యాంటెన్నా లాభం మరియు బీమ్‌ఫార్మింగ్

1. యాంటెన్నా లాభం

యాంటెన్నా లాభంయాంటెన్నా రేడియేషన్ నమూనా యొక్క డైరెక్టివిటీని కొలవడానికి ఒక పరామితి. అధిక-లాభం కలిగిన యాంటెనాలు నిర్దిష్ట దిశల్లో సిగ్నల్‌లను ప్రసరింపజేస్తాయి. యాంటెన్నా యొక్క లాభం అనేది ఒక నిష్క్రియాత్మక దృగ్విషయం, దీనిలో యాంటెన్నా ద్వారా శక్తి జోడించబడదు, కానీ ఇతర ఐసోట్రోపిక్ యాంటెన్నాలు విడుదల చేసే దానికంటే ఒక దిశలో ఎక్కువ రేడియేటెడ్ శక్తిని అందించడానికి పునఃపంపిణీ చేయబడుతుంది. లాభం dBi మరియు dBdలో కొలుస్తారు:

1) dBi: సూచన ఐసోట్రోపిక్ యాంటెన్నా లాభం;

2) dBd: ద్విధ్రువ యాంటెన్నా యొక్క లాభాలను సూచించండి.

ప్రాక్టికల్ ఇంజనీరింగ్‌లో, ఐసోట్రోపిక్ రేడియేటర్‌కు బదులుగా హాఫ్-వేవ్ డైపోల్ సూచనగా ఉపయోగించబడుతుంది. లాభం (డైపోల్‌పై dB) అప్పుడు dBdలో ఇవ్వబడుతుంది. dBd మరియు dBi మధ్య సంబంధం క్రింద ఇవ్వబడింది:

dBi = dBd + 2.15

యాంటెన్నా డిజైనర్లు లాభాన్ని నిర్ణయించేటప్పుడు యాంటెన్నా యొక్క నిర్దిష్ట అప్లికేషన్ లక్షణాలను తప్పనిసరిగా పరిగణించాలి:

1) అధిక-లాభం కలిగిన యాంటెన్నాలు సుదూర శ్రేణి మరియు మెరుగైన సిగ్నల్ నాణ్యత యొక్క ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంటాయి, కానీ తప్పనిసరిగా నిర్దిష్ట దిశలో సమలేఖనం చేయబడాలి;

2) తక్కువ-లాభం కలిగిన యాంటెన్నాల పరిధి చిన్నది, కానీ యాంటెన్నా యొక్క దిశ సాపేక్షంగా పెద్దది.

2. బీమ్ఫార్మింగ్

2.1 సూత్రం మరియు అప్లికేషన్

బీమ్‌ఫార్మింగ్ (బీమ్‌ఫార్మింగ్ లేదా స్పేషియల్ ఫిల్టరింగ్ అని కూడా పిలుస్తారు) అనేది సిగ్నల్ ప్రాసెసింగ్ టెక్నిక్, ఇది డైరెక్షనల్ పద్ధతిలో సిగ్నల్‌లను పంపడానికి మరియు స్వీకరించడానికి సెన్సార్ శ్రేణులను ఉపయోగిస్తుంది. దశ శ్రేణి యొక్క ప్రాథమిక మూలకాల యొక్క పారామితులను సర్దుబాటు చేయడం ద్వారా, బీమ్‌ఫార్మింగ్ టెక్నిక్ కొన్ని కోణాల సంకేతాలను దశ యొక్క జోక్యాన్ని పొందేలా చేస్తుంది మరియు ఇతర కోణాల సంకేతాలు తొలగింపు యొక్క జోక్యాన్ని పొందుతాయి. సిగ్నల్ యొక్క ప్రసార ముగింపు మరియు స్వీకరించే ముగింపు రెండింటిలోనూ బీమ్‌ఫార్మింగ్‌ను ఉపయోగించవచ్చు. సరళమైన అవగాహన శిఖరం నుండి శిఖరం వరకు, శిఖరం నుండి ట్రఫ్ వరకు ఉంటుంది, ఇది శిఖరం యొక్క లాభాలను గరిష్ట దిశకు పెంచుతుంది.

బీమ్‌ఫార్మింగ్ ఇప్పుడు 5G యాంటెన్నా శ్రేణులలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతోంది, యాంటెనాలు నిష్క్రియ పరికరాలు మరియు 5G క్రియాశీల యాంటెనాలు అధిక-లాభం గల బీమ్‌ఫార్మింగ్‌ను సూచిస్తాయి. సాధారణ ఈక్విఫేస్‌లో రెండు పాయింట్ సోర్స్‌ల లాభం 3dB, మరియు 5G యొక్క యాంటెన్నా పోర్ట్ 64 కంటే ఎక్కువగా ఉంది, కాబట్టి 5G డైరెక్టివిటీ యొక్క లాభం ఎంత. బీమ్‌ఫార్మింగ్ యొక్క గొప్ప లక్షణం ఏమిటంటే, బీమ్‌ఫార్మింగ్ యొక్క దిశ దశ మారినప్పుడు మారుతుంది, కాబట్టి దీనిని డిమాండ్‌కు అనుగుణంగా సర్దుబాటు చేయవచ్చు.

మొదటి బొమ్మ నుండి చూడగలిగినట్లుగా, ప్రధాన లోబ్ ఉత్పత్తి చేయబడినప్పుడు, అనేక శిఖరాలతో కూడిన గ్రిడ్ లోబ్ కూడా ఉత్పత్తి చేయబడుతుంది. గ్రిడ్ లోబ్ యొక్క వ్యాప్తి ప్రధాన లోబ్‌తో సమానంగా ఉంటుంది, ఇది యాంటెన్నా సిస్టమ్‌కు అననుకూలమైన ప్రధాన లోబ్ యొక్క లాభాలను తగ్గిస్తుంది. కాబట్టి గ్రేటింగ్ లోబ్‌ను ఎలా తొలగించాలి, వాస్తవానికి, బీమ్‌ఫార్మింగ్ ---- దశకు మూల కారణం మనకు తెలుసు. రెండు ఫీడర్‌ల మధ్య దూరం ఒక తరంగదైర్ఘ్యం కంటే తక్కువగా ఉండి, ఫీడర్‌లు స్థిరమైన వ్యాప్తిలో మరియు దశలో ఉన్నంత వరకు, గేట్ లోబ్ కనిపించదు. అప్పుడు, ఫీడర్‌లు వేర్వేరు దశల్లో ఉన్నప్పుడు మరియు ఫీడ్-దూరం ఒక తరంగదైర్ఘ్యం కంటే తక్కువ మరియు సగం తరంగదైర్ఘ్యం కంటే ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, గేట్ లోబ్ ఉత్పత్తి చేయబడుతుందా అనేది దశ విచలనం డిగ్రీ ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది. ఫీడ్ దూరం సగం తరంగదైర్ఘ్యం కంటే తక్కువగా ఉన్నప్పుడు, గేట్ లోబ్ ఉత్పత్తి చేయబడదు. ఇది క్రింది రేఖాచిత్రం నుండి అర్థం చేసుకోవచ్చు.

2.2 బీమ్ఫార్మింగ్ యొక్క ప్రయోజనాలు

రెండు యాంటెన్నా వ్యవస్థలను సరిపోల్చండి మరియు రెండు యాంటెన్నాల ద్వారా విడుదలయ్యే మొత్తం శక్తి సరిగ్గా ఒకే విధంగా ఉంటుందని భావించండి.

కేసు 1లో, యాంటెన్నా వ్యవస్థ అన్ని దిశలలో దాదాపు ఒకే మొత్తంలో శక్తిని ప్రసరిస్తుంది. యాంటెన్నా చుట్టూ ఉన్న మూడు UeS (యూజర్ ఎక్విప్‌మెంట్) దాదాపు అదే మొత్తంలో శక్తిని అందుకుంటుంది, అయితే ఆ UEలకు మళ్లించబడని చాలా శక్తిని వృధా చేస్తుంది.

2వ సందర్భంలో, రేడియేషన్ నమూనా ("బీమ్") యొక్క సిగ్నల్ బలం ప్రత్యేకంగా "ఏర్పడుతుంది", తద్వారా UE వైపు మళ్లించబడిన రేడియేటెడ్ శక్తి మిగిలిన UE వైపు మళ్లించబడని దానికంటే బలంగా ఉంటుంది.

ఉదాహరణకు, 5G ​​కమ్యూనికేషన్‌లో, వివిధ యాంటెన్నా యూనిట్‌ల ద్వారా ప్రసారం చేయబడిన సిగ్నల్‌ల వ్యాప్తి మరియు దశ (బరువు) సర్దుబాటు చేయడం ద్వారా, వాటి ప్రచార మార్గాలు భిన్నంగా ఉన్నప్పటికీ, మొబైల్ ఫోన్‌ను చేరుకున్నప్పుడు దశ ఒకే విధంగా ఉన్నంత వరకు, సిగ్నల్ సూపర్‌పొజిషన్ మెరుగుదల ఫలితాన్ని సాధించవచ్చు, ఇది మొబైల్ ఫోన్ సిగ్నల్ శ్రేణిలో ఉన్న యాంటెన్నా శ్రేణికి సమానం. దిగువ చిత్రంలో చూపిన విధంగా:

2.3 బీమ్ "ఫార్మింగ్"

బీమ్‌ను రూపొందించడానికి సులభమైన మార్గం బహుళ యాంటెన్నాలను శ్రేణిలో అమర్చడం. ఈ యాంటెన్నా ఎలిమెంట్‌లను సమలేఖనం చేయడానికి అనేక మార్గాలు ఉన్నాయి, అయితే కింది ఉదాహరణలో చూపిన విధంగా యాంటెన్నాలను లైన్‌లో అమర్చడం సులభతరమైనది.

గమనిక: ఈ ఉదాహరణ రేఖాచిత్రం Matlab PhaseArrayAntenna టూల్‌బాక్స్ ద్వారా సృష్టించబడింది.

శ్రేణిలోని మూలకాలను అమర్చడానికి మరొక మార్గం ఏమిటంటే, కింది ఉదాహరణలో చూపిన విధంగా మూలకాలను ద్విమితీయ చతురస్రంలో అమర్చడం.

ఇప్పుడు క్రింద చూపిన విధంగా శ్రేణి ఆకారం చతురస్రంగా లేని మరో ద్విమితీయ శ్రేణిని పరిగణించండి. మీరు పొందగలిగే అంతర్బుద్ధి ఏమిటంటే, పుంజం మరిన్ని మూలకాల అక్షం వెంట మరింత కుదించబడుతుంది.

2.4 బీమ్‌ఫార్మింగ్ టెక్నాలజీ

బీమ్‌ఫార్మింగ్ సాధించడానికి అనేక మార్గాలు ఉన్నాయి:

1) శ్రేణి యాంటెన్నాలను మార్చడం: యాంటెన్నా సిస్టమ్ యొక్క శ్రేణి నుండి యాంటెన్నాలను ఎంపిక చేసి తెరవడం/మూసివేయడం ద్వారా బీమ్ నమూనాను (రేడియేషన్ రూపం) మార్చడానికి ఇది ఒక సాంకేతికత.

2) DSP-ఆధారిత దశ ప్రాసెసింగ్: ఇది ప్రతి యాంటెన్నా గుండా సిగ్నల్ యొక్క దశను మార్చడం ద్వారా బీమ్ ఓరియంటేషన్ నమూనాను (రేడియేషన్ రూపం) మార్చడానికి ఒక సాంకేతికత. DSPతో, మీరు ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ నిర్దిష్ట UEలకు ఉత్తమంగా పనిచేసే నిర్దిష్ట బీమ్ ఓరియంటేషన్ నమూనాను రూపొందించడానికి ప్రతి యాంటెన్నా పోర్ట్ యొక్క సిగ్నల్ దశను మార్చవచ్చు.

3) ప్రీకోడింగ్ ద్వారా బీమ్‌ఫార్మింగ్: ఇది నిర్దిష్ట ప్రీకోడింగ్ మ్యాట్రిక్స్‌ని వర్తింపజేయడం ద్వారా బీమ్ ఓరియంటేషన్ నమూనాను (రేడియేషన్ రూపం) మార్చే సాంకేతికత.