Курсовые и лабораторные работы Математика решение задач Электротехника Лабораторные работы по электронике Физика Информатика На главную
Технология WI-FI Активные сетевые атаки

Коэффициенты усиления антенн

Коэффициент усиления является мерой направленности антенны. Данный параметр определяется как отношение мощности сигнала, излученного в определенном направлении, к мощности сигнала, излучаемого идеальной ненаправленной антенной в любом направлении.

Коэффициент усиления антенны по отношению к дипольной антенне обычно дается в дБ(dB), а по отношению к изотропной - в дБu(dBi).

Впервые использованная для измерений интенсивности сигнала единица измерения децибел была названа так в честь Александра Грэма Бэлла. Значения в децибелах вычисляются по логарифмической шкале, что позволяет обеспечить спецификацию характеристик в широком диапазоне напряжений или мощностей (см. (11.1) и (11.2)).

Б = Бел = \log _{10} (\frac{{P_1 }}{{P_2 }}) = 2 \cdot \log _{10} (\frac{{V_1 }}{{V_2 }})  (2.1)

дБ = децибел = 10 \cdot \log _{10} (\frac{{P_1 }}{{P_2 }}) = 20 \cdot \log _{10} (\frac{{V_1 }}{{V_2 }})  (2.2)

где P1 - измеренная мощность (Вт); P2 - эталонная мощность (Вт); V1 - измеренное напряжение (В); V2 - эталонное напряжение (В).

Пример 2.5. Если на входе линии передачи уровень мощности сигнала составляет 100 мВт, а на некотором расстоянии 50 мВт, то ослабление сигнала можно выразить следующим образом:

L_{дБ}  = 10\lg \frac{{100}}{{50}} = 3дБ

В децибелах выражается относительное, а не абсолютное отличие сигналов. Ослабление сигнала с 10 Вт на 5 Вт также является ослаблением на 3 дБ.

Пример 2.6. Использование децибелов полезно при определении усиления или снижения мощности, происходящего на последовательности передающих элементов. Рассмотрим, например, последовательность элементов, на вход которой подается мощность 4 мВт, первый элемент является кабельной сборкой с затуханием 12 дБ, второй элемент - это усилитель с усилением 35 дБ, а третий - еще одна кабельная сборка с затуханием 10 дБ. Суммарное усиление тракта равно (-12 + 35 - 10) = 13 дБ. Вычисляем мощность на выходе:

\begin{array}{l}
 G_{дБ}  = 13 = 10\lg \frac{{P_{вых} }}{{4}} \\ 
 P_{вых}  = 4 \times 10^{1,3}  = 79,8мВт \\ 
 \end{array}

Значения в децибелах связаны с относительными амплитудами или изменениями амплитуд, но никак не с абсолютными уровнями. Было бы удобно представить абсолютный уровень мощности также в децибелах, чтобы можно было легко вычислять усиление или снижение мощности по отношению к исходному сигналу. Поэтому в качестве эталонного уровня выбрана величина 1 Вт, а абсолютный уровень мощности - в дБВтили dBW(децибел-ватт). Он определяется следующим образом:

мощность,{\rm  }дБВт = 10\lg \frac{{мощность,{\rm  }мВт}}{{1{\rm  }Вт}}

Широко используется и другая производная единица - дБмВт(dВт) (децибел-милливат). В этом случае за эталонный уровень мощности принимается 1 мВт.

мощность,{\rm  }дБмВт = 10\lg \frac{{мощность,{\rm  }мВт}}{{1{\rm  }мВт}}

Увеличение мощности сигнала в одном направлении возможно лишь за счет остальных направлений распространения. Другими словами, увеличение мощности сигнала в одном направлении влечет за собой уменьшение мощности в других направлениях. Необходимо отметить, что коэффициент усиления характеризует направленность сигнала, а не увеличение выходной мощности по отношению к входной (как может показаться из названия), поэтому данный параметр часто еще называют коэффициентом направленного действия.

Распространение сигнала

При распространении сигнал, излученный антенной, может огибать поверхность Земли, отражаться от верхних слоев атмосферы либо распространяться вдоль линии прямой видимости.

Дифракция электромагнитных волн

При огибании поверхности Земли (рис. 2.86) путь распространения сигнала в той или иной степени повторяет контур планеты. Передача может производиться на значительные расстояния, намного превышающие пределы прямой видимости. Данный эффект имеет место для частот до 2 МГц. На способность сигналов, принадлежащих данной полосе частот, повторять кривизну земной поверхности влияет фактор дифракции электромагнитных волн. Данное явление связано с поведением электромагнитных волн при наличии препятствий. Рассеяние электромагнитных волн указанного диапазона в атмосфере происходит таким образом, что в верхние атмосферные слои эти волны не попадают.

Распространение волн вдоль линии прямой видимости

Если частота радиосигнала превышает 30 МГц, то огибание им земной поверхности и отражение от верхних слоев атмосферы становятся невозможными. В этом случае связь должна осуществляться в пределах прямой видимости (рис. 2.87).

Рис. 2.86. Распространение околоземных волн (частота до 2 МГц)

Рис. 2.87. Распространение сигнала вдоль линии видимости

(частота свыше 30 МГц)

При связи через спутник сигнал с частотой свыше 30 МГц не будет отражаться ионосферой. Такой сигнал может передаваться от наземной станции к спутнику и обратно при условии, что спутник не находится за пределами горизонта. При наземной связи передающая и принимающая антенны должны находиться в пределах эффективной линии прямой видимости. Использование термина "эффективный" связано с тем, что волны сверхвысокой частоты искривляются и преломляются атмосферой. Степень и направление искривления зависят от различных факторов. Однако, как правило, искривления сверхвысокочастотных волн повторяют кривизну поверхности Земли. Поэтому такие волны распространяются на расстояние, превышающее оптическую линию прямой видимости. Так как связь между точками доступа, работающими в стандартах 802.11a, 802.11b и 802.11g обычно рассчитывается на линию прямой видимости, то в следующей главе рассмотрим, как влияет окружающая среда на полезный сигнал.

Провайдер – организация, предоставляющая доступ к ресурсам Internet.

Способы подключения к Internet:

коммутируемое подключение через АТС;

коммутируемое подключение через ISDN;

подключение по выделенной линии;

подключение по радиоканалу.

Выделенная линия (dedicated line, leased line) - линия, постоянно включенная между двумя точками. Выделена в полное и безраздельное пользование. Обычно используется для подключения локальной сети средних размеров через компьютер поставщика в сеть.

Виды доступа в Internet:

Выделенный (непосредственный) доступ (dedicated access) - доступ в Internet c максимальными пользовательскими правами и возможностями. В этом случае Вы работаете прямо на сетевой рабочей машине (хосте).

SLIP или PPP - подключение по коммутируемой линии с выделением IP-адреса по протоколам SLIP (Serial Line Internet Protocol) или PPP (Point to Point Protocol).

Доступ по вызову (dial-up) - подключение по коммутируемой линии к компьютеру, который подключен к сети постоянно (соединение совместно с другими, возможно ограничение сервисных возможностей Internet).

UUCP (Unix - Unix CoPy) – подключение, которое позволяет копировать данные по стандартным телефонным линиям только для получения/отправки электронной почты и новостей.

Модем (пpоисходит от модуляция-демодуляция) - устройство, преобразующее цифровые сигналы в аналоговую форму за счет модуляции на передающей стороне и обратно за счет демодуляции на приемной стороне для передачи их по линиям связи аналогового типа, например, по телефону. Служит для подключения компьютера к последовательной линии (обычно к телефонной или аналогичной).

Передача сигнала в пределах линии прямой видимости Для любой системы связи справедливо утверждение, что принимаемый сигнал отличается от переданного. Данный эффект является следствием различных искажений в процессе передачи. При передаче аналогового сигнала искажения приводят к его случайному изменению, что проявляется в ухудшении качества связи. Если же передаются цифровые данные, искажения приводят к появлению двоичных ошибок - двоичная единица может преобразоваться в нуль и наоборот

Отношение «сигнал-шум» в цифровых системах связи. Построение антенно-фидерных трактов и радиосистем с внешними антеннами Довольно сложная для изучения. Характерно множество формул, математических расчетов и примеров. Уделено внимание расчету дальности работы беспроводного канала связи, зависимости чувствительности от скорости передачи данных, проводится расчет зон Френеля. Очень хорошо и доступно описано построение антенно-фидерных трактов и радиосистем с внешними антеннами.

Расчет зоны действия сигнала


Точка доступа со съемной антенной