Dan ix-xogħol jipproponi antenna ta 'medda wiesgħa ta' metasuperfiċje (MS) integrata ta 'multi-input multiplu-output (MIMO) għal sistemi ta' komunikazzjoni mingħajr fili tal-ħames ġenerazzjoni (5G) ta 'sotto-6 GHz. In-novità ovvja tas-sistema MIMO proposta hija l-wisa 'tal-frekwenza operattiva wiesgħa tagħha, qligħ għoli, clearances interkomponenti żgħar, u iżolament eċċellenti fi ħdan il-komponenti MIMO. Il-post tar-radjazzjoni tal-antenna huwa maqtugħ b'mod dijagonali, parzjalment ertjat, u l-metauċuħ jintużaw biex itejbu l-prestazzjoni tal-antenna. L-antenna MS waħda integrata prototip proposta għandha dimensjonijiet minjatura ta '0.58λ × 0.58λ × 0.02λ. Ir-riżultati tas-simulazzjoni u tal-kejl juru prestazzjoni ta 'medda wiesgħa minn 3.11 GHz sa 7.67 GHz, inkluż l-ogħla qligħ miksub ta' 8 dBi. Is-sistema MIMO b'erba 'elementi hija ddisinjata sabiex kull antenna tkun ortogonali ma' xulxin filwaqt li żżomm daqs kompatt u prestazzjoni ta 'medda wiesgħa minn 3.2 sa 7.6 GHz. Il-prototip MIMO propost huwa ddisinjat u fabbrikat fuq sottostrat Rogers RT5880 b'telf baxx u dimensjonijiet minjaturizzati ta '1.05? 1.05? 0.02?, u l-prestazzjoni tagħha hija evalwata bl-użu tal-firxa proposta tar-resonatur taċ-ċirku magħluq kwadru b'ċirku maqsum 10 x 10. Il-materjal bażiku huwa l-istess. Il-metasurface tal-backplane proposta tnaqqas b'mod sinifikanti r-radjazzjoni ta 'wara tal-antenna u timmanipula kampi elettromanjetiċi, u b'hekk ittejjeb il-bandwidth, il-qligħ u l-iżolament tal-komponenti MIMO. Meta mqabbla ma 'antenni MIMO eżistenti, l-antenna MIMO ta' 4 ports proposta tikseb qligħ għoli ta '8.3 dBi b'effiċjenza ġenerali medja ta' sa 82% fil-medda 5G sub-6 GHz u hija fi qbil tajjeb mar-riżultati mkejla. Barra minn hekk, l-antenna MIMO żviluppata turi prestazzjoni eċċellenti f'termini ta 'koeffiċjent ta' korrelazzjoni tal-pakkett (ECC) ta 'inqas minn 0.004, gwadann ta' diversità (DG) ta 'madwar 10 dB (> 9.98 dB) u iżolament għoli bejn komponenti MIMO (> 15.5 dB ). karatteristiċi. Għalhekk, l-antenna MIMO proposta bbażata fuq MS tikkonferma l-applikabilità tagħha għal netwerks ta 'komunikazzjoni 5G sub-6 GHz.
It-teknoloġija 5G hija avvanz inkredibbli fil-komunikazzjoni mingħajr fili li se tippermetti netwerks aktar mgħaġġla u aktar siguri għal biljuni ta 'apparat konness, tipprovdi esperjenzi tal-utent b'latenza "żero" (latenza ta' inqas minn millisekonda), u tintroduċi teknoloġiji ġodda, inkluża l-elettronika. Kura medika, edukazzjoni intellettwali. , bliet intelliġenti, djar intelliġenti, realtà virtwali (VR), fabbriki intelliġenti u l-Internet tal-Vetturi (IoV) qed ibiddlu ħajjitna, is-soċjetà u l-industriji1,2,3. Il-Kummissjoni Federali tal-Komunikazzjonijiet tal-Istati Uniti (FCC) taqsam l-ispettru 5G f'erba 'meded ta' frekwenza4. Il-medda ta' frekwenza taħt is-6 GHz hija ta' interess għar-riċerkaturi minħabba li tippermetti komunikazzjonijiet fuq distanzi twal b'rati ta' data għolja5,6. L-allokazzjoni tal-ispettru 5G sub-6 GHz għal komunikazzjonijiet 5G globali tidher fil-Figura 1, li tindika li l-pajjiżi kollha qed jikkunsidraw spettru sub-6 GHz għall-komunikazzjonijiet 5G7,8. L-antenni huma parti importanti min-netwerks 5G u se jeħtieġu aktar stazzjon bażi u antenni terminali tal-utent.
L-antenni tal-garża Microstrip għandhom il-vantaġġi ta 'rqiq u struttura ċatta, iżda huma limitati f'wisa' ta 'frekwenza u gain9,10, tant saret riċerka biex tiżdied il-qligħ u l-wisa' tal-frekwenza tal-antenna; F'dawn l-aħħar snin, il-metasurfaces (MS) intużaw ħafna f'teknoloġiji tal-antenni, speċjalment biex itejbu l-qligħ u l-fluss11,12, madankollu, dawn l-antenni huma limitati għal port wieħed; It-teknoloġija MIMO hija aspett importanti tal-komunikazzjoni mingħajr fili minħabba li tista 'tuża antenni multipli simultanjament biex tittrasmetti d-dejta, u b'hekk ittejjeb ir-rati tad-dejta, l-effiċjenza spettrali, il-kapaċità tal-kanal, u l-affidabbiltà13,14,15. L-antenni MIMO huma kandidati potenzjali għal applikazzjonijiet 5G għaliex jistgħu jittrasmettu u jirċievu data fuq kanali multipli mingħajr ma jeħtieġu enerġija addizzjonali16,17. L-effett ta 'akkoppjar reċiproku bejn il-komponenti MIMO jiddependi fuq il-post tal-elementi MIMO u l-gwadann tal-antenna MIMO, li hija sfida ewlenija għar-riċerkaturi. Il-Figuri 18, 19, u 20 juru antenni MIMO varji li joperaw fil-medda 5G sub-6 GHz, kollha juru iżolament u prestazzjoni MIMO tajba. Madankollu, il-gwadann u l-wisa 'tal-frekwenza operattiva ta' dawn is-sistemi proposti huma baxxi.
Metamaterjali (MMs) huma materjali ġodda li ma jeżistux fin-natura u jistgħu jimmanipulaw mewġ elettromanjetiku, u b'hekk itejbu l-prestazzjoni tal-antenni21,22,23,24. MM issa huwa użat ħafna fit-teknoloġija tal-antenna biex ittejjeb il-mudell tar-radjazzjoni, bandwidth, qligħ, u iżolament bejn l-elementi tal-antenna u s-sistemi ta 'komunikazzjoni mingħajr fili, kif diskuss f'25, 26, 27, 28. Fl-2029, sistema MIMO b'erba' elementi bbażata fuq metasurface, li fiha s-sezzjoni ta 'l-antenna hija mdaħħla bejn il-metasurface u l-art mingħajr vojt ta' l-arja, li ttejjeb il-prestazzjoni MIMO. Madankollu, dan id-disinn għandu daqs akbar, frekwenza operattiva aktar baxxa u struttura kumplessa. Bandgap elettromanjetiku (EBG) u linja ta 'l-art huma inklużi fl-antenna proposta MIMO ta' medda wiesgħa ta '2 portijiet biex ittejjeb l-iżolament tal-komponenti MIMO30. L-antenna ddisinjata għandha prestazzjoni tajba ta 'diversità MIMO u iżolament eċċellenti bejn żewġ antenni MIMO, iżda bl-użu ta' żewġ komponenti MIMO biss, il-qligħ se jkun baxx. Barra minn hekk, in31 ippropona wkoll antenna MIMO b'port doppju ultra-wideband (UWB) u investiga l-prestazzjoni MIMO tagħha bl-użu ta 'metamaterjali. Għalkemm din l-antenna hija kapaċi topera UWB, il-qligħ tagħha huwa baxx u l-iżolament bejn iż-żewġ antenni huwa fqir. Ix-xogħol in32 jipproponi sistema MIMO b'2 portijiet li tuża rifletturi elettromanjetiċi bandgap (EBG) biex iżżid il-qligħ. Għalkemm il-firxa ta 'l-antenna żviluppata għandha qligħ għoli u prestazzjoni tajba ta' diversità MIMO, id-daqs kbir tagħha jagħmilha diffiċli biex tapplika f'apparat ta 'komunikazzjoni tal-ġenerazzjoni li jmiss. Antenna broadband ibbażata fuq riflettur oħra ġiet żviluppata fi 33, fejn ir-riflettur kien integrat taħt l-antenna b'distakk akbar ta '22 mm, li juri qligħ massimu aktar baxx ta' 4.87 dB. Paper 34 tiddisinja antenna MIMO b'erba 'portijiet għal applikazzjonijiet mmWave, li hija integrata mas-saff MS biex ittejjeb l-iżolament u l-qligħ tas-sistema MIMO. Madankollu, din l-antenna tipprovdi qligħ tajjeb u iżolament, iżda għandha bandwidth limitat u proprjetajiet mekkaniċi foqra minħabba l-vojt kbir ta 'arja. Bl-istess mod, fl-2015, ġiet żviluppata antenna MIMO integrata fil-metasurface ta 'tliet par, 4-port b'forma ta' bowtie għal komunikazzjonijiet mmWave b'qligħ massimu ta '7.4 dBi. B36 MS jintuża fuq in-naħa ta 'wara ta' antenna 5G biex iżid il-qligħ tal-antenna, fejn il-metasurface taġixxi bħala riflettur. Madankollu, l-istruttura tal-SM hija asimmetrika u ngħatat inqas attenzjoni lill-istruttura taċ-ċelluli tal-unità.
Skont ir-riżultati tal-analiżi ta 'hawn fuq, l-ebda waħda mill-antenni ta' hawn fuq ma għandha qligħ għoli, iżolament eċċellenti, prestazzjoni MIMO u kopertura ta 'medda wiesgħa. Għalhekk, għad hemm ħtieġa għal antenna MIMO metasurface li tista 'tkopri firxa wiesgħa ta' frekwenzi tal-ispettru 5G taħt is-6 GHz b'qligħ u iżolament għoli. Meta wieħed iqis il-limitazzjonijiet tal-letteratura msemmija hawn fuq, sistema ta 'antenna MIMO b'erba' elementi ta 'medda wiesgħa b'rendiment għoli ta' qligħ u diversità eċċellenti hija proposta għal sistemi ta 'komunikazzjoni mingħajr fili ta' taħt is-6 GHz. Barra minn hekk, l-antenna MIMO proposta turi iżolament eċċellenti bejn il-komponenti MIMO, lakuni żgħar fl-elementi, u effiċjenza għolja fir-radjazzjoni. Il-garża ta 'l-antenna hija maqtugħa djagonalment u mqiegħda fuq il-metasurface b'qasma ta' l-arja ta '12mm, li tirrifletti r-radjazzjoni lura mill-antenna u ttejjeb il-qligħ u d-direttività ta' l-antenna. Barra minn hekk, l-antenna waħda proposta tintuża biex toħloq antenna MIMO b'erba 'elementi b'prestazzjoni MIMO superjuri billi tpoġġi kull antenna ortogonalment ma' xulxin. L-antenna MIMO żviluppata mbagħad ġiet integrata fuq firxa ta '10 × 10 MS b'backplane tar-ram biex ittejjeb il-prestazzjoni tal-emissjonijiet. Id-disinn għandu firxa operattiva wiesgħa (3.08-7.75 GHz), qligħ għoli ta '8.3 dBi u effiċjenza medja għolja ġenerali ta' 82%, kif ukoll iżolament eċċellenti ta 'aktar minn -15.5 dB bejn il-komponenti tal-antenna MIMO. L-antenna MIMO żviluppata bbażata fuq l-MS ġiet simulata bl-użu ta 'pakkett ta' softwer elettromanjetiku 3D CST Studio 2019 u vvalidata permezz ta 'studji sperimentali.
Din it-taqsima tipprovdi introduzzjoni dettaljata għall-arkitettura proposta u l-metodoloġija tad-disinn ta' antenna waħda. Barra minn hekk, ir-riżultati simulati u osservati huma diskussi fid-dettall, inklużi l-parametri tat-tifrix, il-qligħ, u l-effiċjenza ġenerali bi u mingħajr metauċuħ. L-antenna prototip ġiet żviluppata fuq substrat dielettriku Rogers 5880 b'telf baxx bi ħxuna ta '1.575mm b'kostanti dielettrika ta' 2.2. Biex tiżviluppa u tissimula d-disinn, intuża l-pakkett tas-simulatur elettromanjetiku CST studio 2019.
Il-Figura 2 turi l-arkitettura proposta u l-mudell tad-disinn ta 'antenna b'element wieħed. Skont ekwazzjonijiet matematiċi stabbiliti sew37, l-antenna tikkonsisti f'post radjanti kwadrat alimentat b'mod lineari u pjan terren tar-ram (kif deskritt fil-pass 1) u tirresona b'bandwidth dejqa ħafna f'10.8 GHz, kif muri fil-Figura 3b. Id-daqs inizjali tar-radjatur tal-antenna huwa determinat mir-relazzjoni matematika li ġejja37:
Fejn \(P_{L}\) u \(P_{w}\) huma t-tul u l-wisa' tal-garża, ċ tirrappreżenta l-veloċità tad-dawl, \(\gamma_{r}\) hija l-kostanti dielettrika tas-sottostrat . , \(\gamma_{reff }\) jirrappreżenta l-valur dielettriku effettiv tal-post tar-radjazzjoni, \(\Delta L\) jirrappreżenta l-bidla fit-tul tal-post. Il-backplane tal-antenna ġie ottimizzat fit-tieni stadju, u żied il-bandwidth tal-impedenza minkejja l-bandwidth tal-impedenza baxxa ħafna ta '10 dB. Fit-tielet stadju, il-pożizzjoni tal-alimentatriċi titmexxa lejn il-lemin, li ttejjeb il-bandwidth tal-impedenza u t-tqabbil tal-impedenza tal-antenna proposta38. F'dan l-istadju, l-antenna turi bandwidth operattiv eċċellenti ta '4 GHz u tkopri wkoll l-ispettru taħt is-6 GHz f'5G. Ir-raba 'u l-aħħar stadju jinvolvi l-inċiżjoni ta' skanalaturi kwadri fil-kantunieri opposti tal-post tar-radjazzjoni. Dan is-slot jespandi b'mod sinifikanti l-bandwidth ta '4.56 GHz biex ikopri l-ispettru 5G ta' taħt 6 GHz minn 3.11 GHz għal 7.67 GHz, kif muri fil-Figura 3b. Veduti perspettiva ta 'quddiem u ta' isfel tad-disinn propost huma murija fil-Figura 3a, u l-parametri finali tad-disinn ottimizzati meħtieġa huma kif ġej: SL = 40 mm, Pw = 18 mm, PL = 18 mm, gL = 12 mm, fL = 11. mm, fW = 4 .7 mm, c1 = 2 mm, c2 = 9.65 mm, c3 = 1.65 mm.
(a) Veduti ta' fuq u ta' wara tal-antenna waħda ddisinjata (CST STUDIO SUITE 2019). (b) Kurva tal-parametru S.
Metasurface huwa terminu li jirreferi għal firxa perjodika ta 'ċelloli unitarji li jinsabu f'ċerta distanza minn xulxin. Il-metauċuħ huma mod effettiv biex tittejjeb il-prestazzjoni tar-radjazzjoni tal-antenna, inkluż bandwidth, qligħ u iżolament bejn il-komponenti MIMO. Minħabba l-influwenza tal-propagazzjoni tal-mewġ tal-wiċċ, il-metauċuħ jiġġeneraw reżonanzi addizzjonali li jikkontribwixxu għal prestazzjoni mtejba tal-antenna39. Dan ix-xogħol jipproponi unità epsilon-negative metamaterial (MM) li topera fil-medda 5G taħt is-6 GHz. L-MM b'erja tal-wiċċ ta '8mm × 8mm ġie żviluppat fuq sottostrat Rogers 5880 b'telf baxx b'kostanti dielettrika ta' 2.2 u ħxuna ta '1.575mm. Il-garża ottimizzata tar-reżonatur MM tikkonsisti f'ċirku maqsum ċirkolari ta 'ġewwa konness ma' żewġ ċrieki maqsuma ta 'barra modifikati, kif muri fil-Figura 4a. Il-Figura 4a tiġbor fil-qosor il-parametri ottimizzati finali tas-setup MM propost. Sussegwentement, saffi ta 'metasurface ta' 40 × 40 mm u 80 × 80 mm ġew żviluppati mingħajr backplane tar-ram u b'backplane tar-ram bl-użu ta 'arrays ta' ċelluli 5 × 5 u 10 × 10, rispettivament. L-istruttura MM proposta ġiet immudellata bl-użu ta 'softwer ta' mmudellar elettromanjetiku 3D "CST studio suite 2019". Prototip iffabbrikat tal-istruttura tal-array MM proposta u s-setup tal-kejl (analizzatur tan-netwerk b'żewġ ports PNA u port waveguide) jidher fil-Figura 4b biex jivvalida r-riżultati tas-simulazzjoni CST billi janalizza r-rispons attwali. Is-setup tal-kejl użat analizzatur tan-netwerk tas-serje Agilent PNA flimkien ma 'żewġ adapters koassjali tal-gwida tal-mewġ (A-INFOMW, numru tal-parti: 187WCAS) biex tibgħat u tirċievi sinjali. Prototip 5 × 5 array tqiegħed bejn żewġ waveguide adapters koassjali konnessi permezz ta 'kejbil koassjali ma' analizzatur tan-netwerk b'żewġ portijiet (Agilent PNA N5227A). Il-kit ta 'kalibrazzjoni Agilent N4694-60001 jintuża biex jikkalibra l-analizzatur tan-netwerk f'impjant pilota. Il-parametri tat-tifrix simulati u osservati CST tal-array MM prototip propost huma murija fil-Figura 5a. Wieħed jista 'jara li l-istruttura MM proposta tirresona fil-medda ta' frekwenza 5G taħt is-6 GHz. Minkejja d-differenza żgħira fil-bandwidth ta '10 dB, ir-riżultati simulati u sperimentali huma simili ħafna. Il-frekwenza reżonanti, bandwidth, u amplitudni tar-reżonanza osservata huma kemmxejn differenti minn dawk simulati, kif muri fil-Figura 5a. Dawn id-differenzi bejn ir-riżultati osservati u simulati huma dovuti għal imperfezzjonijiet tal-manifattura, clearances żgħar bejn il-prototip u l-portijiet tal-gwida tal-mewġ, effetti ta 'akkoppjar bejn il-portijiet tal-gwida tal-mewġ u l-komponenti tal-firxa, u tolleranzi tal-kejl. Barra minn hekk, it-tqegħid xieraq tal-prototip żviluppat bejn il-portijiet tal-gwida tal-mewġ fis-setup sperimentali jista 'jirriżulta f'bidla tar-reżonanza. Barra minn hekk, ġie osservat ħoss mhux mixtieq matul il-fażi ta 'kalibrazzjoni, li wassal għal diskrepanzi bejn ir-riżultati numeriċi u mkejla. Madankollu, apparti dawn id-diffikultajiet, il-prototip tal-array MM propost jaħdem tajjeb minħabba l-korrelazzjoni qawwija bejn is-simulazzjoni u l-esperiment, li jagħmilha adattata tajjeb għal applikazzjonijiet ta 'komunikazzjoni mingħajr fili 5G sub-6 GHz.
(a) Ġeometrija taċ-ċellula tal-unità (S1 = 8 mm, S2 = 7 mm, S3 = 5 mm, f1, f2, f4 = 0.5 mm, f3 = 0.75 mm, h1 = 0.5 mm, h2 = 1.75 mm) (CST) STUDIO SUITE) ) 2019) (b) Ritratt tas-setup tal-kejl MM.
(a) Simulazzjoni u verifika tal-kurvi tal-parametri tat-tifrix tal-prototip tal-metamaterjal. (b) Kurva kostanti dielettrika ta' ċellula ta' unità MM.
Parametri effettivi rilevanti bħal kostanti dielettrika effettiva, permeabilità manjetika, u indiċi refrattiv ġew studjati bl-użu ta 'tekniki ta' wara l-ipproċessar integrati tas-simulatur elettromanjetiku CST biex janalizzaw aktar l-imġieba taċ-ċellula ta 'unità MM. Il-parametri MM effettivi jinkisbu mill-parametri tat-tifrix bl-użu ta 'metodu ta' rikostruzzjoni robust. L-ekwazzjonijiet ta' koeffiċjent ta' trażmissjoni u riflessjoni li ġejjin: (3) u (4) jistgħu jintużaw biex jiddeterminaw l-indiċi rifrattiv u l-impedenza (ara 40).
Il-partijiet reali u immaġinarji ta' l-operatur huma rappreżentati b'(.)' u (.)” rispettivament, u l-valur sħiħ m jikkorrispondi għall-indiċi refrattiv reali. Il-kostanti dielettrika u l-permeabilità huma ddeterminati mill-formuli \(\varepsilon { } = { }n/z,\) u \(\mu = nz\), li huma bbażati fuq impedenza u indiċi refrattiv, rispettivament. Il-kurva kostanti dielettrika effettiva tal-istruttura MM tidher fil-Figura 5b. Fil-frekwenza reżonanti, il-kostanti dielettrika effettiva hija negattiva. Il-Figuri 6a,b juru l-valuri estratti ta 'permeabilità effettiva (μ) u indiċi refrattiv effettiv (n) taċ-ċellula ta' unità proposta. Notevolment, il-permeabiltajiet estratti juru valuri reali pożittivi qrib iż-żero, li jikkonferma l-proprjetajiet epsilon-negattivi (ENG) tal-istruttura MM proposta. Barra minn hekk, kif muri fil-Figura 6a, ir-reżonanza fil-permeabilità qrib iż-żero hija relatata b'mod qawwi mal-frekwenza reżonanti. Iċ-ċellula tal-unità żviluppata għandha indiċi rifrattiv negattiv (Fig. 6b), li jfisser li l-MM propost jista 'jintuża biex itejjeb il-prestazzjoni tal-antenna21,41.
Il-prototip żviluppat ta 'antenna waħda tal-broadband ġie fabbrikat biex jittestja b'mod sperimentali d-disinn propost. Il-Figuri 7a,b juru immaġini tal-prototip tal-antenna waħda proposta, il-partijiet strutturali tagħha u s-setup tal-kejl tal-kamp qrib (SATIMO). Biex tittejjeb il-prestazzjoni tal-antenna, il-metasurface żviluppata titqiegħed f'saffi taħt l-antenna, kif muri fil-Figura 8a, b'għoli h. Metasurface waħda ta 'saff doppju ta' 40mm x 40mm ġiet applikata fuq in-naħa ta 'wara tal-antenna waħda f'intervalli ta' 12mm. Barra minn hekk, metasurface b'backplane titqiegħed fuq in-naħa ta 'wara tal-antenna waħda f'distanza ta' 12 mm. Wara li tapplika l-metasurface, l-antenna waħda turi titjib sinifikanti fil-prestazzjoni, kif muri fil-Figuri 1 u 2. Figuri 8 u 9. Figura 8b turi l-plots ta 'riflettanza simulati u mkejla għall-antenna waħda mingħajr u b'metauċuħ. Ta 'min jinnota li l-medda ta' kopertura ta 'antenna b'metasurface hija simili ħafna għall-medda ta' kopertura ta 'antenna mingħajr metasurface. Il-Figuri 9a,b juru paragun tal-gwadann ta' antenna waħda simulata u osservata u l-effiċjenza ġenerali mingħajr u ma' MS fl-ispettru operattiv. Wieħed jista 'jara li, meta mqabbel mal-antenna mhux metasurface, il-qligħ tal-antenna metasurface huwa mtejjeb b'mod sinifikanti, jiżdied minn 5.15 dBi għal 8 dBi. Il-gwadann tal-metasurface b'saff wieħed, metasurface b'saff doppju, u antenna waħda b'metasurface backplane żdied b'6 dBi, 6.9 dBi, u 8 dBi, rispettivament. Meta mqabbel ma 'metauċuħ oħra (MCs b'saff wieħed u b'saff doppju), il-gwadann ta' antenna ta 'metasurface waħda b'backplane tar-ram huwa sa 8 dBi. F'dan il-każ, il-metasurface taġixxi bħala riflettur, tnaqqas ir-radjazzjoni ta 'wara tal-antenna u timmanipula l-mewġ elettromanjetiku fil-fażi, u b'hekk tiżdied l-effiċjenza tar-radjazzjoni tal-antenna u għalhekk il-qligħ. Studju tal-effiċjenza ġenerali ta' antenna waħda mingħajr u b'metauċuħ jidher fil-Figura 9b. Ta 'min jinnota li l-effiċjenza ta' antenna bi u mingħajr metasurface hija kważi l-istess. Fil-medda ta 'frekwenza aktar baxxa, l-effiċjenza ta' l-antenna tonqos ftit. Il-kurvi tal-qligħ u l-effiċjenza sperimentali u simulati jaqblu tajjeb. Madankollu, hemm differenzi żgħar bejn ir-riżultati simulati u ttestjati minħabba difetti fil-manifattura, tolleranzi tal-kejl, telf ta 'konnessjoni tal-port SMA, u telf tal-wajer. Barra minn hekk, l-antenna u r-riflettur MS jinsabu bejn l-ispazjar tan-najlon, li hija kwistjoni oħra li taffettwa r-riżultati osservati meta mqabbla mar-riżultati tas-simulazzjoni.
Figura (a) turi l-antenna waħda mimlija u l-komponenti assoċjati tagħha. (b) Setup ta' kejl fil-kamp qrib (SATIMO).
(a) Eċitazzjoni tal-antenna bl-użu ta' rifletturi tal-metasuperfiċje (CST STUDIO SUITE 2019). (b) Rifletti simulati u sperimentali ta' antenna waħda mingħajr u bl-MS.
Riżultati ta' simulazzjoni u kejl ta' (a) il-gwadann miksub u (b) l-effiċjenza ġenerali tal-antenna proposta tal-effett tal-metasuperfiċje.
Analiżi tal-mudell tar-raġġ bl-użu ta' MS. Twettqu kejl tal-kamp qrib ta 'antenna waħda fl-Ambjent Sperimentali ta' Qrib SATIMO tal-Laboratorju ta 'Sistemi ta' Qarib ta' UKM SATIMO. Il-Figuri 10a, b juru l-mudelli ta' radjazzjoni tal-pjan E u tal-pjan H simulati u osservati f'5.5 GHz għall-antenna waħda proposta bi u mingħajr MS. L-antenna waħda żviluppata (mingħajr MS) tipprovdi mudell ta 'radjazzjoni bidirezzjonali konsistenti b'valuri tal-lobi tal-ġenb. Wara li tapplika r-riflettur MS propost, l-antenna tipprovdi mudell ta 'radjazzjoni unidirezzjonali u tnaqqas il-livell tal-lobi ta' wara, kif muri fil-Figuri 10a, b. Ta 'min jinnota li l-mudell ta' radjazzjoni ta 'antenna waħda proposta huwa aktar stabbli u unidirezzjonali b'lobi baxxi ħafna tad-dahar u tal-ġenb meta tuża metasurface b'backplane tar-ram. Ir-riflettur tal-firxa MM propost inaqqas il-lobi ta 'wara u tal-ġenb tal-antenna filwaqt li jtejjeb il-prestazzjoni tar-radjazzjoni billi jidderieġi l-kurrent f'direzzjonijiet unidirezzjonali (Fig. 10a, b), u b'hekk iżid il-qligħ u d-direttività. Ġie osservat li l-mudell tar-radjazzjoni sperimentali kien kważi komparabbli ma 'dak tas-simulazzjonijiet CST, iżda varjat kemmxejn minħabba allinjament ħażin tad-diversi komponenti immuntati, tolleranzi ta' kejl, u telf ta 'kejbils. Barra minn hekk, ġie mdaħħal spacer tan-najlon bejn l-antenna u r-riflettur MS, li hija kwistjoni oħra li taffettwa r-riżultati osservati meta mqabbla mar-riżultati numeriċi.
Il-mudell tar-radjazzjoni tal-antenna waħda żviluppata (mingħajr MS u bl-MS) bi frekwenza ta '5.5 GHz ġie simulat u ttestjat.
Il-ġeometrija tal-antenna MIMO proposta tidher fil-Figura 11 u tinkludi erba 'antenni singoli. L-erba 'komponenti tal-antenna MIMO huma rranġati ortogonalment ma' xulxin fuq sottostrat ta 'dimensjonijiet 80 × 80 × 1.575 mm, kif muri fil-Figura 11. L-antenna MIMO iddisinjata għandha distanza inter-element ta' 22 mm, li hija iżgħar mill- l-eqreb distanza korrispondenti bejn l-elementi ta' l-antenna. Antenna MIMO żviluppata. Barra minn hekk, parti mill-pjan terren tinsab bl-istess mod bħal antenna waħda. Il-valuri ta 'riflettanza tal-antenni MIMO (S11, S22, S33, u S44) murija fil-Figura 12a juru l-istess imġieba bħal antenna b'element wieħed li tirreżona fil-medda 3.2–7.6 GHz. Għalhekk, il-bandwidth tal-impedenza ta 'antenna MIMO hija eżattament l-istess bħal dik ta' antenna waħda. L-effett ta 'akkoppjar bejn il-komponenti MIMO huwa r-raġuni ewlenija għat-telf żgħir ta' bandwidth ta 'antenni MIMO. Il-Figura 12b turi l-effett tal-interkonnessjoni fuq il-komponenti MIMO, fejn ġie determinat l-iżolament ottimali bejn il-komponenti MIMO. L-iżolament bejn l-antenni 1 u 2 huwa l-aktar baxx f'madwar -13.6 dB, u l-iżolament bejn l-antenni 1 u 4 huwa l-ogħla f'madwar -30.4 dB. Minħabba d-daqs żgħir u l-bandwidth usa ', din l-antenna MIMO għandha qligħ aktar baxx u throughput aktar baxx. L-insulazzjoni hija baxxa, għalhekk huma meħtieġa tisħiħ u insulazzjoni miżjuda;
Mekkaniżmu tad-disinn tal-antenna MIMO proposta (a) vista minn fuq u (b) pjan terren. (CST Studio Suite 2019).
L-arranġament ġeometriku u l-metodu ta 'eċitazzjoni tal-antenna MIMO metasurface proposta huma murija fil-Figura 13a. Matriċi ta '10x10mm b'dimensjonijiet ta' 80x80x1.575mm hija ddisinjata għan-naħa ta 'wara ta' antenna MIMO għolja 12mm, kif muri fil-Figura 13a. Barra minn hekk, metauċuħ b'backplanes tar-ram huma maħsuba għall-użu f'antenni MIMO biex itejbu l-prestazzjoni tagħhom. Id-distanza bejn il-metasurface u l-antenna MIMO hija kritika biex jinkiseb qligħ għoli filwaqt li tippermetti interferenza kostruttiva bejn il-mewġ iġġenerat mill-antenna u dawk riflessi mill-metasurface. Immudellar estensiv sar biex jiġi ottimizzat l-għoli bejn l-antenna u l-metasurface filwaqt li jinżammu standards ta 'kwart ta' mewġ għal gwadann massimu u iżolament bejn l-elementi MIMO. It-titjib sinifikanti fil-prestazzjoni ta 'l-antenna MIMO miksub bl-użu ta' metauċuħ b'pjani ta 'wara meta mqabbla ma' metauċuħ mingħajr pjani ta 'wara se jintwera fil-kapitoli sussegwenti.
(a) Setup ta' simulazzjoni CST tal-antenna MIMO proposta bl-użu ta' MS (CST STUDIO SUITE 2019), (b) Kurvi ta' riflessjoni tas-sistema MIMO żviluppata mingħajr MS u bl-MS.
Ir-riflettanza tal-antenni MIMO bi u mingħajr metauċuħ huma murija fil-Figura 13b, fejn S11 u S44 huma ppreżentati minħabba l-imġieba kważi identika tal-antenni kollha fis-sistema MIMO. Ta 'min jinnota li l-bandwidth ta' impedenza -10 dB ta 'antenna MIMO mingħajr u b'metasurface waħda hija kważi l-istess. B'kuntrast, il-bandwidth tal-impedenza tal-antenna MIMO proposta hija mtejba minn MS b'saff doppju u MS backplane. Ta 'min jinnota li mingħajr MS, l-antenna MIMO tipprovdi bandwidth frazzjonali ta' 81.5% (3.2-7.6 GHz) relattiva għall-frekwenza ċentrali. L-integrazzjoni tal-MS mal-backplane żżid il-bandwidth tal-impedenza tal-antenna MIMO proposta għal 86.3% (3.08–7.75 GHz). Għalkemm l-MS b'saff doppju jżid il-fluss, it-titjib huwa inqas minn dak tal-MS b'backplane tar-ram. Barra minn hekk, MC b'saff doppju jżid id-daqs tal-antenna, iżid l-ispiża tiegħu, u jillimita l-firxa tiegħu. L-antenna MIMO ddisinjata u r-riflettur tal-metasurface huma fabbrikati u vverifikati biex jivvalidaw ir-riżultati tas-simulazzjoni u jevalwaw il-prestazzjoni attwali. Il-Figura 14a turi s-saff MS fabbrikat u l-antenna MIMO b'diversi komponenti mmuntati, filwaqt li l-Figura 14b turi ritratt tas-sistema MIMO żviluppata. L-antenna MIMO hija mmuntata fuq il-metasurface bl-użu ta 'erba' spacers tan-najlon, kif muri fil-Figura 14b. Il-Figura 15a turi stampa tal-konfigurazzjoni sperimentali tal-kamp qrib tas-sistema tal-antenna MIMO żviluppata. Analizzatur tan-netwerk PNA (Agilent Technologies PNA N5227A) intuża biex jistma l-parametri tat-tifrix u biex jevalwa u jikkaratterizza l-karatteristiċi ta 'emissjoni ta' kamp qrib fil-Laboratorju ta 'Sistemi ta' Qrib UKM SATIMO.
(a) Ritratti ta' kejl tal-kamp qrib SATIMO (b) Kurvi simulati u sperimentali tal-antenna S11 MIMO bi u mingħajr MS.
Din it-taqsima tippreżenta studju komparattiv tal-parametri S simulati u osservati tal-antenna proposta 5G MIMO. Il-Figura 15b turi l-plott tar-riflettanza sperimentali tal-antenna MIMO MS integrata b'4 elementi u tqabbelha mar-riżultati tas-simulazzjoni CST. Ir-riflettanza sperimentali nstabu li kienu l-istess bħall-kalkoli CST, iżda kienu kemmxejn differenti minħabba difetti tal-manifattura u tolleranzi sperimentali. Barra minn hekk, ir-riflettanza osservata tal-prototip MIMO propost ibbażat fuq l-MS tkopri l-ispettru 5G taħt is-6 GHz b'wisa 'ta' frekwenza ta 'impedenza ta' 4.8 GHz, li jfisser li l-applikazzjonijiet 5G huma possibbli. Madankollu, il-frekwenza reżonanti mkejla, bandwidth, u amplitudni jvarjaw xi ftit mir-riżultati tas-simulazzjoni CST. Id-difetti tal-manifattura, it-telf tal-akkoppjar coax-to-SMA, u s-setups tal-kejl fuq barra jistgħu jikkawżaw differenzi bejn ir-riżultati mkejla u simulati. Madankollu, minkejja dawn in-nuqqasijiet, il-MIMO propost jaħdem tajjeb, billi jipprovdi qbil qawwi bejn simulazzjonijiet u kejl, li jagħmilha adattata tajjeb għal applikazzjonijiet mingħajr fili 5G taħt is-6 GHz.
Il-kurvi tal-gwadann tal-antenna MIMO simulati u osservati huma murija fil-Figuri 2 u 2. Kif muri fil-Figuri 16a,b u 17a,b, rispettivament, l-interazzjoni reċiproka tal-komponenti MIMO hija murija. Meta l-metauċuħ jiġu applikati għall-antenni MIMO, l-iżolament bejn l-antenni MIMO jitjieb b'mod sinifikanti. Il-plots ta 'iżolament bejn l-elementi ta' l-antenna maġenb S12, S14, S23 u S34 juru kurvi simili, filwaqt li l-antenni djagonali MIMO S13 u S42 juru iżolament għoli bl-istess mod minħabba d-distanza akbar bejniethom. Il-karatteristiċi tat-trażmissjoni simulati tal-antenni li jmissu magħhom huma murija fil-Figura 16a. Ta 'min jinnota li fl-ispettru operattiv 5G taħt 6 GHz, l-iżolament minimu ta' antenna MIMO mingħajr metasurface huwa -13.6 dB, u għal metasurface b'backplane - 15.5 dB. Il-plot tal-qligħ (Figura 16a) juri li l-metasurface tal-pjan ta 'wara ttejjeb b'mod sinifikanti l-iżolament bejn l-elementi tal-antenna MIMO meta mqabbla ma' metauċuħ b'saff wieħed u doppju. Fuq elementi ta ' l-antenna adjaċenti, metasurfaces b'saff wieħed u doppju jipprovdu iżolament minimu ta ' madwar -13.68 dB u -14.78 dB, u l-metasurface backplane tar-ram jipprovdi madwar -15.5 dB.
Kurvi ta' iżolament simulati ta' elementi MIMO mingħajr saff MS u b'saff MS: (a) S12, S14, S34 u S32 u (b) S13 u S24.
Kurvi tal-gwadann sperimentali tal-antenni MIMO proposti bbażati fuq MS mingħajr u bi: (a) S12, S14, S34 u S32 u (b) S13 u S24.
Il-plots tal-gwadann tal-antenna djagonali MIMO qabel u wara li żżid is-saff MS huma murija fil-Figura 16b. Ta 'min jinnota li l-iżolament minimu bejn antenni djagonali mingħajr metasurface (antenni 1 u 3) huwa – 15.6 dB madwar l-ispettru operattiv, u metasurface b'backplane hija – 18 dB. L-approċċ tal-metasurface jnaqqas b'mod sinifikanti l-effetti tal-akkoppjar bejn antenni MIMO djagonali. L-insulazzjoni massima għal metasurface b'saff wieħed hija -37 dB, filwaqt li għal metasurface b'saff doppju dan il-valur jinżel għal -47 dB. L-iżolament massimu tal-metasurface b'backplane tar-ram huwa -36.2 dB, li jonqos maż-żieda fil-firxa tal-frekwenza. Meta mqabbla ma 'metauċuħ b'saff wieħed u doppju mingħajr backplane, metauċuħ b'backplane jipprovdu iżolament superjuri fil-medda kollha ta' frekwenza operattiva meħtieġa, speċjalment fil-medda 5G taħt is-6 GHz, kif muri fil-Figuri 16a, b. Fil-medda 5G l-aktar popolari u użata ħafna taħt is-6 GHz (3.5 GHz), metauċuħ b'saff wieħed u doppju għandhom iżolament aktar baxx bejn il-komponenti MIMO minn metauċuħ b'backplanes tar-ram (kważi l-ebda MS) (ara Figura 16a), b). Il-kejl tal-qligħ jintwera fil-Figuri 17a, b, li juru l-iżolament ta 'antenni adjaċenti (S12, S14, S34 u S32) u antenni djagonali (S24 u S13), rispettivament. Kif jidher minn dawn iċ-ċifri (Fig. 17a, b), l-iżolament sperimentali bejn il-komponenti MIMO jaqbel sew mal-iżolament simulat. Għalkemm hemm differenzi żgħar bejn il-valuri CST simulati u mkejla minħabba difetti fil-manifattura, konnessjonijiet tal-port SMA u telf tal-wajers. Barra minn hekk, l-antenna u r-riflettur MS jinsabu bejn l-ispazjar tan-najlon, li hija kwistjoni oħra li taffettwa r-riżultati osservati meta mqabbla mar-riżultati tas-simulazzjoni.
studja d-distribuzzjoni tal-kurrent tal-wiċċ f'5.5 GHz biex jirrazzjonalizza r-rwol tal-metauċuħ fit-tnaqqis tal-akkoppjar reċiproku permezz tat-trażżin tal-mewġ tal-wiċċ42. Id-distribuzzjoni tal-kurrent tal-wiċċ tal-antenna MIMO proposta tidher fil-Figura 18, fejn l-antenna 1 hija misjuqa u l-bqija tal-antenna hija mitmuma b'tagħbija ta '50 ohm. Meta l-antenna 1 tiġi enerġizzata, kurrenti ta 'akkoppjar reċiproku sinifikanti se jidhru f'antenni ta' ħdejn xulxin f'5.5 GHz fin-nuqqas ta 'metasurface, kif muri fil-Figura 18a. Għall-kuntrarju, permezz tal-użu ta 'metauċuħ, kif muri f'Fig. 18b-d, l-iżolament bejn l-antenni li jmissu magħhom huwa mtejjeb. Għandu jiġi nnutat li l-effett ta 'akkoppjar reċiproku ta' oqsma li jmissu magħhom jista 'jiġi minimizzat billi jiġi propagat il-kurrent ta' l-akkoppjar għal ċrieki maġenb ċelloli ta 'unità u ċelloli ta' unità MS maġenb tul is-saff MS f'direzzjonijiet antiparalleli. L-injezzjoni tal-kurrent minn antenni mqassma għal unitajiet MS huwa metodu ewlieni għat-titjib tal-iżolament bejn il-komponenti MIMO. Bħala riżultat, il-kurrent tal-igganċjar bejn il-komponenti MIMO jitnaqqas ħafna, u l-iżolament huwa wkoll imtejjeb ħafna. Minħabba li l-qasam tal-akkoppjar huwa distribwit b'mod wiesa 'fl-element, il-metasurface tal-backplane tar-ram iżola l-assemblaġġ tal-antenna MIMO b'mod sinifikanti aktar minn metauċuħ b'saff wieħed u doppju (Figura 18d). Barra minn hekk, l-antenna MIMO żviluppata għandha propagazzjoni b'lura baxxa ħafna u propagazzjoni tal-ġenb, li tipproduċi mudell ta 'radjazzjoni unidirezzjonali, u b'hekk iżid il-qligħ tal-antenna MIMO proposta.
Mudelli kurrenti tal-wiċċ tal-antenna MIMO proposta f'5.5 GHz (a) mingħajr MC, (b) MC b'saff wieħed, (c) MC b'saff doppju, u (d) MC b'saff wieħed b'backplane tar-ram. (CST Studio Suite 2019).
Fi ħdan il-frekwenza operattiva, Figura 19a turi l-qligħ simulat u osservat tal-antenna MIMO ddisinjata mingħajr u b'metauċuħ. Il-gwadann miksub simulat tal-antenna MIMO mingħajr metasurface huwa 5.4 dBi, kif muri fil-Figura 19a. Minħabba l-effett ta 'akkoppjar reċiproku bejn il-komponenti MIMO, l-antenna MIMO proposta fil-fatt tikseb qligħ ogħla ta' 0.25 dBi minn antenna waħda. Iż-żieda ta 'metauċuħ tista' tipprovdi qligħ sinifikanti u iżolament bejn il-komponenti MIMO. Għalhekk, l-antenna MIMO metasurface proposta tista 'tikseb qligħ għoli realizzat sa 8.3 dBi. Kif muri fil-Figura 19a, meta metasurface waħda tintuża fuq wara tal-antenna MIMO, il-qligħ jiżdied b'1.4 dBi. Meta l-metasurface tiġi rduppjata, il-qligħ jiżdied b'2.1 dBi, kif muri fil-Figura 19a. Madankollu, il-qligħ massimu mistenni ta '8.3 dBi jinkiseb meta tuża l-metasurface ma' backplane tar-ram. Notevolment, il-qligħ massimu miksub għall-metasurfaces b'saff wieħed u b'saff doppju huwa 6.8 dBi u 7.5 dBi, rispettivament, filwaqt li l-qligħ massimu miksub għall-metasurface tas-saff tal-qiegħ huwa 8.3 dBi. Is-saff tal-metasurface fuq in-naħa ta 'wara tal-antenna jaġixxi bħala riflettur, li jirrifletti r-radjazzjoni min-naħa ta' wara tal-antenna u jtejjeb il-proporzjon ta 'quddiem għal wara (F/B) tal-antenna MIMO ddisinjata. Barra minn hekk, ir-riflettur MS ta 'impedenza għolja jimmanipula mewġ elettromanjetiku fil-fażi, u b'hekk joħloq reżonanza addizzjonali u jtejjeb il-prestazzjoni tar-radjazzjoni tal-antenna MIMO proposta. Ir-riflettur MS installat wara l-antenna MIMO jista 'jżid b'mod sinifikanti l-qligħ miksub, li huwa kkonfermat minn riżultati sperimentali. Il-qligħ osservat u simulat tal-antenna prototip MIMO żviluppata huma kważi l-istess, madankollu, f'xi frekwenzi l-qligħ imkejjel huwa ogħla mill-qligħ simulat, speċjalment għal MIMO mingħajr MS; Dawn il-varjazzjonijiet fil-gwadann sperimentali huma dovuti għat-tolleranzi tal-kejl tal-pads tan-najlon, it-telf tal-kejbil, u l-akkoppjar fis-sistema tal-antenna. L-ogħla qligħ imkejjel tal-antenna MIMO mingħajr il-metasurface huwa 5.8 dBi, filwaqt li l-metasurface b'backplane tar-ram huwa 8.5 dBi. Ta 'min jinnota li s-sistema ta' antenna MIMO kompluta ta '4 portijiet proposta b'riflettur MS turi qligħ għoli taħt kundizzjonijiet sperimentali u numeriċi.
Riżultati ta' simulazzjoni u sperimentali ta' (a) il-gwadann miksub u (b) il-prestazzjoni ġenerali tal-antenna MIMO proposta b'effett ta' metasuperfiċje.
Il-Figura 19b turi l-prestazzjoni ġenerali tas-sistema MIMO proposta mingħajr u b'rifletturi tal-metasurface. Fil-Figura 19b, l-inqas effiċjenza bl-użu ta 'MS b'backplane kienet aktar minn 73% (niżla għal 84%). L-effiċjenza ġenerali tal-antenni MIMO żviluppati mingħajr MC u b'MC hija kważi l-istess b'differenzi żgħar meta mqabbla mal-valuri simulati. Ir-raġunijiet għal dan huma t-tolleranzi tal-kejl u l-użu ta 'spacers bejn l-antenna u r-riflettur MS. Il-gwadann miksub imkejjel u l-effiċjenza ġenerali tul il-frekwenza kollha huma kważi simili għar-riżultati tas-simulazzjoni, li jindikaw li l-prestazzjoni tal-prototip MIMO propost hija kif mistenni u li l-antenna MIMO rakkomandata bbażata fuq MS hija adattata għall-komunikazzjonijiet 5G. Minħabba żbalji fl-istudji sperimentali, jeżistu differenzi bejn ir-riżultati ġenerali tal-esperimenti tal-laboratorju u r-riżultati tas-simulazzjonijiet. Il-prestazzjoni tal-prototip propost hija affettwata minn nuqqas ta 'qbil ta' impedenza bejn l-antenna u l-konnettur SMA, telf ta 'splice tal-kejbil koassjali, effetti ta' issaldjar, u l-prossimità ta 'diversi apparati elettroniċi għas-setup sperimentali.
Il-Figura 20 tiddeskrivi l-progress tad-disinn u l-ottimizzazzjoni tal-imsemmija antenna fil-forma ta 'dijagramma blokka. Din id-dijagramma blokk tipprovdi deskrizzjoni pass pass tal-prinċipji tad-disinn tal-antenna MIMO proposti, kif ukoll il-parametri li għandhom rwol ewlieni fl-ottimizzazzjoni tal-antenna biex tikseb il-qligħ għoli meħtieġ u l-iżolament għoli fuq frekwenza operattiva wiesgħa.
Il-kejl tal-antenna MIMO fil-qrib tkejjel fl-Ambjent Sperimentali SATIMO Near-Field fil-Laboratorju tas-Sistemi tal-Qrib SATIMO tal-UKM. Il-Figuri 21a,b juru l-mudelli ta' radjazzjoni tal-pjan E u tal-pjan H simulati u osservati tal-antenna MIMO mitluba bi u mingħajr MS fi frekwenza operattiva ta' 5.5 GHz. Fil-firxa tal-frekwenza operattiva ta '5.5 GHz, l-antenna MIMO żviluppata mhux MS tipprovdi mudell ta' radjazzjoni bidirezzjonali konsistenti b'valuri tal-lobi tal-ġenb. Wara li tapplika r-riflettur MS, l-antenna tipprovdi mudell ta 'radjazzjoni unidirezzjonali u tnaqqas il-livell tal-lobi ta' wara, kif muri fil-Figuri 21a, b. Ta 'min jinnota li bl-użu ta' metasurface b'backplane tar-ram, il-mudell tal-antenna MIMO propost huwa aktar stabbli u unidirezzjonali milli mingħajr MS, b'lobi tad-dahar u tal-ġenb baxxi ħafna. Ir-riflettur tal-firxa MM propost inaqqas il-lobi ta 'wara u tal-ġenb tal-antenna u jtejjeb ukoll il-karatteristiċi tar-radjazzjoni billi jidderieġi l-kurrent f'direzzjoni unidirezzjonali (Fig. 21a, b), u b'hekk iżid il-qligħ u d-direttività. Il-mudell ta 'radjazzjoni mkejjel inkiseb għall-port 1 b'tagħbija ta' 50 ohm konnessa mal-portijiet li fadal. Ġie osservat li l-mudell tar-radjazzjoni sperimentali kien kważi identiku għal dak simulat minn CST, għalkemm kien hemm xi devjazzjonijiet minħabba allinjament ħażin tal-komponenti, riflessjonijiet minn portijiet terminali, u telf fil-konnessjonijiet tal-kejbil. Barra minn hekk, ġie mdaħħal spacer tan-najlon bejn l-antenna u r-riflettur MS, li hija kwistjoni oħra li taffettwa r-riżultati osservati meta mqabbla mar-riżultati mbassra.
Il-mudell tar-radjazzjoni tal-antenna MIMO żviluppata (mingħajr MS u bl-MS) bi frekwenza ta '5.5 GHz ġie simulat u ttestjat.
Huwa importanti li wieħed jinnota li l-iżolament tal-port u l-karatteristiċi assoċjati tiegħu huma essenzjali meta tiġi evalwata l-prestazzjoni tas-sistemi MIMO. Il-prestazzjoni tad-diversità tas-sistema MIMO proposta, inkluż il-koeffiċjent ta 'korrelazzjoni tal-pakkett (ECC) u l-qligħ tad-diversità (DG), hija eżaminata biex turi r-robustezza tas-sistema tal-antenna MIMO ddisinjata. L-ECC u d-DG ta 'antenna MIMO jistgħu jintużaw biex jevalwaw il-prestazzjoni tagħha peress li huma aspetti importanti tal-prestazzjoni ta' sistema MIMO. Is-sezzjonijiet li ġejjin se jagħtu dettalji dwar dawn il-karatteristiċi tal-antenna MIMO proposta.
Koeffiċjent ta' Korrelazzjoni tal-Envelope (ECC). Meta tikkunsidra kwalunkwe sistema MIMO, l-ECC jiddetermina l-grad sa liema l-elementi kostitwenti jikkorrelataw ma 'xulxin rigward il-proprjetajiet speċifiċi tagħhom. Għalhekk, ECC juri l-grad ta 'iżolament tal-kanal f'netwerk ta' komunikazzjoni mingħajr fili. L-ECC (koeffiċjent ta 'korrelazzjoni ta' l-envelope) tas-sistema MIMO żviluppata tista 'tiġi ddeterminata abbażi ta' parametri S u emissjoni ta 'kamp imbiegħed. Mill-Eq. (7) u (8) l-ECC tal-antenna MIMO proposta 31 tista' tiġi determinata.
Il-koeffiċjent ta' riflessjoni huwa rappreżentat minn Sii u Sij jirrappreżenta l-koeffiċjent ta' trasmissjoni. Il-mudelli ta' radjazzjoni tridimensjonali tal-antenni j-th u i-th huma mogħtija mill-espressjonijiet \(\vec{R}_{j} \left( {\theta ,\varphi } \right)\) u \( \vec {{R_{ i } }} Angolu solidu rappreżentat minn \left( {\theta ,\varphi } \right)\) u \({\Omega }\). Il-kurva ECC tal-antenna proposta tidher fil-Figura 22a u l-valur tagħha huwa inqas minn 0.004, li huwa ferm taħt il-valur aċċettabbli ta '0.5 għal sistema mingħajr fili. Għalhekk, il-valur ECC imnaqqas ifisser li s-sistema proposta MIMO b'4 portijiet tipprovdi diversità superjuri43.
Id-Diversity Gain (DG) DG hija metrika oħra tal-prestazzjoni tas-sistema MIMO li tiddeskrivi kif l-iskema tad-diversità taffettwa l-qawwa rradjata. Ir-relazzjoni (9) tiddetermina d-DG tas-sistema tal-antenna MIMO li qed tiġi żviluppata, kif deskritt f'31.
Il-Figura 22b turi d-dijagramma tad-DG tas-sistema MIMO proposta, fejn il-valur tad-DG huwa qrib ħafna ta' 10 dB. Il-valuri DG tal-antenni kollha tas-sistema MIMO ddisinjata jaqbżu d-9.98 dB.
Tabella 1 tqabbel l-antenna MIMO metasurface proposta ma 'sistemi MIMO simili żviluppati reċentement. Il-paragun iqis diversi parametri tal-prestazzjoni, inklużi bandwidth, qligħ, iżolament massimu, effiċjenza ġenerali u prestazzjoni tad-diversità. Ir-riċerkaturi ppreżentaw diversi prototipi ta 'antenna MIMO b'tekniki ta' titjib tal-gwadann u l-iżolament f'5, 44, 45, 46, 47. Meta mqabbla ma 'xogħlijiet ippubblikati qabel, is-sistema MIMO proposta b'rifletturi tal-metasurface tegħlebhom f'termini ta' bandwidth, qligħ u iżolament. Barra minn hekk, meta mqabbla ma 'antenni simili rrappurtati, is-sistema MIMO żviluppata turi prestazzjoni ta' diversità superjuri u effiċjenza ġenerali f'daqs iżgħar. Għalkemm l-antenni deskritti fit-Taqsima 5.46 għandhom iżolament ogħla mill-antenni proposti tagħna, dawn l-antenni jbatu minn daqs kbir, qligħ baxx, bandwidth dejqa, u prestazzjoni fqira MIMO. L-antenna MIMO b'4 portijiet proposta f'45 turi qligħ u effiċjenza għolja, iżda d-disinn tagħha għandu iżolament baxx, daqs kbir u prestazzjoni fqira ta 'diversità. Min-naħa l-oħra, is-sistema tal-antenna ta 'daqs żgħir proposta f'47 għandha qligħ baxx ħafna u bandwidth operattiv, filwaqt li s-sistema MIMO ta' 4 portijiet ibbażata fuq l-MS proposta tagħna turi daqs żgħir, qligħ għoli, iżolament għoli u prestazzjoni aħjar MIMO. Għalhekk, l-antenna MIMO metasurface proposta tista 'ssir konkorrent ewlieni għal sistemi ta' komunikazzjoni 5G sub-6 GHz.
Antenna MIMO ta 'faxxa wiesgħa bbażata fuq riflettur metasuperfiċje b'erba' portijiet b'qligħ għoli u iżolament hija proposta biex tappoġġja applikazzjonijiet 5G taħt is-6 GHz. Il-linja tal-microstrip talimenta sezzjoni ta 'radjazzjoni kwadra, li hija maqtugħa bi kwadru fil-kantunieri djagonali. L-MS propost u l-emittent tal-antenna huma implimentati fuq materjali sottostrat simili għal Rogers RT5880 biex jiksbu prestazzjoni eċċellenti f'sistemi ta 'komunikazzjoni 5G b'veloċità għolja. L-antenna MIMO għandha firxa wiesgħa u qligħ għoli, u tipprovdi iżolament tal-ħoss bejn il-komponenti MIMO u effiċjenza eċċellenti. L-antenna waħda żviluppata għandha dimensjonijiet minjatura ta '0.58?0.58?0.02? b'firxa ta 'metasurface 5 × 5, tipprovdi bandwidth operattiva wiesgħa ta' 4.56 GHz, qligħ massimu ta '8 dBi u effiċjenza mkejla superjuri. L-antenna proposta MIMO b'erba 'portijiet (2 × 2 array) hija ddisinjata billi tallinja ortogonalment kull antenna waħda proposta ma' antenna oħra b'dimensjonijiet ta '1.05λ × 1.05λ × 0.02λ. Huwa rakkomandat li tiġbor firxa ta '10 × 10 MM taħt antenna MIMO ta' 12mm għolja, li tista 'tnaqqas ir-radjazzjoni ta' wara u tnaqqas l-akkoppjar reċiproku bejn il-komponenti MIMO, u b'hekk ittejjeb il-qligħ u l-iżolament. Ir-riżultati sperimentali u ta 'simulazzjoni juru li l-prototip MIMO żviluppat jista' jopera f'firxa ta 'frekwenza wiesgħa ta' 3.08–7.75 GHz, li jkopri l-ispettru 5G taħt is-6 GHz. Barra minn hekk, l-antenna MIMO proposta bbażata fuq l-MS ittejjeb il-qligħ tagħha b'2.9 dBi, u tikseb qligħ massimu ta '8.3 dBi, u tipprovdi iżolament eċċellenti (> 15.5 dB) bejn il-komponenti MIMO, li tivvalida l-kontribuzzjoni tal-MS. Barra minn hekk, l-antenna MIMO proposta għandha effiċjenza ġenerali medja għolja ta '82% u distanza inter-element baxxa ta' 22 mm. L-antenna turi prestazzjoni eċċellenti ta 'diversità MIMO inkluż DG għoli ħafna (aktar minn 9.98 dB), ECC baxx ħafna (inqas minn 0.004) u mudell ta' radjazzjoni unidirezzjonali. Ir-riżultati tal-kejl huma simili ħafna għar-riżultati tas-simulazzjoni. Dawn il-karatteristiċi jikkonfermaw li s-sistema ta 'antenna MIMO żviluppata b'erba' portijiet tista 'tkun għażla vijabbli għal sistemi ta' komunikazzjoni 5G fil-medda ta 'frekwenza ta' taħt is-6 GHz.
Cowin jista 'jipprovdi antenna tal-PCB ta' medda wiesgħa ta '400-6000MHz, u appoġġ għad-disinn ta' antenna ġdida skond il-ħtieġa tiegħek, jekk jogħġbok ikkuntattjana mingħajr eżitazzjoni jekk għandek xi talba.
Ħin tal-post: Ottubru-10-2024