האבולוציה המהירה של טכנולוגיות תקשורת אלחוטית יצרה צורך דחוף במערכות אנטנה שיכולה להתמודד עם העלאת שיעורי נתונים, שקיפות נמוכה יותר, וקישוריות אמינה יותר. Ultra-wide (UWB) אנטנות אנטנות התפתחה כאבן הפינה של רשתות 5G וסטנדרטים אלחוטיים עתידיים, המציעה את היכולת לפעול על פני ספקטרום תדר רחב מאוד - ממאות מגהץ לעשרות של ג'רץ'רץ'רץ'.

יסודות של אולטרה-רחב פסאנטנה Arrays

מערך אנטנה אולטרה-רחב פס הוא אוסף של אלמנטים קורנים שנועדו לשמור על ביצועים עקביים - התאמת חומרים, דפוס קרינה, רווח, קיטוב, קיטוב, וקוטביזציה - מעל טווח תדר שבדרך כלל משתרע על עשור או יותר. עבור 5G ומעבר, מערך UWB מכסה את תת- 6 GHz להקות כמו גם מילימטר (Wave) תדרים מ GHz עד 60GHz ומעלה ביצועים (B2) ו-R) רוחב 2R2 רוחביים) כולל תדרי גל יציבים (R2 רוחב 2BR) ו-R) ו-R2 רוחב 2.

הבחירה של יסוד קורנינג היא קריטית. Common UWB אלמנטים כוללים אנאנטנות Vivaldi (החלץ), אנטנות קשתיות, מונופולטים, כתמים בצורת fractal, ומבנים לודגמיים. וינדודי אנאנטנות, עם חריצים סטריליים מבוססי קלט אקספוננציאלי שלהם, מציעים רוחב פס מעולה (לעתים קרובות: 10:1) ו- סימטרי, מה שהופך אותם לאלמנטים ליניאריים המשמשים לאלמנטים מורכבים יותר, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 קל יותר קל יותר, 000, 000, 000, 000 קל יותר, 000 קל יותר, 000, 000 קל יותר, 000, 000, 000 קל יותר, 000.

תצורה של Array נבחרים על בסיס כיסוי, ישירות, וגורם צורה. קוויאר מתאים עבור 1D beam ההגה; מערך התכנון לספק 2D היגוי והם נפוצים בתחנות בסיס וציוד משתמש; ערכים תואמים על משטחים מעוקלים עבור אווירודינמיקה או אסתטיקה. ⁇ ⁇ צמצם את הספירה תוך שמירה על שליטה בצד, ולא אחידה יכול לשפר את רוחב פסים.

אתגרים עיצוב ופתרונות

עיצוב מערך אנטנה UWB מציג מספר אתגרים הקשורים זה לזה הדורשים שינויים בסחר קפדני וטכניקות מתקדמות.

עקבו אחרי Bandwidth Bandwidth Bandwidth

שמירה על VSWR נמוך על טווח תדר רחב הוא לעתים קרובות ההוריד הראשון.ההגדרה העצמית של כל אלמנט משתנה עם תדירות, והפיכה הדדית מאלמנטים סמוכים מעוות עוד יותר את המשחק.מהנדסים משתמשים רשתות רחבות התאמה פס רחב, כגון רב-שלבי גל משתנים, צ'בישבייב, או מופץ מרפסות.

הדדיות ומניגציה

הפיכה הדדית בין אלמנטים מערך משנה תבניות אלמנט, מגבירה את רמות ה-UWB, ויכול לגרום לעיוורון - השתקפות מלאה בזווית סריקה מסוימת. עבור מערךי UWB, ההשפעה היא תלותית ואתגר לתבטל. שיטות Decoupling כוללות הדבקה אלקטרומגנטית (EBG) מבנים ממוקמים בין אלמנטים, מבנים פגומים קרקעיים (DGS), קווי ניטרליזציה, והשימוש במגוון גבוה של אלמנטים מתקדמים (re-Freative) עם אלמנטים משולבים עם מורכבות).

קרינת דפוס Consistency

דפוס קרינה יציב מעל רוחב פס הוא חיוני עבור אמין beamforming וכיוון מציאת.ריאציות במרכז של האלמנט, beamwidth, ואת יחס לפני-חזרה הם בעייתיים. Solutions כוללים באמצעות אלמנט סימטרי גיאוגרפיה (למשל, מאוזן Vivaldi), הוספת מנהלי parasitic או משקף, והפעלה של עדשות אלקטרו-חשמליות או cavityed עבור מבנים רחבים.

חומרים ומרקם

בחירה חומרית משפיעה ישירות על רוחב פס, אובדן ויציבות תרמית. נמוך-loss RF substrates כמו רוג'רס 4003/4350, PTFE מורכב, ופולימר קריסטל נוזלי (LCP) נפוצים עבור מינונים ברמה גבוהה של לוח הזמנים.עבור mmWave, השימוש של LTCC (טמפרטורה נמוכה co-fire co-fire co-fire-d קרמיקה) או סיליקון עם סיליקון עם סיליקון עם silicons באמצעות הוא גדל באמצעות הדפסה באופן מסורתי.

עיצוב רשת

רשת ההזנה חייבת לחלק את הכוח לכל האלמנטים עם שלב נכון ו amplitude ברחבי הלהקה המלאה.חברות (מקביל) הן הפס הרחב ביותר, אך דורשות זוגות היברידיים רבים ומפיצות חשמל.סדרה פשוט יותר אך מציגות פיזור שלב.עבור UWB, גישה היברידית המשלבת את הזנה תאגידית עם משמרות בשלב מוטבע או קווי רוחב פס של זמן אמת (TT) היא נפוצה.

יישומים ב 5G ומעבר

מערך האנטנה של UWB אינו פתרון יחיד, אלא משפחה של טכנולוגיות המותאמות לתרחישים שונים של 5G ומערכות חדשות בעתיד.

5G רדיו חדש GHz ו mmWave Bands

עבור 5G תת- GHz (למשל, n77, n78, n79 להקות מ-3.3 עד 5 GHz), מערך UWB משמש בתחנות בסיס מסיביות של MIMO. , אלה מערכים מורכבים עד 64 או 128 אלמנטים כפולים של מחסנים C2 קומפקטיים, אבל כל אחד מהם חייב לכסות את כל הלהקה עם בידוד גבוה (>20 dB) בין קוטבייטאז's ו' מחסנים מחסנים מפונקציה 24 או מחסנים כפולים מחסנים מחסנים דחוסים מחסנים מחסנים דחוסים 2 דחוסים דחוסים (N2 מחסנים מחסנים דחוסים) עם דחוסים דחוסים עם תאים מורכבים עם מחסנים בגודל NR2 דחוסים עם מחסנים בגודל Nv2 דחוסים דחוסים עם דחוסים עם מחסנים בגודל Nv2 דחוסים עם דחוסים עם דחוסים עם דחוסים בגודל Nv2 דחוסים יותר דחוסים בגודל NCR2 דחוסים בגודל NCR2 דחוסים (N2 דחוסים (NR) מחסנים בגודל NCR2 דחוסים יותר

רזולוציה גבוהה של ראדר ו Sensing

מערך UWB מועסק במכ"ם של כלי רכב (24 GHz קצר טווח, 77 GHz ארוך טווח) שבו רוחב פס רחב מספק פתרון טווח בסדר גודל בסדר גודל בסדר גודל של 5G-radar דו-קיום, מערך UWB יכול לשרת הן את התקשורת והן את פונקציות הרגישות (תקשורת משותפת משותפת ו מכ"ם, JC & S) באמצעות מכ"ם, נמוך ⁇ UW (0.5-GHz) עם קירות מאוזניים נעים יותר (R) ו- ממטרים) עם עיצובים מתקדמים יותר) ו-500) ו- Mane).

המונחים: inside

מערכות זמן-של-ריוול (ToA) ו-Time-difference-of-arrival (TDoA) מסתמכות על מערך UWB עבור דיוק estimation עיכובים.עם רוחב פסים מעל 500 MHz, מערכות יכולות להשיג שגיאות מקומיות מתחת ל-10 ס"מ. UWB עם אלמנטים מרובים יכולים גם למדוד זווית-of-arval (Ao) באמצעות שלב בין-מטריה, שיפור דיוק עבור שבבים קטנים יותר.

רשתות חיישן אלחוטיות ו-IoT

מערך UWB אטרקטיבי עבור חשמל נמוך, מכשירים מתקדמים של IoT כי הם יכולים לפעול במצב פרץ עם מחזורי חובה נמוכים.המשך הקצר של הדופקים UWB (sub-nanoII) להפחית צריכת אנרגיה ומאפשרים ל-Time-division מרובים גישה.

מחקר: Wideband Phased Array for 5G Base Station

עיצוב טיפוסי עבור אנטנה תחנת בסיס 5G בלהקת N77 (3.3-4.2 GHz) משתמש במערך כפול של 64-element (דו-קוטב) אשר מופעל על ידי מערכת אחסון של 1.5G, כל אלמנט הוא ערימה, תיקון מוקרן עם האכלה משולבת של רוחב פס של 60 מעלות צלזיוס, כולל את התוצאה של C2 ליטר רוחב פס רחב יותר של שטח, 000 ליטר, 000 של שטח, 000 של שטח, 000 של שטח, 000.

כיוונים עתידיים

המסלול של פיתוח מערך האנטנה UWB מצביע על שילוב גדול יותר, אינטליגנציה, וגמישות תדירות.

Reconfigurable & Agile Arrays

מערךים עתידיים יכללו מרכיבים טוטליים אלקטרוניים (varactors, pin diodes, RF MEMS) כדי לשנות את הלהקה התפעולית או בצורת beam. Frequency-reconfigurable מערךs לאפשר חד-פעמי לכסות מספר להקות 5G, למשל, גם תת- 6 GHz ו- mmWave.briization agility (מממדומים בין אנכי, אופקי, או מעגלי) הוא גם עבור מגוון רצוי של רוחב פסטורף.

« « « « « « « « « « « « « «

metasurfaces - מבנים עם תאים תת-גלכיים מהונדסים - ניתן להציב מול או משולבים עם מערך UWB כדי לשפר את טווח ההיגוי של beam, להפחית את ההפיכה הדדית, או להשיג מיקוד דמוי עדשות. Huygens metasurfaces לספק יעילות שידור גבוהה ויכול להתאים את שלב לסרוק ללא עדשות מרובות.

עיצוב AI-Optimized ו- Beamforming

אלגוריתמי למידת מכונות משמשים לתכנון רכיבי מערך UWB על ידי חקר חללים פרמטר גדול כדי לייעל רוחב פס ותבנית טוהר.רשתות אדמירליות יוצרות (גנים) שימשו ליצירת פרופילים חדשים של Vivaldi חריץ. בצד beamforming, רשתות עצביות עמוקות יכולות להחליף את המכשפים המסורתיים עבור ביטול והפרעה, במיוחד בפס רוחב פס רחב שבו תרחישים אנלוגיים הם מוגבלים כדי להתאים את המשתנים אלה, כדי להתאים את המשתנים לסביבות חדשניות כדי להתאים אישית, כדי להתאים את עצמם.

טכניקות קירור מתקדמות

ייצור Additive (3D הדפסה) הופך להיות קיימא לייצור ⁇ UWB עם גיאומטריה מורכבת כגון lattice, corrated, או ⁇ -index מבנים. Inkjet הדפסה של דיוונים מוליכים על תת-שכבות גמישים מאפשר נוסחאות קונפורמנטליות עבור רחפנים, ללבוש ויישומים רכב.

אינטגרציה עם 6G: Terahertz Arrays

במבט מעבר ל-5G, 6G שואפת להשתמש בתדרים מ -100 GHz ל 1 THz. בתדרים אלה, רוחב פס של עשרות ג'יגההרץ זמינים. ⁇ UWB עבור THz יסתמך על אנטנה-on-chip (AoC) או אנטנה-in-package (AiP) עיצובים מוגבלים עקב הפסדים, כך שמערכות ספקטרום של גרורתיבות יכולות להיות ממושכות של 40 ליטרים.

מסקנה

מערך אנטנה אולטרה-רחב פס הכרחי כדי לעמוד בפס רוחב הפס ודרישות הקיבולת של 5G ומערכות אלחוטיות עתידיות.העיצוב שלהם דורש איזון זהיר של גיאומטריה אלמנט, בחירה חומרית, טופולוגיה, וטכניקות מרתיעות כדי להשיג ביצועים רחבים עקביים פסים.כפי יישומים מתרחבים מתקשורת מהירה גבוהה לרזולוציה גבוהה ומיקום מדויק, הדור הבא של מנגנונים יהפכו להגדרה מחדש, במיוחד, משולבת מבוססת AI, תוך כדי שיפור עצמי, והגדרה מחדש, תוך התאמה מלאה של מערכת יחסים מבוססת-AI, תוך התאמה גבוהה, והגדרה מחדש, תוך התאמה בין-מערכת מבוססת-מערכת מבוססת-מערכת יעילה, תוך כדי שיפור, תוך כדי התאמה בין-מערכת מבוססת-מערכת מבוססת-מערכת יעילה, תוך כדי התאמה בין-מערכת יעילה, תוך כדי התאמה בין-מערכת יעילה, והגדרה מחדש, תוך-מערכת יעילה, תוך-מערכת יעילה, תוך-מערכת יחסים מבוססת-מערכת יעילה, תוך-מערכת יעילה, תוך-מערכת יעילה, תוך כדי התאמה בין-מערכת יחסים מבוססת-מערכת יעילה של מערכת-מערכת יחסים מבוססת-מערכת יחסים מבוססת-מערכת יעילה, תוך כדי התאמה בין-מערכת יחסים מבוססת-מערכת יעילה, תוך כדי התאמה בין-מערכת יעילה, תוך-מערכת-מערכת-מערכת-מערכת-מערכת

(ב) ויקרא י"ד:

  • (FLT:0)UWB Antenna Arrays for 5G: A Review of recent Developments (IEEE Access, 2021)
  • (ב) ,0) A Metasurface-Integrated UWB Vivaldi Array for Wideband Beam Steering (דיווחים מדעיים, 2020)
  • (FLT:0) עיצוב של 64-Element הכפול UWB Array עבור 5G Massive MIMO (Electronics, 2022)
  • (FLT:0) Machine Learning for Antenna Array Optimization (IEEE Antennas and Proagation Magazine, 2021)