miniatura|Central telefònica amb antenes posteriors muntades més amunt per evitar esvaïment La diversitat d'antenes, també coneguda com a diversitat espacial o diversitat espaial, és qualsevol dels diversos esquemes de diversitat sense fil que utilitza dues o més antenes per millorar la qualitat i la fiabilitat d'un enllaç sense fil. Sovint, especialment en entorns urbans i interiors, no hi ha una línia de visió (LOS) clara entre el transmissor i el receptor. En canvi, el senyal es reflecteix al llarg de múltiples camins abans de ser finalment rebut. Cadascun d'aquests rebots pot introduir canvis de fase, retards de temps, atenuacions i distorsions que poden interferir destructivament entre si a l'obertura de l'antena receptora.
La diversitat d'antenes és especialment eficaç per mitigar aquestes situacions de multicamí. Això es deu al fet que diverses antenes ofereixen a un receptor diverses observacions del mateix senyal. Cada antena experimentarà un entorn d'interferència diferent. Per tant, si una antena experimenta un esvaïment profund, és probable que una altra tingui un senyal suficient. Col·lectivament, un sistema d'aquest tipus pot proporcionar un enllaç robust. Si bé això es veu principalment en sistemes receptors (recepció de diversitat), l'analògic també ha demostrat ser valuós per a sistemes transmissors (diversitat de transmissió).
Inherentment, un esquema de diversitat d'antenes requereix maquinari i integració addicionals en comparació amb un sistema d'antena única, però a causa de la similitud de les rutes del senyal, es pot compartir una bona quantitat de circuits. A més, amb els múltiples senyals hi ha una major demanda de processament al receptor, cosa que pot conduir a requisits de disseny més estrictes. Normalment, però, la fiabilitat del senyal és primordial i l'ús de múltiples antenes és una manera eficaç de reduir el nombre de caigudes i pèrdues de connexió. miniatura|Sistema de comunicació divers amb canals redundants paral·lels
Tècniques d'antena La diversitat d'antenes es pot aconseguir de diverses maneres. Depenent de l'entorn i de la interferència esperada, els dissenyadors poden emprar un o més d'aquests mètodes per millorar la qualitat del senyal. De fet, sovint s'utilitzen diversos mètodes per augmentar encara més la fiabilitat.
La diversitat espacial utilitza múltiples antenes, generalment amb les mateixes característiques, que estan separades físicament entre si. Depenent de la incidència esperada del senyal entrant, de vegades n'hi ha prou amb un espai de l'ordre d'una longitud d'ona. Altres vegades es necessiten distàncies molt més grans. La cel·lularització o sectorització, per exemple, és un esquema de diversitat espacial que pot tenir antenes o estacions base a quilòmetres de distància. Això és especialment beneficiós per a la indústria de les comunicacions mòbils, ja que permet que diversos usuaris comparteixin un espectre de comunicació limitat i evitin interferències de cocanal. La diversitat de patrons consisteix en dues o més antenes coubicades amb patrons de radiació diferents. Aquest tipus de diversitat utilitza antenes direccionals que normalment estan separades físicament per una certa distància (sovint curta). Col·lectivament, són capaces de discriminar una gran porció de l'espai angular i poden proporcionar un guany més alt en comparació amb un únic radiador omnidireccional. La diversitat de polarització combina parells d'antenes amb polaritzacions ortogonals (és a dir, horitzontal/vertical, ± 45° inclinat, polarització circular esquerra/dreta, etc.). Els senyals reflectits poden experimentar canvis de polarització depenent del medi pel qual viatgen. Una diferència de polarització de 90° donarà lloc a un factor d'atenuació de fins a 34. dB en la intensitat del senyal. En emparellar dues polaritzacions complementàries, aquest esquema pot immunitzar un sistema de desajustos de polarització que d'altra manera causarien un esvaïment del senyal. A més, aquesta diversitat ha demostrat ser valuosa a les estacions base de ràdio i comunicacions mòbils, ja que és menys susceptible a les orientacions gairebé aleatòries de les antenes transmissores. La diversitat de transmissió/recepció utilitza dues antenes separades i col·locades per a les funcions de transmissió i recepció. Aquesta configuració elimina la necessitat d'un dúplex i pot protegir els components sensibles del receptor de l'alta potència utilitzada en la transmissió. Les matrius adaptatives poden ser una sola antena amb elements actius o una matriu d'antenes similars amb la capacitat de canviar el seu patró de radiació combinat a mesura que persisteixen diferents condicions. Les matrius actives d'escaneig electrònic (AESA) manipulen canviadors de fase i atenuadors a la cara de cada lloc radiant per proporcionar una capacitat d'escaneig gairebé instantània, així com control del patró i la polarització. Això és especialment beneficiós per a aplicacions de radar, ja que permet a una sola antena la capacitat de canviar entre diversos modes diferents, com ara la cerca, el seguiment, el mapatge i les contramesures d'interferència.
Tècniques de processament Totes les tècniques anteriors requereixen algun tipus de postprocessament per recuperar el missatge desitjat. Entre aquestes tècniques hi ha:
Commutació: En un receptor de commutació, el senyal d'una sola antena s'alimenta al receptor mentre la qualitat d'aquest senyal es mantingui per sobre d'un llindar prescrit. Si el senyal es degrada, es connecta una altra antena. La commutació és la tècnica de processament de diversitat d'antenes més fàcil i de menor consum d'energia, però poden produir-se períodes d'esvaïment i desincronització mentre la qualitat d'una antena es degrada i s'estableix un altre enllaç d'antena. Selecció: Igual que amb la commutació, el processament de selecció presenta només el senyal d'una antena al receptor en un moment donat. Tanmateix, l'antena escollida es basa en la millor relació senyal-soroll (SNR) entre els senyals rebuts. Això requereix que es realitzi una mesura prèvia i que totes les antenes hagin establert connexions (almenys durant la mesura SNR), cosa que comporta un requisit de potència més elevat. El procés de selecció real pot tenir lloc entre els paquets d'informació rebuts. Això garanteix que es mantingui una única connexió d'antena tant com sigui possible. La commutació es pot dur a terme paquet per paquet si cal. Combinació: En la combinació, totes les antenes mantenen connexions establertes en tot moment. Els senyals es combinen i es presenten al receptor. Depenent de la sofisticació del sistema, els senyals es poden sumar directament (combinació de guany igual) o ponderar i sumar coherentment (combinació de relació màxima). Un sistema d'aquest tipus proporciona la major resistència a l'esvaïment, però com que tots els camins de recepció han de romandre energitzats, també consumeix la major quantitat d'energia. Control dinàmic: Els receptors controlats dinàmicament són capaços de triar entre els esquemes de processament anteriors per a cada situació. Tot i que són molt més complexos, optimitzen el compromís entre potència i rendiment. Les transicions entre modes i/o connexions d'antena es senyalitzen amb un canvi en la qualitat percebuda de l'enllaç. En situacions de baix esvaïment, el receptor pot no utilitzar diversitat i utilitzar el senyal presentat per una sola antena. A mesura que les condicions es degraden, el receptor pot assumir els modes més fiables però que consumeixen molta energia descrits anteriorment.
miniatura|Antenes cel·lulars en una torre elèctrica que mostren dues antenes per sector
Aplicacions Una aplicació pràctica ben coneguda de la recepció de diversitat és en els micròfons sense fil i en dispositius electrònics similars com ara els sistemes de guitarra sense fil. Un micròfon sense fil amb un receptor sense diversitat (un receptor que només té una antena) és propens a pèrdues aleatòries, esvaïments, soroll o altres interferències, especialment si el transmissor (el micròfon sense fil) està en moviment. Un micròfon sense fil o un sistema de so que utilitza la recepció de diversitat canviarà a l'altra antena en microsegons si una antena experimenta soroll, proporcionant un senyal de millor qualitat amb menys pèrdues i soroll. Idealment, no es produiran pèrdues ni soroll al senyal rebut.
Un altre ús comú és en equips de xarxa Wi-Fi i telèfons sense fil per compensar les interferències multicamí. L'estació base canviarà la recepció a una de les dues antenes depenent de quina estigui rebent actualment un senyal més fort. Per obtenir els millors resultats, les antenes se solen col·locar a una longitud d'ona de distància. Per a bandes de microones, on les longituds d'ona són inferiors a 100 cm, això sovint es pot fer amb dues antenes connectades al mateix maquinari. Per a freqüències més baixes i longituds d'ona més llargues, les antenes han d'estar separades per diversos metres, cosa que ho fa molt menys raonable.
Les torres de telefonia mòbil també aprofiten sovint la diversitat: cada cara (sector) d'una torre sovint tindrà dues antenes; una és transmissora i receptora, mentre que l'altra és una antena només de recepció. S'utilitzen dos receptors per realitzar la recepció de diversitat.
L'ús de múltiples antenes tant en transmissió com en recepció dóna com a resultat un sistema MIMO (multiple-input multiple-output). L'ús de tècniques de diversitat en ambdós extrems de l'enllaç s'anomena codificació espai-temps.
Referències
Categoria:Antenes Categoria:Telecomunicacions