Përdorimi i metasipërfaqeve për të përmirësuar fitimin dhe izolimin e antenave PCB me brez të gjerë për sistemet e komunikimit 5G nën-6 GHz

Kjo punë propozon një antenë kompakte të integruar me shumë hyrje me shumë dalje (MIMO) me brez të gjerë (MS) për sistemet e komunikimit me valë nën 6 GHz të gjeneratës së pestë (5G). Risia e dukshme e sistemit të propozuar MIMO është gjerësia e gjerë e brezit të funksionimit, fitimi i lartë, hapësirat e vogla ndërkomponente dhe izolimi i shkëlqyer brenda komponentëve MIMO. Pika rrezatuese e antenës është e cunguar diagonalisht, pjesërisht e tokëzuar dhe metasipërfaqet përdoren për të përmirësuar performancën e antenës. Prototipi i propozuar i antenës së vetme të integruar MS ka përmasa miniaturë prej 0,58λ × 0,58λ × 0,02λ. Rezultatet e simulimit dhe matjes demonstrojnë performancën me brez të gjerë nga 3,11 GHz në 7,67 GHz, duke përfshirë fitimin më të lartë të arritur prej 8 dBi. Sistemi MIMO me katër elementë është projektuar në mënyrë që secila antenë të jetë ortogonale me njëra-tjetrën duke ruajtur një madhësi kompakte dhe performancë me brez të gjerë nga 3.2 në 7.6 GHz. Prototipi i propozuar MIMO është projektuar dhe fabrikuar në nënshtresën Rogers RT5880 me humbje të ulët dhe dimensione të vogla prej 1.05? 1.05? 0.02?, dhe performanca e tij vlerësohet duke përdorur grupin e propozuar të rezonatorit të unazës së mbyllur katrore me një unazë të ndarë 10 x 10. Materiali bazë është i njëjtë. Metasipërfaqja e propozuar e planit të pasmë redukton ndjeshëm rrezatimin e pasëm të antenës dhe manipulon fushat elektromagnetike, duke përmirësuar kështu gjerësinë e brezit, fitimin dhe izolimin e komponentëve MIMO. Krahasuar me antenat ekzistuese MIMO, antena e propozuar MIMO me 4 porte arrin një fitim të lartë prej 8,3 dBi me një efikasitet mesatar të përgjithshëm deri në 82% në brezin 5G nën-6 GHz dhe është në përputhje të mirë me rezultatet e matura. Për më tepër, antena MIMO e zhvilluar shfaq performancë të shkëlqyer për sa i përket koeficientit të korrelacionit të mbështjelljes (ECC) prej më pak se 0,004, fitimit të diversitetit (DG) prej rreth 10 dB (>9,98 dB) dhe izolimit të lartë midis komponentëve MIMO (> 15,5 dB ). karakteristikat. Kështu, antena e propozuar MIMO e bazuar në MS konfirmon zbatueshmërinë e saj për rrjetet e komunikimit 5G nën-6 GHz.
Teknologjia 5G është një avancim i jashtëzakonshëm në komunikimet pa tel që do të mundësojë rrjete më të shpejta dhe më të sigurta për miliarda pajisje të lidhura, do të sigurojë përvojat e përdoruesve me vonesë "zero" (latente më pak se 1 milisekonda) dhe do të prezantojë teknologji të reja, duke përfshirë elektronikën. Kujdesi mjekësor, edukimi intelektual. , qytetet inteligjente, shtëpitë inteligjente, realiteti virtual (VR), fabrikat inteligjente dhe Interneti i Automjeteve (IoV) po ndryshojnë jetën, shoqërinë dhe industritë tona1,2,3. Komisioni Federal i Komunikimeve i SHBA (FCC) e ndan spektrin 5G në katër breza frekuencash4. Brezi i frekuencës nën 6 GHz është me interes për studiuesit sepse lejon komunikime në distanca të gjata me shpejtësi të lartë të të dhënave5,6. Shpërndarja e spektrit nën-6 GHz 5G për komunikimet globale 5G është paraqitur në Figurën 1, duke treguar se të gjitha vendet po shqyrtojnë spektrin nën-6 GHz për komunikimet 5G7,8. Antenat janë një pjesë e rëndësishme e rrjeteve 5G dhe do të kërkojnë më shumë antena të stacionit bazë dhe terminalit të përdoruesve.
Antenat patch me mikrostrip kanë avantazhet e hollësisë dhe strukturës së sheshtë, por janë të kufizuara në gjerësi brezi dhe fitim9,10, kështu që janë bërë shumë kërkime për të rritur fitimin dhe gjerësinë e brezit të antenës; Vitet e fundit, metasipërfaqet (MS) janë përdorur gjerësisht në teknologjitë e antenave, veçanërisht për të përmirësuar fitimin dhe xhiros11,12, megjithatë, këto antena janë të kufizuara në një portë të vetme; Teknologjia MIMO është një aspekt i rëndësishëm i komunikimeve me valë, sepse mund të përdorë antena të shumta njëkohësisht për të transmetuar të dhëna, duke përmirësuar kështu shpejtësinë e të dhënave, efikasitetin spektral, kapacitetin e kanalit dhe besueshmërinë13,14,15. Antenat MIMO janë kandidatë të mundshëm për aplikacionet 5G sepse ato mund të transmetojnë dhe marrin të dhëna në shumë kanale pa kërkuar energji shtesë16,17. Efekti i ndërsjellë i bashkimit ndërmjet komponentëve MIMO varet nga vendndodhja e elementeve MIMO dhe nga fitimi i antenës MIMO, e cila është një sfidë e madhe për studiuesit. Figurat 18, 19 dhe 20 tregojnë antena të ndryshme MIMO që funksionojnë në brezin 5G nën-6 GHz, të gjitha duke demonstruar izolim dhe performancë të mirë MIMO. Megjithatë, fitimi dhe gjerësia e brezit të funksionimit të këtyre sistemeve të propozuara janë të ulëta.
Metamaterialet (MM) janë materiale të reja që nuk ekzistojnë në natyrë dhe mund të manipulojnë valët elektromagnetike, duke përmirësuar kështu performancën e antenave21,22,23,24. MM tani përdoret gjerësisht në teknologjinë e antenave për të përmirësuar modelin e rrezatimit, gjerësinë e brezit, fitimin dhe izolimin midis elementeve të antenës dhe sistemeve të komunikimit me valë, siç diskutohet në 25, 26, 27, 28. Në 2029, një sistem MIMO me katër elementë i bazuar në metasipërfaqja, në të cilën pjesa e antenës vendoset midis sipërfaqes meta dhe tokës pa një hendek ajri, gjë që përmirëson performancën e MIMO. Sidoqoftë, ky dizajn ka një madhësi më të madhe, frekuencë më të ulët të funksionimit dhe strukturë komplekse. Një gap elektromagnetik (EBG) dhe unazë tokësore janë përfshirë në antenën e propozuar MIMO me brez të gjerë me 2 porte për të përmirësuar izolimin e komponentëve MIMO30. Antena e projektuar ka performancë të mirë të diversitetit MIMO dhe izolim të shkëlqyeshëm midis dy antenave MIMO, por duke përdorur vetëm dy komponentë MIMO, fitimi do të jetë i ulët. Përveç kësaj, in31 propozoi gjithashtu një antenë MIMO me dy porta me brez ultra të gjerë (UWB) dhe hetoi performancën e saj MIMO duke përdorur metamateriale. Megjithëse kjo antenë është e aftë për funksionimin UWB, fitimi i saj është i ulët dhe izolimi midis dy antenave është i dobët. Puna në 32 propozon një sistem MIMO me 2 porte që përdor reflektorët elektromagnetik të brezit (EBG) për të rritur fitimin. Megjithëse grupi i zhvilluar i antenave ka fitim të lartë dhe performancë të mirë të diversitetit MIMO, madhësia e tij e madhe e bën të vështirë aplikimin në pajisjet e komunikimit të gjeneratës së ardhshme. Një tjetër antenë me brez të gjerë të bazuar në reflektor u zhvillua në vitin 33, ku reflektori u integrua nën antenë me një hendek më të madh 22 mm, duke shfaqur një fitim maksimal më të ulët prej 4,87 dB. Paper 34 dizajnon një antenë MIMO me katër porte për aplikacionet mmWave, e cila është e integruar me shtresën MS për të përmirësuar izolimin dhe përfitimin e sistemit MIMO. Megjithatë, kjo antenë siguron fitim dhe izolim të mirë, por ka gjerësi të kufizuar brezi dhe veti të dobëta mekanike për shkak të hendekut të madh të ajrit. Në mënyrë të ngjashme, në vitin 2015, një antenë MIMO me tre çifte, me 4 porte në formë kravatë, e integruar në metasipërfaqe, u zhvillua për komunikimet mmWave me një fitim maksimal prej 7,4 dBi. B36 MS përdoret në anën e pasme të një antene 5G për të rritur fitimin e antenës, ku metasipërfaqja vepron si një reflektor. Megjithatë, struktura MS është asimetrike dhe më pak vëmendje i është kushtuar strukturës së qelizave njësi.
Sipas rezultateve të analizës së mësipërme, asnjë nga antenat e mësipërme nuk ka fitim të lartë, izolim të shkëlqyer, performancë MIMO dhe mbulim me brez të gjerë. Prandaj, ekziston ende nevoja për një antenë MIMO metasipërfaqe që mund të mbulojë një gamë të gjerë të frekuencave të spektrit 5G nën 6 GHz me fitim dhe izolim të lartë. Duke marrë parasysh kufizimet e literaturës së sipërpërmendur, propozohet një sistem antenash MIMO me katër elementë me brez të gjerë, me fitim të lartë dhe performancë të shkëlqyer të diversitetit për sistemet e komunikimit me valë nën 6 GHz. Përveç kësaj, antena e propozuar MIMO shfaq izolim të shkëlqyeshëm midis komponentëve MIMO, boshllëqe të vogla të elementeve dhe efikasitet të lartë të rrezatimit. Patch-i i antenës është i cunguar në mënyrë diagonale dhe vendoset në majë të metasipërfaqes me një hendek ajri 12 mm, i cili reflekton rrezatimin prapa nga antena dhe përmirëson fitimin dhe drejtimin e antenës. Për më tepër, antena e vetme e propozuar përdoret për të krijuar një antenë MIMO me katër elementë me performancë superiore MIMO duke e pozicionuar secilën antenë në mënyrë ortogonale me njëra-tjetrën. Antena e zhvilluar MIMO u integrua më pas në krye të një grupi 10 × 10 MS me një plan të pasmë bakri për të përmirësuar performancën e emetimit. Dizajni përmban një gamë të gjerë funksionimi (3,08-7,75 GHz), fitim të lartë prej 8,3 dBi dhe efikasitet të përgjithshëm mesatar të lartë prej 82%, si dhe izolim të shkëlqyeshëm prej më shumë se -15,5 dB midis komponentëve të antenës MIMO. Antena MIMO e zhvilluar me bazë MS u simulua duke përdorur paketën e softuerit elektromagnetik 3D CST Studio 2019 dhe u vërtetua përmes studimeve eksperimentale.
Ky seksion ofron një hyrje të detajuar të arkitekturës së propozuar dhe metodologjisë së projektimit të antenës së vetme. Përveç kësaj, rezultatet e simuluara dhe të vëzhguara diskutohen në detaje, duke përfshirë parametrat e shpërndarjes, fitimin dhe efikasitetin e përgjithshëm me dhe pa metasipërfaqe. Prototipi i antenës u zhvillua në një substrat dielektrik me humbje të ulët Rogers 5880 me një trashësi prej 1.575 mm me një konstante dielektrike prej 2.2. Për të zhvilluar dhe simuluar dizajnin, u përdor paketa e simulatorit elektromagnetik CST studio 2019.
Figura 2 tregon arkitekturën e propozuar dhe modelin e projektimit të një antene me një element. Sipas ekuacioneve matematikore të mirëpërcaktuara37, antena përbëhet nga një pikë rrezatuese katrore e ushqyer në mënyrë lineare dhe një plan tokëzues bakri (siç përshkruhet në hapin 1) dhe rezonon me një gjerësi brezi shumë të ngushtë në 10.8 GHz, siç tregohet në figurën 3b. Madhësia fillestare e radiatorit të antenës përcaktohet nga lidhja matematikore e mëposhtme37:
Ku \(P_{L}\) dhe \(P_{w}\) janë gjatësia dhe gjerësia e pjesës, c përfaqëson shpejtësinë e dritës, \(\gama_{r}\) është konstanta dielektrike e nënshtresës . , \(\gamma_{reff }\) përfaqëson vlerën efektive dielektrike të pikës së rrezatimit, \(\Delta L\) përfaqëson ndryshimin në gjatësinë e pikës. Plani i pasmë i antenës u optimizua në fazën e dytë, duke rritur gjerësinë e brezit të rezistencës pavarësisht nga gjerësia e brezit të rezistencës shumë të ulët prej 10 dB. Në fazën e tretë, pozicioni i ushqyesit zhvendoset djathtas, gjë që përmirëson gjerësinë e brezit të rezistencës dhe përputhjen e rezistencës së antenës së propozuar38. Në këtë fazë, antena demonstron një gjerësi të shkëlqyer operimi prej 4 GHz dhe gjithashtu mbulon spektrin nën 6 GHz në 5G. Faza e katërt dhe e fundit përfshin gdhendjen e kanaleve katrore në qoshet e kundërta të pikës së rrezatimit. Kjo slot zgjeron ndjeshëm gjerësinë e brezit 4,56 GHz për të mbuluar spektrin 5G nën-6 GHz nga 3,11 GHz në 7,67 GHz, siç tregohet në Figurën 3b. Pamjet e perspektivës së përparme dhe të poshtme të dizajnit të propozuar janë paraqitur në Figurën 3a, dhe parametrat përfundimtarë të optimizuar të kërkuar të projektimit janë si më poshtë: 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) Pamjet e sipërme dhe të pasme të antenës së vetme të projektuar (CST STUDIO SUITE 2019). (b) Kurba e parametrit S.
Metasipërfaqja është një term që i referohet një grupi periodik të qelizave njësi të vendosura në një distancë të caktuar nga njëra-tjetra. Metasipërfaqet janë një mënyrë efektive për të përmirësuar performancën e rrezatimit të antenës, duke përfshirë gjerësinë e brezit, fitimin dhe izolimin midis komponentëve MIMO. Për shkak të ndikimit të përhapjes së valëve sipërfaqësore, metasipërfaqet gjenerojnë rezonanca shtesë që kontribuojnë në përmirësimin e performancës së antenës39. Kjo punë propozon një njësi metamateriale epsilon-negative (MM) që funksionon në brezin 5G nën 6 GHz. MM me një sipërfaqe prej 8mm×8mm u zhvillua në një substrat Rogers 5880 me humbje të ulët me një konstante dielektrike prej 2.2 dhe një trashësi prej 1.575mm. Patch-i i optimizuar i rezonatorit MM përbëhet nga një unazë e brendshme rrethore e ndarë e lidhur me dy unaza ndarëse të jashtme të modifikuara, siç tregohet në Figurën 4a. Figura 4a përmbledh parametrat përfundimtarë të optimizuar të konfigurimit të propozuar të MM. Më pas, shtresat metasipërfaqësore 40 × 40 mm dhe 80 × 80 mm u zhvilluan pa një plan të pasmë bakri dhe me një plan të pasmë bakri duke përdorur përkatësisht grupe qelizash 5 × 5 dhe 10 × 10. Struktura e propozuar MM u modelua duke përdorur softuerin e modelimit elektromagnetik 3D "CST studio suite 2019". Një prototip i fabrikuar i strukturës së propozuar të grupit MM dhe konfigurimit të matjes (analizuesi i rrjetit me dy porta PNA dhe porta e valëve) është paraqitur në Figurën 4b për të vërtetuar rezultatet e simulimit CST duke analizuar përgjigjen aktuale. Konfigurimi i matjes përdori një analizues rrjeti të serisë Agilent PNA në kombinim me dy adaptorë koaksialë të valëve (A-INFOMW, numri i pjesës: 187WCAS) për të dërguar dhe marrë sinjale. Një grup prototip 5×5 u vendos midis dy përshtatësve koaksialë të valëve të lidhur me kabllo koaksiale me një analizues rrjeti me dy porte (Agilent PNA N5227A). Kompleti i kalibrimit Agilent N4694-60001 përdoret për të kalibruar analizuesin e rrjetit në një impiant pilot. Parametrat e shpërndarjes së simuluar dhe të vëzhguar nga CST të grupit të prototipit të propozuar MM janë paraqitur në Figurën 5a. Mund të shihet se struktura e propozuar MM rezonon në intervalin e frekuencës 5G nën 6 GHz. Pavarësisht ndryshimit të vogël në gjerësinë e brezit prej 10 dB, rezultatet e simuluara dhe eksperimentale janë shumë të ngjashme. Frekuenca rezonante, gjerësia e brezit dhe amplituda e rezonancës së vëzhguar janë paksa të ndryshme nga ato të simuluara, siç tregohet në figurën 5a. Këto dallime midis rezultateve të vëzhguara dhe të simuluara janë për shkak të papërsosmërive të prodhimit, hapësirave të vogla midis portave të prototipit dhe valëve, efekteve të bashkimit midis portave të valëve dhe komponentëve të grupit, dhe tolerancave të matjes. Përveç kësaj, vendosja e duhur e prototipit të zhvilluar midis portave të valëve në konfigurimin eksperimental mund të rezultojë në një zhvendosje rezonancë. Përveç kësaj, zhurma e padëshiruar u vërejt gjatë fazës së kalibrimit, gjë që çoi në mospërputhje midis rezultateve numerike dhe të matura. Sidoqoftë, përveç këtyre vështirësive, prototipi i propozuar i grupit MM performon mirë për shkak të korrelacionit të fortë midis simulimit dhe eksperimentit, duke e bërë atë të përshtatshëm për aplikacionet e komunikimit pa tel nën-6 GHz 5G.
(a) Gjeometria e njësisë së qelizave (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) Foto e konfigurimit të matjes MM.
(a) Simulimi dhe verifikimi i kurbave të parametrave të shpërndarjes së prototipit metamaterial. (b) Kurba konstante dielektrike e një qelize njësi MM.
Parametrat efektivë përkatës si konstanta dielektrike efektive, përshkueshmëria magnetike dhe indeksi i thyerjes u studiuan duke përdorur teknikat e integruara të pas-përpunimit të simulatorit elektromagnetik CST për të analizuar më tej sjelljen e qelizës së njësisë MM. Parametrat efektivë MM janë marrë nga parametrat e shpërndarjes duke përdorur një metodë rindërtimi të fortë. Ekuacionet e mëposhtme të transmetencës dhe koeficientit të reflektimit: (3) dhe (4) mund të përdoren për të përcaktuar indeksin e thyerjes dhe rezistencën (shih 40).
Pjesët reale dhe imagjinare të operatorit përfaqësohen përkatësisht me (.)' dhe (.)” dhe vlera e plotë m korrespondon me indeksin real të thyerjes. Konstanta dielektrike dhe përshkueshmëria përcaktohen nga formula \(\varepsilon { } = {}n/z,\) dhe \(\mu = nz\), të cilat bazohen përkatësisht në impedancën dhe indeksin e thyerjes. Kurba e konstantës dielektrike efektive e strukturës MM është paraqitur në figurën 5b. Në frekuencën rezonante, konstanta dielektrike efektive është negative. Figura 6a,b tregojnë vlerat e nxjerra të përshkueshmërisë efektive (μ) dhe indeksit efektiv të thyerjes (n) të qelizës së propozuar të njësisë. Veçanërisht, përshkueshmëritë e nxjerra shfaqin vlera reale pozitive afër zeros, gjë që konfirmon vetitë epsilon-negative (ENG) të strukturës së propozuar MM. Për më tepër, siç tregohet në figurën 6a, rezonanca në përshkueshmërinë afër zeros është e lidhur fort me frekuencën rezonante. Njësia e zhvilluar ka një indeks refraktiv negativ (Fig. 6b), që do të thotë se MM e propozuar mund të përdoret për të përmirësuar performancën e antenës21,41.
Prototipi i zhvilluar i një antene të vetme me brez të gjerë u krijua për të testuar eksperimentalisht dizajnin e propozuar. Figura 7a,b tregojnë imazhet e prototipit të propozuar të antenës së vetme, pjesët strukturore të saj dhe konfigurimin e matjes në fushë afër (SATIMO). Për të përmirësuar performancën e antenës, metasipërfaqja e zhvilluar vendoset në shtresa nën antenë, siç tregohet në figurën 8a, me lartësi h. Një metasipërfaqe e vetme me dy shtresa 40 mm x 40 mm u aplikua në pjesën e pasme të antenës së vetme në intervale 12 mm. Për më tepër, një metasipërfaqe me një plan të pasmë vendoset në anën e pasme të antenës së vetme në një distancë prej 12 mm. Pas aplikimit të metasipërfaqes, antena e vetme tregon një përmirësim të ndjeshëm në performancë, siç tregohet në figurat 1 dhe 2. Figura 8 dhe 9. Figura 8b tregon grafikët e reflektimit të simuluar dhe të matur për antenën e vetme pa dhe me metasipërfaqe. Vlen të përmendet se brezi i mbulimit të një antene me një metasipërfaqe është shumë i ngjashëm me brezin e mbulimit të një antene pa një metasipërfaqe. Figura 9a,b tregojnë një krahasim të fitimit të simuluar dhe të vëzhguar të antenës së vetme dhe efikasitetit të përgjithshëm pa dhe me MS në spektrin e funksionimit. Mund të shihet se, krahasuar me antenën jo metasipërfaqësore, fitimi i antenës metasipërfaqe është përmirësuar ndjeshëm, duke u rritur nga 5.15 dBi në 8 dBi. Fitimi i metasipërfaqes me një shtresë, metasipërfaqja me dy shtresa dhe antenës së vetme me metasipërfaqe të planit të pasmë u rrit përkatësisht me 6 dBi, 6.9 dBi dhe 8 dBi. Krahasuar me metasipërfaqet e tjera (MC me një shtresë dhe me dy shtresa), fitimi i një antene me metasipërfaqe të vetme me një plan të pasmë bakri është deri në 8 dBi. Në këtë rast, metasipërfaqja vepron si një reflektor, duke reduktuar rrezatimin e pasëm të antenës dhe duke manipuluar valët elektromagnetike në fazë, duke rritur kështu efikasitetin e rrezatimit të antenës dhe rrjedhimisht fitimin. Një studim i efikasitetit të përgjithshëm të një antene të vetme pa dhe me metasipërfaqe është paraqitur në Figurën 9b. Vlen të përmendet se efikasiteti i një antene me dhe pa një metasipërfaqe është pothuajse i njëjtë. Në intervalin e frekuencës më të ulët, efikasiteti i antenës zvogëlohet pak. Lakoret eksperimentale dhe të simuluara të fitimit dhe efikasitetit janë në përputhje të mirë. Megjithatë, ka dallime të vogla midis rezultateve të simuluara dhe të testuara për shkak të defekteve të prodhimit, tolerancave të matjes, humbjes së lidhjes së portit SMA dhe humbjes së telit. Përveç kësaj, antena dhe reflektori MS janë të vendosura midis ndarësve të najlonit, që është një çështje tjetër që ndikon në rezultatet e vëzhguara në krahasim me rezultatet e simulimit.
Figura (a) tregon antenën e vetme të përfunduar dhe komponentët e saj të lidhur. (b) Konfigurimi i matjes në fushë afër (SATIMO).
(a) Ngacmimi i antenës duke përdorur reflektorë metasipërfaqësor (CST STUDIO SUITE 2019). (b) Reflektimet e simuluara dhe eksperimentale të një antene të vetme pa dhe me MS.
Rezultatet e simulimit dhe matjes së (a) fitimit të arritur dhe (b) efikasitetit të përgjithshëm të antenës së propozuar me efekt metasipërfaqe.
Analiza e modelit të rrezes duke përdorur MS. Matjet e fushës së afërt me një antenë u kryen në Mjedisin Eksperimental të Fushës së Afërt SATIMO të Laboratorit të Sistemeve të Fushës së Afërt UKM SATIMO. Figura 10a, b tregojnë modelet e simuluara dhe të vëzhguara të rrezatimit të planit E dhe planit H në 5,5 GHz për antenën e vetme të propozuar me dhe pa MS. Antena e zhvilluar e vetme (pa MS) siguron një model të qëndrueshëm të rrezatimit dydrejtues me vlerat e lobit anësor. Pas aplikimit të reflektorit të propozuar MS, antena siguron një model rrezatimi të njëanshëm dhe zvogëlon nivelin e lobeve të pasme, siç tregohet në figurat 10a, b. Vlen të përmendet se modeli i propozuar i rrezatimit të antenës së vetme është më i qëndrueshëm dhe më i njëdrejtuar me lobe shumë të ulëta të shpinës dhe anësore kur përdoret një metasipërfaqe me një plan të pasmë bakri. Reflektori i propozuar i grupit MM zvogëlon lobet e pasme dhe anësore të antenës ndërsa përmirëson performancën e rrezatimit duke e drejtuar rrymën në drejtime të njëanshme (Fig. 10a, b), duke rritur kështu fitimin dhe drejtimin. U vu re se modeli eksperimental i rrezatimit ishte pothuajse i krahasueshëm me atë të simulimeve CST, por ndryshonte pak për shkak të mospërputhjes së përbërësve të ndryshëm të montuar, tolerancave të matjes dhe humbjeve të kabllove. Përveç kësaj, një ndarës najloni u fut midis antenës dhe reflektorit MS, i cili është një tjetër problem që ndikon në rezultatet e vëzhguara në krahasim me rezultatet numerike.
Modeli i rrezatimit të antenës së vetme të zhvilluar (pa MS dhe me MS) në një frekuencë prej 5.5 GHz u simulua dhe u testua.
Gjeometria e propozuar e antenës MIMO është paraqitur në Figurën 11 dhe përfshin katër antena të vetme. Katër komponentët e antenës MIMO janë rregulluar në mënyrë ortogonale me njëri-tjetrin në një nënshtresë me përmasa 80 × 80 × 1,575 mm, siç tregohet në figurën 11. Antena MIMO e projektuar ka një distancë ndër-elementore prej 22 mm, e cila është më e vogël se distancën më të afërt përkatëse ndër-elementore të antenës. Antena MIMO u zhvillua. Për më tepër, një pjesë e aeroplanit tokësor ndodhet në të njëjtën mënyrë si një antenë e vetme. Vlerat e reflektimit të antenave MIMO (S11, S22, S33 dhe S44) të paraqitura në Figurën 12a shfaqin të njëjtën sjellje si një antenë me një element që rezonon në brezin 3.2-7.6 GHz. Prandaj, gjerësia e brezit të rezistencës së një antene MIMO është saktësisht e njëjtë me atë të një antene të vetme. Efekti i bashkimit midis komponentëve MIMO është arsyeja kryesore për humbjen e vogël të gjerësisë së brezit të antenave MIMO. Figura 12b tregon efektin e ndërlidhjes në komponentët MIMO, ku u përcaktua izolimi optimal midis komponentëve MIMO. Izolimi midis antenave 1 dhe 2 është më i ulëti në rreth -13,6 dB dhe izolimi midis antenave 1 dhe 4 është më i larti në rreth -30,4 dB. Për shkak të madhësisë së saj të vogël dhe gjerësisë së brezit më të gjerë, kjo antenë MIMO ka fitim më të ulët dhe xhiro më të ulët. Izolimi është i ulët, kështu që kërkohet rritje e përforcimit dhe izolimit;
Mekanizmi i projektimit të antenës së propozuar MIMO (a) pamja e sipërme dhe (b) rrafshi i tokës. (CST Studio Suite 2019).
Rregullimi gjeometrik dhe metoda e ngacmimit të antenës MIMO të propozuar metasipërfaqe janë paraqitur në Figurën 13a. Një matricë 10x10 mm me dimensione 80x80x1.575 mm është projektuar për anën e pasme të një antene MIMO 12 mm të lartë, siç tregohet në Figurën 13a. Për më tepër, metasipërfaqet me plane të pasme bakri janë të destinuara për përdorim në antenat MIMO për të përmirësuar performancën e tyre. Distanca midis metasipërfaqes dhe antenës MIMO është kritike për të arritur fitim të lartë duke lejuar ndërhyrje konstruktive midis valëve të gjeneruara nga antena dhe atyre të reflektuara nga metasipërfaqja. Një modelim i gjerë u krye për të optimizuar lartësinë midis antenës dhe metasipërfaqes duke ruajtur standardet e valës çerek për përfitim maksimal dhe izolim midis elementeve MIMO. Përmirësimet e rëndësishme në performancën e antenës MIMO të arritura duke përdorur metasipërfaqe me plane të pasme në krahasim me metasipërfaqet pa plane të pasme do të demonstrohen në kapitujt pasues.
(a) konfigurimi i simulimit CST të antenës MIMO të propozuar duke përdorur MS (CST STUDIO SUITE 2019), (b) Kurbat e reflektimit të sistemit të zhvilluar MIMO pa MS dhe me MS.
Reflektimet e antenave MIMO me dhe pa metasipërfaqe janë paraqitur në figurën 13b, ku S11 dhe S44 janë paraqitur për shkak të sjelljes pothuajse identike të të gjitha antenave në sistemin MIMO. Vlen të përmendet se gjerësia e brezit të rezistencës -10 dB të një antene MIMO pa dhe me një metasipërfaqe të vetme është pothuajse e njëjtë. Në të kundërt, gjerësia e brezit të rezistencës së antenës së propozuar MIMO është përmirësuar nga MS me dy shtresa dhe MS me planin e pasmë. Vlen të përmendet se pa MS, antena MIMO siguron një gjerësi brezi të pjesshëm prej 81.5% (3.2-7.6 GHz) në lidhje me frekuencën qendrore. Integrimi i MS me planin e pasmë rrit gjerësinë e brezit të rezistencës së antenës së propozuar MIMO në 86,3% (3,08-7,75 GHz). Megjithëse MS me dy shtresa rrit xhiros, përmirësimi është më i vogël se ai i MS me një plan të pasmë bakri. Për më tepër, një MC me dy shtresa rrit madhësinë e antenës, rrit koston e saj dhe kufizon gamën e saj. Antena MIMO e projektuar dhe reflektori metasipërfaqe janë fabrikuar dhe verifikuar për të vërtetuar rezultatet e simulimit dhe për të vlerësuar performancën aktuale. Figura 14a tregon shtresën e fabrikuar MS dhe antenën MIMO me komponentë të ndryshëm të montuar, ndërsa Figura 14b tregon një fotografi të sistemit të zhvilluar MIMO. Antena MIMO është montuar në majë të metasipërfaqes duke përdorur katër ndarës najloni, siç tregohet në Figurën 14b. Figura 15a tregon një fotografi të konfigurimit eksperimental në fushë të afërt të sistemit të zhvilluar të antenës MIMO. Një analizues i rrjetit PNA (Agilent Technologies PNA N5227A) u përdor për të vlerësuar parametrat e shpërndarjes dhe për të vlerësuar dhe karakterizuar karakteristikat e emetimit të fushës së afërt në Laboratorin e Sistemeve të Fushës së Afërt UKM SATIMO.
(a) Fotot e matjeve të fushës afër SATIMO (b) Kurbat e simuluara dhe eksperimentale të antenës S11 MIMO me dhe pa MS.
Ky seksion paraqet një studim krahasues të parametrave S të simuluar dhe të vëzhguar të antenës së propozuar 5G MIMO. Figura 15b tregon grafikun eksperimental të reflektimit të antenës MIMO MS të integruar me 4 elementë dhe e krahason atë me rezultatet e simulimit CST. Reflektimet eksperimentale u zbuluan se ishin të njëjta me llogaritjet CST, por ishin paksa të ndryshme për shkak të defekteve të prodhimit dhe tolerancave eksperimentale. Për më tepër, reflektimi i vëzhguar i prototipit të propozuar MIMO të bazuar në MS mbulon spektrin 5G nën 6 GHz me një gjerësi bande impedance prej 4.8 GHz, që do të thotë se aplikimet 5G janë të mundshme. Megjithatë, frekuenca rezonante e matur, gjerësia e brezit dhe amplituda ndryshojnë pak nga rezultatet e simulimit CST. Defektet e prodhimit, humbjet e bashkimit të bashkimit me SMA dhe konfigurimet e matjeve në natyrë mund të shkaktojnë dallime midis rezultateve të matura dhe të simuluara. Megjithatë, pavarësisht nga këto mangësi, MIMO-ja e propozuar performon mirë, duke siguruar marrëveshje të fortë midis simulimeve dhe matjeve, duke e bërë atë të përshtatshëm për aplikacionet me valë nën-6 GHz 5G.
Lakoret e fitimit të antenës MIMO të simuluara dhe të vëzhguara janë paraqitur në figurat 2 dhe 2. Siç tregohet në figurat përkatësisht 16a,b dhe 17a,b, është paraqitur ndërveprimi i ndërsjellë i komponentëve MIMO. Kur metasipërfaqet aplikohen në antenat MIMO, izolimi ndërmjet antenave MIMO përmirësohet ndjeshëm. Grafikët e izolimit ndërmjet elementëve ngjitur të antenës S12, S14, S23 dhe S34 tregojnë kthesa të ngjashme, ndërsa antenat diagonale MIMO S13 dhe S42 tregojnë izolim të ngjashëm të lartë për shkak të distancës më të madhe ndërmjet tyre. Karakteristikat e simuluara të transmetimit të antenave ngjitur janë paraqitur në Figurën 16a. Vlen të përmendet se në spektrin e funksionimit 5G nën 6 GHz, izolimi minimal i një antene MIMO pa një metasipërfaqe është -13,6 dB, dhe për një metasipërfaqe me një plan të pasmë - 15,5 dB. Grafiku i fitimit (Figura 16a) tregon se metasipërfaqja e planit të pasmë përmirëson ndjeshëm izolimin midis elementeve të antenës MIMO në krahasim me metasipërfaqet me një dhe dy shtresa. Në elementët ngjitur të antenës, metasipërfaqet me një dhe dy shtresa sigurojnë izolim minimal prej afërsisht -13,68 dB dhe -14,78 dB, dhe metasipërfaqja e planit të pasmë prej bakri siguron afërsisht -15,5 dB.
Kurbat e simuluara të izolimit të elementeve MIMO pa shtresë MS dhe me shtresë MS: (a) S12, S14, S34 dhe S32 dhe (b) S13 dhe S24.
Lakoret eksperimentale të fitimit të antenave MIMO të propozuara me bazë MS pa dhe me: (a) S12, S14, S34 dhe S32 dhe (b) S13 dhe S24.
Grafikët e fitimit të antenës diagonale MIMO para dhe pas shtimit të shtresës MS janë paraqitur në Figurën 16b. Vlen të përmendet se izolimi minimal midis antenave diagonale pa metasipërfaqe (antenat 1 dhe 3) është – 15,6 dB në të gjithë spektrin e funksionimit, dhe një metasipërfaqe me një plan të pasmë është – 18 dB. Qasja metasipërfaqe redukton ndjeshëm efektet e bashkimit ndërmjet antenave MIMO diagonale. Izolimi maksimal për një metasipërfaqe me një shtresë është -37 dB, ndërsa për një metasipërfaqe me dy shtresa kjo vlerë bie në -47 dB. Izolimi maksimal i metasipërfaqes me një plan të pasmë bakri është -36.2 dB, i cili zvogëlohet me rritjen e diapazonit të frekuencës. Krahasuar me metasipërfaqet me një dhe me dy shtresa pa një plan të pasmë, metasipërfaqet me një plan të pasmë ofrojnë izolim superior në të gjithë gamën e kërkuar të frekuencës së funksionimit, veçanërisht në intervalin 5G nën 6 GHz, siç tregohet në figurat 16a, b. Në brezin 5G më të popullarizuar dhe të përdorur gjerësisht nën 6 GHz (3,5 GHz), metasipërfaqet me një dhe me dy shtresa kanë izolim më të ulët midis komponentëve MIMO sesa metasipërfaqet me plane të pasme bakri (pothuajse pa MS) (shih Figurën 16a), b) . Matjet e fitimit tregohen në figurat 17a, b, duke treguar përkatësisht izolimin e antenave ngjitur (S12, S14, S34 dhe S32) dhe antenave diagonale (S24 dhe S13). Siç mund të shihet nga këto figura (Fig. 17a, b), izolimi eksperimental ndërmjet komponentëve MIMO përputhet mirë me izolimin e simuluar. Megjithëse ka dallime të vogla midis vlerave të simuluara dhe të matura CST për shkak të defekteve të prodhimit, lidhjeve të portit SMA dhe humbjeve të telit. Përveç kësaj, antena dhe reflektori MS janë të vendosura midis ndarësve të najlonit, që është një çështje tjetër që ndikon në rezultatet e vëzhguara në krahasim me rezultatet e simulimit.
studioi shpërndarjen e rrymës sipërfaqësore në 5.5 GHz për të racionalizuar rolin e metasipërfaqeve në reduktimin e bashkimit të ndërsjellë përmes shtypjes së valëve sipërfaqësore42. Shpërndarja e rrymës sipërfaqësore e antenës MIMO të propozuar është paraqitur në Figurën 18, ku antena 1 është e drejtuar dhe pjesa tjetër e antenës përfundon me një ngarkesë 50 ohm. Kur antena 1 është e ndezur, rryma të rëndësishme të lidhjes së ndërsjellë do të shfaqen në antenat ngjitur në 5.5 GHz në mungesë të një metasipërfaqeje, siç tregohet në Figurën 18a. Përkundrazi, nëpërmjet përdorimit të metasipërfaqeve, siç tregohet në Fig. 18b–d, izolimi ndërmjet antenave ngjitur përmirësohet. Duhet të theksohet se efekti i bashkimit të ndërsjellë të fushave ngjitur mund të minimizohet duke përhapur rrymën e bashkimit në unazat ngjitur të qelizave njësi dhe qelizat e njësisë MS ngjitur përgjatë shtresës MS në drejtime antiparalele. Injektimi i rrymës nga antenat e shpërndara në njësitë MS është një metodë kyçe për përmirësimin e izolimit ndërmjet komponentëve MIMO. Si rezultat, rryma e bashkimit midis komponentëve MIMO zvogëlohet shumë, dhe izolimi gjithashtu përmirësohet shumë. Për shkak se fusha e bashkimit është e shpërndarë gjerësisht në element, metasipërfaqja e planit të pasmë prej bakri izolon montimin e antenës MIMO dukshëm më shumë sesa metasipërfaqet me një dhe dy shtresa (Figura 18d). Për më tepër, antena MIMO e zhvilluar ka përhapje shumë të ulët prapa dhe përhapje anësore, duke prodhuar një model rrezatimi të njëanshëm, duke rritur kështu fitimin e antenës MIMO të propozuar.
Modelet e rrymës sipërfaqësore të antenës MIMO të propozuar në 5,5 GHz (a) pa MC, (b) MC me një shtresë, (c) MC me dy shtresa dhe (d) MC me një shtresë me plan të pasmë bakri. (CST Studio Suite 2019).
Brenda frekuencës së funksionimit, Figura 19a tregon përfitimet e simuluara dhe të vëzhguara të antenës MIMO të projektuar pa dhe me metasipërfaqe. Fitimi i arritur i simuluar i antenës MIMO pa metasipërfaqe është 5.4 dBi, siç tregohet në figurën 19a. Për shkak të efektit të ndërsjellë të bashkimit ndërmjet komponentëve MIMO, antena MIMO e propozuar në fakt arrin 0,25 dBi fitim më të lartë se një antenë e vetme. Shtimi i metasipërfaqeve mund të sigurojë përfitime të konsiderueshme dhe izolim midis komponentëve MIMO. Kështu, antena MIMO metasipërfaqe e propozuar mund të arrijë fitim të lartë të realizuar deri në 8.3 dBi. Siç tregohet në figurën 19a, kur përdoret një metasipërfaqe e vetme në pjesën e pasme të antenës MIMO, fitimi rritet me 1.4 dBi. Kur metasipërfaqja dyfishohet, fitimi rritet me 2.1 dBi, siç tregohet në figurën 19a. Megjithatë, fitimi maksimal i pritshëm prej 8.3 dBi arrihet kur përdoret metasipërfaqja me një plan të pasmë bakri. Veçanërisht, fitimi maksimal i arritur për metasipërfaqet me një shtresë dhe me dy shtresa është përkatësisht 6.8 dBi dhe 7.5 dBi, ndërsa fitimi maksimal i arritur për metasipërfaqen e shtresës së poshtme është 8.3 dBi. Shtresa metasipërfaqësore në anën e pasme të antenës vepron si një reflektor, duke reflektuar rrezatimin nga ana e pasme e antenës dhe duke përmirësuar raportin para-mbrapa (F/B) të antenës MIMO të projektuar. Përveç kësaj, reflektori MS me rezistencë të lartë manipulon valët elektromagnetike në fazë, duke krijuar kështu rezonancë shtesë dhe duke përmirësuar performancën e rrezatimit të antenës së propozuar MIMO. Reflektori MS i instaluar pas antenës MIMO mund të rrisë ndjeshëm fitimin e arritur, gjë që konfirmohet nga rezultatet eksperimentale. Fitimet e vëzhguara dhe të simuluara të antenës së zhvilluar prototipi MIMO janë pothuajse të njëjta, megjithatë, në disa frekuenca fitimi i matur është më i lartë se fitimi i simuluar, veçanërisht për MIMO pa MS; Këto ndryshime në fitimin eksperimental janë për shkak të tolerancave matëse të jastëkëve të najlonit, humbjeve të kabllove dhe bashkimit në sistemin e antenës. Fitimi maksimal i matur i antenës MIMO pa metasipërfaqe është 5,8 dBi, ndërsa metasipërfaqja me një plan të pasmë bakri është 8,5 dBi. Vlen të përmendet se sistemi i plotë i propozuar i antenës MIMO me 4 porte me reflektor MS shfaq fitim të lartë në kushte eksperimentale dhe numerike.
Simulimi dhe rezultatet eksperimentale të (a) fitimit të arritur dhe (b) performancës së përgjithshme të antenës së propozuar MIMO me efekt metasipërfaqe.
Figura 19b tregon performancën e përgjithshme të sistemit të propozuar MIMO pa dhe me reflektorë metasipërfaqësor. Në figurën 19b, efikasiteti më i ulët duke përdorur MS me planin e pasmë ishte mbi 73% (deri në 84%). Efikasiteti i përgjithshëm i antenave MIMO të zhvilluara pa MC dhe me MC është pothuajse i njëjtë me dallime të vogla në krahasim me vlerat e simuluara. Arsyet për këtë janë tolerancat e matjes dhe përdorimi i ndarësve ndërmjet antenës dhe reflektorit MS. Fitimi i arritur i matur dhe efikasiteti i përgjithshëm në të gjithë frekuencën janë pothuajse të ngjashme me rezultatet e simulimit, duke treguar se performanca e prototipit të propozuar MIMO është siç pritej dhe se antena MIMO e rekomanduar e bazuar në MS është e përshtatshme për komunikimet 5G. Për shkak të gabimeve në studimet eksperimentale, ekzistojnë dallime midis rezultateve të përgjithshme të eksperimenteve laboratorike dhe rezultateve të simulimeve. Performanca e prototipit të propozuar ndikohet nga mospërputhja e rezistencës ndërmjet antenës dhe lidhësit SMA, humbjet e lidhjes së kabllove koaksiale, efektet e saldimit dhe afërsia e pajisjeve të ndryshme elektronike me konfigurimin eksperimental.
Figura 20 përshkruan progresin e projektimit dhe optimizimit të antenës së përmendur në formën e një bllok diagrami. Ky bllok diagram ofron një përshkrim hap pas hapi të parimeve të propozuara të projektimit të antenës MIMO, si dhe parametrave që luajnë një rol kyç në optimizimin e antenës për të arritur fitimin e lartë të kërkuar dhe izolimin e lartë mbi një frekuencë të gjerë funksionimi.
Matjet e antenës MIMO të fushës së afërt u matën në Mjedisin Eksperimental të Fushës së Afërt SATIMO në Laboratorin e Sistemeve të Fushës së Afërt UKM SATIMO. Figura 21a,b përshkruajnë modelet e simuluara dhe të vëzhguara të rrezatimit të planit E dhe H të antenës MIMO të pretenduar me dhe pa MS në një frekuencë funksionimi prej 5,5 GHz. Në diapazonin e frekuencës së funksionimit prej 5,5 GHz, antena MIMO e zhvilluar jo-MS ofron një model të qëndrueshëm të rrezatimit dydrejtues me vlerat e lobit anësor. Pas aplikimit të reflektorit MS, antena siguron një model rrezatimi njëdrejtues dhe zvogëlon nivelin e lobeve të pasme, siç tregohet në figurat 21a, b. Vlen të përmendet se duke përdorur një metasipërfaqe me një plan të pasmë bakri, modeli i propozuar i antenës MIMO është më i qëndrueshëm dhe më njëdrejtimësh se pa MS, me lobe shumë të ulëta të shpinës dhe anësore. Reflektori i propozuar i grupit MM zvogëlon lobet e pasme dhe anësore të antenës dhe gjithashtu përmirëson karakteristikat e rrezatimit duke e drejtuar rrymën në një drejtim të njëanshëm (Fig. 21a, b), duke rritur kështu fitimin dhe drejtimin. Modeli i matur i rrezatimit është marrë për portin 1 me një ngarkesë prej 50 ohm të lidhur me portat e mbetura. U vu re se modeli eksperimental i rrezatimit ishte pothuajse identik me atë të simuluar nga CST, megjithëse kishte disa devijime për shkak të mospërputhjes së komponentëve, reflektimeve nga portat e terminalit dhe humbjeve në lidhjet kabllore. Për më tepër, një ndarës najloni u fut midis antenës dhe reflektorit MS, që është një çështje tjetër që ndikon në rezultatet e vëzhguara në krahasim me rezultatet e parashikuara.
Modeli i rrezatimit i antenës MIMO të zhvilluar (pa MS dhe me MS) në një frekuencë prej 5.5 GHz u simulua dhe u testua.
Është e rëndësishme të theksohet se izolimi i portit dhe karakteristikat e tij shoqëruese janë thelbësore kur vlerësohet performanca e sistemeve MIMO. Performanca e diversitetit të sistemit të propozuar MIMO, duke përfshirë koeficientin e korrelacionit të mbështjelljes (ECC) dhe fitimin e diversitetit (DG), është ekzaminuar për të ilustruar qëndrueshmërinë e sistemit të projektuar të antenës MIMO. ECC dhe DG e një antene MIMO mund të përdoren për të vlerësuar performancën e saj pasi ato janë aspekte të rëndësishme të performancës së një sistemi MIMO. Seksionet e mëposhtme do të detajojnë këto veçori të antenës së propozuar MIMO.
Koeficienti i korrelacionit të zarfit (ECC). Kur merret parasysh çdo sistem MIMO, ECC përcakton shkallën në të cilën elementët përbërës lidhen me njëri-tjetrin në lidhje me vetitë e tyre specifike. Kështu, ECC demonstron shkallën e izolimit të kanalit në një rrjet komunikimi pa tel. ECC (koeficienti i korrelacionit të zarfit) i sistemit të zhvilluar MIMO mund të përcaktohet bazuar në parametrat S dhe emetimin në fushë të largët. Nga barazimi. (7) dhe (8) mund të përcaktohet ECC e antenës së propozuar MIMO 31.
Koeficienti i reflektimit përfaqësohet nga Sii dhe Sij përfaqëson koeficientin e transmetimit. Modelet tredimensionale të rrezatimit të antenave j-të dhe i-të jepen nga shprehjet \(\vec{R}_{j} \left( {\theta ,\varphi } \djathtas)\) dhe \( \vec {{R_{ i } }} Këndi i ngurtë i përfaqësuar nga \left( {\theta ,\varphi } \djathtas)\) dhe \({\Omega }\). Kurba ECC e antenës së propozuar është paraqitur në Figurën 22a dhe vlera e saj është më e vogël se 0,004, e cila është shumë më poshtë se vlera e pranueshme prej 0,5 për një sistem me valë. Prandaj, vlera e reduktuar ECC do të thotë që sistemi i propozuar MIMO me 4 porte ofron diversitet superior43.
Fitimi i diversitetit (DG) DG është një tjetër metrikë e performancës së sistemit MIMO që përshkruan se si skema e diversitetit ndikon në fuqinë e rrezatuar. Lidhja (9) përcakton DG të sistemit të antenës MIMO që po zhvillohet, siç përshkruhet në 31.
Figura 22b tregon diagramin DG të sistemit të propozuar MIMO, ku vlera e DG është shumë afër 10 dB. Vlerat DG të të gjitha antenave të sistemit MIMO të projektuar tejkalojnë 9.98 dB.
Tabela 1 krahason antenën MIMO metasipërfaqe të propozuar me sisteme të ngjashme MIMO të zhvilluara së fundmi. Krahasimi merr parasysh parametra të ndryshëm të performancës, duke përfshirë gjerësinë e brezit, fitimin, izolimin maksimal, efikasitetin e përgjithshëm dhe performancën e diversitetit. Studiuesit kanë prezantuar prototipe të ndryshme të antenave MIMO me teknika të rritjes së fitimit dhe izolimit në 5, 44, 45, 46, 47. Krahasuar me punimet e publikuara më parë, sistemi i propozuar MIMO me reflektorë metasipërfaqe i tejkalon ato për sa i përket gjerësisë së brezit, fitimit dhe izolimit. Për më tepër, krahasuar me antenat e ngjashme të raportuara, sistemi MIMO i zhvilluar shfaq performancë superiore të diversitetit dhe efikasitet të përgjithshëm në një madhësi më të vogël. Megjithëse antenat e përshkruara në seksionin 5.46 kanë izolim më të lartë se antenat tona të propozuara, këto antena vuajnë nga madhësia e madhe, fitimi i ulët, gjerësia e ngushtë e brezit dhe performanca e dobët MIMO. Antena MIMO me 4 porte e propozuar në 45 shfaq fitim dhe efikasitet të lartë, por dizajni i saj ka izolim të ulët, madhësi të madhe dhe performancë të dobët të diversitetit. Nga ana tjetër, sistemi i antenave me përmasa të vogla i propozuar në 47 ka fitim dhe gjerësi bande operative shumë të ulët, ndërsa sistemi ynë i propozuar MIMO me 4 porte me bazë MS shfaq madhësi të vogël, fitim të lartë, izolim të lartë dhe performancë më të mirë MIMO. Kështu, antena MIMO metasipërfaqe e propozuar mund të bëhet një konkurrent kryesor për sistemet e komunikimit 5G nën-6 GHz.
Propozohet një antenë MIMO e bazuar në reflektor metasipërfaqe me katër porte me brez të gjerë me fitim dhe izolim të lartë për të mbështetur aplikacionet 5G nën 6 GHz. Linja e mikroshirit ushqen një seksion rrezatimi katror, ​​i cili shkurtohet nga një katror në qoshet diagonale. MS e propozuar dhe emituesi i antenës zbatohen në materiale nënshtresore të ngjashme me Rogers RT5880 për të arritur performancë të shkëlqyer në sistemet e komunikimit 5G me shpejtësi të lartë. Antena MIMO përmban një gamë të gjerë dhe fitim të lartë, dhe siguron izolim të zërit midis komponentëve MIMO dhe efikasitet të shkëlqyeshëm. Antena e zhvilluar e vetme ka dimensione në miniaturë prej 0,58?0,58?0,02? me një grup metasipërfaqe 5×5, ofron një gjerësi bande operative 4,56 GHz, fitim maksimal prej 8 dBi dhe efikasitet të matur superior. Antena e propozuar MIMO me katër porte (arresë 2 × 2) është projektuar duke rreshtuar në mënyrë ortogonale çdo antenë të vetme të propozuar me një antenë tjetër me dimensione 1,05λ × 1,05λ × 0,02λ. Rekomandohet të montoni një grup 10×10 MM nën një antenë MIMO 12 mm të lartë, e cila mund të zvogëlojë rrezatimin e pasmë dhe të reduktojë bashkimin e ndërsjellë midis komponentëve MIMO, duke përmirësuar kështu fitimin dhe izolimin. Rezultatet eksperimentale dhe simuluese tregojnë se prototipi i zhvilluar MIMO mund të funksionojë në një gamë të gjerë frekuencash prej 3,08-7,75 GHz, duke mbuluar spektrin 5G nën 6 GHz. Përveç kësaj, antena MIMO e propozuar me bazë MS përmirëson fitimin e saj me 2,9 dBi, duke arritur një fitim maksimal prej 8,3 dBi dhe siguron izolim të shkëlqyeshëm (>15,5 dB) midis komponentëve MIMO, duke vërtetuar kontributin e MS. Për më tepër, antena e propozuar MIMO ka një efikasitet të përgjithshëm mesatar të lartë prej 82% dhe një distancë të ulët ndër-elementësh prej 22 mm. Antena shfaq performancë të shkëlqyeshme të diversitetit MIMO duke përfshirë DG shumë të lartë (mbi 9,98 dB), ECC shumë të ulët (më pak se 0,004) dhe model rrezatimi me një drejtim. Rezultatet e matjes janë shumë të ngjashme me rezultatet e simulimit. Këto karakteristika konfirmojnë se sistemi i zhvilluar i antenave MIMO me katër porte mund të jetë një zgjedhje e zbatueshme për sistemet e komunikimit 5G në intervalin e frekuencës nën-6 GHz.
Cowin mund të ofrojë antenë PCB me brez të gjerë 400-6000 MHz dhe mbështetje për të dizajnuar antenë të re sipas kërkesës tuaj, ju lutemi na kontaktoni pa hezitim nëse keni ndonjë kërkesë.