Antenna qazanması və şüanın formalaşması

1. Anten qazancı

Anten qazancıanten radiasiya modelinin istiqamətini ölçmək üçün parametrdir. Yüksək qazanclı antenalar xüsusi istiqamətlərdə siqnallar yayacaqlar. Antenanın qazancı, gücün antenna tərəfindən əlavə olunmadığı, sadəcə olaraq digər izotrop antenaların buraxdığı bir istiqamətdə daha çox radiasiya enerjisi təmin etmək üçün yenidən paylandığı passiv bir fenomendir. Qazanc dBi və dBd ilə ölçülür:

1) dBi: istinad izotropik antenna qazancı;

2) dBd: dipol antenanın qazancına baxın.

Praktiki mühəndislikdə istinad olaraq izotrop radiator əvəzinə yarım dalğalı dipol istifadə olunur. Qazanc (dipolda dB) daha sonra dBd ilə verilir. dBd və dBi arasındakı əlaqə aşağıda verilmişdir:

dBi = dBd + 2.15

Antena dizaynerləri qazancı təyin edərkən antenanın xüsusi tətbiq xüsusiyyətlərini nəzərə almalıdırlar:

1) Yüksək qazanclı antenalar daha uzun diapazon və daha yaxşı siqnal keyfiyyəti üstünlüklərinə malikdir, lakin müəyyən bir istiqamətə uyğunlaşdırılmalıdır;

2) Aşağı qazanclı antenaların diapazonu qısadır, lakin antenanın istiqaməti nisbətən böyükdür.

2. Şüalanma

2.1 Prinsip və tətbiq

Beamforming (həmçinin şüa yaratmaq və ya məkan filtrləmə kimi tanınır) istiqamətli şəkildə siqnal göndərmək və qəbul etmək üçün sensor massivlərindən istifadə edən bir siqnal emal üsuludur. Faza massivinin əsas elementlərinin parametrlərini tənzimləməklə, şüa yaratma texnikası bəzi bucaqların siqnallarını fazanın müdaxiləsini, digər bucaqların siqnallarını isə aradan qaldırmanın müdaxiləsini əldə edir. Beamforming siqnalın həm ötürücü, həm də qəbuledici ucunda istifadə edilə bilər. Sadə anlayış zirvədən zirvəyə, zirvədən aşağıya ola bilər ki, bu da zirvənin qazancını zirvəyə doğru artıracaq.

Beamforming hazırda 5G antenna massivlərində geniş istifadə olunur, antenalar passiv cihazlardır və 5G aktiv antenalar yüksək qazanclı şüa formalaşdırmağa aiddir. Normal bərabər fazada iki nöqtə mənbəyinin qazancı 3dB-dir və 5G-nin antenna portu 64-dən çoxdur, buna görə də 5G yönləndirməsinin qazancı nə qədərdir. Şüalanmanın böyük xüsusiyyəti ondan ibarətdir ki, faza dəyişdikcə şüalanma istiqaməti dəyişir, ona görə də tələbata uyğun olaraq tənzimlənə bilər.

Birinci şəkildən göründüyü kimi, əsas lob yarandıqda, bir çox zirvələri üst-üstə düşmüş bir şəbəkə lobu da yaranacaqdır. Şəbəkə lobunun amplitudası əsas lobun amplitudasına bərabərdir ki, bu da antena sistemi üçün əlverişsiz olan əsas lobun qazancını azaldacaq. Beləliklə, ızgara lobunu necə çıxarmaq olar, əslində, şüalanmanın əsas səbəbini bilirik ---- faza. Nə qədər ki, iki qidalandırıcı arasındakı məsafə bir dalğa uzunluğundan azdır və qidalandırıcılar sabit amplituda və fazadadırlar, qapı lobu görünməyəcəkdir. Daha sonra, qidalandırıcılar müxtəlif fazalarda olduqda və qidalanma məsafəsi bir dalğa uzunluğundan az və yarım dalğa uzunluğundan çox olduqda, qapı lobunun əmələ gəlib-gəlməməsi faza sapma dərəcəsi ilə müəyyən edilir. Qidalanma məsafəsi yarım dalğa uzunluğundan az olduqda, heç bir qapı lobu yaranmır. Bunu aşağıdakı diaqramdan başa düşmək olar.

2.2 Şüalanmanın üstünlükləri

İki antena sistemini müqayisə edin və hər iki antenanın yaydığı ümumi enerjinin tam olaraq eyni olduğunu fərz edin.

1-ci halda, antena sistemi bütün istiqamətlərdə demək olar ki, eyni miqdarda enerji yayır. Antenanın ətrafındakı üç UeS (İstifadəçi Avadanlığı) demək olar ki, eyni miqdarda enerji alacaq, lakin həmin UE-lərə yönəldilməyən enerjinin böyük hissəsini sərf edəcək.

2-ci halda, şüalanma nümunəsinin siqnal gücü (“şüa”) xüsusi olaraq “formalaşdırılır” ki, UE-yə yönəldilmiş şüalanmış enerji UE-nin qalan hissəsinə yönəlmədiyindən daha güclü olsun.

Məsələn, 5G rabitəsində müxtəlif antena qurğuları tərəfindən ötürülən siqnalların amplitudasını və fazasını (çəkisini) tənzimləməklə, onların yayılma yolları fərqli olsa belə, mobil telefona çatdıqda faza eyni olduğu müddətcə siqnalın superpozisiyasının gücləndirilməsinin nəticəsi əldə edilə bilər ki, bu da mobil telefonun siqnalı hədəfləyən antenna massivinə bərabərdir. Aşağıdakı şəkildə göstərildiyi kimi:

2.3 Şüa "Formalama"

Şüa yaratmağın ən sadə yolu bir sıra çoxlu antenanı təşkil etməkdir. Bu anten elementlərini hizalamağın bir çox yolu var, lakin ən asanlarından biri aşağıdakı nümunədə göstərildiyi kimi antenaları bir xətt boyunca hizalamaqdır.

Qeyd: Bu nümunə diaqram Matlab PhaseArrayAntenna alətlər qutusu tərəfindən yaradılmışdır.

Massivdə elementləri yerləşdirməyin başqa bir yolu aşağıdakı nümunədə göstərildiyi kimi elementləri iki ölçülü kvadratda yerləşdirməkdir.

İndi aşağıda göstərildiyi kimi massivin formasının kvadrat olmadığı başqa ikiölçülü massivi nəzərdən keçirək. Əldə edə biləcəyiniz intuisiya ondan ibarətdir ki, şüa daha çox elementin oxu boyunca daha çox sıxılır.

2.4 Şüalanma texnologiyası

Şüalanmaya nail olmaq üçün bir neçə fərqli yol var:

1) Massiv antenalarının dəyişdirilməsi: Bu, antena sisteminin massivindən antenaların seçici şəkildə açılması/bağlanması yolu ilə şüa modelinin (radiasiya forması) dəyişdirilməsi üsuludur.

2) DSP əsaslı faza emalı: Bu, hər bir antenadan keçən siqnalın fazasını dəyişdirərək şüa oriyentasiya modelini (radiasiya forması) dəyişdirmək üçün bir texnikadır. DSP ilə siz bir və ya bir neçə xüsusi UE üçün ən yaxşı işləyən xüsusi şüa oriyentasiya modelini yaratmaq üçün hər bir antenna portunun siqnal fazasını dəyişə bilərsiniz.

3) Əvvəlcədən kodlaşdırma ilə şüa yaratmaq: Bu, xüsusi bir kodlaşdırma matrisini tətbiq etməklə şüa oriyentasiya modelini (radiasiya forması) dəyişdirən bir texnikadır.