Прискорює попит на високу швидкість бездротової зв'язку — виводять шляхом потокового передавання, IoT та в режимі реального часу програми — це неприпустимо, тиск на ефективність спектру та пропускну здатність даних. Двополярні антенні масиви виявляються критичною технологією для вирішення цих завдань, що дозволяє паралельні дані потоки над однаковою частотною групою, використовуючи ортогональні поляризаційні стани. У статті досліджуються принципи, проектування, переваги продуктивності та майбутній траєкторії двополярних антенних масивів, забезпечуючи комплексний ресурс для інженерів та системних архітекторів, що працюють на бездротових системах наступного покоління.

Розуміння подвійних антени

Двополярна антена здатна передавати і отримувати електромагнітні хвилі з двома ортогональними полярними орієнтаціями одночасно. Загальні поляризації базових пар включають вертикальний / орхідеонтал (В / Х) і ±45 ° сланцевої. За допомогою ізоляції цих двох станів антена може підтримувати два незалежних каналів зв'язку на одному фізичному апертурі і частотному виділенні, ефективно зняти спектральну ефективність у порівнянні з однополярною системою.

Поляризація фондів диверситетності

Поляризація різноманітності спирається на те, що ортогонально поляризовані сигнали відчувають себе значно незалежними федераціями та інтерференційними середовищами. У багатопатійному сценарії вертикально-поліровані хвилі можуть бути ослаблені, коли горизонтально-полірована хвиля залишається міцною. Поєднуючи обидва гілки на ресівері, подвійно-поліровані антени забезпечують надійну якість сигналу та стійкість до загартування. Цей набір різноманітності особливо цінний у міських каньйонах та внутрішніх середовищах, де рефлекси рясні.

Види подвійних антени елементів

  • Cross-dipole (турнітура) антен: Два дипольи, розташовані під прямим кутом; класичний дизайн, що пропонує широкі смуги і чисті ортогональні візерунки.
  • Паттєві антени з подвійними живленнями: Квадратні або кругові патчі, збуджені на ортогональних краях або з H-подібними слотами; компактні і підходять для масивів.
  • Aperture-coupled патчі: Лінії живлення заземної площини, використовуючи муфти, щоб вирізати два поляризації з високою ізоляцією.
  • Waveguide-fed arrays: Використовується в високопотужних або міліметрових-хвильових системах, часто з septum поляризаторами для окремих поляризацій.

Кожен елемент типу представляє торгово-офісні смуги, розмір, ізоляції та виробнича вартість. Сучасні конструкції все частіше важають багатошарові процеси друкованої плати для інтеграції подвійно-полірованих елементів з променевою ланцюговою лінією.

Розширення даних через двополярні масиви даних

Основною мотивацією для розгортання подвійно-полірованих масивів є суттєве збільшення пропускної здатності даних без зайвих додаткових спектрів. Це досягається через два додаткових механізми: поляризацію-доменування мультиплексування і розширена продуктивність MIMO (Multiple-Input Кілька-Output).

Поляризація-домен мультиплексування

За допомогою двох ортогональних поляризаторів як самостійних просторових потоків, подвійно-поліровані системи можуть подвійний рівень даних однополірованого посилання на вигідні умови каналу. Наприклад, в точковій задній панелі система, двополярна антена пара може підтримувати два одночасних 100 Мбіт/с струмків, що випускають 200 Мбіт/с в одному каналі 20 МГц. Практичні виконання повинні враховуватися для переполаражування перешкод (XPI), які можуть обмежити очікуване поділ. Високопродуктивні масиви прагнуть до ізоляції значень вище 30 дБ між полярними портами.

Двополярний MIMO та просторовий багатоплексування

У системах MIMO, двополярні масиви пропонують компактний спосіб збільшити кількість незалежних просторових каналів без пропорційно збільшення фізичного розміру. Система A 2 × 2 MIMO з використанням двох двополярних антенних елементів (чотирнадзвичайних портів) може підтримувати до чотирьох просторових потоків, тоді як єдиний поліаристований масив однакового фізичного розміру вимагає двічі кількості елементів, щоб досягти тієї ж величини потоку. Це робить двополярні масиви особливо привабливими для базових станцій і приладів користувача, де простір обмежений. Дослідження показали, що двополярні масиви MIMO можуть підходити до здатності ідеального повного відвертого каналу, зберігаючи керовані поперечні елементи між собою.

Key Metric: У міських макроклітинних розгортаннях, двополярних масивах були демонстровані для поліпшення середньої пропускної здатності клітин до 60–80% порівняно з однополярними еквівалентами при використанні діаграми передачі рядом-2

Проектні виклики та стратегії міграції

Розробка високопродуктивних подвійно-полірованих масивів передбачає подолання декількох технічних перешкод, які можуть деградувати ізоляції, ефективність та цілісність шаблонів.

Ізолація перехресної пасти (XPI)

Ізоляція між двома портами поляризації є найбільш критичним параметром. Пороізоляція призводить до витоку (перехрестя) між потоками, зменшенням ефективного SNR і обмеженням порядку модуляції. Типові правила проектування включають збереження порт-порту ізоляції > 25 дБ, з 30-40 дБ бажано для схеми високого порядку QAM. Стратегії для поліпшення ізоляції включають:

  • Оптимізовані живильні мережі з бальзамами та гібридами 90° для скасування взаємозбиральних процесів.
  • Електромагнітні бенгап (EBG) конструкції між подвійно-полірованими елементами для пригнічення поверхневих хвиль.
  • Визначені наземні конструкції (ДГС), що збільшують ізоляції шляхом блокування загального стану.

Mutual Куплінг і деградація шаблонів

У конфігурації масиву, взаємозбираючі елементи можуть змінювати схеми випромінювання та ефективний поляризаційний рівень кожного елемента. Особливо це проблематичний при широкому куті сканування. Методики, такі як декоулінгові мережі з використанням ліній нейтралізації, декупелерів на основі слотів, або масивів резонатора ближнього поля, можуть пом'якшити зчеплення. Останні досягнення в машинному навчанні оптимізовано автоматизоване проектування декоулінгових конструкцій, що досягають ізоляції поліпшень 10–15 дБ без провисання смуги.

Пропускання пропускної здатності та імпедансу

Двополіровані елементи масиву часто мають вузькі смуги пропуску, ніж їх однополіровані аналоги через необхідність подачі двох ортогональних режимів. Широкосмугові конструкції використовують укладені патчі, апертурне з'єднання з декількома слотами, або діелектричні резонансні антени (DRAs). Для 5G NR смуги в діапазоні 3,5-5.0 ГГц, дробові смуги 15-25% є добірною з обережними багаторезонансними методами.

Калібрування та налаштування масиву

У практичних масивах, допусках виробництва та екологічних чинників викликають порушення між каналами поляризації. Алгоритми калібрування Робуста необхідно вирівняти амплітуду та фази відповідей по масиву. Попередження з використанням вбудованих тест-парарів або взаємовідносин, що базуються на методах, що все частіше приймають для масивних систем MIMO, де ручне тюнінг незліченне.

Сучасні архітектури для систем денної генерації

Двополіровані масиви виділяють за межі простих 2 ×2 систем до інтегральних компонентів масивних ММО, міліметрових хвиль, реконфігурованих інтелектуальних поверхонь (RIS).

Масивний MIMO з подвійною поляризацією

У 5G і за її межами базові станції використовують великі масиви (наприклад, 64 × 64 двополярні елементи) для підтримки високо спрямованих променевих і просторових розмежувань. Двополіризація дозволяє кожному фізичному елементу служити два віртуальних антенних портів, що дозволяють отримати ступінь свободи для цифрового проміння. Ця конфігурація дозволяє одночасно одночасно переносити передачу користувачам на той же час-частотний ресурс з поляризацією-доменовим поділом. Дослідження свідчать, що 32 × 32 двополярний масив може підходити до потужності 64 × 64 однополірований масив, зберігаючи половину фізичного відбитка - критична перевага для монтажу та невеликих осередків.

Фліметр-Wave (ммWave) Двошарові аррея

На частотах вище 24 ГГц, довжина хвилі усадки, що дозволяє великі кількості елементів в невеликій області. Двополіровані ммДерев'яні масиви представляють унікальні виклики через збільшення омічних втрат, жорсткі допуски до виготовлення, а також чутливість до пакетної паразитики. Підстрате-інтегровані хвилевод (SIW) технології та низькотемпературні ко-вогнетривкі керамічні (LTCC) процеси зазвичай використовуються для реалізації компактних, високоізоляційних двополярних радіаторів. Наприклад, 2 × 2 двополярних SIW слоти масиву для 28 ГГц може досягати 20 dBi приріст більше 35 dBi ізоляції між портами.

Інтеграція з Beamforming ICs

Сучасні двополярні масиви ко-проектовані чіпами RF, які включають окремі фази зсувників і загартовувачі для кожної поляризації. Система повинна обробляти шавбу і перезволоження між двома шляхами сигналу. Розширені пакети поглинені антенного масиву і променевої ІС на одному міжпостері, зменшуючи між собою втрат і дозволяють переналаштувати в режимі реального часу поляризації.

Переналаштувати подвійний поляризацію

Бездротові мережі майбутнього можуть вимагати динамічну поляризацію — можливість переключати або постійно регулювати стан поляризації (наприклад, від лінійних до кругових, або між різними кутами шлака) на основі персимола. Це може бути реалізована за допомогою діодів PIN, варакторів або MEMS, інтегрованих в структуру корму. Наприклад, реконфігурована двополярна патчова антена може переключатися між парами V / H і ± 45 °, адаптуючи до миттєвих умов каналу, щоб максимально збільшити пропускну здатність або зменшити перешкоди.

Висновок

Двополярні антенні масиви являють собою кутову технологію для зустрічі незадоволений попит на більш високу пропускну здатність бездротових даних. Дозволивши спектральну ефективність через полярне рішення-доменування мультиплексування і дозволяє компактні, високоповертні конфігурації MIMO, ці масиви вже інтегруються до базових станцій 4G/5G, ммДерево, і супутникові комунікації. Постійні дослідження в передові технології розбирання, широкосмугувальні елементи конструкції, і поляризації-реконфігуровані архітектури забезпечують, що двополярні масиви залишаються на передовій частині бездротової інновацій. Як промисловість рухається до 6G і підтерагертизаційних частот, подвійний поліратор

Для подальшого читання консультуйте з питань антени полярнізації (] EEE Антена Стандарти), комплексне опитування на подвійно-полірованих систем MIMO (]Сувені подвійно-полірованих антени для 5G]), а також новітні рекомендації щодо дизайну для масивів МІВ (ммДев'ятий-Поляризований Арра Дизайн).