Gebruik een compacte 5G MIMO-antenne voor optimale connectiviteit en esthetiek

5G-netwerken worden wereldwijd steeds sneller uitgerold voor hogere datasnelheden, meer capaciteit en naadloze connectiviteit. Multiple-input multiple-output (MIMO) antennetechnologie is cruciaal voor het waarmaken van de beloften van 5G, zoals gelijktijdige transmissie en ontvangst van meerdere gegevensstromen, verbeterde spectrale efficiëntie en algemene netwerkprestaties.

Hoewel er veel antenneopties bestaan, vereisen veel toepassingen kleine MIMO-antennes met een laag profiel die ontwerpers in systemen met beperkte ruimte kunnen plaatsen of op onopvallende locaties in beveiliging, woningen, winkels en andere toepassingen.

Dit artikel bespreekt kort de uitdagingen waarmee ontwerpers van kleine en discrete 5G-apparaten worden geconfronteerd. Vervolgens wordt een compacte 5G/4G MIMO-antenne van Taoglas geïntroduceerd die voldoet aan de behoeften van ontwerpers en tegelijkertijd een breed spectrumbereik, wereldwijde compatibiliteit en gebruiksgemak biedt.

Toepassingen en uitdagingen voor compacte, laagprofiel 5G MIMO-antennes

De discrete installatie van kleine, laagprofiel 5G MIMO-antennes kan de gegevenssnelheden en dekking bieden die in veel toepassingen nodig zijn. Ontwerpers van consumentenelektronica en beveiligingssystemen willen 5G-prestaties leveren zonder afbreuk te doen aan de esthetiek. In transport- en industriële toepassingen kunnen compacte antennes de afleidende visuele impact elimineren die grotere conventionele antennes kunnen hebben op bestuurders van voertuigen of apparatuur. Met compacte antennes kunnen ontwerpers gemakkelijker 5G-connectiviteit toevoegen in kleinere, op zichzelf staande toepassingen zoals digital signage, kiosken en netwerkapparaten.

Voor toepassingen in industriële processystemen en het Internet of Things (IoT) kunnen ontwerpers eenvoudig kleine 5G MIMO-antennes toevoegen om 5G-netwerkconnectiviteit te bieden voor afgelegen locaties of om als back-up te dienen voor bestaande communicatienetwerken.

Door het gebruik van meerdere antennes en de bijbehorende verwerking kunnen individuele gegevensstromen worden gemultiplexed om de betrouwbaarheid van de verbinding te verbeteren en signaalverlies te compenseren om hoge gegevenssnelheden te behouden. MIMO-antennes gaan signaaldegradatie tegen als gevolg van hoge wegverliezen in millimetergolfcommunicatie en multipadfading die nog verergerd wordt door de inzet van kleine cellen die veel gebruikt worden in 5G-netwerken.

Hoewel MIMO-technologie aanzienlijke voordelen biedt, brengt het ook uitdagingen met zich mee op het gebied van implementatie. Deze uitdagingen omvatten het minimaliseren van de onderlinge koppeling en het maximaliseren van de isolatie tussen de elementen van een MIMO-antenne om optimale stralingsprestaties te garanderen.

Eerdere MIMO-antenneontwerpen pakten deze problemen aan door de fysieke afstand tussen de antennes te vergroten. Hierdoor werden gebruikers geconfronteerd met de installatie van grote antennesystemen. Omdat ontwerpers op zoek zijn naar ruimtebesparende installaties, wordt de fysieke ruimte voor het plaatsen van meerdere antennes in een MIMO-antenneontwerp veel beperkter. Hierdoor worden effecten zoals onderlinge koppeling en verminderde efficiëntie meer uitgesproken.

Om deze uitdagingen te overwinnen zijn nieuwe benaderingen nodig met geavanceerdere materialen, ontkoppelingsmethoden, miniaturisatie en een geoptimaliseerd ontwerp van de grondplaat.

Een eenvoudigere oplossing voor de installatie van 5G-antennes

Een uitstekend voorbeeld van de toepassing van nieuwe benaderingen is de Taoglas MA322.A.001 Comet-serie MIMO-antenne (Afbeelding 1). Dit apparaat levert 5G MIMO-prestaties in een puck-achtige, vormfactor met laagprofiel van 80 x 18,1 millimeter (mm) en weegt 113 gram (g).

Afbeelding 1: De MA322 5G MIMO-antenne is ontworpen om eenvoudig en discreet te worden geïnstalleerd met magnetische of zelfklevende montage en meet slechts 80 x 18,1 mm. (Bron afbeelding: Taoglas)

De vormfactor en het gewicht van de MA322 maken het gebruik ervan mogelijk in toepassingen waar grote en zware antennes niet praktisch of gewenst zijn. Het is ook ontworpen voor magnetische of zelfklevende montage, waardoor 5G-connectiviteit mogelijk is in bestaande toepassingen waar geboorde montagegaten ongewenst zijn. Hieronder vallen toepassingen zoals eerstehulpverleners en voertuigen van hulpdiensten die verbeterde 5G-communicatie nodig hebben. Om de aansluiting van de antenne op de toepassing van de gebruiker te vereenvoudigen, wordt elk van de MIMO 1- en 2-aansluitingen van deze antenne geleverd met een kabel met laag verlies van 2 meter (m) met hoogfrequente subminiatuur versie A-connectors (SMA).

De antennebehuizing, die geschikt is voor installatie binnen of buiten, heeft een bedrijfstemperatuurbereik van -40 °C tot 85 °C en is IP67-geclassificeerd, wat stofdichte bescherming en bescherming tegen binnendringend water biedt bij onderdompeling tot 1 m water. De behuizing is gemaakt van acrylonitril styreenacrylaat (ASA) kunststof om de ultraviolette (UV) stabiliteit te bieden die nodig is voor langdurige buiteninstallaties. Er wordt ook een aparte 3M-schuimpad meegeleverd voor zelfklevende montage op niet-magnetische oppervlakken.

De antenne voldoet aan de regelgeving van de Europese Unie (EU) inzake Registratie, Evaluatie, Autorisatie en Beperking van Chemicaliën (REACH) en de EU-wetgeving inzake Beperking van Gevaarlijke Stoffen (RoHS).

Hoge prestaties met wereldwijde ondersteuning voor cellulaire frequenties

De MA322 is ontworpen met twee krachtige 5G/4G-antennes en ondersteunt wereldwijde 5G cellulaire frequenties en 4G-, 3G- en 2G-banden van 617 megahertz (MHz) tot 5925 MHz. Dit gebeurt met prestatiekenmerken die gewoonlijk ontbreken bij kleine antennes.

Met zijn lage retourverlieskarakteristieken en VSWR-specificatiewaarde (Voltage Standing Wave Ratio) van nul werkt de MA322-antenne op nominale efficiëntieniveaus voor kleine antennes zonder dat dit ten koste gaat van de signaalprestaties (Afbeelding 2).

Afbeelding 2: Dankzij een innovatief ontwerp kan de MA322-efficiëntieniveaus leveren die voorheen onbereikbaar waren voor puckvormige antennes van vergelijkbare grootte. (Bron afbeelding: Taoglas)

De MA322-antenne is ontworpen om te voldoen aan de eisen van ontwerpers op het gebied van communicatie over lange afstanden en de beperking van wegverliezen, en bereikt stabiele piekversterkingsniveaus (Afbeelding 3) en uitstekende omnidirectionele stralingspatronen (Afbeelding 4) over het gehele werkfrequentiebereik. De maximale piekversterking is 4,2 decibel ten opzichte van isotroop (dBi) en het werkfrequentiebereik omvat de 3550 MHz frequentieband, die binnen de veelgebruikte 5G-banden in de Verenigde Staten en Europa ligt.

Afbeelding 3: De MA322 voldoet aan de vraag naar stabiele piekversterking en bereikt een gespecificeerde maximale piekversterking van 4,2 dBi. (Bron afbeelding: Taoglas)

Afbeelding 4: De MA322 biedt zeer uniforme stralingspatronen over het hele frequentiebereik, ook in de frequentieband van 3550 MHz die hier is afgebeeld. (Bron afbeelding: Taoglas)

Met zijn stabiele prestaties en eenvoudige installatie biedt de MA322-antenne ontwerpers een kant-en-klare 5G-installatieoplossing voor een groeiend aantal toepassingen.

Conclusie

De beschikbaarheid van meer geavanceerde materialen en ontwerpmethoden heeft de ontwikkeling mogelijk gemaakt van kleine MIMO-antennes van Taoglas die de niveaus van versterking en efficiëntie kunnen bereiken die nodig zijn voor 5G-werking. Met dit compacte apparaat met laag profiel kunnen ontwerpers 5G-connectiviteit toevoegen aan toepassingen met beperkte ruimte waar beveiliging, esthetiek en gebruiksgemak vereist zijn.