Бұл жұмыс 6 ГГц бесінші буын (5G) сымсыз байланыс жүйелеріне арналған ықшам біріктірілген көп кірісті көп шығыс (MIMO) метабетінің (MS) кең жолақты антеннасын ұсынады. Ұсынылған MIMO жүйесінің айқын жаңалығы оның кең жұмыс өткізу қабілеттілігі, жоғары кіріс, шағын құрамдас аралық саңылаулар және MIMO құрамдастарының ішіндегі тамаша оқшаулау болып табылады. Антеннаның сәулелену нүктесі диагональ бойынша кесілген, жартылай жерге тұйықталған және антеннаның жұмысын жақсарту үшін метабеттері пайдаланылады. Ұсынылған прототипі біріктірілген жалғыз MS антеннасының шағын өлшемдері 0,58λ × 0,58λ × 0,02λ. Модельдеу және өлшеу нәтижелері 3,11 ГГц-тен 7,67 ГГц-ке дейінгі кең жолақты өнімділікті көрсетеді, оның ішінде 8 дБи жеткен ең жоғары өсім. Төрт элементтен тұратын MIMO жүйесі шағын өлшемді және 3,2-ден 7,6 ГГц-ке дейінгі кең жолақты өнімділікті сақтай отырып, әрбір антенна бір-біріне ортогональды болатындай етіп жасалған. Ұсынылған MIMO прототипі аз шығынды және кішірейтілген өлшемдері 1,05? 1,05? 0,02?, және оның өнімділігі 10 x 10 бөлінген сақинасы бар ұсынылған шаршы тұйық сақина резонаторлық массивінің көмегімен бағаланады. Негізгі материал бірдей. Ұсынылған артқы панельдің метабеттері антеннаның кері сәулеленуін айтарлықтай азайтады және электромагниттік өрістерді басқарады, осылайша MIMO компоненттерінің өткізу қабілеттілігін, күшейтуін және оқшаулануын жақсартады. Қолданыстағы MIMO антенналарымен салыстырғанда, ұсынылған 4 портты MIMO антеннасы 5G суб-6 ГГц диапазонында орташа жалпы тиімділігі 82%-ға дейінгі 8,3 дБи жоғары өсімге қол жеткізеді және өлшенген нәтижелерге жақсы сәйкес келеді. Сонымен қатар, әзірленген MIMO антеннасы конверттің корреляция коэффициенті (ECC) 0,004-тен төмен, әртүрлілікті арттыру (DG) шамамен 10 дБ (>9,98 дБ) және MIMO компоненттері арасындағы жоғары оқшаулау (>15,5 дБ) бойынша тамаша өнімділікті көрсетеді. сипаттамалары. Осылайша, ұсынылған MS негізіндегі MIMO антеннасы оның 6 ГГц-тен төмен 5G байланыс желілері үшін қолданылуын растайды.
5G технологиясы - миллиардтаған қосылған құрылғылар үшін жылдамырақ және қауіпсіз желілерге мүмкіндік беретін, пайдаланушы тәжірибесін «нөлдік» кідіріспен (1 миллисекундтан аз кідіріс) қамтамасыз ететін және жаңа технологияларды, соның ішінде электрониканы енгізетін сымсыз байланыстағы керемет жетістік. Медициналық көмек, интеллектуалдық тәрбие. , ақылды қалалар, смарт үйлер, виртуалды шындық (VR), ақылды зауыттар және көліктер интернеті (IoV) біздің өмірімізді, қоғамды және салаларды өзгертеді1,2,3. АҚШ Федералды Байланыс комиссиясы (FCC) 5G спектрін төрт жиілік диапазонына бөледі4. 6 ГГц-тен төмен жиілік диапазоны зерттеушілерді қызықтырады, себебі ол деректердің жоғары жылдамдығымен қалааралық байланысқа мүмкіндік береді5,6. Жаһандық 5G байланысы үшін 6 ГГц-ден төмен 5G спектрін бөлу 1-суретте көрсетілген, бұл барлық елдер 5G байланысы үшін 6 ГГц-тен төмен спектрді қарастыратынын көрсетеді7,8. Антенналар 5G желілерінің маңызды бөлігі болып табылады және қосымша базалық станция мен пайдаланушы терминалының антенналарын қажет етеді.
Микрожолақты патч-антенналар жұқа және тегіс құрылымның артықшылықтарына ие, бірақ өткізу қабілеттілігі мен күшейту қабілетімен шектелген9,10, сондықтан антеннаның күшейту және өткізу қабілеттілігін арттыру үшін көптеген зерттеулер жүргізілді; Соңғы жылдары метабеттер (MS) антенналық технологияларда кеңінен қолданылды, әсіресе күшейту мен өткізу қабілетін жақсарту үшін11,12, алайда бұл антенналар бір портпен шектеледі; MIMO технологиясы сымсыз байланыстың маңызды аспектісі болып табылады, себебі ол деректерді беру үшін бір уақытта бірнеше антенналарды пайдалана алады, осылайша деректер жылдамдығын, спектрлік тиімділікті, арна сыйымдылығын және сенімділігін жақсартады13,14,15. MIMO антенналары 5G қолданбалары үшін әлеуетті үміткерлер болып табылады, өйткені олар қосымша қуатты қажет етпестен деректерді бірнеше арна арқылы жібере және қабылдай алады16,17. MIMO құрамдастары арасындағы өзара байланыстыру әсері MIMO элементтерінің орналасуына және MIMO антеннасының күшеюіне байланысты, бұл зерттеушілер үшін үлкен қиындық болып табылады. 18, 19 және 20-суреттер 5G суб-6 ГГц диапазонында жұмыс істейтін әртүрлі MIMO антенналарын көрсетеді, олардың барлығы жақсы MIMO оқшаулауы мен өнімділігін көрсетеді. Дегенмен, бұл ұсынылған жүйелердің кірісі мен жұмыс өткізу қабілеттілігі төмен.
Метаматериалдар (ММ) – табиғатта жоқ және электромагниттік толқындарды басқара алатын, осылайша антенналардың жұмысын жақсартатын жаңа материалдар21,22,23,24. MM қазір 25, 26, 27, 28-де талқыланған антенна элементтері мен сымсыз байланыс жүйелері арасындағы сәулелену үлгісін, өткізу қабілеттілігін, күшейтуді және оқшаулауды жақсарту үшін антенна технологиясында кеңінен қолданылады. 2029 жылы төрт элементтен тұратын MIMO жүйесі негізделген. metasurface, онда антенна бөлімі ауа саңылаусыз метабеткей мен жер арасында қыстырылған, бұл MIMO өнімділігін жақсартады. Дегенмен, бұл дизайн үлкен өлшемге, төмен жұмыс жиілігіне және күрделі құрылымға ие. MIMO30 құрамдастарының оқшаулануын жақсарту үшін ұсынылған 2 портты кең жолақты MIMO антеннасына электромагниттік жолақ аралығы (EBG) және жерге қосу контуры қосылған. Жасалған антеннаның MIMO әртүрлілігінің жақсы өнімділігі және екі MIMO антеннасы арасындағы тамаша оқшаулануы бар, бірақ тек екі MIMO құрамдастарын пайдаланған кезде пайда аз болады. Сонымен қатар, in31 ультра кең жолақты (UWB) қос портты MIMO антеннасын ұсынды және метаматериалдар арқылы оның MIMO өнімділігін зерттеді. Бұл антенна UWB жұмысына қабілетті болғанымен, оның күшеюі төмен және екі антенна арасындағы оқшаулау нашар. In32 жұмысы күшейтуді арттыру үшін электромагниттік диапазонды (EBG) шағылдырғыштарды пайдаланатын 2 портты MIMO жүйесін ұсынады. Әзірленген антенна массиві жоғары нәтижеге және жақсы MIMO әртүрлі өнімділігіне ие болғанымен, оның үлкен өлшемі келесі буын байланыс құрылғыларында қолдануды қиындатады. Басқа шағылыстырғыш негізіндегі кең жолақты антенна 33 жылы әзірленді, онда шағылыстырғыш антеннаның астына 22 мм үлкен саңылаумен біріктіріліп, 4,87 дБ төменгі шыңды күшейтуді көрсетті. Paper 34 MIMO жүйесінің оқшаулануын және күшейтуін жақсарту үшін MS қабатымен біріктірілген mmWave қолданбаларына арналған төрт портты MIMO антеннасын әзірлейді. Дегенмен, бұл антенна жақсы кіріс пен оқшаулауды қамтамасыз етеді, бірақ үлкен ауа саңылауына байланысты өткізу қабілеті шектеулі және механикалық қасиеттері нашар. Сол сияқты, 2015 жылы максималды күшейту коэффициенті 7,4 дБи болатын mmWave байланыстары үшін үш жұпты, 4 портты бантик тәрізді метабеттік біріктірілген MIMO антеннасы әзірленді. B36 MS антеннаның өсуін арттыру үшін 5G антеннасының артқы жағында қолданылады, мұнда метабеттер шағылыстырғыш ретінде әрекет етеді. Дегенмен, MS құрылымы асимметриялы және бірлік жасуша құрылымына аз көңіл бөлінді.
Жоғарыда келтірілген талдау нәтижелеріне сәйкес, жоғарыда аталған антенналардың ешқайсысында жоғары кіріс, тамаша оқшаулау, MIMO өнімділігі және кең жолақты қамту жоқ. Сондықтан 6 ГГц-тен төмен 5G спектрінің кең диапазонын жоғары күшейту және оқшаулаумен қамтуға болатын метабеттік MIMO антеннасына әлі де қажеттілік бар. Жоғарыда аталған әдебиеттердің шектеулерін ескере отырып, 6 ГГц-тен төмен сымсыз байланыс жүйелері үшін жоғары күшейту және тамаша әртүрлілік өнімділігі бар кең жолақты төрт элементті MIMO антенна жүйесі ұсынылады. Сонымен қатар, ұсынылған MIMO антеннасы MIMO құрамдастары арасында тамаша оқшаулауды, элементтердің шағын бос орындарын және жоғары сәулелену тиімділігін көрсетеді. Антенна патч диагональ бойынша кесілген және 12 мм ауа саңылауы бар метабеттің үстіне орналастырылған, ол антеннадан кері сәулеленуді көрсетеді және антеннаның өсуі мен бағытын жақсартады. Сонымен қатар, ұсынылған жалғыз антенна әрбір антеннаны бір-біріне ортогональды орналастыру арқылы жоғары MIMO өнімділігі бар төрт элементті MIMO антеннасын жасау үшін пайдаланылады. Содан кейін әзірленген MIMO антеннасы эмиссия өнімділігін жақсарту үшін мыс артқы тақтасы бар 10 × 10 MS массивінің үстіне біріктірілді. Дизайн кең жұмыс диапазоны (3,08-7,75 ГГц), 8,3 дБи жоғары күшейту және 82% жоғары орташа жалпы тиімділік, сондай-ақ MIMO антеннасының құрамдас бөліктері арасында -15,5 дБ жоғары тамаша оқшаулаумен ерекшеленеді. Әзірленген MS негізіндегі MIMO антеннасы CST Studio 2019 3D электромагниттік бағдарламалық пакетінің көмегімен модельденді және эксперименталды зерттеулер арқылы расталды.
Бұл бөлімде ұсынылған архитектураға және бір антеннаны жобалау әдістемесіне толық кіріспе берілген. Бұған қоса, имитацияланған және бақыланатын нәтижелер егжей-тегжейлі талқыланады, соның ішінде шашырау параметрлері, пайда және метабеттері бар және онсыз жалпы тиімділік. Антеннаның прототипі қалыңдығы 1,575 мм, диэлектрлік өтімділігі 2,2 болатын Rogers 5880 аз шығынды диэлектрлік субстратта жасалған. Дизайнды әзірлеу және модельдеу үшін CST studio 2019 электромагниттік симулятор пакеті пайдаланылды.
2-суретте бір элементті антеннаның ұсынылған архитектурасы мен дизайн үлгісі көрсетілген. Белгіленген математикалық теңдеулерге37 сәйкес, антенна сызықты қоректенетін шаршы сәулелену нүктесінен және мыс жер жазықтығынан (1-қадамда сипатталғандай) тұрады және 3b-суретте көрсетілгендей 10,8 ГГц өте тар өткізу қабілеттілігімен резонанс жасайды. Антенналық радиатордың бастапқы өлшемі келесі математикалық қатынаспен анықталады37:
Мұндағы \(P_{L}\) және \(P_{w}\) патчтың ұзындығы мен ені, c жарық жылдамдығын, \(\гамма_{r}\) субстраттың диэлектрлік өтімділігін білдіреді. . , \(\gamma_{reff }\) сәулелену нүктесінің тиімді диэлектрлік мәнін, \(\Delta L\) нүкте ұзындығының өзгеруін білдіреді. Антеннаның артқы тақтасы екінші кезеңде оңтайландырылды, 10 дБ кедергінің өте төмен өткізу қабілетіне қарамастан, кедергі өткізу қабілеттілігін арттырды. Үшінші кезеңде фидер позициясы оңға жылжытылады, бұл ұсынылған антеннаның кедергі өткізу қабілетін және кедергінің сәйкестігін жақсартады38. Бұл кезеңде антенна 4 ГГц тамаша жұмыс өткізу қабілеттілігін көрсетеді, сонымен қатар 5G-де 6 ГГц-тен төмен спектрді қамтиды. Төртінші және соңғы кезең радиациялық нүктенің қарама-қарсы бұрыштарында төртбұрышты ойықтарды оюды қамтиды. Бұл ұяшық 3b-суретте көрсетілгендей, 6 ГГц-тен төмен 5G спектрін 3,11 ГГц-тен 7,67 ГГц-ке дейін қамту үшін 4,56 ГГц өткізу жолағын айтарлықтай кеңейтеді. Ұсынылған дизайнның алдыңғы және астыңғы перспективалық көріністері 3а суретте көрсетілген және соңғы оңтайландырылған қажетті дизайн параметрлері келесідей: SL = 40 мм, Pw = 18 мм, PL = 18 мм, gL = 12 мм, fL = 11. мм, fW = 4 ,7 мм, c1 = 2 мм, c2 = 9,65 мм, с3 = 1,65 мм.
(a) Жобаланған жалғыз антеннаның үстіңгі және артқы көріністері (CST STUDIO SUITE 2019). (b) S-параметр қисығы.
Metasurface - бұл бір-бірінен белгілі бір қашықтықта орналасқан бірлік ұяшықтардың мерзімді массивіне қатысты термин. Metasurfaces - MIMO құрамдастары арасындағы өткізу қабілеттілігін, күшейтуді және оқшаулауды қоса, антеннаның сәулелену өнімділігін жақсартудың тиімді жолы. Беттік толқындардың таралуының әсерінен метабеттер антенна өнімділігін жақсартуға ықпал ететін қосымша резонанстарды тудырады39. Бұл жұмыс 6 ГГц-тен төмен 5G диапазонында жұмыс істейтін эпсилон-теріс метаматериал (ММ) бірлігін ұсынады. Бетінің ауданы 8 мм × 8 мм болатын ММ диэлектрлік өтімділігі 2,2 және қалыңдығы 1,575 мм болатын аз шығынды Rogers 5880 субстратында жасалған. Оңтайландырылған ММ резонаторлық патч 4a-суретте көрсетілгендей екі модификацияланған сыртқы бөлу сақиналарына қосылған ішкі шеңберлі бөлу сақинасынан тұрады. 4а-суретте ұсынылған MM орнатудың соңғы оңтайландырылған параметрлері жинақталған. Кейіннен 40 × 40 мм және 80 × 80 мм метабеттік қабаттар сәйкесінше 5 × 5 және 10 × 10 ұяшық массивтерін пайдалана отырып, мыс артқы тақтасы жоқ және мыс артқы тақтасы бар әзірленді. Ұсынылған ММ құрылымы «CST studio suite 2019» 3D электромагниттік модельдеу бағдарламалық құралы арқылы модельденді. Ұсынылған MM массивінің құрылымы мен өлшемді орнатудың (қос портты желі анализаторы PNA және толқын өткізгіш порт) жасалған прототипі нақты жауапты талдау арқылы CST модельдеу нәтижелерін тексеру үшін 4b-суретте көрсетілген. Өлшеу қондырғысы сигналдарды жіберу және қабылдау үшін екі толқындық коаксиалды адаптермен (A-INFOMW, бөлік нөмірі: 187WCAS) біріктірілген Agilent PNA сериялы желі анализаторын пайдаланды. 5×5 массивінің прототипі екі портты желі анализаторына (Agilent PNA N5227A) коаксиалды кабель арқылы қосылған екі толқындық коаксиалды адаптер арасында орналастырылды. Agilent N4694-60001 калибрлеу жинағы пилоттық зауытта желі анализаторын калибрлеу үшін пайдаланылады. Ұсынылған прототип MM массивінің имитацияланған және CST байқалған шашырау параметрлері 5а суретте көрсетілген. Ұсынылған MM құрылымы 6 ГГц-тен төмен 5G жиілік диапазонында резонанс тудыратынын көруге болады. Өткізу қабілетінің 10 дБ шамалы айырмашылығына қарамастан, имитацияланған және эксперименттік нәтижелер өте ұқсас. Бақыланатын резонанстың резонанстық жиілігі, өткізу қабілеттілігі және амплитудасы 5а-суретте көрсетілгендей имитацияланғандардан аздап ерекшеленеді. Бақыланатын және имитацияланған нәтижелер арасындағы бұл айырмашылықтар өндіріс ақауларына, прототип пен толқын өткізгіш порттар арасындағы кішігірім саңылауларға, толқын өткізгіш порттар мен массив құрамдас бөліктері арасындағы байланыстыру әсерлеріне және өлшеу рұқсаттамаларына байланысты. Сонымен қатар, тәжірибелік қондырғыда жасалған прототипті толқын өткізгіш порттар арасында дұрыс орналастыру резонанстық ығысуға әкелуі мүмкін. Сонымен қатар, калибрлеу кезеңінде қажетсіз шу байқалды, бұл сандық және өлшенген нәтижелер арасындағы сәйкессіздікке әкелді. Дегенмен, осы қиындықтардан басқа, ұсынылған MM массивінің прототипі модельдеу мен эксперимент арасындағы күшті корреляцияның арқасында жақсы жұмыс істейді, бұл оны 6 ГГц-тен төмен 5G сымсыз байланыс қолданбалары үшін өте қолайлы етеді.
(a) Бірлік ұяшық геометриясы (S1 = 8 мм, S2 = 7 мм, S3 = 5 мм, f1, f2, f4 = 0,5 мм, f3 = 0,75 мм, h1 = 0,5 мм, h2 = 1 ,75 мм) (CST STUDIO SUITE) ) 2019) (b) MM өлшеу қондырғысының фотосы.
(a) Метаматериал прототипінің шашырау параметрінің қисық сызықтарын модельдеу және тексеру. (b) MM бірлік ұяшықтың диэлектрлік тұрақты қисығы.
Тиімді диэлектрлік тұрақты, магниттік өткізгіштік және сыну көрсеткіші сияқты тиісті тиімді параметрлер MM бірлік ұяшығының әрекетін әрі қарай талдау үшін CST электромагниттік симуляторының кірістірілген кейінгі өңдеу әдістерін пайдалана отырып зерттелді. Тиімді ММ параметрлері шашырау параметрлерінен сенімді реконструкция әдісі арқылы алынады. Келесі өткізгіштік пен шағылысу коэффициентінің теңдеулері: (3) және (4) сыну көрсеткіші мен кедергіні анықтау үшін пайдаланылуы мүмкін (40-ды қараңыз).
Оператордың нақты және жорамал бөліктері сәйкесінше (.)' және (.)” таңбаларымен бейнеленеді және m бүтін мәні нақты сыну көрсеткішіне сәйкес келеді. Диэлектрлік тұрақты және өткізгіштік сәйкесінше кедергі мен сыну көрсеткішіне негізделген \(\varepsilon { } = { }n/z,\) және \(\mu = nz\) формулаларымен анықталады. ММ құрылымының тиімді диэлектрлік тұрақты қисығы 5б-суретте көрсетілген. Резонанстық жиілікте тиімді диэлектрлік өтімділік теріс болады. 6a,b суреттерінде ұсынылған бірлік ұяшықтың тиімді өткізгіштігінің (μ) және тиімді сыну көрсеткішінің (n) алынған мәндері көрсетілген. Атап айтқанда, алынған өткізгіштіктер нөлге жақын оң нақты мәндерді көрсетеді, бұл ұсынылған ММ құрылымының эпсилон-теріс (ENG) қасиеттерін растайды. Оның үстіне, 6а-суретте көрсетілгендей, нөлге жақын өткізгіштіктегі резонанс резонанстық жиілікке қатты байланысты. Әзірленген ұяшықта теріс сыну көрсеткіші бар (6б-сурет), бұл ұсынылған ММ антенна өнімділігін жақсарту үшін пайдаланылуы мүмкін дегенді білдіреді21,41.
Бірыңғай кең жолақты антеннаның әзірленген прототипі ұсынылған дизайнды эксперименталды түрде сынау үшін жасалды. 7a,b суреттерінде ұсынылған жалғыз антеннаның прототипінің, оның құрылымдық бөліктерінің және жақын өрісті өлшеу қондырғысының (SATIMO) суреттері көрсетілген. Антеннаның жұмысын жақсарту үшін әзірленген метабеткей 8а суретінде көрсетілгендей, антеннаның астындағы қабаттарға h биіктігімен орналастырылған. Жалғыз антеннаның артқы жағына 12 мм аралықпен 40 мм x 40 мм екі қабатты бір метабетіні қолданылды. Сонымен қатар, бір антеннаның артқы жағында 12 мм қашықтықта артқы тақтасы бар метабеткей орналастырылған. Метабетіні қолданғаннан кейін жалғыз антенна 1 және 2-суреттерде көрсетілгендей өнімділіктің айтарлықтай жақсарғанын көрсетеді. 8 және 9-суреттер. 8b-суретте метабеттері жоқ және бар жалғыз антенна үшін модельденген және өлшенген шағылысу графиктері көрсетілген. Айта кету керек, метабеттері бар антеннаның қамту жолағы метабеттері жоқ антеннаның қамту жолағына өте ұқсас. 9a,b суреттерінде модельденген және байқалған жалғыз антеннаның күшейту коэффициенті мен жалпы тиімділік жұмыс спектрінде MS-сіз және онсыз салыстыру көрсетілген. Көріп отырғанымыздай, метабеттік емес антеннамен салыстырғанда, метабеттік антеннаның күшейту коэффициенті 5,15 дБи-ден 8 дБи-ге дейін артады. Бірқабатты метабетінің, қос қабатты метабетінің және артқы беттік метабетінің бір антеннасының күшеюі тиісінше 6 дБi, 6,9 дБi және 8 дБi артты. Басқа метабеткейлермен салыстырғанда (бір қабатты және екі қабатты МК) мыс артқы тақтасы бар бір метабеттік антеннаның күшейту коэффициенті 8 дБи-ге дейін. Бұл жағдайда метабеткей рефлектор ретінде әрекет етеді, антеннаның артқы сәулеленуін азайтады және фазадағы электромагниттік толқындарды басқарады, осылайша антеннаның сәулелену тиімділігін және демек, пайданы арттырады. Метабеттері жоқ және бар жалғыз антеннаның жалпы тиімділігін зерттеу 9б-суретте көрсетілген. Айта кету керек, метабеттері бар және онсыз антеннаның тиімділігі дерлік бірдей. Төменгі жиілік диапазонында антеннаның тиімділігі аздап төмендейді. Эксперименттік және модельденген пайда мен тиімділік қисықтары жақсы сәйкес келеді. Дегенмен, имитацияланған және сыналған нәтижелер арасында өндіріс ақауларына, өлшеу рұқсаттамаларына, SMA портының қосылымының жоғалуына және сымның жоғалуына байланысты шамалы айырмашылықтар бар. Сонымен қатар, антенна мен MS рефлекторы нейлон аралықтары арасында орналасқан, бұл модельдеу нәтижелерімен салыстырғанда байқалған нәтижелерге әсер ететін тағы бір мәселе.
(а) суретте аяқталған жалғыз антенна және онымен байланысты компоненттер көрсетілген. (b) Жақын аумақты өлшеуді орнату (SATIMO).
(a) Метабеттік рефлекторларды пайдаланып антеннаны қоздыру (CST STUDIO SUITE 2019). (b) MS жоқ және бар жалғыз антеннаның имитацияланған және тәжірибелік шағылысулары.
(a) қол жеткізілген кірісті және (b) ұсынылған метабеттік эффект антеннасының жалпы тиімділігін модельдеу және өлшеу нәтижелері.
MS көмегімен сәуле үлгісін талдау. Бір антенналық жақын өрісті өлшеулер UKM SATIMO жақын далалық жүйелер зертханасының SATIMO жақын далалық тәжірибелік ортасында жүргізілді. 10a, b суреттерінде MS бар және онсыз ұсынылған жалғыз антенна үшін 5,5 ГГц жиілікте имитацияланған және байқалған E-жазықтық және H-жазықтық сәулелену үлгілері көрсетілген. Әзірленген жалғыз антенна (MS жоқ) бүйірлік лоб мәндері бар дәйекті екі бағытты сәулелену үлгісін қамтамасыз етеді. Ұсынылған MS рефлекторын қолданғаннан кейін антенна бір бағытты сәулелену үлгісін қамтамасыз етеді және 10a, b суреттерінде көрсетілгендей артқы лобтардың деңгейін төмендетеді. Айта кету керек, ұсынылған жалғыз антенналық сәулелену үлгісі мыс артқы тақтасы бар метабеттерді пайдаланған кезде өте төмен артқы және бүйір лобтарымен тұрақты және бір бағытты болып табылады. Ұсынылған MM массивінің шағылыстырғышы антеннаның артқы және бүйір лобтарын азайтады, сонымен бірге токты бір бағытты бағытта бағыттау арқылы радиациялық өнімділікті жақсартады (сурет 10a, b), осылайша күшейту мен бағыттылықты арттырады. Тәжірибелік сәулелену үлгісі CST модельдеулерімен дерлік салыстыруға болатыны байқалды, бірақ әр түрлі құрастырылған құрамдас бөліктердің сәйкес келмеуі, өлшеу рұқсаттары және кабельдік жоғалтуларға байланысты аздап өзгерді. Сонымен қатар, антенна мен MS рефлекторының арасына нейлон аралық қосқыш енгізілді, бұл сандық нәтижелермен салыстырғанда байқалған нәтижелерге әсер ететін тағы бір мәселе.
5,5 ГГц жиілікте жасалған жалғыз антеннаның (MS-сіз және MS-мен) сәулелену үлгісі модельденді және сынақтан өтті.
Ұсынылған MIMO антеннасының геометриясы 11-суретте көрсетілген және төрт жалғыз антеннаны қамтиды. MIMO антеннасының төрт құрамдас бөлігі 11-суретте көрсетілгендей, өлшемдері 80 × 80 × 1,575 мм субстратта бір-біріне ортогональды түрде орналастырылған. Жобаланған MIMO антеннасының элементтер аралық қашықтығы 22 мм, ол бір-бірінен кішірек. антеннаның ең жақын сәйкес элементаралық қашықтығы. MIMO антеннасы әзірленді. Сонымен қатар, жердегі жазықтықтың бір бөлігі бір антеннамен бірдей орналасқан. 12а-суретте көрсетілген MIMO антенналарының (S11, S22, S33 және S44) шағылысу мәндері 3,2–7,6 ГГц диапазонында резонанс жасайтын бір элементті антенна сияқты әрекетті көрсетеді. Демек, MIMO антеннасының кедергі өткізу қабілеті бір антеннамен бірдей. MIMO құрамдастары арасындағы байланыстыру әсері MIMO антенналарының өткізу қабілеттілігін жоғалтудың негізгі себебі болып табылады. 12б-суретте MIMO құрамдастары арасындағы оңтайлы оқшаулау анықталған MIMO құрамдастарына өзара қосылудың әсері көрсетілген. 1 және 2 антенналар арасындағы оқшаулау ең төменгі - шамамен -13,6 дБ, ал 1 және 4 антенналар арасындағы оқшаулау ең жоғары - шамамен -30,4 дБ. Бұл MIMO антеннасының шағын өлшемі мен өткізу қабілеттілігінің кеңдігінің арқасында кірісі төмен және өткізу қабілеті төмен. Оқшаулау төмен, сондықтан күшейту мен оқшаулауды күшейту қажет;
Ұсынылған MIMO антеннасының жобалық механизмі (а) үстіңгі көрініс және (b) жердегі жазықтық. (CST Studio Suite 2019).
Ұсынылған метабеттік MIMO антеннасының геометриялық орналасуы мен қозу әдісі 13а суретте көрсетілген. Өлшемдері 80x80x1,575 мм болатын 10x10 мм матрица 13a-суретте көрсетілгендей биіктігі 12 мм MIMO антеннасының артқы жағына арналған. Сонымен қатар, мыс артқы тақталары бар метабеттер олардың жұмысын жақсарту үшін MIMO антенналарында пайдалануға арналған. Метабеткей мен MIMO антеннасының арасындағы қашықтық антенна тудыратын толқындар мен метабеткейден шағылысқан толқындар арасындағы конструктивті кедергіге жол беріп, жоғары нәтижеге қол жеткізу үшін өте маңызды. MIMO элементтері арасындағы максималды кіріс пен оқшаулау үшін ширек толқындық стандарттарды сақтай отырып, антенна мен метабеттің арасындағы биіктікті оңтайландыру үшін ауқымды модельдеу орындалды. MIMO антеннасының өнімділігін артқы тақтасы жоқ метабеттермен салыстырғанда артқы панельдері бар метабеттерді пайдалану арқылы қол жеткізілген елеулі жақсартулар келесі тарауларда көрсетіледі.
(a) MS (CST STUDIO SUITE 2019) көмегімен ұсынылған MIMO антеннасының CST имитациялық баптауы, (b) MS және MS бар дамыған MIMO жүйесінің шағылысу қисықтары.
Метабеттері бар және онсыз MIMO антенналарының шағылысулары MIMO жүйесіндегі барлық антенналардың дерлік бірдей әрекетіне байланысты S11 және S44 берілген 13b-суретте көрсетілген. Айта кету керек, MIMO антеннасының -10 дБ кедергісі бар өткізу қабілеті бір метабетсіз және бірдей дерлік. Керісінше, ұсынылған MIMO антеннасының кедергі өткізу қабілеті екі қабатты MS және артқы панельдік MS арқылы жақсартылған. Айта кету керек, MS-сіз MIMO антеннасы орталық жиілікке қатысты 81,5% (3,2-7,6 ГГц) фракциялық өткізу қабілеттілігін қамтамасыз етеді. MS-ді артқы панельмен біріктіру ұсынылған MIMO антеннасының кедергі өткізу жолағын 86,3%-ға (3,08–7,75 ГГц) дейін арттырады. Екі қабатты MS өткізу қабілеттілігін арттырса да, жақсарту мыс артқы тақтасы бар MS-ге қарағанда аз. Сонымен қатар, екі қабатты MC антеннаның өлшемін арттырады, оның құнын арттырады және оның ауқымын шектейді. Жобаланған MIMO антеннасы мен метабеттік рефлектор модельдеу нәтижелерін тексеру және нақты өнімділікті бағалау үшін жасалған және тексерілген. 14a-суретте құрастырылған MS қабаты мен әртүрлі құрамдас бөліктері жинақталған MIMO антеннасы көрсетілген, ал 14b-суретте әзірленген MIMO жүйесінің фотосуреті көрсетілген. MIMO антеннасы 14b-суретте көрсетілгендей төрт нейлон аралық тетіктерді пайдаланып, метабеттің үстіне орнатылады. 15a-суретте әзірленген MIMO антенна жүйесінің жақын маңдағы эксперименттік қондырғысының суреті көрсетілген. PNA желілік анализаторы (Agilent Technologies PNA N5227A) шашырау параметрлерін бағалау және UKM SATIMO жақын өріс жүйелері зертханасында жақын өріс эмиссия сипаттамаларын бағалау және сипаттау үшін пайдаланылды.
(a) SATIMO жақын өріс өлшемдерінің фотосуреттері (b) MS бар және онсыз S11 MIMO антеннасының имитацияланған және эксперименттік қисықтары.
Бұл бөлімде ұсынылған 5G MIMO антеннасының имитацияланған және байқалған S-параметрлерінің салыстырмалы зерттеуі берілген. 15b-суретте біріктірілген 4-элементті MIMO MS антеннасының тәжірибелік шағылысу графигі көрсетілген және оны CST модельдеу нәтижелерімен салыстырады. Эксперименттік шағылысулар CST есептеулерімен бірдей екені анықталды, бірақ өндірістік ақаулар мен тәжірибелік төзімділіктерге байланысты сәл өзгеше болды. Сонымен қатар, ұсынылған MS негізіндегі MIMO прототипінің байқалған шағылыстыруы 4,8 ГГц кедергі өткізу қабілеті бар 6 ГГц-тен төмен 5G спектрін қамтиды, бұл 5G қолданбаларының мүмкін екенін білдіреді. Дегенмен, өлшенген резонанстық жиілік, өткізу қабілеттілігі және амплитудасы CST модельдеу нәтижелерінен аздап ерекшеленеді. Өндірістік ақаулар, коаксиалды-SMA байланысының жоғалуы және сыртқы өлшем орнатулары өлшенген және модельденген нәтижелер арасындағы айырмашылықты тудыруы мүмкін. Дегенмен, осы кемшіліктерге қарамастан, ұсынылған MIMO жақсы жұмыс істейді, модельдеу мен өлшемдер арасында берік келісімді қамтамасыз етеді, бұл оны 6 ГГц-тен төмен 5G сымсыз қолданбалары үшін өте қолайлы етеді.
Модельделген және байқалған MIMO антеннасының күшейту қисығы 2 және 2-суреттерде көрсетілген. 16a,b және 17a,b суреттерінде сәйкесінше MIMO құрамдастарының өзара әрекеттесуі көрсетілген. MIMO антенналарына метабеттер қолданылғанда, MIMO антенналары арасындағы оқшаулау айтарлықтай жақсарады. Көршілес антенна элементтері S12, S14, S23 және S34 арасындағы оқшаулау сызбалары ұқсас қисықтарды көрсетеді, ал диагональды MIMO антенналары S13 және S42 олардың арасындағы үлкен қашықтыққа байланысты бірдей жоғары оқшаулауды көрсетеді. Көрші антенналардың имитацияланған беру сипаттамалары 16а суретте көрсетілген. Айта кету керек, 6 ГГц-тен төмен 5G жұмыс спектрінде метабеттері жоқ MIMO антеннасының минималды оқшаулануы -13,6 дБ, ал артқы тақтасы бар метабеттері үшін - 15,5 дБ. Пайда сызбасы (16а-сурет) бір және екі қабатты метабеттермен салыстырғанда артқы панельдік метабетінің MIMO антенна элементтері арасындағы оқшаулауды айтарлықтай жақсартатынын көрсетеді. Көрші антенна элементтерінде бір және екі қабатты метабеткейлер шамамен -13,68 дБ және -14,78 дБ минималды оқшаулауды қамтамасыз етеді, ал мыс арқалық метабеттері шамамен -15,5 дБ қамтамасыз етеді.
MS қабаты жоқ және MS қабаты бар MIMO элементтерінің имитацияланған оқшаулау қисықтары: (a) S12, S14, S34 және S32 және (b) S13 және S24.
Ұсынылған MS негізіндегі MIMO антенналарының эксперименттік күшейту қисықтары: (a) S12, S14, S34 және S32 және (b) S13 және S24.
MIMO диагональды антеннасының MS қабатын қосқанға дейінгі және одан кейінгі күшейту графиктері 16b-суретте көрсетілген. Айта кету керек, метабеттері жоқ диагональды антенналар арасындағы минималды оқшаулау (1 және 3 антенналар) жұмыс спектрі бойынша – 15,6 дБ, ал артқы тақтасы бар метабеткей – 18 дБ. Metasurface тәсілі диагональды MIMO антенналары арасындағы байланыстыру әсерлерін айтарлықтай азайтады. Бір қабатты метабеткей үшін максималды оқшаулау -37 дБ құрайды, ал екі қабатты метабеткей үшін бұл мән -47 дБ дейін төмендейді. Метабетінің мыс артқы тақтасы бар максималды оқшаулануы −36,2 дБ құрайды, ол жиілік диапазонының ұлғаюымен төмендейді. Артқы тақтасы жоқ бір және екі қабатты метабеткейлермен салыстырғанда, артқы тақтасы бар метабеттер барлық қажетті жұмыс жиілігі диапазонында, әсіресе 6 ГГц-тен төмен 5G диапазонында, 16a, b суреттерінде көрсетілгендей жоғары оқшаулауды қамтамасыз етеді. 6 ГГц (3,5 ГГц) төмен ең танымал және кеңінен қолданылатын 5G диапазонында бір және екі қабатты метабеттердің MIMO құрамдас бөліктері арасындағы оқшаулау мыс артқы тақталары бар (MS дерлік жоқ) метабеткейлерге қарағанда төменірек болады (16a суретін қараңыз), b) . Күшейтудің өлшемдері сәйкесінше көрші антенналардың (S12, S14, S34 және S32) және диагональды антенналардың (S24 және S13) оқшаулануын көрсететін 17a, b суреттерінде көрсетілген. Осы суреттерден көрініп тұрғандай (17а, б-сурет), MIMO құрамдастары арасындағы эксперименталды оқшаулау имитацияланған оқшаулаумен жақсы сәйкес келеді. Өндірістік ақауларға, SMA портының қосылымдарына және сым жоғалуына байланысты имитацияланған және өлшенген CST мәндері арасында шамалы айырмашылықтар болғанымен. Сонымен қатар, антенна мен MS рефлекторы нейлон аралықтары арасында орналасқан, бұл модельдеу нәтижелерімен салыстырғанда байқалған нәтижелерге әсер ететін тағы бір мәселе.
беттік толқынды басу арқылы өзара байланыстарды азайтудағы метабеттердің рөлін ұтымды ету үшін 5,5 ГГц беттік токтың таралуын зерттеді42. Ұсынылған MIMO антеннасының беткі токтың таралуы 18-суретте көрсетілген, мұнда антенна 1 басқарылады және антеннаның қалған бөлігі 50 Ом жүктемемен аяқталады. 1-антеннаға қуат берілгенде, 18а-суретте көрсетілгендей, метабетінің жоқтығында көрші антенналарда 5,5 ГГц жиілікте маңызды өзара байланыс токтары пайда болады. Керісінше, 18b–d-суретте көрсетілгендей, метабеттерді пайдалану арқылы іргелес антенналар арасындағы оқшаулау жақсарады. Көршілес өрістердің өзара байланысының әсерін біріктіру тогын бірлік ұяшықтардың іргелес сақиналарына және MS қабаты бойымен іргелес МС бірлік ұяшықтарына антипараллельді бағытта тарату арқылы азайтуға болатынын атап өткен жөн. Бөлінген антенналардан MS қондырғыларына ток енгізу MIMO компоненттері арасындағы оқшаулауды жақсартудың негізгі әдісі болып табылады. Нәтижесінде MIMO құрамдастары арасындағы байланыс тогы айтарлықтай азаяды және оқшаулау да айтарлықтай жақсарды. Байланыс өрісі элементте кеңінен таралғандықтан, мыс артқы тақтасының метабеттері бір және екі қабатты метабеттерге қарағанда MIMO антенна жинағын айтарлықтай оқшаулайды (18d-сурет). Сонымен қатар, әзірленген MIMO антеннасының кері таралу және бүйірлік таралуы өте төмен, бір бағытты сәулелену үлгісін жасайды, осылайша ұсынылған MIMO антеннасының кірісін арттырады.
Ұсынылған MIMO антеннасының 5,5 ГГц жиіліктегі беткі ток үлгілері (a) MC жоқ, (b) бір қабатты MC, (c) екі қабатты MC және (d) мыс артқы тақтасы бар бір қабатты MC. (CST Studio Suite 2019).
Жұмыс жиілігінің шегінде 19а суретте метабеттері жоқ және жобаланған MIMO антеннасының имитацияланған және байқалған жетістіктері көрсетілген. Метабеткейсіз MIMO антеннасының имитацияланған қол жеткізген күшеюі 19а-суретте көрсетілгендей 5,4 дБи құрайды. MIMO құрамдастары арасындағы өзара байланыстыру әсерінің арқасында ұсынылған MIMO антеннасы бір антеннаға қарағанда 0,25 дБи жоғары күшейтуге қол жеткізеді. Метабеттерді қосу MIMO құрамдастары арасында елеулі табыстар мен оқшаулауды қамтамасыз ете алады. Осылайша, ұсынылған метабеттік MIMO антеннасы 8,3 дБи-ге дейін жоғары нәтижеге қол жеткізе алады. 19a-суретте көрсетілгендей, MIMO антеннасының артқы жағында бір метабетіні пайдаланған кезде, күшейту 1,4 дБи-ге артады. Метабетіні екі есе ұлғайтқанда күшейту 19а-суретте көрсетілгендей 2,1 дБи-ге артады. Дегенмен, 8,3 дБi күтілетін максималды өсімге мыс артқы тақтасы бар метабеттерді пайдалану кезінде қол жеткізіледі. Бірқабатты және екіқабатты метабеттері үшін қол жеткізілген максималды күшейту сәйкесінше 6,8 дБi және 7,5 дБi құрайды, ал төменгі қабат метабеттері үшін қол жеткізілген максималды күшейту 8,3 дБи. Антеннаның артқы жағындағы метабеттік қабат рефлектор ретінде әрекет етеді, антеннаның артқы жағынан сәулеленуді көрсетеді және жобаланған MIMO антеннасының алдыңғы-артқы (F/B) қатынасын жақсартады. Сонымен қатар, жоғары кедергісі бар MS рефлекторы фазадағы электромагниттік толқындарды басқарады, осылайша қосымша резонанс жасайды және ұсынылған MIMO антеннасының радиациялық өнімділігін жақсартады. MIMO антеннасының артында орнатылған MS рефлекторы қол жеткізілген кірісті айтарлықтай арттыра алады, бұл тәжірибе нәтижелерімен расталады. Әзірленген прототипі MIMO антеннасының байқалған және имитацияланған күшейтулері дерлік бірдей, дегенмен кейбір жиіліктерде өлшенген күшейту симуляцияланған күшейтуден жоғары, әсіресе MS жоқ MIMO үшін; Тәжірибелік күшейтудің бұл ауытқулары нейлон төсеніштерінің өлшеу төзімділігіне, кабельдің жоғалуына және антенна жүйесіндегі муфтаға байланысты. Метабеткейсіз MIMO антеннасының ең жоғары өлшенген күшеюі 5,8 дБ, ал мыс артқы тақтасы бар метабеткі 8,5 дБ. Айта кету керек, ұсынылған толық 4 портты MIMO антенна жүйесі MS рефлекторы эксперименттік және сандық жағдайларда жоғары нәтиже көрсетеді.
(a) қол жеткізілген кірістің және (b) метабеттік әсері бар ұсынылған MIMO антеннасының жалпы өнімділігінің модельдеу және эксперименттік нәтижелері.
19b-суретте ұсынылған MIMO жүйесінің метабеттік рефлекторсыз және рефлекторлары бар жалпы өнімділігі көрсетілген. 19b-суретте артқы панелі бар MS пайдаланудың ең төменгі тиімділігі 73%-дан астам (84%-ға дейін) болды. MC жоқ және MC бар әзірленген MIMO антенналарының жалпы тиімділігі симуляцияланған мәндермен салыстырғанда шамалы айырмашылықтармен дерлік бірдей. Мұның себептері өлшеу рұқсаттары және антенна мен MS рефлекторы арасындағы аралықтарды пайдалану болып табылады. Бүкіл жиілік бойынша өлшенген қол жеткізілген өсім және жалпы тиімділік модельдеу нәтижелеріне дерлік ұқсас, бұл ұсынылған MIMO прототипінің өнімділігі күтілгендей екенін және ұсынылған MS негізіндегі MIMO антеннасының 5G байланысы үшін жарамды екенін көрсетеді. Эксперименттік зерттеулердегі қателіктерге байланысты зертханалық эксперименттердің жалпы нәтижелері мен модельдеу нәтижелерінің арасында айырмашылықтар бар. Ұсынылған прототиптің өнімділігіне антенна мен SMA қосқышы арасындағы кедергі сәйкес келмеуі, коаксиалды кабельді қосудың жоғалуы, дәнекерлеу әсерлері және әртүрлі электрондық құрылғылардың тәжірибелік қондырғыға жақындығы әсер етеді.
20-сурет блок-схема түрінде аталған антеннаның дизайны мен оңтайландыру барысын сипаттайды. Бұл блок-схема ұсынылған MIMO антеннасының дизайн принциптерінің қадамдық сипаттамасын, сондай-ақ кең жұмыс жиілігінде талап етілетін жоғары күшейту мен жоғары оқшаулауға қол жеткізу үшін антеннаны оңтайландыруда шешуші рөл атқаратын параметрлерді береді.
Жақын өрістегі MIMO антеннасының өлшемдері UKM SATIMO жақын өріс жүйелері зертханасында SATIMO жақын далалық тәжірибелік ортасында өлшенді. 21a,b суреттері 5,5 ГГц жұмыс жиілігінде MS бар және онсыз мәлімделген MIMO антеннасының модельденген және байқалған E-жазықтық және H-жазықтық сәулелену үлгілерін бейнелейді. 5,5 ГГц жұмыс жиілігі диапазонында әзірленген MS емес MIMO антеннасы бүйірлік лоб мәндері бар дәйекті екі жақты сәулелену үлгісін қамтамасыз етеді. MS рефлекторын қолданғаннан кейін антенна бір бағытты сәулелену үлгісін қамтамасыз етеді және 21a, b суреттерінде көрсетілгендей артқы лобтардың деңгейін төмендетеді. Айта кету керек, мыс артқы тақтасы бар метабеттерді пайдалану арқылы ұсынылған MIMO антенна үлгісі MSсіз қарағанда тұрақты және бір бағытты, артқы және бүйір бөліктері өте төмен. Ұсынылған MM массивінің рефлекторы антеннаның артқы және бүйір бөліктерін азайтады, сонымен қатар токты бір бағытты бағытта бағыттау арқылы сәулелену сипаттамаларын жақсартады (21а, б-сурет), осылайша күшейту мен бағыттауды арттырады. Өлшенген сәулелену үлгісі қалған порттарға қосылған 50 Ом жүктемесі бар 1 порт үшін алынды. Компоненттердің сәйкес келмеуі, терминал порттарынан шағылысулар және кабельдік қосылымдардағы жоғалтулар салдарынан кейбір ауытқулар болғанымен, эксперименттік сәулелену үлгісі CST үлгісімен дерлік бірдей екені байқалды. Сонымен қатар, антенна мен MS рефлекторының арасына нейлон аралық қосқыш енгізілді, бұл болжамды нәтижелермен салыстырғанда байқалған нәтижелерге әсер ететін тағы бір мәселе.
5,5 ГГц жиіліктегі әзірленген MIMO антеннасының (MS жоқ және MS бар) сәулелену үлгісі модельденді және сынақтан өтті.
MIMO жүйелерінің өнімділігін бағалау кезінде портты оқшаулау және онымен байланысты сипаттамалар маңызды екенін ескеру маңызды. Ұсынылған MIMO жүйесінің әртүрлілік өнімділігі, соның ішінде конверт корреляция коэффициенті (ECC) және әртүрлілік артуы (DG), жобаланған MIMO антенна жүйесінің беріктігін көрсету үшін зерттеледі. MIMO антеннасының ECC және DG көрсеткіштерін оның өнімділігін бағалау үшін пайдалануға болады, өйткені олар MIMO жүйесі жұмысының маңызды аспектілері болып табылады. Келесі бөлімдер ұсынылған MIMO антеннасының осы мүмкіндіктерін егжей-тегжейлі сипаттайды.
Конверт корреляция коэффициенті (ECC). Кез келген MIMO жүйесін қарастырған кезде, ECC құрамдас элементтердің нақты қасиеттеріне қатысты бір-бірімен байланысының дәрежесін анықтайды. Осылайша, ECC сымсыз байланыс желісіндегі арнаның оқшаулану дәрежесін көрсетеді. Әзірленген MIMO жүйесінің ECC (конверт корреляция коэффициенті) S-параметрлері мен алыс өріс эмиссиясы негізінде анықталуы мүмкін. Eq. (7) және (8) ұсынылған MIMO антеннасының 31 ECC анықтауға болады.
Шағылу коэффициенті Sii арқылы, ал Sij беру коэффициенті көрсетіледі. j-ші және i-ші антенналардың үш өлшемді сәулелену үлгілері \(\vec{R}_{j} \left( {\theta ,\varphi } \right)\) және \( өрнектері арқылы берілген. \vec {{R_{ i } }} Қатты бұрыш \left( {\theta ,\varphi } \right)\) және \({\Омега }\) арқылы көрсетілген. Ұсынылған антеннаның ECC қисығы 22a-суретте көрсетілген және оның мәні 0,004-тен аз, бұл сымсыз жүйе үшін қолайлы 0,5 мәнінен әлдеқайда төмен. Демек, төмендетілген ECC мәні ұсынылған 4 портты MIMO жүйесі жоғары әртүрлілікті қамтамасыз ететінін білдіреді43.
Diversity Gain (DG) DG - әртүрлілік схемасының сәулелену қуатына қалай әсер ететінін сипаттайтын басқа MIMO жүйесінің өнімділігінің көрсеткіші. Қатынас (9) 31-де сипатталғандай әзірленіп жатқан MIMO антенна жүйесінің DG-ін анықтайды.
22b-суретте ұсынылған MIMO жүйесінің DG диаграммасы көрсетілген, мұнда DG мәні 10 дБ-ге өте жақын. Жобаланған MIMO жүйесінің барлық антенналарының DG мәндері 9,98 дБ-ден асады.
1-кесте ұсынылған метабеттік MIMO антеннасын жақында жасалған ұқсас MIMO жүйелерімен салыстырады. Салыстыру әртүрлі өнімділік параметрлерін, соның ішінде өткізу қабілеттілігін, күшейтуді, максималды оқшаулауды, жалпы тиімділікті және әртүрлілік өнімділігін ескереді. Зерттеушілер 5, 44, 45, 46, 47-де күшейту және оқшаулауды жақсарту әдістері бар әртүрлі MIMO антенна прототиптерін ұсынды. Бұрын жарияланған жұмыстармен салыстырғанда, метабеттік рефлекторлары бар ұсынылған MIMO жүйесі өткізу қабілеттілігі, күшейту және оқшаулау бойынша олардан асып түседі. Бұған қоса, хабарланған ұқсас антенналармен салыстырғанда, әзірленген MIMO жүйесі кішірек өлшемде жоғары әртүрлілік өнімділігін және жалпы тиімділікті көрсетеді. 5.46-бөлімде сипатталған антенналардың біз ұсынған антенналарға қарағанда оқшаулануы жоғары болғанымен, бұл антенналар үлкен өлшемдермен, төмен кірістермен, тар өткізу қабілеттілігімен және нашар MIMO өнімділігімен зардап шегеді. 45-те ұсынылған 4 портты MIMO антеннасы жоғары кіріс пен тиімділікті көрсетеді, бірақ оның дизайны төмен оқшаулау, үлкен өлшем және әртүрлілік өнімділігі төмен. Екінші жағынан, 47-де ұсынылған шағын өлшемді антенна жүйесі өте төмен кіріс пен жұмыс өткізу қабілеттілігіне ие, ал біздің ұсынылған MS негізіндегі 4 портты MIMO жүйесі шағын өлшемді, жоғары кірісті, жоғары оқшаулауды және жақсырақ MIMO өнімділігін көрсетеді. Осылайша, ұсынылған метабеттік MIMO антеннасы 6 ГГц-тен төмен 5G байланыс жүйелері үшін негізгі үміткер бола алады.
6 ГГц-тен төмен 5G қолданбаларын қолдау үшін жоғары күшейту және оқшаулауы бар төрт портты метабеттік рефлекторға негізделген кең жолақты MIMO антеннасы ұсынылады. Микрожолақ сызығы диагональды бұрыштардағы квадратпен қысқартылған шаршы сәулелену бөлігін береді. Ұсынылған MS және антенна эмитенті жоғары жылдамдықты 5G байланыс жүйелерінде тамаша өнімділікке қол жеткізу үшін Rogers RT5880 ұқсас субстрат материалдарында жүзеге асырылады. MIMO антеннасы кең ауқымды және жоғары күшейтуді қамтамасыз етеді және MIMO құрамдастары арасындағы дыбыс оқшаулауын және тамаша тиімділікті қамтамасыз етеді. Әзірленген жалғыз антеннаның миниатюралық өлшемдері 0,58?0,58?0,02? 5×5 метабеттік массиві бар кең 4,56 ГГц жұмыс өткізу жолағын, 8 дБи шыңдық күшейтуді және жоғары өлшенген тиімділікті қамтамасыз етеді. Ұсынылған төрт портты MIMO антеннасы (2 × 2 массив) әрбір ұсынылған жалғыз антеннаны өлшемдері 1,05λ × 1,05λ × 0,02λ басқа антеннамен ортогональді туралау арқылы жасалған. 10×10 ММ массивін биіктігі 12 мм MIMO антеннасының астына жинау ұсынылады, ол кері сәулеленуді азайтып, MIMO құрамдастары арасындағы өзара байланысты азайтады, осылайша күшейту мен оқшаулауды жақсартады. Эксперименттік және модельдеу нәтижелері әзірленген MIMO прототипі 6 ГГц-тен төмен 5G спектрін қамтитын 3,08–7,75 ГГц кең жиілік диапазонында жұмыс істей алатынын көрсетеді. Сонымен қатар, ұсынылған MS негізіндегі MIMO антеннасы 8,3 дБи максималды күшейтуге қол жеткізе отырып, 2,9 дБи-ге жақсартады және MIMO құрамдастары арасында тамаша оқшаулауды (>15,5 дБ) қамтамасыз етіп, MS үлесін растайды. Сонымен қатар, ұсынылған MIMO антеннасының жоғары орташа жалпы тиімділігі 82% және элементаралық төмен қашықтық 22 мм. Антенна өте жоғары DG (9,98 дБ жоғары), өте төмен ECC (0,004-тен аз) және бір бағытты сәулелену үлгісін қоса алғанда, MIMO әртүрлілігінің тамаша өнімділігін көрсетеді. Өлшеу нәтижелері модельдеу нәтижелеріне өте ұқсас. Бұл сипаттамалар әзірленген төрт портты MIMO антенна жүйесі 6 ГГц-тен төмен жиілік диапазонындағы 5G байланыс жүйелері үшін өміршең таңдау болуы мүмкін екенін растайды.
Cowin 400-6000 МГц кең жолақты ПХД антеннасын қамтамасыз ете алады және сіздің талаптарыңызға сәйкес жаңа антеннаны жобалауға қолдау көрсете алады, егер сізде сұраныс болса, ойланбастан бізге хабарласыңыз.
Хабарлама уақыты: 10 қазан 2024 ж