Użycie kompaktowych anten 5G z systemem wielowejściowym i wielowyjściowym (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.

Ilustracja 1: antena 5G MA322 z systemem wielowejściowym i wielowyjściowym (MIMO) została zaprojektowana z myślą o łatwej i dyskretnej instalacji za pomocą mocowania magnetycznego lub przylepnego, a jej wymiary to zaledwie 80 x 18,1mm. (Źródło ilustracji: Taoglas

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: Taoglas

Ilustracja 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.