اینٹینا گین اور بیمفارمنگ

1. اینٹینا حاصل کرنا

اینٹینا حاصل کرنااینٹینا ریڈی ایشن پیٹرن کی ڈائریکٹیوٹی کو ماپنے کے لیے ایک پیرامیٹر ہے۔ زیادہ فائدہ حاصل کرنے والے اینٹینا ترجیحی طور پر مخصوص سمتوں میں سگنلز کو پھیلائیں گے۔ اینٹینا کا فائدہ ایک غیر فعال رجحان ہے جس میں اینٹینا کے ذریعہ طاقت شامل نہیں کی جاتی ہے، لیکن دوسرے آئسوٹروپک اینٹینا کے مقابلے میں ایک سمت میں زیادہ ریڈی ایٹ پاور فراہم کرنے کے لیے اسے دوبارہ تقسیم کیا جاتا ہے۔ فائدہ dBi اور dBd میں ماپا جاتا ہے:

1) dBi: حوالہ isotropic اینٹینا فائدہ؛

2) dBd: ڈوپول اینٹینا کے حصول کا حوالہ دیں۔

پریکٹیکل انجینئرنگ میں، ایک حوالہ کے طور پر ایک آاسوٹروپک ریڈی ایٹر کے بجائے نصف لہر والے ڈوپول کا استعمال کیا جاتا ہے۔ فائدہ (ڈپول پر ڈی بی) پھر ڈی بی ڈی میں دیا جاتا ہے۔ dBd اور dBi کے درمیان تعلق ذیل میں دیا گیا ہے:

dBi = dBd + 2.15

اینٹینا ڈیزائنرز کو فائدہ کا تعین کرتے وقت اینٹینا کی مخصوص درخواست کی خصوصیات پر غور کرنا چاہیے:

1) زیادہ فائدہ اٹھانے والے اینٹینا میں لمبی رینج اور بہتر سگنل کوالٹی کے فوائد ہوتے ہیں، لیکن انہیں ایک مخصوص سمت میں سیدھ میں ہونا ضروری ہے۔

2) کم حاصل کرنے والے اینٹینا کی رینج کی حد مختصر ہے، لیکن اینٹینا کی سمت نسبتاً بڑی ہے۔

2. بیمفارمنگ

2.1 اصول اور اطلاق

بیمفارمنگ (بیمفارمنگ یا مقامی فلٹرنگ کے نام سے بھی جانا جاتا ہے) ایک سگنل پروسیسنگ تکنیک ہے جو دشاتمک طریقے سے سگنل بھیجنے اور وصول کرنے کے لیے سینسر اریوں کا استعمال کرتی ہے۔ فیز سرنی کے بنیادی عناصر کے پیرامیٹرز کو ایڈجسٹ کرکے، بیمفارمنگ تکنیک کچھ زاویوں کے سگنلز کو فیز کی مداخلت حاصل کرتی ہے، اور دوسرے زاویوں کے سگنلز کو ختم کرنے کی مداخلت حاصل کرتے ہیں۔ بیمفارمنگ کو ٹرانسمیٹنگ اینڈ اور سگنل کے وصول کنندہ دونوں جگہوں پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ سادہ تفہیم چوٹی سے چوٹی، چوٹی سے گرت تک ہوسکتی ہے، جس سے چوٹی کے حصول کو چوٹی کی سمت تک بڑھایا جائے گا۔

بیمفارمنگ اب 5G اینٹینا اریوں میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتی ہے، انٹینا غیر فعال آلات ہیں، اور 5G ایکٹو اینٹینا زیادہ فائدہ حاصل کرنے والی بیمفارمنگ کا حوالہ دیتے ہیں۔ عام آلات میں دو نکاتی ذرائع کا فائدہ 3dB ہے، اور 5G کا اینٹینا پورٹ 64 سے زیادہ ہے، تو 5G ڈائریکٹیوٹی کا فائدہ کتنا ہے۔ بیم فارمنگ کی ایک بڑی خصوصیت یہ ہے کہ بیم فارمنگ کی سمت بدلتی ہے جیسے جیسے مرحلہ بدلتا ہے، اس لیے اسے مانگ کے مطابق ایڈجسٹ کیا جا سکتا ہے۔

جیسا کہ پہلی تصویر سے دیکھا جا سکتا ہے، جب مین لاب تیار ہو جائے گا، بہت سی چوٹیوں کے ساتھ ایک گرڈ لاب بھی تیار ہو جائے گا۔ گرڈ لوب کا طول و عرض مین لوب کے برابر ہے، جس سے مین لاب کا فائدہ کم ہو جائے گا، جو اینٹینا سسٹم کے لیے ناگوار ہے۔ تو گریٹنگ لوب کو کیسے ہٹایا جائے، درحقیقت، ہم بیمفارمنگ ---- فیز کی بنیادی وجہ جانتے ہیں۔ جب تک دو فیڈرز کے درمیان فاصلہ ایک طول موج سے کم ہے، اور فیڈرز مستقل طول و عرض اور مرحلے میں ہیں، گیٹ لوب ظاہر نہیں ہوگا۔ پھر، جب فیڈر مختلف مراحل میں ہوتے ہیں اور فیڈ کا فاصلہ ایک طول موج سے کم اور نصف طول موج سے زیادہ ہوتا ہے، چاہے گیٹ لاب پیدا ہوتا ہے، اس کا تعین فیز ڈیوی ایشن ڈگری سے ہوتا ہے۔ جب فیڈ کا فاصلہ نصف طول موج سے کم ہو تو کوئی گیٹ لوب پیدا نہیں ہوتا ہے۔ اسے نیچے دیے گئے خاکے سے سمجھا جا سکتا ہے۔

2.2 بیم فارمنگ کے فوائد

دو اینٹینا سسٹمز کا موازنہ کریں اور فرض کریں کہ دونوں انٹینا سے خارج ہونے والی کل توانائی بالکل یکساں ہے۔

کیس 1 میں، اینٹینا سسٹم تقریباً یکساں توانائی کو تمام سمتوں میں پھیلاتا ہے۔ اینٹینا کے ارد گرد تین UeS (صارف کا سامان) تقریباً اتنی ہی مقدار میں توانائی حاصل کریں گے، لیکن زیادہ تر توانائی ضائع کریں گے جو ان UEs کی طرف نہیں بھیجی گئی ہے۔

کیس 2 میں، ریڈی ایشن پیٹرن ("بیم") کی سگنل کی طاقت خاص طور پر "تشکیل" ہوتی ہے تاکہ UE کی طرف جانے والی تابکاری توانائی اس سے زیادہ مضبوط ہو جو اسے باقی UE کی طرف متوجہ نہیں کرتی ہے۔

مثال کے طور پر، 5G کمیونیکیشن میں، مختلف اینٹینا یونٹس کے ذریعے منتقل ہونے والے سگنلز کے طول و عرض اور فیز (وزن) کو ایڈجسٹ کرتے ہوئے، چاہے ان کے پھیلاؤ کے راستے مختلف ہوں، جب تک کہ موبائل فون تک پہنچنے کے وقت فیز ایک جیسا ہو، سگنل سپرپوزیشن بڑھانے کا نتیجہ حاصل کیا جا سکتا ہے، جو کہ موبائل فون کے اینٹینا کے سگنل کے برابر ہے۔ جیسا کہ ذیل کی تصویر میں دکھایا گیا ہے:

2.3 بیم "بنانا"

بیم بنانے کا سب سے آسان طریقہ یہ ہے کہ ایک صف میں متعدد اینٹینا ترتیب دیں۔ انٹینا عناصر کو سیدھ میں کرنے کے بہت سے طریقے ہیں، لیکن انٹینا کو ایک لائن کے ساتھ سیدھ میں کرنا سب سے آسان طریقہ ہے، جیسا کہ درج ذیل مثال میں دکھایا گیا ہے۔

نوٹ: یہ مثال کا خاکہ Matlab PhaseArrayAntenna ٹول باکس کے ذریعے بنایا گیا تھا۔

ایک صف میں عناصر کو ترتیب دینے کا دوسرا طریقہ یہ ہے کہ عناصر کو دو جہتی مربع میں ترتیب دیا جائے، جیسا کہ درج ذیل مثال میں دکھایا گیا ہے۔

اب ایک اور دو جہتی صف پر غور کریں جہاں صف کی شکل مربع نہیں ہے، جیسا کہ ذیل میں دکھایا گیا ہے۔ آپ جو بصیرت حاصل کر سکتے ہیں وہ یہ ہے کہ بیم مزید عناصر کے محور کے ساتھ زیادہ سکیڑتی ہے۔

2.4 بیمفارمنگ ٹیکنالوجی

بیمفارمنگ حاصل کرنے کے کئی مختلف طریقے ہیں:

1) ارے اینٹینا کو تبدیل کرنا: یہ ایک اینٹینا سسٹم کی صف سے اینٹینا کو منتخب طور پر کھولنے / بند کرکے بیم پیٹرن (تابکاری کی شکل) کو تبدیل کرنے کی ایک تکنیک ہے۔

2) ڈی ایس پی پر مبنی فیز پروسیسنگ: یہ ہر اینٹینا سے گزرنے والے سگنل کے مرحلے کو تبدیل کرکے بیم اورینٹیشن پیٹرن (تابکاری کی شکل) کو تبدیل کرنے کی ایک تکنیک ہے۔ ڈی ایس پی کے ساتھ، آپ ہر اینٹینا پورٹ کے سگنل فیز کو تبدیل کر کے ایک مخصوص بیم اوریئنٹیشن پیٹرن بنا سکتے ہیں جو ایک یا زیادہ مخصوص UEs کے لیے بہترین کام کرتا ہے۔

3) پری کوڈنگ کے ذریعے بیمفارمنگ: یہ ایک ایسی تکنیک ہے جو ایک مخصوص پری کوڈنگ میٹرکس کو لاگو کرکے بیم اورینٹیشن پیٹرن (تابکاری کی شکل) کو تبدیل کرتی ہے۔