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天線分集技術(shù)的原理--飛宇信
發(fā)布時(shí)間:
2019-08-16 17:42
無線電通信中更難于理解的部分在于無線電通信鏈路質(zhì)量與多種外部因素相關(guān),多種可變因素交織在一起產(chǎn)生了復(fù)雜的傳輸環(huán)境,而這種傳輸環(huán)境通常很難解釋清楚。然而,掌握基本概念往往有助于理解多變的無線電通信鏈接品質(zhì),一旦理解了這些基本概念,其中許多問題可以通過一種低成本、易實(shí)現(xiàn)的被稱作天線分集(antenna diversity)的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。
環(huán)境因素的考慮
影響無線電通信鏈路持續(xù)穩(wěn)定的首要環(huán)境因素是被稱為多徑/衰落和天線極化/分集的現(xiàn)象。這些現(xiàn)象對(duì)于鏈路質(zhì)量的影響要么是建設(shè)性的要么是破壞性的,這取決于不同的特定環(huán)境??赡馨l(fā)生的情況太多了,于是,當(dāng)我們?cè)囍私馓囟ǖ沫h(huán)境條件在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)對(duì)無線電通信鏈接的作用,以及會(huì)造成何種鏈接質(zhì)量時(shí),這無疑是非常困難的。
天線極化/分集
這種被稱為天線極化的現(xiàn)象是由給定天線的方向?qū)傩砸鸬?,雖然有時(shí)候把天線極化解釋為在某些無線電通信鏈路質(zhì)量上的衰減,但是一些無線電通信設(shè)計(jì)者經(jīng)常利用這一特性來調(diào)整天線,通過限制收發(fā)信號(hào)在限定的方向范圍之內(nèi)達(dá)其所需。這是可行的,因?yàn)樘炀€在各個(gè)方向上的輻射不均衡,并且利用這一特性能夠屏蔽其他(方向)來源的射頻噪聲。
簡(jiǎn)單的說,天線分為全向和定向兩種。全向天線收發(fā)信號(hào)時(shí),在各個(gè)方向的強(qiáng)度相同,而定向天線的收發(fā)信號(hào)被限定在一個(gè)方向范圍之內(nèi)。若要打造高度穩(wěn)固的鏈接,首先就要從了解此應(yīng)用開始。例如:如果一個(gè)鏈路上的信號(hào)僅來自于特定的方向,那么選擇定向天線獲益更多。裝有定向天線的接收器接收位于由天線方向?qū)傩詻Q定的視線方向范圍之內(nèi)的發(fā)射器發(fā)出的信號(hào),而其他位于該方向范圍之外的發(fā)射器發(fā)出的信號(hào)被屏蔽。
裝有定向天線的發(fā)射器發(fā)射它的大部分能量到預(yù)定的方向上,而不是在所有方向上發(fā)射,同時(shí)也不會(huì)減小它的覆蓋能力。為了簡(jiǎn)化對(duì)天線剖面的理解,天線廠商提供了天線輻射圖。天線輻射圖有不同的格式,如E面圖(E plane plot)和波瓣圖(polar plot):
圖1
如圖1。除了方向性或形狀外,E面圖提供了大量信息,但通常不如波瓣圖表述的那樣清楚明了。波瓣圖被設(shè)計(jì)成類似指南針,使得對(duì)于任意給定方向上的天線增益更易理解。
圖2
如圖2中,工程師能看到一個(gè)高級(jí)的三維視圖,指示在預(yù)定的面上天線如何運(yùn)行。然而天線也傾向于在其他軸上改變特性,但通常不提供三維圖形數(shù)據(jù),因?yàn)檫@會(huì)顯著增加圖表的復(fù)雜性。拉桿天線是一個(gè)典型的全向天線,它有一個(gè)簡(jiǎn)單的三維剖面。
在平面圖中,拉桿天線能提供極佳的覆蓋,但是在三維圖形中,它們?cè)诒旧碚戏交蛘路降谋憩F(xiàn)極差,這有助于我們能更了解天線被放在兩層的室內(nèi)環(huán)境中的情況。
通常,由于RF信號(hào)會(huì)被墻壁和其他室內(nèi)物體反射,因此不易觀察到天線極化的效果,然而,仍可以觀察到其它對(duì)RF信號(hào)可能是建設(shè)性或破壞性的作用,此作用被稱為多徑/衰減。當(dāng)發(fā)射器或接收器有些小移動(dòng),且對(duì)鏈接質(zhì)量造成極大差異時(shí),通常便會(huì)觀察到此種衰減現(xiàn)象。當(dāng)天線在接收和傳送信號(hào)的波峰時(shí)便會(huì)發(fā)生此情況。
多重路徑則是此概念的延伸。當(dāng)無線電通信電波被傳送時(shí),它們被接收器接收的路徑可能不只一條,由于其他物體(例如墻壁和樹木)的反射形成多重路徑,信號(hào)可能來自多個(gè)路徑。接收這些來源的信號(hào),其到達(dá)的時(shí)間可能會(huì)有些微小差距,這就意味可能會(huì)發(fā)生輕微的相位偏移。當(dāng)這些信號(hào)結(jié)合在一起,它們可能會(huì)導(dǎo)致“衰減這種消失的形式。最差的情況之一,是兩個(gè)信
號(hào)以相差180o的相位到達(dá)接收器,接收器將無法看到任何數(shù)據(jù),造成100%的信號(hào)衰減。在大部分的情況中,接收器不太可能會(huì)接收到相位偏移達(dá)180o的兩個(gè)信號(hào),但是當(dāng)多重路徑的環(huán)境出現(xiàn)時(shí),某些相位偏移還是有可能發(fā)生的,在這些情況下,便會(huì)發(fā)生某些信號(hào)衰減。
天線分集
天線分集是一種被用以恢復(fù)信號(hào)完整度的技術(shù)。在產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)天線分集的天線,與另一個(gè)天線有一個(gè)呈90o的天線架,如此極化/定向性的影響將不會(huì)降低潛在無線電通信鏈接的質(zhì)量。除此之外,實(shí)現(xiàn)天線分集的產(chǎn)品中的各個(gè)天線,其天線架的位置皆會(huì)維持至少1/4波長(zhǎng)的距離,如此能確保至少有一個(gè)天線是在波形的波峰中。
雖然天線分集對(duì)于恢復(fù)信號(hào)完整度,以及維持鏈接邊界免受環(huán)境影響等頗有益處,但是必須在其它方面做出很大的犧牲,意味著微控制器(MCU)整體成本的增加,因?yàn)槲⒖刂破鞅仨氶L(zhǎng)時(shí)間待命,以時(shí)時(shí)評(píng)估天線信號(hào)。增加的微控制器功能將會(huì)導(dǎo)致需要規(guī)格更高和更貴的微控制器,而微控制器必須“隨時(shí)待命,也造成電池壽命縮短。在其他情況中,采用兩個(gè)天線的解決方案將增加額外的空間需求,或是需要其它的編碼專業(yè)技能,這些都限制設(shè)計(jì)人員只能采用單一天線設(shè)計(jì)。
編碼一個(gè)天線分集系統(tǒng)將會(huì)增加設(shè)計(jì)上的編碼負(fù)擔(dān)。許多天線分集系統(tǒng)會(huì)經(jīng)過最佳化,以同步方式運(yùn)作。接收器上的微控制器具有定時(shí)功能,讓接收器知道何時(shí)要開始接收數(shù)據(jù),在這些情況下,微控制器可立刻開始評(píng)估兩個(gè)天線的信號(hào)。為評(píng)估此信號(hào),微控制器會(huì)切換各個(gè)天線并評(píng)估接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI,Received Signal Strength Indication)水平。在接收器并未采用定時(shí)器的其它產(chǎn)品中,無線電通信必須去偵測(cè)一個(gè)打包的開始,因?yàn)榍皩?dǎo)信號(hào)可能會(huì)被誤判為噪聲(或反之亦然),不幸的是,特定天線中的強(qiáng)烈噪聲可能會(huì)導(dǎo)致打包的開始被錯(cuò)過。
為確認(rèn)此天線切換的頻率足以捕捉天線之一的打包,每當(dāng)此算法進(jìn)入“測(cè)量SQ功能時(shí),便會(huì)啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器。最少切換時(shí)間其中:TPL為在特定信號(hào)部分中可被容許用來選擇天線的最長(zhǎng)時(shí)間(例如打包的前導(dǎo)信號(hào))N是分集接收器所采用的天線數(shù)目。在“Measure SQ功能工作期間,會(huì)針對(duì)信號(hào)質(zhì)量(SQ)進(jìn)行測(cè)量,若SQ低于信號(hào)質(zhì)量門坎,或是定時(shí)器時(shí)間結(jié)束,則天線會(huì)被切換,且會(huì)再次啟動(dòng)“測(cè)量SQ狀態(tài)。另一方面,若測(cè)量到的SQ高于SQ門坎,則接收器會(huì)持續(xù)使用被選擇到的天線,進(jìn)行剩余打包的接收。
可能的情況是,當(dāng)天線因?yàn)橛行盘?hào)指示而被選擇時(shí),其信號(hào)質(zhì)量仍可能比最佳信號(hào)差,這是因?yàn)樵谔炀€上進(jìn)行的測(cè)量可能在打包到達(dá)前就先被噪聲占據(jù)了。在首個(gè)有效信號(hào)質(zhì)量指示產(chǎn)生時(shí),在選擇具有最高信號(hào)質(zhì)量的天線前,EZRadioPRO天線分集算法會(huì)先檢測(cè)其它天線,看看是否有更高的信號(hào)質(zhì)量。
深圳市飛宇信電子有限公司成立于2007年,是一家專業(yè)從事無線通信產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)和銷售一體的高新技術(shù)型企業(yè)。專注于天線類、模塊類、應(yīng)用解決方案、應(yīng)用終端等產(chǎn)品的研制生產(chǎn)。聯(lián)系人:13802709089 楊經(jīng)理(微信同號(hào))。
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15年專注RF產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn),有著完善的產(chǎn)品系統(tǒng)。標(biāo)準(zhǔn)天線及定制化服務(wù)并舉,完美契合了市場(chǎng)需求。
2022-04-15 09:48
很多人在購(gòu)買無線路由器時(shí)都有一個(gè)問題,無線路由器上的單頻雙頻到底是什么意思??jī)烧哂惺裁磪^(qū)別?簡(jiǎn)單來說,雙頻無線路由器可以根據(jù)需求來切換,而單頻的就沒辦法選擇,所以單就頻段來說,雙頻是比單頻好的,而頻段一般分為2.4G和5G,這兩者又有哪些區(qū)別呢?
一、傳輸速度2.4G與5G最顯著的區(qū)別就是傳輸速度不同,如果對(duì)傳輸速度要求高的話,那就一定要選5G。
二、設(shè)備支持一般而言,支持5G的設(shè)備是肯定支持2.4G的,但是支持2.4G的就不一定支持5G了。
三、距離范圍2.4G雖然速度趕不上5G,但2.4G的傳輸距離是比5G遠(yuǎn)的。
四、抗干擾性2.4G的又一優(yōu)勢(shì),2.4G較5G而言抗干擾能力更強(qiáng),更不容易出現(xiàn)花屏、掉線等意外情況,如果周圍干擾過大的話,還是建議選擇2.4G進(jìn)行無線投屏。
五、穿透性2.4G頻率比5G的穿透性更強(qiáng),在有墻體或其他障礙物的情況下,2.4G穿透性方面的優(yōu)勢(shì)更為明顯。
深圳市飛宇信電子有限公司產(chǎn)品涵蓋各類天線、RF轉(zhuǎn)接線、射頻連接器,廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)通信終端產(chǎn)品、無線抄表、戶外無線覆蓋、通信基站、Iot、智能家居、智能安防等高科技尖端領(lǐng)域,提供各種天線定制開發(fā)的天線廠家,是一家一站式無線解決方案服務(wù)商。
2022-04-14 10:22
說到吸盤天線的使用,讓我們先來看看它的優(yōu)點(diǎn)有哪些吧。如果安裝方法正確,吸盤天線比內(nèi)置天線具有更好、更高效率的駐波比;在與膠棒天線相同的頻帶和結(jié)構(gòu)尺寸下,增益更高,傳輸距離更長(zhǎng)??筛鶕?jù)實(shí)際使用要求選擇不同的安裝位置。
2022-04-13 10:07
SMA連接器適用于頻率范圍直至26.5GHz的微波領(lǐng)域的應(yīng)用。應(yīng)用范圍如電信通訊、網(wǎng)絡(luò)、無線通訊以及檢測(cè)和測(cè)量?jī)x器。它具有頻帶寬、性能優(yōu)、高可靠、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。
2022-04-11 10:56
目前,市面上大部分路由器都采用外置天線的設(shè)計(jì),從最開始的1根天線,到如今8根天線甚至更多的都有,而隨著技術(shù)的發(fā)展,隱藏式天線逐漸流行,無線路由器逐漸“脫去”天線。但不少用戶在選購(gòu)內(nèi)置天線的路由器時(shí)會(huì)有這樣的擔(dān)心——內(nèi)置天線的路由器信號(hào)穿墻會(huì)不會(huì)比外置的弱?
2022-04-08 10:10
現(xiàn)如今在中國(guó)技術(shù)性不停的提升狀況下,愈來愈多的智能手機(jī)和車輛都擁有了GPS作用,而且GPS天線慢慢在大伙兒的在日常生活中獲得普遍的應(yīng)用了;殊不知在這里魚目混雜的市面上要想購(gòu)買品質(zhì)非常好的GPS天線是很難的,因此在購(gòu)買以前要學(xué)會(huì)一些小技巧的,那樣必須學(xué)會(huì)什么方法呢?