منصة الرسائل والاطاريح: تصميم وبناء هوائي شريطي دقيق وفقًا لمتطلبات اتصال المركبات مع المحيط

الخلاصة

مع اكتساب أنظمة الاتصالات من المركبات إلى كل شيء (V2X) أهمية كبيرة، أصبح الطلب على هوائيات موثوقة وعالية الأداء يمكنها العمل عبر نطاقات تردد متعددة أمرًا بالغ الأهمية. تتطلب تقنية V2X، التي تمكن المركبات من التواصل مع بعضها البعض والبنية التحتية والأجهزة الأخرى، اتصالاً سلسًا في كل من شبكات 4G Long-Term Evolution (LTE) الحالية (3.3 جيجاهرتز إلى 4.2 جيجاهرتز) وشبكات 5G New Radio (NR) الناشئة (نطاقات أقل من 6 جيجاهرتز). ومع ذلك، فإن التحديات المرتبطة بهوائيات اتصالات V2X تكافح لتوفير عرض نطاق ترددي كافٍ (نطاق 1 جيجاهرتز عمومًا)، ومكسب مرتفع (يتراوح عادةً من 3 ديسيبل إلى 7 ديسيبل للتطبيق المطلوب لهوائيات المركبات)، والكفاءة (نسبة الأمام إلى الخلف حوالي 10 ديسيبل أو أعلى)، والأداء اللازم لهذه التطبيقات في نطاق يتراوح عادةً بين 1-3 كيلومترات، وخاصة في البيئات الحضرية حيث يكون التداخل وتدهور الإشارة منتشرًا. لذلك، تم تحديد الاستراتيجية التالية في المراحل أدناه: أولاً، تم تصميم ومحاكاة وتصنيع هوائي رقعة AVA ثنائي القاعدة من طبقتين لنطاقي 5G NR n78 وn96. بعد البدء بحسابات AVA النظرية، تم إنتاج الشكل النهائي للتصميم من خلال مراعاة احتياجات 5G NR. تم استخدام برنامج محاكاة CST-MW للتحقق من التصميم النهائي وتحسينه. باستخدام العناصر الطفيلية، يسعى الهوائي إلى تحسين المكسب والاتجاهية وعرض النطاق الترددي ومطابقة المعاوقة. يعمل داخل قبة رادار زعانف القرش منخفضة الارتفاع عند 3.7 جيجاهرتز (نطاق n78) و6.5 جيجاهرتز (نطاق n96)، وهي ترددات حرجة لمتطلبات IoV (إنترنت المركبات). يتم اختيار ركيزة AVA صلبة ثنائية القاعدة للاستقرار الميكانيكي، على عكس الركائز المرنة، مما يضمن عدم تأثير اهتزازات المركبة على أداء الهوائي. تضمن استراتيجية التصميم هذه أداءً موثوقًا به. ثانيًا، من أجل زيادة فعالية الهوائي وإمكانية الاستشعار، تم اقتراح تصميم جديد يتمتع بميزات التصميم الأول مع اختلاف في تقنية التغذية. تم تصميم واختبار تصميم جديد لمغذي رباعي الدائرة (TCS) لتعزيز مكسب هوائي فيفالدي التقليدي (CVA) عبر نطاقات متعددة، بما في ذلك n77 وn78 وn79 وn46 لـ 5G-NR وLTE-4G (أو WLAN). يستخدم الهوائي، المدمج عند 76 × 46 × 0.78 مم³، ركيزة صلبة للاستقرار على المركبات، مما يضمن المتانة الميكانيكية والاتساق في الأداء على الرغم من الاهتزازات. من أجل تحقيق مكسب عالي ونطاق ترددي واسع، يستخدم ابتكار التصميم هذا تقنية تغذية من ثلاث خطوات، تبدأ بـ CVA. تم تصميمه لتلبية متطلبات التردد الصارمة للتطبيقات اللاسلكية المعاصرة ومُحسَّن لأنظمة الاتصالات V2X. علاوة على ذلك، تم تحميل بيانات المعلمات عبر الخدمة السحابية من أجل تحليل معلمات البيانات التي تم جمعها من الهوائي المقترح. أخيرًا، تم تصميم هوائي المصفوفة من شرائح دقيقة باستخدام تغذية TCS للاستخدام في تطبيقات V2X مع الالتزام بمواصفات 5G NR. تجعل تقنية نمط هوائي المصفوفة من السهل توجيه الإشعاع في هذا التصميم؛ تم تحسين التصميم النهائي وتأكيده. باستخدام مجموعة متنوعة من السيناريوهات، تم فحص الهوائي باستخدام برنامج محاكاة CST-MW لتأكيد توجيه الفص الرئيسي لعملية هوائي المصفوفة. علاوة على ذلك، تم فحص الهوائي المقترح ونمذجته في بيئة تفاعلية كانت مطابقة تقريبًا للواقع وفقًا لمواصفات التصميم النهائية. يحقق هذا النهج تغطية النطاق المستخدم ضمن 5G NR و 4G LTE، حيث تم تصميم الهوائي المقترح الأول للمركبات ضمن النطاق المزدوج n78 و n96، وكشفت النتائج عن تغطية الترددات من 2.94 جيجاهرتز - 5.42 جيجاهرتز و 6.13 جيجاهرتز - 7.11 جيجاهرتز بمكسب 5.2 ديسيبل و 7.3 ديسيبل على التوالي، وبالتالي تغطية 206٪ و 98٪ من نطاقي n78 و n96 على التوالي. بالإضافة إلى ذلك، وصلت نسبة F/B إلى 16.94 ديسيبل. ومن ناحية أخرى، تم تصميم الهوائي الثاني ليتناسب مع متطلبات تصميم الهوائي الأول ذو النطاق العريض للغاية وليتناسب مع هوائيات المصفوفة، حيث تم تحقيق نطاق تردد التغطية من 3.3 جيجا هرتز - 6.5 جيجا هرتز وضمن مكسب 7.9 ديسيبل، وبالتالي تغطية شاملة لتردد المركبة، وضمان خدمات 5G و4G أيضًا، ورفع نسبة F/B بمقدار 17.31 ديسيبل. وبالتالي، تم تصميم هوائي مصفوفة بناءً على أحدث تصميم وتم دراسته في بيئة تفاعلية، وبالتالي تحقيق تغطية من 3.3 جيجا هرتز - 6.5 جيجا هرتز بأقصى مكسب 40.9 ديسيبل ونسبة F/B بمقدار 18 ديسيبل.