עקרונות אנצנה נשלוט ו-Coupling In « « אירינס

עקרונות אנטנה נשול וקומפלינג ב Multi-Antenna Arrays

מערכות תקשורת אלחוטיות מודרניות, מתחנות בסיס 5G ועד תקשורת לווינית ומכ"ם מתקדם, מסתמכות יותר ויותר על מערך רב-אנטנה כדי להשיג שיעורי נתונים גבוהים, מחלחלות, וגיוון מרחבי.עם זאת, אריזה אלמנטים אנטנה מרובים לתוך מבנה קומפקטי מציג אתגרים קריטיים: FLT:0antennanna FLT:1 ו-FLT:2couplingventof:3 אלה ביצועים ישירות, תכונות מדידה, מציעות מעשית של מחקר רב-מחדש.

הבנה של אנטנה ⁇

בידוד אנטנה הוא מדד של כמה אנטנה מתנגדת להעברת אנרגיה לא רצויה מאנטנות שכנות במערך. Quantitatively, בידוד בין שתי אנטנה הוא בדרך כלל ביטוי היחס של כוח המועבר על ידי האנטנה השנייה, נמדד ב decibels (dB) בידוד גבוה (למשל, <20 dB) מצביע על כך שכל אנטנה כמעט באופן עצמאי, שהוא חיוני ליישומים כמו MIMO (מפלט) שבו יש לשמור נתונים שונים).

למה אני מסלקת את העניינים

בידוד חסר ערך של המערכת ביצועים בכמה דרכים:

(ב) ,0) עיוותים שפירים: 1FLT:1 אותות מזוג יכול לגרום מוצרים ועיוותים של דפוס.
(ב) יחס אות-לא-מסווה (SNR): 1 הפיכה בלתי רצויה מציגה רעש והתערבות, הורדת ה-SNR היעיל.
(ב) ,0) התערבות מוסרית: 1FLT:1 במערכות מובחנות מלאות או במקביל שידור / קבלה, בידוד גרוע יכול לגרום לטיפוח עצמי.
(ב) ,0 ,1998: ⁇ :0; ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

לדוגמה, במערכת 4×4 MIMO עבור 5G, בידוד בין אלמנטים סמוכים נדרש לעתים קרובות להיות לפחות 15 dB כדי לשמור על אורטוקוניות ערוץ.פגישת מפרט זה היא יעד עיצוב מפתח.

עקרונות של Antenna Coupling

קופלינג מתייחס להחלפה הבלתי מכוונת של אנרגיה אלקטרומגנטית בין אנאנטנות.זה נובע מאינטראקציות בין שדה ושדה רחוק, כמו גם דרך נתיבים משותפים במטוס הקרקע או רשת ההאכלה.

קרוב ל-Field vs. Far-Field Coupling

קופלינג יכול להיות מסווג לשני משטרים המבוססים על מרחק ההפרדה יחסית לאורך הגל λ:

(FLT:0) הפיכה שדה-ראנס:FLT:1 כאשר אנטנות ספאק הוא פחות מאורך גל אחד, האנטנה נמצאת בתגובת או קורנת ליד שדה האנרגיה מועברת בעיקר באמצעות שדה חשמלי מגנטי (E-H- ו- H-field) הפיכה.סוג זה שולט במערךים קומפקטיים והוא רגיש מאוד גיאומטריה וכיוון.
(FLT:0)Far-field הפיכה:FLT:1 בהפרדה גדולה יותר (בדרך כלל > 2λ), הפיכה מתרחשת דרך דפוס השדה הרחוק הרדיפת של כל אנטנה.ההפיכה הזו חלשה יותר, אך הופכת משמעותית במערךים גדולים, במיוחד כאשר קווי צד מתיישרים.

מטריקס משותף ומטריקס Coupling

דרך רשמית לתאר הפיכה היא דרך FLT:0 (המניעה מילולית: 1) עבור מערך N-element, הקשר בין מתחי נמל וזרמים יכול להיות כתוב כמו FLT:2V = Z IFOVALT 3: 3, שבו הרשומות של Z מייצגות את ההפיכה ההדדית.

גורם אמיתי בעולם

מעבר לחפיפה שטח אלקטרומגנטית פשוטה, ניתן להחמיר את ההפיכה על ידי:

זרמי מטוס קרקע משותפים זורמים בין הזנות האנטנה.
גלי משטח נרגשים על תת-התחסין dielectric.
זרמי Common-mode על כבלים או תמיכה במבנים.

כל אחד מהם דורש אסטרטגיות הקטנת ספציפיות, אשר נדונות בסעיף הבא.

שיטות לשיפור בידוד ומינימיזציה Coupling

מהנדסים מעסיקים מגוון רחב של טכניקות לשיפור בידוד, לעתים קרובות משלבים כמה גישות כדי לענות על דרישות מחמירות.הבחירה תלויה בתדירות, גודל מערך, רוחב פס ומגבלות עלות.

הפרדה פיזית ומיקום

השיטה הפשוטה ביותר היא הגדלת המרחק בין אנטנה.החלות בדרך כלל משתפרת על ידי 6 dB להכפלת הפרדה במשטר רחוק-שדה.עם זאת, בפלטפורמות מאומנים בחלל (למשל, טלפונים חכמים, מזל"טים), הפרדה פיזית מוגבלת. אנטנות מיקום אוטגוניות (למשל, קיטובת היקפי) יכול גם להפחית את ההפיכה על ידי 10–20B dB.

מגן אלקטרומגנטי ו Absorbers

קליטת מגן או סופגנים פגומים בין אנאנטנות יכול לחסום ליד שדה הפיכה טכניקות כוללים:

(ב) במערך מבוסס PCB:0 (Metalגדרs או באמצעות: FIRLT:1) במערך מבוסס PCB, שורות של דרך מבוססת-בסיס יוצר קיר-סרפס גבוה, דיכוי פני השטח מתפתל.
(FLT:0) מבני להקות אגד מגנטיות (EBG):FLT:1 דיאלקטרי או תבניות מתכתיות מדכאות גלי פני השטח על פני להקה תדר מסוים.
(FLT:0) חומרים אלסרבר: FLT:1igic או פחמן מוצמד קצף ממוקם בין אלמנטים של אנרגיה מתפזרת, צמצום ההפיכה ההדדית עלות יעילות כלשהי.

רשתות ופילטרים

מעגלים אלה קשורים בין נמלי אנטנה כדי לבטל את האות המזוג.

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) [15] בני זוג או היברידיות של גזע עכברים: FLT:1 בשימוש במערךים מעוקלים כדי להפנות אנרגיה משותפת לעומס דמים או לשלב אותו בצורה קונסטרוקטיבית.
(ב) ,0) קווי ניטראליזציה: קווים 1 מיקרוסטריפ אשר מזינים אות מתוך שלב כדי לבטל את ההפיכה.

רשת מבוססת היטב יכולה לשפר את בידוד על ידי 10-30 dB, אבל זה מוסיף מורכבות ולעתים קרובות צר רוחב פס.

המונחים: Antenna Elements

באמצעות אלמנטים עם דפוסים כיוון לאין שיעור (למשל, כתמים, יאגי-Uda, או אנאנטנות קרני) מפחית את האנרגיה המוקרן לעבר אלמנטים שכנים.בערכים שלביים, מיקום זהיר של אלמנטים וקליט של amplitudes יכול גם למזער אינטראקציות צדדי-lobe.

תכנון רשת ומוצרים

אופטימיזציה של הגאומטריה של המטוס הקרקע - לוטים, מבנים קרקעיים פגומים (DGS), או משטחים רכים - יכול לשבש את הנתיבים הנוכחיים שגורמים להפיכה. בדומה, להאכיל כל אלמנט באמצעות קו שידור ייחודי עם בידוד הולם בין קווים מונעים דיבור חוצה ברשת ההזנה.

שיקולים עבור Multi-Antenna Arrays

עיצוב מערך יעיל דורש נוף הוליסטי כי מאזן בידוד עם מדדי ביצועים אחרים: רוחב פס, יעילות קרינה, רווח, גודל, ועלויות.כאן הם שיקולים מרכזיים.

התנגשויות בין בידוד וקומפקטיות

בידוד גבוה דורש לעתים קרובות ספיגה גדולה יותר, אבל קומפקטיות (למשל, עבור מכשירים ניידים) לדרוש הפרדה אלמנט של 0.2λ-0.5 λ.במרחקים כה קרובים, הפיכה בשדה קרוב הוא חמור.מהנדסים אז להסתמך על טכניקות מתקדמות decoupling, אבל אלה עשויים לצמצם רוחב פס רחב רוחב פס או להפחית יעילות. פשרה נפוצה היא לקבל בידוד של 10-15B בתמורה לגורם קטן יותר.

גבולות בנדיוויים

מבנים רבים של טיהור (למשל, EBGs, קווי נייטרליות) הם resonant ולספק בידוד גבוה רק על פני להקה תדר צר.עבור מערכות פס רחב (למשל, 5G NR להקות 2-8 GHz), טכניקות מרובות-resonant או לא-resonant (למשל, טעינה התנגדות) הם הכרחיים, אבל הם עשויים להגדיל את אובדן.

Polarization

באמצעות קוטבי אורטוקונים (למשל, אנכי ואופק) עבור אלמנטים סמוכים יכול לשפר באופן דרמטי את בידוד ללא מבנים נוספים.זה נפוץ במערךים חתומות כפולים.עם זאת, יש לשמור על אפליה חוצה קוטביות על פני רוחב הפס.

סימולציה ומדיעה

סימולציה אלקטרומגנטית היא הכרחית. סימולטורים מלאים (הדברים של רגעים, FDTD, FEM) יכול לחזות הפיכה ובודדה. Prototypes צריך להיות נמדד באמצעות מנתחי רשת (VNA) כדי לאמת S-parameters (למשל, S12 או S21).FLT:0 Ansys HFSSLTF:1 ו-FLT2C:2 סטנדרטי עבור כלי זה סטנדרטי עבור התעשייה.

נושאים מתקדמים ומחקרים אחרונים

תחום בידוד האנטנה ממשיך להתפתח. להלן גישות חדשניות שהמהנדסים עשויים להיתקל בעיצובים מודרניים.

מטא-חומרי-Inspired Decoupling

חומרים מלאכותיים, כגון resonators מפוצל (SRRs) או משלים SRRs, ניתן להציב בין אנאנטנות כדי ליצור מסנן של הלהקה לתחומים משניים. מבנים המטריאליסטיים האלה קומפקטיים ויכולים להשיג בידוד >30 dB בלהקות צרות. סקר של עבודה לאחרונה ניתן למצוא ב FLT:0IEEE Antennas ו-Proagation MagazineLTFrea 1:1.

פעיל Decoupling

מעגלים פעילים, כגון לולאות משוב שמדגימות וביטול אותות מזוגיים, מציעים בידוד דינמי על רוחב פס רחב.עם זאת, הם מוסיפים צריכת חשמל ומורכבות.מחקר מתמשך כדי להפוך אותם מעשיים עבור מערך מסחרי.

Machine Learning for Array Optimization

אלגוריתמים גנטיים ורשתות עצביות משמשים יותר ויותר לייעל עמדות אנטנה, לפענוח פרמטרים ברשת ואפילו לדפוסי metasurface.FLT:0A 2022 מחקר בדיווחים מדעיים:FLT:1 הראה בידוד של למידת מכונה עבור 5G אנטנות MIMO.

שיתוף פעולה עם RF Front Ends

מגמות עתידיות כרוכות בעיצוב משותף של מערך האנטנה עם מעגלים משולבים RF (RFICs) לדוגמה, באמצעות האכלה שונה או על--chip baluns יכול לדחות הפיכה משותפת.זה רלוונטי במיוחד עבור מערך גלי מילימטר שבו אורכי גל הם קטנים ואינטגרציה הוא גבוה.

מסקנה

(א) בידוד והפיכה הדדית הם אתגרים יסודיים בעיצוב מערך רב-נטנה.באמצעות שילוב של הפרדה פיזית, מגן, מעגלים מתפתלים, גיאומטריה זהירה, מהנדסים יכולים להשיג את בידוד גבוה הנדרש עבור מערכות אלחוטיות מודרניות.הבנת העקרונות האלקטרומגנטיים הבסיסיים - שדה מול הפיכה מרחוק, ניתוק הדדי, ותאוריית פני השטח - מעצבים כדי להפוך את מערכות הסחר המעודפות ותדירות גבוהה יותר, כמו להקות ActiveFIFervate, להמשיך לדחוף קדימה, כמו להקות מ-Ferative, להמשיך LT2, להמשיך טקטיקות ממערכות ממערכות אינטראקטיביות, ועוד, ועוד, ועוד, כמו LT2, להמשיך LT2, להמשיך LT2, 000-Fer-FTP, להמשיך LT2, להמשיך טקטיקות ממערכות LT2, להמשיך טקטיקות ממערכות LT-Fer-Ferative, להמשיך LT-FTP, להמשיך LT2, להמשיך LT-מחדשהרחבהרחבהקודדים, 000-מחדשה, שיטות הפעלה מרחוק, כדי להרחיב את פתרונות ממערכות LT2 יעיל יותר, 000-מחדשה, ועוד, כדי להרחיב את שיטות למידה מרחוק, כדי להרחיב את הפחתת משאבים מתקדמים,