Dobiček antene in oblikovanje snopa

1. Dobiček antene

Dobiček anteneje parameter za merjenje usmerjenosti sevalnega vzorca antene. Antene z visokim ojačenjem bodo prednostno sevale signale v določenih smereh. Ojačitev antene je pasiven pojav, pri katerem antena ne dodaja moči, temveč jo preprosto prerazporedi, da zagotovi več sevane moči v eno smer, kot jo oddajajo druge izotropne antene. Dobiček se meri v dBi in dBd:

1) dBi: ojačanje referenčne izotropne antene;

2) dBd: nanaša se na ojačanje dipolne antene.

V praktičnem inženiringu se kot referenca namesto izotropnega radiatorja uporablja polvalovni dipol. Dobiček (dB na dipolu) je nato podan v dBd. Razmerje med dBd in dBi je navedeno spodaj:

dBi = dBd + 2,15

Načrtovalci anten morajo pri določanju ojačanja upoštevati posebne značilnosti uporabe antene:

1) Antene z visokim ojačenjem imajo prednosti daljšega dosega in boljše kakovosti signala, vendar morajo biti usmerjene v določeno smer;

2) Domet anten z nizkim ojačenjem je kratek, vendar je smer antene relativno velika.

2. Oblikovanje snopa

2.1 Načelo in uporaba

Oblikovanje snopa (znano tudi kot oblikovanje snopa ali prostorsko filtriranje) je tehnika obdelave signalov, ki uporablja senzorske nize za pošiljanje in sprejemanje signalov na usmerjen način. S prilagajanjem parametrov osnovnih elementov faznega niza tehnika oblikovanja snopa poskrbi, da signali nekaterih kotov dobijo interferenco faze, signali drugih kotov pa interferenco izločitve. Oblikovanje snopa se lahko uporablja tako na oddajnem kot na sprejemnem koncu signala. Preprosto razumevanje je lahko od vrha do vrha, od vrha do dna, kar bo povečalo pridobitev smeri od vrha do vrha.

Oblikovanje snopa se zdaj pogosto uporablja v antenskih nizih 5G, antene so pasivne naprave, aktivne antene 5G pa se nanašajo na oblikovanje snopa z visokim ojačenjem. Ojačanje dveh točkovnih virov v normalni ekvifazi je 3 dB, priključek antene 5G pa je večji od 64, torej kolikšen je dobiček usmerjenosti 5G. Odlična značilnost oblikovanja snopa je, da se smer oblikovanja snopa spreminja s spremembo faze, zato jo je mogoče prilagoditi glede na povpraševanje.

Kot je razvidno iz prve slike, bo, ko se ustvari glavni reženj, ustvarjen tudi mrežni reženj s številnimi vrhovi. Amplituda mrežnega režnja je enaka amplitudi glavnega režnja, kar bo zmanjšalo ojačanje glavnega režnja, kar je neugodno za antenski sistem. Torej, kako odstraniti rešetko, v resnici poznamo temeljni vzrok za oblikovanje snopa ---- faza. Dokler je razdalja med dvema podajalnikoma manjša od ene valovne dolžine in sta podajalnika v konstantni amplitudi in fazi, se reženj vrat ne bo pojavil. Potem, ko so podajalniki v različnih fazah in je dovodna razdalja manjša od ene valovne dolžine in večja od polovice valovne dolžine, se glede na stopnjo faznega odstopanja določi, ali se ustvari reženj vrat. Ko je dovodna razdalja manjša od polovice valovne dolžine, se ne ustvari rež vrat. To je mogoče razumeti iz spodnjega diagrama.

2.2 Prednosti oblikovanja snopa

Primerjajte dva antenska sistema in predpostavite, da je skupna energija, ki jo oddajata obe anteni, popolnoma enaka.

V primeru 1 antenski sistem seva skoraj enako količino energije v vse smeri. Trije UE (uporabniška oprema) okoli antene bodo prejeli skoraj enako količino energije, vendar bodo izgubili večino energije, ki ni usmerjena v te UE.

V primeru 2 je jakost signala sevalnega vzorca ("žarek") posebej "formirana", tako da je sevana energija, usmerjena proti UE, močnejša od tiste, ki ni usmerjena proti preostalemu delu UE.

Na primer, pri komunikaciji 5G je mogoče s prilagajanjem amplitude in faze (teže) signalov, ki jih oddajajo različne antenske enote, tudi če so njihove poti širjenja različne, dokler je faza enaka, ko doseže mobilni telefon, doseči rezultat izboljšave superpozicije signala, kar je enakovredno antenskemu nizu, ki signal usmerja v mobilni telefon. Kot je prikazano na spodnji sliki:

2.3 "Oblikovanje" žarka

Najenostavnejši način za oblikovanje žarka je razporeditev več anten v niz. Obstaja veliko načinov za poravnavo teh elementov antene, vendar je eden najlažjih načinov za poravnavo anten vzdolž črte, kot je prikazano v naslednjem primeru.

Opomba: Ta primer diagrama je bil ustvarjen z orodjem Matlab PhaseArrayAntenna.

Drug način za razporeditev elementov v matriki je razporeditev elementov v dvodimenzionalni kvadrat, kot je prikazano v naslednjem primeru.

Zdaj razmislite o drugem dvodimenzionalnem nizu, kjer oblika niza ni kvadrat, kot je prikazano spodaj. Intuicija, ki jo lahko dobite, je, da se žarek bolj stisne vzdolž osi več elementov.

2.4 Tehnologija oblikovanja snopa

Obstaja več različnih načinov za doseganje oblikovanja snopa:

1) Preklopni antenski niz: To je tehnika za spreminjanje vzorca žarka (oblika sevanja) s selektivnim odpiranjem/zapiranjem anten iz niza antenskega sistema.

2) Fazna obdelava na osnovi DSP: To je tehnika za spreminjanje vzorca usmerjenosti žarka (oblika sevanja) s spreminjanjem faze signala, ki prehaja skozi vsako anteno. Z DSP-jem lahko spremenite fazo signala vsake antene, da oblikujete poseben vzorec usmerjenosti žarka, ki najbolje deluje za enega ali več specifičnih UE.

3) Oblikovanje snopa s predkodiranjem: To je tehnika, ki spremeni vzorec usmerjenosti žarka (oblika sevanja) z uporabo posebne matrike za predkodiranje.