Bruke en kompakt 5G MIMO-antenne for optimal konnektivitet og estetikk

5G-nettverksdistribusjoner akselererer globalt for å gi raskere datahastigheter, økt kapasitet og sømløs konnektivitet. MIMO-antenneteknologien (MIMO – multiple-input multiple-output) er avgjørende for å oppfylle løftene til 5G, slik som parallelloverføring og -mottak av flere datastrømmer, forbedret spektral virkningsgrad og generell nettverksytelse.

Selv om det finnes mange antennealternativer, krever mange utrustninger små MIMO-lavprofilantenner som utviklere kan romme i systemer med begrenset plass eller plassere på diskrete steder i sikkerhetsutrustninger, boliger, detaljhandelenheter og andre bruksområder.

Denne artikkelen tar kort for seg utfordringene som konstruktører av små, smarte, batteridrevne enheter står overfor. Den introduserer deretter en kompakt 5G/4G MIMO-antenne fra Taoglas som oppfyller behovene til konstruktører, samtidig som den dekker et bredt spektralområde, gir global kompatibilitet og er brukervennlig.

Bruksområder og utfordringer for kompakte 5G MIMO-lavprofilantenner

Den diskrete installasjonen av små, lavprofilerte 5G MIMO-antenner kan tilby datahastighetene og dekningen som kreves i mange utrustninger. Utviklere av forbrukerelektronikk og sikkerhetssystemer ønsker å levere 5G-ytelse uten at det går på bekostning av estetikken. I transport- og industriutrustninger kan kompakte antenner eliminere den distraherende visuelle innflytelsen som større konvensjonelle antenner kan ha på kjøretøy- eller utstyrsoperatører. Kompakte antenner gjør det enklere for konstruktører å legge til 5G-konnektivitet i mindre, selvstendige utrustninger, for eksempel digital skilting, salgskiosker og nettverksenheter.

For utrustninger i industrielle prosessystemer og tingenes Internett (IoT – Internet of Things), kan konstruktører enkelt legge til små 5G MIMO-antenner for å gi 5G-nettverkskonnektivitet på eksterne steder eller fungere som alternativ backup-konnektivitet for eksisterende kommunikasjonsnettverk.

Bruken av flere antenner og den tilknyttede prosesseringen muliggjør multipleksing av individuelle datastrømmer for å forbedre forbindelsens pålitelighet og kompensere for signaltap slik at høye datahastigheter opprettholdes. MIMO-antenner motarbeider signalnedbrytning som skyldes høyt banetap i millimeterbølgekommunikasjon og flerveis-fading som forverres med små celledistribusjoner som ofte brukes i 5G-nettverk.

Selv om MIMO-teknologien gir mange fordeler, kommer den også med utfordringer forbundet med implementering. Disse utfordringene inkluderer å minimere gjensidig kobling og maksimere isolasjonen blant elementene i en MIMO-antenne for å sikre optimal strålingsytelse.

Tidligere MIMO-antenneutforminger håndterte disse utfordringene ved å øke den fysiske avstanden mellom antennene. Dette gjorde at brukerne måtte takle installasjonen av store antennesystemer. Etter hvert som konstruktører legger til rette for plassbegrensede installasjoner, blir den fysiske plassen for flere antenner i en MIMO-antennekonstruksjon mye mer begrenset. Som et resultat kommer virkninger som gjensidig kobling og redusert virkningsgrad tydeligere frem.

For å få bukt med disse utfordringene kreves nye tilnærminger som involverer mer avanserte materialer, frakoblingsmetoder, miniatyrisering og optimalisert bakkeplanutforming.

En enklere løsning for installasjon av 5G-antenner

Et utmerket eksempel på bruken av nye tilnærminger, er Taoglas sin MIMO-antenne i MA322.A.001 Comet-serien (figur 1). Denne enheten leverer 5G MIMO-ytelse i en puck-lignende lavprofilformfaktor som måler 80 x 18,1 millimeter (mm) og veier 113 gram (g).

Figur 1: MA322 5G MIMO-antennen er konstruert for enkel og diskret installasjon med magnetisk eller klebende montering, og den måler bare 80 x 18,1 mm. (Bildekilde: Taoglas)

MA322s formfaktor og vekt gjør det mulig å bruke den i utrustninger der store og tunge antenner ikke er praktiske eller ønskelige. Den er også konstruert for magnetisk eller klebende montering, noe som muliggjør 5G-konnektivitet i eksisterende utrustninger der borede monteringshull er uønsket. Dette kan omfatte bruksområder for beredskapspersonell og i utrykningskjøretøy som trenger oppgradert 5G-kommunikasjon. For å forenkle antennens tilkobling til brukerens utrustning, kommer hver MIMO 1- og 2-tilkobling i denne antennen med høyfrekvente Subminiatyrversjon A-kontakter (SMA – Subminiature version A) og en 2 meter (m) lang kabel med lavt tap.

Antennekabinettet er egnet for innendørs- eller utendørsinstallasjon, har et driftstemperaturområde fra –40 °C til +85 °C og er IP67-klassifisert, noe som gir støvtett beskyttelse og beskyttelse mot vanninntrengning når det er nedsenket i opptil 1 m vann. Kabinettet er produsert med akrylnitrilstyrenakrylat-plast (ASA – acrylonitrile styrene acrylate) for å gi den ultrafiolette (UV) stabiliteten som trengs for langvarige utendørsinstallasjoner. En separat 3M-skumpute er også inkludert, noe som muliggjør klebemontering på ikke-magnetiske overflater.

Antennen overholder EUs REACH-forskrifter (REACH – Registration, Evaluation, Authorisation, and Restriction of Chemicals) og RoHS-lovgivning (ROHS – Restriction of Hazardous Substances).

Høy ytelse med verdensomspennende støtte for mobilfrekvenser

MA322 er konstruert med to høyytelses 5G/4G-antenner, og støtter verdensomspennende 5G-mobilfrekvenser og 4G-, 3G- og 2G-bånd som går fra 617 megahertz (MHz) til 5925 MHz. Den gjør dette samtidig som den leverer ytelsesegenskaper som vanligvis mangler i små antenner.

MA322-antennen har lave returtap og en VSWR-spesifikasjonsverdi (VSWR – voltage standing wave ratio) på null, og den er virksom ved typiske virkningsgradnivåer for små antenner uten å ofre signalytelsen (figur 2).

Figur 2: En innovativ utforming gjør at MA322 kan levere virkningsgradnivåer som tidligere ikke kunne oppnås i puck-formede antenner med lignende størrelse. (Bildekilde: Taoglas)

MA322-antennen er konstruert for å oppfylle konstruktørens krav til kommunikasjon over lange avstander og demping, og den oppnår stabile toppforsterkningsnivåer (figur 3) og optimale rundstrålingsmønstre (figur 4) over hele driftsfrekvensområdet. Den maksimale spissforsterkningen er 4,2 desibel relativt til isotropisk (dBi), og driftsfrekvensområdet inkluderer 3550 MHz-frekvensbåndet, som ligger innenfor 5G-båndene som ofte brukes i USA og Europa.

Figur 3: MA322 oppfyller kravet til stabil toppforsterkning og oppnår en spesifisert maksimal toppforsterkning på 4,2 dBi. (Bildekilde: Taoglas)

Figur 4: MA322 tilbyr svært ensartede strålingsmønstre over driftsfrekvensområdet, inkludert ved 3550 MHz-frekvensbåndet som vises her. (Bildekilde: Taoglas)

MA322-antennen har stabil ytelse og er enkel å installere, og den gir konstruktører en bruksklar 5G-installasjonsløsning for et voksende utvalg av utrustninger.

Konklusjon

Tilgjengeligheten av mer avanserte materialer og konstruksjonsmåter har gjort det mulig å utvikle små MIMO-antenner fra Taoglas som kan oppnå forsterknings- og virkningsgradnivåene som kreves for 5G-drift. Denne kompakte lavprofilenheten gjør det mulig for konstruktører å integrere 5G-konnektivitet i utrustninger med begrenset plass der sikkerhet, estetikk og brukervennlighet er et krav.