בעולם המחובר היום, מכשירים רב תפקודיים כמו טלפונים חכמים, טאבלטים, מחשבים ניידים, ו-IoT גאדג'טים ביקוש אנטנות המסוגלות לפעול על פני להקות תדר מרובים כדי לאפשר קישוריות חלקה מעל 4G LTE, 5G NR, Wi-Fi 6/6E, Bluetooth, GNSS, ותקשורת ליד שדה (NFC) עיצוב כפול-band אנטנה הפך לאתגר הנדסי כי ביצועים, איזון יעיל, שיטות עבודה, וטכניקות מורכבות.

מימון של Multi-Band Antenna המבצע

אנטנה קורנת אנרגיה אלקטרומגנטית בתדר או בתדרים שלה.אנטנה חד פס אחד מותאם למגוון תדר צר אחד, בעוד אנטנה רב פס מציגה מספר רב של חזרות, כל אחד מכסה להקה נפרדת.אתגר המפתח הוא להבטיח כי האנטנה שומרת על השפעות הפיכה מספיקות מוצקות, עלייה, דפוס קרינה על פני כל מעצבי המיועד ללא התאמות ביצועים בלתי מתקבלים.

סוגים של Multi-Band Antennas

המונחים: handband Antennas

אנאנטנות כפולות מכסה שני טווחי תדר נפרדים, כגון 2.4 GHz ו-5 GHz להקות המשמשות עבור Wi-Fi, או להקות LTE (למשל, 700 MHz ו- 2.6 GHz) יישום משותף כוללים אנטנה ה-F המופנטנה (IFA) ומתכננים מפלט אנטנה (PIFA) עם אחד או שני נקודות להאכיל ואלמנטים parasitic. A כפול יכול ליצור תיקון של מבנה בצורת של טרה-D.

Tri-Band ו- Quad-Band Antennas

עיצובים אלה מרחיבים את הרעיון לשלוש או ארבע להקות, לעתים קרובות דרושים עבור טלפונים חכמים מודרניים אשר חייבים לתמוך LTE/5G sub-6 GHz, Wi-Fi כפול-band, ו-GNSS. טכניקה נפוצה היא להשתמש מונופול מתפתל בשילוב עם סניפים מרובים.כל ענף מכוון לתזמורת תדר שונה דרך אורך ורוחבה.

חידושים ל- Antennas

אנאנטנות ניתנות להגדרה יכולה לעבור באופן דינמי בין להקות באמצעות רכיבים אלקטרוניים כגון PIN diodes, varactors, או RF MEMS מתגים. על ידי שינוי אורך חשמלי יעיל או תגובה טעינה, האנטנה יכולה לכסות מגוון רחב של תדרים עם תצורה פיזית אחת.זה חשוב במיוחד עבור רדיוים מוגדרים תוכנה ומכשירים כי צריך להתאים הקצאות שונות של תדרים אזוריים.

טרנד מול Multi-Band Antennas

אנטנה פס רחב מכסה מגוון מתמשך של תדרים (למשל, UWB מ 3.1 עד 10.6 GHz), בעוד אנטנה רב-band מכסה רק להקות דיסקרטיות ספציפיות.הבחירה תלויה ביישום. עבור לחיצות סלולריות כי חייב לעבוד על להקות צרות רבות (למשל, 700 MHz, 850Hz, 1.7GHz, 2.1GHz, GHz, 2.6 GHz), עיצוב רחב יותר יכול להיות יותר עם שירותי רעשים יותר.

שיקולים עיצוביים

Bandwidth

כל להקה נדרשת חייבת להיות מכוסה רוחב פס חלקי (BW) מספיק כדי להכיל את ספקטרום האות, כולל להקות שמירה. עבור LTE סלולרי, רוחב פס טיפוסי ללהקה הוא 10-20 MHz; עבור 5G NR, זה יכול להיות 100 MHz או יותר. אנטנה Q factor (גורם איכות) קובע רוחב פס לאינטנסיבי חשמלי קטן יש רוחב פס גבוה וצמצם, כך מקבל לעתים קרובות תכונות טיפוליות מרובות (MA) כגון אמצעי הגנה יעילה) כגון תכונות יעילות).

גודל וגורם טפסים

מכשירים מודרניים הם יותר ויותר רזה וקומפקטי, משאיר נפח מוגבל מאוד עבור אנטנה.לדוגמה, אנטנה טלפונים חכמים טיפוסי יכול לתפוס נפח של רק 5-10 מ"ל בקצה העליון או התחתון. מעצבים חייבים להשתמש אנטנה קטנה חשמלית עם תת-קרקעית גבוהה או חומרים מגנטיים-דיאלקטריים כדי להפחית את הגודל.עם זאת, צמצום בדרך כלל רוחב פס ולהפחית את היעילות.

בידוד וחיבור הדדי

באנטנות מרובות פס, אלמנטים רבים או מספר הזנות לעתים קרובות coexist הקרבה. הפיכה הדדית גבוהה יכול להפיג ביצועים על ידי שינוי resonance תדרים, צמצום רווח, ויצירת שינויים דפוס קרינה לא רצויים.טכניקות ⁇ כוללים שימוש במבנים קרקעיים פגומים (DGS), להקות אלקטרומגנטיות (EBG) משטחים, קווי ניטראליזציה, או קוטבינציה לא רצויה, לדוגמה, 2.

עקבו אחרי

אנטנה קלט צריך להתאים את המערכת אימפולס (בדרך כלל 50 ⁇ ) על פני כל הלהקות. התאמת רשתות באמצעות רכיבים מזווגים (capacitors, inductors) ניתן להוסיף, אבל הם מציגים הפסדים ותופסים שטח PCB. גישה טובה יותר היא לעצב את האנטאנה עצמה כדי לספק התאמה טובה בכל תדרים המיועדים.זה לעתים קרובות כרוך הדבקה במקביל באמצעות טכניקות כגון T-או L-Lwork משולב לתוך פילטרים חיוניים.

דפוס קרינה ויעילות

כל להקה עשויה לדרוש דפוס קרינה שונה.עבור כיסוי סלולרי, אטומי מועדף, בעוד ש-Wi-Fi, תבניות כיוון יכול לשפר את איכות הקישור. אנטנות מרובות-band חייב לשמור על רווח מקובל (בדרך כלל 0-3 dBi) ויעילות מעל 50% על פני כל הלהקות. Efficiency הוא degraded על ידי הפסדי אומטי במוליכים האנטנה ו substrate, כמו גם על ידי עקבות עבים, כגון, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, פונקציות מתכת חלשות, 000).

טכניקות למימוש Multi-Band Operation

המונחים: Parasitic Elements

טכניקה פשוטה היא להוסיף סטנקוב פתוח או קצר-מאורגן לרדיור הראשי.הצב יוצר התחדשות שנייה בתדירות שנקבעה על ידי אורך החשמל שלו.לדוגמה, גרף גלי רבע-גל במקביל למונופול הראשי יכול ליצור לאנץ' או להקה נוספת. Parasitic (לא מנצחים לא מוצפים) יחד עם האלמנט הפעיל יכול גם reateson על ידי תדרים 5 טרה-אפ (מכונה) נמוך יותר מ-DV) ל-DVol (מתאים) הוא שימוש נרחבים).

מתנגן כעת: meandering and Slotting

מנדרינג הנתיב הנוכחי מאריך את הנתיב החשמלי היעיל, מוריד את התדר המהדהד מבלי להגדיל את טביעת הרגל של האנטנה.על ידי הוספת ענף מתפתל ארוך יותר מהזרוע הראשית, נוצר הרזיה שנייה נמוכה יותר. . . ⁇ - משיכת לוחות זמנים צרים או apertures במודולים הרדיואקטיביים או מטוס הקרקע - גם יוצרת חזרות נוספות. A U בצורת מזל, למשל, יכול להיות מפוספסת טכניקות אחרות.

זוג Resonators

מבנים רבים ניתן למזג יחד באמצעות קרבה או חיבור ישיר.לדוגמה, מארגן טבעת יחד עם מונופול מספק להקה נוספת.באנטנות חתומות, שני כתמים בגדלים שונים מחסנים אנכית עם משטח דיאלקטרי.כל אחד מהתיקים מתחדש בתדר שונה, והפיכה הדדית מספקת האכלה אחת.

תדירות תצורה של שימוש ב-Switches ו-Viractors

כאמור, אנאנטנות ניתנות להגדרה מחדש משתמשות במרכיבים פעילים כדי לשנות את ההתחדשות. A PIN diode יכול קצר-circuit חלק מהאנטנה, שינוי אורך שלה ובכך את הלהקה התפעולית שלה.Varactor diodes לספק כוונון מתמשך על ידי קיבול משתנה.טכניקה זו יכולה לכסות טווח תדר רחב מאוד (למשל, 700 מ"ר ל-2.7GHz) עם אלמנט חד-קומפקטי, אך זה חייב למנוע עיוותים, בזהירות, כדי למנוע עיוותים של רשת לא סדירה.

מספר רב של Input/Multiple Output (MIMO) Antenna Arrays

ב 5G ו- Wi-Fi MIMO מערכות, אנטנה מרובים משמשים לשיפור שיעורי הנתונים.כל רכיב אנטנה יכול להיות מיועד עבור להקה מסוימת או יכול להיות רחב פס. עבור Multi-band MIMO, האנטנה ממוקמים לעתים קרובות אוthogonally או חלל בנפרד כדי להשיג מתאם נמוך. הם עשויים להשתמש במגוון או תבנית.

אתגרים ופתרונות מעשיים

אינטגרציה עם Metal Housings

מכשירים מודרניים רבים כוללים גיבוי מתכת או מסגרות שיכולים לקלקל אנטנה.כדי להפחית את זה, מעצבים להשתמש אנאנטנות חריץ לחתוך לתוך מחסומי מתכת, הזנות הפיכה קיבוליבי, או ניקוי קרקע נפרד.לדוגמה, טלפון מאגד מתכת יכול להשתמש מסגרת המתכת עצמה כמו מרכיב קורנת עם מספר רב של מסלולים כדי להגדיר נתיבים הנוכחיים.

שיעור ההסתברות (SAR) Compliance

אנטנה פס רב חייב לעמוד במגבלות SAR (למשל, 1.6 W / ק"ג בארה"ב) יעילות גבוהה יותר בלהקות נמוכות לעתים קרובות תואמת לטכניקות עיצוב גבוהות יותר כדי להפחית SAR כוללים הוספת חומרים אובדן (הפחתת SAR), באמצעות עיצובים אנטנה כי ישיר קרינה מן המשתמש, ופועלים בתפוקה נמוכה יותר.

המונחים: Internal Components

סוללות, מצלמות, רמקולים, וכבלי תצוגה יכולים להפריע לביצועים האנטנה.הפרקטיקה הטובה ביותר היא להציב אנטנה באזורים עם מתכת מינימלית ולהשתמש במטוסים קרקעיים כמגן.חומרים של RF-חומרים יכולים להיות ממוקמים בין האנטנה לבין רכיבים רועשים. סימולציה גלי גלי מלא כולל כל המבנים הפנימיים העיקריים הוא חיוני לחיזוי ביצועים בעולם האמיתי.

יישומים ב Multi-Functional Devices

טלפונים חכמים ו Tablets

התקנים אלה חייבים לתמוך במערך של להקות: להקות סלולריות מרובות (2G3G/4G/5G), Wi-Fi כפול-band, Bluetooth, GNSS (GPS/GLONASS/BeiDou), ולעיתים NFC ו-UWB. ,4 GHz משתמשים בטלפונים אלחוטיים עד 10-12Hz, רבים מהם אנטנה סלולרית, לדוגמה, האנטנות הראשית עשויה לכסות 700-F-170/17/10, 000, 000, 000, 000, 000/F1, 000/10.

מכשירים IoT

חיישני IoT ומודולים דורשים אנטנה זולה, קומפקטית עבור פרוטוקולים כמו LoRa (868/915 MHz), NB-IoT (700-900 MHz), Zigbee (2.4 GHz), ו- Bluetooth Multi-band אנטנה מאפשרים מכשיר אחד לעבוד על אזורים עם הקצאות תדר שונות.לדוגמה, אנטנה שבב מכסה 868 M ו-2.4 GHz מאפשר מד חכם לתקשר עם רצועת חלל תלויה לעתים קרובות עם שער ZD.

ללבוש

להקות חכמות וכושר יש שטח מוגבל מאוד (לעתים פחות מ 1 ס"מ3 עבור האנטנה) הם חייבים לתמוך Bluetooth, GPS, ולפעמים תא. פתרון פופולרי הוא אנטנה ניתנת להגדרה באמצעות אדרקטור שיכול לעבור בין 1.5 GHz (GPS) ו-2.4 GHz (כחול) עם מתח בקרה פשוט.

יישומי רכב

אנטנות מארחות עבור AM /FM, DAB, רדיו לווייני, סלולרי, V2X, ו-GNSS. גגות כרישים ממומשים לעתים קרובות מכילים אנטנה מרובות: אנטנה סלולרית של פס מרובע (LTE/5G), אנטנה כפולה Wi-Fi בעל GN-Fi, ו- GPS תיקון.עיצוב אנטנות מרובות-band אלה דורש בידוד זה ועיצוב כדי למנוע התערבות קפדנית של מערכת ההפעלה בין הגוף המתכתי.

מגמות עתידיות בעיצוב רב-בנדאנטנה

אופטימיזציה של AI-Driven

אלגוריתמי למידת מכונות משמשים יותר ויותר לייעל את אנטנות מרובות פסים גיאמטריה.על ידי האכלה רשת עצבית עם תוצאות סימולציה, מעצבים יכולים למצוא במהירות תצורה העומדת במטרות מרובות - פסד, גודל, יעילות, בידוד - ללא היסוס ידני ממצה.זה יעיל במיוחד עבור תאוריות מורכבות כמו אנטנות מגובשות עם מתגים רבים.

מטאפורים ומוליכים מגנטיים מלאכותיים

אנטנות מכוונות לחומרים באמצעות resonators מפוצל, טבעות חלוקה משלימים, או משטחים של התנגדות גבוהה יכול להשיג התנהגות רב-band עם טביעות רגל קטנות חשמלית.לדוגמה, טעינה מטא-חומרית יכולה להציג יכולת שלילית שיוצרת התחדשות נוספת ללא גודל גדל.

מערכות אנטנה משולבות ו-Integrated Antenna Systems

מכשירים עתידיים יתמכו בשידור ובה בעת וקבלת פנים באותו תדר (בקיצור מלא) זה דורש אנטנות עם בידוד גבוה בין שידור ולקבל נמלים - לעתים קרובות יותר טוב מ 80 אנטנות DB-band עם פולוקליזציה כפולה או שילוב במחזור ישחק תפקיד.בנוסף, אנאנטנות משולבות יותר ויותר עם התצוגה (אנטנות נקיות) או עם הסוללה כדי לחסוך חומרים טרנסג'נדרים כמו ITOI מאפשר לי מסכים או אנטנות.

5G mmWave ו- Sub-6 GHz Co-Design

מכשירים 5G חייבים לכסות הן תת-6 GHz (FR1) ו mmWave (FR2, 24-40 GHz) אנטנה מ"מ ואב בדרך כלל מורכב ממערךים משלבים עם אלמנטים חתמים, אשר שונים לחלוטין מאנטנות תת-6 GHz. co-locating הן במכשיר קטן דורש מיקום זהה זהיר כדי להימנע מטכניקות הפיכה.

אנרגיה קצירת אנרגיה ועצמים-מעצמות

אנטנה פס רב יכול לשמש גם כצירי אנרגיה, ללכוד אנרגיית RF מלהקות מרובות בו זמנית.זה אטרקטיבי עבור מכשירים בעלי כוח נמוך IoT.עיצובים המשלבים אנטנה, מארגן, ומתאים את הרשת עבור 900 MHz ו-2.4 GHz נמצאים בפיתוח.האנטנה חייבת להיות יעילות גבוהה בשני התדרים תוך הצגת המדחף הנכון ל- Witator.

מסקנה

עיצוב מכשירים כפולים-band ואנטנות מרובות-פס למכשירים רב-תפקודיים הוא משמעת רב-תכליתית הדורשת הבנה עמוקה של התאוריה האלקטרומגנטית, מדע החומרי ושילוב מערכתית. בעוד מכשירים ממשיכים לכווץ ולוסיף סטנדרטים אלחוטיים יותר, הלחץ על מהנדסים אנטנה רק יגדל למרבה המזל, התקדמות בכלים סימולציה, רכיבים יעילים והתאמה מחדש של רשתות התאמה הן מספקות פתרונות חזקים על ידי עקרונות העיצוב והטכניקות המתושמות – כמו גם פונקציות חזקות אחרות, כגון גירוי, כמו גם פונקציות מתקדמות, כגון, שמירה על ידי גירוי עצמי, יכולות ליצור פונקציות מתקדמות, ותפקודים, ותפקודים יעילים, ותפקודים יעילים, ותפקודים, ותפקודים, ותפקודים יעילים, ותפקודים, ותפקודים, ותפקודים, ותפקודים יעילים, ותפקודים יעילים, למערכות קומפקטיים, ותפקודים, למערכות קומפקטיים, כדי ליצור למערכות קומפקטיים, למערכות קומפקטיים יעילים, כדי ליצור למערכות למערכות למערכות קומפקטיים יעילים, אינטגרטיביים, אינטגרטיביים, ותפקודים יעילים, ותפקודים מתקדמים, כדי ליצור אינטגרטיביים יעילים, כדי ליצור מחדש של מכשירים מתקדמים, כדי ליצור אינטגרטיביים,