듀얼-폴라드 안테나 개발 증가된 데이터 처리량에 대한 배열

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듀얼-폴라드 안테나를 이해

이중 극화한 안테나는 2개의 직각 극화 방향을 동시에 가진 전자파를 전달하고 받기 가능합니다. 일반적인 극화 기초 쌍은 수직/horizontal (V/H)와 ±45° slant를 포함합니다. 이 2개의 국가 격리해서, 안테나는 동일한 물리적 가늠구멍에 2개의 독립적인 통신 수로를 지원할 수 있고 빈도 할당은, 효과적으로 단일 극화한 체계와 비교된 관능적인 효율성을 도배합니다.

분산화 다양성

극화 다양성은 정교하게 극화한 신호 경험에 크게 독립적인 퇴색 및 간섭 환경이라고 의존합니다. 다파 부유한 시나리오에서는, 수직 극화한 파는 수평 극화한 파가 강하 동안 강화될지도 모릅니다. 수신기에 둘 다 분지를 결합해서, 이중 극화한 안테나는 퇴색에 튼튼한 신호 질 및 탄력을 제공합니다. 이 다양성 이익은 도시 운하 및 반영이 풍부한 실내 환경에 특히 귀중한 입니다.

듀얼-폴라드 안테나 요소의 종류

Cross-dipole (turnstile) 안테나: 오른쪽 각도로 배치된 2개의 다이폴; 넓은 대역폭과 깨끗한 직각 패턴을 제공하는 고전적인 디자인.
듀얼 피드와 패치 안테나: 정각 가장자리 또는 H 모양의 슬롯에 흥분 광장 또는 원형 패치; 컴팩트하고 배열에 적합.
Aperture-coupled Patches: 결합 슬롯을 사용하여 지상면 뒤에 피드 라인은 높은 고립과 2 개의 극화에 노출합니다.
Waveguide-fed array: 고출력 또는 밀리미터 웨이브 시스템에서 사용, 종종 분리 극화에 septum 극화.

각 요소 유형은 대역폭, 크기, 고립 및 제조 비용에서 거래 오프를 선물합니다. 현대 디자인은 점점 더 많은 것을 활용합니다 다중 층 PCB 프로세스는 빔 포밍 회로와 듀얼 폴라화 요소를 통합합니다.

Dual-Polarized Array를 통한 데이터 처리량 향상

이중 극화된 배열을 배치하는 1 차적인 동기는 추가 스펙트럼을 소모 없이 자료 처리량에 있는 실질적 증가입니다. 이것은 2개의 보완적인 기계장치를 통해서 달성됩니다: 극화 domain 다중화와 강화된 MIMO (다중 입력 다중 산출) 성과.

편광-도메인 멀티싱

두 개의 직각 극화를 독립적 인 공간 스트림으로 사용하여 이중 극화 시스템은 호의적인 채널 조건에서 단일 극화 링크의 데이터 속도를 두 배로 할 수 있습니다. 예를 들어, 점 투 포인트 백홀 시스템에서 듀얼 극화 된 안테나 쌍은 동일한 20 MHz 채널에서 200 Mbps의 처리량을 산출하여 2 개의 동시 100 Mbps 스트림을 지원할 수 있습니다. 실제 구현은 교차 극화 (XPI) 상호간화 (XPI)에 대한 계정이 있어야하며, 높은 수준의 성능은 30dB 이상의 수준으로 향상됩니다.

이중 폴리 MIMO 및 공간 다중화

MIMO 시스템은 이중 극화 된 배열은 물리적 크기를 비례로 증가하지 않고 독립적 인 공간 채널의 수를 증가시키는 컴팩트 한 방법을 제공합니다. 2 × 2 MIMO 시스템은 두 개의 듀얼 극화 된 안테나 요소 (4 개의 총 포트)를 사용하여 최대 4 개의 공간 스트림을 지원할 수 있으며, 동일한 물리적 크기의 단일 극화 된 배열은 동일한 스트림 수를 달성 할 수있는 두 가지 요소가 필요합니다. 이 듀얼 극화 된 배열은 특히 기지국 및 사용자 장치에 대한 매력을 만듭니다. 이 공간은 이중 극화 된 범위 사이의 상호 작용을 관리 할 수 있습니다. MIMO 시스템은 이중 극화 된 범위의 용량을 관리 할 수 있습니다.

Key Metric:] 도시 매크로셀 배포에서 듀얼 폴라 이드 어레이는 평균 셀 처리량을 60-80%로 향상시키기 위해 시연되었습니다. 단극 동등점에 비해 2배 전송 계획.
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디자인 도전과 완화 전략

고성능 이중 극화된 배열을 개발하는 것은 고립, 효율성 및 본 무결성을 degrade 할 수 있는 몇몇 기술적인 장애물을 극복하는 것을 포함합니다.

교차 성장 고립 (XPI)

2개의 극화 항구 사이 고립은 가장 긴요한 모수입니다. Poor 고립은 흐름 사이 누설 (크로스 토크)에, 효과적인 SNR 및 제한 조정 순서를 지도합니다. 전형적인 디자인 규칙은 항구에 항구 투 항구 고립을 유지하고 > 25 dB, 높은 주문 QAM 계획을 위해 바람직한 30–40 dB와 더불어 포함합니다. 돌출을 개량하는 전략은 다음을 포함합니다:

baluns 및 90° 하이브리드로 최적화된 먹이는 네트워크는 상호 연결을 취소합니다.
전자기 bandgap (EBG)는 표면파를 억제하기 위하여 이중 극화한 성분 사이 구조.
일반적인 모드 전류를 차단하여 고립을 증가시키는 데 결함이 있는 지상 구조 (DGS).

Mutual 연결 및 패턴 분해

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대역폭 및 임피던스 일치

듀얼 극화 된 배열 요소는 종종 두 개의 직각 모드를 공급하는 데 필요한 단일 극화 된 카운터 부품보다 좁은 임피던스 대역폭을 가지고 있습니다. 광대역 디자인은 여러 슬롯, 또는 유전체 공명 안테나 (DRA)와 스택 된 패치, 조리 연결을 사용합니다. 3.5-5.0 GHz 범위의 5G NR 밴드의 경우 15-25%의 소수 대역폭은 주의적 멀티 공명 기술로 달성됩니다.

교정 및 배열 조정

실제 배열에서, 제조 포용력 및 환경 요인은 극화 수로 사이 불균형을 일으키는 원인이 됩니다. 튼튼한 구경측정법은 배열의 맞은편에 진폭 및 단계 응답을 줄 필요가 있습니다. 붙박이 시험 연결기 또는 상호 연결 근거한 방법을 사용하여 상공 공기 (OTA) 구경측정은 수동 조정이 불연성 인 다량 MIMO 체계를 위해 점점 채택됩니다.

차세대 시스템의 고급 아키텍처

듀얼 폴라 이드 어레이는 대규모 MIMO, 밀리미터 웨이브 및 재구성 가능한 지능형 표면 (RIS)의 필수적인 구성 요소에 대한 간단한 2 × 2 시스템을 넘어 진화하고 있습니다.

듀얼 편광을 가진 대규모 MIMO

5G 이상으로 기지국은 큰 배열 (예를들면, 64×64 듀얼 극화 요소)을 사용하여 매우 방향적인 빔 형성과 공간 다중화를 지원한다. 이중 극화 계획은 각 물리적 요소가 두 개의 가상 안테나 포트를 제공 할 수 있으며 디지털 빔 형성을위한 자유도를 도브링 할 수 있습니다. 이 구성은 극화도 분리와 같은 시간 주파수 리소스에 동시 전송을 가능하게합니다. 연구는 32×32×32×32-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-64-

밀리미터 - 웨이브 (mmWave) 듀얼 폴라 이드 어레이

24 GHz의 주파수에서 파장 수축은 작은 영역에서 많은 요소가 허용됩니다. 이중 극화 된 mmWave 배열은 옴 손실, 더 단단한 제조 허용 오차 및 패키지 패러시틱에 대한 감도로 인해 고유 한 과제를 제시합니다. Substrate-integrated waveguide (SIW) 기술 및 저온 CO-fired Ceramic (LTCC) 프로세스는 일반적으로 컴팩트하고 높은 절연 이중 극화 된 레이디에이터를 실현하기 위해 사용됩니다. 2 개의 배열이있는 경우 32 GHz의 밴드가 28 GHz의 밴드보다 더 많은 신호를 얻을 수 있습니다.

Beamforming IC와 통합

현대 이중 극화된 배열은 RF 광속으로 이루어져 디자인되고 각 편광을 위한 분리되는 단계 교대 및 감쇠기를 포함하는 칩. 체계는 2개의 신호 경로 사이에서 골무 그리고 교차 결합을 취급해야 합니다. 진보된 포장은 안테나 배열을 포함하고 동일한 interposer에 광속 형성 IC를, 상호 연결 손실을 감소시키고 순간 분극 재구성을 가능하게 합니다.

Reconfigurable 듀얼 폴라 ization

미래 무선 네트워크는 선형에서 원형, 또는 다른 슬라이스 각도 사이)를 통해 극화 상태를 지속적으로 조정하는 기능을 동적 편광화 민첩성을 필요로 할 수 있습니다. 이것은 PIN 다이오드, varactors 또는 MEMS 스위치를 사용하여 실현 될 수 있습니다. 예를 들어, 재구성 가능한 이중 편광 패치 안테나는 V / H와 ± 45 분극 사이의 toggle 할 수 있으며, 간섭을 통해 즉시 간섭을 최소화하거나 상호 간섭을 최소화 할 수 있습니다.