I ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST) continuano a sperimentare nuovi metodi di misurazione dell'antenna, questa volta per i futuri sistemi di comunicazione wireless 5G.

Il nuovo Large Antenna Positioning System (LAPS) del NIST ha due bracci robotici progettati per posizionare antenne "intelligenti" o adattabili, che può essere montato su stazioni base che gestiscono segnali da e verso un numero enorme di dispositivi. I futuri sistemi 5G funzioneranno a frequenze più elevate e offriranno una capacità di trasporto dati oltre 100 volte superiore ai cellulari di oggi, connettendo miliardi di utenti di banda larga mobile in complessi, ambienti di segnale affollati.

Tra le sue numerose capacità speciali, i LAPS possono testare le trasmissioni da e verso antenne situate su dispositivi mobili in rapido movimento, che richiede il coordinamento tra i tempi dei segnali di comunicazione e il movimento del robot.

"Le misurazioni dei segnali dell'antenna sono di grande utilità per la robotica, " Jeff Guerrieri, ingegnere elettronico del NIST, ha affermato. "I bracci robotici forniscono un posizionamento dell'antenna che sarebbe vincolato dai sistemi di misurazione convenzionali".

I ricercatori del NIST stanno ancora convalidando le prestazioni del LAPS e solo ora stanno iniziando a introdurlo nell'industria. Il sistema è stato descritto in una conferenza europea la scorsa settimana.

I dispositivi mobili di oggi come telefoni cellulari, i sistemi Wi-Fi dei consumatori e le radio di pubblica sicurezza operano principalmente a frequenze inferiori a 3 gigahertz (GHz), una parte affollata dello spettro. Le comunicazioni mobili di nuova generazione stanno iniziando a utilizzare le bande di frequenza più aperte a lunghezze d'onda millimetriche (30-300 GHz), ma questi segnali sono facilmente distorti e hanno maggiori probabilità di essere influenzati da barriere fisiche come muri o edifici. Le soluzioni includeranno array di antenne trasmittenti con decine o centinaia di elementi che concentrano la potenza dell'antenna in un raggio orientabile in grado di tracciare i dispositivi mobili.

Per decenni, Il NIST è stato il pioniere della sperimentazione di antenne di fascia alta per radar, aereo, comunicazioni e satelliti. Ora, i LAPS contribuiranno a promuovere lo sviluppo di sistemi wireless 5G e di condivisione dello spettro. Il sistema a doppio robot aiuterà anche i ricercatori a comprendere i problemi di interferenza creati dalla densità del segnale in continua crescita.

La nuova struttura è la prossima generazione della struttura CROMMA (Configurable Robotic Millimeter-Wave Antenna) del NIST, che ha un solo braccio robotico. CROMA, sviluppato al NIST, è diventato uno strumento popolare per le misurazioni dell'antenna ad alta frequenza. Le aziende che integrano i sistemi di misurazione dell'antenna legacy stanno iniziando a utilizzare bracci robotici nelle loro linee di prodotti, facilitando il trasferimento di questa tecnologia ad aziende come The Boeing Co.

CROMMA può misurare solo antenne fisicamente piccole. Il NIST ha sviluppato il concetto LAPS di un sistema a doppio braccio robotico, un robot in posizione fissa e l'altro montato su un grande binario di scorrimento lineare per ospitare antenne e stazioni base più grandi. Il sistema è stato progettato e installato da NSI-MI Technologies. Il LAPS ha anche un'unità di sicurezza, compreso il radar progettato per prevenire collisioni di robot e antenne nell'ambiente circostante, e per tutelare gli operatori.

Le capacità di misurazione di LAPS per i sistemi 5G includono geometrie di scansione flessibili, tracciamento del raggio di dispositivi mobili e maggiore precisione e ripetibilità nelle misurazioni mobili.

Il LAPS ha sostituito gli scanner convenzionali del NIST e sarà utilizzato per eseguire misurazioni in campo vicino delle proprietà di base dell'antenna per le aziende aerospaziali e satellitari che richiedono calibrazioni precise e verifica delle prestazioni. La tecnica del campo vicino misura il segnale irradiato molto vicino all'antenna in un ambiente controllato e, utilizzando algoritmi matematici sviluppati al NIST, calcola le prestazioni dell'antenna alla sua distanza operativa, noto come il campo lontano.

Ma l'obiettivo finale per i GIRI è quello di eseguire dinamiche, test via etere dei futuri sistemi di comunicazione 5G. La convalida iniziale mostra che il funzionamento meccanico di base del LAPS rientra nelle tolleranze di progettazione specificate per i test fissi e in movimento ad almeno 30 GHz. La convalida finale è in corso.