ऐन्टेना लाभ और बीमफॉर्मिंग

1. एंटीना लाभ

एंटीना लाभएंटीना विकिरण पैटर्न की दिशा को मापने के लिए एक पैरामीटर है। उच्च-लाभ वाले एंटेना अधिमानतः विशिष्ट दिशाओं में सिग्नल प्रसारित करेंगे। ऐन्टेना का लाभ एक निष्क्रिय घटना है जिसमें ऐन्टेना द्वारा शक्ति नहीं जोड़ी जाती है, बल्कि अन्य आइसोट्रोपिक एंटेना द्वारा उत्सर्जित शक्ति की तुलना में एक दिशा में अधिक विकिरणित शक्ति प्रदान करने के लिए इसे पुनर्वितरित किया जाता है। लाभ को dBi और dBd में मापा जाता है:

1) डीबीआई: संदर्भ आइसोट्रोपिक एंटीना लाभ;

2) डीबीडी: द्विध्रुवीय एंटीना के लाभ को देखें।

व्यावहारिक इंजीनियरिंग में, संदर्भ के रूप में आइसोट्रोपिक रेडिएटर के बजाय अर्ध-तरंग द्विध्रुव का उपयोग किया जाता है। फिर लाभ (द्विध्रुव पर dB) dBd में दिया जाता है। dBd और dBi के बीच संबंध नीचे दिया गया है:

डीबीआई = डीबीडी + 2.15

लाभ का निर्धारण करते समय एंटीना डिजाइनरों को एंटीना की विशिष्ट अनुप्रयोग विशेषताओं पर विचार करना चाहिए:

1) उच्च-लाभ वाले एंटेना में लंबी दूरी और बेहतर सिग्नल गुणवत्ता के फायदे हैं, लेकिन उन्हें एक विशिष्ट दिशा में संरेखित किया जाना चाहिए;

2) कम लाभ वाले एंटेना की रेंज कम होती है, लेकिन एंटीना की दिशा अपेक्षाकृत बड़ी होती है।

2. किरण निर्माण

2.1 सिद्धांत और अनुप्रयोग

बीमफॉर्मिंग (जिसे बीमफॉर्मिंग या स्थानिक फ़िल्टरिंग के रूप में भी जाना जाता है) एक सिग्नल प्रोसेसिंग तकनीक है जो दिशात्मक तरीके से सिग्नल भेजने और प्राप्त करने के लिए सेंसर एरे का उपयोग करती है। चरण सरणी के मूल तत्वों के मापदंडों को समायोजित करके, बीमफॉर्मिंग तकनीक कुछ कोणों के संकेतों को चरण के हस्तक्षेप को प्राप्त करती है, और अन्य कोणों के संकेतों को उन्मूलन के हस्तक्षेप को प्राप्त करती है। बीमफॉर्मिंग का उपयोग ट्रांसमिटिंग सिरे और सिग्नल के प्राप्तकर्ता सिरे दोनों पर किया जा सकता है। सरल समझ शिखर से शिखर, शिखर से गर्त तक हो सकती है, जो शिखर से शिखर की दिशा में लाभ को बढ़ाएगी।

बीमफॉर्मिंग का अब व्यापक रूप से 5G एंटीना सरणियों में उपयोग किया जाता है, एंटेना निष्क्रिय उपकरण हैं, और 5G सक्रिय एंटेना उच्च-लाभ वाले बीमफॉर्मिंग को संदर्भित करते हैं। सामान्य इक्विफ़ेज़ में दो बिंदु स्रोतों का लाभ 3dB है, और 5G का एंटीना पोर्ट 64 से अधिक है, तो 5G प्रत्यक्षता का लाभ कितना है? बीमफॉर्मिंग की एक बड़ी विशेषता यह है कि चरण बदलते ही बीमफॉर्मिंग की दिशा बदल जाती है, इसलिए इसे मांग के अनुसार समायोजित किया जा सकता है।

जैसा कि पहले चित्र से देखा जा सकता है, जब मुख्य लोब उत्पन्न होता है, तो कई चोटियों के साथ एक ग्रिड लोब भी उत्पन्न होगा। ग्रिड लोब का आयाम मुख्य लोब के बराबर है, जिससे मुख्य लोब का लाभ कम हो जाएगा, जो एंटीना प्रणाली के लिए प्रतिकूल है। तो झंझरी लोब को कैसे हटाया जाए, वास्तव में, हम बीमफॉर्मिंग ---- चरण का मूल कारण जानते हैं। जब तक दो फीडरों के बीच की दूरी एक तरंग दैर्ध्य से कम है, और फीडर निरंतर आयाम और चरण में हैं, गेट लोब दिखाई नहीं देगा। फिर, जब फीडर अलग-अलग चरणों में होते हैं और फ़ीड-दूरी एक तरंग दैर्ध्य से कम और आधे तरंग दैर्ध्य से अधिक होती है, तो गेट लोब उत्पन्न होता है या नहीं, यह चरण विचलन डिग्री द्वारा निर्धारित किया जाता है। जब फ़ीड दूरी आधे तरंग दैर्ध्य से कम होती है, तो कोई गेट लोब उत्पन्न नहीं होता है। इसे नीचे दिए गए चित्र से समझा जा सकता है।

2.2 बीमफॉर्मिंग के लाभ

दो एंटीना प्रणालियों की तुलना करें और मान लें कि दोनों एंटेना द्वारा उत्सर्जित कुल ऊर्जा बिल्कुल समान है।

मामले 1 में, ऐन्टेना प्रणाली सभी दिशाओं में लगभग समान मात्रा में ऊर्जा विकीर्ण करती है। एंटीना के चारों ओर तीन यूईएस (उपयोगकर्ता उपकरण) लगभग समान मात्रा में ऊर्जा प्राप्त करेंगे, लेकिन अधिकांश ऊर्जा बर्बाद कर देंगे जो उन यूई को निर्देशित नहीं की जाती है।

मामले 2 में, विकिरण पैटर्न ("बीम") की सिग्नल शक्ति विशेष रूप से "बनाई" जाती है ताकि यूई की ओर निर्देशित विकिरणित ऊर्जा यूई के बाकी हिस्सों की ओर निर्देशित न होने की तुलना में अधिक मजबूत हो।

उदाहरण के लिए, 5G संचार में, विभिन्न एंटीना इकाइयों द्वारा प्रेषित संकेतों के आयाम और चरण (वजन) को समायोजित करके, भले ही उनके प्रसार पथ अलग-अलग हों, जब तक कि मोबाइल फोन तक पहुंचने पर चरण समान हो, सिग्नल सुपरपोजिशन एन्हांसमेंट का परिणाम प्राप्त किया जा सकता है, जो मोबाइल फोन पर सिग्नल को लक्षित करने वाले एंटीना सरणी के बराबर है। जैसा कि नीचे चित्र में दिखाया गया है:

2.3 बीम "गठन"

बीम बनाने का सबसे सरल तरीका कई एंटेना को एक सरणी में व्यवस्थित करना है। इन एंटीना तत्वों को संरेखित करने के कई तरीके हैं, लेकिन सबसे आसान तरीकों में से एक है एंटेना को एक रेखा के साथ संरेखित करना, जैसा कि निम्नलिखित उदाहरण में दिखाया गया है।

नोट: यह उदाहरण आरेख मैटलैब फेज़एरेएंटेना टूलबॉक्स द्वारा बनाया गया था।

किसी सरणी में तत्वों को व्यवस्थित करने का दूसरा तरीका तत्वों को द्वि-आयामी वर्ग में व्यवस्थित करना है, जैसा कि निम्नलिखित उदाहरण में दिखाया गया है।

अब एक अन्य द्वि-आयामी सरणी पर विचार करें जहां सरणी का आकार वर्ग नहीं है, जैसा कि नीचे दिखाया गया है। आप जो अंतर्ज्ञान प्राप्त कर सकते हैं वह यह है कि किरण अधिक तत्वों की धुरी के साथ अधिक संपीड़ित होती है।

2.4 बीमफॉर्मिंग तकनीक

बीमफॉर्मिंग हासिल करने के कई अलग-अलग तरीके हैं:

1) ऐरे एंटेना को स्विच करना: यह ऐन्टेना सिस्टम के ऐरे से चुनिंदा एंटेना को खोलकर/बंद करके बीम पैटर्न (विकिरण का रूप) को बदलने की एक तकनीक है।

2) डीएसपी-आधारित चरण प्रसंस्करण: यह प्रत्येक एंटीना से गुजरने वाले सिग्नल के चरण को बदलकर बीम ओरिएंटेशन पैटर्न (विकिरण का रूप) को बदलने की एक तकनीक है। डीएसपी के साथ, आप एक विशिष्ट बीम ओरिएंटेशन पैटर्न बनाने के लिए प्रत्येक एंटीना पोर्ट के सिग्नल चरण को अलग-अलग कर सकते हैं जो एक या अधिक विशिष्ट यूई के लिए सबसे अच्छा काम करता है।

3) प्रीकोडिंग द्वारा बीमफॉर्मिंग: यह एक ऐसी तकनीक है जो एक विशिष्ट प्रीकोडिंग मैट्रिक्स को लागू करके बीम ओरिएंटेशन पैटर्न (विकिरण रूप) को बदल देती है।