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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


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


Überblick



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


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)


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 =


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



Frequenzbänder und ihre Nutzung(Beispiele)


Überblick



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 dBi14 dBi

20 dBi


Überblick



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


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


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


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


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


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


One size fits all: ADPT-026


Überblick



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?


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


Thank you

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