Was ist eine Mikrowellenantenne?

Eine Mikrowellenantenne ist eine spezielle Kommunikationsantenne, die für den Betrieb im Mikrowellenfrequenzbereich ausgelegt ist, typischerweise von 3 GHz bis 300 GHz (entsprechend Wellenlängen von 1 mm bis 10 cm). Das Hauptmerkmal von Mikrowellenantennen ist ihre Fähigkeit, aufgrund der deutlich verkürzten Wellenlänge miniaturisierte Bauweisen zu realisieren und gleichzeitig die Anforderungen der Mikrowellenkommunikation zu erfüllen. hohe Bandbreite, geringe Verluste und Übertragung über große EntfernungenDiese Antennen finden in Branchen wie beispielsweise … breite Anwendung. Mobilkommunikation, Satellitenkommunikation und drahtlose DatennetzwerkeNachfolgend finden Sie eine detaillierte Erläuterung der Kerndefinition, der wichtigsten Merkmale, der typischen Typen und der industriellen Anwendungen von Mikrowellenantennen:

1. Kerndefinition und Frequenzbereich

Frequenz- und Wellenlängenbeziehung
Gemäß dem Funkfrequenzspektrum arbeitet die Mikrowellenantenne innerhalb des SHF (Super High Frequency) Band (3 GHz–30 GHz, Wellenlänge 1 cm–10 cm) und EHF (Extrem hohe Frequenz) Das Frequenzband (30 GHz–300 GHz, Wellenlänge 0.1 mm–1 cm) ist in der „Tabelle der HF-Spektrumbereiche und Wellenlängen“ des Dokuments dargestellt. Der Zusammenhang zwischen Frequenz und Wellenlänge lässt sich wie folgt ausdrücken:

(Zum Beispiel beträgt die Wellenlänge bei 3 GHz 10 cm; bei 30 GHz beträgt die Wellenlänge 1 cm; bei 300 GHz beträgt die Wellenlänge 0.1 cm).

Kernfunktionalität
Die Kernfunktion einer Mikrowellenantenne ist die effiziente Übertragung und Empfang von MikrowellensignalenAuf der Senderseite wandelt es HF-Signale von Geräten wie Basisstationen oder Satelliten in elektromagnetische Mikrowellenwellen um. Auf der Empfängerseite wandelt es elektromagnetische Mikrowellenwellen aus der Luft in elektrische Signale um und ermöglicht so die Kommunikation. drahtlose Kommunikation über große Entfernungen und mit hoher Bandbreite, sowie 5G-Basisstationskommunikation und Satellitenfernsehsignalempfang.

2. Hauptmerkmale von Mikrowellenantennen

Im Vergleich zu Niederfrequenzantennen (z. B. VLF, LF) und Mittel-Hochfrequenzantennen (z. B. MF, HF) weisen Mikrowellenantennen aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften einzigartige Merkmale auf. Hochfrequenz-Betriebsbänder und extrem kurze Wellenlängen:

Miniaturisierung
Die Größe der Antenne muss proportional zur Wellenlänge sein (wie im Dokument erwähnt, „Antennengrundgröße L = λ/4“). Bei Wellenlängen von 1 mm bis 10 cm sind Mikrowellenantennen deutlich kleiner. Zum Beispiel: Mikrowellenantennen für 5G-Basisstationen liegen typischerweise im Bereich von einigen zehn Zentimetern, während in Mobiltelefone eingebaute Mikrowellenantennen Antennen wie WLAN- und 5G-Sub-6-GHz-Antennen sind nur wenige Millimeter bis wenige Zentimeter groß. Diese Miniaturisierung löst das Problem der großen Antennen in Niederfrequenzbändern, wo Antennen die Größe eines Fußballfelds einnehmen können (z. B. Langwellenantennen).

Unterschiede in Design und Herstellung
Aufgrund der Miniaturisierung unterscheiden sich die Konstruktions- und Herstellungsprozesse von Mikrowellenantennen erheblich von denen herkömmlicher Antennen:

Herkömmliche Niederfrequenzantennen sind oft „drahtbasierte Antennen“ (z. B. isolierte Monopolantennen), während Mikrowellenantennen häufig … verwenden. Planarantennen (z. B. Parabolantennen, Mikrostreifen-Patchantennen) oder miniaturisierte Dipolantennen.

Fertigungsprozesse erfordern hochpräzise Fertigungwie beispielsweise das Ätzen von Metallflächen für Mikrostreifenantennen auf Leiterplatten mit Toleranzen innerhalb von 0.1mm um eine optimale Anpassung an kurze Wellenlängen zu gewährleisten.

Kommunikation mit hoher Bandbreite und geringen Verlusten
Die Bandbreite des Mikrowellenfrequenzbandes ist wesentlich größer als die von niedrigeren Frequenzbändern (z. B. belegt die 1-GHz-Bandbreite nur einen kleinen Teil des Mikrowellenfrequenzbandes). Daher können Mikrowellenantennen Datenübertragungen mit hohen Datenraten unterstützen (z. B. 1 GHz, ... 5G-Mikrowellenantennen unterstützt Geschwindigkeiten über 10 Gbit/s und Wi-Fi 6 Mikrowellenantennen Sie unterstützen Geschwindigkeiten von mehreren Gbit/s). Darüber hinaus weisen Mikrowellensignale relativ geringe Ausbreitungsverluste auf (z. B. werden sie in der Atmosphäre weniger stark gedämpft), wodurch sie sich für Folgendes eignen: Punkt-zu-Punkt-Kommunikation über große Entfernungen (z. B. Mikrowellen-Relaisübertragung zwischen Basisstationen).

Richtungs- und Verstärkungsoptimierung
Die meisten Mikrowellenantennen sind Richtantennen (z. B. Parabolantennen, Richtantennen für Basisstationen), die die Signalenergie in einen bestimmten Strahl bündeln und dadurch die Verstärkung erhöhen (z. B. können parabolische Mikrowellenantennen Verstärkungen von über … erreichen). 20 dBiDies ermöglicht eine stabile Kommunikation über große Entfernungen. In bestimmten Szenarien (z. B. Mikrowellenantennen in Mobiltelefonen), omnidirektionale Designs werden verwendet, um sich an mobile Bedürfnisse anzupassen, aber mehrere Antennenarrays (wie in MIMO Technologie) werden eingesetzt, um einen unzureichenden Gewinn auszugleichen.

3. Typische Typen und Anwendungen

Mikrowellenantennen werden in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, insbesondere in Telekommunikation, Satellitenkommunikation und drahtlose DatennetzwerkeIhre kompakte Größe, hohe Leistungsfähigkeit und die Fähigkeit, große Bandbreiten zu verarbeiten, machen sie in modernen Kommunikationssystemen unverzichtbar.