Antennen: Basics und Einsatzgebiete Mobilfunk

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1 Antennen: Basics und Einsatzgebiete Mobilfunk Eckhard Geulen Poynting Europe GmbH IME, 4. Mai 2009 Überblick!!!!!! Wie arbeitet eine Antenne? Ein wenig Theorie muss sein Frequenzbänder und ihre Nutzung Energieverteilung Praktische Anwedungsszenarien Sonstiges 2

2 Wie arbeitet eine Antenne? Antenne ist ein passives Bauteil: keine zusätzliche Energie, sondern Bündelung der Energie in bestimmte Richtungen Mehr gain in Senderichtung = weniger Signal in andere Richtungen Mehr gain in Empfangsrichtung = Antenne ist in andere Richtungen taub Mehr Signal bedeutet immer auch höhere Datenraten / Bandbreiten 3 Überblick Wie arbeitet eine Antenne? Ein wenig Theorie muss sein Frequenzbänder und ihre Nutzung Energieverteilung Praktische Anwedungsszenarien Sonstiges 4

3 Was ist ein decibel? decibel (db) = zehnter Teil eines Bel Bel: Verhältnis zweier Leistungsgrößen zueinander (der Aussage PANL- A0038 hat 12dB fehlt also genau genommen die Bezugsgröße) db P L = lg 2 P B = 10 x lg 2 db P 1 P doppelte Leistung = +3dB achtfache Leistung = +9dB P 2 P 1 5 Antennengewinn / Gain Antennengewinn: Verhältnis zwischen der Antennen- Abstrahlcharakteristik und der Abstrahlcharakteristik des Isotropstrahlers (Isotropstrahler: Kugelstrahler, der die zugeführte Leistung gleichmäßig (d.h. isotrop) in alle Richtungen abstrahlt). Einheit: dbi (i für isotrop) Isotropstrahler selbst hat also Antennengewinn 0 dbi. dbm: Leistungspegel mit der Bezugsgröße 1 mw Analogie Lautsprecher: sehr differenziertes Frequenzverhalten ( Klang ) und unterschiedliche Empfindlichkeit (1W/1m) 6

4 Was ist VSWR? Optimale Leistungsabgabe bei gleichen Wellenwiderständen von Generator und Verbraucher (= Antenne): "Anpassung". Keine Anpassung: "Stehende Wellen" auf der Speiseleitung (rücklaufendes und vorlaufendes Signal überlagern sich). Meßgröße für die Anpassung von Antennen an den Sender: Stehwellenverhältnis SWV (engl. (V)SWR - (Voltage) Standing Wave Ratio). Aus der/dem VSWR kann man auch das Maß der durch die Fehlanpassung reflektierten Leistung errechnen. Reflexionsfaktor r: SWR - 1 r =( SWR + 1) 2 7 Trau keiner Antenne ohne Doku! LPDA-A0044: VSWR und Gain Patterns Zu allen Poynting-Antennen gibt es die komplette technische Dokumentation! 8

5 Trau keiner Antenne ohne Doku! LPDA-A0044: Radiation Patterns Zu allen Poynting-Antennen gibt es die komplette technische Dokumentation! 9 Trau keiner Antenne ohne Doku! OMNI-A0121: VSWR und Gain Patterns Zu allen Poynting-Antennen gibt es die komplette technische Dokumentation! 10

6 Trau keiner Antenne ohne Doku! OMNI-A0121: Radiation Patterns Zu allen Poynting-Antennen gibt es die komplette technische Dokumentation! 11 aufschrauben Überblick Wie arbeitet eine Antenne? Ein wenig Theorie muss sein Frequenzbänder und ihre Nutzung Energieverteilung Praktische Anwedungsszenarien Sonstiges 12

7 Frequenzbänder und ihre Nutzung (Beispiele) 13 Überblick Wie arbeitet eine Antenne? Ein wenig Theorie muss sein Frequenzbänder und ihre Nutzung Energieverteilung Praktische Anwedungsszenarien Sonstiges 14

8 Energieverteilung 1/2 15 Energieverteilung 2/2 8 dbi 14 dbi 20 dbi 16

9 Size matters! Höherer Antennengewinn = mehr Antennenfläche (bei gleicher Bauart) Bei Panel- / Parabol-Antennen ist der Antennengewinn proportional zur Fläche 14 dbi 8 dbi 300cm 2 20 dbi 75cm cm 2 17 Überblick Wie arbeitet eine Antenne? Ein wenig Theorie muss sein Frequenzbänder und ihre Nutzung Energieverteilung Praktische Anwedungsszenarien Sonstiges 18

10 Produkte für Empfang in schlecht versorgten Gebieten 3G device + External antenna LPDA-A0044 ADPT PANL-A0038 OMNI- A0069 OMNI- A0121 Outdoor Indoor Deviceinternal antenna PANL-A0038 OMNI-A0085 Very poor Reasonable Very good Signal strength 19 Schlechter Empfang innen, guter Empfang aussen 3G device Outdoor antenna User experience and solution ADPT Situation Connection possible outdoors Poor indoor user experience no or very weak signal (<-100dBm) no connection or connection drops very low throughput at best Solution Outdoor, wall or pole mount omni antenna Low profile: 50cm high Quad-band: MHz Gain up to 6dBi OMNI-A0121 Result with external antenna Good signal (-80 to -90dBm) Uninterrupted connection High throughput 20

11 Schlechter Empfang innen, schlechter Empfang aussen 3G device Outdoor antenna User experience and solution ADPT LPDA-A0044 Situation Connection only in certain locations outdoors weak signal even outdoors (< -90dBm) unreliable connection low throughput Poor indoor user experience no signal (< -110dBm) no connection Solution Outdoor, high gain directional antenna LPDA-A0044: Quad-band: MHz PANL-A0038: Tri-band: MHz Gain up to 11dBi PANL-A0038 Result with external antenna Excellent signal (-60 to -90dBm) Uninterrupted connection Stable throughput 21 Schlechter Empfang und keine Möglichkeit der Aussenmontage 3G device Indoor antenna User experience and solution Situation Connection possible close to the window weak signal (< -95 dbm) unreliable connection or drops ADPT Solution Window mount high gain directional antenna Beamwidth 60, can be titled in various directions Dual-band: MHz Gain 11dBi PANL-A0038 Result with external antenna Good signal (-80 to -95dBm) Uninterrupted connection Stable throughput 22

12 Messergebnisse: Es hilft wirklich! Situation Downstairs in a sub-urban family home, reasonable 3G coverage upstairs and outside the house icon 401 Outdoor antenna Measurement results Internal antenna only No connection to 3G network No throughput ADPT Good connection to 3G network Throughput of 1-3 Mb/s OMNI-A0121 Excellent connection to 3G network Full throughput at 3 Mb/s 23 Gutes Signal = hohe Bandbreite Test scenario Download results Downloading >80MByte file from Laptop with Option icon 431 used inside building (about 3m away from big windows) OMNI-A0121 outside of building mounted on wall Signal -94dBm without coupler Signal -85dBm with ADPT-026 and OMNI-A0121 Outdoor antenna provide higher and more stable throughput also in areas where there is a reasonable inside connection to the 3G network Coupler on Coupler off Coupler on ~3Mb/sec ~0,5-1Mb/sec ~3Mb/sec 24

13 One size fits all: ADPT Überblick Wie arbeitet eine Antenne? Ein wenig Theorie muss sein Frequenzbänder und ihre Nutzung Energieverteilung Praktische Anwedungsszenarien Sonstiges 26

14 Kriterien für die richtige CPE-Antenne wählen Einfache Installierbarkeit Flexibilität Ansprechendes Design Gute Leistungsdaten Geringe Kosten Geringe Entfernung zw Antenne und Sender / Empfänger; kurze Antennenkabel Was sind Ihre Erfahrungen; was ist wichtig für die Kunden? 27 Poynting Antennas Antenna and enclosure design and manufacture Company size 180 people, 2.600m 2 factory 20 R&D staff (3xPh.D, M.Sc s, B.Sc s, Techs) About 40,000 units per month output Export to Europe, Australia, Malaysia, Singapore, Israel and United States Various low cost, high performance fabrication technologies developed in-house Cutting edge outdoor enclosure portfolio with proven applications globally 28

15 Thank you 29