Antenni võimendus ja kiire kujundamine

1. Antenni võimendus

Antenni võimenduson parameeter antenni kiirgusmustri suunavuse mõõtmiseks. Suure võimendusega antennid kiirgavad signaale eelistatavalt kindlates suundades. Antenni võimendus on passiivne nähtus, mille puhul võimsust antenn ei lisa, vaid lihtsalt jaotatakse ümber, et anda ühes suunas rohkem kiirgusvõimsust, kui teised isotroopsed antennid kiirgavad. Võimendust mõõdetakse dBi ja dBd:

1) dBi: võrdlusantenni isotroopne võimendus;

2) dBd: viitab dipoolantenni võimendusele.

Praktilises tehnikas kasutatakse võrdlusena isotroopse radiaatori asemel poollaine dipooli. Võimendus (dB dipoolil) esitatakse seejärel dBd-des. Suhe dBd ja dBi vahel on toodud allpool:

dBi = dBd + 2,15

Antenni disainerid peavad võimenduse määramisel arvestama antenni spetsiifiliste rakendusomadustega:

1) Suure võimendusega antennide eeliseks on pikem leviulatus ja parem signaali kvaliteet, kuid need peavad olema joondatud kindlas suunas;

2) Madala võimendusega antennide leviulatus on lühike, kuid antenni suund on suhteliselt suur.

2. Kiirvormimine

2.1 Põhimõte ja rakendus

Kiirkujundamine (tuntud ka kui kiirkujundamine või ruumiline filtreerimine) on signaalitöötlustehnika, mis kasutab andurite massiive signaalide suunamiseks saatmiseks ja vastuvõtmiseks. Reguleerides faasimassiivi põhielementide parameetreid, paneb kiirkujundamise tehnika osade nurkade signaalid saama faasi interferentsi, teiste nurkade signaalid aga eliminatsiooni häireid. Kiirvormimist saab kasutada nii signaali edastavas kui ka vastuvõtupoolses otsas. Lihtne arusaam võib olla tipust tipuni, tipust madalani, mis suurendab tipu võimendust tipu suunas.

Kiirkujundamist kasutatakse nüüd laialdaselt 5G antennimassiivides, antennid on passiivsed seadmed ja 5G aktiivsed antennid viitavad suure võimendusega kiirkujundamisele. Kahe punktallika võimendus tavalises võrdfaasis on 3 dB ja 5G antenniport on suurem kui 64, seega kui palju on 5G suunatavuse võimendus. Kiirmoodustamise suurepärane omadus on see, et faasi muutudes muutub kiire kujundamise suund, nii et seda saab vastavalt nõudlusele reguleerida.

Nagu esimeselt jooniselt näha, genereeritakse põhisagara genereerimisel ka paljude tippudega ruudustiku sagar. Võre amplituud on võrdne põhisagara omaga, mis vähendab põhisagara võimendust, mis on antennisüsteemile ebasoodne. Niisiis, kuidas eemaldada resti laba, tegelikult me ​​teame kiire moodustamise ---- faasi algpõhjust. Seni, kuni kahe sööturi vaheline kaugus on väiksem kui üks lainepikkus ning söötjad on konstantse amplituudiga ja faasis, väravasagar ei ilmu. Seejärel, kui söötjad on erinevates faasides ja etteandekaugus on väiksem kui üks lainepikkus ja üle poole lainepikkusest, määratakse faasihälbe astme järgi, kas värav luuakse. Kui etteande kaugus on väiksem kui pool lainepikkust, ei genereerita väravasagarat. Seda saab mõista allolevalt diagrammilt.

2.2 Kiirvormimise eelised

Võrrelge kahte antennisüsteemi ja eeldage, et mõlema antenni koguenergia on täpselt sama.

1. juhul kiirgab antennisüsteem kõigis suundades peaaegu sama palju energiat. Antenni ümbritsevad kolm UeS-i (User Equipment) saavad peaaegu sama palju energiat, kuid raiskavad suurema osa energiast, mis ei ole nendele kasutajaseadmetele suunatud.

2. juhul on kiirgusmustri ("kiire") signaali tugevus spetsiaalselt "moodustatud" nii, et UE-le suunatud kiiratav energia on tugevam kui ülejäänud UE-le mitte suunatud.

Näiteks 5G side puhul saab erinevate antenniseadmete poolt edastatavate signaalide amplituudi ja faasi (kaalu) reguleerimisega, isegi kui nende leviteed on erinevad, seni, kuni faas mobiiltelefonini jõudmisel on sama, saavutada signaali superpositsiooni võimendamise tulemuse, mis on samaväärne signaali mobiiltelefonile suunatud antennimassiiviga. Nagu on näidatud alloleval pildil:

2.3 Kiir "moodustamine"

Lihtsaim viis kiire moodustamiseks on paigutada mitu antenni massiivi. Nende antennielementide joondamiseks on palju võimalusi, kuid üks lihtsamaid on antennide joondamine piki joont, nagu on näidatud järgmises näites.

Märkus. See diagrammi näidis on loodud Matlabi PhaseArrayAntenna tööriistakasti abil.

Teine viis elementide paigutamiseks massiivi on paigutada elemendid kahemõõtmeliseks ruuduks, nagu on näidatud järgmises näites.

Nüüd kaaluge teist kahemõõtmelist massiivi, kus massiivi kuju ei ole ruut, nagu allpool näidatud. Intuitsioon, mille saate, on see, et tala surub rohkem kokku rohkemate elementide telje suunas.

2.4 Beamforming tehnoloogia

Kiirkuju saavutamiseks on mitu erinevat viisi:

1) Maatriksi antennide vahetamine: see on meetod kiirte mustri (kiirguse vormi) muutmiseks antennide valikulise avamise/sulgemise teel antennisüsteemi massiivist.

2) DSP-põhine faasitöötlus: see on meetod kiire orientatsiooni mustri (kiirguse vormi) muutmiseks, muutes iga antenni läbiva signaali faasi. DSP-ga saate muuta iga antennipordi signaalifaasi, et moodustada konkreetne kiire orientatsioonimuster, mis töötab kõige paremini ühe või mitme konkreetse kasutajaseadme jaoks.

3) Kiire kujundamine eelkodeerimise teel: see on meetod, mis muudab kiire orientatsiooni mustrit (kiirguse vormi), rakendades spetsiifilist eelkodeerimismaatriksit.