Käytä kompaktia MIMO-antennia optimaalisiin 5G-yhteyksiin ja estetiikkaan

5G-verkkojen käyttöönotto kiihtyy kaikkialla maailmassa nopeampien tiedonsiirtonopeuksien, suuremman kapasiteetin ja saumattomien yhteyksien saavuttamiseksi. MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) -antenniteknologia on ratkaisevan tärkeällä sijalla sellaisten 5G-lupauksien lunastamiseksi kuten useiden tietovirtojen samanaikainen lähetys ja vastaanotto, parempi spektrinen tehokkuus ja verkon kokonaissuorituskyky.

Vaikka olemassa onkin monia antennivaihtoehtoja, monissa sovelluksissa tarvitaan pieniä, matalaprofiilisia MIMO-antenneja, jotka suunnittelijat voivat sovittaa tilarajoitteisiin järjestelmiin tai asentaa huomaamattomiin paikkoihin turvallisuus-, asuin-, vähittäismyynti- ja muissa sovelluksissa.

Tässä artikkelissa käsitellään lyhyesti pienten ja huomaamattomien 5G-laitteiden suunnitteluhaasteita. Siinä esitellään sen jälkeen Taoglasin kompakti 5G/4G MIMO -antenni, joka täyttää suunnittelijoiden tarpeet ja tarjoaa samalla laajan taajuusaluekattavuuden, maailmanlaajuisen yhteensopivuuden ja helppokäyttöisyyden.

Kompaktien, matalaprofiilisten 5G MIMO -antennien sovellukset ja haasteet

Pienten matalaprofiilisten 5G MIMO -antennien huomaamaton asennus voi mahdollistaa monissa sovelluksissa tarvittavat tiedonsiirtonopeudet ja kattavuuden. Viihde-elektroniikan ja turvajärjestelmien suunnittelijat haluavat tarjota 5G-suorituskykyä estetiikasta tinkimättä. Kuljetus- ja teollisuussovelluksissa kompaktit antennit voivat eliminoida häiritsevän visuaalisen vaikutuksen, joka tavanomaisilla suuremmilla antenneilla voi olla ajoneuvojen tai laitteiden käyttäjiin. Antennien pienen koon ansiosta suunnittelijat voivat lisätä 5G-yhteyden helpommin pienempiin, itsenäisiin sovelluksiin, kuten digitaalisiin kyltteihin, itsepalvelukioskeihin ja verkkolaitteisiin.

Teollisuuden prosessijärjestelmiin ja esineiden internetin (IoT) sovelluksiin voidaan lisätä helposti pieniä 5G MIMO -antenneja, jotka tarjoavat 5G-verkkoyhteyden syrjäisiin sijainteihin tai varayhteydeksi olemassa oleville tiedonsiirtoverkoille.

Useiden antennien käyttö ja siihen liittyvä prosessointi mahdollistaa yksittäisten tietovirtojen multipleksoinnin linkin luotettavuuden parantamiseksi ja signaalihäviöiden kompensoimiseksi. Näin voidaan ylläpitää korkeita tiedonsiirtonopeuksia. MIMO-antennit vähentävät signaalin heikkenemistä, jota millimetriaaltotiedonsiirron korkeat polkuhäviöt ja monitiehäipyminen aiheuttavat ja jota 5G-verkoissa laajalti käytettävät pienet solut pahentavat.

Vaikka MIMO-tekniikka tarjoaa merkittäviä etuja, siihen liittyy myös toteutushaasteita. Näihin haasteisiin kuuluvat MIMO-antennin elementtien välisen keskinäiskytkennän minimointi ja erotuksen maksimointi optimaalisen säteilytehon mahdollistamiseksi.

Aiemmissa MIMO-antennimalleissa nämä ongelmat on ratkaistu kasvattamalla antennien välistä fyysistä etäisyyttä. Tämä edellytti suurien antennijärjestelmien asentamista. Kun suunnittelijat pyrkivät löytämään ratkaisuita tilarajoitteisia asennuskohteisiin, fyysinen tila useiden antennien sijoittamiseksi MIMO-antennijärjestelmään käy yhä rajallisemmaksi. Tämän vuoksi keskinäiskytkennän ja heikentyneen tehokkuuden kaltaiset tekijät korostuvat.

Näiden haasteiden voittamiseksi tarvitaan uusia lähestymistapoja, kuten edistyneempiä materiaaleja, irtikytkentämenetelmiä, miniatyrisointia ja optimoitua maatason suunnittelua.

Yksinkertaisempi ratkaisu 5G-antennien asennukseen

Yksi erinomainen esimerkki uusien lähestymistapojen soveltamisesta on Taoglasin Comet-sarjan MIMO-antenni MA322.A.001 (kuva 1). Tämä laite tarjoaa 5G MIMO -suorituskyvyn kiekkomaisessa matalaprofiilisessa kotelossa, jonka mitat ovat 80 x 18,1 millimetriä (mm) ja joka painaa 113 grammaa (g).

Kuva 1: 5G MIMO -antenni MA322 on suunniteltu helppoon ja huomaamattomaan asennukseen magneetti- tai liimakiinnityksellä, ja sen koko on vain 80 x 18,1 mm. (Kuvan lähde: Taoglas)

MA322-antennin koko ja paino mahdollistavat sen käytön sovelluksissa, joissa suuret ja painavat antennit eivät ole käytännöllisiä tai haluttuja. Se on myös suunniteltu magneetti- tai tarrakiinnitykseen mahdollistaen 5G-yhteyden olemassa olevissa sovelluksissa, joihin ei haluta porata asennusreikiä. Tällaisiin sovelluksiin kuuluvat esimerkiksi ensivaste- ja pelastusajoneuvot, jotka vaativat päivitettyä 5G-yhteyttä. Jotta antenni olisi helpompi liittää käyttäjän sovellukseen, kummatkin tämän antennin liitännät MIMO 1 ja 2 sisältävät 2-metrisen (m) kaapelin alhaisilla häviöillä ja korkeataajuisilla SMA (Subminiature Version A) -liittimillä.

Antennin kotelo soveltuu sisä- tai ulkoasennukseen, ja sen käyttölämpötila-alue on −40 ... +85 °C. Se on IP67-luokiteltu, mikä takaa pölytiiviyden ja suojan veden sisääntunkeutumista vastaan enintään 1 metrin syvyyteen upotettuna. Kotelo on valmistettu akryylinitriilistyreeniakrylaattimuovista (ASA), joka tarjoaa pitkäaikaisissa ulkoasennuksissa tarvittavan kestävyyden ultraviolettisäteilyä (UV) vastaan. Laitteen mukana toimitetaan myös erillinen 3M-vaahtomuovityyny, joka mahdollistaa liimakiinnityksen ei-magneettisille pinnoille.

Antenni noudattaa Euroopan unionin (EU) kemikaalien rekisteröintiä, arviointia, lupamenettelyjä ja rajoituksia (REACH) koskevia säännöksiä sekä EU:n vaarallisten aineiden rajoittamista koskevaa lainsäädäntöä (RoHS).

Korkea suorituskyky ja tuki globaaleille mobiiliverkkotaajuuksille

MA322 sisältää kaksi huipputehokasta 5G/4G-antennia ja tukee maailmanlaajuisia 5G-verkon taajuuksia sekä 4G-, 3G- ja 2G-taajuusalueita 617–5925 MHz. Se tarjoaa samalla sellaiset suorituskykyominaisuudet, joita ei yleensä löydy pienistä antenneista.

MA322-antennin paluuhäviö on alhainen ja sen VSWR-arvo (seisovan aallon suhde) on nolla. Näiden ansiosta se toimii pienten antennien tyypillisillä tehokkuustasoilla signaalin suorituskyvystä tinkimättä (kuva 2).

Kuva 2: MA322-antenni tarjoaa innovatiivisen rakenteensa ansiosta tehokkuustason, jota ei ole koskaan aiemmin saavutettu samankokoisilla kiekon muotoisilla antenneilla. (Kuvan lähde: Taoglas)

MA322-antenni on suunniteltu täyttämään suunnittelijoiden pitkien etäisyyksien tiedonsiirtovaatimukset ja vaimentamaan polkuhäviöitä, ja se saavuttaa stabiilit huippuvahvistustasot (kuva 3) sekä erinomaiset suuntauksettomat säteilykuviot (kuva 4) koko sen käyttötaajuusalueella. Sen vahvistuksen huippuarvo on 4,2 desibeliä isotrooppiseen (dBi) arvoon verrattuna, ja sen käyttötaajuusalue kattaa 3550 MHz:n taajuuskaistan, joka kuuluu Yhdysvalloissa ja Euroopassa yleisesti käytettäviin 5G-kaistoihin.

Kuva 3: MA322-antenni täyttää stabiilin huippuvahvistuksen vaatimukset ja sen vahvistuksen huippuarvo on 4,2 dBi. (Kuvan lähde: Taoglas)

Kuva 4: MA322-antenni tarjoaa erittäin tasaiset säteilykuviot koko käyttötaajuusalueella, myös tässä kuvatulla 3550 MHz:n taajuusalueella. (Kuvan lähde: Taoglas)

MA322-antenni tarjoaa stabiilin suorituskyvyn ja helpon asennuksen ansiosta suunnittelijoille valmiin 5G-asennusratkaisun yhä useampiin sovelluksiin.

Yhteenveto

Edistyneempien materiaalien ja suunnittelumenetelmien saatavuus on mahdollistanut Taoglasin pienten MIMO-antennien kehittämisen, joilla voidaan saavuttaa 5G-toiminnan edellyttämät vahvistus- ja tehokkuustasot. Suunnittelijat voivat lisätä tällä pienikokoisella ja matalaprofiilisella laitteella 5G-yhteyden tilarajoitteisiin sovelluksiin, joissa vaaditaan turvallisuutta, esteettisyyttä ja helppokäyttöisyyttä.