Անլար կապի արագ զարգացող լանդշաֆտում ալեհավաքն այլևս պարզ մետաղական հաղորդիչ չէ: ներդրմամբ Միլիմետրային ալիքի (mmWave) ժապավենի, զանգվածային MIMO տեխնոլոգիայի 5G-ում և միլիարդավոր իրերի ինտերնետի (IoT) սարքերի միացմամբ, ալեհավաքը համեմատաբար անկախ պասիվ բաղադրիչից վերածվել է բարձր ինտեգրված խելացի ենթահամակարգի ընդհանուր ռադիոհաճախականության Front-End (RFFE) ճարտարապետության մեջ:
Ընթացիկ ալեհավաքի դիզայնը բախվում է երեք հիմնական մարտահրավերի. բարձր հաճախականություններում բարձր կորուստների նվազեցում; և միացնելով ծրագրային ապահովման կողմից սահմանված դինամիկ ճառագայթների կառավարումը: Այս հոդվածը ծառայում է որպես ձեր ոլորտի ուղեցույց, որտեղ պրոֆեսիոնալ ալեհավաքի ինժեները խորապես վերլուծում է այս մարտահրավերները և բացահայտում, թե ինչպես է արդյունաբերությունը արձագանքում խանգարող նորամուծություններով:
Մարտահրավեր առաջին. 6 ԳՀց-ից մինչև mmWave թռիչք և զանգվածային MIMO-ի ինտեգրման երկընտրանք
Հաճախականության բարձրացումն անխուսափելի ընտրություն է 5G-ի համար՝ գերբարձր թողունակություն ձեռք բերելու համար, սակայն այն ծայրահեղ ֆիզիկական սահմանափակումներ է մտցնում ալեհավաքի նախագծման մեջ:
Ճանապարհի կորստի և EIRP-ի փոխհատուցման միջև հակամարտությունը Ֆիզիկական շեղում. Երբ հաճախականությունը 6 ԳՀց-ից ավելանում է մինչև 28 ԳՀց կամ 39 ԳՀց, ազատ տարածության ճանապարհի կորուստը քառակուսի չափով ավելանում է: Ինժեներները պետք է փոխհատուցեն ազդանշանի այս թուլացումը՝ զգալիորեն մեծացնելով Արդյունավետ իզոտրոպային ճառագայթվող հզորությունը (EIRP):
Ալեհավաքի նորարարություն. զանգվածային MIMO և ճառագայթային ձևավորում. սա միակ արդյունավետ մեթոդն է ուղու կորուստը հաղթահարելու համար:
• Զանգվածային MIMO-ն օգտագործում է հարյուրավոր ալեհավաքի տարրերի զանգված՝ ճառագայթվող էներգիան կենտրոնացնելու նեղ Հիմնական բլթի մեջ՝ դրանով իսկ հասնելով զանգվածի բարձր շահույթի:
• Արդյունաբերության միտում. սա ուղղակիորեն հանգեցրեց Ակտիվ ալեհավաքի (AAU) միավորի լայն տարածմանը, որը սերտորեն միավորում է սնուցման ուժեղացուցիչը (PA), հաղորդիչ (TRX) և ալեհավաքի տարրերը: Սա վերացնում է փոխանցման կորուստը, որը ներմուծվում է ավանդական սնուցող սարքերի կողմից և ապահովում է համակարգի բարձր ընդհանուր ճառագայթման հզորությունը (TRP):
H3: 1.2. Ալեհավաքի տարրերի միացում և ջերմության տարածում բարձր հաճախականություններում
• Փոխադարձ միացում. զանգվածային MIMO զանգվածներում, քանի որ ալեհավաքի տարրերի միջև հեռավորությունը փոքրանում է, փոխադարձ զուգավորումն ուժեղանում է: Սա լրջորեն նվազեցնում է զանգվածի ճառագայթման արդյունավետությունը և ճառագայթման արդյունավետությունը: Պահանջվում են մեկուսացման լուծումներ, ինչպիսիք են անջատող ցանցերը կամ էլեկտրամագնիսական գոտու բացը (EBG) կառուցվածքները:
• Ջերմության ցրման մարտահրավեր. մեծ թվով ՌԴ չիպեր և ՊՏ-ներ AAU-ում զգալի ջերմություն են առաջացնում բարձր էներգիայի շահագործման ընթացքում: Բարձր ջերմաստիճանները հանգեցնում են ալեհավաքի նյութերի դիէլեկտրական հաստատունի շեղմանը, ինչը հանգեցնում է ռեզոնանսային հաճախականության անջատման և կատարողականի վատթարացման: Ճշգրիտ ջերմաէլեկտրական համասիմուլյացիան պարտադիր է:
Մարտահրավեր երկրորդ. Փոխզիջում տերմինալի մանրանկարչության և բազմաշերտ բարձր արդյունավետության ծածկույթի միջև
Տիեզերական սահմանափակ տերմինալներում, ինչպիսիք են սմարթֆոնները և խելացի ժամացույցները, ալեհավաքները պահանջվում են նվազագույն ծավալով ապահովել ավելի քան մեկ տասնյակ տիրույթ (4G/5G/Wi-Fi/GPS)՝ ստեղծելով դասական չափ-արդյունավետություն-թողունակություն եռալմա:
Արդյունավետության զոհաբերություն. մանրացված ալեհավաքների բնորոշ կորուստ
Մանրանկարչության տեխնիկա. ալեհավաքի չափը λ /10 կամ ավելի փոքրացնելու համար ինժեներները հաճախ օգտագործում են այնպիսի մեթոդներ, ինչպիսիք են ինդուկտիվ բեռնումը կամ կառուցվածքային ճկումը:.
Ֆիզիկական սահմանափակում. համաձայն Չուի սահմանի , փոքր ալեհավաքների թողունակության և արդյունավետության տեսական առավելագույնը կա: Ռեզոնանսը պահպանելու համար մանրացված ալեհավաքները հաճախ ունենում են շատ բարձր Որակի գործոն, ինչը հանգեցնում է նեղ թողունակության և հաղորդիչի օհմական զգալի կորուստների : Հետևաբար, ճառագայթման արդյունավետությունը հաճախ ընկնում է 50%.
Անթենային նորարարություն. հեղափոխություն կառուցվածքի, նյութերի և արտադրության մեջ
Այս երկընտրանքը հաղթահարելու համար արդյունաբերությունը կենտրոնանում է նյութերի և արտադրական գործընթացների վրա.
Բարձր դիէլեկտրիկ կայուն կերամիկա. օգտագործվում է GPS/IoT մոդուլներում: Նրանք արդյունավետորեն նվազեցնում են չափը՝ օգտագործելով բարձր εᵣ՝ միաժամանակ պահպանելով ընդունելի արդյունավետությունը:
LDS/FPC գործընթացներ. Լազերային ուղղակի կառուցվածքը (LDS) և ճկուն տպագրված սխեման (FPC) ալեհավաքները թույլ են տալիս ալեհավաքի նախշը դնել սարքի ներսում բարդ ոչ հարթ մակերևույթների երկայնքով ՝ առավելագույնի հասցնելով ծայրամասային տարածության օգտագործումը բազմաշերտ համակեցության համար:
Ալեհավաքի թյունինգի մոդուլներ (Tuner). Այս մոդուլները օգտագործում են ծրագրավորվող փոփոխական կոնդենսատորներ/ինդուկտորներ ՝ դինամիկ կերպով կարգավորելու ալեհավաքի դիմադրության համապատասխանությունը և էլեկտրական երկարությունը տարբեր հաճախականությունների տիրույթներում: Սա ապահովում է, որ VSWR- ը մնում է օպտիմալ տիրույթում (օրինակ՝ VSWR < 2:1), չնայած հաճախականության փոփոխություններին կամ ձեռքի օգտատիրոջ էֆեկտներին:
·
Մարտահրավեր երրորդ. Անցում պասիվ սարքաշարից դեպի ծրագրավորվող խելացի համակարգեր
Ապագա հաղորդակցման միջավայրը դինամիկ է և բարդ: Ալեհավաքը պետք է ստատիկ սարքաշարից վերածվի ծրագրային ապահովման կողմից սահմանված բաղադրիչի, որը կարող է իրական ժամանակում զգալ և հարմարվել:
Խանգարող նորարարություն. ալեհավաք փաթեթում (AiP) և RFFE ինտեգրում
AiP սահմանում. Antenna in Package (AiP) տեխնոլոգիան ինտեգրում է ալեհավաքի տարրերը, RFFE չիպերը (PA, LNA, TRX) և նույնիսկ բազային ժապավենի բաղադրիչները նույն փաթեթում կամ մոդուլում: Սա լիովին վերացնում է չիպի և փաթեթի հիմքի միջև բարձր հաճախականության հաղորդման գծերը՝ նվազագույնի հասցնելով փոխկապակցման կորուստը.
Կոնվերգենցիայի միտում. AiP-ն խթանում է խորը համագործակցությունը ալեհավաքի ինժեներների, չիպերի դիզայներների և փաթեթավորման ինժեներների միջև՝ նպատակ ունենալով հասնել AoC (Antenna on Chip) , որտեղ ալեհավաքն իրականացվում է անմիջապես սիլիցիումի վրա:
6G բանալիների ակտիվացուցիչ. Վերակազմավորվող խելացի մակերեսներ (RIS) / Խելացի արտացոլող մակերես (IRS)
Սկզբունք. Խելացի արտացոլող մակերեսը (IRS/RIS) 6G ամենաթեժ հավելվածներից մեկն է: RIS-ն օգտագործում է լայնածավալ Metasurface զանգված, որտեղ յուրաքանչյուր տարրի փուլային արտացոլումը վերահսկվում է ծրագրային ծրագրավորման միջոցով: Սա շրջապատող ռեֆլեկտորները (ինչպես պատերը և ապակիները) վերածում է կառավարվող «ազդանշանային հայելիների»:
Արժեք. RIS-ն արդյունավետորեն հաղթահարում է mmWave ազդանշանների արգելափակումը , էներգիան ուղղորդելով դեպի այն տարածքները, որոնք դժվար է ուղղակիորեն ծածկել: Սա զգալիորեն բարձրացնում է ցանցի էներգաարդյունավետությունը և ծածկույթը՝ հնարավորություն տալով ծրագրավորվող անլար միջավայր.
Եզրակացություն և արդյունաբերության հեռանկար
5G/IoT դարաշրջանի երեք հիմնական մարտահրավերները՝ բարձր հաճախականության ինտեգրում, ծայրահեղ մանրացում և դինամիկ կառավարում , արագացնում են ոլորտի անցումը դեպի հետախուզություն, ինտեգրում և ծրագրային ապահովման կողմից սահմանված հնարավորություններ:
Անթենային ինժեների դերը ավանդական էլեկտրամագնիսական դաշտի լուծիչից վերածվում է ինտեգրատորի միջառարկայական համակարգի : Ապագա հաջողությունը կախված կլինի առաջադեմ տեխնոլոգիաների յուրացումից, ինչպիսիք են AiP-ը և RIS-ը , ինչպես նաև համապարփակ հմտություններ ունենալուց : ջերմային կառավարման, նյութագիտության և AI-ի օգնությամբ դիզայնի
