6-2017

Antennen

Antennen Verlustleistungsabwägungen beim 5G-Antennenaufbau Um die versprochene 1000fache Zunahme der Bandbreite bei 5G-Mobilfunknetzen zu erzielen, müssen umfangreiche MIMO- Funktechniken zum Einsatz kommen, um deren Kapazität zu erhöhen – so wie es bereits bei WiFi der Fall ist. Bild 1: Phasenverschiebung im Analogbereich für eine 5G-Antennenanordnung (Bilder: AMPLEON) 5G-Basistationen müssen in der Lage sein, komplexe Antennenanordnungen anzusteuern, die mehrere Signalstrahlen bilden können, um einen Benutzer über unterschiedliche Signalwege zu erreichen – selbst in signalstreuenden Umgebungen. Am Standort des Benutzers verstärken sich die Signale all dieser Pfade, um genügend Signalenergie zu liefern und hohe Datenraten zu erzielen. Der Aufbau dieser Systeme ist komplex, und diese Komplexität ist teuer bei der Umsetzung und während des Betriebs (hoher Energieverbrauch). Dies wird Netzbetreiber und Endgerätehersteller nicht erfreuen. Bei der Entwicklung müssen daher Kompromisse hinsichtlich der Komplexität, Leistungsfähigkeit, des Energieverbrauchs und der Kosten eingegangen werden. Das Problem der Phasenverschiebung Das Hauptproblem ist, dass die Strahlformung, die das Herzstück der 5G-MIMO-Technik ist, eine Phasenverschiebung der Signale beinhaltet, die eine Anordnung von Elementen innerhalb eines Antennenarrays ansteuert. Dies kann im Analogbereich durchgeführt werden, indem der Sendedatenstrom durch die Zahl der im Antennenarray vorhanden Elemente geteilt wird, und dann eine Phasenverschiebung bei jedem Teilelement angewendet wird (Bild 1). Dies funktioniert zwar – allerdings können nur ein Datenstrom verarbeitet und ein Signalstrahl erzeugt werden. Die digitale Strahlformung (Bild 2) kann mehrere Datenströme verarbeiten und mehrere Strahlen mit einem Array erzeugen: jedes Element des Antennenarrays weist dafür einen eigenen Transceiver und einen Satz von Datenwandlern auf. Die höhere Komplexität digitaler Strahlformtechniken - im Vergleich zu analogen Techniken - führt zu einem höheren Energieverbrauch, der verringert werden muss, um die Umweltbelastung, den Kühlbedarf und die Betriebskosten der Basisstation zu senken. Kühlung eines Antennenarrays – eine Komplettlösung Als Beispiel betrachten wir eine 4x4-Antennenanordnung, die mit 30 GHz arbeitet. Die Antennenelemente sind eine halbe Wellenlänge voneinander entfernt, d.h. 5 mm. Bei einer digitalen Strahlformung muss jedes Element der Anordnung zwei DACs (jeweils einen für I und Q), zwei ADCs, Rik Jos Fellow RF Technology Ampleon www.ampleon.com Bild 2: Grundlegende Architektur eines digitalen Strahlformungsarrays 8 hf-praxis 6/2017

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