Użycie kompaktowych anten 5G MIMO zapewnia optymalną łączność i estetykę

Wdrażanie sieci 5G na całym świecie przyspiesza, zapewniając wyższe szybkości transmisji danych, zwiększoną przepustowość i bezproblemową łączność. Technologia anten z systemem wielowejściowym i wielowyjściowym (MIMO) ma kluczowe znaczenie dla realizacji obietnic 5G, w tym jednoczesnej transmisji i odbioru wielu strumieni danych, zwiększonej sprawności widmowej i ogólnej wydajności sieci.

Chociaż istnieje wiele opcji anten, wiele zastosowań wymaga niewielkich, niskoprofilowych anten z systemem wielowejściowym i wielowyjściowym (MIMO), które projektanci mogą umieszczać w układach o ograniczonej przestrzeni lub w dyskretnych lokalizacjach w zastosowaniach ochroniarskich, mieszkalnych, handlowych i innych.

W niniejszym artykule omówiono pokrótce wyzwania, jakie napotykają projektanci przy tworzeniu niewielkich i dyskretnych urządzeń 5G. Następnie przedstawiono kompaktową antenę 5G/4G z systemem wielowejściowym i wielowyjściowym (MIMO) firmy Taoglas spełniającą wymagania projektantów i jednocześnie odpowiednią do szerokiego spektrum zastosowań, a także zapewniającą globalną kompatybilność i łatwość użycia.

Zastosowania i wyzwania dla kompaktowych, niskoprofilowych anten 5G z systemem wielowejściowym i wielowyjściowym (MIMO)

Dyskretna instalacja małych, niskoprofilowych anten 5G z systemem wielowejściowym i wielowyjściowym (MIMO) może zapewnić prędkości przesyłu danych i zasięgi wymagane w wielu zastosowaniach. Projektanci elektroniki użytkowej i systemów zabezpieczeń dążą do zapewnienia parametrów działania 5G bez uszczerbku dla estetyki. W zastosowaniach transportowych i przemysłowych kompaktowe anteny pozwalają eliminować efekt rozpraszający uwagę, jaki większe konwencjonalne anteny mogą powodować u operatorów pojazdów lub urządzeń. Kompaktowe anteny pozwalają projektantom na łatwiejsze dodawanie łączności 5G w mniejszych, autonomicznych zastosowaniach, takich jak cyfrowe oznakowanie, kioski sprzedażowe i urządzenia sieciowe.

W przypadku stosowania w systemach procesów przemysłowych i Internecie rzeczy (IoT), projektanci mogą z łatwością dodawać małe anteny 5G MIMO, aby zapewnić łączność sieci 5G w odległych lokalizacjach lub zapewnić rezerwową opcję łączności dla istniejących sieci komunikacyjnych.

Zastosowanie wielu anten i związane z tym przetwarzanie pozwala na multipleksowanie poszczególnych strumieni danych w celu poprawy niezawodności łączy i kompensacji strat sygnału w celu utrzymania wysokich szybkości przesyłu danych. Anteny z systemem wielowejściowym i wielowyjściowym (MIMO) zapobiegają degradacji sygnału spowodowanej wysokimi stratami ścieżki w komunikacji na falach milimetrowych i zanikom wielościeżkowym, które to zjawiska są jeszcze bardziej odczuwalne w przypadku wdrożeń małokomórkowych szeroko stosowanych w sieciach 5G.

Chociaż technologia systemu wielowejściowego i wielowyjściowego (MIMO) oferuje znaczne korzyści, stwarza również wyzwania wdrożeniowe. Wyzwania te obejmują minimalizację wzajemnych sprzężeń i maksymalizację izolacji pomiędzy elementami anteny z systemem wielowejściowym i wielowyjściowym (MIMO) w celu zapewnienia optymalnych parametrów promieniowania.

We wcześniejszych konstrukcjach anten z systemem wielowejściowym i wielowyjściowym (MIMO) problemy te rozwiązywano poprzez zwiększenie fizycznej odległości między antenami. To stwarzało użytkownikom problem z instalacją dużych systemów antenowych. Ponieważ projektanci starają się rozwiązać problem z instalacją w ograniczonej przestrzeni, fizyczna przestrzeń na umieszczenie wielu anten w ramach wielowejściowego i wielowyjściowego (MIMO) systemu antenowego staje się znacznie bardziej ograniczona. W rezultacie takie efekty jak wzajemne sprzężenia i obniżona sprawność stają się bardziej widoczne.

Pokonanie tych wyzwań wymaga nowych podejść obejmujących bardziej zaawansowane materiały, metody odsprzęgania, miniaturyzację i zoptymalizowane projekty przeciwwagi anteny.

Prostsze rozwiązanie instalacji anteny 5G

Doskonałym przykładem zastosowania nowych podejść jest antena z serii Comet MA322.A.001 firmy Taoglas z systemem wielowejściowym i wielowyjściowym (MIMO, ilustracja 1). Omawiane urządzenie jest przystosowane do obsługi technologii 5G, wykonane w systemie wielowejściowym i wielowyjściowym (MIMO) i zamknięte w niskoprofilowej obudowie przypominającej krążek o wymiarach 80 x 18,1mm i wadze 113g.

Kształt i waga urządzenia MA322 pozwalają na jego użycie w zastosowaniach, w których duże i ciężkie anteny nie są praktyczne lub pożądane. Zostało również zaprojektowane do montażu magnetycznego lub przylepnego i zapewnia łączność 5G w istniejących zastosowaniach, w których wiercenie otworów montażowych jest niepożądane. Należą do nich takie zastosowania, jak pojazdy służb pierwszej pomocy i służb ratowniczych, które wymagają zmodernizowanej komunikacji 5G. Aby uprościć podłączanie anteny do urządzeń po stronie użytkownika, oba połączenia systemu wielowejściowego i wielowyjściowego (MIMO) tej anteny, tj. połączenie 1 i 2, są wyposażone w 2-metrowy kabel niskostratny z subminiaturowymi złączami wysokiej częstotliwości w wersji A (SMA).

Obudowa anteny umożliwia instalację wewnątrz i na zewnątrz budynków, a jej zakres temperatur roboczych wynosi od -40°C do +85°C. Stopień ochrony IP67 zapewnia pyłoszczelność i ochronę przed wnikaniem wody w przypadku zanurzenia na głębokość do 1m. Obudowa została wykonana z kopolimeru akrylonitrylu, styrenu i akrylanów (ASA), dzięki czemu zapewnia stabilność pod działaniem promieniowania ultrafioletowego (UV), niezbędną w długoterminowych instalacjach zewnętrznych. W zestawie znajduje się również oddzielna poduszka piankowa 3M, która umożliwia przyklejanie na powierzchniach niemagnetycznych.

Antena jest zgodna z przepisami Unii Europejskiej (UE) dotyczącymi rejestracji, ewaluacji, udzielania zezwoleń i stosowanych ograniczeń w zakresie chemikaliów (REACH) oraz przepisami UE w sprawie ograniczeń dotyczących substancji niebezpiecznych (RoHS).

Wysokie parametry działania i obsługa częstotliwości komórkowych na całym świecie

Urządzenie MA322 zostało zaprojektowane z wykorzystaniem dwóch wysokowydajnych anten 5G/4G i obsługuje częstotliwości komórkowe 5G na całym świecie oraz pasma 4G, 3G i 2G od 617MHz do 5925MHz. Przy tym posiada charakterystykę działania, której zwykle brakuje małym antenom.

Dzięki niskim stratom odbiciowym i zerowej wartości napięciowego współczynnika fali stojącej (VSWR) antena MA322 działa z typowymi dla małych anten poziomami sprawności bez pogarszania parametrów sygnału (ilustracja 2).

Ilustracja 2: Dzięki innowacyjnej konstrukcji urządzenie MA322 zapewnia poziom sprawności, który wcześniej był nieosiągalny w antenach krążkowych o podobnych rozmiarach. (Źródło ilustracji: Taoglas

Antena MA322 została zaprojektowana z myślą o spełnieniu wymagań projektantów w zakresie komunikacji dalekiego zasięgu i ograniczania strat. Osiąga ona stabilne szczytowe poziomy zysku energetycznego (ilustracja 3) i doskonałe dookólne charakterystyki promieniowania (ilustracja 4) w całym zakresie częstotliwości roboczych. Jej maksymalny zysk szczytowy wynosi 4,2dBi w stosunku do anteny izotropowej (dBi), a zakres częstotliwości roboczych obejmuje pasmo częstotliwości 3550MHz, które leży w pasmach 5G często wykorzystywanych w Stanach Zjednoczonych i Europie.

Ilustracja 3: Urządzenie MA322 spełnia wymagania w zakresie stabilnego zysku szczytowego, osiągając określony w specyfikacji maksymalny zysk szczytowy 4,2dBi. (Źródło ilustracji: TaoglasIlustracja 4: Urządzenie MA322 charakteryzuje się wysoką jednorodnością promieniowania w całym zakresie częstotliwości roboczych, w tym w pokazanym tutaj paśmie częstotliwości 3550MHz. (Źródło ilustracji: Taoglas

Dzięki stabilnym parametrom działania i łatwej instalacji, antena MA322 stanowi dla projektantów gotowe rozwiązanie instalacyjne 5G do coraz szerszego zakresu zastosowań.

Podsumowanie

Dostępność bardziej zaawansowanych materiałów i metod projektowania umożliwiła firmie Taoglas opracowanie małych anten z systemem wielowejściowym i wielowyjściowym (MIMO), zdolnych do osiągania poziomów zysku energetycznego i sprawności wymaganych do działania sieci 5G. Te kompaktowe, niskoprofilowe urządzenia pozwalają projektantom na dodanie łączności 5G w zastosowaniach o ograniczonej przestrzeni, gdzie wymagane są bezpieczeństwo, estetyka i łatwość użycia.

Źródło: Użycie kompaktowych anten 5G z systemem wielowejściowym i wielowyjściowym (MIMO) zapewnia optymalną łączność i estetykę

Kontakt w Polsce: poland.support@digikey.pl

Autor: Rolf Horn

Rolf Horn, Applications Engineer at DigiKey, has been in the European Technical Support group since 2014 with primary responsibility for answering any Development and Engineering related questions from final customers in EMEA, as well as writing and proof-reading German articles and blogs on DK’s TechForum and maker.io platforms. Prior to DigiKey, he worked at several manufacturers in the semiconductor area with focus on embedded FPGA, Microcontroller and Processor systems for Industrial and Automotive Applications. Rolf holds a degree in electrical and electronics engineering from the university of applied sciences in Munich, Bavaria and started his professional career at a local Electronics Products Distributor as System-Solutions Architect to share his steadily growing knowledge and expertise as Trusted Advisor.

Hobbies: spending time with family + friends, travelling in our VW-California transporter and motorbiking on a 1988 BMW GS 100.

Zapraszamy na TEK.day Gdańsk, 26 września 2024. Zapisz się już dziś!