Bu iş sub-6 GHz beşinci nəsil (5G) simsiz rabitə sistemləri üçün kompakt inteqrasiya olunmuş çox girişli çox çıxışlı (MIMO) metasəth (MS) genişzolaqlı antenanı təklif edir. Təklif olunan MIMO sisteminin aşkar yeniliyi onun geniş əməliyyat bant genişliyi, yüksək qazanc, kiçik komponentlərarası boşluqlar və MIMO komponentləri daxilində əla izolyasiyadır. Antenanın şüalanma nöqtəsi diaqonal olaraq kəsilir, qismən torpaqlanır və antenanın işini yaxşılaşdırmaq üçün metasətlərdən istifadə olunur. Təklif olunan prototip inteqrasiya olunmuş tək MS antennası 0,58λ × 0.58λ × 0.02λ miniatür ölçülərə malikdir. Simulyasiya və ölçmə nəticələri 3,11 GHz-dən 7,67 GHz-ə qədər genişzolaqlı performans nümayiş etdirir, o cümlədən əldə edilən ən yüksək qazanc 8 dBi. Dörd elementli MIMO sistemi elə qurulub ki, hər bir antena bir-birinə ortoqonal olsun, eyni zamanda yığcam ölçü və 3,2-dən 7,6 GHz-ə qədər genişzolaqlı performansı qorusun. Təklif olunan MIMO prototipi aşağı itkili və 1.05? 1.05? 0.02? və onun performansı 10 x 10 bölünmüş halqa ilə təklif olunan kvadrat qapalı həlqə rezonator massivindən istifadə etməklə qiymətləndirilir. Əsas material eynidır. Təklif olunan arxa planın metasəthi antenanın arxa radiasiyasını əhəmiyyətli dərəcədə azaldır və elektromaqnit sahələrini manipulyasiya edir, bununla da MIMO komponentlərinin bant genişliyini, qazancını və izolyasiyasını yaxşılaşdırır. Mövcud MIMO antenaları ilə müqayisədə təklif olunan 4 portlu MIMO antenası 5G sub-6 GHz diapazonunda orta ümumi səmərəliliyi 82%-ə qədər olan 8,3 dBi yüksək qazanc əldə edir və ölçülmüş nəticələrlə yaxşı uyğunlaşır. Bundan əlavə, hazırlanmış MIMO antenası 0,004-dən az zərf korrelyasiya əmsalı (ECC), təxminən 10 dB (>9,98 dB) müxtəliflik qazancı (DG) və MIMO komponentləri arasında yüksək izolyasiya (>15,5 dB) baxımından əla performans nümayiş etdirir. xüsusiyyətləri. Beləliklə, təklif olunan MS əsaslı MIMO antenası onun sub-6 GHz 5G rabitə şəbəkələri üçün tətbiq oluna biləcəyini təsdiqləyir.
5G texnologiyası simsiz rabitə sahəsində inanılmaz irəliləyişdir ki, bu da milyardlarla qoşulmuş cihaz üçün daha sürətli və daha təhlükəsiz şəbəkələr yaratmağa imkan verəcək, istifadəçi təcrübəsini “sıfır” gecikmə (1 millisaniyədən az gecikmə) ilə təmin edəcək və elektronika da daxil olmaqla yeni texnologiyalar təqdim edəcək. Tibbi yardım, intellektual təhsil. , ağıllı şəhərlər, ağıllı evlər, virtual reallıq (VR), ağıllı fabriklər və Nəqliyyat vasitələri İnterneti (IoV) həyatımızı, cəmiyyətimizi və sənayemizi dəyişir1,2,3. ABŞ Federal Rabitə Komissiyası (FCC) 5G spektrini dörd tezlik diapazonuna bölür4. 6 GHz-dən aşağı tezlik diapazonu tədqiqatçıları maraqlandırır, çünki o, yüksək məlumat sürəti ilə uzun məsafəli rabitəyə imkan verir5,6. Qlobal 5G rabitəsi üçün sub-6 GHz 5G spektrinin ayrılması Şəkil 1-də göstərilmişdir ki, bu da bütün ölkələrin 5G rabitəsi üçün sub-6 GHz spektrini nəzərdən keçirdiyini göstərir7,8. Antenalar 5G şəbəkələrinin mühüm hissəsidir və daha çox baza stansiyası və istifadəçi terminalı antenaları tələb edəcək.
Mikrostripli yamaq antenaları incəlik və düz quruluş üstünlüklərinə malikdir, lakin bant genişliyi və qazanc9,10 baxımından məhduddur, antenanın qazancını və bant genişliyini artırmaq üçün çoxlu araşdırmalar aparılmışdır; Son illərdə metasəthlər (MS) antena texnologiyalarında, xüsusən qazanc və ötürmə qabiliyyətini yaxşılaşdırmaq üçün geniş istifadə edilmişdir11,12, lakin bu antenalar tək bir portla məhdudlaşır; MIMO texnologiyası simsiz rabitənin mühüm aspektidir, çünki o, məlumatları ötürmək üçün eyni vaxtda bir neçə antenadan istifadə edə bilir və bununla da məlumatların sürətini, spektral səmərəliliyi, kanal tutumunu və etibarlılığı yaxşılaşdırır13,14,15. MIMO antenaları 5G tətbiqləri üçün potensial namizədlərdir, çünki onlar əlavə güc tələb etmədən məlumatları çoxlu kanallar vasitəsilə ötürə və qəbul edə bilirlər16,17. MIMO komponentləri arasında qarşılıqlı əlaqə effekti MIMO elementlərinin yerindən və tədqiqatçılar üçün əsas problem olan MIMO antenasının qazancından asılıdır. Şəkil 18, 19 və 20 5G sub-6 GHz diapazonunda işləyən müxtəlif MIMO antenalarını göstərir, bunların hamısı yaxşı MIMO izolyasiyası və performansını nümayiş etdirir. Bununla belə, təklif olunan bu sistemlərin qazancı və işləmə qabiliyyəti aşağıdır.
Metamateriallar (MM) təbiətdə mövcud olmayan və elektromaqnit dalğaları ilə manipulyasiya edə bilən və bununla da antenaların işini yaxşılaşdıran yeni materiallardır21,22,23,24. MM indi 25, 26, 27, 28-də müzakirə edildiyi kimi anten elementləri və simsiz rabitə sistemləri arasında radiasiya modelini, bant genişliyini, qazancını və izolyasiyasını yaxşılaşdırmaq üçün antena texnologiyasında geniş istifadə olunur. 2029-cu ildə dörd elementli MIMO sistemi antenna bölməsinin hava boşluğu olmadan metasəthlə yer arasında sıxışdırıldığı metasurface, MIMO performansını yaxşılaşdırır. Bununla belə, bu dizayn daha böyük ölçüyə, daha aşağı işləmə tezliyinə və mürəkkəb quruluşa malikdir. MIMO30 komponentlərinin izolyasiyasını yaxşılaşdırmaq üçün təklif olunan 2 portlu genişzolaqlı MIMO antennasına elektromaqnit diapazonu (EBG) və torpaq döngəsi daxildir. Dizayn edilmiş antenna yaxşı MIMO müxtəlifliyi performansına və iki MIMO antenası arasında əla izolyasiyaya malikdir, lakin yalnız iki MIMO komponentindən istifadə etməklə qazanc az olacaq. Bundan əlavə, in31 ultra genişzolaqlı (UWB) ikili portlu MIMO antenası təklif etdi və metamateriallardan istifadə edərək onun MIMO performansını araşdırdı. Bu antenna UWB işləmə qabiliyyətinə malik olsa da, onun qazancı azdır və iki antena arasında izolyasiya zəifdir. İş in32 qazancı artırmaq üçün elektromaqnit bant aralığı (EBG) reflektorlarından istifadə edən 2 portlu MIMO sistemini təklif edir. İnkişaf etdirilmiş antenna massivinin yüksək qazanc və yaxşı MIMO müxtəliflik performansına malik olmasına baxmayaraq, onun böyük ölçüsü gələcək nəsil rabitə cihazlarında tətbiqini çətinləşdirir. Başqa bir reflektor əsaslı genişzolaqlı antenna 33-cü ildə hazırlanmışdır, burada reflektor daha böyük 22 mm boşluq ilə antenanın altına inteqrasiya edilmiş və 4,87 dB daha aşağı pik qazanc nümayiş etdirmişdir. Paper 34, MIMO sisteminin izolyasiyasını və qazancını yaxşılaşdırmaq üçün MS təbəqəsi ilə inteqrasiya olunmuş mmWave tətbiqləri üçün dörd portlu MIMO antennasını dizayn edir. Bununla belə, bu antenna yaxşı qazanc və izolyasiya təmin edir, lakin böyük hava boşluğu səbəbindən məhdud bant genişliyinə və zəif mexaniki xüsusiyyətlərə malikdir. Eynilə, 2015-ci ildə mmWave rabitəsi üçün maksimum 7,4 dBi qazanc əldə edən üç cüt, 4 portlu papyon formalı metasəthlə inteqrasiya olunmuş MIMO antenası hazırlanmışdır. B36 MS antenna qazancını artırmaq üçün 5G antennasının arxa tərəfində istifadə olunur, burada metasəth reflektor rolunu oynayır. Bununla belə, MS strukturu asimmetrikdir və vahid hüceyrə quruluşuna daha az diqqət yetirilmişdir.
Yuxarıdakı təhlil nəticələrinə görə, yuxarıda göstərilən antenaların heç birində yüksək qazanc, əla izolyasiya, MIMO performansı və genişzolaqlı əhatə dairəsi yoxdur. Buna görə də, yüksək qazanc və izolyasiya ilə 6 GHz-dən aşağı olan geniş spektrli 5G spektr tezliklərini əhatə edə bilən metasurface MIMO antennasına hələ də ehtiyac var. Yuxarıda qeyd olunan ədəbiyyatın məhdudiyyətlərini nəzərə alaraq, sub-6 GHz simsiz rabitə sistemləri üçün yüksək qazanc və əla müxtəliflik performansına malik genişzolaqlı dörd elementli MIMO antenna sistemi təklif olunur. Bundan əlavə, təklif olunan MIMO antenası MIMO komponentləri arasında əla izolyasiya, kiçik element boşluqları və yüksək radiasiya səmərəliliyi nümayiş etdirir. Anten yaması diaqonal olaraq kəsilir və 12 mm-lik hava boşluğu ilə metasəthin üstünə yerləşdirilir ki, bu da antenadan gələn radiasiyanı əks etdirir və antenna qazancını və istiqamətini yaxşılaşdırır. Bundan əlavə, təklif olunan tək antena hər bir antenanı bir-birinə ortoqonal olaraq yerləşdirməklə üstün MIMO performansına malik dörd elementli MIMO antenası yaratmaq üçün istifadə olunur. Hazırlanmış MIMO antenası daha sonra emissiya performansını yaxşılaşdırmaq üçün 10 × 10 MS massivinin üstünə mis arxa panellə birləşdirildi. Dizayn geniş əməliyyat diapazonuna (3,08-7,75 GHz), 8,3 dBi yüksək qazanc və 82% yüksək orta ümumi səmərəliliyə, həmçinin MIMO antenna komponentləri arasında -15,5 dB-dən çox əla izolyasiyaya malikdir. Hazırlanmış MS əsaslı MIMO antenası 3D elektromaqnit proqram paketi CST Studio 2019 istifadə edərək simulyasiya edilmiş və eksperimental tədqiqatlar vasitəsilə təsdiq edilmişdir.
Bu bölmə təklif olunan arxitekturaya və tək antenanın dizayn metodologiyasına ətraflı giriş təqdim edir. Bundan əlavə, simulyasiya edilmiş və müşahidə edilən nəticələr, səpilmə parametrləri, qazanc və metasəthlərlə və olmadan ümumi səmərəlilik də daxil olmaqla ətraflı müzakirə olunur. Prototip antenası 2,2 dielektrik davamlılığı olan 1,575 mm qalınlığında Rogers 5880 az itkili dielektrik substratda hazırlanmışdır. Dizaynı inkişaf etdirmək və simulyasiya etmək üçün CST studio 2019 elektromaqnit simulyator paketindən istifadə edilmişdir.
Şəkil 2 bir elementli antenanın təklif olunan memarlıq və dizayn modelini göstərir. Yaxşı qurulmuş riyazi tənliklərə37 əsasən, antenna xətti qidalanan kvadrat şüalanma nöqtəsindən və mis yer müstəvisindən (1-ci addımda təsvir olunduğu kimi) ibarətdir və Şəkil 3b-də göstərildiyi kimi 10,8 GHz-də çox dar bant genişliyi ilə rezonans yaradır. Anten radiatorunun ilkin ölçüsü aşağıdakı riyazi əlaqə ilə müəyyən edilir37:
Burada \(P_{L}\) və \(P_{w}\) yamağın uzunluğu və eni, c işığın sürətini, \(\qamma_{r}\) substratın dielektrik davamlılığını ifadə edir. . , \(\qamma_{reff }\) şüalanma nöqtəsinin effektiv dielektrik qiymətini, \(\Delta L\) ləkə uzunluğunun dəyişməsini təmsil edir. Antenanın arxa planı ikinci mərhələdə optimallaşdırıldı, 10 dB-lik çox aşağı empedans bant genişliyinə baxmayaraq, empedans bant genişliyini artırdı. Üçüncü mərhələdə qidalandırıcının mövqeyi sağa köçürülür ki, bu da təklif olunan antenanın empedans bant genişliyini və empedans uyğunluğunu yaxşılaşdırır38. Bu mərhələdə antena 4 GHz-lik əla işləmə bant genişliyi nümayiş etdirir və həmçinin 5G-də 6 GHz-dən aşağı olan spektri əhatə edir. Dördüncü və son mərhələ radiasiya nöqtəsinin əks künclərində kvadrat yivlərin aşındırılmasını əhatə edir. Bu yuva Şəkil 3b-də göstərildiyi kimi, 6 GHz-dən 7,67 GHz-ə qədər sub-6 GHz 5G spektrini əhatə etmək üçün 4,56 GHz bant genişliyini əhəmiyyətli dərəcədə genişləndirir. Təklif olunan dizaynın ön və aşağı perspektiv görünüşləri Şəkil 3a-da göstərilmişdir və son optimallaşdırılmış tələb olunan dizayn parametrləri aşağıdakı kimidir: 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) Dizayn edilmiş tək antenanın yuxarı və arxa görünüşləri (CST STUDIO SUITE 2019). (b) S-parametr əyrisi.
Metasurface bir-birindən müəyyən məsafədə yerləşən vahid hüceyrələrin dövri sırasına aid olan bir termindir. Metasurfaces bant genişliyi, qazanc və MIMO komponentləri arasında izolyasiya daxil olmaqla, antenna radiasiya performansını yaxşılaşdırmaq üçün effektiv bir yoldur. Səth dalğalarının yayılmasının təsiri ilə metasəthlər antenanın işini yaxşılaşdırmağa kömək edən əlavə rezonanslar yaradır39. Bu iş 6 GHz-dən aşağı 5G diapazonunda işləyən epsilon-mənfi metamaterial (MM) vahidini təklif edir. Səthi 8 mm × 8 mm olan MM, dielektrik sabitliyi 2,2 və qalınlığı 1,575 mm olan az itkili Rogers 5880 substratında hazırlanmışdır. Optimallaşdırılmış MM rezonator yaması Şəkil 4a-da göstərildiyi kimi iki dəyişdirilmiş xarici parçalanma halqasına qoşulmuş daxili dairəvi parçalanma halqasından ibarətdir. Şəkil 4a təklif olunan MM quraşdırmasının yekun optimallaşdırılmış parametrlərini ümumiləşdirir. Daha sonra, 40 × 40 mm və 80 × 80 mm metasəth təbəqələri, müvafiq olaraq, 5 × 5 və 10 × 10 hüceyrə massivlərindən istifadə edərək, mis arxa plan olmadan və mis arxa planla hazırlanmışdır. Təklif olunan MM strukturu “CST studio suite 2019” 3D elektromaqnit modelləşdirmə proqramından istifadə etməklə modelləşdirilmişdir. Təklif olunan MM massiv strukturunun və ölçmə qurğusunun (ikili portlu şəbəkə analizatoru PNA və dalğa ötürmə portu) hazırlanmış prototipi faktiki cavabı təhlil etməklə CST simulyasiya nəticələrini təsdiq etmək üçün Şəkil 4b-də göstərilmişdir. Ölçmə qurğusunda siqnalları göndərmək və qəbul etmək üçün iki dalğa ötürücü koaksial adapter (A-INFOMW, hissə nömrəsi: 187WCAS) ilə birlikdə Agilent PNA seriyalı şəbəkə analizatorundan istifadə edilmişdir. İki portlu şəbəkə analizatoruna (Agilent PNA N5227A) koaksial kabel vasitəsilə qoşulmuş iki dalğa ötürücü koaksial adapter arasında 5×5 prototip massivi yerləşdirildi. Agilent N4694-60001 kalibrləmə dəsti pilot zavodda şəbəkə analizatorunun kalibrlənməsi üçün istifadə olunur. Təklif olunan prototip MM massivinin simulyasiya edilmiş və CST müşahidə edilən səpilmə parametrləri Şəkil 5a-da göstərilmişdir. Təklif olunan MM strukturunun 6 GHz-dən aşağı olan 5G tezlik diapazonunda rezonans doğurduğunu görmək olar. 10 dB bant genişliyində kiçik fərqə baxmayaraq, simulyasiya edilmiş və eksperimental nəticələr çox oxşardır. Müşahidə olunan rezonansın rezonans tezliyi, bant genişliyi və amplitudası Şəkil 5a-da göstərildiyi kimi simulyasiya edilənlərdən bir qədər fərqlidir. Müşahidə edilmiş və simulyasiya edilmiş nəticələr arasındakı bu fərqlər istehsal qüsurları, prototip və dalğa ötürücü portları arasında kiçik boşluqlar, dalğa ötürücü portları və massiv komponentləri arasında birləşmə effektləri və ölçmə dözümlülükləri ilə bağlıdır. Bundan əlavə, hazırlanmış prototipin eksperimental quraşdırmada dalğa ötürücü portları arasında düzgün yerləşdirilməsi rezonans dəyişikliyi ilə nəticələnə bilər. Bundan əlavə, kalibrləmə mərhələsində arzuolunmaz səs-küy müşahidə edildi ki, bu da ədədi və ölçülmüş nəticələr arasında uyğunsuzluqlara səbəb oldu. Bununla belə, bu çətinliklərdən başqa, təklif olunan MM massiv prototipi simulyasiya və təcrübə arasında güclü korrelyasiya sayəsində yaxşı işləyir və onu 6 GHz-dən aşağı 5G simsiz rabitə tətbiqləri üçün yaxşı uyğunlaşdırır.
(a) Vahid hüceyrə həndəsəsi (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) MM ölçmə qurğusunun şəkli.
(a) Metamaterial prototipinin səpilmə parametrlərinin əyrilərinin simulyasiyası və yoxlanılması. (b) MM vahid hüceyrəsinin dielektrik sabiti əyrisi.
Effektiv dielektrik sabiti, maqnit keçiriciliyi və sındırma indeksi kimi müvafiq effektiv parametrlər MM vahid hüceyrəsinin davranışını daha da təhlil etmək üçün CST elektromaqnit simulyatorunun daxili emaldan sonrakı üsullarından istifadə etməklə tədqiq edilmişdir. Effektiv MM parametrləri möhkəm yenidənqurma metodundan istifadə edərək səpilmə parametrlərindən əldə edilir. Aşağıdakı keçiricilik və əks etdirmə əmsalı tənlikləri: (3) və (4) sınma indeksini və müqavimətini təyin etmək üçün istifadə edilə bilər (bax 40).
Operatorun həqiqi və xəyali hissələri müvafiq olaraq (.)' və (.)” işarələri ilə təmsil olunur və m tam qiyməti real sındırma göstəricisinə uyğundur. Dielektrik sabiti və keçiriciliyi müvafiq olaraq empedans və sınma indeksinə əsaslanan \(\varepsilon { } = { }n/z,\) və \(\mu = nz\) düsturları ilə müəyyən edilir. MM strukturunun effektiv dielektrik sabitliyi əyrisi Şəkil 5b-də göstərilmişdir. Rezonans tezliyində effektiv dielektrik sabiti mənfi olur. Şəkil 6a, b təklif olunan vahid hüceyrənin effektiv keçiriciliyinin (μ) və effektiv sındırma indeksinin (n) çıxarılan dəyərlərini göstərir. Xüsusilə, çıxarılan keçiriciliklər sıfıra yaxın müsbət real dəyərlər nümayiş etdirir ki, bu da təklif olunan MM strukturunun epsilon-mənfi (ENG) xüsusiyyətlərini təsdiqləyir. Bundan əlavə, Şəkil 6a-da göstərildiyi kimi, sıfıra yaxın keçiricilikdə rezonans rezonans tezliyi ilə güclü şəkildə bağlıdır. İnkişaf etdirilmiş vahid hüceyrə mənfi refraktiv indeksə malikdir (Şəkil 6b), bu, təklif olunan MM-nin antenna performansını yaxşılaşdırmaq üçün istifadə edilə biləcəyini bildirir21,41.
Tək genişzolaqlı antenanın hazırlanmış prototipi təklif olunan dizaynı eksperimental olaraq sınaqdan keçirmək üçün hazırlanmışdır. Şəkil 7a, b təklif olunan prototip tək antenanın, onun struktur hissələrinin və yaxın sahədə ölçmə qurğusunun (SATIMO) şəkillərini göstərir. Antenanın işini yaxşılaşdırmaq üçün işlənmiş metasəth Şəkil 8a-da göstərildiyi kimi h hündürlüyü ilə antenanın altındakı təbəqələrə yerləşdirilir. Tək antenanın arxasına 12 mm aralıqlarla tək 40 mm x 40 mm ikiqat metasəth tətbiq edilib. Bundan əlavə, tək antenanın arxa tərəfində 12 mm məsafədə arxa planı olan bir metasətmə yerləşdirilir. Metasəthi tətbiq etdikdən sonra tək antena Şəkil 1 və 2-də göstərildiyi kimi performansda əhəmiyyətli irəliləyiş göstərir. Şəkil 8 və 9. Şəkil 8b metasəthsiz və tək antenna üçün simulyasiya edilmiş və ölçülmüş əks etdirmə qrafiklərini göstərir. Qeyd etmək lazımdır ki, metasəthi olan antenin əhatə dairəsi metasəthi olmayan antenanın əhatə dairəsinə çox oxşardır. Şəkillər 9a, b əməliyyat spektrində MS olmadan və onunla birlikdə simulyasiya edilmiş və müşahidə edilən tək antenna qazancının və ümumi səmərəliliyin müqayisəsini göstərir. Görünür ki, qeyri-meta səthi antenna ilə müqayisədə, metasəth antennasının qazancı 5,15 dBi-dən 8 dBi-ə yüksələrək əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırılır. Tək qatlı metasəthin, ikiqatlı metasəthin və arxa plan metasəthi olan tək antenanın qazancı müvafiq olaraq 6 dBi, 6.9 dBi və 8 dBi artıb. Digər metasəthlərlə (tək qatlı və ikiqat MC-lər) müqayisədə mis arxa plana malik tək metasəth antennasının qazancı 8 dBi-ə qədərdir. Bu halda, metasəth reflektor rolunu oynayır, antenanın arxa radiasiyasını azaldır və fazada elektromaqnit dalğalarını manipulyasiya edir, bununla da antenanın radiasiya səmərəliliyini və dolayısı ilə qazancını artırır. Metasəthsiz və metasərhətli tək antenanın ümumi səmərəliliyinin tədqiqi Şəkil 9b-də göstərilmişdir. Qeyd etmək lazımdır ki, metasəthi olan və olmayan antenanın səmərəliliyi demək olar ki, eynidir. Aşağı tezlik diapazonunda antenanın səmərəliliyi bir qədər azalır. Eksperimental və simulyasiya edilmiş qazanc və səmərəlilik əyriləri yaxşı uyğun gəlir. Bununla belə, istehsal qüsurları, ölçmə dözümlülükləri, SMA port bağlantısı itkisi və naqil itkisi səbəbindən simulyasiya edilmiş və sınaqdan keçirilmiş nəticələr arasında cüzi fərqlər var. Bundan əlavə, antenna və MS reflektoru neylon aralayıcılar arasında yerləşir ki, bu da simulyasiya nəticələri ilə müqayisədə müşahidə olunan nəticələrə təsir edən başqa bir məsələdir.
Şəkil (a) tamamlanmış tək antenanı və onunla əlaqəli komponentləri göstərir. (b) Yaxın sahədə ölçmə quraşdırması (SATIMO).
(a) Metasurface reflektorlarından istifadə edərək antenanın həyəcanlandırılması (CST STUDIO SUITE 2019). (b) MS-siz və tək antenanın simulyasiya edilmiş və eksperimental əks etdirmələri.
(a) əldə edilmiş qazancın və (b) təklif olunan metasəth effekti antennasının ümumi səmərəliliyinin simulyasiyası və ölçülməsi nəticələri.
MS istifadə edərək şüa nümunəsinin təhlili. Tək antennalı yaxın sahə ölçmələri UKM SATIMO Yaxın Sahə Sistemləri Laboratoriyasının SATIMO Yaxın Sahə Eksperimental Mühitində aparılmışdır. Şəkillər 10a, b, MS-li və MS-siz təklif olunan tək antenna üçün 5,5 GHz-də simulyasiya edilmiş və müşahidə olunan E-müstəvi və H-müstəvi şüalanma nümunələrini göstərir. Təkmilləşdirilmiş tək antenna (MS olmadan) yan lob dəyərləri ilə ardıcıl iki istiqamətli radiasiya modelini təmin edir. Təklif olunan MS reflektorunu tətbiq etdikdən sonra, antenna bir istiqamətli radiasiya nümunəsini təmin edir və Şəkil 10a, b-də göstərildiyi kimi arxa lobların səviyyəsini azaldır. Qeyd etmək lazımdır ki, təklif olunan tək anten radiasiya nümunəsi, mis arxa planı olan bir metasəthdən istifadə edərkən çox aşağı arxa və yan loblarla daha sabit və bir istiqamətlidir. Təklif olunan MM massiv reflektoru antenanın arxa və yan loblarını azaldır, eyni zamanda cərəyanı bir istiqamətli istiqamətlərə yönəltməklə radiasiya performansını yaxşılaşdırır (Şəkil 10a, b), bununla da qazanc və istiqaməti artırır. Müşahidə olundu ki, eksperimental şüalanma nümunəsi, demək olar ki, CST simulyasiyaları ilə müqayisə oluna bilər, lakin müxtəlif yığılmış komponentlərin uyğunsuzluğu, ölçmə dözümlülükləri və kabel itkiləri səbəbindən bir qədər dəyişdi. Bundan əlavə, antenna və MS reflektoru arasında neylon boşluq yerləşdirilib ki, bu da ədədi nəticələrlə müqayisədə müşahidə olunan nəticələrə təsir edən başqa bir məsələdir.
5,5 GHz tezliyində hazırlanmış tək antenanın (MS olmadan və MS ilə) radiasiya nümunəsi simulyasiya edilmiş və sınaqdan keçirilmişdir.
Təklif olunan MIMO antenanın həndəsəsi Şəkil 11-də göstərilib və dörd tək antenanı əhatə edir. MIMO antennasının dörd komponenti Şəkil 11-də göstərildiyi kimi, ölçüləri 80 × 80 × 1,575 mm olan substratda bir-birinə ortoqonal olaraq düzülür. Layihələndirilmiş MIMO antennasının elementarası məsafəsi 22 mm-dir ki, bu da antennadan daha kiçikdir. antenanın ən yaxın müvafiq elementlərarası məsafəsi. MIMO antenası hazırlanmışdır. Bundan əlavə, yer təyyarəsinin bir hissəsi tək antenna ilə eyni şəkildə yerləşir. Şəkil 12a-da göstərilən MIMO antenalarının (S11, S22, S33 və S44) əksetmə dəyərləri 3.2-7.6 GHz diapazonunda rezonans doğuran tək elementli antenna ilə eyni davranışı nümayiş etdirir. Buna görə də, MIMO antennasının empedans bant genişliyi tək antenna ilə tam olaraq eynidir. MIMO komponentləri arasında birləşmə effekti MIMO antenalarının kiçik bant genişliyi itkisinin əsas səbəbidir. Şəkil 12b, MIMO komponentləri arasında optimal izolyasiyanın müəyyən edildiyi MIMO komponentlərinə qarşılıqlı əlaqənin təsirini göstərir. 1 və 2-ci antenalar arasındakı izolyasiya ən aşağı təqribən -13,6 dB, 1 və 4-cü antenalar arasındakı izolyasiya isə -30,4 dB-də ən yüksəkdir. Kiçik ölçüsü və daha geniş bant genişliyi sayəsində bu MIMO antenası daha az qazanc və daha aşağı ötürmə qabiliyyətinə malikdir. İzolyasiya aşağı səviyyədədir, buna görə gücləndirilmiş gücləndirmə və izolyasiya tələb olunur;
Təklif olunan MIMO antennasının dizayn mexanizmi (a) yuxarıdan görünüş və (b) yer müstəvisi. (CST Studio Suite 2019).
Təklif olunan metasəth MIMO antennasının həndəsi düzülüşü və həyəcanlandırma üsulu Şəkil 13a-da göstərilmişdir. Şəkil 13a-da göstərildiyi kimi, 80x80x1.575 mm ölçüləri olan 10x10 mm matris 12 mm yüksəklikdə MIMO antenanın arxa tərəfi üçün nəzərdə tutulmuşdur. Bundan əlavə, mis arxa panelləri olan metasətlər performanslarını yaxşılaşdırmaq üçün MIMO antenalarında istifadə üçün nəzərdə tutulub. Metasurface ilə MIMO antenası arasındakı məsafə, antenanın yaratdığı dalğalar ilə metasəthdən əks olunan dalğalar arasında konstruktiv müdaxiləyə imkan verərkən yüksək qazanc əldə etmək üçün çox vacibdir. Maksimum qazanc və MIMO elementləri arasında izolyasiya üçün dörddəbir dalğa standartlarını qoruyarkən antenna və metasəth arasında hündürlüyü optimallaşdırmaq üçün geniş modelləşdirmə aparıldı. Arxa planı olmayan metasətlərlə müqayisədə arxa plankalı metasətlərdən istifadə etməklə əldə edilən MIMO antenna performansındakı əhəmiyyətli irəliləyişlər sonrakı fəsillərdə nümayiş etdiriləcəkdir.
(a) MS (CST STUDIO SUITE 2019) istifadə edərək təklif olunan MIMO antennasının CST simulyasiyasının qurulması, (b) MS olmadan və MS ilə hazırlanmış MIMO sisteminin əks etdirmə əyriləri.
Meta səthi olan və olmayan MIMO antenalarının əks etdirmələri Şəkil 13b-də göstərilmişdir, burada S11 və S44 MIMO sistemindəki bütün antenaların demək olar ki, eyni davranışı səbəbindən təqdim olunur. Qeyd etmək lazımdır ki, MIMO antennasının -10 dB empedans bant genişliyi bir metasəthsiz və demək olar ki, eynidir. Bunun əksinə olaraq, təklif olunan MIMO antennasının empedans bant genişliyi ikiqat qatlı MS və arxa plan MS ilə yaxşılaşdırılır. Qeyd etmək lazımdır ki, MS olmadan MIMO antenası mərkəz tezliyinə nisbətən 81,5% (3,2-7,6 GHz) fraksiya bant genişliyini təmin edir. MS-nin arxa panellə inteqrasiyası təklif olunan MIMO antennasının empedans bant genişliyini 86,3%-ə (3,08-7,75 GHz) qədər artırır. İki qatlı MS ötürmə qabiliyyətini artırsa da, təkmilləşmə mis arxa panelli MS-dən daha azdır. Üstəlik, iki qatlı MC antenanın ölçüsünü artırır, dəyərini artırır və əhatə dairəsini məhdudlaşdırır. Dizayn edilmiş MIMO antenası və metasəth reflektoru simulyasiya nəticələrini təsdiqləmək və faktiki performansı qiymətləndirmək üçün hazırlanmış və təsdiq edilmişdir. Şəkil 14a müxtəlif komponentlər yığılmış hazırlanmış MS təbəqəsini və MIMO antennasını, Şəkil 14b isə hazırlanmış MIMO sisteminin fotoşəkilini göstərir. MIMO antenası, Şəkil 14b-də göstərildiyi kimi, dörd neylon ayırıcıdan istifadə edərək, metasəthin üstünə quraşdırılmışdır. Şəkil 15a işlənmiş MIMO antena sisteminin yaxın sahədə eksperimental quraşdırılmasının şəklini göstərir. UKM SATIMO Yaxın Sahə Sistemləri Laboratoriyasında səpilmə parametrlərini qiymətləndirmək və yaxın sahə emissiya xüsusiyyətlərini qiymətləndirmək və xarakterizə etmək üçün PNA şəbəkə analizatoru (Agilent Technologies PNA N5227A) istifadə edilmişdir.
(a) SATIMO yaxın sahə ölçmələrinin fotoşəkilləri (b) MS-li və MS-siz S11 MIMO antennasının simulyasiya edilmiş və eksperimental əyriləri.
Bu bölmə təklif olunan 5G MIMO antennasının simulyasiya edilmiş və müşahidə edilən S-parametrlərinin müqayisəli tədqiqini təqdim edir. Şəkil 15b inteqrasiya olunmuş 4 elementli MIMO MS antennasının eksperimental əks etdirmə sxemini göstərir və onu CST simulyasiya nəticələri ilə müqayisə edir. Eksperimental əksetmələrin CST hesablamaları ilə eyni olduğu, lakin istehsal qüsurları və eksperimental dözümlülüklərə görə bir qədər fərqli olduğu aşkar edildi. Bundan əlavə, təklif olunan MS əsaslı MIMO prototipinin müşahidə olunan əks etdirmə qabiliyyəti 6 GHz-dən aşağı olan 5G spektrini 4,8 GHz empedans bant genişliyi ilə əhatə edir, bu da 5G tətbiqlərinin mümkün olması deməkdir. Bununla belə, ölçülmüş rezonans tezliyi, bant genişliyi və amplituda CST simulyasiya nəticələrindən bir qədər fərqlənir. İstehsal qüsurları, koaks-SMA birləşmə itkiləri və açıq hava ölçmə quraşdırmaları ölçülmüş və simulyasiya edilmiş nəticələr arasında fərqlərə səbəb ola bilər. Bununla belə, bu çatışmazlıqlara baxmayaraq, təklif olunan MIMO yaxşı işləyir, simulyasiyalar və ölçmələr arasında güclü razılaşma təmin edir və onu 6 GHz-dən aşağı olan 5G simsiz tətbiqləri üçün yaxşı uyğunlaşdırır.
Simulyasiya edilmiş və müşahidə edilən MIMO antena qazanc əyriləri Şəkil 2 və 2-də göstərilmişdir. Şəkil 16a,b və 17a,b-də müvafiq olaraq, MIMO komponentlərinin qarşılıqlı əlaqəsi göstərilmişdir. MIMO antenalarına metasəthlər tətbiq edildikdə, MIMO antenaları arasında izolyasiya əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşır. S12, S14, S23 və S34 bitişik anten elementləri arasındakı təcrid planları oxşar əyriləri göstərir, diaqonal MIMO antenaları S13 və S42 isə aralarındakı daha böyük məsafəyə görə eyni dərəcədə yüksək izolyasiya göstərir. Qonşu antenaların simulyasiya edilmiş ötürmə xüsusiyyətləri Şəkil 16a-da göstərilmişdir. Qeyd etmək lazımdır ki, 6 GHz-dən aşağı olan 5G əməliyyat spektrində MIMO antennasının metasəthi olmayan minimum izolyasiyası -13,6 dB, arxa plana malik metasəth üçün isə 15,5 dB təşkil edir. Qazanma sxemi (Şəkil 16a) göstərir ki, arxa planın metasərfi tək və ikiqatlı metasəthlərlə müqayisədə MIMO antenna elementləri arasında izolyasiyanı əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırır. Bitişik anten elementlərində tək və ikiqatlı metasəthlər təqribən -13,68 dB və -14,78 dB minimum izolyasiyanı təmin edir, arxa səthin mis səthi isə təxminən -15,5 dB təmin edir.
MS təbəqəsi olmayan və MS təbəqəsi olan MIMO elementlərinin simulyasiya edilmiş izolyasiya əyriləri: (a) S12, S14, S34 və S32 və (b) S13 və S24.
Təklif olunan MS əsaslı MIMO antenalarının eksperimental qazanc əyriləri: (a) S12, S14, S34 və S32 və (b) S13 və S24.
MIMO diaqonal antennasının MS qatını əlavə etməzdən əvvəl və sonra qazanma qrafikləri Şəkil 16b-də göstərilmişdir. Qeyd etmək lazımdır ki, metasəthi olmayan diaqonal antenalar (antenalar 1 və 3) arasında minimum izolyasiya əməliyyat spektri üzrə - 15,6 dB, arxa plana malik olan metasəth isə - 18 dB-dir. Metasurface yanaşması diaqonal MIMO antenaları arasında birləşmə effektlərini əhəmiyyətli dərəcədə azaldır. Tək qatlı metasəth üçün maksimum izolyasiya -37 dB-dir, iki qatlı metasəth üçün isə bu dəyər -47 dB-ə enir. Mis arxa plan ilə metasəthin maksimum izolyasiyası −36,2 dB təşkil edir ki, bu da artan tezlik diapazonu ilə azalır. Arxa planı olmayan tək və ikiqatlı metasəthlərlə müqayisədə, arxa plana malik olan metasəthlər Şəkil 16a, b-də göstərildiyi kimi, xüsusilə də 6 GHz-dən aşağı olan 5G diapazonunda bütün tələb olunan iş tezliyi diapazonunda üstün izolyasiya təmin edir. 6 GHz-dən (3,5 GHz) aşağı olan ən məşhur və geniş istifadə olunan 5G diapazonunda tək və ikiqatlı metasəthlər MIMO komponentləri arasında mis arxa planlı (demək olar ki, heç bir MS yoxdur) metasəthlərə nisbətən daha az izolyasiyaya malikdir (bax Şəkil 16a), b) . Qazanc ölçmələri müvafiq olaraq bitişik antenaların (S12, S14, S34 və S32) və diaqonal antenaların (S24 və S13) izolyasiyasını göstərən Şəkil 17a, b-də göstərilmişdir. Bu rəqəmlərdən göründüyü kimi (Şəkil 17a, b), MIMO komponentləri arasında eksperimental izolyasiya simulyasiya edilmiş izolyasiya ilə yaxşı uyğunlaşır. İstehsal qüsurları, SMA port əlaqələri və naqil itkiləri səbəbindən simulyasiya edilmiş və ölçülmüş CST dəyərləri arasında kiçik fərqlər olsa da. Bundan əlavə, antenna və MS reflektoru neylon aralayıcılar arasında yerləşir ki, bu da simulyasiya nəticələri ilə müqayisədə müşahidə olunan nəticələrə təsir edən başqa bir məsələdir.
səth dalğalarının basdırılması vasitəsilə qarşılıqlı birləşmənin azaldılmasında metasəthlərin rolunu rasionallaşdırmaq üçün 5,5 GHz-də səth cərəyanının paylanmasını öyrənmişdir42. Təklif olunan MIMO antennasının səth cərəyanının paylanması Şəkil 18-də göstərilmişdir, burada antenna 1 idarə olunur və antenanın qalan hissəsi 50 ohm yüklə dayandırılır. 1-ci antena enerji verildikdə, Şəkil 18a-da göstərildiyi kimi, metasəth olmadıqda 5,5 GHz-də bitişik antenalarda əhəmiyyətli qarşılıqlı birləşmə cərəyanları görünəcək. Əksinə, Şəkil 18b-d-də göstərildiyi kimi, metasəthlərin istifadəsi ilə bitişik antenalar arasında izolyasiya yaxşılaşdırılır. Qeyd etmək lazımdır ki, birləşmə cərəyanını vahid hüceyrələrin bitişik halqalarına və MS təbəqəsi boyunca antiparalel istiqamətlərdə bitişik MS vahid hüceyrələrinə yaymaqla bitişik sahələrin qarşılıqlı birləşməsinin təsirini minimuma endirmək olar. Paylanmış antenalardan MS qurğularına cərəyan vurmaq MIMO komponentləri arasında izolyasiyanı yaxşılaşdırmaq üçün əsas üsuldur. Nəticədə, MIMO komponentləri arasında birləşmə cərəyanı çox azalır və izolyasiya da çox yaxşılaşdırılır. Birləşmə sahəsi elementdə geniş şəkildə paylandığı üçün, mis arxa planın metasəthi MIMO antena qurğusunu tək və ikiqatlı metasəthlərdən əhəmiyyətli dərəcədə daha çox təcrid edir (Şəkil 18d). Bundan əlavə, inkişaf etdirilmiş MIMO antenası çox aşağı geri yayılma və yan yayılmaya malikdir, bir istiqamətli radiasiya nümunəsi yaradır və bununla da təklif olunan MIMO antennasının qazancını artırır.
Təklif olunan MIMO antennasının 5,5 GHz tezliyində (a) MC olmadan, (b) tək qatlı MC, (c) ikiqatlı MC və (d) mis arxa panelli tək qatlı MC-nin səthi cərəyan nümunələri. (CST Studio Suite 2019).
İşləmə tezliyi daxilində, Şəkil 19a, metasəthlər olmadan və olan dizayn edilmiş MIMO antennasının simulyasiya edilmiş və müşahidə edilən qazanclarını göstərir. Şəkil 19a-da göstərildiyi kimi, metasəthsiz MIMO antennasının simulyasiya edilmiş əldə edilmiş qazancı 5,4 dBi-dir. MIMO komponentləri arasında qarşılıqlı əlaqə effekti sayəsində təklif olunan MIMO antenası tək antennadan 0,25 dBi daha yüksək qazanc əldə edir. Meta səthlərin əlavə edilməsi MIMO komponentləri arasında əhəmiyyətli qazanc və izolyasiya təmin edə bilər. Beləliklə, təklif olunan metasurface MIMO antenası 8,3 dBi-ə qədər yüksək reallaşdırılmış qazanc əldə edə bilər. Şəkil 19a-da göstərildiyi kimi, MIMO antennasının arxasında tək metasəthdən istifadə edildikdə, qazanc 1,4 dBi artır. Metasurface ikiqat artırıldıqda, Şəkil 19a-da göstərildiyi kimi qazanc 2.1 dBi artır. Bununla belə, 8,3 dBi-lik gözlənilən maksimum qazanc, mis arxa plan ilə metasəthdən istifadə edərkən əldə edilir. Qeyd edək ki, tək qatlı və ikiqatlı metasəthlər üçün əldə edilən maksimum qazanc müvafiq olaraq 6,8 dBi və 7,5 dBi, alt təbəqə üçün əldə edilən maksimum qazanc isə 8,3 dBi-dir. Antenanın arxa tərəfindəki metasəth təbəqəsi antenanın arxa tərəfindən radiasiyanı əks etdirən və dizayn edilmiş MIMO antennasının ön-arxa (F/B) nisbətini yaxşılaşdıran reflektor rolunu oynayır. Bundan əlavə, yüksək empedanslı MS reflektoru fazada elektromaqnit dalğalarını manipulyasiya edir və bununla da əlavə rezonans yaradır və təklif olunan MIMO antennasının radiasiya göstəricilərini yaxşılaşdırır. MIMO antenasının arxasında quraşdırılmış MS reflektoru əldə edilən qazancı əhəmiyyətli dərəcədə artıra bilər ki, bu da eksperimental nəticələrlə təsdiqlənir. Hazırlanmış prototip MIMO antennasının müşahidə edilən və simulyasiya edilmiş qazancları demək olar ki, eynidir, lakin bəzi tezliklərdə ölçülmüş qazanc, xüsusən MS-siz MIMO üçün simulyasiya edilmiş qazancdan yüksəkdir; Eksperimental qazancdakı bu dəyişikliklər neylon yastıqların ölçü toleransları, kabel itkiləri və antena sistemindəki birləşmə ilə bağlıdır. Meta səthi olmayan MIMO antennasının ölçülən pik qazancı 5,8 dBi, mis arxa planı olan metasəth isə 8,5 dBi-dir. Qeyd etmək lazımdır ki, təklif olunan MS reflektorlu tam 4 portlu MIMO antenna sistemi eksperimental və ədədi şəraitdə yüksək qazanc nümayiş etdirir.
(a) əldə edilmiş qazancın və (b) metasəth effekti ilə təklif olunan MIMO antennasının ümumi performansının simulyasiyası və eksperimental nəticələri.
Şəkil 19b təklif olunan MIMO sisteminin metasəth reflektorsuz və əks etdiricilərlə ümumi performansını göstərir. Şəkil 19b-də arxa plana malik MS-dən istifadə etməklə ən aşağı səmərəlilik 73%-dən çox olmuşdur (84%-ə qədər). MC olmadan və MC ilə işlənmiş MIMO antenalarının ümumi səmərəliliyi simulyasiya edilmiş dəyərlərlə müqayisədə kiçik fərqlərlə demək olar ki, eynidir. Bunun səbəbləri ölçmə dözümlülüyü və antena ilə MS reflektoru arasında boşluqların istifadəsidir. Bütün tezlik üzrə ölçülmüş əldə edilmiş qazanc və ümumi səmərəlilik simulyasiya nəticələrinə demək olar ki, oxşardır ki, bu da təklif olunan MIMO prototipinin performansının gözlənildiyi kimi olduğunu və tövsiyə olunan MS əsaslı MIMO antennasının 5G rabitəsi üçün uyğun olduğunu göstərir. Eksperimental tədqiqatlardakı səhvlərə görə, laboratoriya təcrübələrinin ümumi nəticələri ilə simulyasiyaların nəticələri arasında fərqlər mövcuddur. Təklif olunan prototipin performansına antenna və SMA konnektoru arasındakı impedans uyğunsuzluğu, koaksial kabel birləşmə itkiləri, lehimləmə effektləri və müxtəlif elektron cihazların eksperimental quraşdırmaya yaxınlığı təsir göstərir.
Şəkil 20 blok diaqram şəklində sözügedən antenanın dizaynı və optimallaşdırılması prosesini təsvir edir. Bu blok diaqramda təklif olunan MIMO antennasının dizayn prinsiplərinin addım-addım təsviri, eləcə də geniş iş tezliyində tələb olunan yüksək qazanc və yüksək izolyasiyaya nail olmaq üçün antenanın optimallaşdırılmasında əsas rol oynayan parametrlər təqdim olunur.
Yaxın sahədə MIMO antena ölçmələri UKM SATIMO Yaxın Sahə Sistemləri Laboratoriyasında SATIMO Yaxın Sahə Eksperimental Mühitində ölçüldü. Şəkillər 21a,b 5.5 GHz iş tezliyində MS-li və MS-siz iddia edilən MIMO antennasının simulyasiya edilmiş və müşahidə olunan E-müstəvisi və H-müstəvi şüalanma nümunələrini təsvir edir. 5,5 GHz iş tezliyi diapazonunda hazırlanmış qeyri-MS MIMO antenası yan lob dəyərləri ilə ardıcıl iki istiqamətli şüalanma nümunəsini təmin edir. MS reflektorunu tətbiq etdikdən sonra, antenna bir istiqamətli radiasiya nümunəsini təmin edir və Şəkil 21a, b-də göstərildiyi kimi arxa lobların səviyyəsini azaldır. Qeyd etmək lazımdır ki, mis arxa planı olan bir metasəthdən istifadə edərək, təklif olunan MIMO antenna nümunəsi MS olmadan daha sabit və bir istiqamətli, çox aşağı arxa və yan loblara malikdir. Təklif olunan MM massiv reflektoru antenanın arxa və yan loblarını azaldır və həmçinin cərəyanı bir istiqamətli istiqamətə yönəltməklə (şəkil 21a, b) radiasiya xüsusiyyətlərini yaxşılaşdırır, bununla da qazanc və istiqamətləndiriciliyi artırır. Ölçülmüş radiasiya nümunəsi qalan portlara qoşulmuş 50 ohm yüklə 1 nömrəli port üçün əldə edilmişdir. Müşahidə olundu ki, eksperimental radiasiya nümunəsi CST tərəfindən simulyasiya edilmiş modellə demək olar ki, eyni idi, baxmayaraq ki, komponentlərin yanlış hizalanması, terminal portlarından əkslər və kabel birləşmələrində itkilər səbəbindən bəzi kənarlaşmalar var idi. Bundan əlavə, antena ilə MS reflektoru arasında neylon boşluq yerləşdirilib ki, bu da proqnozlaşdırılan nəticələrlə müqayisədə müşahidə olunan nəticələrə təsir edən başqa bir məsələdir.
Hazırlanmış MIMO antennasının (MS olmadan və MS ilə) 5,5 GHz tezliyində radiasiya nümunəsi simulyasiya edilmiş və sınaqdan keçirilmişdir.
Qeyd etmək vacibdir ki, MIMO sistemlərinin performansını qiymətləndirərkən limanın izolyasiyası və onunla əlaqəli xüsusiyyətləri vacibdir. Təklif olunan MIMO sisteminin müxtəliflik performansı, o cümlədən zərf korrelyasiya əmsalı (ECC) və müxtəliflik qazancı (DG), dizayn edilmiş MIMO antenna sisteminin möhkəmliyini göstərmək üçün yoxlanılır. MIMO antennasının ECC və DG göstəriciləri onun performansını qiymətləndirmək üçün istifadə edilə bilər, çünki onlar MIMO sisteminin işinin vacib aspektləridir. Aşağıdakı bölmələr təklif olunan MIMO antennasının bu xüsusiyyətlərini ətraflı şəkildə izah edəcəkdir.
Zərflərin korrelyasiya əmsalı (ECC). Hər hansı MIMO sistemini nəzərdən keçirərkən, ECC tərkib elementlərinin spesifik xassələri ilə bağlı bir-biri ilə korrelyasiya dərəcəsini müəyyən edir. Beləliklə, ECC simsiz rabitə şəbəkəsində kanal izolyasiyasının dərəcəsini nümayiş etdirir. Hazırlanmış MIMO sisteminin ECC (zərf korrelyasiya əmsalı) S-parametrləri və uzaq sahə emissiyası əsasında müəyyən edilə bilər. Eq. (7) və (8) təklif olunan MIMO antennasının 31 ECC müəyyən edilə bilər.
Yansıtma əmsalı Sii ilə, Sij isə ötürmə əmsalı ilə təmsil olunur. j-ci və i-ci antenaların üçölçülü şüalanma nümunələri \(\vec{R}_{j} \left( {\theta ,\varphi } \right)\) və \( ifadələri ilə verilir. \vec {{R_{ i } }} Bərk bucaq \left( {\theta ,\varphi } \right)\) və \({\Omega }\) ilə təmsil olunur. Təklif olunan antenanın ECC əyrisi Şəkil 22a-da göstərilmişdir və onun dəyəri 0,004-dən azdır, bu simsiz sistem üçün məqbul olan 0,5 dəyərindən xeyli aşağıdır. Beləliklə, azaldılmış ECC dəyəri o deməkdir ki, təklif olunan 4 portlu MIMO sistemi üstün müxtəliflik təmin edir43.
Diversity Gain (DG) DG müxtəliflik sxeminin şüalanan gücə necə təsir etdiyini təsvir edən başqa bir MIMO sisteminin performans göstəricisidir. Əlaqə (9) 31-də təsvir olunduğu kimi inkişaf etdirilən MIMO antenna sisteminin DG-ni müəyyən edir.
Şəkil 22b təklif olunan MIMO sisteminin DG diaqramını göstərir, burada DG dəyəri 10 dB-ə çox yaxındır. Dizayn edilmiş MIMO sisteminin bütün antenalarının DG dəyərləri 9,98 dB-dən çoxdur.
Cədvəl 1 təklif olunan metasəth MIMO antennasını bu yaxınlarda hazırlanmış oxşar MIMO sistemləri ilə müqayisə edir. Müqayisə zamanı bant genişliyi, qazanc, maksimum izolyasiya, ümumi səmərəlilik və müxtəliflik performansı daxil olmaqla müxtəlif performans parametrləri nəzərə alınır. Tədqiqatçılar 5, 44, 45, 46, 47-də qazanc və izolyasiyanın gücləndirilməsi üsulları ilə müxtəlif MIMO antenna prototiplərini təqdim etdilər. Əvvəllər dərc edilmiş işlərlə müqayisədə, metasəth reflektorları ilə təklif olunan MIMO sistemi bant genişliyi, qazanc və izolyasiya baxımından onları üstələyir. Bundan əlavə, bildirilən oxşar antenalarla müqayisədə, hazırlanmış MIMO sistemi daha kiçik ölçüdə üstün müxtəliflik performansı və ümumi səmərəlilik nümayiş etdirir. Bölmə 5.46-da təsvir edilən antenalar təklif etdiyimiz antenalardan daha yüksək izolyasiyaya malik olsalar da, bu antenalar böyük ölçüdən, aşağı qazancdan, dar bant genişliyindən və zəif MIMO performansından əziyyət çəkir. 45-də təklif olunan 4 portlu MIMO antenası yüksək qazanc və səmərəlilik nümayiş etdirir, lakin onun dizaynı aşağı izolyasiya, böyük ölçü və zəif müxtəliflik performansına malikdir. Digər tərəfdən, 47-də təklif olunan kiçik ölçülü antena sistemi çox aşağı qazanc və işləmə bant genişliyinə malikdir, bizim təklif etdiyimiz MS əsaslı 4 portlu MIMO sistemi kiçik ölçülü, yüksək qazanc, yüksək izolyasiya və daha yaxşı performanslı MIMO nümayiş etdirir. Beləliklə, təklif olunan metasurface MIMO antenası sub-6 GHz 5G rabitə sistemləri üçün əsas rəqib ola bilər.
6 GHz-dən aşağı 5G tətbiqlərini dəstəkləmək üçün dörd portlu metasurface reflektor əsaslı genişzolaqlı MIMO antenası yüksək qazanc və izolyasiya təklif olunur. Mikroşerit xətti diaqonal künclərdə kvadratla kəsilmiş kvadrat şüalanan hissəni qidalandırır. Təklif olunan MS və antenna emitenti yüksək sürətli 5G rabitə sistemlərində əla performansa nail olmaq üçün Rogers RT5880-ə bənzər substrat materiallarında tətbiq olunur. MIMO antenası geniş diapazon və yüksək qazanc xüsusiyyətlərinə malikdir və MIMO komponentləri arasında səs izolyasiyası və əla səmərəliliyi təmin edir. Təkmilləşdirilmiş tək antenanın miniatür ölçüləri 0,58?0,58?0,02? 5×5 metasurface massivi ilə geniş 4,56 GHz əməliyyat bant genişliyi, 8 dBi pik qazanc və üstün ölçülən səmərəlilik təmin edir. Təklif olunan dörd portlu MIMO antenası (2 × 2 massiv) hər təklif olunan tək antenanı 1.05λ × 1.05λ × 0.02λ ölçüləri olan başqa bir antenna ilə ortoqonal uyğunlaşdırmaqla hazırlanmışdır. 12 mm hündürlüyündə MIMO antenası altında 10×10 MM massiv yığmaq tövsiyə olunur ki, bu da əks radiasiyanı azalda və MIMO komponentləri arasında qarşılıqlı əlaqəni azalda, bununla da qazanc və izolyasiyanı yaxşılaşdıra bilər. Eksperimental və simulyasiya nəticələri göstərir ki, hazırlanmış MIMO prototipi 6 GHz-dən aşağı olan 5G spektrini əhatə edən 3,08–7,75 GHz geniş tezlik diapazonunda işləyə bilər. Bundan əlavə, təklif olunan MS əsaslı MIMO antenası 8,3 dBi maksimum qazanc əldə etməklə öz qazancını 2,9 dBi yaxşılaşdırır və MIMO komponentləri arasında əla izolyasiya (>15,5 dB) təmin edərək, MS-nin töhfəsini təsdiqləyir. Bundan əlavə, təklif olunan MIMO antennasının yüksək orta ümumi səmərəliliyi 82% və elementlərarası aşağı məsafə 22 mm-dir. Antena çox yüksək DG (9,98 dB-dən çox), çox aşağı ECC (0,004-dən az) və bir istiqamətli şüalanma nümunəsi daxil olmaqla əla MIMO müxtəliflik performansını nümayiş etdirir. Ölçmə nəticələri simulyasiya nəticələrinə çox oxşardır. Bu xüsusiyyətlər təsdiq edir ki, hazırlanmış dörd portlu MIMO antenna sistemi 6 GHz-dən aşağı tezlik diapazonunda 5G rabitə sistemləri üçün əlverişli seçim ola bilər.
Cowin 400-6000MHz genişzolaqlı PCB antennasını təmin edə bilər və tələblərinizə uyğun olaraq yeni antenanın dizaynına dəstək verə bilər, hər hansı bir sorğunuz varsa, çəkinmədən bizimlə əlaqə saxlayın.
Göndərmə vaxtı: 10 oktyabr 2024-cü il