Använd en kompakt MIMO-antenn för 5G för optimal uppkoppling och estetik

Utbyggnaden av 5G-nätverk ökar globalt för att ge snabbare datahastigheter, ökad kapacitet och sömlös uppkoppling. Antenntekniken MIMO (Multiple Input Multiple Output) är avgörande för att kunna uppfylla 5G:s löften, inklusive samtidig sändning och mottagning av flera dataströmmar, förbättrad spektral effektivitet och övergripande nätprestanda.

Även om det finns många antennalternativ kräver många tillämpningar små, MIMO-antenner med låg profil som konstruktörer kan passa in i system med begränsat utrymme eller på diskreta platser i tillämpningar inom säkerhet, bostäder, butiker och andra typer av tillämpningar.

Artikeln diskuterar kortfattat de utmaningar som konstruktörer av små, diskreta 5G-enheter ställs inför. Därefter presenteras en kompakt MIMO-antenn för 5G/4G från Taoglas som uppfyller konstruktörernas behov samtidigt som den har bred spektrumtäckning, global kompatibilitet och är enkel att använda.

Tillämpningar och utmaningar för kompakta MIMO-antenner med låg profil för 5G

En diskret installation av små, MIMO-antenner med låg profil för 5G kan ge den datahastighet och täckning som krävs i många tillämpningar. Konstruktörer av konsumentelektronik och säkerhetssystem vill leverera prestanda för 5G utan att kompromissa med estetiken. I transport- och industritillämpningar kan kompakta antenner eliminera den distraherande visuella påverkan som större konventionella antenner kan ha på förare av fordon eller utrustning. Kompakta antenner gör det lättare för konstruktörer att lägga till 5G-anslutningar i mindre, fristående tillämpningar som t.ex. digital skyltning, kassakiosker och nätverksutrustning.

För tillämpningar i system för industriella processer och Internet of Things (IoT) kan konstruktörer enkelt lägga till små MIMO-antenner för 5G för att tillhandahålla anslutningar via 5G-nätet på avlägsna platser eller som ett reservalternativ i befintliga kommunikationsnätverk.

Användningen av flera antenner och tillhörande bearbetning gör det möjligt att multiplexera enskilda dataströmmar för att förbättra länkens tillförlitlighet och kompensera för signalförluster så att höga datahastigheter bibehålls. MIMO-antenner motverkar signalförsämring på grund av höga förluster i signalvägen vid kommunikation med millimetervåg och försämring till följd av flera signalvägar som förvärras vid små cellutbyggnader som ofta används i 5G-nätverk.

Även om MIMO-tekniken har betydande fördelar innebär den även utmaningar vid implementeringen. Utmaningarna omfattar minimering av ömsesidig koppling och maximering av isolering mellan elementen i en MIMO-antenn för att garantera optimal strålningsprestanda.

Tidigare konstruktioner av MIMO-antenner löste dessa problem genom att öka det fysiska avståndet mellan antennerna. Det medförde att användare fick ta hand om installationen av stora antennsystem. När konstruktörer försöker tillgodose utrymmesbegränsade installationer blir det fysiska utrymmet för att placera flera antenner i en konstruktion med MIMO-antenner mycket mer begränsat. Till följd av detta, blir effekter som ömsesidig koppling och minskad effektivitet mer uttalade.

För att klara dessa utmaningar krävs nya metoder med mer avancerade material, avkopplingsmetoder, miniatyrisering och optimerad utformning av jordplanet.

En enklare lösning vid installation av 5G-antenner

Ett utmärkt exempel på tillämpningen av nya metoder är MIMO-antennen MA322.A.001 i Comet-serien från Taoglas (figur 1). Enheten har MIMO-prestanda för 5G i ett puckliknande format med låg profil i måtten 80 x 18,1 mm, och vikten 113 g.

Figur 1: MIMO-antennen MA322 för 5G är konstruerad för att enkelt och diskret kunna installeras med magnetisk eller självhäftande montering och har måtten 80 x 18,1 mm. (Bildkälla: Taoglas

Formatet och vikten på MA322 gör att den kan användas i tillämpningar där stora och tunga antenner inte är praktiska eller önskvärda. Den är även utformad för magnetisk eller självhäftande montering, för att ge 5G-anslutningar i befintliga tillämpningar där borrade monteringshål inte är önskvärda. Det handlar bland annat om tillämpningar som räddningstjänst och utryckningsfordon som behöver uppgraderad 5G-kommunikation. För att förenkla anslutningen av antennen till användarens tillämpning levereras respektive MIMO 1- och 2-anslutningar på antennen med en två meter lång kabel med låga förluster och SMA-kontakter (subminiature version A) för höga frekvenser.

Antennens hölje är lämpligt för inom- eller utomhusinstallation, har ett drifttemperaturområde på -40 °C till +85 °C och är IP67-klassificerad, vilket skyddar mot inträngning av damm och vatten vid nedsänkning i upp till en meter vatten. Höljet är tillverkat av ASA-plast (akrylnitrilstyrenakrylat) för att ge den ultravioletta (UV) stabilitet som krävs för långsiktiga utomhusinstallationer. En separat skumdyna från 3M medföljer också, för att möjliggöra självhäftande montering på icke-magnetiska ytor.

Antennen uppfyller Europeiska unionens (EU) REACH-förordningar (Registrering, utvärdering, godkännande och begränsning av kemikalier) samt EU:s RoHS-bestämmelser (begränsning av farliga ämnen).

Hög prestanda med stöd för mobilfrekvenser i hela världen

MA322 är utrustad med två högeffektiva antenner för 5G/4G och har stöd för 5G-mobilfrekvenser i hela världen samt 4G-, 3G- och 2G-band från 617 till 5925 MHz. Den har det samtidigt som den ger prestandaegenskaper som vanligtvis saknas i små antenner.

Antennen MA322 har låga returförluster och ett VSWR-värde (Voltage Standing Wave Ratio) på noll, vilket innebär att den arbetar med typiska effektivitetsnivåer för små antenner utan att signalprestandan försämras (figur 2).

Figur 2: En innovativ konstruktion gör att MA322 kan ge effektivitetsnivåer som tidigare inte uppnåtts med puckformade antenner av liknande storlek. (Bildkälla: Taoglas

Antennen MA322 är konstruerad för att uppfylla kraven på långdistanskommunikation och reducering av förluster i signalvägarna, och ger stabila toppförstärkningsnivåer (figur 3) samt utmärkta rundstrålande strålningsdiagram (figur 4) i hela frekvensområdet. Dess maximala toppförstärkning är 4,2 dBi och dess driftfrekvensområde omfattar frekvensbandet 3550 MHz, som ligger inom de 5G-band som ofta används i USA och Europa.

Figur 3: MA322 uppfyller kraven på stabil toppförstärkning och uppnår en specificerad maximal toppförstärkning på 4,2 dBi. (Bildkälla: Taoglas

Figur 4: MA322 har mycket enhetliga strålningsmönster i hela sitt frekvensområde, inklusive frekvensbandet 3550 MHz som visas här. (Bildkälla: Taoglas

Med sin stabila prestanda och enkla installation erbjuder antennen MA322 konstruktörer en färdig lösning för 5G-installationer i ett ökande antal tillämpningar.

Sammanfattning

Tillgången till mer avancerade material och konstruktionsmetoder har gjort det möjligt att utveckla små MIMO-antenner från Taoglas som kan uppnå de nivåer av förstärkning och effektivitet som krävs för 5G-drift. Denna kompakta enhet med låg profil gör det möjligt för konstruktörer att lägga till 5G-anslutningar i tillämpningar med begränsat utrymme där säkerhet, estetik och användarvänlighet krävs.