Антенны в системах сотовой мобильной связи.

3.2.  Антенны в системах сотовой мобильной связи

Так как в системах сотовой мобильной связи используется дециметровый диапазон длин волн, то обычно в качестве антенн применяют электрические вибраторные антенны.
Для понимания особенностей конструкций и параметров таких антенн необходимо чет­кое представление о параметрах передачи и приема элементарного электрического вибрато­ра (диполя), что упростит знакомство читателя с конкретными антеннами базовых и мо­бильных станций, а также явится основой для понимания методов расчета электромагнит­ного поля, излучаемого антеннами MS и BTS.

Излучение электромагнитного поля элементарным электрическим диполем.

то есть напряженность магнитного поля в ближней зоне относительно напряженности элек­трического поля сдвинута на 90° по фазе.
Поэтому плотность потока мощности (вектор Умова-Пойнтинга) представляется в виде:

 

Это значит, что в ближней зоне в идеальном случае отсутствует излучение, так как со­ставляющие вектора Умова-Пойнтинга оказываются чисто комплексными.
Реально в ближней зоне существует большое реактивное поле, а поле излучения (рас­пространяющееся от излучателя-диполя в окружающее пространство) чрезвычайно мало (так как значения 1 /(кг)²значительно больше 1 /(кг))по сравнению с реактивным полем.
Таким образом, в ближней зоне возникает реактивное электромагнитное поле, причем плотность потока мощности значительно больше, чем в дальней зоне — зоне излучения. Промежуточная зонаявляется переходной от ближней зоны к дальней, когда значение 

то есть ни одним из слагаемых 1 /(kr)ⁿв выражениях для проекций Н^,Е_г,Е_епренебречь
нельзя, как это было сделано для ближней зоны. Это приводит к тому, что в промежуточной зоне поле излучения и реактивное поле оказываются почти одного порядка. Выражения для Ну,Ё_г,Ё_едля промежуточной зоны позволяют исследовать структуру электромагнитного
поля электрического диполя. При этом необходимо отметить следующее:
-   в промежуточной зоне, называемой также зоной френелевской дифракции, на моно­тонное убывание составляющих от расстояния по закону 1 /гнакладывается осцилли­рующее, затухающее поле реактивного характера;
-   модули проекций векторов Е и Н с различными законами изменения 1 /г^пимеют в про­межуточной зоне близкие величины;
-   электромагнитная энергия, излучаемая диполем, сложным образом распределяется в пространстве, окружающем электрический диполь, и зависит как от времени, так и пространственных координат.
Кроме излучаемой энергии, в промежуточной зоне возникает колебательный режим (энергия то «уходит», то «возвращается» к диполю), что приводит к увеличению и умень­шению плотности потока мощности на различных расстояниях от излучателя, то есть воз­никает в пространстве режим смешанных электромагнитных волн.
Дальняя зона, называемая часто волновой зоной или зоной излучения, характеризуется условием:

Основные параметры элементарного электрического диполя Мощность и сопротивление излучения
Распространение электромагнитных волн (ЭМВ) в дальней зоне сопровождается пере­носом энергии и связанного с ней плотности потока мощности.
Средний за период вектор плотности потока мощности (вектор Умова-Пойнтинга) равен:

Направленные свойства электрического диполя.

Для более наглядного представления о характере излучения диполя (а в общем случае и для вибраторных антенн, используемых в дециметровом диапазоне в MS и BTS) обычно строят графики зависимости амплитуды напряженности электромагнитного поля (то есть £е(в,ср) или //_Ф(0,ф)) или плотности потока мощности П_г(0,ф) от направления к точке наблю­дения при постоянном радиусе г= const, либо в декартовой — рис. 3.3, а, либо в полярной системах координат.
На рис. 3.3, бивпоказаны зависимости нормированных значений напряженности элек­трического поля, излучаемого диполем, от соответствующих угловых координат, называе­мые диаграммами направленности в полярной системе координат меридианальной плоско­сти (рис. 3.3, б):

---