Multi-Antenna Arrays의 안테나 고립 및 연결 원리

5G 기지국에서 위성 통신 및 고급 레이더로 현대 무선 통신 시스템, 점점 높은 데이터 속도, 빔 형성, 및 공간 다양성을 달성하기 위해 멀티 엔테나 어레이에 의존합니다. 그러나, 컴팩트 한 조리개로 여러 안테나 요소를 포장하는 것은 중요한 과제를 소개합니다. ]antenna isolation 및 coupling. 이 페멘나는 직접적인 성능, 이 기술 및 기술에 대한 신뢰성, 이 기술에 대한 신뢰성, 이 기술에 대한 신뢰성, 이 기술에 대한 신뢰성, 이 기술에 대한 신뢰성, 이 기술에 대한 신뢰성, 이의 신뢰성, 이 기술에 대한 신뢰성, 이 기술에 대한 신뢰성, 이의 신뢰성, 이의 신뢰성, 이의 신뢰성, 이의 신뢰성, 이의 신뢰성, 이 기술에 대한 신뢰성, 이의 신뢰성, 이의 신뢰성, 이의 신뢰성, 이의 모든 기술에 대한 모든 기술에 대한 모든 기술에 대한 모든 기술에 대한 신뢰성, 이의 신뢰성, 이의 모든 기술에 대한 모든 기술에 대한 모든 기술에 대한 모든 기술에 대한 모든 기술에 대한 모든 기술에 대한 기술에 대한 기술

안테나 Isolation 이해

안테나 고립은 안테나가 배열에 있는 이웃 안테나에서 원하지 않는 에너지 이동을 저항하는 방법의 측정입니다. 양이 엄밀하게, 2개의 안테나 사이 고립은 일반적으로 decibels (dB)에서 측정된 다른 안테나에 의해 받아진 힘에 전달된 힘의 비율로 표현됩니다. 높은 고립 (예를들면, >20 dB)는 각 안테나가 MIMO (다중하 산출 자료가 분리되는 다수 입력)와 같은 신청을 위해 근본적으로 작동하는 것을 나타냅니다.

왜 고립 매트

몇몇 방법에 있는 충분한 고립 degrades 체계 성과:

  • Signal distortion: 커플링 신호는 상호작용 제품 및 패턴 왜곡을 일으킬 수 있습니다.
  • Reduced 신호 투 노이즈 비율 (SNR): Unwanted 연결은 효과적인 SNR를 낮추는 소음과 방해를 소개합니다.
  • 연간섭: 전체 ‐듀플렉스 또는 동시 전달/수송 시스템에서, 가난한 고립은 자기 ‐jamming을 일으킬 수 있습니다.
  • Array 패턴 분해: 커플링은 각 요소의 방사선 패턴을 변경하고, 빔 형성 정확도를 줄입니다.

예를 들어, 5G의 4 × 4 MIMO 시스템에서, 인접한 요소 사이의 고립은 채널 직각성을 유지하기 위해 적어도 15 dB이어야합니다. 이 사양을 충족하는 주요 디자인 대상입니다.

안테나 연결의 원리

연결은 안테나 사이 전자기 에너지의 무인화 교환을 나타냅니다. 그것은 지상 비행기 또는 먹이는 네트워크에 있는 공유 현재 경로를 통해서 가까운 분야 및 멀리 원거리 통신에서 일어나. 이해하는 연결 기계장치는 그(것)들을 통제하는 첫번째 단계입니다.

주변 Field 대. Far-Field 커플링

연결은 파장 λ에 상대적인 별거 거리에 근거를 둔 2개의 정체로 분류될 수 있습니다:

  • Near-field 커플링: 안테나 간격이 1개 파장 이하일 때, 안테나는 ‐field의 민감하거나 방사성에 있습니다. 전기 및 자기장(E‐ 및 H‐field) 커플링을 통해 에너지 전송. 이 유형은 컴팩트한 배열에서 지배하며 요소 형상과 방향에 매우 민감합니다.
  • Far‐field 커플링:] 더 큰 분리 (일반적으로 > 2λ)에서, 커플링은 각 안테나의 반경 방향 패턴을 통해 발생합니다. 이 커플링은 약하지만 큰 배열에서 크게됩니다, 특히 측면 랍스터 정렬 할 때.

Mutual 임피던스 및 연결 매트릭스

연결이 ]mutual 임피던스]를 통해 형식적인 방식으로 연결됩니다. N-element 배열을 위해, 항구 전압과 현재 사이 관계는 ]V = Z I로 작성될 수 있습니다, Z의 오프 다이곤 입장이 상호 연결을 대표합니다. 낮은 상호 임피던스는 높은 고립에 대응합니다. 엔지니어는 종종 전자기 (EDI), HFS (FLT), HFS (FLT)를 사용합니다.

Real‐World 커플링 원인

간단한 전자기 분야 오버랩을 넘어, 연결은 exacerbated 할 수 있습니다 :

  • 안테나 피드 사이에 흐름 지상 비행기 전류를 공유.
  • 유 전체 안테나 디자인 기판에 흥분 표면 파.
  • 케이블 또는 지원 구조에 공통 모드 전류.

이들의 각은 다음 섹션에서 논의되는 특정 소송 전략을 요구합니다.

고립과 Minimize 연결을 개량하는 방법

엔지니어는 다양한 기술을 사용하여 고립을 강화하고, 종종 엄격한 요구 사항을 충족하는 여러 가지 접근법을 결합합니다. 선택은 주파수, 배열 크기, 대역폭 및 비용 제약에 따라 다릅니다.

물리적 분리 및 위치

가장 똑바른 방법은 안테나 사이 거리를 증가합니다. 고립은 전형적으로 멀리 원거리 통신 요법에서 별거의 doubling 당 대략 6 dB에 의해 개량합니다. 그러나, 공간에 의하여 통제되는 플랫폼 (예를들면, 스마트폰, 무인비행기)에서, 육체적인 별거는 제한됩니다. 직각 안테나를 두기 (예를들면, 수직 편광)는 또한 10~20 dB에 의하여 연결을 감소시킬 수 있습니다.

전자기 보호 및 흡수기

안테나 사이 전도성 방패 또는 손실 흡수기는 ‐ 필드 커플 링을 차단할 수 있습니다. 기술 포함:

  • 금속 담 또는 vias: PCB 기반 배열에서, 지상에 놓인 vias의 줄은 높은 충격 벽, 억제 지상 파 연결 창조합니다.
  • 전자기 bandgap (EBG) 구조: 정기적인 유전체 또는 금속 패턴은 특정 주파수 대역에 지상파를 억제합니다.
  • Absorber 자료: 요소가 에너지가 분산되어 있는 자기 또는 탄소 적재 거품은 일부 효율의 비용에 상호 연결성을 감소시킵니다.

Decoupling 네트워크 및 필터

이 회로는 안테나 포트 사이에 연결하여 커플 신호를 취소합니다. 예는 다음과 같습니다.

  • Lumped-element 디코딩 네트워크: 커패시터 및 인덕터는 연결에 부정적인 임피던스를 합성합니다.
  • Branch‐line 커플러 또는 쥐 추적 하이브리드:] 꽉 덮인 에너지를 거짓으로 리디렉션하는 꽉 공간 배열에서 사용하거나 구성적으로 결합.
  • Neutralization line:] Microstrip line은 연결을 취소하기 위해 단계의 신호를 공급합니다.

잘 설계 된 디코딩 네트워크는 10-30 dB에 의해 격리를 개선 할 수 있지만 복잡성과 종종 좁은 대역폭을 추가합니다.

방향 안테나 성분

, 패치, Yagi-Uda, 또는 경적 안테나)는 주변 요소에 대한 방사성 패턴 (예 : 패치, 패치, Yagi-Uda, 또는 경적 안테나)을 통해 에너지를 밝게합니다. 단계별 배열에서 진폭 요소 및 진폭의주의적인 배치는 또한 측면 lobe 상호 작용을 최소화 할 수 있습니다.

지상 비행기 및 급식 네트워크 디자인

지상 평면 기하학을 최적화, 구멍, 결점 된 지상 구조 (DGS), 또는 부드러운 표면은 연결 원인 현재 경로를 혼란시킬 수 있습니다. 마찬가지로, 라인 사이의 적절한 고립을 통해 각 요소를 피드는 피드 네트워크에서 크로스 토크를 방지합니다.

Multi-Antenna Arrays에 대한 설계 고려 사항

효과적인 배열 디자인은 다른 성과 미터를 가진 균형 고립이 있는 전체적인 전망이 요구합니다: 임피던스 대역폭, 방사선 효율성, 이익, 크기 및 비용. 여기 중요한 고려사항입니다.

고립과 Compactness 사이 무역 ‐ 떨어져

높은 고립은 수시로 더 큰 간격을 요구하고, 그러나 소형 배열 (예를들면, 이동할 수 있는 장치를 위해)는 0.2λ-0.5λ의 성분 별거를 요구합니다. 그런 가까운 거리에서, 가까운 분야 연결은 가혹합니다. 엔지니어는 그 후에 진보된 decoupling 기술에 의존합니다, 그러나 이들은 좁은 대역폭 또는 효율성을 감소시킬지도 모릅니다. 일반적인 타협은 작은 모양 요인을 위한 교환에 있는 10-15 dB의 고립을 받아들여기 위한 것입니다.

대역폭 제한

많은 디코딩 구조 (예 : EBGs, 중립화 라인)는 공명하고 좁은 주파수 대역에서 높은 고립을 제공합니다. 광대역 시스템 (예 : 5G NR 밴드 2 - 8 GHz), 멀티 ‐ 공명 또는 비 공명 기술 (예 : 저항 하중)이 필요합니다. 그러나 삽입 손실이 증가 할 수 있습니다.

분산화 다양성

정상적인 편광을 사용하여 (예를들면 수직과 수평) 인접한 요소에 대 한 극적으로 증가 isolation 추가 구조 없이. 이것은 이중 편광 패치 배열에서 일반 이다. 그러나, 교차 편광 원판은 대역폭을 통해 유지 해야 합니다.

시뮬레이션 및 측정

정확한 전자기 시뮬레이션은 불가결합니다. 풀 ‐파 디스펜서 ( 순간의 음, FDTD, FEM)는 커플 링과 고립을 예측할 수 있습니다. Prototype은 벡터 네트워크 분석기 (VNA)를 사용하여 S-parameters (예 : S12 또는 S21)를 확인해야합니다. [[FLT : 0]Ansys HFSS[FLT : 1] 및 [[FLT : 2]CST Studio[FLT]]]이 산업에 대한 범용 도구입니다.

고급 주제 및 최근 연구

안테나 고립의 분야는 진화합니다. 아래는 엔지니어가 현대 디자인에서 만날 수 있는 최첨단 접근법입니다.

Metamaterial‐Inspired Decoupling의 장점

스플링 리슨레이터 (SRRs) 또는 보완 SRR과 같은 인공 재료는 안테나 사이에 두 개의 필드에 대한 밴스톱 필터를 만들 수 있습니다. 이 메타 소재 구조는 컴팩트하고 좁은 밴드의 고립 >30 dB를 달성 할 수 있습니다. 최근 작업의 조사는 IEEE 안테나 및 전파 잡지에서 찾을 수 있습니다.

Active Decoupling의 장점

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Array Optimization에 대한 기계 학습

유전 알고리즘과 신경 네트워크는 점점 더 안테나 위치, 디코딩 네트워크 매개 변수 및 심지어 메타 외과 패턴을 최적화하는 데 사용됩니다. 2022 과학 보고서에 대한 연구 5G MIMO 안테나에 대한 기계 학습 ‐ ENhanced 고립을 보여줍니다.

RF 정면 끝을 가진 통합 Decoupling

미래 트렌드는 RF 통합 회로 (RFIC)와 안테나 어레이를 공동 설계합니다. 예를 들어, 차분한 먹이 또는 온칩 baluns를 사용하여 일반적인 모드 커플 링을 거부 할 수 있습니다. 이것은 특히 파장이 작고 통합 밀도가 높을 수있는 밀리미터 웨이브 어레이에 사용됩니다.

관련 기사

안테나 추진 및 상호 연결은 멀티 밴테나 어레이 디자인의 기본 과제입니다. 물리적 분리, 차폐, 디코딩 회로, 그리고 주의적인 기하학의 조합을 통해 엔지니어는 현대 무선 시스템에 필요한 높은 고립을 달성할 수 있습니다. 전자기 원리를 이해하기 위해 - 밴딩 필드 대. far‐field 커플링, 상호 임피던스 및 표면 파 - 넥타이스 디자이너는 알리는 무역 ‐ 오프를 만들기 위해. 어레이저가되고 주파수 대역이 될 때, [2], [2], [2],], [2],], [2], [2],], [2],], [2],], [2],], [2],], [2],], [2], [2], [2], [2], [2],], [2], [2], [2], [2], [2], [2], [2], [2], [2], [2], [2], [2], [2], [2], [2]]]], [2]