Anten kazancı ve huzme oluşturma

1. Anten kazancı

Anten kazancıanten radyasyon modelinin yönlülüğünü ölçmek için bir parametredir. Yüksek kazançlı antenler, sinyalleri tercihen belirli yönlerde yayar. Antenin kazancı, gücün anten tarafından eklenmediği, ancak bir yönde diğer izotropik antenlerin yaydığından daha fazla yayılan güç sağlamak için yeniden dağıtıldığı pasif bir olgudur. Kazanç, dBi ve dBd cinsinden ölçülür:

1) dBi: referans izotropik anten kazancı;

2) dBd: dipol antenin kazancına bakın.

Pratik mühendislikte, referans olarak izotropik bir radyatör yerine yarım dalga dipol kullanılır. Kazanç (dipol üzerinde dB) daha sonra dBd cinsinden verilir. dBd ve dBi arasındaki ilişki aşağıda verilmiştir:

dBi = dBd + 2.15

Anten tasarımcıları, kazancı belirlerken antenin belirli uygulama özelliklerini dikkate almalıdır:

1) Yüksek kazançlı antenler, daha uzun menzil ve daha iyi sinyal kalitesi avantajlarına sahiptir, ancak belirli bir yönde hizalanmalıdır;

2) Düşük kazançlı antenlerin menzil aralığı kısadır, ancak antenin yönü nispeten büyüktür.

2. Hüzmeleme

2.1 İlke ve uygulama

Hüzme oluşturma (hüzme oluşturma veya uzamsal filtreleme olarak da bilinir), sinyalleri yönlü bir şekilde göndermek ve almak için sensör dizilerini kullanan bir sinyal işleme tekniğidir. Faz dizisinin temel elemanlarının parametrelerini ayarlayarak, huzme oluşturma tekniği, bazı açıların sinyallerinin fazın girişimini elde etmesini ve diğer açıların sinyallerinin eleme girişimini elde etmesini sağlar. Hüzmeleme, sinyalin hem verici ucunda hem de alıcı ucunda kullanılabilir. Basit anlayış tepeden tepeye, tepeden çukura doğru olabilir, bu da tepeden tepeye yönün kazanımını artıracaktır.

Hüzme oluşturma artık 5G anten dizilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır, antenler pasif cihazlardır ve 5G aktif antenler, yüksek kazançlı hüzmelemeyi ifade eder. İki nokta kaynağının normal eşfazdaki kazancı 3dB'dir ve 5G'nin anten bağlantı noktası 64'ten büyüktür, yani 5G yönlülüğünün kazancı ne kadardır. Hüzmelemenin harika bir özelliği, faz değiştikçe hüzmeleme yönünün değişmesidir, bu nedenle talebe göre ayarlanabilir.

İlk şekilden görülebileceği gibi, ana lob oluşturulduğunda, birçok tepe noktasının üst üste bindirildiği bir grid lob da üretilecektir. Izgara lobunun genliği ana lobunkine eşittir, bu da anten sistemi için elverişsiz olan ana lobun kazancını azaltır. Yani ızgara lobunun nasıl çıkarılacağını aslında hüzmeleme fazının temel nedenini biliyoruz. İki besleyici arasındaki mesafe bir dalga boyundan az olduğu ve besleyiciler sabit genlikte ve fazda olduğu sürece kapı lobu görünmeyecek. Ardından, besleyiciler farklı fazlarda olduğunda ve besleme mesafesi bir dalga boyundan az ve yarım dalga boyundan fazla olduğunda, bir kapı lobunun üretilip üretilmediği faz sapma derecesi ile belirlenir. Besleme mesafesi dalga boyunun yarısından az olduğunda, geçit lobu oluşturulmaz. Aşağıdaki şemadan anlaşılabilir.

2.2 Hüzmelemenin avantajları

İki anten sistemini karşılaştırın ve her iki anten tarafından yayılan toplam enerjinin tamamen aynı olduğunu varsayın.

1. durumda, anten sistemi her yöne hemen hemen aynı miktarda enerji yayar. Antenin etrafındaki üç UeS (Kullanıcı Ekipmanı) hemen hemen aynı miktarda enerji alacak, ancak bu UE'lere yönlendirilmeyen enerjinin çoğunu boşa harcayacaktır.

Durum 2'de, radyasyon modelinin ("ışın") sinyal gücü spesifik olarak "biçimlendirilir", böylece UE'ye yönlendirilen yayılan enerji, UE'nin geri kalanına yönlendirilmeyen enerjiden daha güçlü olur.

Örneğin 5G iletişiminde, farklı anten birimleri tarafından iletilen sinyallerin genlik ve faz (ağırlık) değerleri ayarlanarak, cep telefonuna ulaşırken faz aynı olduğu sürece, yayılma yolları farklı olsa bile, sinyali cep telefonuna hedefleyen anten dizilimine eşdeğer olan sinyal süperpozisyon iyileştirmesi sonucu elde edilebilir. Aşağıdaki resimde gösterildiği gibi:

2.3 Kiriş "Şekillendirme"

Bir ışın oluşturmanın en basit yolu, birden çok anteni bir dizi halinde düzenlemektir. Bu anten öğelerini hizalamanın birçok yolu vardır, ancak en kolaylarından biri, aşağıdaki örnekte gösterildiği gibi, antenleri bir hat boyunca hizalamaktır.

Not: Bu örnek diyagram, Matlab PhaseArrayAntenna araç kutusu tarafından oluşturulmuştur.

Bir dizideki öğeleri düzenlemenin başka bir yolu, aşağıdaki örnekte gösterildiği gibi öğeleri iki boyutlu bir kare şeklinde düzenlemektir.

Şimdi, aşağıda gösterildiği gibi, dizinin şeklinin kare olmadığı başka bir iki boyutlu dizi düşünün. Alabileceğiniz sezgi, kirişin daha fazla elemanın ekseni boyunca daha fazla sıkıştırdığıdır.

2.4 Hüzmeleme teknolojisi

Hüzmeleme elde etmenin birkaç farklı yolu vardır:

1) Anahtarlama dizisi antenleri: Bu, bir anten sisteminin dizisinden antenleri seçici olarak açarak/kapatarak ışın modelini (radyasyon biçimi) değiştirmeye yönelik bir tekniktir.

2) DSP tabanlı faz işleme: Bu, her bir antenden geçen sinyalin fazını değiştirerek ışın yönlendirme modelini (ışıma biçimini) değiştirmeye yönelik bir tekniktir. Bir DSP ile, bir veya daha fazla belirli UE için en iyi sonucu veren belirli bir ışın yönlendirme modeli oluşturmak için her bir anten bağlantı noktasının sinyal fazını değiştirebilirsiniz.

3) Ön kodlama ile hüzme oluşturma: Bu, belirli bir ön kodlama matrisi uygulayarak hüzme oryantasyon modelini (radyasyon formu) değiştiren bir tekniktir.