無線電通信天線分集技術(shù)介紹

最初，許多設(shè)計(jì)者可能會(huì)擔(dān)心區(qū)域規(guī)范的復(fù)雜性問題，因?yàn)槭澜鐓^(qū)域不同規(guī)范也各異。然而，只要多加研究便能了解并符合不同區(qū)域的法規(guī)，因?yàn)樵诿恳粋€(gè)地區(qū)，通常都會(huì)有一個(gè)政府單位負(fù)責(zé)頒布相關(guān)文件，以說明“符合特定目的”的發(fā)射端相關(guān)的規(guī)則。

　　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)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)，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。

　　在圖2中，工程師能看到一個(gè)高級(jí)的二維視圖，指示在預(yù)定的平面上天線如何運(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。