5G في متناولنا ، مع توقع الهواتف الذكية الأولى دعم 5G في السوق في عام 2019. يعد الوعد بالسرعة الأعلى للاتصال بمعدلات بيانات عالية ووقت استجابة أقل للتفاعل في الوقت الحقيقي مغريًا للمستخدمين. لن يوفر هذا المزيج فقط تنسيقات الفيديو الجديدة مثل الفيديو بزاوية 360 درجة (من المتوقع أن تمثل حركة مرور الفيديو 73٪ من جميع حركة بيانات الهاتف المحمول بحلول عام 2023) ، ولكنها ستمكن أيضًا التقنيات الجديدة مثل القيادة الذاتية أو التفاعل المعزز أو الواقع الافتراضي ، و إنترنت ملموس مع تطبيقات في مجالات تتراوح من أتمتة الصناعة وأنظمة النقل إلى الرعاية الصحية والتعليم والألعاب.
لطالما كان تصميم الهوائي للهواتف المحمولة موضوعًا صعبًا بالنسبة للمهندسين ، كما أن تصميم الهوائيات لدعم نطاقات التردد 5G الجديدة سيزيد من العائق. هناك نطاقان للتردد هما الأكثر أهمية: نطاق التردد 1 لاتصالات النطاق الفرعي GHz 6 ونطاق التردد 2 للاتصالات بترددات الموجات المليمترية (mm) فوق 24 GHz. لا تزال بعض النطاقات قيد المناقشة ، وستختلف تسميات التردد الدقيقة جغرافيًا. سيركز الاندماج الأولي للهاتف المحمول على الهوائيات الفرعية GHz 6 ، مع الأخذ في الاعتبار دعم موجة mm لتوفير روابط النطاق العريض للمنازل أو غيرها من البنية التحتية الثابتة في البداية ، قبل أن تجد طريقها إلى الهواتف المحمولة في المستقبل القريب أيضًا.
تحديات التصميم
تلعب المحاكاة دورًا أساسيًا في تصميم الهوائيات بشكل عام ، وخاصةً لتصميم الهوائيات المخصصة للغاية والمصممة بشكل فردي والموجودة في الأجهزة المحمولة المدمجة. التحديات في نطاقي التردد مختلفة ، على الرغم.
هوائيات فرعية 6 جيجاهرتز
يجب تصميم الهوائيات الفرعية 6 جيجاهرتز في سياق الهاتف المحمول المدمج ، لتناسب أي مساحة متاحة بين جميع المكونات الأخرى التي يتم تعبئتها بكثافة في عامل الشكل المحدد من قبل فريق التصميم. بالطبع ليس المطلوب هوائيات قادرة على 5G فقط. سيتم استخدام 5G جنبًا إلى جنب مع قنوات الاتصال الحالية 4G و 3G و Wi-Fi. يؤدي ذلك إلى زيادة عدد الهوائيات التي سيتم دمجها في الهاتف ، خاصة وأن معظم هذه المعايير تتضمن أيضًا دعم تشغيل متعدد الهوائي للإدخال الضخم للإدخال الضخم (MIMO). حتى إذا كانت العناصر الفردية يمكن أن تلبي معايير مختلفة في وقت واحد ، فسيظل هناك حاجة لإسكان ما لا يقل عن ستة هوائيات.
لا تعمل الهوائيات فقط باعتبارها "هوائيات" قائمة بذاتها بالمعنى التقليدي ، ولكن هناك تفاعل قوي مع باقي الهاتف. من المهم فهم السلوك الرناني للهاتف نظرًا لأن الهوائي يربط الطاقة بالرنين الطبيعي للهاتف. هذه تعتمد بشدة على التكوين الدقيق للهيكل الداخلي ، والذي يمكن أن يتغير خلال دورات التصميم.
يعد الوضع الأمثل للهوائيات في الهاتف ، وكذلك بالنسبة لبعضها البعض ، أمرًا بالغ الأهمية لأدائها. ستؤدي تغييرات الموضع لبضعة مليمترات إلى إحداث فرق بين نظام جيد الأداء وضعف الأداء. يجب أن يكون مهندسو الهوائي قادرين على الاستجابة بسرعة لتغييرات التصميم. إن الوصول الفوري إلى أوصاف تغيير التصميم ، وسير العمل الفعال لإعداد نموذج المحاكاة ، وبالطبع خوارزميات المحاكاة الفعالة ، كلها أمور بالغة الأهمية إذا تم تحقيق تصميمات جيدة للهوائي ضمن قيود الوقت الضيقة لدورة تصميم جهاز قصيرة.
اعرف المزيد: شاهد الندوة الإلكترونية حسب الطلب ، تصميم 5G Antenna Design للهواتف المحمولة
مم هوائيات الأمواج
سيتطلب الطلب المتزايد على حركة البيانات المتنقلة اتصال الموجة مم لتكملة MIMO الضخمة 6 جيجا هرتز. إن البحث عن دمج هوائي الموجة mm في الأجهزة المحمولة جار بشكل جيد. إن الحجم المادي الصغير للهوائيات عند 28 غيغاهرتز أو أعلى يجعل استخدام المصفوفات المدمجة بالرقاقة - التي غالبًا ما تحتوي على أربعة عناصر - خيارًا مثيرًا للاهتمام. تتمتع هذه الهوائيات بكسب كبير وتدعم حزم متعددة ، وبالتالي تعالج أهداف التصميم لتوفير رابط بيانات عالي الجودة في جميع الاتجاهات حول الهاتف.
لا يرتبط تصميم الهوائي في هذه الحالة بإحكام بهيكل الهاتف ككل كما هو الحال في الترددات المنخفضة. وبدلاً من ذلك ، يصبح التحدي هو دمج الهوائي في الجهاز خلف غطاء ، والذي لم يعد عند ترددات الموجة النحيفة رقيقًا كهربائيًا وبالتالي يكون له تأثير كبير على الأداء الإشعاعي للهوائي. التقنيات المستخدمة لتصميم الرادوم في صناعة الطيران تجد التطبيق هنا. يمكن دمج الهوائيات بكفاءة خلف الأغطية البلاستيكية أو الزجاجية من خلال هندسة هندسة الغطاء للعمل محليًا كعدسة ، وحتى خلف الأغطية المعدنية من خلال تضمين النوافذ الكهرومغناطيسية ، ربما بناءً على مبادئ تصميم الأسطح الانتقائية للتردد (FSS). يعمل هذا النهج على تحسين نمط الإشعاع بشكل كبير وتحسين سلوك المسح.
موازنة الأداء والسلامة
بالنسبة لأي معدات يتم استخدامها في المنطقة المجاورة مباشرة لشخص ما ، فإن ضمان سلامة المستخدم له أهمية قصوى. يجب استيفاء معايير إصدار الشهادات لتعرض البشر للمجالات المشعة قبل طرح المنتج في السوق. عند ترددات تحت GHz 6 ، تنطبق معايير معدل الامتصاص النوعي (SAR) الحالي. عند ترددات الموجة مم ، يكون الاختراق الميداني لجسم الإنسان صغيرًا جدًا. تنعكس معظم الطاقة ، ومعظم المجال الذي يدخل الجسم يتبدد في حدود 3 مم من السطح ، لذلك لا يعتبر SAR مقياسًا مناسبًا للتعرض البشري. بدلاً من ذلك ، يُقترح قياس تدفق الطاقة على الأسطح على مسافة معينة من الجهاز.
استنتاج
قريبًا ، سيصل الهاتف بوقت اتصال منخفض ومعدل بيانات مرتفع. تعد الهوائيات ذات الأداء العالي عناصر تمكين رئيسية لضمان ارتباط اتصال مستمر عالي الجودة. تتطلب الموازنة بين الامتثال للأداء والسلامة وضع نماذج دقيقة للهاتف والمستخدم ، ليس فقط الكهرومغناطيسي ولكن عبر التخصصات المادية.
تعليقات
إرسال تعليق