При многолучевом распространении поляризация сигнала «вертится» довольно сильно, особенно когда лучей много. Тут все завязано на свойства отражающих поверхностей и пути сигнала.
Как а понимаю, в условиях многолучевого распортранения могут появиться сильные кросс-поляризационные компоненты которые могут сильно подпортить поляризационное разделение каналов.
Я бы так не сказал. Разделение каналов они не подпортят, просто оно будет выполнено несколько иначе, чем одна антенна передаёт один поток данных, а вторая — другой.
Спасибо за интересную информацию.
Уменьшаются габариты отдельного элемента, т.к. они завязаны на длину волны в диэлектрике. Таким образом, геометрически на единицу площади может поместиться больше элементов. При этом на характеристики решётки в целом влияет расстояние между элементами в единицах длины волны в свободном пространстве, а на него свойства подложки влиять не должны. Я не прав?
В случае MIMO 2x2 расстояние между элементами не играет существенной роли, т.к. предполагается разнесение потоков данных по поляризации ЭМВ, а не по лучу в пространстве. Обычно антенны точки доступа находятся под углом 90 градусов друг к другу.
Если говорить про разнесённый приём/передачу на одной поляризации в многолучевом канале, то тут важным фактором является пространственная корреляция между антеннами. Грубо — если в одной антенне сигнал пропал (неудачно сложились лучи), то во второй антенне он должен остаться. В этом случае расстояние между элементами следует выбирать больше, чем радиус пространственной корреляции. Значение этой величины зависит от условий функционирования системы. По некоторым прикидкам для пользователя системы мобильной связи это значение меньше длины волны, а для базовой станции — несколько длин волн.
В случае радаров или однолучевого канала все значительно проще. Условие на расстояние между элементами определяется из двух соображений:
1. Область предполагаемого положения цели должна находиться в области однозначности АР.
2. Дифракционники, если они есть, должны давиться ДН элементов.
Идеальный случай — 0.5λ. Но здесь ограничения на размеры элементов и волноводных трактов. Минимальное расстояние, что я встречал было 0.55λ, хотя это не совсем честно. В решётке было 2 строки узконаправленных по углу места элементов с периодом 1.1λ, сдвинутые друг относительно друга на 0.55λ. В проекции на горизонтальную плоскость получалась линейная эквидистантная решётка с указанным периодом.
Не знаю, можно ли как-то проще объяснять такие трудные штуки?
Мне очень помогли векторные аналогии, ими я и постарался оперировать при повествовании.
На каких частотах адекватно возможно создание антенных решеток, чтобы они:
1. умещались в корпус мобильного устройства?
2. умещались в корпус стандартной точки доступа, размером, скажем, 15x15 см?
Характерный размер решётки D = Nd, где обычно период d порядка длины волны λ (0.5 — 1.5). Располагать элементы ближе не имеет смысла по двум причинам:
1. Габариты и взаимное ЭМ влияние.
2. Получается маленькая апертура (широкий луч) и высокая пространственная корреляция сигнала в элементах (если говорить о борьбе с замираниями).
Итого получаем, для 2.4 ГГц (λ = 12.5 см) две антенны вдоль одной размерности, для 60ГГц (λ = 5 мм) — около 40-60 штук. Если позволяют габариты антенных элементов, то число антенн можно удвоить за счёт добавления элементов с ортогональной поляризацией.
В контексте цитаты подразумевалось SU-MIMO и MU-MIMO. В общем случае системы из нескольких антенн могут быть использованы не только для ведения направленной передачи, но, например, для изменения статистики замираний.
1. Вы правы. На рисунке отсутствует RF-часть. Сделано это преднамеренно, дабы не усложнять схему. Между антенной и АЦП/ЦАП безусловно должны присутствовать усилитель и полосовой фильтр. Если говорить про КВ диапазон, то можно цифровать сигнал без манипуляций с несущей частотой. Для более высоких диапазонов (например, 2.5 ГГц или 60 ГГц) подразумевается аналоговое преобразование несущей частоты перед оцифровкой сигнала.
2. Большая ширина лепестков на больших углах связана с нелинейностью преобразования обобщённого угла в реальный посредством sin(x). Представленные диаграммы построены для решёток с изотропными ДН. На практике используют направленные или слабо направленные элементы. Таким образом сигнал с крайних направлений «фильтруется» именно элементами АР.
Иначе, вообще, работать с такой антенной невозможно, боковая или тыльная ЭМ засветка небольшой мощности задушит любой полезный сигнал с основного лепестка.
Здесь Вы правы. Дифракционные лепестки в большинстве случаев это зло, и с ним нужно бороться.
Чтобы получить ответ на этот вопрос проще всего численно рассчитать ДН, подставив в общую формулу для фазирующего вектора желаемые координаты элементов. Если же мы хотим примерно прикинуть вид ДН, то тут можно попробовать «разделить слона на бифштексы». Иными словами, выделить подсистемы, поведение которых нам понятно, а потом оценить их взаимное влияние друг на друга.
Пример
Линейная антенная решётка с двумя периодами d1 = 0.5λ и d2 = 1λ. Расстояния между соседними элементами чередуются: d1,d2,d1,d2 и т.д. Пусть в решётке 20 элементов. Представим такую решётку как линейную эквидистантную с периодом (d1 + d2 = 1.5λ) и N = 10. Элементы «новой» решётки представляют собой «спарки» из двух элементов на расстояние d1. Полная ДН решётки является произведением ДН одного элемента и ДН решётки изотропных излучателей (допустим, что все «спарки» фазированы одинаково).
«Новая» решётка имеет область однозначности ±19.5 градусов и ширину главного максимума 3.4 градуса. Если главный максимум на нуле, то первые дифракционники будут лежать примерно на ±39 градусов (здесь есть ошибка из-за нелинейности sin на больших углах).
Теперь посмотрим, что из себя представляет «новый» элемент. Это пара антенн на расстоянии 0.5λ. Ширина главного лепестка такого «нового элемента» около 50-60 градусов (можно прикинуть через λ/D).
В итоге получаем как миннимум три максимума диаграммы направленности различной высоты с шириной около 3.4 градуса. Разница высот дифракционников по сравнению с главным максимумом более 3 дБ, т.к. дифракционники выходят за границы главного лепестка направленного элемента). Это все верно, если весовые коэффициенты единичные. Теперь можно подвигать двумя вещами: направленностью решётки и направленностью её элемента. Поворачивая ДН антенного элемента (фазируя спарки) можно «переключать» дифракционники, т.е. манипулировать их высотой. Внутри главного лепестка направленного элемента положение главного луча можно подвигать задавая различные набеги фаз между «спарками».
Я бы так не сказал. Разделение каналов они не подпортят, просто оно будет выполнено несколько иначе, чем одна антенна передаёт один поток данных, а вторая — другой.
Уменьшаются габариты отдельного элемента, т.к. они завязаны на длину волны в диэлектрике. Таким образом, геометрически на единицу площади может поместиться больше элементов. При этом на характеристики решётки в целом влияет расстояние между элементами в единицах длины волны в свободном пространстве, а на него свойства подложки влиять не должны. Я не прав?
В случае MIMO 2x2 расстояние между элементами не играет существенной роли, т.к. предполагается разнесение потоков данных по поляризации ЭМВ, а не по лучу в пространстве. Обычно антенны точки доступа находятся под углом 90 градусов друг к другу.
Если говорить про разнесённый приём/передачу на одной поляризации в многолучевом канале, то тут важным фактором является пространственная корреляция между антеннами. Грубо — если в одной антенне сигнал пропал (неудачно сложились лучи), то во второй антенне он должен остаться. В этом случае расстояние между элементами следует выбирать больше, чем радиус пространственной корреляции. Значение этой величины зависит от условий функционирования системы. По некоторым прикидкам для пользователя системы мобильной связи это значение меньше длины волны, а для базовой станции — несколько длин волн.
В случае радаров или однолучевого канала все значительно проще. Условие на расстояние между элементами определяется из двух соображений:
1. Область предполагаемого положения цели должна находиться в области однозначности АР.
2. Дифракционники, если они есть, должны давиться ДН элементов.
Идеальный случай — 0.5λ. Но здесь ограничения на размеры элементов и волноводных трактов. Минимальное расстояние, что я встречал было 0.55λ, хотя это не совсем честно. В решётке было 2 строки узконаправленных по углу места элементов с периодом 1.1λ, сдвинутые друг относительно друга на 0.55λ. В проекции на горизонтальную плоскость получалась линейная эквидистантная решётка с указанным периодом.
Мне очень помогли векторные аналогии, ими я и постарался оперировать при повествовании.
Характерный размер решётки D = Nd, где обычно период d порядка длины волны λ (0.5 — 1.5). Располагать элементы ближе не имеет смысла по двум причинам:
1. Габариты и взаимное ЭМ влияние.
2. Получается маленькая апертура (широкий луч) и высокая пространственная корреляция сигнала в элементах (если говорить о борьбе с замираниями).
Итого получаем, для 2.4 ГГц (λ = 12.5 см) две антенны вдоль одной размерности, для 60ГГц (λ = 5 мм) — около 40-60 штук. Если позволяют габариты антенных элементов, то число антенн можно удвоить за счёт добавления элементов с ортогональной поляризацией.
1. Вы правы. На рисунке отсутствует RF-часть. Сделано это преднамеренно, дабы не усложнять схему. Между антенной и АЦП/ЦАП безусловно должны присутствовать усилитель и полосовой фильтр. Если говорить про КВ диапазон, то можно цифровать сигнал без манипуляций с несущей частотой. Для более высоких диапазонов (например, 2.5 ГГц или 60 ГГц) подразумевается аналоговое преобразование несущей частоты перед оцифровкой сигнала.
2. Большая ширина лепестков на больших углах связана с нелинейностью преобразования обобщённого угла в реальный посредством sin(x). Представленные диаграммы построены для решёток с изотропными ДН. На практике используют направленные или слабо направленные элементы. Таким образом сигнал с крайних направлений «фильтруется» именно элементами АР.
Здесь Вы правы. Дифракционные лепестки в большинстве случаев это зло, и с ним нужно бороться.
«Новая» решётка имеет область однозначности ±19.5 градусов и ширину главного максимума 3.4 градуса. Если главный максимум на нуле, то первые дифракционники будут лежать примерно на ±39 градусов (здесь есть ошибка из-за нелинейности sin на больших углах).
Теперь посмотрим, что из себя представляет «новый» элемент. Это пара антенн на расстоянии 0.5λ. Ширина главного лепестка такого «нового элемента» около 50-60 градусов (можно прикинуть через λ/D).
В итоге получаем как миннимум три максимума диаграммы направленности различной высоты с шириной около 3.4 градуса. Разница высот дифракционников по сравнению с главным максимумом более 3 дБ, т.к. дифракционники выходят за границы главного лепестка направленного элемента). Это все верно, если весовые коэффициенты единичные. Теперь можно подвигать двумя вещами: направленностью решётки и направленностью её элемента. Поворачивая ДН антенного элемента (фазируя спарки) можно «переключать» дифракционники, т.е. манипулировать их высотой. Внутри главного лепестка направленного элемента положение главного луча можно подвигать задавая различные набеги фаз между «спарками».