Antenos stiprinimas ir spindulio formavimas

1. Antenos stiprinimas

Antenos stiprinimasyra parametras, skirtas matuoti antenos spinduliavimo modelio kryptingumą. Didelio stiprumo antenos pirmiausia skleis signalus konkrečiomis kryptimis. Antenos stiprinimas yra pasyvus reiškinys, kai antena neprideda galios, o tiesiog perskirstoma, kad viena kryptimi būtų išspinduliuojama daugiau galios, nei skleidžia kitos izotropinės antenos. Stiprinimas matuojamas dBi ir dBd:

1) dBi: atskaitos izotropinės antenos stiprinimas;

2) dBd: nurodykite dipolio antenos stiprinimą.

Praktinėje inžinerijoje, kaip atskaitos taškas, vietoj izotropinio radiatoriaus naudojamas pusės bangos dipolis. Tada stiprinimas (dB ant dipolio) pateikiamas dBd. Toliau pateikiamas ryšys tarp dBd ir dBi:

dBi = dBd + 2,15

Nustatydami stiprinimą, antenos dizaineriai turi atsižvelgti į specifines antenos taikymo ypatybes:

1) Didelio stiprumo antenos turi didesnį atstumą ir geresnę signalo kokybę, tačiau turi būti išlygiuotos tam tikra kryptimi;

2) Mažo stiprinimo antenų veikimo diapazonas yra mažas, tačiau antenos kryptis yra gana didelė.

2. Spindulio formavimas

2.1 Principas ir taikymas

Spindulio formavimas (taip pat žinomas kaip pluošto formavimas arba erdvinis filtravimas) yra signalų apdorojimo technika, kuri naudoja jutiklių matricas signalams siųsti ir priimti kryptingai. Reguliuojant pagrindinių fazių masyvo elementų parametrus, pluošto formavimo technika leidžia kai kurių kampų signalams gauti fazės, o kitų kampų signalams – eliminacijos trukdžius. Spindulio formavimas gali būti naudojamas tiek siunčiančiame, tiek priimančiame signalo gale. Paprastas supratimas gali būti nuo smailės iki smailės, nuo smailės iki dugno, o tai padidins smailės padidėjimą smailės kryptimi.

Spindulio formavimas dabar plačiai naudojamas 5G antenų matricose, antenos yra pasyvūs įrenginiai, o 5G aktyviosios antenos reiškia didelio srauto formavimą. Dviejų taškinių šaltinių stiprinimas įprastoje lygiafazėje yra 3 dB, o 5G antenos prievadas yra didesnis nei 64, taigi, koks yra 5G kryptingumo padidėjimas. Puiki spindulių formavimo savybė yra ta, kad keičiantis fazei keičiasi spindulio formavimo kryptis, todėl ją galima reguliuoti pagal poreikį.

Kaip matyti iš pirmojo paveikslo, kai generuojama pagrindinė skiltis, taip pat bus sugeneruota tinklelio skiltis su daugybe viršūnių. Tinklelio skilties amplitudė yra lygi pagrindinės skilties amplitudei, o tai sumažins pagrindinės skilties stiprinimą, kuris yra nepalankus antenos sistemai. Taigi, kaip pašalinti grotelių skiltį, iš tikrųjų mes žinome pagrindinę spindulio formavimo fazės priežastį. Kol atstumas tarp dviejų tiektuvų yra mažesnis nei vienas bangos ilgis, o tiektuvai yra pastovios amplitudės ir fazės, vartų skiltis neatsiras. Tada, kai tiektuvai yra skirtingose ​​fazėse, o padavimo atstumas yra mažesnis nei vienas bangos ilgis ir daugiau nei pusė bangos ilgio, tai, ar sukuriama vartų skiltis, nustatoma pagal fazės nuokrypio laipsnį. Kai padavimo atstumas yra mažesnis nei pusė bangos ilgio, vartų skiltis nesukuriama. Tai galima suprasti iš toliau pateiktos diagramos.

2.2 Sijos formavimo privalumai

Palyginkite dvi antenų sistemas ir manykite, kad bendra abiejų antenų skleidžiama energija yra lygiai tokia pati.

1 atveju antenos sistema skleidžia beveik vienodą energijos kiekį visomis kryptimis. Trys UeS (User Equipment) aplink anteną gaus beveik tiek pat energijos, bet iššvaisto didžiąją dalį energijos, kuri nėra nukreipta į tuos UE.

2 atveju spinduliavimo modelio ("spindulio") signalo stiprumas yra specialiai "suformuojamas", kad spinduliuojama energija, nukreipta į UE, būtų stipresnė, nei ji nenukreipta į likusią UE.

Pavyzdžiui, 5G ryšiu reguliuojant skirtingų antenų blokų perduodamų signalų amplitudę ir fazę (svorį), net jei jų sklidimo keliai yra skirtingi, kol fazė pasiekia mobilųjį telefoną ta pati, galima pasiekti signalo superpozicijos stiprinimo rezultatą, kuris prilygsta antenos matricai, nukreipiančiam signalą į mobilųjį telefoną. Kaip parodyta paveikslėlyje žemiau:

2.3 Sijos "formavimas"

Paprasčiausias būdas suformuoti spindulį yra sudėti kelias antenas į masyvą. Yra daug būdų, kaip išlygiuoti šiuos antenos elementus, tačiau vienas iš paprasčiausių yra išlygiuoti antenas išilgai linijos, kaip parodyta kitame pavyzdyje.

Pastaba: šią diagramos pavyzdį sukūrė Matlab PhaseArrayAntenna įrankių rinkinys.

Kitas būdas išdėstyti elementus masyve yra elementų išdėstymas dvimačiame kvadrate, kaip parodyta kitame pavyzdyje.

Dabar apsvarstykite kitą dvimatį masyvą, kuriame masyvo forma nėra kvadratas, kaip parodyta žemiau. Intuicija, kurią galite gauti, yra ta, kad spindulys labiau susispaudžia išilgai daugiau elementų ašies.

2.4 Spindulio formavimo technologija

Yra keli skirtingi spindulių formavimo būdai:

1) Antenų masyvo perjungimas: tai būdas pakeisti pluošto modelį (spinduliavimo formą), pasirinktinai atidarant/uždarant antenas iš antenų sistemos matricos.

2) DSP pagrįstas fazių apdorojimas: tai būdas pakeisti pluošto orientacijos modelį (spinduliavimo formą), keičiant signalo, praeinančio per kiekvieną anteną, fazę. Naudodami DSP galite keisti kiekvieno antenos prievado signalo fazę, kad susidarytumėte konkretų pluošto orientacijos modelį, kuris geriausiai tinka vienai ar kelioms konkrečioms UE.

3) Spindulio formavimas išankstinio kodavimo būdu: tai metodas, pakeičiantis pluošto orientacijos modelį (spinduliavimo formą), taikant tam tikrą išankstinio kodavimo matricą.