Kis méretű, szemrevaló 5G MIMO antenna használata az optimális kapcsolódás érdekében

Világszerte gyorsul a nagyobb adatátviteli sebességet, a nagyobb kapacitást és a problémamentes összeköttetést kínáló 5G hálózatok kiépítése. Az 5G által ígért lehetőségek teljesítéséhez – beleértve a több adatfolyam egyidejű adását és vételét, a nagyobb spektrális hatásfokot és a nagyobb általános hálózati teljesítményt – kulcsfontosságú a több be- és kimenetű (MIMO, multiple-input multiple-output) antennatechnika.

Bár sokféle antenna létezik, sok felhasználási területen kis méretű, lapos MIMO antennákra van szükség, amelyeket a tervezők be tudnak illeszteni a helyszűkében lévő rendszerekbe, illetve biztonsági, lakossági, kiskereskedelmi és egyéb felhasználási területeken való használat esetén a megfelelő helyeken helyezhetnek el.

Ez a cikk röviden tárgyalja azokat a nehézségeket, amelyekkel a kis méretű és szinte észrevétlen 5G-eszközök tervezőinek szembe kell nézniük. Ezt követően bemutatja a Taoglas kis méretű 5G/4G MIMO antennáját, amely megfelel a tervezők igényeinek, miközben széles spektrumlefedettséget és globális kompatibilitást kínál, és egyszerű használatot tesz lehetővé.

A kis méretű, lapos 5G MIMO antennák használata és az ezen antennák jelentette nehézségek

A kis méretű, lapos 5G MIMO antennák körültekintő telepítése számos felhasználási területen megteremtheti a szükséges adatátviteli sebességet és lefedettséget. A fogyasztói elektronika és a biztonsági rendszerek tervezői az 5G-s teljesítményt az eszköz kinézetével kapcsolatos megalkuvások nélkül akarják elérni. A közlekedési és ipari felhasználási területeken a kis méretű antennák kiküszöbölhetik a nagyobb hagyományos antennáknak a jármű vagy a berendezés kezelőit zavaró külső megjelenését. A kis méretű antennák lehetővé teszik a tervezők számára, hogy könnyebben lássanak el 5G-kapcsolattal kisebb, önálló készülékeket, például digitális táblákat, értékesítési pontok kioszkjait és hálózati eszközöket.

Az ipari folyamatvezérlő rendszerekben lévő és a dolgok internetére (IoT, Internet of Things) kapcsolódó eszközöket a tervezők könnyen láthatják el kis méretű 5G-s MIMO antennákkal, hogy 5G-s hálózati kapcsolatot teremtsenek távoli helyszínekkel, vagy tartalék csatlakozási lehetőséget alakítsanak ki meglévő kommunikációs hálózatokhoz.

A több antenna és a hozzájuk kapcsolódó jelfeldolgozás használata lehetővé teszi az egyes adatfolyamok multiplexelését a kapcsolat megbízhatóságának javítása és a jelveszteség kompenzálása érdekében, a nagy adatátviteli sebesség fenntartásához. A MIMO antennák ellensúlyozzák a jelnek a milliméteres hullámhosszú kommunikációban jelentkező nagy szakaszcsillapítás miatti veszteségét és a többutas terjedés következtében fellépő jelcsillapítás miatti romlását, amelyet az 5G-s hálózatokban elterjedten használt kis cellák még tovább súlyosbítanak.

Bár a MIMO technika jelentős előnyökkel jár, a megvalósítással kapcsolatos nehézségeket is felvet. Ezek közé a nehézségek közé tartozik a kölcsönös csatolás (áthallás) minimálisra csökkentése és a MIMO antennát alkotó elemek egymástól való minél jobb elszigetelése az optimális sugárzási teljesítmény elérése érdekében.

Régebben a MIMO antennákat ezen problémák kezelése végett úgy alakították ki, hogy növelték az antennák közötti fizikai távolságot. Így a felhasználóknak nagy antennarendszerek kiépítésével kellett megbirkózniuk. Mivel a tervezők igyekeznek minél kisebb berendezéseket kialakítani, a MIMO antennarendszerek több antennájának elhelyezéséhez rendelkezésre álló fizikai hely sokkal korlátozottabbá válik. Ennek eredményeképpen egyre hangsúlyosabbá válnak az olyan hatások, mint a kölcsönös csatolás és a rosszabb hatásfok.

E nehézségek leküzdéséhez új módszerekre van szükség, ezek közé tartoznak egyebek mellett a korszerűbb anyagok, a kölcsönöscsatolás-megszüntetési módszerek, miniatürizálás és az optimalizált testelőfelület-kialakítás.

Egy egyszerűbb megoldás 5G antenna telepítésére

Az új módszerek használatára kiváló példa a Taoglas MA322.A.001 Comet sorozatú MIMO antenna (1. ábra). Ez az eszköz 5G MIMO teljesítményt nyújt egy 80 mm × 18,1 mm méretű és 113 g tömegű lapos, hokikoronghoz hasonló formájú eszköz formájában (korongantenna).

1. ábra: Az MA322 5G MIMO antenna mágneses vagy öntapadós rögzítéssel könnyen és szinte észrevétlenül telepíthető, és mindössze 80 mm × 18,1 mm méretű (kép: Taoglas)

Az MA322 mérete, alakja és tömege lehetővé teszi a használatát olyan felhasználási területeken, ahol a nagy és nehéz antennák nem praktikusak vagy nemkívánatosak. Mágneses, illetve öntapadós úton is rögzíthető, így olyan meglévő berendezésekben is létre lehet vele hozni 5G kapcsolatot, ahol rögzítőfuratok fúrására nincs mód. Ilyen felhasználási területek az elsődleges beavatkozók és a vészhelyzet-elhárítók olyan járművei, amelyeket korszerű 5G kommunikációval kell ellátni. Az antenna és a felhasználói készülék összekapcsolásának egyszerűsítése érdekében az antenna minden egyes MIMO 1 és MIMO 2 csatlakozója egy 2 méteres kis veszteségű kábellel és nagyfrekvenciás SMA csatlakozókkal van ellátva.

A bel- és kültéri telepítésre egyaránt alkalmas antennaburkolat üzemi hőmérséklet-tartománya –40 °C és +85 °C közötti, és a burkolat IP67-es védettségű, amely porálló, valamint 1 m mélységig vízbe merítve vízálló védelmet nyújt. A készülékház akrilnitril-sztirol-akrilát (ASA) műanyagból készült, amely biztosítja az ibolyántúli (UV-) sugárzás elleni, a hosszú távú kültéri használathoz szükséges védelmet. Az antennaburkolat egy külön 3M habszivacs alátétet is tartalmaz, amely lehetővé teszi a nem mágneses felületekre felragasztva történő rögzítést.

Az antenna megfelel az Európai Unió (EU) vegyi anyagok regisztrálására, értékelésére, engedélyezésére és korlátozására vonatkozó (REACH, Registration, Evaluation, Authorisation, and Restriction of Chemicals) és a veszélyes anyagok korlátozására vonatkozó (RoHS, Restriction of Hazardous Substances) jogszabályainak.

Nagy teljesítmény az egész világot lefedő mobiltelefon-frekvenciák támogatásával

A két nagy teljesítményű 5G/4G antennával ellátott MA322 támogatja az egész világot lefedő 5G mobiltelefon-frekvenciákat, valamint a 4G, 3G és 2G sávokat 617 MHz és 5925 MHz között. Mindezt úgy, hogy közben olyan teljesítményjellemzői vannak, amelyek a kis méretű antennáknál jellemzően hiányoznak.

Az MA322 antenna kis visszaverődési csillapításával és 1,0 értékű feszültségállóhullám-arányával (VSWR, voltage standing wave ratio) a kis antennákra jellemző hatásfokkal működik a jelteljesítmény feláldozása nélkül (2. ábra).

2. ábra: Az újszerű kialakítás lehetővé teszi, hogy az MA322 olyan hatásfokot érjen el, amelyet korábban hasonló méretű korongantennákkal nem lehetett elérni (kép: Taoglas)

Az MA322 antennát úgy tervezték, hogy megfeleljen a nagy távolságú kommunikációra és szakaszcsillapításra vonatkozó követelményeknek, és stabil csúcserősítési szintet (3. ábra) és kiváló körsugárzási jelleggörbét (4. ábra) mutasson a teljes üzemi frekvenciatartományban. Legnagyobb csúcserősítése 4,2 dBi (izotripikus decibel – azaz a minden irányba egyenlő erősséggel sugárzó ideális körsugárzó antennához viszonyított érték), üzemi frekvenciatartományába pedig beleesik a 3550 MHz-es frekvenciasáv is, amely az Amerikai Egyesült Államokban és Európában gyakran használt 5G-frekvenciasávok közé esik.

3. ábra: Az MA322 megfelel a stabil csúcserősítés iránti igénynek, és 4,2 dBi legnagyobb csúcserősítést ér el (ábra: Taoglas)

4. ábra: Az MA322 sugárzási jelleggörbéje rendkívül egyenletes sugárzási képet mutat a teljes üzemi frekvenciatartományban, többek közt az itt látható 3550 MHz-es frekvenciasávban is (ábra: Taoglas)

Stabil teljesítményével és egyszerű telepíthetőségével az MA322 antenna kész 5G rendszerkiépítési megoldást kínál a tervezőknek a felhasználási területek egyre szélesebb körében.

Összegzés

A korszerűbb anyagok és tervezési módszerek elérhetősége lehetővé tette a Taoglas kis méretű MIMO antennáinak kifejlesztését, amelyek képesek elérni az 5G működéshez szükséges erősítési szintet és hatásfokot. Ez a kis méretű, lapos eszköz lehetővé teszi a tervezők számára, hogy 5G kapcsolatot kínáljanak helyszűkében lévő felhasználási területekre, ahol biztonságra, jó megjelenésre és egyszerű használatra van szükség.