Gnóthachan antenna agus beamforming

1. Gnóthachan antenna

Gnóthachan antennaIs paraiméadar é chun treoshuíomh patrún radaíochta antenna a thomhas. Rachaidh aeróga ardghnóthachan chun cinn mar rogha ar chomharthaí i dtreonna sonracha. Is feiniméan éighníomhach é gnóthachan an antenna nach gcuireann an t-aeróg an chumhacht leis, ach go ndéantar é a athdháileadh go simplí chun cumhacht níos radaithe a sholáthar i dtreo amháin ná mar a astaíonn antennas iseatrópacha eile. Déantar gnóthachan a thomhas i dBi agus dBd:

1) dBi: gnóthachan antenna isotrópach tagartha;

2) dBd: déan tagairt do ghnóthachan an antenna dipole.

In innealtóireacht phraiticiúil, úsáidtear dépholach leath-tonn in ionad radaitheora isotrópach mar thagairt. Tugtar an gnóthachan (dB ar an dépholach) ansin i dBd. Tá an gaol idir dBd agus dBi tugtha thíos:

dBi = dBd + 2.15

Ní mór do dhearthóirí antenna breithniú a dhéanamh ar shaintréithe feidhme an aeróige agus an gnóthachan á gcinneadh:

1) Tá na buntáistí a bhaineann le raon níos faide agus cáilíocht comhartha níos fearr ag antennas ard-ghnóthachain, ach ní mór iad a ailíniú i dtreo sonrach;

2) Tá raon raon antennas gnóthachain íseal gearr, ach tá treo an antenna sách mór.

2. Beamforming

2.1 Prionsabal agus cur i bhfeidhm

Teicníc próiseála comhartha is ea beamforming (ar a dtugtar freisin beamforming nó scagadh spásúil) a úsáideann eagair braiteora chun comharthaí a sheoladh agus a fháil ar bhealach treorach. Trí pharaiméadair na n-eilimintí bunúsacha den eagar céime a choigeartú, déanann an teicníc beamforming comharthaí roinnt uillinneacha trasnaíocht na céime a fháil, agus faigheann comharthaí uillinneacha eile cur isteach ar an díothú. Is féidir beamforming a úsáid ag deireadh tarchurtha agus ag deireadh glactha an chomhartha araon. Is féidir le tuiscint shimplí a bheith buaic go buaic, buaic go umar, rud a mhéadóidh gnóthachan an bhuaic go dtí an treo buaic.

Úsáidtear beamforming go forleathan anois in eagair antenna 5G, is feistí éighníomhacha iad antennas, agus tagraíonn antennas gníomhacha 5G d'fhoirmiú beamfhoirmithe ardghnóthachan. Is é 3dB gnóthachan an dá fhoinse phointe i ngnáth-equiphase, agus tá an calafort antenna 5G níos mó ná 64, mar sin cé mhéad atá an gnóthachan ar dhírigheacht 5G. Gné iontach de beamforming ná go n-athraíonn treo an beamforming mar a athraíonn an chéim, ionas gur féidir é a choigeartú de réir an éilimh.

Mar is léir ón gcéad fhigiúr, nuair a ghintear an príomh-lobe, ginfear lobe greille le go leor beanna forshuite freisin. Tá aimplitiúid an lobe greille comhionann le ceann an phríomh-lobe, rud a laghdóidh gnóthachan an phríomh-lobe, rud atá neamhfhabhrach don chóras antenna. Mar sin, conas a bhaint as an lobe grating, i ndáiríre, tá a fhios againn an bhunchúis beamforming ---- chéim. Chomh fada agus a bhíonn an fad idir an dá fhriothálaí níos lú ná tonnfhad amháin, agus go bhfuil na friothálacha in aimplitiúid leanúnach agus i gcéim, ní bheidh an lobe geata le feiceáil. Ansin, nuair a bhíonn na friothálacha i gcéimeanna éagsúla agus go bhfuil an fad beathaithe níos lú ná tonnfhad amháin agus níos mó ná leath tonnfhad, is é céim diall na céime a chinnfidh an lobe geata a ghintear. Nuair a bhíonn an t-achar beatha níos lú ná leath tonnfhad, ní ghintear aon lobe geata. Is féidir é a thuiscint ón léaráid thíos.

2.2 Buntáistí beamforming

Déan comparáid idir dhá chóras antenna agus glac leis go bhfuil an fuinneamh iomlán a astaíonn an dá antennas díreach mar a chéile.

I gcás 1, radiates an córas antenna beagnach an méid céanna fuinnimh i ngach treo. Gheobhaidh na trí UES (Trealamh Úsáideora) timpeall an antenna beagnach an méid céanna fuinnimh, ach dramhaíl an chuid is mó den fhuinneamh nach bhfuil dírithe chuig na UEanna sin.

I gcás 2, tá neart comhartha an patrún radaíochta ("beam") "déanta" go sonrach ionas go mbeidh an fuinneamh radaithe atá dírithe ar an UE níos láidre ná nach bhfuil sé dírithe i dtreo an chuid eile den UE.

Mar shampla, i gcumarsáid 5G, trí aimplitiúid agus céim (meáchan) na gcomharthaí arna dtarchur ag aonaid antenna éagsúla a choigeartú, fiú má tá a gcosáin iomadaithe difriúil, chomh fada agus a bhíonn an chéim mar an gcéanna nuair a shroicheann siad an fón póca, is féidir toradh feabhsaithe superposition comhartha a bhaint amach, atá comhionann leis an eagar antenna atá dírithe ar an comhartha ar an bhfón póca. Mar a léirítear sa phictiúr thíos:

2.3 Bhíoma "Foirmiú"

Is é an bealach is simplí chun léas a fhoirmiú ná il-antennas a shocrú in eagar. Tá go leor bealaí ann chun na heilimintí antenna seo a ailíniú, ach is é ceann de na cinn is éasca na antennas a ailíniú feadh líne, mar a thaispeántar sa sampla seo a leanas.

Nóta: Chruthaigh bosca uirlisí Matlab PhaseArrayAntenna an léaráid shamplach seo.

Bealach eile chun na heilimintí a shocrú in eagar ná na heilimintí a shocrú i gcearnóg dhéthoiseach, mar a thaispeántar sa sampla seo a leanas.

Anois smaoinigh ar eagar déthoiseach eile nuair nach cearnóg é cruth an eagair, mar a thaispeántar thíos. Is é an intuition is féidir leat a fháil ná go ndéanann an bhíoma níos mó a chomhbhrú feadh ais níos mó eilimintí.

2.4 Teicneolaíocht beamforming

Tá roinnt bealaí éagsúla ann chun beamforming a bhaint amach:

1) Aintíní eagair a athrú: Is teicníocht é seo chun patrún an léasa (foirm radaíochta) a athrú trí antennas a oscailt / a dhúnadh go roghnach ó shraith an chórais aeróg.

2) Próiseáil céim DSP-bhunaithe: Is teicníc é seo chun patrún treoshuíomh an bhíoma (foirm radaíochta) a athrú trí chéim an chomhartha a théann trí gach antenna a athrú. Le DSP, is féidir leat an chéim chomhartha de gach calafort antenna a athrú chun patrún treoshuímh bíoma ar leith a chruthú a oibríonn is fearr le haghaidh UEnna sonracha amháin nó níos mó.

3) Beamforming trí réamhchódú: Is teicníc é seo a athraíonn patrún treoshuíomh an bhíoma (foirm radaíochta) trí mhaitrís réamhchódaithe ar leith a chur i bhfeidhm.