טכנולוגיות אנטנה מבוססות-הגדרה הפכו את התקשורת האלחוטית באופן יסודי, במיוחד במערכות מרובות של מידע (MIMO) . על ידי שינוי דינמי, דפוס קרינה, או קיטוב, אנטנה אלה מאפשרות יותר גמישות, יעילה והחזקה יותר של קישורים תקשורת.כפי שאדריכלות MIMO מתרבים ב-5G, Wi-Fi 6/7, ומעבר לכך, יכולת מחודשת של נישה לנדרשת תכנון ביקורתית, וטכנולוגיות חדשותיות אלה, אינטגרציה מתקדמות לטכנולוגיות טכנולוגיות מתקדמות.

מבוא ל-Reconconfigurable Antennas

אנאנטנות חד-משמעיות שייכות לשיעור של אנטנה חכמה שמתאימה לתכונות האלקטרומגנטיות שלהם בזמן אמת.בניגוד לאנטנות עיצוב קבועות, גרסאות ניתנות להגדרה מחדש יכולות לשנות את תדירות התפעול, דפוס הקרינה, קיטוב, או שילוב של פרמטרים אלה באמצעות מתגים משולבים, חומרי טונה או התאמות מכניות.זה מאפשר מכשירים אלחוטיים לייעל ביצועים בתנאים שונים של ערוץ, להפחית את האבטחה, לתמוך בתקשורת, תמיכה מרובה עם סטנדרטים חד-פעמיים.

במערכות MIMO - שבו אנאנטות מרובות פועלות במקביל למנף מספר עצום של גלקסיות מרחביות, רווח מגוון ורווחים מגובשים - יכולת שינוי מציעה יתרונות משמעותיים במיוחד.מערכות MIMO מסורתיות מסתמכות על מערךים קבועים-מסלולים המספקים תגובה מרחבית סטטית. Reconfigurable MIMO אנטנה, עם זאת, יכולות להתאים את מאפייני הקרינה של מערך למצב המיידי, שיפור אותות הפחתת ההשפעה של תקשורת קוגניטיבית וצמצום של MIMO (כלומר, כלומר, יעילות תקשורת אלחוטית וצמצום יעילותה של צריכת רדיו מסיבית ואפקטים), ואפקטים (MIMO (כלומר, כלומר, יעילותה של צריכת חשמל מסיבית, יעילותה של כוח מכנית, הגדלת כוח מכנית).

אנאנטנות מוקדמות ניתנות להגדרה מחדש השתמשו פשוט PIN-diode או ב- varactor, אך לאחרונה החלוצים הציגו מנגנונים מתוחכמים יותר, כולל מערכות מיקרו-אלקטרוניקה-אלקטרוניקה (MEMS), מבנים מטבוליים, מתכות נוזליות וחומרים פררואלקטריים.

עקרונות של שקיפות

אנטנה ניתנת להגדרה יכולה להיות מסווגת לשלוש קטגוריות עיקריות בהתבסס על הפרמטר שהם משנים: תדירות מחדש, דפוס מחדש, והגדרה מחדש של קיטוב, וכמה עיצובים מתקדמים משלבים שניים או יותר של יכולות אלה.

תדירות Requency Reconfigurability

אנאנטנות חד-משמעיות יכולות לעבור את הלהקה התפעולית שלהם בין תדרים מרובים דיסקרטיים או ברציפות לכוונון בטווח רחב.יכולות אלה חיוניות למכשירים רב-סטנדרטיים שצריכים לתמוך ב- LTE, Wi-Fi, Bluetooth, ו- 5G להקות מבלי לדרוש אנטנה נפרדת. Common tuning אלמנטים כוללים גם דידות varactor (עבור כוונון מתמשך), pINs (עבור בינארי), מעבר RF לתאים אוטומטיים כגון צינורות נוזליים מכניים).

תבנית Reurability

אנאנטנות חד-משמעיות לשנות את הכיוון, הצורה, או beamwidth של דפוס הקרינה שלהם.זה מאפשר beam לנווט לתקשורת כיווןית, ביטול ההיגוי של הימנעות מהתערבות, וכיסוי הסתגלותי.טכניקות כוללות אלמנטים parasitic החלפת, רשתות הזנה מערכיות, ומשקפות מחדש של מערכות MIMO, דפוס מחדש יכול לשמש כדי ליצור מספר רב של ערוצי חופש וירטואליים ביעילות.

Polarization Reconfigurability

אנאנטנות לטווח ארוך יכולות לעבור בין ליניארי (horizontal, אנכי) לבין מעגלי (שמאל יד או יד ימין) מדינות קוטביות.זה חשוב במיוחד בסביבות עם אי התאמה גבוהה של קיטוב, כגון ההרחבה פנימית עם השתקפות מרובות, או עבור תקשורת לווינית. על ידי אימוץ דינמיט אשר ממקסמת אותות שהתקבלו כוח, אנטנה אלה משפרים את הקשר החזק והפחתת הנאות.

התקדמות טכנולוגית חדשה

מחקר משמעותי בעשור האחרון הפיק מגוון רחב של עיצובים אנטנה הניתנים להגדרה באמצעות חומרים חדשים וטכניקות אינטגרציה.ההתקדמות הבולטת ביותר מפורטת להלן.

עיצובים המבוססים על חומרים

חומרים (חומרים) – המורכבים המוחזקים עם תכונות אלקטרומגנטיות שלא נמצאו בטבע – אפשרו שליטה חסרת תקדים על התנהגות אנטנה.על ידי הטמעת resonators קטנים מבחינה חשמלית, כגון resonators מפוצל (SRRs) או משלימים SRRs, לתוך מבנים אנטנה, מעצבים יכולים להשיג תדירות גירוי, דפוס מחדש, ואפילו להיות מנווטים בטביעות רגל קומפקטיות מאוד.

אינטגרציה RF MEMS Switch

מתגי RF MEMS מציעים כמה יתרונות על מתגי מדינה מוצק: אובדן נמוך מאוד (0.1-0.2 dB לעומת 0.5-1DB עבור PIN diodes), לינאריות גבוהה, צריכת כוח Ngligible DC שפעם היה פועל, ורוחב רוחב פס רחב אלה להפוך אותם אידיאליים עבור יישומים אנטנה דקת משקל, עם זאת, כאשר נאמנות היא קריטית חוקרים שפותחו מחדש מבוסס MEMS על פני גלקסיות גבוהות יותר מ-ידי שימוש (R) ו-R) עם תכונות אלה הן מורכבות יותר מ-ידי גלקסיות (IFicial) ו-RIFIC-R) עם גלקסיות (אך גלקסיות).

שלב ודבורה

אנטנות שלב-re-configurable להתאים את השלב של השדה הרדי, המאפשר שלב באם לנווט ללא מערך גדול או משמרות שלב יקרות.טכניקות כוללות מעבורות באטלר, משמרות שלב ממושכות, ומשטחי רפלק רפלקציה טונה (עבור מערכות MIMO), ניתן להשתמש בהיגוי מג'יגה-ג'יגה כדי לכוון את המנה העיקרית כלפי המשתמש המיועד בעוד ש-APTS אינו יכול להיות בעל השפעה על פני השטח המוקדמים (כלומר, כמו אפקט של תאים משמעותיים) כאפקטים (אפקטים של תאים משמעותיים של IMO) כאפקטים (אפקטים של תאים משמעותיים של IMO-MAFEEFEEFEEFEEFEEFEE) כאפקטיביים (כלומר, כאפקטיביים של תאים משמעותיים של מובנים) כאפקטיביים של תאים משמעותיים של אנטים (אפקטים של אנטים) כאפקטים של תפקוד גבוה של מובנים (אפקטיביים (אפקטיביים (כלומר, כאפקטים של אנטים של אנטמנטליים של אנטים של אנטים של אנטים של אנטים) ב-MAFEEREEREEFEEFEEFEEFEEFEEFEE

Polarization Reconfigurability

אנטנות מבוססות-הגדרה עברו מעיצובים לינאריים / מעגליים פשוטים לאדריכלות מורכבת יותר שיכולה לעבור בין מדינות קיטוב מרובות.לדוגמה, אנטנה של מיקרו-סטריפ עם היברידיות חד-פעמיות כפולה ומתאים בינוניים PIN-Dide יכולים לעבור בין LP, LHCP, ו- RHCP. ביישומים MIMO, קוטליזציה מאפשרת את המערכת לניצול או ל-Fcupthogtation באופן יעיל יותר מ- 20 ערוצים (מפולגבולטיים) עם ALTFKFKFKFKFKFEEFKFKFEECV, לעומת 2, לעומת 2, לעומת 2, לעומת 2, 000) עם 2, 000 (ה-F) באופן יעיל יותר, 000) עם 2, 000) עם 2, 000 יעיל יותר מאשר 2, 000 טווח של 2, 000 יעיל יותר, 000 טווח של 2.

טכנולוגיות מתפתחות

מעבר ללמעלה, החוקרים חוקרים חוקרים אנאנטנות מתכת נוזליות (למשל, Galinstan בערוצי מיקרו-השפעה) עבור תדירות רציפה ותבנית כוונו עם יחס מאוד גדול של תצורה מחדש. פראואלקטרי וחומרים רב-פרורויים מציעים לאפשרות למתח ללא יכולת להנעה אנלוגית beaming. 3D מאפשר הדפסה בעלות נמוכה, מורכבת גיאוגרפיות המשלבות אלמנטים ישירות לתוך תת-קרקעית של כלי האנטנות גדלות.

שילוב של אנטנות ניתנות להגדרה לתוך מערכות MIMO

היתרונות המעשיים של אנטנה חד-משמעית מובנות כאשר הם משולבים ב- MIMO Transceivers. שילוב זה משתרע על שכבות מערכת מרובות, מחזית אנטנה ועד אלגוריתמים של פסים. להלן אנו דנים בארבעה תחומים מרכזיים שבהם יכולת מחדש משפרת את ביצועי MIMO.

דינמי

ב- MIMO קונבנציונלי, beamforming מסתמכ על מערךים קבועים ודיגיטליים במשקל.עם אנאנטנות ניתנות להגדרה מחדש, המערך עצמו יכול להניא את האגם הראשי שלו ולהתאים את רמות ה-U Ob-be שלה. גישה זו של beamforming את מספר השרשראות RF הנדרשות, מורידה את צריכת החשמל, וסימול את העיבוד הדיגיטלי.

המונחים:

על ידי התאמת דפוסי קרינה ועמדות אפס, אנטנה MIMO ניתן לדכא באופן פעיל התערבות קו-ערוצית.בפריסות עירוניות צפופות או תרחישי חיזוי תאי, היכולת ליצור נקודות עמוקות בכיוון של שילוב תחנות בסיס או ציוד משתמש (UE) מגביר באופן משמעותי את יחס ה- SINR. Polarization מוסיף מימד אחר: אם מפריע משדר עם קוטל ידוע, ניתן להחליף את האנטה או להחליף את ה-MO ל-i-i-Coret ל-acon-acon-Coret-to-Coret-Coreca-Coreca-Coreca-Coreca-Coreca-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-upal (מחדש) באופן משמעותי עבור משתמשים.com).

תדירות Agility ו Spectrum Utilization

אנטנות MIMO אפשריות של תדירות יכולות להתאים באופן דינמי לספקטרום זמין, קריטי עבור רדיו קוגניטיבי וספקטרום דינמי גישה (DSA) לדוגמה, מכשיר נייד יכול לסרוק עבור להקות לא בשימוש ולהגדיר מחדש את האנטנה שלה לפעול באותה להקה, בעוד שמערך MIMO מתאים את ה-ilement שלה ספאcing ו-Autostance תואם לשמירה על בידוד גבוה ורווחה.

אבטחה משופרת ופרטיות

אנאנטנות ניתנות להגדרה יכולות לשפר את האבטחה של השכבות הפיזיות על ידי מעוותת בכוונה את דפוס הקרינה בכיוונים שבהם ניתן למצוא את ה-Polarization מעבר יכול גם להקשות על הטמעת מערכות MIMO, באמצעות אלמנטים שניתן להגדרה דפוס כדי לנווט את ה-am העיקרי רק כלפי המשתמש הלגיטימי ו-Aconsouts בכל הכיוונים האחרים באופן יעיל יוצר קישור מרחבי מאובטח.

יתרונות ביצועים ומחקרי מקרים

כמה יישום ניסיוני מדגים את היתרונות של אנטנה MIMO ניתן לשנות מחדש. A 2×2 אבטיפוס MIMO לאחרונה באמצעות קוטב-reurable-recon-dipole אנטנות השיג עלייה של 40% ביכולת ה-ergodic בהשוואה ל- 2×2 שלב הנעה קבוע 0 0-to-indoor התרחישול של 4×4 אלמנטים גמישים MIMO לתוך מערכת סמארטפונים; לעומת 1x3 מדרגות, לעומת 0, לעומת 0, לעומת 0.

אתגרים ב Deployment

למרות תוצאות מעבדה מרשימים, כמה מחסומים מעכבים אימוץ נרחב של אנטנה שניתן לשנות מחדש במערכות MIMO מסחריות.

ייצור מורכבות ועלויות

תוך הגדלת רכיבי מעבר פעילים (PIN diodes, MEMS) לתוך אנטנה substrates להגביר את השלבים של ייצור, בעיות מניבה, ואת העלות הכוללת מודול.עיצובים רבים דורשים רב-שכבות, דרך-vias, ואת האריזה הפתטית עבור מכשירי MEMS. עבור אלקטרוניקה צרכנית גבוהה, כל עלות מצטבר חייב להיות מוצדק על ידי רווחים ברורים של ביצועים.

כוח

למרות מתגי RF MEMS לצרוך כוח רשלני במצב, המתח האקציה (בדרך כלל 20-90 V) עשוי לדרוש ממירים DC-DC להוסיף מעל הראש. pIN diodes דורש זרם הטיה רציף (1–20) אשר יכול להפוך משמעותי עבור מגוון של עשרות אלמנטים.עבור מכשירים המופעלים על סוללות (טלפונים חכמים, חיישנים), חיישנים נמוכים של IoT להגדרה מחדש של חומרים מכניים כגון מגנטיים) או מגבלות אנרגיה מכניות (מנטליות).

אמינות וארוכותיות

אלמנטים הניתנים להגדרה עוברים מתח מכני (MEMS cantilevers), רכיבה תרמית, ושחרור אלקטרוסטטי. mMS מתגים יש חיים סופיים 106 עד 109 מחזורי) אשר לא יכולים לעמוד במטרות האמינות החמירות עבור ציוד תשתיות (20 שנים) אריזה, אופטימיזציה חומרים ועיצובים Redundancy הם אזורי מחקר פעילים.עבור מתגי מדינה מוצקה (PINodes, varactors), לינאריות ומגבלות מתח הן עבור יישומים גבוהים.

אינטגרציה עם MIMO Baseband Algorithms

שינוי דינמי מציג שקיפות ודורש לולאות משוב בין האנטנה לבין ה-Mainband.ה-MIMO precoder/combiner חייב להיות מעודכן בכל פעם שהתצורה משתנה, אשר עשוי לכלול את מצב הערוץ החדש.זה מוסיף פני השטח חישובי ועשוי לגרום דרך טיפות צופיות במהלך תקופות הפעלה מחדש. ממשקים סטנדרטיים ופרוטוקולים של אימות בזמן אמת (למשל, ORAN) נדרשים לפעולה חלקה.

גודל וצורה גורם קונסטרינטס

אנאנטנות חד-משמעיות דורשות לעתים קרובות קווי בקרה נוספים, אלמנטים חסימת DC, רשתות הטיה, הגדלת טביעת הרגל הפיזית. עבור מסופי מובייל שבו החלל נמצא בקרן, צמצום ללא ביצוע מקרי הקרב נותר מאתגר.אריזה מתקדמת ו שבבים בקרה על-ידי אנטנה (למשל, בקרים משולבים CMOS) יכול לעזור לכווץ את הפתרון הכולל.

כיוונים עתידיים

המשך החדשנות בחומרים, במרקם ובעיצוב המערכת יסיע אנטנה של MIMO לאימוץ רחב יותר.

אינטליגנציה מלאכותית ולמידה של מכונות

אלגוריתמים AI / ML יכולים לחזות הגדרות שחזור אופטימליות המבוססות על מידע מצב ערוצים, דפוסי ניידות משתמשים, ועומס רשת.לדוגמה, רשת עצבית מאומנת על נתוני הקידום יכולה להמליץ על אילו קבוצות תדר וכיוון beam לבחור עבור מיקום מסוים, צמצום הזמן הנדרש לחיפוש ממצה. Reinforcement Learning הוחלה באופטימיזציה של דפוס באופן אוטונומי ב-Perfectation במערכות MUMI, תוך השגת רזולוציה נמוכה עם למידה.

גרפן ו 2D חומרים

ניידות המוביל הגבוהה של Graphene (200,000 ס"מ / Vs) ו מוליכות גיליון טוניטי באמצעות גלימות אלקטרוסטטי להפוך אותו מבטיח אנטנות תצורה מחדש. Graphene מבוסס תדרים אלקטרוניים ו אנטנות 2D כתמים הראו מתגים מתונים מתון בתדרים thertz.למרות עדיין בשלב מוקדם, טכנולוגיות אלה יכולות לאפשר תצורה מחדש של תת-Wammafa-R) שבו להקות קונבנציונאליות גרועות.

ייצור תוספתי ו-Inkjet Printing

הדפסה תלת-ממדית ו הדפסה דיוג'ט מאפשרות פשטות מהירה של אנטנה מורכבת גיאמטריה גמישה עם מתגים משולבים. דיובים פונקציונליים המכילים חלקיקים כסף ניתן לשלב עם דיואלקטריים דיופיים כדי ליצור תבניות תת-סטריטות ואנטנות.ד מתגים (למשל, באמצעות שימוש ב-MeMS מבוסס פולימרומרי) יכול להוריד באופן דרסטי את העלות עבור חיישנים חד-פעמיים ולבושים.

שילוב עם MIMO Massive ו- mmWave

עבור 5G מסיבי MIMO (64, 128, או 256 אלמנטים), תצורה מחדש ברמת האלמנט הופכת לא מעשית בשל עלות ומורכבות. במקום זאת, החוקרים חוקרים חוקרים בודקים שינוי תת-ריי - שבו קבוצות קטנות של אלמנטים חולקים רשת הזנה משותפת של שינוי מחדש.במתחים של מילימטרים, אנטנה מדבקת מחדש באמצעות MEMS או גבישים יקרים יכולים להחליף שלב קבוע של מעברים.

רדיו קוגניטיבי ו- Spectrum Sharing

מערכות MIMO עתידיות יצטרכו לפעול בספקטרום שבו למשתמשים ראשוניים יש עדיפות.אנטנות ניתנות להגדרה מאפשרות לרדיו קוגניטיביים לחוש את הסביבה, לזהות להקות פנויות, ולתאים את השכבה הפיזית שלהם ( ⁇ , דפוס, קיטוב) על זבוב.שילוב של אנטנה רחבה של פס רחב אנטנות ואנטנות ניתנותנותנות מעוותת צר בתצורה MIMO יכול להשיג שיעורי נתונים גבוהים תוך הימנעות משירותים ייעודיים.

מסקנה

ההתקדמות בטכנולוגיות אנטנה מבוססות תצורה מעצבת מחדש את עיצוב מערכת MIMO. מגמישות מבוססת metamaterial ו- MEMS-enabled beam הנעה למגוון קוטבי ואופטימיזציה של AI, התחום הוא מתבגר במהירות.יכולות אלה להתמודד עם אתגרים בסיסיים בתקשורת אלחוטית: ספקטרום, הפרעה, סיקור, ואיומים אבטחה.