ime mobile solutions antennen basics v1 0
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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 sein
! Frequenzbänder und ihre Nutzung
! Energieverteilung
! Praktische Anwedungsszenarien
! Sonstiges
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 Richtungen
! Mehr 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 sein
! Frequenzbänder und ihre Nutzung
! Energieverteilung
! Praktische Anwedungsszenarien
! Sonstiges
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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
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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)
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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 =
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Trau keiner Antenne ohne Doku!
! LPDA-A0044: VSWR und Gain Patterns
Zu allen Poynting-Antennen gibt es die komplette technische Dokumentation !
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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 !
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Trau keiner Antenne ohne Doku!
! OMNI-A0121: Radiation Patterns
Zu allen Poynting-Antennen gibt es die komplette technische Dokumentation !
aufschrauben
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Überblick
! Wie arbeitet eine Antenne?
! Ein wenig Theorie muss sein
! Frequenzbänder und ihre Nutzung
! Energieverteilung
! Praktische Anwedungsszenarien
! Sonstiges
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Frequenzbänder und ihre Nutzung(Beispiele)
14© Poynting Europe, Eckhard Geulen, Mai 2009
Überblick
! Wie arbeitet eine Antenne?
! Ein wenig Theorie muss sein
! Frequenzbänder und ihre Nutzung
! Energieverteilung
! Praktische Anwedungsszenarien
! Sonstiges
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Energieverteilung 1/2
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Energieverteilung 2/2
8 dBi 14 dBi 20 dBi
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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
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Überblick
! Wie arbeitet eine Antenne?
! Ein wenig Theorie muss sein
! Frequenzbänder und ihre Nutzung
! Energieverteilung
! Praktische Anwedungsszenarien
! Sonstiges
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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
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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
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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
Result with external antenna
! Excellent signal (-60 to -90dBm)
! Uninterrupted connection
! Stable 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
+
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
Result with external antenna
! Good signal (-80 to -95dBm)
! Uninterrupted connection
! Stable throughputPANL-A0038
ADPT-026
Pigtail
Pigtail
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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
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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
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One size fits all: ADPT-026
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Überblick
! Wie arbeitet eine Antenne?
! Ein wenig Theorie muss sein
! Frequenzbänder und ihre Nutzung
! Energieverteilung
! Praktische Anwedungsszenarien
! Sonstiges
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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?
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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
29© Poynting Europe, Eckhard Geulen, Mai 2009
Thank you