מבוא ל- Multi-Antenna Systems and the Need for Isolation

מערכות מרובות-אנטנה, הידועות רבות כצורות מרובות של חומר (MIMO), יוצרות את עמוד השדרה של תקשורת אלחוטית מודרנית, מ- 4G LTE ו- 5G NR ל-Wi-Fi 6/6E ומעבר לכך על ידי שימוש באנטנות מרובות הן במדר והן בקופה, מערכות אלה מנצלות מגוון מרחבי ומרחבי מרוביםx כדי להגדיל באופן דרמטי נתונים באמצעות חישוב ואמינות ללא צורך במגוון רחב או בטמפרטורות גבוהות יותר, לעתים קרובות, המאפשרות של תפקודים אוטומטיים של חומר זה, כלומר, כלומר, באופן קבוע, כלומר, אשר מאפשר גם את רמות אלקטרו-ידי אנטנות אינטראקטיביות אבטחה של תפקודים של אנטנות אינטראקטיביות מאוד, אשר לעתים קרובות, אשר מאפשר את האנטנות אינטראקטיביות של תפקודים של תפקודים של תפקודים קריטי, באופן הדוק, אשר לעתים קרובות, באופן קבוע של אנטנות אינטראקטיביות של תפקודים של תפקודים של תפקודים של תפקודים של אנטנות אינטראקטיביות של תפקודים של תפקודים של אנטנות אינטראקטיביות של פונקציות אינטראקטיביות אינטראקטיביות של תפקודים אינטראקטיביות של אנטנות אינטראקטיביות אינטראקטיביות, אשר לעתים קרובות, אשר לעתים קרובות, אשר לעתים קרובות, אשר מאפשר את רמות אינטראקטיביות אינטראקטיביות אינטראקטיביות אינטראקטיביות אינטראקטיבי

מאמר זה חוקר את הפיזיקה הבסיסית של התערבות אנטנה במערכות מרובות-אנטנה, סקרים שיטות בידוד מוכחות, דנים בהשפעתם על מדדי המערכת, ומסתכלים קדימה טכנולוגיות מתפתחות המבטיחות לשפר את בידודן נוסף ברשתות אלחוטיות עתידיות.

הבנה בין מערכות מרובות-אנטנה

מקור משותף ומקורו

ההתערבות בין אנטנה במערך של מספר רב של יישום נובעת בעיקר מ-FLT:0 הפיכה הפיכה מילולית FLT:1 - אינטראקציה אלקטרומגנטית בין מבנים סמוכים קורנים.כאשר זרמים נוכחיים אלמנט אנטנה אחד, היא מייצרת שדה קורנר אשר מעורר זרמים ומתחים באלמנטים הסמוכים.זה משנה את הניתוק, דפוס קרינה, ואת הקיטוב של כל אלמנט, ביעילות, כי הוא פועל על ידי גורמים משותפים.

  • (FLT:0 הבין-אליווי: ⁇ ⁇ 1) ,כוח הפיכה מתקלקל עם מרחק, אבל במכשירים קומפקטיים (למשל, לחיצות, תחנות בסיס תאים קטנים) יש לעתים קרובות להציב פחות ממחצית אורך גל בנפרד.
  • (FLT:0) Antenna typeFLT:1 - מודפס, מיקרוסטריפ או אנאנטנות מונופול מציג התנהגויות שונות של הפיכה בהתבסס על הגיאומטריה שלהם ועל אינטראקציה בין כוכבי הלכת.
  • (ב) ,0) תדירות של תדרים (FLT:1) - תדרים גבוהים יותר פירושם אורכי גל קצרים יותר, כך שנפיחות במונחים של אורכי גל עשויה להישאר קבועה, אך סובלנות פיזית הופכת להיות יותר מחמירה.
  • (FLT:0Ground מטוס ו-Asassis ModessveFLT:1) - מטוס הקרקע המשותף ביישוםי MIMO רבים יכול לפעול כקופדציה משותפת עבור זרמי הפיכה, במיוחד בתדרים נמוכים יותר של מיקרוגל.

סוגי ההתערבות ב- MIMO קישורים

מעבר להפיכה הדדית פשוטה, מערכות מרובות-אנטנה צריכות לנהל מספר צורות של התערבות:

  • (ב) ⁇ :0) interferenceferenceferenceFLT:1 - במערכות מכלול מלא שבו אותו תדירות משמש במקביל להעברת ולקבל, בידוד בין השידור ולקבל אנטנה הוא הכרחי כדי למנוע להזדקק למגירה רגישה של המקלט נמוך (LNA).
  • (FLT:0) התערבות ערוצים (FLT:1) - מ משדרים אחרים בסביבה; בעוד לא רק פונקציה של עיצוב אנטנה, בידוד גרוע יכול להפוך את המערך רגיש יותר אותות לא רצויים.
  • (FLT:0) Near-fieldפיזור של 1FLT - מכשולים וחומרים דיאלקטריים קרובים למערך האנטנה (למשל, יד המשתמש על טלפון חכם) גורמת לעיוותים ולנתיבים נוספים של הפיכה.

מדוע ⁇ חומר לביצוע מערכת

ההידרדרות בביצועים הנגרמת על ידי בידוד אנטנה לא מספיק באה לידי ביטוי במספר דרכים אפשריות:

  • (FLT:0) קיבולת הערוץ המתוקנת 1 (FLT:1) - הפיכה הדדית מציגה קורלציה בין תת-ערוצים של MIMO.כאשר תת-ערוצים מתואמות מאוד, הרווח המכפלה המרחבי אבד, וגישות יכולת זו של מערכת חד-נטנה אחת.
  • (ב) [ה]:0] גודל וקטורת שגיאות (EVM)BuildFLT]:1 - אותות מזוגיים להפריע למודולציה המיועדת, העלאת רצפת הרעש והופכים אותה קשה יותר למקבלים לפענח סמלים בצורה נכונה.
  • (FLT:0) גדל מגוון של גיוון לצבור את ה- 1 - בתוכניות שונות (למשל, בחירת שילוב או יחס מקסימלי המשלב), הפיכה מפחיתה את העצמאות הסטטיסטית של המעטפות המסתובבות, הורדת הסדר המגוון.
  • (FLT:0) עוצמה אי-יעילותה של LT:1 - חלק מהכוח המועבר עלול להיספג על ידי אנטנה צמודה במקום לקרינה בחלל חופשי, צמצום היעילות הכוללת ולהגדיל את העומס התרמי.

מטרות עיצוב אופייניות לבידוד אנטנה משתנות על ידי יישום: עבור לחיצת MIMO, בידוד של 10-15 dB נחשב לעתים קרובות מקובל, בעוד עבור מערךי בסיס או רדיו דופלקס מלא, דרישות בידוד יכול לעלות על 50 dB.

טכניקות ⁇

הפרדה פיזית וגיוון ספארי

הדרך הישירה ביותר להפחית את ההפיכה ההדדית היא להגדיל את המרחק הפיזי בין אלמנטים אנטנה.עבור אותות שאינם קשורים בחלל חופשי, בידוד משתפר בערך בקצב של 20 dB לעשור של עלייה מרחוק (במונחי גל) בפועל, מעצבים חייבים לאזן את בידוד נגד מגבלות של כוח רצון צורה.לדוגמה, במערך מסיבי MIMO השוכן בלוח של כ 60 ס"מ 30 ס"מ, רכיב ספאק הוא לעתים קרובות נבחר ל- 0.

המונחים: Absorber Materials

מגינים מתכתיים המוצבים בין אנאנטנות יכולים לחסום ליד שדה הפיכה.a פשוט עריכת חומה (נקרא לעתים קרובות fin או גדר) בין שתי אנטנה מודפסת יכול להוסיף 5-10 dB של בידוד. גישות מתקדמות יותר להשתמש (FLT:0electromagnetic Bandgap (EG) מבנים או מתכתיים כי ניתן להוסיף עלות מתכתית או משטחים משולבים באופן דומה של גלימות אלקטרוליטית (EG) באופן דומה יותר של גלידות מגנטית) או חיתוך מגנטית) של גלימה (EG) או גלימה (EG) באופן דומה יותר של גלימה) של גלימה של גלימה (EG) או מדפוסים חשמליים) של גלימות פחמן (EG) או מתכתי) על פני השטח של גלימה של גלימה (EG) או דפוסים חשמליים) של גלימה של גלימה של גלימה של גלימה של גלימה (EG) של גלימה של גלימה (EG) באופן קבוע יותר, אם כי הם כוללים שיפור חשמליות כפול של גלימה של גלימה של גלימה (EG) של גלימה (EG) של גלימה של גלימה) של גלימה של פחמן מתוחה) באופן דומה יותר, אם כימות

אנטנות ו-Beamforming

(באמצעות אנטנות בעלות נטיות גבוהות יכול באופן טבעי להפחית את האנרגיה ששופכת לאלמנטים סמוכים.בערכים שלביים, ה-FLT:0array factorFLT:1 ותבניות אלמנט אינטראקציה; אם לאלמנטים בודדים יש בודה מוגבלת 3, הגישה ההדדית בין אלמנטים משני צדי הנגדיים של המערך היא נמוכה משמעותית.

רשתות בידוד ו- Decoupling Circuits

(ברמת המעגל, מהנדסים יכולים להכניס רשתות פסיביות בין נמלי אנטנה כדי לבטל את האות המזוגית: טכניקה קלאסית היא הפיכה:0neutralization lineFLT:1 - קו שידור המזין חלק מהאות מאנטנה אחת לשנייה עם שינוי שלב של 180 מעלות, ובכך מבטל את ההפיכה הטפילית באופן דומה, FLT2L-Cupal decoupling במיוחד כדי ליצור זרם משותף עם זרם בין ה-Fid5 ל-Fate.

Polarization

קוטב אורתגונלי קובע באופן טבעי הפיכה הדדית נמוכה. על ידי סידור אנטנות עם קוטב ליניארי perpendicular (למשל, אנכי ואופקי) או קוטבי מעגליים מנוגדים (יד ימין ושמאל יד), המערכת יכולה להשיג בדרך כלל 20-35 ד"ב בידוד בין הערוצים, בתנאי שהסביבה אינה מרתיעה באופן משמעותי את הגלים.

מבנה קרקעי Defected (DGS) וגישות מבוססות מטא-חומר

שיטות אקזוטיות נוספות לנצל תכונות תת-קרקעיות מונדסיות.FLT:0.0.00 מבנים קרקעיים נגועים:1FreaLT כולל תבניות מכווצות במכוון במטוס הקרקע (למשל, חריצים תקופתיים או צורות מבולות) שמשנים את ההפצה הנוכחית ומדכאים הפיכה על פני השטח, DGS יכול לספק 10B-D שיפור במערך microstrips:2ta-me-me-reatives-reatives, כמו מבנים מפולטיביים אלה, כגון פיזור חומרים מדגמים מקודמים של חומרים מקודמים, או מתואמים של פיזור חומרים מתואמים של חומרים מתואמים של מחסנים של פיזור חומרים מקודמים, כגון:

השפעה על ביצועי מערכת: פרספקטיבה קוונטית

יעילות טכניקות בידוד נמדדת בסופו של דבר על ידי השפעתם על אינדיקטורים ביצועי מפתח (KPIs) של קישור MIMO. בואו נבחן את היחסים בין בידוד, יכולת, איכות קישור.

יכולת ערוץ ושיקום

בערוץ MIMO צר, היכולת הניתנת להשגה (bits/s/s/Hz) ניתנת על ידי הנוסחה שאנון-שנעה עבור ריבוי מרחבי:

(ב) ויקרא י"א:2 (ב) ויקרא י"א)

(ב) כאשר ה-FLT:0)HoriFLT:1 הוא ערוץ ממטריקס.הההפייה הדדית מציגה מתאם בין השורות של FLT:2HoriFLT 3: 3, צמצום הדירוג היעיל שלו.מחקר על ידי [Fillo:4]: שיתוף פעולה הדדי ב-MIMO SystemsFLT: מראה כי הפיכה של 10-10DB יכול להפחית את היכולת המתמדת של 20% עד להפחתה משמעותית ב- 30 אחוזים עד ל-R.

טעות Vector Magnitude וקישור Reliability

במערכות מבוססות DM (LTE, 5G NR, Wi-Fi), גודל וקטור השגיאה (EVM) הוא מדד מורכב של התערבות ערוצים, רעש, ועיוות.שיפורים של Isolation ישירות מתחת לרכיב.עבור ציון 64-QAM (הכולל שיפור ניטרלי של LTEG ו- Wi-Fi 6), הפחתה של רק אחוז יכול לדחוף את הקישור מתחת ל-i-Flash הנדרש: 2.

שיקולים עיצוביים מעשיים

מהנדסים חייבים לשקול את היתרונות של כל טכניקת בידוד נגד מגבלות מעשיות:

  • (FLT:0Size ו-צורה גורם מספר 1: 1) - מבנים גדולים מבחינה גופנית (למשל, קירות מגן) הם לעתים קרובות בלתי ניתנים לערעור מכשירים ניידים.
  • (FLT:0)BandwidthalthFLT:1 - רשתות רבות פשטות פסיביות הן פס צר מטבען.הם עשויים להיות יעילים רק על כמה אחוזים של רוחב פס שברירי.עבור מערכות המכסות להקות מרובות (למשל, 700 MHz-6 GHz ב 5G-6), מעגלים רבים של טיהור או רכיבי טונה עשויים להיות נחוצים.
  • (FLT:0) מורכבות ועלויות ההרחבה 1:1 - טכניקות בידוד דיגיטליות דורשות שרשראות RF נוספות וכוח עיבוד.
  • (FLT:0) הפיכה מול יעילות הקרינה קרינת LT:1) - כמה שיטות מגן או סופגניות יכולות להפחית את יעילות הקרינה הכוללת על ידי לכידת אנרגיה.

מגמות מתפתחות וכיוונים עתידיים

משטחים חכמים (RIS) ו- Metasurfaces

[ה] משטחים אינטליגנטיים (RIS) - הנקראים גם משטחים אינטליגנטיים גדולים (LIS) - הם מקיפים או סמי-פאסיביים של לוחות התכנון שיכולים לעצב את הסביבה ההתפשטות על ידי התאמה דינמית של השלב ו amplitude של אותות משתקפים, בעוד לא ישירות שינוי טכניקה עבור מערך האנטנה עצמה, RIS יכול להיות ממוקם קרוב לאנטנות כדי ליצור תרחיש מבוקר אשר מסייעות (FIS) כדי לשפר את הפחתת תפקוד נכון של 2K2KiOS) עבור תוכניות DIS.

Machine Learning for Adaptive Decoupling

אלגוריתמים של Machine-learning – במיוחד למידה עמוקה של חיזוק (DRL) – נחקרים לרשתות בידוד דינמיות בזמן אמת.לדוגמה, סוכן DRL יכול להתאים את הכניעה של דידות varactor במעגל decoupling כדי להתאים את בידוד כאשר היד של המשתמש משנה את הסביבה הקרובה שדה התעופה.

חומרים מתקדמים ואינטגרציה

(החומרים המשתנים) והאובדן העלולים לשמש ככאלה שמצמצמצמים באופן חד-משמעי את ההפיכה:0Liquid גבישי פולימרים (LCP)veFLT:1 ו-FLT:2low-temperature co-tempture co-fired קרמיקה (LTDLT3) מאפשר שילוב של מבנים מתפתלים ישירות לתוך תת-קרקעית עם דיוקים 3D.

Standardization and Regulatory Outlook

ככל שהשימוש בספקטרום הופך להיות צפוף יותר ויותר heterogeneous (למשל, להקה ללא רישיון 6 GHz ב Wi-Fi 7, שיתוף משני ב 5G), גופי רגולציה כגון FCC ו-ETSI יותר ויותר מסורקים את פליטות פס ומגבלות התערבות. Robust אנטנה יהיה אמצעי מרכזי עבור עמידה בדרישות אלה ללא קרישת נתונים 6G הקרובה סביב מטרות קיצוניות (Moderth-Modert) של אמצעי בידוד קיצוניות (Moderth) ו-id) של ימינו של יישומים קיצוניים (Modert) ו-i) של יישומים קיצוניים (כבר יותר מרשימות תת-Hectth) של דרישות קיצוניות (Modert) של יותר מ-H) של יותר מ-Hectth-Hectth-Holstrahdahdlecond) ו-Hind) של ימינו של 26%) של יישומים (Mot) של יישומים קיצוניים (Modert) של יישומים (Modert) ו-Holstrahdahdahdahdahdentdentdlecont) של יישומים קיצוניים של מעל פני השטח של יישומים (Modert) של יישומים קיצוניים של יישומים קיצוניים של יישומים (Modert) ו-

מסקנה

בידוד אנטנה אינו מותרות אופציונלית במערכות מרובות-אנטנה; הוא דרישה בסיסית להשגת הביצועים התיאורטיים שהובטחו על ידי תורת MIMO. מהפרדה פיזית פשוטה לביטול דיגיטלי מטבולי ומתאם, תיבת הכלים של טכניקות בידוד ממשיכה להתרחב.כל שיטה מגיעה עם מערך של פקעות מסחר בגודל, רוחב פס, מורכבות, ועלות.

במבט קדימה, ההתכנסות של פני השטח האינטליגנטיים, למידת מכונה, ושילוב מתקדם כנראה יניבו מערכות בידוד דינמיות המסוגלות להסתגל לתנאים בזמן אמת. מהנדסים וחוקרים אשר שולטים בטכניקות אלה יהיו מוצבים היטב כדי לדחוף את הגבולות של יכולת אלחוטית ואמינות בספקטרום צפוף יותר ויותר. על ידי השקעה בבידוד עיצוב חזק היום, אנו מניחים את הבסיס לביצועים גבוהים, ההיקף הנמוך של רשתות המחר.