Utiliser une antenne 5G MIMO compacte pour une connectivité et une esthétique optimales

Le déploiement des réseaux 5G s'accélère à l'échelle mondiale afin d'atteindre des débits de données plus rapides, une capacité accrue et une connectivité transparente. La technologie d'antenne à entrées multiples et sorties multiples (MIMO) est cruciale pour tenir les promesses de la 5G, notamment la transmission et la réception simultanées de plusieurs flux de données, l'amélioration du rendement spectral et les performances globales du réseau.

Bien qu'il existe de multiples options d'antennes, de nombreuses applications requièrent de petites antennes MIMO extra-plates que les concepteurs peuvent intégrer dans des systèmes à espace restreint ou placer dans des endroits discrets dans les applications résidentielles, de sécurité, de vente au détail et autres.

Cet article aborde brièvement les défis auxquels sont confrontés les concepteurs de dispositifs 5G discrets et compacts. Il présente ensuite une antenne 5G/4G MIMO compacte de Taoglas qui répond aux besoins des concepteurs tout en offrant une large couverture spectrale, une compatibilité mondiale et une grande facilité d'utilisation.

Applications et défis des antennes 5G MIMO compactes et extra-plates

L'installation discrète de petites antennes 5G MIMO extra-plates peut fournir la couverture et les débits de données requis dans de nombreuses applications. Les concepteurs de dispositifs électroniques grand public et de systèmes de sécurité souhaitent offrir les performances de la 5G sans compromettre l'esthétique. Dans les applications industrielles et de transports, les antennes compactes peuvent éliminer l'impact visuel gênant que les antennes classiques plus grandes peuvent avoir sur les opérateurs de véhicules ou d'équipements. Les antennes compactes permettent aux concepteurs d'ajouter plus facilement une connectivité 5G dans des applications plus petites et autonomes telles que la signalisation numérique, les kiosques de point de vente et les appareils électroménagers connectés.

Pour les applications dans les systèmes de processus industriels et l'Internet des objets (IoT), les concepteurs peuvent facilement ajouter de petites antennes 5G MIMO pour fournir une connectivité réseau 5G aux sites distants ou servir d'option de connectivité de secours pour les réseaux de communication existants.

L'utilisation de plusieurs antennes et le traitement associé permettent de multiplexer les flux de données individuels pour améliorer la fiabilité de la liaison et compenser la perte de signal afin de maintenir des débits de données élevés. Les antennes MIMO compensent la dégradation du signal due aux pertes de propagation élevées dans les communications à ondes millimétriques et l'évanouissement dû à la propagation par trajets multiples exacerbé par les déploiements de petites cellules largement utilisés dans les réseaux 5G.

Bien que la technologie MIMO offre des avantages significatifs, elle pose également des défis de mise en œuvre. Ces défis incluent la minimisation du couplage mutuel et la maximisation de l'isolement entre les éléments d'une antenne MIMO pour garantir des performances de rayonnement optimales.

Les conceptions d'antennes MIMO antérieures répondaient à ces problèmes en augmentant la distance physique entre les antennes. Les utilisateurs devaient alors faire face à l'installation de grands systèmes d'antennes. À mesure que les concepteurs cherchent à s'adapter aux installations à espace restreint, l'espace physique permettant de placer plusieurs antennes dans une conception d'antenne MIMO devient beaucoup plus limité. En conséquence, les effets tels que le couplage mutuel et un rendement réduit s'accentuent.

Pour relever ces défis, il faut adopter de nouvelles approches faisant appel à des matériaux plus avancés, à des méthodes de découplage, à la miniaturisation et à une conception optimisée du plan de masse.

Une solution plus simple pour l'installation d'une antenne 5G

L'antenne MIMO série MA322.A.001 Comet de Taoglas (Figure 1) est un excellent exemple de l'application de nouvelles approches. Ce dispositif offre des performances 5G MIMO dans un facteur de forme extra-plat circulaire mesurant 80 millimètres (mm) x 18,1 mm et pesant 113 grammes (g).

Figure 1 : Conçue pour être installée facilement et discrètement avec un montage magnétique ou adhésif, l'antenne 5G MIMO MA322 ne mesure que 80 mm x 18,1 mm. (Source de l'image : Taoglas)

Le facteur de forme et le poids de l'antenne MA322 permettent son utilisation dans des applications où des antennes grandes et lourdes ne sont pas pratiques ou souhaitées. L'antenne est également conçue pour un montage magnétique ou adhésif, offrant une connectivité 5G dans les applications existantes dans lesquelles il n'est pas souhaitable de percer des trous de montage. Ces applications incluent les véhicules des services d'urgence et des premiers intervenants qui nécessitent des communications 5G améliorées. Pour simplifier la connexion de l'antenne à l'application des utilisateurs, chacune des connexions MIMO 1 et 2 de cette antenne est fournie avec un câble à faible perte de 2 mètres (m) avec des connecteurs subminiatures haute fréquence version A (SMA).

Adapté à une installation en intérieur ou en extérieur, le boîtier d'antenne présente une plage de températures de fonctionnement de -40°C à +85°C et est répertorié IP67, ce qui lui confère une protection étanche à la poussière et une protection contre la pénétration d'eau en cas d'immersion jusqu'à 1 m de profondeur. Le boîtier est fabriqué en plastique acrylonitrile styrène acrylate (ASA) afin de garantir la stabilité aux ultraviolets (UV) requise pour les installations extérieures à long terme. Une pastille en mousse 3M séparée est également incluse, permettant le montage adhésif sur des surfaces non magnétiques.

L'antenne est conforme au règlement de l'Union européenne (UE) concernant l'enregistrement, l'évaluation et l'autorisation des substances chimiques et les restrictions applicables à ces substances (REACH), et à la législation européenne concernant la limitation de l'utilisation de certaines substances dangereuses (RoHS).

Hautes performances avec prise en charge des fréquences cellulaires mondiales

Conçu avec deux antennes 5G/4G hautes performances, le MA322 prend en charge les fréquences cellulaires 5G mondiales et les bandes 4G, 3G et 2G de 617 mégahertz (MHz) à 5925 MHz, tout en offrant les caractéristiques de performances qui font généralement défaut aux petites antennes.

Avec ses caractéristiques de faibles pertes par réflexion et sa valeur de spécification de rapport d'ondes stationnaires en tension (ROS) de zéro, l'antenne MA322 fonctionne aux niveaux de rendement typiques des petites antennes sans sacrifier les performances de signal (Figure 2).

Figure 2 : Grâce à une conception innovante, le MA322 atteint des niveaux de rendement jusqu'alors inaccessibles avec des antennes circulaires de taille similaire. (Source de l'image : Taoglas)

Conçue pour répondre aux exigences de communications longue portée et d'atténuation des pertes de propagation des concepteurs, l'antenne MA322 atteint des niveaux de gain de crête stables (Figure 3) et d'excellents diagrammes de rayonnement omnidirectionnel (Figure 4) sur toute sa plage de fréquences de fonctionnement. Son gain maximum est de 4,2 dBi et sa plage de fréquences de fonctionnement comprend la bande de fréquences de 3550 MHz, qui se situe dans les bandes 5G fréquemment utilisées aux États-Unis et en Europe.

Figure 3 : Le MA322 répond à la demande de gain de crête stable, atteignant un gain de crête maximum spécifié de 4,2 dBi. (Source de l'image : Taoglas)

Figure 4 : Le MA322 offre des diagrammes de rayonnement hautement uniformes sur toute sa plage de fréquences de fonctionnement, y compris sur la bande de fréquences de 3550 MHz illustrée ici. (Source de l'image : Taoglas)

Avec ses performances stables et sa facilité d'installation, l'antenne MA322 offre aux concepteurs une solution d'installation 5G pour un nombre croissant d'applications.

Conclusion

La disponibilité de matériaux et de méthodes de conception plus avancés a permis à Taoglas de développer des petites antennes MIMO capables d'atteindre les niveaux de gain et de rendement requis pour le fonctionnement 5G. Ces dispositifs compacts et extra-plats permettent aux concepteurs d'ajouter la connectivité 5G à des applications à espace restreint dans lesquelles la sécurité, l'esthétique et la facilité d'utilisation sont essentielles.