Сымсыз байланыстың қарқынды дамып келе жатқан ландшафтында антенна енді қарапайым металл өткізгіш емес. енгізу Миллиметрлік толқындар (mmWave) жолағын, 5G-де Massive MIMO технологиясын және миллиардтаған заттар Интернеті (IoT) құрылғыларын қосу арқылы антенна салыстырмалы түрде тәуелсіз пассивті компоненттен айналды смарт ішкі жүйеге жалпы Radio Frequency Front-End (RFFE) архитектурасында жоғары интеграцияланған .
Ағымдағы антенна дизайны үш негізгі проблемаға тап болады: өте миниатюралық терминалдарда көп диапазонды қамтуға қол жеткізу; жоғары жиіліктердегі жоғары жоғалтуларды азайту; және бағдарламалық құралмен анықталған динамикалық сәулені басқаруды қосу. Бұл мақала сіздің салалық нұсқаулық ретінде қызмет етеді, мұнда кәсіпқой антенна инженері осы қиындықтарды терең талдайды және саланың бұзатын инновацияларға қалай жауап беретінін көрсетеді.
Бірінші сынақ: Sub-6 ГГц-тен mmWave-ке секіру және жаппай MIMO интеграциялық дилеммасы
Жиіліктің жоғарылауы 5G үшін ультра жоғары өткізу қабілеттілігіне ұмтылу үшін сөзсіз таңдау болып табылады, бірақ ол антенна дизайнына төтенше физикалық шектеулер енгізеді.
Жолды жоғалту мен EIRP компенсациясы арасындағы қайшылық Физикалық қиыншылық: Жиілік Sub-6 ГГц-тен 28 ГГц немесе 39 ГГц-ке дейін ұлғайғанда, бос кеңістік жолының жоғалуы квадраттық түрде артады. Инженерлер бұл сигналдың әлсіреуін тиімді изотропты сәулелену қуатын (EIRP) айтарлықтай арттыру арқылы өтеуі керек.
Антеннаның инновациясы: жаппай MIMO және сәулені қалыптастыру: бұл жолды жоғалтуды жеңудің жалғыз тиімді әдісі.
• Жаппай MIMO сәулеленген энергияны тар Негізгі бөлікке шоғырландыру үшін жүздеген антенна элементтерін пайдаланады, осылайша массивтің жоғары пайдасына қол жеткізеді.
• Өнеркәсіптік тренд: Бұл қуат күшейткішін (PA), трансиверді (TRX) және антенна элементтерін тығыз біріктіретін Белсенді антенна блогының (AAU) кең таралуына тікелей әкелді. Бұл дәстүрлі фидерлер енгізетін беру жоғалуын болдырмайды және жүйенің жоғары жалпы сәулелену қуатын (TRP) қамтамасыз етеді.
H3: 1.2. Антенна элементтерін біріктіру және жоғары жиіліктердегі жылуды бөлу
• Өзара байланыстыру: Массивті MIMO массивтерінде антенна элементтері арасындағы қашықтық қысқарған сайын, өзара байланыс күшейеді. Бұл массивтің сәулелену тиімділігін және сәулені қалыптастыру өнімділігін айтарлықтай төмендетеді. Бөлу желілері немесе электромагниттік жолақ саңылауы (EBG) құрылымдары сияқты оқшаулау шешімдері қажет.
• Жылу тарату қиындығы: AAU ішіндегі РЖ микросхемаларының және PA көп саны қуатты жұмыс кезінде айтарлықтай жылу шығарады. Жоғары температура антенна материалдарының диэлектрлік өтімділігінің дрейфін тудырады, бұл резонанс жиілігін реттеуге және өнімділіктің төмендеуіне әкеледі. Дәл термоэлектрлік ко-симуляция міндетті болып табылады.
Екінші мәселе: Терминалды миниатюризациялау мен көп жолақты жоғары тиімді қамту арасындағы айырбастау
Смартфондар мен смарт сағаттар сияқты кеңістік шектеулі терминалдарда антенналар классикалық жасай отырып, оннан астам жолақты (4G/5G/Wi-Fi/GPS) минималды көлемде қолдау үшін қажет . өлшем-тиімділік-өткізу қабілеттілігі трилеммасын
Тиімділік құрбандығы: миниатюризацияланған антенналардың өзіндік жоғалуы
Миниатюризациялау әдістері: Антенна өлшемін λ /10 немесе одан азға дейін кішірейту үшін инженерлер индуктивті жүктеу немесе құрылымдық иілу сияқты әдістерді жиі пайдаланады..
Физикалық шектеу: сәйкес Чу шегіне шағын антенналардың өткізу қабілеттілігі мен тиімділігі үшін теориялық максимум бар. Резонансты сақтау үшін миниатюрленген антенналар өте жоғары сапа факторына ие болады, бұл әкеледі тар өткізу қабілеттілігі мен өткізгіштің айтарлықтай омдық жоғалуына . Демек, радиацияның тиімділігі жиі төмендейді . 50% .
Антенналық инновация: құрылымдағы, материалдардағы және өндірістегі революция
Бұл дилеммадан шығу үшін өнеркәсіп материалдар мен өндіріс процестеріне назар аударады:
Жоғары диэлектрлік тұрақты керамика: қолданылады GPS/IoT модульдерінде . Олар қолайлы тиімділікті сақтай отырып, жоғары εᵣ пайдалану арқылы өлшемді тиімді түрде азайтады.
LDS/FPC процестері: тікелей лазерлік құрылымдау (LDS) және икемді басып шығару схемасы (FPC) антенналары антенна үлгісін құрылғының ішіндегі күрделі бойымен орналастыруға мүмкіндік береді жазық емес беттердің , бұл көп диапазонды бірге өмір сүру үшін перифериялық кеңістікті барынша пайдалануды қамтамасыз етеді.
Антеннаны реттеу модульдері (тюнер): Бұл модульдер айнымалы конденсаторларды/индукторларды пайдаланады. әртүрлі жиілік диапазонында антеннаның кедергі сәйкестігін және электрлік ұзындығын динамикалық реттеу үшін бағдарламаланатын Бұл жиіліктің өзгеруіне немесе қолмен ұсталатын пайдаланушы әсерлеріне қарамастан VSWR оңтайлы диапазонда (мысалы, VSWR < 2:1) қалуын қамтамасыз етеді.
·
Үшінші тапсырма: пассивті жабдықтан бағдарламаланатын смарт жүйелерге ауысу
Болашақ қарым-қатынас ортасы динамикалық және күрделі. Антенна статикалық аппараттық құралдан нақты уақыт режимінде сезінуге және бейімделуге қабілетті бағдарламалық құралмен анықталған компонентке айналуы керек.
Бұзатын инновация: пакеттегі антенна (AiP) және RFFE интеграциясы
AiP анықтамасы: Пакеттегі антенна (AiP) технологиясы антенна элементтерін, RFFE чиптерін (PA, LNA, TRX) және тіпті бір пакет немесе модуль ішіндегі негізгі жолақ құрамдастарын біріктіреді. Бұл микросхема мен қаптаманың субстраты арасындағы жоғары жиілікті беру желілерін толығымен жояды, интерконнекттердің жоғалуын азайтады..
Конвергенция тенденциясы: AiP антенна инженерлері, чип дизайнерлері және орауыш инженерлері арасындағы терең ынтымақтастықты басқарады, оның түпкі мақсаты AoC (чиптегі антенна) деңгейіне жету.антенна кремнийде тікелей жүзеге асырылатын
6G кілтін қосу құралы: қайта конфигурацияланатын интеллектуалды беттер (RIS) / смарт шағылыстыру беті (IRS)
Принцип: Intelligent Reflecting Surface (IRS / RIS) 6G ең ыстық қолданбаларының бірі болып табылады. RIS кең ауқымды Metasurface массивін пайдаланады, онда әрбір элементтің фазалық көрінісі бағдарламалық қамтамасыз ету арқылы басқарылады. Бұл қоршаған ортаның шағылыстырғыштарын (қабырғалар мен әйнек сияқты) түрлендіреді . басқарылатын 'сигнал айналарына'
Мән: RIS тиімді жеңеді . Бұл бітелуін энергияны тікелей жабу қиын аймақтарға бағыттай отырып, mmWave сигналдарының қоса отырып, желінің қуат тиімділігін және қамтуды айтарлықтай арттырады бағдарламаланатын сымсыз ортаны .
Қорытынды және салалық болжам
5G/IoT дәуірінің үш негізгі мәселесі — жоғары жиілікті интеграция, экстремалды миниатюризация және динамикалық басқару — саланың интеллектке, интеграцияға және бағдарламалық қамтамасыз етумен анықталған мүмкіндіктерге көшуін жылдамдатады.
Антенна инженерінің рөлі дәстүрлі электромагниттік өрісті шешушіден айналуда пәнаралық жүйе интеграторына . Болашақ табыс сияқты озық технологияларды меңгеруге AiP және RIS және жылуды басқару, материалтану және AI көмегімен дизайн бойынша жан-жақты дағдыларды меңгеруге байланысты болады.
