Bugünün birbirine bağlı dünyasında, çok işlevli cihazlar, telefonlar, tabletler, dizüstü bilgisayarlar ve IoT gadget'lar, 4G LTE'nin üzerinde sorunsuz bağlantı kurma yeteneğine sahip antenler talep ediyor, 5G NR, Wi-Fi 6/6E, Bluetooth, GNSS, ve yakın zamanda iletişim (NFC) için tasarlanmış iki bant ve çoklu bant antenleri, performans, boyut, maliyet ve entegrasyon için temel bir mühendislik meydan okuması haline getiriyor.
Multi-Band Anten Operasyonlarının Temelleri
Bir anten, rezonans frekansı veya frekanslarında elektromanyetik enerjiyi radiates. Tek bantlı bir anten, tek bir frekans aralığı için optimize edilir, ancak çok bantlı bir çalışma genellikle birden çok hareketli frekans oluşturmak için rezonantrasyonel yüklemeyi kullanır.
Multi-Band Antenlerin Türleri
Dual-band Antennas
Çift bant antenleri iki ayrı frekans aralığına sahiptir, örneğin 2.4 GHz ve 5 GHz bandı gibi, Wi-Fi veya LTE grupları için kullanılır (örneğin, 700 MHz ve 2.6 GHz). Ortak uygulamalar, kanallanmış bir yapı ekleyerek veya bir yuva şeklinde bir yuva oluşturur. Örneğin, bir çift-grup PIFA iki yeniden ortaya koyar.
Tri-Band Quad-Band Antenler
Bu tasarımlar konsepti üç veya dört gruba genişletir, genellikle modern telefonlar için gerekli olan LTE/5G alt-6 GHz, Wi-Fi dual bant ve GNSS. Ortak bir teknik, birden fazla şube ile bir araya gelir. Her bir şube, uzun ve genişlikte farklı frekans bandına ayarlanır. Alternatif olarak, tek bir besleme çoklu modları (örneğin, temel, harmonik ve slot modu) kompakt bir radiating yapı. Multi-band antenleri genellikle baskılanmış bir devrede yer alır.
Yeniden yapılandırılabilir Antenler
Yeniden yapılandırılabilir antenler, tek bir fiziksel konfigürasyon ile frekansların arasında dinamik olarak geçiş yapabilir.Bu özellikle farklı bölgesel frekans tahsislerine uyum sağlamak için değerlidir. ancak, yeniden yapılandırılabilir antenler, doğrusallık ve güç kullanımında karmaşıklık sağlar ve verimli bir şekilde kullanılmalıdır.
Wideband vs. Multi-Band Antennas
Geniş bantlı bir anten sürekli frekans aralığı kapsar (örneğin, ABD, 10.6 GHz, 1.9 GHz, 2.6 GHz), çoklu bant tasarımı genellikle daha pratiktir, çünkü uygulama ile birlikte hareket etmekten kaçınabilir. Birçok dar bantlı antenler için (örneğin, 700 MHz, 1, 1.7 GHz, 1.9 GHz, 2.1 GHz, 2.6 GHz, 2.0-s.
Anahtar Tasarım Tahminleri
Band geniş bant
Her gerekli grup, bir kesik bantla kaplı olmalıdır (BW), güvenlik faktörü (kalıcı faktör) ve elektriksel olarak küçük antenler için, geniş bant başına tipik bant genişliği 10-20 MHz; 5G NR için, 100 MHz veya daha fazla kullanılabilir.
Boyut ve Form Faktör
Modern cihazlar giderek daha ince ve kompakt, antenler için çok sınırlı hacimden ayrılıyor. Örneğin, tipik bir akıllı telefon anteni üst veya alt kenarda 5-10 ml bir işlem hacmi işgal edebilir. Tasarımcılar elektriksel olarak küçük antenler ve yüksek izinli yüzeyler veya magneto-dielektrik malzemeleri ile boyutu azaltmak gerekir. ancak, miniaturizasyon genellikle daraltıcı bant genişliği ve verimlilik arasında bir ticaret hacmini azaltmalıdır.
Isolation and Mutual Coupling
Multiband antenleri, çoklu resonating elementler veya çoklu beslemeler genellikle yakınlarda ortak olabilir. Yüksek karşılıklı darbe, 2.4 ve 5 GHz'de çalışan iki anten, hatalı zemin yapıları (DGS), elektromanyetik bantgap (EBG) yüzeyleri, nötrizasyon hatları veya ortogonal kutupizasyon. Örneğin, 2.4 GHz'de çalışan iki anten ve 5 GHz, darbeyi en aza indirmek için yerleştirilebilir veya istenmeyen radyasyon desenleri oluşturabilir.In MIMO sistemlerinde, izolasyonu 10 dB tipik olarak gereklidir.
Impedance Matching
Anten girişi, tüm gruplarda iyi bir maç sağlamak için sistem tarafından engellenmiş olmalıdır. Tashed bileşenleri (kapıcılar, indüktörler) ile entegre edilen teknikleri kullanarak eş zamanlı olarak eşleştirmeyi içerir. Bilgisayar destekli tasarım araçları ve tam dalga EM simülatörü (örneğin, HFSS, CST)
Radyasyon Desen ve Verimliliği
Her grup farklı bir radyasyon modeli gerektirebilir. Hücre için, her türlü bant boyunca her türlü verimlilik tercih edilir, Wi-Fi için, yönsel desenler bağlantı kalitesini artırabilir. Multi-band antenleri genellikle düşük derece 0-3 dBi) ve verimlilik her gruptaki ohmik kayıplar tarafından bozulmalıdır.
Multi-Band Operasyonları için Teknikler
Stub Yükleniyor ve Parasitic Elements
Basit bir teknik, ana monopole'e paralel olarak, yüksek bant (Wi-Fi 5 GHz) tarafından istenen frekanslarda ikinci bir rezonans oluşturur. Örneğin, pasif radyatörler olarak hareket eden frekanslarda, yüksek bir bant (Wi-Fi 5 GHz) oluşturmak için standart bir şekilde kullanılır.
Meandering ve Slotting
Mevcut yol uzunluğuna göre etkili elektrik yolu, antenin ayak izlerini arttırmadan rezonans frekansının daha uzun olduğunu gösterir.Örneğin, ikinci bir alt rezonans içeren daha yüksek bir sipariş modu oluşturabilirsiniz - bu teknikler genellikle basılı monopol antenler veya zemin düzlemde kullanılır - aynı zamanda ek resonance oluşturur.
Çift Resonators
Birden çok resonant yapıları yakın veya doğrudan bağlantı yoluyla birlikte çiftleştirilebilir. Örneğin, bir ring resonator bir monopolea ek bir bant sağlar.In stacked antenler, farklı boyutlarda iki yamalar bir dielektrik uzaycı ile birlikte dikey olarak monte edilir.Her bir yama farklı bir frekansta yeniden çalışır ve karşılıklı darbe tek bir besleme sağlar.Bu yaklaşım en taşınabilir cihazlar için iyi çalışır.
Frekans Açıklama Anahtarları ve Varactors kullanarak
Bahsedildiği gibi, yeniden yapılandırılabilir antenler, rezonansı değiştirmek için aktif bileşenleri kullanır. A PIN diyot kısa sürede antenin bir kısmını değiştirebilir ve böylece işletim bandını değiştirmek gerekir. Varactor diyotlar, çeşitli kapasitance ile sürekli ayarlanabilir.Bu teknik çok geniş bir frekans aralığı (örneğin, 700 MHz ila 2.7) kapsayabilir.
Birden fazla giriş / Çok Çıkış Çıktı (MIMO) Anten Dizileri
5G ve Wi-Fi MIMO sistemleri, çoklu antenler veri oranlarını geliştirmek için kullanılır. Her anten cihazı belirli bir grup için tasarlanabilir veya geniş bantlı olabilir. Multi-band MIMO için, antenler genellikle düşük korelasyona sahip olmak için yerleştirilir veya uzaysal veya uzaylı olarak veya uzaylar. Her iki 2.4 GHz ve 5 GHz'de kutuplaşma çeşitliliği veya desenleri tasarlayabilirler.
Meydanlar ve Pratik Çözümler
Metal Konutlarla entegrasyon
Birçok modern cihaz metal arkaları veya çerçeveleri barındırıyor. Bu, tasarımcılar, slot antenlerini metal şasilere, kapasitif darbe beslemelere veya ayrı zemin temizlemelerine olanak sağlar. Örneğin, metal-rimmed telefon, metal çerçevenin kendisini mevcut yolları tanımlamak için birden fazla slits ile kullanabilir.Bu yaklaşım multi-band kapsamasını sağlayabilir, ancak yüksek performanstan kaçınmak için dikkatli bir elektromanyetik simülasyon gerektirir.
Özel Aborpsiyon Oranı (SAR)
Multiband antenleri, SAR limitlerini karşılamalıdır (örneğin, ABD'deki 1.6 W/kg). Daha düşük bantlarda yüksek verimlilik genellikle SAR. Tasarım tekniklerinin SAR'ı azaltmak için daha yüksek bir tasarım teknikleridir (SAR azaltma eklentileri), kullanıcıdan doğrudan radyasyon kullanan anten tasarımları kullanarak ve birden fazla antenle cihazlarda çalışır, aktif SAR avering kullanılabilir.
İç Bileşenlerin Interference from Internal components
Bataryalar, kameralar, hoparlörler ve kablolar tüm anten performansını rahatsız edebilir. En iyi uygulama, minimum metal ile alanlarda antenler yerleştirmek ve zemin uçaklarını kalkanlar olarak kullanmak. RF-absorbing malzemeleri anten ve gürültülü bileşenler arasında yerleştirilebilir. Tüm büyük iç yapılar dahil olmak üzere Full- dalgası simülasyonu gerçek dünya performansını tahmin etmek önemlidir.
Multi-Functional Cihazlarında Uygulamaları
Akıllı telefonlar ve Tabletler
Bu cihazlar, grupların bir sırasını desteklemeli: çoklu hücresel gruplar (2G/3G/4G/5G), Wi-Fi çift bant, Bluetooth, GNSS (GPS/GLONASS / BeiDou), ve bazen NFC ve UWB. Modern ana telefonların bir araya gelmesi 10-12 antene kadar, çoğu çok sayıda çok bantlı.Örneğin, ana hücresel anten 700-960 MHz, 1710-2170 MHz ve 2500-2690 MHz, bir şaşırtıcı modu ve bir monopolleşim için kullanılır.
IoT Cihazları
IoT sensörleri ve modülleri, LoRa (868/915 MHz) gibi protokollerin düşük maliyetli, kompakt antenler gerektirir; NB-IoT (700-900 MHz), Zigbee (2.4 GHz), ve Bluetooth. Multi-band antenleri, farklı frekans tahsisleriyle birlikte çalışmalarına izin verir. Örneğin, 868 MHz ve 2.4 GHz'yi kapsayan bir çipli bir eşleme ile iletişim kurma akıllı bir metre sağlar.
Giyilebilirler
Akıllı gözlemler ve fitness grupları 1.5 GHz (GPS) ve 2,4 GHz arasında geçiş yapabilecek bir yenilebilir antendir.Sally, GPS ve bazen hücresel. Popüler bir çözüm, en az hacimle esneklik sunabilen bir eklenebilir antendir.
Otomotiv Uygulamaları
Araçlar AM/FM, DAB, uydu radyo, hücresel, V2X ve GNSS. Çatı korumalı köpekbalığı -fin korumalar genellikle çok sayıda anten içerir: bir kud bantlı hücresel anten (LTE/5G), çift bantlı Wi-Fi anten ve bir GPS yama. Bu çok bantlı antenler hizmetler arasında müdahaleden kaçınmak için dikkatli izolasyon ve desenler gerektirir.
Multi-Band Anten Tasarımlarında Geleceği Trendleri
AI-Driven Optimizasyon
Makine öğrenme algoritmaları çok bantlı anten geometrilerini optimize etmek için giderek daha fazla kullanılır. Simülasyon sonuçları ile bir sinir ağı beslemekle tasarımcılar çoklu hedefleri karşılayan konfigürasyonları hızlı bir şekilde bulabilirler - bant genişliği, verimlilik, izolasyon - egzozsuz elleme olmadan, kompleksler için özellikle etkili.
Metamalzemeler ve Yapay Manyetik Davranışçılar
Metamalzeme antenleri, bölünmüş resonatörler, tamamlayıcı bölünmüş halkalar veya yüksek hacimli yüzeyler elektriksel olarak küçük ayak izi ile çok bant davranışları elde edebilir. Örneğin, metamalzeme yüklemesi, artan büyüklükte bir rezonans oluşturan negatif bir ikna ediciyi ortaya çıkarabilir.Bu yapılar, geleneksel dielektriklerin kaybı olduğu 5G mmWave bantları için incelenebilir.
FullDuplex ve Entegre Anten Sistemleri
Future cihazları aynı frekansta eşzamanlı olarak iletim ve resepsiyonu destekleyecektir (örneğin, ekran (eski antenler) veya 80 dB gibi yüksek izolasyonlu malzemelerle -çok daha iyi - bant antenleri çift-polarizasyon veya dolaşım veya entegrasyon ile birlikte, antenler giderek daha fazla entegre olacaktır.
5G mmWave ve Sub-6 GHz Co-Design
5G cihazları hem alt-6 GHz (FR1) hem de mmWave (FR2, 24-40 GHz) kapaklı dizilerden oluşur, bu da genellikle mmWave dizilerinde bir zemin düzlemden farklı olarak hizmet eder.
Enerjinin ve Kendi Enerjili Antenler
Multiband antenleri aynı anda birden çok gruptan RF enerjisini yakalamak için de enerji toplayıcıları olarak hizmet edebilir.Bu, düşük güç IoT cihazları için caziptir.’i bir araya getiren tasarımlar, 900 MHz ve 2.4 GHz için eşleşen ağ geliştirme altındadır.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Çift bant ve çok işlevli cihazlar için çok yönlü antenler tasarlamak, çok yönlü bir disiplindir ve elektromanyetik teori, materyal bilimi ve sistem entegrasyonunu takip eder. Cihazların sabitleştirilmesi ve daha kablosuz standartlar eklemeye devam ettiği gibi, anten mühendisleri üzerindeki baskı sadece artacaktır.