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Antennen: Basics und Einsatzgebiete Mobilfunk
Eckhard GeulenPoynting Europe GmbH
IME, 4. Mai 2009
2© Poynting Europe, Eckhard Geulen, Mai 2009
Überblick
Wie arbeitet eine Antenne?Ein wenig Theorie muss seinFrequenzbänder und ihre NutzungEnergieverteilungPraktische AnwedungsszenarienSonstiges
3© Poynting Europe, Eckhard Geulen, Mai 2009
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 RichtungenMehr gain in Empfangsrichtung = Antenne ist in andere Richtungen“taub”Mehr Signal bedeutet immer auch höhere Datenraten / Bandbreiten
4© Poynting Europe, Eckhard Geulen, Mai 2009
Überblick
Wie arbeitet eine Antenne?Ein wenig Theorie muss seinFrequenzbänder und ihre NutzungEnergieverteilungPraktische AnwedungsszenarienSonstiges
5© Poynting Europe, Eckhard Geulen, Mai 2009
Was ist ein deciBel ?
deciBel (dB) = zehnter Teil eines BelBel: Verhältnis zweier Leistungsgrößen zueinander (der Aussage “PANL-A0038 hat 12dB” fehlt also genau genommen die Bezugsgröße)
L = lg B = 10 x lg dBP2
P1
P2
P1
P2
P1
dB
2 4 6 8 10
-10
-5
0
5
10
doppelteLeistung = +3dB achtfache
Leistung = +9dB
6© Poynting Europe, Eckhard Geulen, Mai 2009
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)
7© Poynting Europe, Eckhard Geulen, Mai 2009
Was ist VSWR ?
Optimale Leistungsabgabe bei gleichenWellenwiderständen von Generator und Verbraucher (= Antenne): "Anpassung".Keine Anpassung: "Stehende Wellen" auf derSpeiseleitung (rücklaufendes und vorlaufendes Signal überlagern sich).Meßgröße für die Anpassung von Antennenan den Sender: Stehwellenverhältnis SWV (engl. (V)SWR - (Voltage) Standing Wave Ratio).Aus der/dem VSWR kann man auch das Maßder durch die Fehlanpassung reflektiertenLeistung errechnen.Reflexionsfaktor r:
SWR - 1SWR + 1( )
2r =
8© Poynting Europe, Eckhard Geulen, Mai 2009
Trau keiner Antenne ohne Doku!
LPDA-A0044: VSWR und Gain Patterns
Zu allen Poynting-Antennen gibt es die komplette technische Dokumentation !
9© Poynting Europe, Eckhard Geulen, Mai 2009
Trau keiner Antenne ohne Doku!
LPDA-A0044: Radiation Patterns
Zu allen Poynting-Antennen gibt es die komplette technische Dokumentation !
10© Poynting Europe, Eckhard Geulen, Mai 2009
Trau keiner Antenne ohne Doku!
OMNI-A0121: VSWR und Gain Patterns
Zu allen Poynting-Antennen gibt es die komplette technische Dokumentation !
11© Poynting Europe, Eckhard Geulen, Mai 2009
Trau keiner Antenne ohne Doku!
OMNI-A0121: Radiation Patterns
Zu allen Poynting-Antennen gibt es die komplette technische Dokumentation !
aufschrauben
12© Poynting Europe, Eckhard Geulen, Mai 2009
Überblick
Wie arbeitet eine Antenne?Ein wenig Theorie muss seinFrequenzbänder und ihre NutzungEnergieverteilungPraktische AnwedungsszenarienSonstiges
13© Poynting Europe, Eckhard Geulen, Mai 2009
Frequenzbänder und ihre Nutzung(Beispiele)
14© Poynting Europe, Eckhard Geulen, Mai 2009
Überblick
Wie arbeitet eine Antenne?Ein wenig Theorie muss seinFrequenzbänder und ihre NutzungEnergieverteilungPraktische AnwedungsszenarienSonstiges
15© Poynting Europe, Eckhard Geulen, Mai 2009
Energieverteilung 1/2
16© Poynting Europe, Eckhard Geulen, Mai 2009
Energieverteilung 2/2
8 dBi 14 dBi 20 dBi
17© Poynting Europe, Eckhard Geulen, Mai 2009
Size matters !
Höherer Antennengewinn = mehr Antennenfläche (bei gleicher Bauart)Bei Panel- / Parabol-Antennen ist der Antennengewinn proportional zur Fläche
75cm2
300cm2
1200cm2
8 dBi14 dBi
20 dBi
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Überblick
Wie arbeitet eine Antenne?Ein wenig Theorie muss seinFrequenzbänder und ihre NutzungEnergieverteilungPraktische AnwedungsszenarienSonstiges
19© Poynting Europe, Eckhard Geulen, Mai 2009
Produkte für Empfang in schlechtversorgten Gebieten
+3G device External antenna
Device-internal antenna
PANL-A0038
OMNI-A0069
OMNI-A0121
LPDA-A0044
PANL-A0038 OMNI-A0085
Out-door
ADPT-026
+Pigtail
Pigtail
In-door
Very poor Reasonable Very good
Signal strength
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Schlechter Empfang innen,guter Empfang aussen
3G device Outdoor antenna User experience and solution
SituationConnection possible outdoorsPoor indoor user experience
no or very weak signal (<-100dBm)no connection or connection dropsvery low throughput at best
SolutionOutdoor, wall or pole mount omni antennaLow profile: 50cm highQuad-band: 824 – 2200 MHzGain up to 6dBi
Result with external antennaGood signal (-80 to -90dBm)Uninterrupted connectionHigh throughput
ADPT-026
+Pigtail
Pigtail OMNI-A0121
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Schlechter Empfang innen,schlechter Empfang aussen
3G device Outdoor antenna User experience and solution
SituationConnection only in certain locations outdoors
weak signal even outdoors (< -90dBm)unreliable connectionlow throughput
Poor indoor user experienceno signal (< -110dBm)no connection
SolutionOutdoor, high gain directional antennaLPDA-A0044: Quad-band: 824 – 2200 MHzPANL-A0038: Tri-band: 1700 – 2200 MHzGain up to 11dBi
Result with external antennaExcellent signal (-60 to -90dBm)Uninterrupted connectionStable throughput
LPDA-A0044
PANL-A0038
ADPT-026
+Pigtail
Pigtail
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Schlechter Empfang und keineMöglichkeit der Aussenmontage
3G device Indoor antenna User experience and solution
+
SituationConnection possible close to the window
weak signal (< -95 dBm)unreliable connection or drops
SolutionWindow mount high gain directional antennaBeamwidth 60°, can be titled in various directionsDual-band: 1700 – 2200 MHzGain 11dBi
Result with external antennaGood signal (-80 to -95dBm)Uninterrupted connectionStable throughput
PANL-A0038
ADPT-026
Pigtail
Pigtail
23© Poynting Europe, Eckhard Geulen, Mai 2009
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
No connection to 3G networkNo throughputInternal antenna only
ADPT-026
OMNI-A0121
Good connection to 3G networkThroughput of 1-3 Mb/s+
Pigtail
Excellent connection to 3G networkFull throughput at 3 Mb/s
24© Poynting Europe, Eckhard Geulen, Mai 2009
Gutes Signal = hohe Bandbreite
Test scenario Download results
Downloading >80MByte file from www.vodafone.de
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
25© Poynting Europe, Eckhard Geulen, Mai 2009
One size fits all: ADPT-026
26© Poynting Europe, Eckhard Geulen, Mai 2009
Überblick
Wie arbeitet eine Antenne?Ein wenig Theorie muss seinFrequenzbänder und ihre NutzungEnergieverteilungPraktische AnwedungsszenarienSonstiges
27© Poynting Europe, Eckhard Geulen, Mai 2009
Kriterien für die richtigeCPE-Antenne wählen
Einfache InstallierbarkeitFlexibilitätAnsprechendes DesignGute LeistungsdatenGeringe KostenGeringe Entfernung zw Antenne und Sender / Empfänger; kurze AntennenkabelWas sind Ihre Erfahrungen; was ist wichtigfür die Kunden?
28© Poynting Europe, Eckhard Geulen, Mai 2009
Poynting Antennas
Antenna and enclosure design and manufactureCompany size 180 people, 2.600m2 factory20 R&D staff (3xPh.D, M.Sc’s, B.Sc’s, Techs)About 40,000 units per month outputExport to Europe, Australia, Malaysia, Singapore, Israel and United StatesVarious low cost, high performance fabrication technologies developed in-houseCutting edge outdoor enclosure portfolio with proven applications globally
29© Poynting Europe, Eckhard Geulen, Mai 2009
Thank you