Что такое антенны для базовых станций? Классификация и основные характеристики

В современной архитектуре беспроводной связи базовая станция служит физическим узлом, соединяющим мобильные терминалы с опорной сетью, а Антенна базовой станции является важнейшей отправной и конечной точкой для преобразования электромагнитной энергии. Будь то ежедневный мобильный платеж или сложная координация промышленных IoT (IIoT), все сигнальные взаимодействия зависят от точного управления электромагнитными волнами антеннами базовых станций.

Это исчерпывающее руководство по Аньхой Лусюнь Электроника Разбирает физические принципы, семь основных категорий, основные технические показатели и стратегии выбора антенн для базовых станций в сложных условиях.

1.Основополагающие принципы: Контролируемое излучение энергии

Антенна базовой станции представляет собой по сути Преобразователь радиочастотной энергии. Его работа соответствует уравнениям электромагнитного поля Максвелла:

• Режим передачи: Радиочастотный ток, выходящий из трансивера базовой станции, проходит через фидер в антенные элементы, создавая высокочастотные колебательные магнитные поля, которые, в свою очередь, возбуждают электромагнитные волны, излучаемые в пространство.
• Режим приема: Антенна улавливает слабые электромагнитные сигналы из космоса, восстанавливает их до высокочастотных токов за счет индуцированной электродвижущей силы и отправляет на базовую станцию для демодуляции.

Основная технология: Beamforming В отличие от всенаправленной лампочки, современная антенна базовой станции больше похожа на прожектор с рефлектором. Регулируя расположение и фазу внутренних элементов антенны, инженеры могут сфокусировать энергию сигнала на определенном секторе. Эта способность “фокусировки энергии” является основным стандартом для определения качества антенны.

2.7 Основные категории и сценарии применения

В зависимости от географической среды, плотности пользователей и частотных требований рынок антенн для базовых станций является узкоспециализированным:

A. Всенаправленные антенны базовых станций

Они обеспечивают равномерное покрытие на 360° в горизонтальной плоскости, но имеют более узкий луч в вертикальной плоскости.

• Лучший сценарий: Зоны с низкой плотностью пользователей, шахтные коммуникации и станции в центре небольших городов.
• Технические характеристики: Обычно заключен в стекловолокно. Например, высокопрочный Антенны Omni из стекловолокна выдерживает длительную коррозию от соляного тумана, обеспечивая стабильность сигнала центрального узла.

B. Направленные секторные антенны

Наиболее распространенная форма для городских макробазовых станций, обычно с горизонтальной шириной луча 65° или 90°.

• Лучший сценарий: Трехсекторные конфигурации на городских крышах для достижения бесшовного сегментированного покрытия 360°.
• Эволюция: В эпоху 5G большинство из них превратились в Антенны MIMO, которые значительно увеличивают пропускную способность системы за счет многопутевой передачи.

C. Направленные антенны Yagi

Отличается ярко выраженной структурой “рыбья кость”, обеспечивающей чрезвычайно высокий коэффициент прямого усиления и узконаправленные характеристики луча.

• Лучший сценарий: Удаленные линии связи "точка-точка", мониторинг автоматики распределения электроэнергии и заполнение сигналами удаленных горных районов.
• Преимущество производительности: Для фиксированной передачи данных на большие расстояния Серия антенн Yagi это наиболее экономически эффективное решение для физического усиления.

D. Антенны DAS внутри зданий

Специально разработан для борьбы с экранирующим действием железобетонных стен на высокочастотные сигналы.

• Потолочные антенны: Похожи на детекторы дыма и обеспечивают охват 360° по направлению вниз.
• Накладные антенны для настенного монтажа: Предназначен для лифтовых шахт, длинных коридоров или больших конференц-залов.

E. Камуфляж / Стелс-антенны

Встраивается в бионические деревья, столбы уличных фонарей или квадратные столбы для помещений со строгими эстетическими требованиями.

• Логика ядра: Достижение экологической интеграции без ущерба для Коэффициент стоячей волны напряжения (VSWR) за счет использования материалов с низкими потерями.

F. Симметричные рупорные антенны

Традиционные антенны часто создают “боковые лепестки”, которые вызывают взаимные помехи. Рупорные антенны устраняют большинство боковых лепестков благодаря своей физической структуре.

• Лучший сценарий: Развертывание WISP с высокой плотностью и сетей Point-to-Multipoint (PtMP) в шумной среде.

G. Антенны с сеткой / сетчатые антенны

Использование сетчатой структуры для уменьшения зоны ветровой нагрузки на высокие башни.

• Лучший сценарий: Связь над морем, базовые станции на вершинах гор и в районах, подверженных ураганным ветрам.

3. Четыре критических показателя при отборе профессионалов

Перед развертыванием инженерной системы необходимо оценить следующие показатели с помощью бюджета соединения:

1. Усиление (dBi): При увеличении коэффициента усиления на 3 дБи излучаемая энергия теоретически удваивается.
2. VSWR: Измеряет согласование импеданса между антенной и системой базовой станции. Все продукты из Luxun Electronics обеспечивать VSWR ≤ 1,5, что позволяет эффективно предотвратить повреждение усилителей мощности базовой станции отраженной энергией.
3. Поляризация:
   • Вертикальная поляризация: В основном используется для SISO и низкочастотного омни-покрытия.
   • Перекрестная поляризация (± 45°): Стандарт для современных базовых станций MIMO, значительно смягчающий поляризационные замирания в мобильных средах.
4. Пассивная интермодуляция (PIM): На мощных базовых станциях качество PIM3 напрямую определяет чувствительность приемника.

4. Экологические проблемы и механическая надежность

Антенны базовых станций часто служат более 10 лет в суровых условиях:

• Ветровая нагрузка: Конструкция не должна смещаться или деформироваться при скорости ветра 60 м/с.
• Молниезащита: Должен иметь надежное заземление постоянного тока.
• Допустимая температура: Электрические характеристики должны оставаться в пределах допустимых значений в диапазоне от -40°C до +75°C.

5. Построение эффективной архитектуры покрытия

При выборе антенны следует руководствоваться принципом “покрытие по требованию”. Для сценариев 5G, требующих массового подключения, приоритетными являются 5G MIMO системы. Для стабильных промышленных каналов передачи данных на большие расстояния предпочтительными остаются надежные антенны Yagi или Fiberglass Omni.