Gewinn vs. Richtwirkung und Wirkung des Tierkörpers auf Antennen

Mein Design funktioniert in einem Waldgebiet in einem Halsband eines Elefanten. Diese Gebiete haben eine GSM-Stärke von mindestens -110 dBm (genaue Referenzkarte verlinkt) , aber normalerweise höher, da ich in einem kleinen Land lebe, in dem eine GSM-Abdeckung problemlos bereitgestellt werden kann.

Nachfolgend ein Auszug aus dem Datenblatt meines GSM-Empfängers

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich verwende derzeit eine GSM-Antenne , um GSM-Signale in rauer Umgebung zu empfangen. Aber es ist möglicherweise nicht angemessen oder am besten geeignet. Ich frage mich, ob ich einen besseren Empfang hätte, wenn ich in meinem Design eine Antenne mit geringerer Verstärkung wählen würde.

Frage 1: Steigt der Gewinn einer Antenne immer mit abnehmender Richtwirkung?

Frage 2: Welche Art von GSM-Antenne wird für eine Anwendung empfohlen, die in Gebieten mit so geringer GSM-Abdeckung betrieben werden kann? Was sind die Faktoren, die ich beachten sollte, um dieses Design zu optimieren, um eine höhere Konnektivitätsmöglichkeit zu haben?

Frage 3 : Welche Wirkung hätte der Riesenkörper des Tieres auf den Empfang von GSM-Signalen? Wenn ja, was sind die Mittel, die ich tun kann, um die Auswirkungen derselben zu verringern.

Die Signalstärke wird normalerweise in dBm gemessen, niemals in dBi. dBi ist Verstärkung. Welche Signalstärke benötigt Ihr Empfänger (ohne Berücksichtigung der Antenne) - dies bestimmt, wie viel niedrigere Verstärkung Sie erreichen können (weniger Richtwirkung).
Bei richtiger Ausrichtung neige ich dazu zu sagen, dass eine Richtantenne einen höheren Gewinn hat, nicht einen niedrigeren. Haben Sie auch tatsächlich eine PCB-Antenne, wie es auf dem Etikett steht?
Sehr geehrte Damen und Herren, ich habe die Frage entsprechend aktualisiert, um die durch Kommentare aufgeworfenen Fragen zu beantworten. Nochmals vielen Dank für Ihr wertvolles geteiltes Wissen.
Ein bisschen anekdotisch, aber ich habe 915-MHz-HF-Module auf Rennpferden (in der Satteldecke) platziert und während verschiedener Versuche schien es die Reichweite nicht zu beeinträchtigen, im Vergleich zu jemandem, der es nur in der Luft hält.

Antworten (1)

Frage 1: Steigt der Gewinn einer Antenne immer mit abnehmender Richtwirkung?

Der reale Antennengewinn wird fast immer auf die theoretische isotrope Antenne bezogen. Die isotrope Antenne strahlt Energie in alle Richtungen gleichermaßen ab, daher projiziert sie Energie auf die Oberfläche einer Kugel, wo sich die Antenne im Zentrum der Kugel befindet.

Im Abstand r (Kugelradius) durchdringt die Leistung einer isotropen Antenne eine Kugelfläche von 4 π R 2 Quadratmeter.

Normale Antennen (z. B. Dipole) übertragen diese Leistung nicht in alle Richtungen, daher wird ihnen in bestimmten Richtungen ein Gewinn gegenüber der isotropen Antenne nachgesagt, und tatsächlich gibt es auf vergleichbarer Entfernung mehr Leistung pro Quadratmeter, aber das ist der Anfang "gerichtet" werden. Je höher also die Richtwirkung einer Antenne ist, desto mehr Leistung konzentriert sie in eine Richtung (bei Empfangsantennen auch reziprok) und desto höher ist der Gewinn.

Frage 2: Welche Art von GSM-Antenne wird für eine Anwendung empfohlen, die in Gebieten mit so geringer GSM-Abdeckung betrieben werden kann?

Was ist die wahrscheinlich empfangene Einfallsleistung und was ist die vom Empfänger benötigte Mindestleistung? Eine gute Zahl für die benötigte Leistung des Empfängers ergibt sich aus der Signaldatenrate: -

Die empfangene Leistung beträgt -154 dBm + 10 l Ö G 10 (Datenrate) - daraus können Sie den Headroom berechnen, vielleicht 20 dB für die Fade-Margin hinzufügen (könnte niedriger sein, wenn Sie eine längere Verzögerung akzeptieren und sich bewegen).

Frage 3 : Welche Wirkung hätte der Riesenkörper des Tieres auf den Empfang von GSM-Signalen? Wenn ja, was sind die Mittel, die ich tun kann, um die Auswirkungen derselben zu verringern.

Ich habe keine Ahnung.

Danke @andy alias deine Antwort. Ich habe meine Frage aktualisiert, um zu erwähnen, dass mein Empfänger eine Empfangsempfindlichkeit von -109 dBm hat. Außerdem habe ich die aktuelle GSM-Antenne, die ich verwende, aktualisiert. Ich verstehe nicht, was du in der Gleichung mit Datenrate meinst. Können Sie mir bitte sagen, wie ich diese Datenrate finden kann?
Wenn Sie die Empfindlichkeit des Empfängers haben, müssen Sie die Gleichung nicht verwenden, aber -107 dBm werden in eine Datenrate von 50 kbps umgewandelt. Ich weiß nicht, wie hoch die GSM-Datenrate ist, aber -107 dBm bedeutet, dass es 50 kbps sind.
In Bezug auf Ihren früheren Kommentar: "Welche Signalstärke benötigt Ihr Empfänger - dies bestimmt, wie viel niedrigere Verstärkung Sie erreichen können." Da ich einen -107-dBm-Empfänger und eine 3-dBi-Antenne habe, was ist die geringste Verstärkung der Antenne in dBi I kann man sich für dieses Modul entscheiden, um die höchste Richtwirkung im Wald zu haben?
Mit einer 3-dBi-Antenne können Sie vernünftigerweise -110 dBm mit halbwegs anständiger Datenreinheit empfangen, aber Sie haben überhaupt keinen Spielraum, und Sie werden möglicherweise leicht feststellen, dass dies den Empfang in Bereichen wie bis zu mehreren zehn Quadratmetern verhindert. Außerdem muss die Antenne im Allgemeinen in die richtige Richtung ausgerichtet werden.
Gewinn vs. Richtwirkung und Wirkung des Tierkörpers auf Antennen
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