Použití kompaktní antény 5G MIMO pro optimální připojení a estetiku

Zavádění sítí 5G se zrychluje po celém světě kvůli rychlejšímu přenosu dat, vyšší kapacitě a bezproblémovému připojení. Technologie antén s více vstupy a více výstupy („multiple-input multiple-output“, MIMO) je zásadní pro splnění slibů 5G, včetně současného vysílání a příjmu více datových streamů, lepší spektrální účinnosti a celkového výkonu sítě.

Ačkoli existuje mnoho možností antén, mnoho aplikací vyžaduje malé, nízkoprofilové antény MIMO, které mohou konstruktéři umístit do prostorově omezených systémů nebo umístit na diskrétní místa v zabezpečovacích, obytných, maloobchodních a dalších aplikacích.

Tento článek stručně pojednává o výzvách, kterým čelí konstruktéři malých a diskrétních zařízení 5G. Poté je zde představena kompaktní anténa 5G/4G MIMO od společnosti Taoglas, která splňuje potřeby konstruktérů a zároveň poskytuje široké pokrytí spektra, globální kompatibilitu a snadné použití.

Aplikace a výzvy pro kompaktní, nízkoprofilové antény 5G MIMO

Diskrétní instalace malých, nízkoprofilových antén 5G MIMO může zajistit rychlost přenosu dat a pokrytí požadované v mnoha aplikacích. Konstruktéři spotřební elektroniky a zabezpečovacích systémů chtějí poskytovat výkon 5G, aniž by museli dělat kompromisy v estetice. V dopravě a průmyslových aplikacích mohou kompaktní antény eliminovat rušivý vizuální dopad, který by na obsluhu vozidel nebo zařízení mohly mít větší konvenční antény. Kompaktní antény umožňují konstruktérům snadněji přidávat připojení 5G do menších samostatných aplikací, jako jsou digitální zobrazovací zařízení, prodejní kiosky a síťová zařízení.

V případě aplikací v průmyslových procesních systémech a internetu věcí („Internet of Things“, IoT) mohou konstruktéři snadno přidat malé antény 5G MIMO, které zajistí připojení k síti 5G pro vzdálená místa nebo poslouží jako záložní možnost připojení pro stávající komunikační sítě.

Použití více antén a souvisejícího zpracování umožňuje jednotlivé datové streamy multiplexovat, a zlepšit tak spolehlivost spojení a kompenzovat ztrátu signálu pro zachování vysoké rychlosti přenosu dat. Antény MIMO čelí degradaci signálu v důsledku vysokých ztrát na cestě v komunikaci na milimetrových vlnách a vícecestného šíření, které se zhoršuje nasazením malých buněk široce používaných v sítích 5G.

Přestože technologie MIMO nabízí významné výhody, nese s sebou také problémy s implementací. Mezi tyto výzvy patří minimalizace vzájemné vazby a maximalizace izolace mezi prvky antény MIMO pro zajištění optimálního vyzařovacího výkonu.

Dřívější návrhy antén MIMO tyto obavy řešily zvětšením fyzické vzdálenosti mezi anténami. Uživatelé se tak museli vypořádat s instalací velkých anténních systémů. Vzhledem k tomu, že se konstruktéři snaží vyhovět prostorově limitovaným instalacím, je fyzický prostor pro umístění více antén v konstrukci antény MIMO mnohem omezenější. Výsledkem je, že efekty jako vzájemná vazba a snížená účinnost jsou výraznější.

Překonání těchto problémů vyžaduje nové přístupy zahrnující pokročilejší materiály, metody oddělování vazeb, miniaturizaci a optimalizovaný návrh zemnicí roviny.

Jednodušší řešení montáže antén 5G

Vynikajícím příkladem aplikace nových přístupů je anténa MIMO řady Comet MA322.A.001 společnosti Taoglas (obrázek 1). Toto zařízení poskytuje výkon 5G MIMO v nízkoprofilovém tvaru připomínajícím puk o rozměrech 80 × 18,1 mm a hmotnosti 113 g.

Obrázek 1: Anténa 5G MIMO MA322, je navržená pro snadnou a diskrétní instalaci pomocí magnetické montáže nebo montáže přilepením a měří pouze 80 × 18,1 mm. (Zdroj obrázku: společnost Taoglas)

Tvar a hmotnost antény MA322 umožňují její použití v aplikacích, kde nejsou velké a těžké antény praktické nebo žádoucí. Je také navržena pro magnetickou montáž nebo montáž přilepením a poskytuje připojení 5G ve stávajících aplikacích, kde jsou vrtané montážní otvory nežádoucí. Patří mezi ně aplikace jako jsou vozidla první pomoci a záchranné služby, které potřebují vylepšenou komunikaci 5G. Pro zjednodušení připojení antény k uživatelské aplikaci je každé připojení MIMO 1 a 2 této antény dodáváno s 2metrovým nízkoztrátovým kabelem s vysokofrekvenčními subminiaturními konektory verze A („subminiature version A“, SMA).

Anténní kryt je vhodný pro vnitřní nebo venkovní instalaci a má provozní teplotní rozsah od −40 °C do +85 °C a krytí IP67, poskytuje prachotěsnou ochranu a ochranu proti vniknutí vody při ponoření do hloubky až 1 m. Kryt je vyroben z plastu akrylonitril-styren-akrylát (ASA), který zajišťuje ultrafialovou („ultraviolet“, UV) stabilitu potřebnou pro dlouhodobé venkovní instalace. Součástí balení je také samostatná pěnová podložka 3M umožňující montáž přilepením na nemagnetické povrchy.

Anténa je v souladu s předpisy Evropské unie (EU) pro registraci, hodnocení, povolování a omezování chemických látek („Registration, Evaluation, Authorisation, and Restriction of Chemicals“, REACH) a legislativou EU o omezování nebezpečných látek („Restriction of Hazardous Substances“, RoHS).

Vysoký výkon s podporou mobilních frekvencí celého světa

Zařízení MA322, navržené se dvěma vysoce výkonnými anténami 5G/4G, podporuje celosvětové mobilní frekvence 5G a pásma 4G, 3G a 2G od 617 MHz do 5 925 MHz. Přitom nabízí výkonové charakteristiky, které u malých antén obvykle chybí.

Anténa MA322 se svými nízkými charakteristikami útlumu odrazu a nulové hodnotě poměru napětí stojatých vln („voltage standing wave ratio“, VSWR) pracuje s typickými úrovněmi účinnosti malých antén, aniž by byl obětován výkon signálu (obrázek 2).

Obrázek 2: Inovativní konstrukce umožňuje anténě MA322 nabízet úrovně účinnosti, kterých dříve nebylo možné u podobně velkých antén ve tvaru puku dosáhnout. (Zdroj obrázku: společnost Taoglas)

Anténa MA322 je navržena tak, aby splňovala požadavky konstruktérů na komunikaci na dlouhé vzdálenosti a zmírnění ztrát na cestě, dosahuje stabilní úrovně špičkového zisku (obrázek 3) a vynikajících všesměrových vyzařovacích diagramů (obrázek 4) v celém svém provozním frekvenčním rozsahu. Její maximální špičkový zisk je 4,2 decibelu vzhledem k izotropnímu (dBi) a její provozní frekvenční rozsah zahrnuje frekvenční pásmo 3 550 MHz, které leží v pásmech 5G často používaných ve Spojených státech a Evropě.

Obrázek 3: Anténa MA322 splňuje požadavek na stabilní špičkový zisk a dosahuje specifikovaného maximálního špičkového zisku 4,2 dBi. (Zdroj obrázku: společnost Taoglas)

Obrázek 4: Anténa MA322 nabízí vysoce rovnoměrné vyzařovací diagramy v celém svém provozním frekvenčním rozsahu, včetně zde zobrazeného frekvenčního pásma 3 550 MHz. (Zdroj obrázku: společnost Taoglas)

Díky svému stabilnímu výkonu a snadné montáži nabízí anténa MA322 konstruktérům připravené řešení pro instalaci 5G pro rozšiřující se řadu aplikací.

Závěr

Dostupnost pokročilejších materiálů a konstrukčních metod umožnila vývoj malých antén MIMO od společnosti Taoglas, které mohou dosáhnout úrovní zisku a účinnosti požadovaných pro provoz sítě 5G. Toto kompaktní zařízení s nízkým profilem umožňuje konstruktérům přidat připojení 5G do aplikací s omezeným prostorem, kde je vyžadováno zabezpečení, estetika a snadné použití.