Добивање на антената и формирање на зрак

1. Добивка на антена

Добивка на антенае параметар за мерење на насоченоста на шемата на зрачење на антената. Антените со голема засилување преференцијално ќе зрачат сигнали во одредени насоки. Добивањето на антената е пасивен феномен во кој моќта не се додава од антената, туку едноставно се редистрибуира за да се обезбеди повеќе зрачена моќност во една насока отколку што емитуваат другите изотропни антени. Добивката се мери во dBi и dBd:

1) dBi: референтна изотропна засилување на антената;

2) dBd: се однесува на засилувањето на диполната антена.

Во практичното инженерство, наместо изотропен радијатор како референца се користи дипол со полубранови. Потоа, засилувањето (dB на диполот) се дава во dBd. Врската помеѓу dBd и dBi е дадена подолу:

dBi = dBd + 2,15

Дизајнерите на антената мора да ги земат предвид специфичните карактеристики на примена на антената при одредување на засилувањето:

1) Антените со голема добивка ги имаат предностите на подолг дострел и подобар квалитет на сигналот, но мора да бидат порамнети во одредена насока;

2) Опсегот на опсегот на антените со мала добивка е краток, но насоката на антената е релативно голема.

2. Формирање на зрак

2.1 Принцип и примена

Beamforming (исто така познат како beamforming или просторно филтрирање) е техника за обработка на сигналот што користи сензорски низи за испраќање и примање сигнали на насочувачки начин. Со прилагодување на параметрите на основните елементи на фазната низа, техниката на формирање на зрак прави сигналите на некои агли да ја добиваат интерференцијата на фазата, а сигналите од другите агли ја добиваат интерференцијата на елиминацијата. Beamforming може да се користи и на предавателниот и на приемниот крај на сигналот. Едноставното разбирање може да биде врв до врв, врв до корито, што ќе го зголеми засилувањето на врвот до насоката на врвот.

Формирањето зрак сега е широко користено во низите на 5G антени, антените се пасивни уреди, а активните антени 5G се однесуваат на формирање на зрак со голема добивка. Придобивката на двата точкести извори во нормална еквифаза е 3dB, а антенската порта на 5G е поголема од 64, па колку е добивката од директноста на 5G. Одлична карактеристика на формирањето на зрак е тоа што насоката на формирањето на зракот се менува како што се менува фазата, така што може да се прилагоди според побарувачката.

Како што може да се види од првата слика, кога ќе се генерира главниот лобус, ќе се генерира и мрежен лобус со надредени многу врвови. Амплитудата на мрежниот лобус е еднаква на онаа на главниот лобус, што ќе го намали засилувањето на главниот лобус, што е неповолно за антенскиот систем. Значи, како да се отстрани решетката, всушност, ја знаеме основната причина за фазата на формирање на зрак ----. Сè додека растојанието помеѓу двата фидери е помало од една бранова должина, а фидерите се во постојана амплитуда и во фаза, лобусот на портата нема да се појави. Потоа, кога колибрите се во различни фази и кога растојанието за напојување е помало од една бранова должина и повеќе од половина бранова должина, дали се генерира лобус на портата се одредува според степенот на отстапување на фазата. Кога растојанието за напојување е помало од половина бранова должина, не се создава лобус на портата. Тоа може да се разбере од дијаграмот подолу.

2.2 Предности на формирање на зрак

Споредете два антени системи и претпоставете дека вкупната енергија емитирана од двете антени е сосема иста.

Во случајот 1, системот на антена зрачи речиси иста количина на енергија во сите правци. Трите UeS (Корисничка опрема) околу антената ќе добијат речиси исто количество енергија, но ќе го трошат најголемиот дел од енергијата што не е насочена кон тие UE.

Во случајот 2, јачината на сигналот на моделот на зрачење („зрак“) е специфично „формирана“ така што зрачената енергија насочена кон UE е посилна отколку што не е насочена кон остатокот од UE.

На пример, во 5G комуникацијата, со прилагодување на амплитудата и фазата (тежината) на сигналите што се пренесуваат од различни единици на антена, дури и ако нивните патеки на ширење се различни, се додека фазата е иста кога се стигнува до мобилниот телефон, може да се постигне резултат од подобрувањето на суперпозицијата на сигналот, што е еквивалентно на низата на антената што го насочува сигналот на мобилниот телефон. Како што е прикажано на сликата подолу:

2.3 Зрак „Формирање“

Наједноставниот начин да се формира зрак е да се распоредат повеќе антени во низа. Постојат многу начини за порамнување на овие елементи на антената, но еден од најлесните е да ги порамните антените по линија, како што е прикажано во следниот пример.

Забелешка: Овој пример дијаграм е креиран од алатникот Matlab PhaseArrayAntenna.

Друг начин за распоредување на елементите во низа е да ги распоредите елементите во дводимензионален квадрат, како што е прикажано во следниот пример.

Сега разгледајте друга дводимензионална низа каде што обликот на низата не е квадрат, како што е прикажано подолу. Интуицијата што можете да ја добиете е дека зракот се компресира повеќе по оската на повеќе елементи.

2.4 Технологија на формирање на зрак

Постојат неколку различни начини да се постигне формирање на зрак:

1) Префрлување на антени со низа: Ова е техника за менување на шемата на зракот (форма на зрачење) со селективно отворање/затворање на антените од низата на антенскиот систем.

2) Фазна обработка базирана на DSP: Ова е техника за промена на шемата на ориентација на зракот (форма на зрачење) со промена на фазата на сигналот што минува низ секоја антена. Со DSP, можете да ја менувате фазата на сигналот на секоја порта за антена за да формирате специфична шема за ориентација на зракот што најдобро функционира за еден или повеќе специфични UE.

3) Формирање зрак со претходно кодирање: Ова е техника која ја менува шемата на ориентација на зракот (форма на зрачење) со примена на специфична матрица за предкодирање.