Создан радиочип, одновременно передающий и принимающий при помощи единственной антенны / Хабр
SLY_GСетевое оборудование Сотовая связь
Инженерам из Колумбийского университета удалось сконструировать чип, способный одновременно передавать и получать данные на одной и той же частоте при помощи одной и той же антенны. По сути, пропускная способность канала получается в два раза выше, чем у классических беспроводных технологий. Правда, чип пока не способен работать на тех уровнях энергии, которые требуются для современных беспроводных сетей.
Современные устройства используют раздельные антенны для приёма и передачи сигналов, при этом им приходится «договариваться» либо о разделении времени передачи (когда приём и передача данных происходят по очереди), либо о разных частотах для приёма и передачи сигналов.
По сравнению с традиционными технологиями, новый чип не тратит время и не занимает лишних частот, что позволяет передавать больше данных в единицу времени и освобождать частоты под другие нужды.
Использовать две антенны приходилось из-за принципа взаимности Лоренца, по которому электромагнитные волны идут по одному и тому же пути, неважно, распространяются они вперёд или назад. Для обхода этого явления обычно принято использовать циркуляторы, работающие при помощи магнитов.
Кроме того, не помешала и другая технология, разработанная в той же лаборатории – эхоподавляющий приёмник, решающий проблему появления «эха» сигналов в полнодуплексном режиме.
Он вычитает паразитные эхо-сигналы из обрабатываемого полученного сигнала, и таким образом очищает его от шума.
Пока что чип не готов для работы в привычных сетях GSM или WiFi – мощность его трансляции составляет от 10 до 100 мВт. Следующим этапом работы инженеров будет улучшение характеристик устройства.
Теги:
- full duplex
- wifi
- gsm
- радио
- чип
Хабы:
- Сетевое оборудование
- Сотовая связь
Всего голосов 13: ↑10 и ↓3 +7
Просмотры11K
Комментарии 21
Вячеслав Голованов @SLY_G
Научпоп. Проповедую в храме науки.
Сайт Сайт Сайт Twitter ВКонтакте
Комментарии Комментарии 21
Статья о принципах действия радиосистем
Главное назначение радиосистемы (беспроводной) состоит в ретрансляции данных через радиосигнал.
В нашем случае в роли данных будет выступать аудиосигнал, хотя посредством радио возможна передача и видеоинформации, и цифровой, и управляющих сигналов. На первом этапе передаваемые данные преобразуются в радиосигнал – это происходит путем изменения параметров радиоволны.
Выделяют три главных компонента микрофонных радиосистем – источник входного сигнала, радиопередатчик и приемник. Источник считывает входной звуковой сигнал, который затем поступает на передатчик. Здесь сигнал преобразуется в радиоформат и транслируется в пространство. Радиоприемник «ловит» сигнал и вновь преобразует в аудиоформат. Кроме того, в радиосистемах имеются антенны, в отдельных случаях и антенные кабели.
Передатчики
Бывают двух видов: стационарные и мобильные. И те и другие, как правило, обязательно имеют один вход для аудио, необходимый минимум регуляторов и индикаторов (питание и аудиочувствительность) и радиоантенну. Внутренняя конструкция и принципы работы также схожи, если не считать того, что портативные передатчики запитываются от батареек, а стационарные – от электросети.
Мобильные передатчики существуют в нательном, ручном или интегрируемом исполнении. На практике выбор конкретного типа чаще всего обусловлен источником звукового сигнала. При снятии вокала обычно предпочитают передатчики ручные или интегрируемые, в других ситуациях – нательные, также именуемые поясными. Нательные передатчики выполняются в размерах, которые позволяют разместить их в кармане.
Ручной передатчик объединен в одном корпусе с источником входного сигнала и, собственно, является вокальным микрофоном со встроенным передатчиком. Внешне он похож на стандартный проводной микрофон, но имеет несколько большие габариты. Поэтому и пользуются ручным передатчиком, как обыкновенным микрофоном: удерживают в ладонях или фиксируют на стандартной профильной стойке. Источник сигнала внутри корпуса соединен с передающим блоком через разъем или напрямую.
Интегрируемые радиопередатчики конструктивно представляют собой небольшой прибор в форме цилиндра или параллелепипеда со входным интерфейсом XLR-«мама» и встроенной в корпус антенной.
Такая конструкция позволяет подключаться к стандартным микрофонам проводного типа, фактически превращая их таким образом в беспроводные.
Разные виды передатчиков могут существенно отличаться внешним видом, но функции при этом выполняют сходные.
Приемники
Подобно радиопередатчикам, приемники бывают портативные и стационарные. Имеются у них и внешние аналогии: мобильные приемники имеют небольшие габариты, пару выходов под наушники и микрофон (иногда один), минимум «крутилок» и индикаторов, антенну (чаще одну). Конструкция стационарных радиоприемников аналогична портативным, если не считать источника питания (сеть в первом случае, батарейка во втором).
Конфигурация антенн приемника
Существует два основных типа стационарных приемников по антенной конфигурации: одно- и двухантенные.
Многие их параметры схожи: оба вида приемников можно ставить на ровную горизонтальную плоскость и собирать в рэковые стойки, оба могут иметь выходы микрофонные, линейные и под наушники, индикацию электропитания и аудио- или радиосигнала, управляющие питанием и уровнем звукового сигнала на выходе регуляторы, антенны съемного или несъемного типа.
Разница же состоит в том, что наличие двух антенн позволяет значительно улучшить показатели звука. При передаче радиосигнал может становиться слабее из-за большого расстояния или преград на пути распространения. Вторая антенна существенно снижает влияние этого процесса на качество выходного звукового сигнала.
На практике выбор между двумя этими типами делают исходя из конкретных условий, в которых нужно добиться эффективной и надежной работы беспроводной микрофонной системы.
КУПИТЬ РАДИОСИСТЕМУ
Как работают антенны | Мобильные системы
Представьте, что вы протягиваете руку и ловите проходящие мимо слова, картинки и информацию. Это более или менее то, что делает антенна (иногда называемая антенной): это металлический стержень или тарелка, которая улавливает радиоволны и превращает их в электрические сигналы, подаваемые на что-то вроде радио, телевидения или телефонной системы. Такие антенны иногда называют приемниками. Передатчик — это другой тип антенны, который выполняет противоположную работу приемника: он преобразует электрические сигналы в радиоволны, так что они иногда могут перемещаться на тысячи километров вокруг Земли или даже в космос и обратно.
Антенны и передатчики являются ключом практически ко всем формам современной телекоммуникации. Давайте подробнее рассмотрим, что они из себя представляют и как они работают!
Как работают антенны
Предположим, вы руководитель радиостанции и хотите транслировать свои программы всему миру. Как вы это делаете? Вы используете микрофоны, чтобы улавливать звуки голосов людей и превращать их в электрическую энергию. Вы берете это электричество и, грубо говоря, заставляете его течь по высокой металлической антенне (увеличивая его мощность во много раз, чтобы оно распространялось в мире так далеко, как вам нужно). Поскольку электроны (крошечные частицы внутри атомов) в электрическом токе колеблются взад и вперед вдоль антенны, они создают невидимое электромагнитное излучение в виде радиоволн. Эти волны распространяются со скоростью света, унося с собой вашу радиопрограмму. Что произойдет, если я включу радио в своем доме в нескольких милях от меня? Радиоволны, которые вы послали, проходят через металлическую антенну и заставляют электроны раскачиваться вперед и назад.
Как передатчик посылает радиоволны приемнику. 1) Электричество, поступающее в передающую антенну, заставляет электроны колебаться вверх и вниз по ней, создавая радиоволны. 2) Радиоволны распространяются по воздуху со скоростью света. 3) Когда волны достигают приемной антенны, они заставляют электроны внутри нее колебаться. Это производит электрический ток, который воссоздает исходный сигнал.
Антенны передатчика и приемника часто очень похожи по конструкции. Например, если вы используете что-то вроде спутникового телефона, который может отправлять и принимать видеотелефонные звонки в любое другое место на Земле с помощью космических спутников, все сигналы, которые вы передаете и принимаете, проходят через одну спутниковую антенну — особый вид антенны в форме чаши (и технически известной как параболический рефлектор, потому что тарелка изгибается в форме графика, называемого параболой).
Волны не всегда распространяются по воздуху от передатчика к приемнику. В зависимости от того, какие виды (частоты) волн мы хотим послать, как далеко мы хотим их послать и когда мы хотим это сделать, на самом деле существует
Произведения искусства : Как волна распространяется от передатчика к приемнику: 1) По прямой видимости; 2) по земной волне; 3) Через ионосферу.
- Как мы уже видели, они могут стрелять по так называемой «линии прицеливания», по прямой — как луч света. В старых телефонных сетях дальней связи для передачи звонков между очень высокими башнями связи использовались микроволны.
- Они могут двигаться вокруг кривизны Земли в так называемой земной волне. AM (средневолновое) радио имеет тенденцию распространяться таким образом на короткие и средние расстояния. Это объясняет, почему мы можем слышать радиосигналы за горизонтом (когда передатчик и приемник не находятся в пределах видимости друг друга).
- Они могут взлететь в небо, отскочить от ионосферы (электрически заряженной части верхних слоев атмосферы Земли) и снова спуститься на землю. Этот эффект лучше всего работает ночью, что объясняет, почему дальние (иностранные) AM-радиостанции гораздо легче принимать по вечерам. В дневное время волны, уходящие в небо, поглощаются нижними слоями ионосферы. Ночью такого не бывает. Вместо этого более высокие слои ионосферы улавливают радиоволны и отбрасывают их обратно на Землю, давая нам очень эффективное «зеркало неба», которое может помочь переносить радиоволны на очень большие расстояния.
Фото: эта телескопическая антенна FM-радио выдвигается примерно на 1–2 м (3–6 футов или около того), что составляет примерно половину длины радиоволн, которые она пытается уловить.
Простейшая антенна представляет собой цельный кусок металлического провода, прикрепленный к радиоприемнику. Первое радио, которое я построил, когда мне было 11 или 12 лет, представляло собой кристалл с длинной петлей из медного провода, действующей в качестве антенны. Я провел антенну вдоль потолка своей спальни, так что ее общая длина должна была быть около 20–30 метров (60–100 футов)!
Фото: Антенны, которые используют связь в пределах прямой видимости, должны быть установлены на высоких мачтах, как эта. Вы можете видеть тонкие диполи антенны, торчащие из верхней части, но большая часть того, что вы видите здесь, — это просто башня, которая удерживает антенну высоко в воздухе. Фотография Пьера-Этьена Куртежуа предоставлена армией США.
Большинство современных транзисторных радиоприемников имеют как минимум две антенны. Один из них представляет собой длинный блестящий телескопический стержень, который выдвигается из корпуса и поворачивается для приема FM-сигналов (частотной модуляции).
Зачем в радиостанции две антенны? Сигналы в этих разных диапазонах волн передаются радиоволнами разной частоты и длины волны. Типичные AM-радиосигналы имеют частоту 1000 кГц (килогерц), в то время как типичные FM-сигналы имеют частоту около 100 МГц (мегагерц), поэтому они вибрируют примерно в сто раз быстрее. Поскольку все радиоволны распространяются с одинаковой скоростью (скорость света, которая составляет 300 000 км/с или 186 000 миль в секунду), AM-сигналы имеют длину волны примерно в сто раз больше, чем FM-сигналы. Вам нужны две антенны, потому что одна антенна не может уловить такой сильно различающийся диапазон длин волн. Именно длина волны (или частота, если хотите) радиоволн, которые вы пытаетесь обнаружить, определяет длину антенны, которую вам нужно использовать.
Твитнуть
Антенны для FM-вещательных передатчиков TEKO Broadcast
Антенны для FM-передатчиков
Тип антенны, необходимой вещателю, зависит от многих факторов, одним из которых является область, которую они должны охватить: сельская, столичная, городская, смешанная, плоская или горная местность и т. д.
Существует множество типов антенн: направленные, всенаправленные, яги, логарифмические, с круговой поляризацией, широкополосные, настроенные и т. д.
В зависимости от потребностей вещательной компании можно определить антенную систему, которая соответствует их потребностям в покрытии.
Ниже приведено описание основных характеристик наших антенных систем и руководство, которое поможет вам выбрать подходящую модель.
Почему антенны ТЕКО превосходят по производительности и качеству антенны наших конкурентов?
Антенны ТЕКО изготавливаются с учетом концепции долговечности.
Каждая деталь качества оптимизирована, чтобы гарантировать, что они будут работать всегда, без каких-либо изменений в производительности с годами.
Для этого мы работали в нескольких направлениях: 1) конструкция антенны; 2) качество используемых материалов ; 3) качество и тип обработки материалов; 4) И т.д…
Всего этого, однако, будет недостаточно, если из-за неправильного обращения при транспортировке антенна выйдет из строя или деформируется.
Именно по этой причине в эфире ТЕКО мы маниакально заботимся о этапе упаковки .
Наши упаковки разработаны с той же тщательностью, с какой мы разрабатываем антенны, чтобы обеспечить максимальную защиту во время транспортировки и снизить стоимость самой транспортировки.
Вот почему наши антенны являются настоящими драгоценностями – они сияют как платина, сохраняют свой блеск на протяжении многих лет и сохраняют свою ценность с течением времени.
Начиная с самая простая деталь : например, гайка для крепления антенны к стойке. Стандартная стальная гайка и винт со временем блокируются. Через год его невозможно открутить. Наша гайка разработана специально для своей функции: это не стандартная гайка, она производится нами. Изготовлен из латуни, а затем оцинкован и увеличен по сравнению со стандартным. Это необходимо для предотвращения коррозии и явления блокировки.
Даже после двадцати лет пребывания в суровых условиях сурового климата застежки сохранят свою работоспособность. Их можно легко разобрать, не повредив антенну.
Как работает радиоантенна
Преобразователь представляет собой устройство, преобразующее одну физическую величину в другую.
Антенна является преобразователем, и происходит преобразование между «электрическим током» и «электромагнитным полем».
Антенны бывают двух типов: a Антенна передатчика и Антенна приемника . Передающая антенна преобразует электрический ток, генерируемый передатчиком, в излучаемое электромагнитное поле. Приемная антенна преобразует принимаемое магнитное поле в электрический ток. Приемник использует этот электрический ток для извлечения содержащейся в нем информации.
Для чего нужна FM-антенна
Он используется для передачи музыки, мыслей, изображений и т. д. с помощью электромагнитной энергии и радиоволн. FM-антенна делает именно это.
Мы видим антенны каждый день: они есть в наших мобильных телефонах, в наших машинах, в наших домах.
Антенны бывают разных форм. Форма зависит от того, что вы собираетесь получать или передавать.
Таким образом, функция антенны заключается либо в отправке радиоволн по всей земле и даже в космос, либо в приеме радиоволн с больших расстояний.
С чем можно сравнить радиоантенну?
Работа с антенной менее интуитивно понятна, чем у других преобразователей.
Чтобы сравнить это с чем-то более знакомым, мы можем подумать о динамиках.
Все мы слушаем радио, телевизор или Hi-Fi системы; мы знакомы с тем, как динамик преобразует электрический ток в акустическую энергию или звуковые волны.
Мы привыкли слушать музыку на разной громкости: из динамиков в наушниках, из динамиков на рок-концертах. Первые используют только доли ватт для воспроизведения звука, который мы слышим, в то время как другие используют многие тысячи ватт!
Проще говоря, антенна делает то же, что и динамики, только преобразует в электромагнитную, а не в акустическую энергию .
Существуют антенны, подключенные к небольшим передатчикам мощностью несколько десятков ватт, и антенные системы, подключенные к передатчикам мощностью в тысячи ватт.
Какие бывают антенны?
Существует два типа антенн: передатчик типа и приемник типа , причем последний используется чаще.
Оба работают по-разному, но взаимодополняющими способами.
Как работает вся система передатчик-антенна-приемник?
Передатчик принимает на вход электрические аудиосигналы и преобразует их в радиочастоты. Антенна, подключенная к передатчику, преобразует радиочастоту в радиоволны, также называемые электромагнитными волнами.
Радиоволны распространяются со скоростью света и могут распространяться на большие расстояния вокруг Земли и даже в космос.
Эти радиоволн улавливаются приемными антеннами .
После захвата они генерируют электрический ток, который радио или другое подобное устройство преобразует в электрический ток, а затем в звук или данные.
Радиостанция использует FM-антенну для преобразования радиочастоты, создаваемой передатчиком, в электромагнитные волны и таким образом передает свой сигнал на большие расстояния.
В чем разница между передающей антенной и приемной антенной?
Передающая антенна имеет характеристики, сильно отличающиеся от приемной.
Передающая антенна должна выдерживать высокую мощность , должна направлять волны в интересующую область, должна быть установлена на высоте, позволяющей достигать как можно большего расстояния. Приемная антенна, например, автомобильная, должна принимать сигналы очень малой мощности с любого направления.
Важные свойства Передающих антенн
Особенно важны четыре характеристики антенн: направленность , усиление , пропускная способность и поляризация .
Направленность
Направленность — это параметр, который измеряет, в каком направлении находится наибольшее излучение антенны или, другими словами, в каком направлении наблюдается наибольшая концентрация излучения.
Антенны делятся на два типа: Всенаправленная и Направленная .
Всенаправленные антенны излучают одинаково во всех направлениях: 360 градусов.
Это антенна под названием DIPOLO. Наиболее широко используется.
Направленные антенны могут быть разных типов: многоэлементные антенны, логарифмические антенны, антенны Yagi и панели. Каждый из этих типов имеет разные значения направленности и концентрации электромагнитного луча в одном направлении.
Усиление
В электромагнетизме коэффициент усиления антенны представляет собой число , которое сочетает в себе направленность антенны и электрический КПД.
В передающей антенне коэффициент усиления описывает, насколько антенна преобразует поступающую мощность в радиоволны, излучаемые в определенном направлении.
Относительный параметр используется для определения коэффициента усиления антенны: отношение мощности, излучаемой антенной в определенном направлении, к мощности, излучаемой гипотетической изотропной антенной без потерь, которая одинаково излучается во всех направлениях. Это отношение выражается в децибелах-изотропах (дБи) .
дБи — это параметр, обычно используемый для определения коэффициента усиления антенны.
Следует уточнить, что для конкретного типа антенны коэффициент усиления является параметром, который зависит от геометрии антенны и не может быть изменен производителем в сторону ее улучшения или ухудшения. Например, чтобы увеличить коэффициент усиления дипольной антенны, единственно возможной операцией является увеличение количества антенн. Система с двумя антеннами имеет вдвое больший коэффициент усиления, чем одна антенна. Система с четырьмя антеннами имеет вдвое большее усиление, чем система с двумя антеннами, и так далее.
Полоса пропускания
Геометрическая форма или размер FM-антенны обратно пропорциональны длине волны передаваемого сигнала.
Вне рабочего диапазона антенна не согласована .
Параметр согласования определяет, насколько антенна показывает себя передатчику как чистая нагрузка 50 Ом. Чистый в том смысле, что он должен показывать себя как чисто омический, неемкостный и неиндуктивный резистор.
В несогласованной антенне часть мощности отражается, возвращается к передатчику в виде КСВ. Это производит два эффекта: 1) Мощность не излучается, поэтому зона покрытия уменьшается; 2) Передатчик перегружен, потому что ему приходится обрабатывать мощность, которую он передает, плюс мощность, которая возвращается обратно. Эта перегрузка может повредить преобразователь.
Вышеизложенные соображения подразумевают, что ширина полосы является конечным числом и что трудно спроектировать антенны, перекрывающие очень широкую полосу частот; увеличивая или уменьшая частоту сигнала, вы выходите за пределы диапазона, на который рассчитана антенна.
Если, например, увеличить вдвое частоту FM, размер антенны уменьшится вдвое.
И наоборот, если частота уменьшается вдвое по сравнению с частотой FM, размер антенны увеличивается вдвое.
Антенны бывают двух типов: широкополосные и настроенные. Широкополосные FM-антенны сохраняют свои характеристики согласования во всех 20 МГц диапазона FM.
Настроенные антенны адаптированы только в небольшой полосе вокруг частоты, на которую они были настроены.
Полоса пропускания FM составляет 20 МГц : следовательно, из-за вышеизложенного проектирование антенны, которая имеет постоянную характеристику согласования во всем диапазоне, требует особого внимания и навыков при ее проектировании.
Согласование широкополосной антенны — это то, над чем разработчик и производитель могут работать над улучшением: то есть, чтобы гарантировать, что импеданс, представляемый антенной передатчику во всех точках диапазона, будет максимально возможным, а также постоянным на протяжении всего диапазона. группа.
Поляризация
Поляризация — это направление, в котором электромагнитные поля, создаваемые антенной, распространяются при излучении энергии.
Эти направленные поля определяют плоскость, вдоль которой распространяется энергия и принимается приемной антенной.
Этот самолет условно называют «Е-самолет» .
Поляризация может быть Линейная (вертикальная, горизонтальная или наклонная) или Круговая .
Эта простая концепция важна для связи между антеннами.
Антенна с горизонтальной поляризацией не будет поддерживать связь с антенной с вертикальной поляризацией и наоборот.
Линейная поляризация
Линейная поляризация относится к антенной системе, которая работает с поляризацией в одной плоскости излучения: вертикальной, горизонтальной или наклонной.
Для вертикальной поляризации электрическое поле будет колебаться вверх и вниз в вертикальной плоскости.
Для горизонтальной поляризации электрическое поле будет колебаться влево и вправо в горизонтальной плоскости.
Таким образом, вертикальная антенна принимает и излучает волны с вертикальной поляризацией, а горизонтальная антенна принимает или излучает волны с горизонтальной поляризацией.
Круговая поляризация
В круговой поляризации плоскость Е, или направление, в котором излучается энергия, непрерывно изменяется при круговом движении. Это означает, что вектор плоскости Е непрерывно вращается и постепенно проходит все промежуточные варианты от вертикали к горизонтали.
В этом типе поляризации мощность передатчика излучается по двум векторам, вертикальному и горизонтальному .
Мощность одного вектора уменьшается вдвое.
Выбор типа поляризации
Выбор типа поляризации зависит от правил, действующих в стране, где используется антенна.
Наиболее используемой во всем мире является вертикальная поляризация .
В некоторых странах Восточной Европы и Северной Европы используется или использовалась горизонтальная поляризация.
В США и Латинской Америке используется круговая поляризация.
Выбор типа поляризации либо политический, либо технический.
