اصول Isolation و کانکتور در آرایه های چند-Antenna

سیستم های ارتباطی بی سیم مدرن، از ایستگاه های پایه 5G تا ارتباطات ماهواره ای و رادار پیشرفته، به طور فزاینده ای به آرایه های چند طبقه ای برای دستیابی به نرخ های داده بالا، تابش پرتو و تنوع فضایی متکی هستند، با این حال، بسته بندی عناصر متعدد آنتن به یک دیافراگم فشرده چالش های حیاتی را معرفی می کند: antenna انزوا [F:1 و [F:2coup] [F:3] ارائه مستقیم این پدیده های دقیق و قابلیت اطمینان سیستم.

درک ساختار Isolation

انزوای آنتن اندازه گیری چگونگی مقاومت یک آنتن در برابر انتقال انرژی ناخواسته از آنتن های همسایه در آرایه است. Quantitatively، انزوا بین دو آنتن به طور معمول به عنوان نسبت قدرت انتقال داده شده به قدرت دریافت شده توسط آنتن دیگر، اندازه گیری در decibels (به عنوان مثال، 20 > dB) نشان می دهد که هر آنتن تقریبا به طور مستقل عمل می کند، که باید برای چندین کاربرد (در جریان های جداگانه) نگهداری شود.

چرا حل مسائل

در انزوای ناکافی عملکرد سیستم را به روش های مختلف کاهش می دهد:

  • تحریفات قانونی: [FLT 1] سیگنال های زوج می توانند باعث ایجاد تحریف متقابل و تحریف الگو شوند.
  • نسبت سیگنال به نور (SNR): اتصال نویز و مداخله را معرفی می کند، و SNR موثر را کاهش می دهد.
  • مداخله ی موهومی: در سیستم های کامل یا همزمان انتقال / تشنج، انزوای ضعیف می تواند باعث ایجاد خود شود.
  • تخریب الگوی آرپی (Array) : اتصال الگوی تابشی هر عنصر را تغییر می دهد و دقت پرتو سازی را کاهش می دهد.

به عنوان مثال، در یک سیستم 4×4 MIMO برای 5G، انزوا بین عناصر مجاور اغلب لازم است حداقل 15 dB برای حفظ کانال یاthogonament جلسه این مشخصات یک هدف طراحی کلیدی است.

اصول اتصال آنتن

این اتصال به تبادل ناخواسته انرژی الکترومغناطیسی بین آنتن ها اشاره می کند.این از تعاملات نزدیک به میدان و میدان دور و همچنین از طریق مسیرهای مشترک فعلی در هواپیما زمینی یا شبکه تغذیه می شود. درک مکانیسم های اتصال اولین گام در کنترل آنها است.

نزدیک به میدان در مقابل Far- Fieldgang

این اتصال را می توان به دو رژیم بر اساس فاصله جدایی نسبت به طول موج λ طبقه بندی کرد:

  • اتصال نزدیک به میدان: هنگامی که فاصله آنتن کمتر از یک طول موج است، آنتن ها در انتقال های انرژی واکنشی یا نزدیک به میدان مغناطیسی در درجه اول از طریق میدان الکتریکی و مغناطیسی (E- و H-field) اتصال می یابد. این نوع در آرایه های فشرده تسلط دارد و به شدت حساس به عنصر هندسی و جهت گیری است.
  • تقسیم بندی میدان: در جدایی های بزرگتر (معمولاً > 2λ)، جفت گیری از طریق الگوی میدان دور تابش شده از هر آنتن رخ می دهد، این اتصال ضعیف تر است اما در آرایه های بزرگ مهم می شود، به ویژه هنگامی که لوب ها تراز می کنند.

اختلال متقابل و ماتریس همبند

یک راه رسمی برای توصیف جفت سازی از طریق ناتوانی متغیر برای یک آرایه N-element، رابطه بین ولتاژ پورت و جریان می تواند به عنوان V = Z نوشته شده است، که در آن ورودی های غیرمستقیم Z نشان دهنده اتصال متقابل ساختارهای جداسازی شده است.

بازی Real-WorldConnects

فراتر از میدان مغناطیسی ساده، اتصال می تواند با:

  • جریان های هواپیمایی زمینی مشترک که بین فیدهای آنتن جریان دارند.
  • امواج سطح در بستر در طرح های آنتن دی الکتریک هیجان زده شدند.
  • جریان های رایج در کابل ها یا ساختارهای پشتیبانی کننده

هر یک از این موارد نیازمند استراتژی های کاهش خاصی هستند که در بخش بعدی مورد بحث قرار می گیرند.

روش های بهبود Isolation و Minimize Fusion

مهندسان طیف گسترده ای از تکنیک ها را برای افزایش انزوا بکار می گیرند، اغلب ترکیب چندین رویکرد برای پاسخگویی به الزامات سختگیرانه.انتخاب بستگی به فرکانس، اندازه آرایه، پهنای باند و محدودیت های هزینه دارد.

جدایی فیزیکی و موقعیت یابی

ساده ترین روش افزایش فاصله بین آنتن ها است.Isolation به طور معمول با حدود 6 dB در هر دو برابر جدایی در رژیم دور میدان بهبود می یابد.با این حال، در سیستم عامل های آموزش دیده فضایی (به عنوان مثال، تلفن های هوشمند، هواپیماهای بدون سرنشین)، جدایی فیزیکی محدود است. آنتن موقعیت یا به طور سنتی (به عنوان مثال، هر قطبی) همچنین می تواند 10 تا 20 کاهش یابد.

دانلود بازی The الکترومغناطیس Shielding and Glorys

قرار دادن سپرهای هدایتی یا جذب کننده های از دست دادن بین آنتن ها می تواند تکنیک های اتصال نزدیک به میدان را مسدود کند.

  • (FLT:0) حصارهای فلزی یا از طریق: در آرایه های مبتنی بر PCB، ردیف های از طریق پایه ایجاد یک دیوار با چگالی بالا، سرکوب موج سطح جفت.
  • ساختارهای گروه مغناطیسی (EBG) : Dالکتریک دوره ای یا الگوهای فلزی امواج سطح را بر روی یک گروه فرکانس خاص سرکوب می کند.
  • مواد فوم مغناطیسی یا کربن بارگذاری شده بین عناصر پراکنده انرژی، کاهش جفت گیری متقابل با هزینه برخی از بهره وری.

شبکه ها و فیلترها را حذف کنید

این مدارهای بین پورت های آنتن متصل هستند تا سیگنال های همراه را لغو کنند.

  • [[۱] [۱۰] شبکه های فاسد را به کار گیرید: [[۱۰]] خازن ها و اسکران که یک شکاف متقابل منفی برای خنثی کردن جفت سازی ایجاد می کنند.
  • (فَلَهُمَهُمَهُمَهُمَهُمَهُمَهُمَهُمَهُوا وَهُمَهُواًاًَهُواًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاً مَهُوا مَهُوا مَهُوا مَهُوا مَهُوا مَهُوا مَهُوا مَهُوا مَهُوا مَهُوا مَهُوا مَهُمْهُمْمْهُوا مَهُوا مَهُمْهُوا مَهُمْهُمْهُمْهُوا مَهُمَهُمْهُمَهُمْهُمْهُمْهُوَهُمْهُوَهُمَهُوَهُوَ
  • خطوط جذب: خطوط Microstrip که سیگنال را از فاز برای لغو جفت گیری تغذیه می کنند.

یک شبکه برش خوب طراحی شده می تواند انزوا را تا 10 تا 30 دسی بل بهبود بخشد، اما پیچیدگی و اغلب پهنای باند را محدود می کند.

عناصر آنتن هدایت

استفاده از عناصر با الگوهای جهت دار (به عنوان مثال، پچ ها، یا یای-Uda یا آنتن های شاخ) انرژی تابش شده به سمت عناصر همسایه را کاهش می دهد.در آرایه های مرحله ای، قرار دادن دقیق عناصر و کاهش دامنه ها همچنین می تواند تعاملات جانبی را به حداقل برساند.

طراحی هواپیما و شبکه های تغذیه

بهینه سازی هندسه هواپیما زمین – قطعات، ساختارهای زمینی ناهموار (DGS)، یا سطوح نرم – می تواند مسیرهای فعلی را مختل کند که باعث اتصال به طور مشابه، تغذیه هر عنصر از طریق یک خط انتقال متمایز با انزوای مناسب بین خطوط مانع از صحبت متقابل در شبکه تغذیه می شود.

طراحی برای آرایه های چند-Antenna

طراحی آرایه موثر نیاز به یک دیدگاه جامع دارد که انزوا را با سایر معیارهای عملکردی متعادل می کند: پهنای باند ضعیف، بهره وری تابش، سود، اندازه و هزینه در اینجا ملاحظات کلیدی هستند.

تجارت بین حل و فصل و توافق

انزوای بالا اغلب نیاز به فاصله بزرگتر دارد، اما آرایه های جمع آوری (به عنوان مثال، برای دستگاه های تلفن همراه) نیاز به جداسازی عنصر 0.2λ-0.5λ دارند، در چنین مسافت های نزدیک به میدان، مهندسین پس از آن به تکنیک های پیشرفته کاهش یافته متکی هستند، اما این ممکن است پهنای باند را محدود یا کاهش بهره وری است.

محدودیت های پهنای باند

بسیاری از ساختارهای تخریب کننده (به عنوان مثال، خطوط خنثی سازی) دوباره برجسته هستند و انزوای بالا را فقط بر روی یک گروه فرکانس باریک ارائه می دهند.برای سیستم های باند پهن (به عنوان مثال، باندهای 5G NR 2 تا 8 گیگاهرتز)، تکنیک های چند نفره یا غیر معمول (به عنوان مثال مقاومت در برابر بارگذاری) ضروری هستند، اما ممکن است کاهش یابد.

تنوع قطبی

استفاده از قطب های orthogonal (به عنوان مثال عمودی و افقی) برای عناصر مجاور می تواند به طور چشمگیری انزوا را بدون ساختارهای اضافه بهبود بخشد.این در آرایه های پچ دوگانه رایج است.

شبیه سازی و اندازه گیری

شبیه سازی دقیق الکترومغناطیسی ضروری است.تمام موج حل کننده (متی از لحظات)، FDTD، FEM می تواند پیش بینی جفت و انزوا. Prototypes باید با استفاده از تجزیه و تحلیل کننده شبکه بردار (VNA) اندازه گیری شود تا Sparameters (به عنوان مثال S12 یا S۲۱) را تأیید کند.

موضوعات پیشرفته و تحقیقات اخیر

زمینه انزوای آنتن همچنان در حال تکامل است.در زیر رویکردهای پیشرفته ای است که مهندسان ممکن است در طرح های مدرن با آن مواجه شوند.

Meta Material-Inspired Decoupling

مواد مصنوعی، مانند رزسوناتورهای تقسیم شده (SRRs) یا مکمل SRRs، می توانند بین آنتن ها قرار داده شوند تا یک فیلتر باند توقف برای زمینه های همراه ایجاد کنند، این ساختارهای متامادی جمع و جور هستند و می توانند به انزوا >30 dB در باندهای باریک دست یابند. A بررسی کار اخیر را می توان در IEEE و مجله ی تبلیغاتی] یافت.

فعال Decoupling

مدارهای فعال، مانند حلقه های بازخورد که نمونه و لغو سیگنال های همراه، ارائه انزوای پویا در پهنای باند گسترده، با این حال، آنها اضافه کردن مصرف برق و پیچیدگی تحقیقات در حال انجام است برای آنها عملی برای آرایه های تجاری است.

آموزش ماشین برای بهینه سازی آرایه

الگوریتم های ژنتیکی و شبکه های عصبی به طور فزاینده ای برای بهینه سازی موقعیت های آنتن، پارامترهای شبکه های تجزیه و تحلیل و حتی الگوهای متا سطحی استفاده می شوند. مطالعه در گزارش های علمی نشان داد انزوای ماشین-یادگیری برای آنتن های 5G MIMO.

دانلود بازی Decoupling با RF Front Ends

روند آینده شامل طراحی آرایه آنتن با مدارهای یکپارچه RF (RFICs) به عنوان مثال، استفاده از تغذیه های مختلف یا بر روی تراشه می تواند اتصال حالت مشترک را رد کند، این به ویژه برای آرایه های موج میلیمتری که در آن طول موج های کوچک و چگالی بالا هستند، مرتبط است.

نتیجه گیری

انزوای آنتن و اتصال متقابل چالش های اساسی در طراحی آرایه چند-antenna است. [] از طریق ترکیبی از جداسازی فیزیکی، محافظ، مدارهای گیج کننده، و هندسه دقیق، مهندسان می توانند به انزوای بالا مورد نیاز برای سیستم های بی سیم مدرن دست یابند؛ درک اصول الکترومغناطیسی اساسی - نزدیک به میدان، اتصال متقابل، و امواج سطح - طراحان می توانند به آموزش و پرورش منابع فعال ادامه دهند، به عنوان راه حل های فشرده تر، و فرکانس های تعاملی جدید، به عنوان باندهای تعاملی، و فرکانس های تعاملی، به عنوان باندهای تعاملی بیشتر، و باندهای تعاملی، به عنوان باندهای تعاملی جدید، و فرکانس های تعاملی ادامه دهند.