O novo Large Antenna Positioning System (LAPS) do NIST usa dois braços robóticos para medir e testar antenas para aplicações como sistemas de comunicação avançados. Crédito:Burrus / NIST
Pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) continuam a ser pioneiros em novos métodos de medição de antenas, desta vez para os futuros sistemas de comunicação sem fio 5G.
O novo Large Antenna Positioning System (LAPS) do NIST tem dois braços robóticos projetados para posicionar antenas "inteligentes" ou adaptáveis, que pode ser montado em estações base que lidam com sinais de e para um grande número de dispositivos. Os futuros sistemas 5G operarão em frequências mais altas e oferecerão mais de 100 vezes a capacidade de transporte de dados dos telefones celulares de hoje, enquanto conecta bilhões de usuários de banda larga móvel em complexos, ambientes de sinal lotados.
Entre seus muitos recursos especiais, o LAPS pode testar transmissões de e para antenas localizadas em dispositivos móveis rápidos, que requer coordenação entre o tempo dos sinais de comunicação e o movimento do robô.
"Medições de sinais de antena são um ótimo uso para robótica, "O engenheiro eletrônico do NIST, Jeff Guerrieri, disse." Os braços robóticos fornecem o posicionamento da antena que seria restringido pelos sistemas de medição convencionais. "
Os pesquisadores do NIST ainda estão validando o desempenho do LAPS e apenas agora estão começando a introduzi-lo na indústria. O sistema foi descrito em uma conferência europeia na semana passada.
Os dispositivos móveis de hoje, como telefones celulares, sistemas de consumo Wi-Fi e rádios de segurança pública operam principalmente em frequências abaixo de 3 gigahertz (GHz), uma parte lotada do espectro. As comunicações móveis de última geração estão começando a usar as bandas de frequência mais abertas em comprimentos de onda milimétricos (30-300 GHz), mas esses sinais são facilmente distorcidos e têm maior probabilidade de serem afetados por barreiras físicas, como paredes ou edifícios. As soluções incluirão arranjos de antenas transmissoras com dezenas a centenas de elementos que concentram a potência da antena em um feixe orientável que pode rastrear dispositivos móveis.
Por décadas, O NIST foi o pioneiro no teste de antenas de ponta para radar, aeronave, comunicações e satélites. Agora, o LAPS ajudará a fomentar o desenvolvimento de sistemas 5G sem fio e de compartilhamento de espectro. O sistema de robô duplo também ajudará os pesquisadores a entender os problemas de interferência criados pela densidade cada vez maior do sinal.
A nova instalação é a próxima geração da Instalação de Antena Milimétrica Robótica Configurável do NIST (CROMMA), que tem um único braço robótico. CROMMA, desenvolvido no NIST, tornou-se uma ferramenta popular para medições de antenas de alta frequência. As empresas que integram sistemas de medição de antenas legados estão começando a usar braços robóticos em suas linhas de produtos, facilitando a transferência desta tecnologia para empresas como The Boeing Co.
O CROMMA pode medir apenas antenas fisicamente pequenas. O NIST desenvolveu o conceito LAPS de um sistema de braço robótico duplo, um robô em uma posição fixa e o outro montado em um grande trilho linear para acomodar antenas e estações base maiores. O sistema foi projetado e instalado pela NSI-MI Technologies. O LAPS também possui uma unidade de segurança, incluindo radar projetado para evitar colisões de robôs e antenas dentro do ambiente circundante, e para proteger os operadores.
Os recursos de medição do LAPS para sistemas 5G incluem geometrias de digitalização flexíveis, rastreamento de feixe de dispositivos móveis e maior precisão e repetibilidade em medições móveis.
O LAPS substituiu os scanners convencionais do NIST e será usado para realizar medições de campo próximo das propriedades básicas da antena para empresas aeroespaciais e de satélite que requerem calibrações precisas e verificação de desempenho. A técnica de campo próximo mede o sinal irradiado muito perto da antena em um ambiente controlado e, usando algoritmos matemáticos desenvolvidos no NIST, calcula o desempenho da antena em sua distância operacional, conhecido como campo distante.
Mas o objetivo final do LAPS é ter um desempenho dinâmico, testes over-the-air de futuros sistemas de comunicação 5G. A validação inicial mostra que a operação mecânica básica do LAPS está dentro das tolerâncias de projeto especificadas para testes estáticos e móveis de pelo menos 30 GHz. A validação final está em andamento.