Mobilfunk-Antennenarchitektur
Antennen mit Strahl-Lenkung
Fortsetzung des Artikels von Teil 3
Einstieg in die Strahl-Lenkung
Wie in der Tabelle in Teil 2 dargestellt, bietet ein komplexeres Übertragungssystem zur Strahllenkung den Netzwerk-Controllern mehr Ressourcen. Ein erster Streifzug durch die Welt der Strahllenkung kann schnell und einfach im Labor unternommen werden, indem man schlichtweg zwei Basisantennen und einen Signalgenerator verwendet. Ein Messgerät, wie der Signalgenerator MG3710A von Anritsu, kann zu diesem Zweck verwendet werden. Bei Verwendung zweier einfacher Dipolantennen von 160 mm Länge kann der MG3710A zwei Signale mit der gleichen Amplitude, jedoch mit Applikation einer unterschiedlichen Phase und/oder Gewichtung, laden und speichern. Ein allgemein gebräuchliches Softwaretool wie Matlab kann zur Konfiguration der Wellenform verwendet werden. Überträgt der MG3710A die unterschiedlichen Signale gleichzeitig durch jeden HF-Port, wird ein strahlgelenktes Strahlungsdiagramm erstellt. Das Rundstrahldiagramm einer Einzel-Dipolantenne wird enger, wenn es einen Teil eines aus zwei Elementen bestehenden Arrays bildet. Durch Versorgen der Antennen mit Signalen gleicher Amplitude aber mit unterschiedlichen Phasen wird es möglich, die Hauptkeule in eine bestimmte Richtung zu projizieren (siehe Abbildung 3). Diese La-boranordnung mit einem Signalgenerator MG3710A macht den Techniker mit den Grundlagen der Funktion eines aus zwei Elementen bestehenden Gruppenstrahlers vertraut. Das Hinzufügen zusätzlicher Elemente zum Gruppenstrahler bewirkt, dass die Antenne engere Hauptkeulen erzeugt, wodurch die Energie konzentrierter auf die Zielbereiche gerichtet wird.
Abbildung 4 zeigt das Strahlungsdiagramm eines 5x5-Gruppenstrahlers: Es ist um ein Vielfaches komplexer als ein Strahlungsdiagramm aus zwei Elementen. Im links angeordneten Diagramm ist das 3D-Strahlungsdiagramm dargestellt, das entsteht, wenn der gesamte Gruppenstrahler mit phasengleichen Signalen gespeist wird. Das rechte Diagramm zeigt den Effekt der Phasenverschiebungen zwischen den Elementen. Dieser Effekt führt zu Veränderungen des Strahlungsdiagramms in der Azimutal-Ebene und dazu, dass viel mehr Strahlen erzeugt werden. Er hilft auch bei der Erzeugung einer größeren Anzahl von Strahlungsnullen und bei der Lenkung der Hauptkeule in eine sehr spezielle Richtung. Dies zeigt, wie die Umsetzung der Strahlungslenkung in Mobilfunksystemen die effektive Kapazität dieser Mobilfunksysteme erhöhen kann, indem man das Signal dorthin lenkt, wo es am ehesten benötigt wird. Verglichen mit konventionellen Basisstation-Antennen mit großem Abstrahlwinkel helfen Antennen mit Strahllenkung dabei, die Störstrahlungen und Mehrwegsausbreitung zu reduzieren, eine bessere Versorgung in den Signal-Zielbereichen zu erreichen und die Flexibilität der Netze zu verbessern. Und während die Steuerung der Mehrelemente-Gruppenstrahler dieser Antennen zwangsläufig komplex ist, können die Grundprinzipien und wichtigsten Methoden der Steuerung mit Hilfe des in diesem Beitrag beschriebenen aus zwei Elementen bestehenden Gruppenstrahlers erlernt werden.
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