Ime mobile solutions antennen basics v1 0

Antennen: Basics und
Einsatzgebiete Mobilfunk

Eckhard Geulen
Poynting Europe GmbH

IME, 4. Mai 2009

Überblick

ƒ Wie arbeitet eine Antenne?
ƒ Ein wenig Theorie muss sein
ƒ Frequenzbänder und ihre Nutzung
ƒ Energieverteilung
ƒ Praktische Anwedungsszenarien
ƒ Sonstiges

© Poynting Europe, Eckhard Geulen, Mai 2009 2

Wie arbeitet eine Antenne?
• Antenne ist ein passives Bauteil:
• keine zusätzliche Energie, sondern
• Bündelung der Energie in bestimmte
Richtungen

ƒ Mehr gain in Senderichtung = weniger Signal in andere Richtungen
ƒ Mehr gain in Empfangsrichtung = Antenne ist in andere Richtungen
“taub”
ƒ Mehr Signal bedeutet immer auch höhere Datenraten / Bandbreiten

Überblick

ƒ Sonstiges


Was ist ein deciBel ?
ƒ deciBel (dB) = zehnter Teil eines Bel
ƒ Bel: Verhältnis zweier Leistungsgrößen zueinander (der Aussage “PANL-
A0038 hat 12dB” fehlt also genau genommen die Bezugsgröße)

P2 P
L = lg B = 10 x lg 2 dB
dB P1 P1

10
5
P2
0
2 4 6 8 10 P1
-5
-10 doppelte
achtfache
Leistung = +3dB
Leistung = +9dB

Antennengewinn / Gain
ƒ 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).
ƒ Einheit: dBi (i für isotrop)
ƒ Isotropstrahler selbst hat also Antennengewinn 0 dBi.

ƒ dBm: Leistungspegel mit der Bezugsgröße 1 mW

ƒ Analogie Lautsprecher: sehr differenziertes
Frequenzverhalten („Klang“) und unterschiedliche
Empfindlichkeit (1W/1m)

Was ist VSWR ?

ƒ Optimale Leistungsabgabe bei gleichen
Wellenwiderständen von Generator und
Verbraucher (= Antenne): "Anpassung".
ƒ Keine Anpassung: "Stehende Wellen" auf der
Speiseleitung (rücklaufendes und
vorlaufendes Signal überlagern sich).
ƒ Meßgröße für die Anpassung von Antennen
an den Sender: Stehwellenverhältnis SWV
(engl. (V)SWR - (Voltage) Standing Wave
Ratio).
ƒ Aus der/dem VSWR kann man auch das Maß
der durch die Fehlanpassung reflektierten
Leistung errechnen.
Reflexionsfaktor r: 2
r= ( SWR -+11)
SWR


Trau keiner Antenne ohne Doku!

ƒ LPDA-A0044: VSWR und Gain Patterns

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



ƒ LPDA-A0044: Radiation Patterns




ƒ OMNI-A0121: VSWR und Gain Patterns




ƒ OMNI-A0121: Radiation Patterns


aufschrauben

Überblick

ƒ Sonstiges


Frequenzbänder und ihre Nutzung
(Beispiele)


Überblick

ƒ Sonstiges


Energieverteilung 1/2


Energieverteilung 2/2

8 dBi 14 dBi 20 dBi


Size matters !
ƒ Höherer Antennengewinn = mehr Antennenfläche (bei gleicher Bauart)
ƒ Bei Panel- / Parabol-Antennen ist der Antennengewinn proportional zur Fläche

14 dBi
8 dBi

20 dBi
300cm2

75cm2

1200cm2


Überblick

ƒ Sonstiges


Produkte für Empfang in schlecht
versorgten Gebieten
3G device
+ External antenna

LPDA-A0044

ADPT-026 Out-
door

+
OMNI- OMNI-
A0069 A0121
PANL-A0038

Pigtail

Device-
In- internal
door antenna
PANL-A0038 OMNI-A0085

Very poor Reasonable Very good
Pigtail
Signal strength


Schlechter Empfang innen,
guter Empfang aussen
3G device Outdoor antenna User experience and solution
Situation
ƒ Connection possible outdoors
ƒ Poor indoor user experience
ƒ no or very weak signal (<-100dBm)
ADPT-026 ƒ no connection or connection drops
ƒ very low throughput at best

Pigtail
+ Solution
ƒ Outdoor, wall or pole mount omni antenna
ƒ Low profile: 50cm high
ƒ Quad-band: 824 – 2200 MHz
ƒ Gain up to 6dBi

Result with external antenna
ƒ Good signal (-80 to -90dBm)
ƒ Uninterrupted connection
ƒ High throughput
Pigtail OMNI-A0121


Schlechter Empfang innen,
schlechter Empfang aussen
3G device Outdoor antenna User experience and solution
Situation
ƒ Connection only in certain locations outdoors
ƒ weak signal even outdoors (< -90dBm)
ƒ unreliable connection
ADPT-026 ƒ low throughput
ƒ Poor indoor user experience
ƒ no signal (< -110dBm)

Pigtail
+ LPDA-A0044
ƒ no connection

Solution
ƒ Outdoor, high gain directional antenna
ƒ LPDA-A0044: Quad-band: 824 – 2200 MHz
ƒ PANL-A0038: Tri-band: 1700 – 2200 MHz
ƒ Gain up to 11dBi

ƒ Excellent signal (-60 to -90dBm)
Pigtail
ƒ Uninterrupted connection
PANL-A0038 ƒ Stable throughput


Schlechter Empfang und keine
Möglichkeit der Aussenmontage
3G device Indoor antenna User experience and solution
Situation
ƒ Connection possible close to the window
ƒ weak signal (< -95 dBm)
ƒ unreliable connection or drops
ADPT-026
Solution
ƒ Window mount high gain directional antenna

Pigtail
+ ƒ Beamwidth 60°, can be titled in various
directions
ƒ Dual-band: 1700 – 2200 MHz
ƒ Gain 11dBi

ƒ Good signal (-80 to -95dBm)
PANL-A0038 ƒ Uninterrupted connection
ƒ Stable throughput

Pigtail


Messergebnisse: Es hilft wirklich!
Situation
ƒ Downstairs in a sub-urban family home, reasonable 3G coverage upstairs and outside the house

iCon 401 Outdoor antenna Measurement results

ƒ No connection to 3G network
Internal antenna only
ƒ No throughput

ƒ Good connection to 3G network

+
ADPT-026
ƒ Throughput of 1-3 Mb/s

ƒ Excellent connection to 3G network
Pigtail OMNI-A0121 ƒ Full throughput at 3 Mb/s


Gutes Signal = hohe Bandbreite
Test scenario Download results

ƒ Downloading >80MByte file from
www.vodafone.de
ƒ Laptop with Option iCON 431 used inside
building (about 3m away from big windows)
ƒ OMNI-A0121 outside of building mounted on
wall
ƒ Signal -94dBm without coupler
ƒ Signal -85dBm with ADPT-026 and
OMNI-A0121

Outdoor antenna provide higher
and more stable throughput also Coupler on Coupler off Coupler
in areas where there is a on
reasonable inside connection to ~3Mb/sec ~0,5- ~3Mb/sec
the 3G network 1Mb/sec

One size fits all: ADPT-026


Überblick

ƒ Sonstiges


Kriterien für die richtige
CPE-Antenne wählen
ƒEinfache Installierbarkeit
ƒFlexibilität
ƒAnsprechendes Design
ƒGute Leistungsdaten
ƒGeringe Kosten
ƒGeringe Entfernung zw Antenne und
Sender / Empfänger; kurze Antennenkabel
¾Was sind Ihre Erfahrungen; was ist wichtig
für die Kunden?

Poynting Antennas

ƒ Antenna and enclosure design and manufacture
ƒ Company size 180 people, 2.600m2 factory
ƒ 20 R&D staff (3xPh.D, M.Sc’s, B.Sc’s, Techs)
ƒ About 40,000 units per month output
ƒ Export to Europe, Australia, Malaysia, Singapore,
Israel and United States
ƒ Various low cost, high performance fabrication
technologies developed in-house
ƒ Cutting edge outdoor enclosure portfolio with
proven applications globally


Thank you


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