יאגי-אודה אנטנה: עקרונות הליבה וביצועים Metrics

האנטנה Yagi-Uda, שהומצאה על ידי Hidetsugu Yagi ו- Shintaro Uda בשנת 1926, נותרה אחד עיצובי אנטנה כיוון אלגנטי ויעיל ביותר כיוון כיוון אנטנות כיוון יעיל ופשוט יותר: אלמנט מונע (בדרך כלל חצי גלי גל או מתקפל) הוא מתפתל עמוק בכיוון האלקטרומגנטי, הוא מכווץ על ידי אלמנט מעט יותר רפלק מאחורי זה ועוד אחד או יותר קצר יותר אלמנטים אלה.

(הידוע גם יאגי מספק ערכי רווח בין 8 ל-15 dBi, עם חצי כוח beamwidths (HPBW) החל מ-55 מעלות עבור עיצוב תלת-תכליתי עד 25 מעלות או פחות עבור מערך עם 10 או יותר אלמנטים.יחס החזית-ל-back-back-to-back-back--a-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-----up-up-up---------------

מעבר לטכנולוגיה המבוססת על המוט הקלאסי יאגי, יישומים מודרניים משתמשים בלוח מעגלים מודפס (PCB) כדי ליצור אנאנטות "Quasi-YAgi" .עיצובים מודפסים אלה מחליפים מוטות טפילטיות עם רצועות נחושת על תת-חשמליות, המציעות עלות נמוכה, ביצועים חוזרים, ואת היכולת לשלב מרפסות ולהתאים רשתות ישירות על לוח הדפוס יהגי משיג בדרך כלל 6-10 נקודות גישה אטרקטיבית, עם 10 נקודות רוחב פס אטרקטיביות.

Multi-User MIMO: The Spatial Multiplexing Imperative

Multi-User MIMO היא טכנולוגיה בסיסית בסטנדרטים אלחוטיים מודרניים, כולל 4G LTE-מתקדמים Pro, 5G NR ו-Wi-Fi 6 (802.11ax) ו-Wi-Fi 7 (802.11be) שלא כמו משתמש יחיד MIMO, אשר מכוון מספר זרמים מרחביים למכשיר יחיד, MU-MO מאפשר תחנת בסיס או נקודת גישה לתקשר עם מספר משתמשים שונים בו זמנית, הדורשים אותות של ספקטרום כולל של ממשק אחד, אשר ניתן לבודד באופן יעיל של שימוש אחד, ללא ספקטרום של ספקטרום אחד, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, ללא ספקטרום של Multi-F1, ללא שימוש באופן יעיל, כלומר, כולל ספקטרום של ספקטרום של שימוש ב-F1, כלומר, ללא שימוש יחיד, 000, 000, ללא שימוש ב-F1, 000 יעיל, 000.

מימוש מעשי של רווח MU-MIMO תלוי באופן ביקורתי ביכולת של תחנת הבסיס לרכוש מידע מדויק של מצב ערוץ MUlink (CSI) עבור כל משתמש.זה מושג בדרך כלל באמצעות אותות התייחסות קידוד קישורים או משוב מפורש.מערכת האנטנה חלה על משקולות טרום-קידוד - חישוב מהערכות הערוץ - כדי ליצור חוליות עם תפקוד נמוך-מתאים עירוניים, אלה יש לעתים קרובות יותר כיסויים של 15 מעלות צלזיוס, כאשר הם חייבים לשמור על ביצועים קצרים יותר.

ה-Rationale for Yagi Antennas in MU-MIMO Systems

בעוד שערכים דיגיטליים מלאים עם עשרות אלמנטים של חתמים מייצגים את הגישה הזרם המרכזי של תחנות בסיס מאקרו תאים, ארכיטקטורות המבוססות על Yagi מציעים יתרונות נפרדים בהקשרים ספציפיים של פריסה. A יחיד Yagi עם ארבעה או חמישה אלמנטים יכול לספק 12 dBi של רווח באמצעות מעט יותר מאשר כמה מוטות מתכת ו- balun פשוט יהיה צורך לפחות ארבעה אלמנטים, רשת להאכיל ארגוני, וגישה קרקעית לתפקוד נמוך יותר, כלומר, גבוה יותר, עבור עלויות תפעולית, גבוה יותר, כלומר, בעלות נמוכה יותר, גישה אלחוטית, גבוה יותר, ועלויות יעילות גבוהה יותר, עבור תאים אלחוטית, כלומר, גישה יעילה יותר.

מעבר לעלויות, הישירות הטבועה של יאגי מספקת דחייה פאסיבית של אותות המגיעים מחוץ לדבורה הראשית מוגדלים על ידי 20 dB או יותר ללא עיבוד אותות פעיל. מסנן מרחבי פסיבי זה מפחית את הדרישות הדינמיות על ממירים אנלוגיים-לספרתיים ופחות מפגעי חישוב על ה-Ogi%, ומאפשר למערכת להקצות יותר משאבים לתזמון ולעבור נתונים מורכבים יותר מאשר להקות מורכבות יותר מאשר הדבקה (ת של אנטנות) מאשר אנטנות מורכבות יותר מאשר הדבקה אנטנות (ת) מאשר אנטנות לחץ יעיל יותר מאשר אנטנות אנטנות מורכבות יותר מאשר אנטנות (ת אנטנות אנטנות אנטנות) מאשר אנטנות לחץ על גבי אנטנות מורכבות יותר מאשר אנטנות (ת) מאשר אנטנות לחץ דם על גבי אנטנות) מאשר אנטנות לחץ דם על גבי אנטנות מורכבות יותר אנטנות (ת אנטנות (ת) מאשר אנטנות מורכבות יותר אנטנות מורכבות יותר אנטנות מורכבות יותר על גבי קודטראלית על גבי קודטרציה) מאשר אנטנות (ת) מאשר אנטנות מורכבות יותר אנטנות מורכבות יותר אנטנות מורכבות יותר אנטנות

המגבלה הברורה היא שאג'י יחיד מייצר רק קרן אחת בכל פעם. כדי לשרת משתמשים מרובים בו זמנית, מערכת האנטנה חייבת לשלב מספר רב של יאגיים בתצורה מגובשת או שלב, או לשנות את המבנה הפרסיטי כדי לאפשר לנטויג אלקטרונים.גישות אדריכליות אלה נחקרות בפירוט בסעיפים הבאים.מעצבים חייבים גם להתמודד עם רוחב הפס ה-המצוענחמה של יאגי, לעומת פס רחב של דיפרפולמוס או יומנים, הדורשים טכניים, הדורשים, הדורשים, ועלולים לפעול על פני דפוסים, ויציבות, ויציבות, ויציבות, ויציבות, ויציבות, על פני דפוסים, על פני דפוס זהירה.

פרדוקס עיצוב קריטי עבור MU-MIMO Yagi Arrays

הרוזן וה-Get-Bandwidth Trade-off

כל רכיב נוסף של הבמאי מגביר את רכיב הגלים השוטף לאורך הפריחה, מעלה רווח קדימה וצמצום HP MUBW. A מותאם בקפידה ל- 6-element Yagi משיג בערך 13 dBi רווח עם beamwidth 35 מעלות, בעוד עיצוב של 10-element יכול להגיע 14.5 dBi עם beamwidth ליד 12 אלמנטים, עלייה של אינדקס נמוך יותר של 0 אחוזים של 2 אחוזים של פחמן נמוך עד 2.

שיתוף פעולה בין-Element Spacing and Mutual Coupling

כאשר אנאנטות מרובות של יאגי ממוקמות במערך צדדי לצד זה לשרת דבורים עצמאיות, ספאם המרכז-מרכז הופך פרמטר קריטי. insufficient Spacing מגביר את ההפיכה ההדדית בין אלמנטים סמוכים, שינוי פיזור קלט, עיוות דפוסים קרינה מואצים, ומקדם את קוגניציה בין נמל גבוה ישירות להפחית את הרווח המיניקסיבי של MUGMACST תלוי ב-DVicoltcing.

Banding Over the Operating Band

האלמנט המונע הוא נקודת המוקד של הנדסה רוחב פס בכל עיצוב Yagi. a מתקפל באופן טבעי מציג מכשול ליד 300ms, אשר ניתן להפוך ל 75 הומס באמצעות 4:1 balun, אבל את הגוון המהיר הרחק מגבול resonance מוגבל 000 רוחב רוחב רוחב רוחב פס רחב של 5G ערוצים, מעצבים מעסיקים כמה טכניקות.

Beamwidth Shaping and Side-Lobe Suppression

במערכת MU-MIMO, כל רמה של beamwidth משפיעה ישירות על בידוד המשתמשים. A beam כי הוא רחב מדי סימולציה מכסה שני משתמשים, גורם התערבות בין-משתמש כי מקטין את אורך רוחב פס עבור שניהם. a beam כי הוא צר מדי יכול לאבד מסלול של מנהל באופן קבוע במהלך תנועות קטנות או עקב וריאציות ערוץ.

אדריכלות עבור תמיכה רב-משתמשית סימולטנית

« « « « ענפים Multi-YAgi Arrays

הגישה הישירה ביותר לשרת משתמשים מרובים עם אנטנות Yagi היא לפרוס כמה אלמנטים קבועים, כל אחד מכסה מגזר ייחודי זוויתי בחירה ארבעה Yagis עם 30 מעלות beamwidths מסודרים על מאן משותף יכול באופן קולקטיבי לכסות 120 מעלות רוחב אופקית מעבד בסיס בחירה אשר אנטנה משמש את התרחישים של גישה סטנדרטית יותר, אלא אם כן, כי המשתמש מבוסס על מדידות איכות ערוץ מכל מגזר.

מיסטר ריידרס (DaAR) ,Sterable Passive Array Radiators (ESPAR)

מצב האופטימיזציה האלקטרונית של מיסטריות Array Radiator (ESPAR) מייצג התקדמות משמעותית ב- Yagi-based beamforming. an ESPAR אנטנה מורכבת מגורם יחיד המונע - באופן חד-משמעי מונופול או dipole - מוקף טבעת של אלמנטים פרציטיים במהירות, כל אחד טעון עם תגובה וירטואלית של PIN diode או vctorode.

ראשי תיבות של Yagi Elements

עבור מערכות ביצועים גבוהות יותר, מערך ליניארי או מתכנן של אנטנות יאגי ניתן להאכיל באמצעות רשת תאגידית של משמרות שלב ו Attenuators בו-זמנית. גישה היברידית זו מממנת את הרווח הגבוה של Yagis בודדים כדי להפחית את המספר הכולל של אלמנטים שידורים / קבלה פעילים הדרושים לעומת מערך סלקציה אלחוטית.

מטריקס Multi-Beam Systems

ממטריקס באטלר הוא רשת להאכיל פסיבית, אשר, כאשר מחובר למערך של אלמנטים אנטנה, מייצרת קבוצה של מגרעות מרחבית אוטגוניות המיוצרות מנמלי קלט מרובים. A 4×4 Butler מאכילה מערך ליניארי של ארבעה אנטנות Yagi לייצר ארבעה סמפטים נפרדים, כל הצבעה בכיוון אחר ומציגה דפוס ישיבות מינימלי.

אסטרטגיות ניהול השוואת משתמשים ואסטרטגיות הפרדה

היכולת של מערכת MU-MIMO להבחין משתמשים תלויה בתת הקשר המרחבי בין חתימות הערוץ שלהם.יחס חזיתי גבוה לגיבוי באנטנה Yagi - באופן חד 20 עד 30 dB - הוא יתרון טבעי, שכן זה קרוב מאוד לעצירה אותות מכיוונים מאחורי הדבורה העיקרית. כאשר מספר Yagis משמשים בו זמנית, ההפרדה הזווית בין כיוונים של רחום הראייה שלהם חייב להיות מספיק כדי לשמור על מספר קטן של פחמן ניתן להפריד בין מספר 1B לפחות.

בפריסה עירונית קטנה של תאים צפופים, התנועה של משתמשים היא בדרך כלל לא מבוזרת.אם הסתגלות באמצעות ESPAR או שלב YAgi מערך מאפשר למערכת להניא דבורים לעבר אשכולות משתמשים בעלי יכולת גבוהה, בעוד הצבת אפסים למקורות של התערבות משותפת (מערכת הפעלה מחדש של מערכת הפעלה) היא בעלת ערך מיוחד בלהקות בלתי מורשה כגון 5GHz ו-6GHz, שבו להקות זמן מתקדמות להפרעות מהירות יותר.

הנדסה בנדיוויונדית לתקני Modern Wideband

5G NR שפועלת בלהקות תת- 6 GHz כגון n77 (3.3 עד 4.2 GHz) ו-N78 (3.3 עד 3.8 GHz) דורש רוחב פס של עד 100 MHz. אנטנה יהג'י קונבנציונלית המיועדת לחידוש צר יחיד לא יכול לכסות טווח זה ללא שינוי בלתי מתקבל על הדעת ברווח ובנחישות. כמה טכניקות מבוססות משמשות כדי להרחיב את רוחב הפס התפעולי של אנטנות יאגי עבור יישומים אלה:

  • (FLT:0Log-periodic קנה: FIRLT:1) אורך וספאם של רכיבי הבמאי בקנה מידה התקדמות גיאומטרית, כך שסעיפים שונים של מערך חוזרים בתדרים שונים.האזור הפעיל משתנה לאורך הפריחה כמו שינויים בתדר, ומייצר תגובה רחבה מתמשכת עם רווח קבוע יחסית ומאפיינים.זה יכול להשיג רוחב פס מעל 3:1.
  • (FLT:0)Thick ו-Deaded-פרופיל אלמנטים: FIRLT:1 ; שימוש במוליכים צילינדיים עם קוטר גדול יחסית באורך גל מקטין את הגורם Q של כל אלמנט, הרחבת רוחב הפס של החששות.שלב את הקוטר לאורך פרופיל האלמנט מציג מספר רב של חזרות שניתן למזג לתוך משחק רחב אחד.
  • (FLT:0)Parasitic טעינה:FreaLT:1 ; קוד שידור קצר או פתוח-circuit קו גמגמות המצורפות אל היסוד המניע מציג חידושים נוספים בתדרים מבוקרים.עם עיצוב זהיר, ניתן להציב מחדשים אלה כדי לחפוף עם ההתחדשות העיקרית, ביעילות להרחיב את רוחב הפס המאולתר עד 50 עד 100 אחוזים.
  • (FLT:0) אנזימים גל מופרשים (SIW) להאכיל: ⁇ 1 עבור תדרי גל מילימטר, אנטנה quasi-YAgi מודפסים אשר ניזונים על ידי מבנים SIW יכולים להשיג רוחב פס שברירי העולה על 20% תוך שמירה על יעילות קרינה גבוהה ויציבות דפוס לאורך הלהקה.

המטרה ההנדסית עבור רוב עיצובי פס רחב מסחרית Yagi היא VSWR מתחת 2:1 עם מגוון רווח של פחות מ 2 dB על פני כל הלהקה מורשה. Achieving אלה מפרטים במקביל עם ישיריות דפוס דרישות טוהר של MU-MIMO הוא תהליך עיצוב מאתגר כי דורש סימולציה ואופטימיזציה מקיפה של גלי חשמל מודרני.

מקרה מחקר: A 3.5 GHz ESPAR Array עבור 5G תאים קטנים

כדי להמחיש עקרונות עיצוב אלה ביישום קונקרטי, לשקול תחנת בסיס זעירה המיועדת ללהקה N78 המתמקדת ב-3.5 GHz.אנטנה ESPAR בנוי באמצעות אלמנט חצי-גל מרכזי מוקף שישה אלמנטים מונופולטיים parasicrtic מסודרים בתצורה מעגלית עם רדיוס של 0.35 גל אורכי גל, כל אלמנט parasitic הוא נגמר באמצעות סדרה Varaode (למשל, 000), על ידי ccreic cvtator) מ-R.

הביצועים הממדדים של אבטיפוס ESP זה מראה 9.5 dBi מעקב עם יחס חזית-להק מעל 25 dB על פני הלהקה התפעולית.10 dB-Los-loss רוחב מכסה את מלוא 3.3 ל-3.8 GHz טווח.במשפט שדה עם ארבעה מכשירים ספציפיים של משתמשים שהונחו בעמדות אקראיות סביב תחנת הבסיס, המערכת הפעילה תזמון עגול שבו האמאם היה μm של סמל אחד לפחות מ- 16.7 פעמים במהלך זמן אחד.

כיוונים עתידיים ואבולוציה עתידית

בעוד התעשייה האלחוטית נעה לעבר מערכות הדור השישי, מושג האנטנה Yagi מוגדל למשטרי תדר חדשים ומשולבת עם חומרים מתקדמים.על-chip Yagi-Uda המוטבעת ב CMOS ו- SiGe תהליכים כבר הוכיחו עבור 60 GHz WiGig יישומים, ומחקר מתמשך מרחיב את העיצובים האלה ל D-170GHz) עבור גישה אלחוטית קבועה ו- SiGe תהליכים כבר הוכחוריד כגון מטבוליזם של חומרים כגון גרורתיים המבוססים על ידי גירויים.

המושג של משטחים חכמים Reconfigurable (RIS) חולק דמיון מבצעי עמוק עם מערך Yagi parasitic גדול. a RIS ניתן לראות כמערך דו-ממדי של פיזורים parasitic אשר שלב ההשתקפות שלו הוא באופן אינדיבידואלי, להרכיב beams ו-Acons מודפס באמצעות ארכיטקטורת ג'יגה-בייטביבי המשלבת אגן פעיל עם RISor פסיבי יכול לשקף באופן פרטני כגון עלייה של 60 נקודות כוח אלקטרוני כמו , אשר עושה משיכה משיכה , כמו , 000 סוללת רדיואריים.

בצד המערכת, אלגוריתמי למידת מכונה מפותחים כדי לקבוע את הגדרות העומס הטפילי האופטימלי עבור קבוצה נתונה של ערוצי משתמשים בזמן אמת, תוך קיצוץ הצורך ב-am גורף estimation ערוץ להפחית את פני למעלה. אלה AI-oriented control לולאות, אשר מאומנים על נתונים גדולים של IEEE באמצעות למידה עמוקה, להבטיח ESPAR ו- parasydows-Far-namerenameremeremeremeremeremereatis (ה-i) ל-i-i-i-i-i-i-HD) להציג את ה-HDTM-R) באופן יעיל של אבטחה של אבטחה של אבטחה של ®: ®: ®: ®1 נקודות גישה אופטימחדשהחומרית-Fagation של ®1, אשר מ-i-i-Fagate-Fagretexitate-HD) ב-Fagation לטווחית-Fagation (מחדשהחומרים מתקדמים ב-i-i-i-Factertem Active Analytics מרכזי ב-i-i-i-i-i-i-i-i-i-HD) מ-i-i-i-i-i

סיכום

תכנון אנטנות Yagi עבור מערכות Multi-User MIMO דורש שילוב ממושמע של תורת אנטנות קלאסית עם דרישות עיבוד אותות מודרניים הפיכה סימולציה הפיכה, אתגר העיצוב המרכזי הוא בו זמנית איזון, רוחב פס, beamwidth, ותבנית טוהר בתוך המגבלות של עלויות ופשטות מכנית קיים למערכות מחשוב קבועות של Yagi מספק את הנתיב הישיר ביותר למגוון רחב של יישומים, אבל חוסר גמישות לעקוב אחר משתמשים ניידים.