Ime mobile solutions antennen basics v1 0

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 sein

! Frequenzbänder und ihre Nutzung

! Energieverteilung

! Praktische Anwedungsszenarien

! Sonstiges


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


Überblick




! Energieverteilung


! Sonstiges


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)

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


Antennengewinn / Gain

! Antennengewinn: Verhältnis zwischen der Antennen-Abstrahlcharakteristik und der Abstrahlcharakteristik des Isotropstrahlers (Isotropstrahler: Kugelstrahler, der diezugeführte 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)


Was ist VSWR ?

! Optimale Leistungsabgabe bei gleichenWellenwiderständen von Generator und Verbraucher (= Antenne): "Anpassung".

! Keine Anpassung: "Stehende Wellen" auf derSpeiseleitung (rücklaufendes undvorlaufendes 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 - 1

SWR + 1( )2

r =


Trau keiner Antenne ohne Doku!

! LPDA-A0044: VSWR und Gain Patterns

Zu allen Poynting-Antennen gibt es die komplette technische Dokumentation !



! LPDA-A0044: Radiation Patterns




! OMNI-A0121: VSWR und Gain Patterns




! OMNI-A0121: Radiation Patterns


aufschrauben


Überblick




! Energieverteilung


! Sonstiges


Frequenzbänder und ihre Nutzung(Beispiele)


Überblick




! Energieverteilung


! Sonstiges


Energieverteilung 1/2


Energieverteilung 2/2

8 dBi 14 dBi 20 dBi


Size matters !

! Höherer Antennengewinn = mehr Antennenfläche (bei gleicher Bauart)

! Bei Panel- / Parabol-Antennen ist der Antennengewinn proportional zur Fläche

75cm2

300cm2

1200cm2

8 dBi

14 dBi

20 dBi


Überblick




! Energieverteilung


! Sonstiges


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-

doorADPT-026

+Pigtail

Pigtail

In-

door

Very poor Reasonable Very good

Signal strength


Schlechter Empfang innen,guter Empfang aussen

3G device Outdoor antenna User experience and solution

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: 824 – 2200 MHz

! Gain up to 6dBi

Result with external antenna

! Good signal (-80 to -90dBm)

! Uninterrupted connection

! High throughput

ADPT-026

+Pigtail

Pigtail OMNI-A0121


Schlechter Empfang innen,schlechter Empfang aussen

3G device Outdoor antenna User experience and solution

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: 824 – 2200 MHz

! PANL-A0038: Tri-band: 1700 – 2200 MHz

! Gain up to 11dBi


! Excellent signal (-60 to -90dBm)


! Stable throughput

LPDA-A0044

PANL-A0038

ADPT-026

+Pigtail

Pigtail


Schlechter Empfang und keineMöglichkeit 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

Solution

! Window mount high gain directional antenna

! Beamwidth 60°, can be titled in various directions

! Dual-band: 1700 – 2200 MHz

! Gain 11dBi


! Good signal (-80 to -95dBm)


! Stable throughputPANL-A0038

ADPT-026

Pigtail

Pigtail


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 network

! No throughputInternal antenna only

ADPT-026

OMNI-A0121

! Good connection to 3G network

! Throughput of 1-3 Mb/s+

Pigtail

! Excellent connection to 3G network

! Full throughput at 3 Mb/s


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 Coupleron

~3Mb/sec ~0,5-1Mb/sec

~3Mb/sec


One size fits all: ADPT-026


Überblick




! Energieverteilung


! Sonstiges


Kriterien für die richtigeCPE-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?


Poynting Antennas

! Antenna and enclosure design and manufacture! Company size 180 people, 2.600m2 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


Thank you

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