנצעפּטן אין דראָטלאָזע קאָמוניקאַציע סיסטעמען. אַנטענעס דינען ווי אַ "בריק" וואָס קאָנווערטירט עלעקטרישע סיגנאַלן אין אַ קרייַז אין עלעקטראָמאַגנעטישע כוואַליעס וואָס פּראָפּאַגירן אין פרייען פּלאַץ, און פארקערט. פּראָפּאַגאַציע, דערווייל, אויספאָרשט ווי די עלעקטראָמאַגנעטישע כוואַליעס רייזן פון טראַנסמיטער צו ופנעמער, אַרייַנגערעכנט סביבה פאַקטאָרן וואָס ווירקן אויף סיגנאַל שטאַרקייט און קוואַליטעט. פֿאַרשטיין די גרונט פּרינציפּן פון אַנטענעס און פּראָפּאַגאַציע איז יקערדיק פֿאַר דיזיינינג סעליאַלער נעטוואָרקס, בראָדקאַסט ראַדיאָ, Wi-Fi, סאַטעליטן, ראַדאַר, און אפילו אינטערנעט פון זאכן (IoT) קאָמוניקאַציע .
1. פֿאַרשטיין אַנטענעס און זייערע פֿונקציעס
פשוט געזאגט, איז אן אנטענע אן עלעקטראמאגנעטישע אפאראט וואס טראנסמיטירט אדער באקומט ראדיא כוואליע ענערגיע. ביים טראנסמיטער עק, קאנווערטירט אן אנטענע הויך-פרעקווענץ (RF) שטראמען און וואלטאזשן אין עלעקטראמאגנעטישע כוואליעס וואס פארשפרייטן זיך דורך דער לופט אדער אנדערע מעדיום. ביים ריסיווער עק, טוט אן אנטענע דאס פארקערטע: זי כאפט עלעקטראמאגנעטישע כוואליעס און קאנווערטירט זיי אין עלעקטרישע סיגנאלן וואס ווערן דערנאך פראצעסירט דורך דעם ריסיווער אפאראט.
די הויפּט פונקציעס פון דער אַנטענע אַרייַננעמען:
1. ראַדיאַציע: אויסשטראַלן RF ענערגיע אין פרייען פּלאַץ.
2. רעצעפּציע: כאַפּט RF ענערגיע פֿון דער סביבה.
3. ריכטונגס-קראפט: ריכטן ענערגיע אין א געוויסע ריכטונג צו פארגרעסערן די ראיאן אדער קוואליטעט פון אויפנאמע.
4. אימפּעדאַנס מעטשינג: העלפט איבערפירן מאַקסימום מאַכט פון די טראַנסמיטער צו די אַנטענע אָדער פון די אַנטענע צו די ופנעמער.
2. וויכטיקע אַנטענע פּאַראַמעטערס
אַנטענע פאָרשטעלונג ווערט באַשטימט ניט נאָר דורך איר גשמיותער פאָרעם, נאָר אויך דורך אַ צאָל שליסל טעכנישע פּאַראַמעטערס.
א. פרעקווענץ און כוואַליע לענג
אַנטענעס אַרבעטן אָפּטימאַל ביי געוויסע פרעקווענצן. פרעקווענץ (f) איז פֿאַרבונדן מיט כוואַליע-לענג (λ) דורך די באַציִונג:
λ = C / F
וואו c איז די שנעלקייט פון ליכט (ארום 3 × 10⁸ מ/ס). אסאך קלאסישע אנטענעס ווערן געמאכט מיט פראקציאנעלע וועוולענגטס, למשל האלב-וועלוו (λ/2) אדער קווארטער-וועלוו (λ/4) אנטענעס, ווייל זיי פראדוצירן גוטע עפעקטיווקייט.
ב. ראַדיאַציע מוסטער
דער שטראַלונג מוסטער באַשרײַבט ווי אַן אַנטענע'ס שטראַלנדיקע מאַכט איז פֿאַרטיילט אין פֿאַרשידענע ריכטונגען. עס זענען דאָ צוויי אַלגעמיינע קאַטעגאָריעס:
– אמנידירעקשאַנאַל: שטראַלט גלייך אין דער האָריזאָנטאַלער פלאַך (למשל: מאָנאָפּאָל אַנטענע אויף אַ Wi-Fi ראַוטער).
– ריכטונגס-געבנדיק: פאקוסירט דעם שטראל אין א געוויסע ריכטונג (ביישפילן: יאגי אנטענעס, פאראבאלישע אנטענעס, און פאנעל אנטענעס).
די ראַדיאַציע מוסטער קען ווערן וויזואַליזירט אין דער פאָרעם פון אַ 2D אָדער 3D דיאַגראַם, און איז זייער נוצלעך פֿאַר באַשטימען די פּאָזיציע און אָריענטאַציע פון דער אַנטענע.
ג. אַנטענע געווינס
געווינס איז אַ מאָס פון ווי עפעקטיוו אַן אַנטענע פאָקוסירט ענערגיע קאַמפּערד צו אַ רעפערענץ אַנטענע. געווינס ווערט געוויינטלעך אויסגעדריקט אין dBi (פאַרגליכן מיט אַן איזאָטראָפּיש אַנטענע) אָדער dBd (פאַרגליכן מיט אַ האַלב-כוואַליע דיפּאָל). העכערע געווינס מיינט בכלל אַ לענגערע ראַנגע אין אַ געגעבענער ריכטונג, אָבער קומט אָפט מיט אַ שמאָלער שטראַל ווינקל.
ד. באַנדווידט
באַנדווידט איז די פרעקווענץ קייט איבער וועלכער אַן אַנטענע אַרבעט נאָך גוט (למשל, נידעריק VSWR אָדער גוט צוריקקער אָנווער). מאָדערנע אַפּלאַקיישאַנז ווי LTE, 5G, און Wi-Fi דאַרפן ברייט באַנדווידט צו טראָגן הויך-גיכקייַט דאַטן.
ה. פּאָלאַריזאַציע
פּאָלאַריזאַציע איז די אָריענטאַציע פון דעם עלעקטרישן פעלד פון אַן עלעקטראָמאַגנעטישן כוואַליע. געוויינטלעכע פּאָלאַריזאַציעס אַרייַננעמען:
– לינעאַר האָריזאָנטאַל/ווערטיקאַל
– צירקולאַר (RHCP/LHCP)
פּאָלאַריזאַציע מאַטשינג צווישן טראַנסמיטער און ופנעמער איז וויכטיק ווייַל מיסמאַטש קען פאַרשאַפן באַטייטיק מאַכט אָנווער.
ו. אימפּעדאַנס און VSWR
אַנטענעס האָבן אַ כאַראַקטעריסטישע אימפּעדאַנס (אָפט געצילט ביי 50 Ω). ווען די אַנטענע אימפּעדאַנס איז נישט צוגעפּאַסט צו דער טראַנסמיסיע ליניע, ווערט אַ טייל מאַכט רעפלעקטירט צוריק צום טראַנסמיטער. דאָס ווערט געמאָסטן דורך די VSWR (וואָולטידזש שטייענדיקע כוואַליע פאַרהעלטעניש), אדער צוריקקער אָנווער. ווי נידעריקער די VSWR, אַלץ בעסער די מאַכט אַריבערפירן.
3. געוויינטלעכע טיפן פון אַנטענעס
עטלעכע פארמען פון אַנטענעס וואָס מען טרעפט אָפט זענען:
– דיפּאָל: פּשוט, אָפט געניצט אין ראַדיאָ.
– מאָנאָפּאָל/וויפּ: ברייט געניצט אין מאָבילע דעוויסעס און באַזע סטאַנציעס.
– יאַגי-ודאַ: ריכטונגס-געבנדיק, פּאָפּולער פֿאַר ליבהאָבער טעלעוויזיע און ראַדיאָ.
– פּאַראַבאָלישע שיסל: הויך געווינס פֿאַר סאַטעליט און לאַנג-דיסטאַנס פֿאַרבינדונגען.
– פּאַטש/מיקראָסטריפּ: קליין און גרינג צו אינטעגרירן, געוויינטלעך אין דזשי-פּי-עס דעוויסעס און מאָביל טעלעפאָנען.
– אַרעי/MIMO: קאָמבינאַציע פֿון פֿיל עלעמענטן פֿאַר שטראַלפֿאָרמינג, וויכטיק אין 5G.
די אויסוואל פון אַנטענע טיפּ דעפּענדס אויף די אָפטקייט רעקווייערמענץ, געווינס, גרייס, טראַנסמיסיע ריכטונג און ינסטאַלירונג סביבה.
4. גרונטלעכע יסודות פון ראַדיאָ כוואַליע פּראָפּאַגאַציע
פּראָפּאַגאַציע איז דער פּראָצעס דורך וועלכן ראַדיאָ כוואַליעס רייזן פֿון אַ טראַנסמיטער צו אַ ופנעמער. אין פּראַקטיק, רייזן כוואַליעס נישט שטענדיק אין אַ גלייכער ליניע אָן שטערונג. פֿיל פֿאַקטאָרן, ווי טעריין, געביידעס, וועטער און אַטמאָספֿערישע שיכטן, קענען פֿאַרשטאַרקן אָדער שוואַכן אַ סיגנאַל.
א. ליניע פון זעאונג (LOS) און נישט-LOS
– LOS (ליניע פון זיכט): דער טראַנסמיטער און ופנעמער "זען" זיך אָן קיין גרויסע שטערונגען. די דאָזיקע צושטאַנד גיט געוויינטלעך די בעסטע סיגנאַל קוואַליטעט.
– NLOS (נישט-ליניע פון זיכט): עס זענען דא שטערונגען ווי געביידעס, בערג, אדער ביימער. דער סיגנאַל קען נאך אלץ דערגרייכן דעם ריסיווער דורך רעפלעקציע, דיפראַקציע, אדער צעשפרייטונג, אבער געווענליך דערפארן עס פארשוואכונג און פארדרייונג.
ב. הויפּט פּראָפּאַגאַציע מעקאַניזם
1. רעפלעקציע
דאָס פּאַסירט ווען כוואַליעס אָפּשפּרונגען פֿון גרויסע פֿלעכן ווי געביידעס אָדער דער ערד. אָפּשפּיגלונג קען העלפֿן סיגנאַלן דערגרייכן געביטן וואָס זענען נישט גלייך קענטיק, אָבער עס קען אויך פֿאַראורזאַכן שטערונגען.
2. דיפראַקציע
כוואַליעס קענען זיך "בייגן" אַרום די ברעגן פון אָביעקטן ווי בערג אָדער געביידעס. דיפראַקציע ערלויבט קאָמוניקאַציע אין שאָטענע געביטן, אָבער סיגנאַל מאַכט איז געוויינטלעך רידוסט.
3. צעשפּרייטונג
עס פּאַסירט ווען כוואַליעס טרעפן קליינע אָביעקטן אָדער גראָבע ייבערפלאַכן ווי בלעטער, פּויליש אָדער אומגלייכע ייבערפלאַכן. צעשפּרייטונג איז אָפט דאָמינאַנט ביי הויכע פרעקווענצן און אין שטאָטישע סביבות.
4. אַבזאָרפּציע
געוויסע מאַטעריאַלן אַבזאָרבירן כוואַליע ענערגיע, ווי למשל בעטאָן ווענט, וואַסער, און דער מענטשלעכער קערפּער. ביי העכערע פרעקווענצן (למשל, מילימעטער כוואַליע), ווערט אַבזאָרפּציע דורך רעגן און דער אַטמאָספער מער באַטייטיק.
ג. מולטיפּאַט און פאַדינג
אין רעאַלע סביבות, קומען סיגנאַלן אָפט אָן צו אַ ריסיווער דורך קייפל וועגן (מולטיפּאַט). די וועגן האָבן פאַרשידענע רייזע צייטן און פאַזעס, און דעריבער קענען זיי פארשטארקן אָדער שוואַכן איינער דעם אַנדערן. די דערשיינונג פון שנעלע סיגנאַל לעוועל וועריאַציעס ווערט גערופן פיידינג. צו אַדרעסירן דעם, נוצן מאָדערנע סיסטעמען טעקניקס ווי:
– דייווערסיטי (אַנטענע דייווערסיטי)
– מימאָ
– אָ.פ.ד.מ.
– גלייכרעכטיגונג
5. פּראָפּאַגאַציע אָנווער מאָדעל (וועג אָנווער)
ווי די דיסטאַנץ וואַקסט, פאַרקלענערט זיך די באַקומענע סיגנאַל-מאַכט. אין פרייען פּלאַץ קען מען אַפּראָקסימירן די פארלוסטן מיטן פרייען פּלאַץ וועג פארלוסט (FSPL) מאָדעל, וואָס ווייזט אַז פארלוסטן וואַקסן מיט דיסטאַנץ און אָפטקייט. אָבער, אין שטאָטישע אָדער אינעווייניקסטע סביבות ווערט דער מאָדעל מער קאָמפּליצירט צוליב רעפלעקציעס און שטערונגען.
אין פּראַקטיק, נוצן נעץ דיזיינערס אַ קאָמבינאַציע פון פעלד מעסטונגען און עמפּירישע מאָדעלן (למשל, אָקומוראַ-האַטאַ, COST-231, אָדער אינעווייניקסטע מאָדעלן) צו אָפּשאַצן קאַווערידזש.
6. סביבה־פאקטארן וואָס האָבן אַן השפּעה אויף פּראָפּאַגאַציע
עטלעכע פון די הויפּט סיבות וואָס השפּעה האָבן אויף פאַרשפּרייטונג זענען:
– טאָפּאָגראַפֿיע: בערג, טאָלן און לאַנד קאָנטורן האָבן אַן עפֿעקט אויף LOS און דיפֿראַקציע.
– געביידע געדיכטקייט: שטאָטישע סביבות פאַרגרעסערן מולטיפּאַט און שאַדאָוינג.
– וועגעטאַציע: ביימער אַבזאָרבירן און צעשפּרייטן סיגנאַלן, ספּעציעל ווען זיי זענען נאַס.
– וועטער: שווערע רעגן קענען שוואַכן סיגנאַלן אויף הויכע פרעקווענצן, ספּעציעל סאַטעליט און mmWave לינקס.
– אַנטענע הייך: וואָס העכער אַלץ בעסער די LOS קאַווערידזש, ספּעציעל פֿאַר סעליאַלער און ראַדיאָ נעטוואָרקס.
7. באַציִונג צווישן אַנטענע און פּראָפּאַגאַציע
אַנטענעס און פּראָפּאַגאַציע זענען נישט צעשיידלעך. אַ הויך-געווינס אַנטענע קען פֿאַרגרעסערן די ראַנגע אין אַ ספּעציפֿישער ריכטונג, אָבער אויב די סביבה שאַפֿט אַ סך רעפֿלעקציעס, קען אַ הויך-ריכטונגס אַנטענע פֿאַרלירן דעם סיגנאַל אין דעם רעפֿלעקטירטן וועג וואָס וואָלט אַנדערש געווען נוצלעך. פאַרקערט, אַן אָמנידירעקשאַנאַל אַנטענע איז מער פֿלעקסיבל אין מולטיפּאַט געביטן אָבער טיפּיש האט אַ קירצערע ראַנגע. דעריבער, נעמט וויירלעס קאָמוניקאַציע פּלאַן שטענדיק אין באַטראַכט ביידע אַנטענע קעראַקטעריסטיקס (מוסטער, פּאָלאַריזאַציע, געווינס) און פּראָפּאַגאַציע באַדינגונגען (LOS/NLOS, מולטיפּאַט, שטערונגען).
קעסימפּולאַן
די גרונט־פּרינציפּן פון אַנטענעס און פּראָפּאַגאַציע זענען די יסוד פון אַלע וויירלעס קאָמוניקאַציע טעכנאָלאָגיע. אַנטענעס באַשטימען ווי RF ענערגיע ווערט אַרויסגעלאָזט אָדער באַקומען דורך פּאַראַמעטערס ווי ראַדיאַציע מוסטער, געווינס, באַנדווידט און פּאָלאַריזאַציע. דערווייל, פּראָפּאַגאַציע באַשרײַבט די כוואַליע'ס רייזע דורך שווערע סביבות ווי אָפּשפּיגלונג, דיפראַקציע, צעשפּרייטונג און אַבזאָרפּציע. דורך פֿאַרשטיין ביידע, קענען מיר דיזיינען מער פאַרלאָזלעכע, עפֿעקטיווע און פּאַסיקע קאָמוניקאַציע סיסטעמען - פֿון פּשוטע היים נעטוואָרקס ביז נאַציאָנאַלע טעלעקאָמוניקאַציע אינפֿראַסטרוקטורן.
אויב איר ווילט, קען איך אַדאַפּטירן דעם אַרטיקל צו זיין מער טעכניש (מיט פֿאָרמולעס און קאַלקולאַציע ביישפילן) אָדער מער פּראַקטיש (מיט ביישפילן פון אַפּליקאַציעס צו Wi-Fi, סעליאַלער באַזע סטאַנציעס, אָדער סאַטעליט קאָמוניקאַציע ).
