Kutumia metasurfaces ili kuboresha faida na kutengwa kwa antena za PCB za bendi pana kwa mifumo ya mawasiliano ya 5G ndogo ya 6 GHz.

Kazi hii inapendekeza antena iliyounganishwa ya pembejeo nyingi ya pembejeo nyingi (MIMO) metasurface (MS) ya upana wa antena kwa mifumo ya mawasiliano isiyo na waya ya chini ya 6 GHz (5G). Riwaya ya dhahiri ya mfumo wa MIMO unaopendekezwa ni upana wa upana wa uendeshaji, faida kubwa, vibali vidogo vya kuingiliana, na kutengwa bora ndani ya vipengele vya MIMO. Sehemu inayoangaza ya antena imepunguzwa kwa mshazari, chini kidogo, na nyuso za meta hutumiwa kuboresha utendakazi wa antena. Antena ya mfano inayopendekezwa iliyounganishwa ina vipimo vidogo vya 0.58 × 0.58λ × 0.02λ. Matokeo ya uigaji na kipimo yanaonyesha utendaji wa bendi pana kutoka 3.11 GHz hadi 7.67 GHz, ikijumuisha faida kubwa zaidi iliyopatikana ya 8 dBi. Mfumo wa MIMO wa vipengele vinne umeundwa ili kila antena iwe ya orthogonal kwa kila mmoja huku ikidumisha ukubwa wa kompakt na utendaji wa bendi pana kutoka 3.2 hadi 7.6 GHz. Mfano unaopendekezwa wa MIMO umeundwa na kutengenezwa kwenye sehemu ndogo ya Rogers RT5880 yenye hasara ndogo na vipimo vidogo vya 1.05? 1.05? 0.02?, na utendakazi wake unatathminiwa kwa kutumia safu ya resonator ya pete ya mraba iliyopendekezwa yenye pete ya mgawanyiko 10 x 10. Nyenzo ya msingi ni sawa. Meta ya juu ya ndege ya nyuma inayopendekezwa hupunguza kwa kiasi kikubwa mionzi ya nyuma ya antena na kuendesha sehemu za sumakuumeme, na hivyo kuboresha kipimo data, faida na utengaji wa vipengele vya MIMO. Ikilinganishwa na antena zilizopo za MIMO, antena ya MIMO yenye bandari 4 inayopendekezwa inapata faida kubwa ya 8.3 dBi na wastani wa ufanisi wa jumla wa hadi 82% katika bendi ya 5G ndogo ya 6 GHz na inakubaliana vyema na matokeo yaliyopimwa. Zaidi ya hayo, antena ya MIMO iliyotengenezwa huonyesha utendakazi bora kwa mujibu wa mgawo wa uunganisho wa bahasha (ECC) wa chini ya 0.004, faida ya utofauti (DG) ya takriban dB 10 (>9.98 dB) na utengano wa juu kati ya vipengele vya MIMO (>15.5 dB). sifa. Kwa hivyo, antenna ya MIMO iliyopendekezwa ya MS inathibitisha utumiaji wake kwa mitandao ya mawasiliano ya 5G ya 6 GHz.
Teknolojia ya 5G ni maendeleo ya ajabu katika mawasiliano yasiyotumia waya ambayo yatawezesha mitandao ya haraka na salama zaidi kwa mabilioni ya vifaa vilivyounganishwa, kutoa uzoefu wa mtumiaji na utulivu wa "sifuri" (muda wa kusubiri wa chini ya millisecond 1), na kuanzisha teknolojia mpya, ikiwa ni pamoja na umeme. Huduma ya matibabu, elimu ya kiakili. , miji mahiri, nyumba mahiri, uhalisia pepe (VR), viwanda mahiri na Mtandao wa Magari (IoV) vinabadilisha maisha yetu, jamii na viwanda1,2,3. Tume ya Shirikisho ya Mawasiliano ya Marekani (FCC) inagawanya wigo wa 5G katika bendi nne za masafa4. Bendi ya masafa ya chini ya 6 GHz inawavutia watafiti kwa sababu inaruhusu mawasiliano ya umbali mrefu na viwango vya juu vya data5,6. Mgao wa wigo wa 5G wa sub-6 GHz kwa mawasiliano ya kimataifa ya 5G umeonyeshwa kwenye Mchoro 1, ikionyesha kuwa nchi zote zinazingatia wigo wa GHz ndogo ya 6 kwa mawasiliano ya 5G7,8. Antena ni sehemu muhimu ya mitandao ya 5G na itahitaji vituo vya msingi zaidi na antena za terminal za mtumiaji.
Antena za kiraka cha Microstrip zina faida za ukonde na muundo wa gorofa, lakini ni mdogo katika bandwidth na gain9,10, utafiti mwingi umefanywa ili kuongeza faida na bandwidth ya antenna; Katika miaka ya hivi karibuni, metasurfaces (MS) imetumiwa sana katika teknolojia za antenna, hasa kuboresha faida na throughput11,12, hata hivyo, antenna hizi ni mdogo kwa bandari moja; Teknolojia ya MIMO ni kipengele muhimu cha mawasiliano yasiyotumia waya kwa sababu inaweza kutumia antena nyingi kwa wakati mmoja kusambaza data, na hivyo kuboresha viwango vya data, ufanisi wa taswira, uwezo wa chaneli, na kutegemewa13,14,15. Antena za MIMO zinaweza kuteuliwa kwa programu za 5G kwa sababu zinaweza kutuma na kupokea data kupitia chaneli nyingi bila kuhitaji nguvu ya ziada16,17. Athari ya kuunganisha kati ya vipengele vya MIMO inategemea eneo la vipengele vya MIMO na faida ya antena ya MIMO, ambayo ni changamoto kubwa kwa watafiti. Kielelezo cha 18, 19, na 20 kinaonyesha antena mbalimbali za MIMO zinazofanya kazi katika bendi ya 5G ndogo ya 6 GHz, zote zinaonyesha kutengwa na utendaji mzuri wa MIMO. Hata hivyo, faida na bandwidth ya uendeshaji wa mifumo hii iliyopendekezwa ni ya chini.
Metamaterials (MMs) ni nyenzo mpya ambazo hazipo katika asili na zinaweza kuendesha mawimbi ya umeme, na hivyo kuboresha utendaji wa antena21,22,23,24. MM sasa inatumika sana katika teknolojia ya antena ili kuboresha muundo wa mionzi, kipimo data, faida, na utengaji kati ya vipengele vya antena na mifumo ya mawasiliano ya wireless, kama ilivyojadiliwa katika 25, 26, 27, 28. Mnamo 2029, mfumo wa MIMO wa vipengele vinne kulingana na metasurface, ambayo sehemu ya antenna imefungwa kati ya metasurface na ardhi bila pengo la hewa, ambayo inaboresha utendaji wa MIMO. Hata hivyo, kubuni hii ina ukubwa mkubwa, mzunguko wa chini wa uendeshaji na muundo tata. Mkanda wa sumakuumeme (EBG) na kitanzi cha ardhini vimejumuishwa katika antena ya MIMO ya bandari 2 inayopendekezwa ili kuboresha utengaji wa vipengele vya MIMO30. Antena iliyoundwa ina utendaji mzuri wa utofauti wa MIMO na kutengwa bora kati ya antena mbili za MIMO, lakini kwa kutumia vipengele viwili tu vya MIMO, faida itakuwa chini. Kwa kuongezea, in31 pia ilipendekeza antena ya bandari-mbili ya MIMO yenye bendi pana zaidi (UWB) na kuchunguza utendakazi wake wa MIMO kwa kutumia metali. Ingawa antena hii ina uwezo wa kufanya kazi UWB, faida yake ni ndogo na kutengwa kati ya antena mbili ni duni. Kazi in32 inapendekeza mfumo wa bandari 2 wa MIMO unaotumia viakisishi vya mkanda wa kielektroniki (EBG) ili kuongeza faida. Ingawa safu ya antena iliyotengenezwa ina faida kubwa na utendakazi mzuri wa anuwai ya MIMO, ukubwa wake mkubwa hufanya iwe vigumu kutumika katika vifaa vya mawasiliano vya kizazi kijacho. Antena nyingine ya ukanda mpana wa kiakisi ilitengenezwa mnamo 33, ambapo kiakisi kiliunganishwa chini ya antena na pengo kubwa la mm 22, ikionyesha faida ya kilele cha chini cha 4.87 dB. Karatasi ya 34 inaunda antenna ya bandari nne ya MIMO kwa matumizi ya mmWave, ambayo imeunganishwa na safu ya MS ili kuboresha kutengwa na faida ya mfumo wa MIMO. Hata hivyo, antenna hii hutoa faida nzuri na kutengwa, lakini ina bandwidth mdogo na mali mbaya ya mitambo kutokana na pengo kubwa la hewa. Vile vile, mwaka wa 2015, antena ya MIMO ya jozi tatu, yenye umbo la 4-umbo la bowtie-umbo-iliyounganishwa ilitengenezwa kwa mawasiliano ya mmWave na faida ya juu ya 7.4 dBi. B36 MS hutumiwa upande wa nyuma wa antena ya 5G ili kuongeza faida ya antena, ambapo uso wa meta hufanya kazi kama kiakisi. Walakini, muundo wa MS haulinganishwi na umakini mdogo umelipwa kwa muundo wa seli ya kitengo.
Kulingana na matokeo ya uchambuzi hapo juu, hakuna antena yoyote iliyo hapo juu iliyo na faida kubwa, kutengwa bora, utendaji wa MIMO na chanjo ya bendi pana. Kwa hiyo, bado kuna haja ya antena ya metasurface ya MIMO ambayo inaweza kufunika masafa mbalimbali ya wigo wa 5G chini ya 6 GHz yenye faida kubwa na kutengwa. Kwa kuzingatia mapungufu ya fasihi zilizotajwa hapo juu, mfumo wa antena wa vipengele vinne vya MIMO wenye faida kubwa na utendaji bora wa utofauti unapendekezwa kwa mifumo ya mawasiliano isiyo na waya ya GHz 6. Kwa kuongeza, antena ya MIMO iliyopendekezwa inaonyesha kutengwa bora kati ya vipengele vya MIMO, mapungufu ya vipengele vidogo, na ufanisi mkubwa wa mionzi. Kipande cha antena kinapunguzwa kwa diagonal na kuwekwa juu ya uso wa meta na pengo la hewa la 12mm, ambalo linaonyesha mionzi ya nyuma kutoka kwa antenna na inaboresha faida ya antenna na mwelekeo. Kwa kuongeza, antena moja iliyopendekezwa hutumiwa kuunda antenna ya MIMO ya vipengele vinne na utendaji wa juu wa MIMO kwa kuweka kila antena kwa njia ya orthogonally kwa kila mmoja. Antena ya MIMO iliyotengenezwa iliunganishwa kisha kuunganishwa juu ya safu ya 10 × 10 MS na ndege ya nyuma ya shaba ili kuboresha utendaji wa utoaji. Muundo una aina mbalimbali za uendeshaji (3.08-7.75 GHz), faida kubwa ya 8.3 dBi na ufanisi wa wastani wa juu wa 82%, pamoja na kutengwa bora kwa zaidi ya -15.5 dB kati ya vipengele vya antena ya MIMO. Antena iliyotengenezwa ya MIMO inayotokana na MS iliigwa kwa kutumia kifurushi cha programu ya sumakuumeme ya 3D CST Studio 2019 na kuthibitishwa kupitia tafiti za majaribio.
Sehemu hii inatoa utangulizi wa kina wa usanifu uliopendekezwa na mbinu ya kubuni ya antena moja. Kwa kuongeza, matokeo yaliyoigwa na kuzingatiwa yanajadiliwa kwa kina, ikiwa ni pamoja na vigezo vya kutawanya, faida, na ufanisi wa jumla na bila metasurfaces. Antena ya mfano ilitengenezwa kwenye substrate ya dielectri yenye hasara ya chini ya Rogers 5880 yenye unene wa 1.575mm na mzunguko wa dielectri wa 2.2. Ili kukuza na kuiga muundo, kifurushi cha kiigaji cha sumakuumeme CST studio 2019 kilitumika.
Mchoro wa 2 unaonyesha muundo uliopendekezwa wa usanifu na muundo wa antenna ya kipengele kimoja. Kulingana na milinganyo ya hisabati iliyoidhinishwa vyema37, antena ina sehemu ya mraba iliyolishwa kwa mstari na ndege ya ardhini ya shaba (kama ilivyoelezwa katika hatua ya 1) na inasikika kwa kipimo data chembamba sana cha 10.8 GHz, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3b. Saizi ya awali ya radiator ya antenna imedhamiriwa na uhusiano wa kihesabu ufuatao37:
Ambapo \(P_{L}\) na \(P_{w}\) ni urefu na upana wa kiraka, c inawakilisha kasi ya mwanga, \(\gamma_{r}\) ni salio la dielectric la substrate. . , \(\gamma_{reff }\) inawakilisha thamani faafu ya dielectri ya eneo la mionzi, \(\Delta L\) inawakilisha badiliko la urefu wa doa. Ndege ya nyuma ya antena iliboreshwa katika hatua ya pili, na kuongeza bandwidth ya impedance licha ya kipimo cha chini cha impedance cha 10 dB. Katika hatua ya tatu, nafasi ya feeder inahamishwa kwa haki, ambayo inaboresha bandwidth ya impedance na uwiano wa impedance ya antenna iliyopendekezwa38. Katika hatua hii, antena inaonyesha kipimo data bora cha uendeshaji cha 4 GHz na pia inashughulikia wigo chini ya 6 GHz katika 5G. Hatua ya nne na ya mwisho inahusisha etching grooves mraba katika pembe kinyume ya doa mionzi. Nafasi hii inapanua kwa kiasi kikubwa kipimo data cha GHz 4.56 ili kufidia wigo wa 6 GHz 5G kutoka 3.11 GHz hadi 7.67 GHz, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3b. Mtazamo wa mbele na wa chini wa muundo unaopendekezwa umeonyeshwa kwenye Mchoro 3a, na vigezo vya mwisho vya muundo vinavyohitajika vilivyoboreshwa ni kama ifuatavyo: 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) Maoni ya juu na ya nyuma ya antena moja iliyoundwa (CST STUDIO SUITE 2019). (b) Mviringo wa kigezo cha S.
Metasurface ni neno linalorejelea safu ya mara kwa mara ya seli za kitengo zilizo umbali fulani kutoka kwa kila mmoja. Metasurfaces ni njia faafu ya kuboresha utendakazi wa mionzi ya antena, ikijumuisha kipimo data, faida, na kutengwa kati ya vijenzi vya MIMO. Kutokana na ushawishi wa uenezaji wa mawimbi ya uso, metasurfaces huzalisha miale ya ziada inayochangia kuboresha utendaji wa antena39. Kazi hii inapendekeza kitengo cha metamaterial cha epsilon-negative (MM) kinachofanya kazi katika bendi ya 5G chini ya 6 GHz. MM yenye eneo la 8mm×8mm ilitengenezwa kwa hasara ya chini ya Rogers 5880 substrate na mara kwa mara dielectric ya 2.2 na unene wa 1.575mm. Resonator MM iliyoboreshwa ina pete ya ndani ya mgawanyiko wa mviringo iliyounganishwa na pete mbili za nje zilizobadilishwa, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 4a. Mchoro wa 4a unatoa muhtasari wa vigezo vya mwisho vilivyoboreshwa vya usanidi unaopendekezwa wa MM. Baadaye, tabaka za 40 × 40 mm na 80 × 80 mm za metasurface zilitengenezwa bila backplane ya shaba na kwa backplane ya shaba kwa kutumia 5 × 5 na 10 × 10 safu za seli, kwa mtiririko huo. Muundo uliopendekezwa wa MM uliundwa kwa kutumia programu ya uundaji wa sumaku-umeme ya 3D "CST studio suite 2019". Mfano uliobuniwa wa muundo wa safu ya MM unaopendekezwa na usanidi wa kipimo (kichanganuzi cha mtandao wa bandari mbili PNA na mlango wa mwongozo wa wimbi) umeonyeshwa kwenye Mchoro 4b ili kuthibitisha matokeo ya uigaji wa CST kwa kuchanganua jibu halisi. Mipangilio ya kipimo ilitumia kichanganuzi cha mtandao cha Agilent PNA pamoja na adapta mbili za koaxial za wimbi la wimbi (A-INFOMW, nambari ya sehemu: 187WCAS) kutuma na kupokea mawimbi. Safu ya mfano ya 5 × 5 iliwekwa kati ya adapta mbili za koaxia za waveguide zilizounganishwa na kebo Koaxial kwenye kichanganuzi cha mtandao wa bandari mbili (Agilent PNA N5227A). Seti ya urekebishaji ya Agilent N4694-60001 inatumika kusawazisha kichanganuzi cha mtandao katika mtambo wa majaribio. Vigezo vilivyoigwa na CST vilivyozingatiwa vya kutawanya vya safu ya sampuli ya MM inayopendekezwa vinaonyeshwa kwenye Mchoro 5a. Inaweza kuonekana kuwa muundo wa MM unaopendekezwa unasikika katika safu ya masafa ya 5G chini ya 6 GHz. Licha ya tofauti ndogo katika bandwidth ya 10 dB, matokeo ya kuiga na majaribio yanafanana sana. Mzunguko wa resonant, kipimo data, na amplitude ya resonance inayozingatiwa ni tofauti kidogo na zile zilizoigwa, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 5a. Tofauti hizi kati ya matokeo yaliyoangaliwa na kuigizwa yanatokana na kasoro za utengenezaji, uidhinishaji mdogo kati ya mfano na mlango wa mawimbi, madoido ya kuunganisha kati ya milango ya mawimbi na vijenzi vya safu, na ustahimilivu wa vipimo. Kwa kuongeza, uwekaji unaofaa wa mfano uliotengenezwa kati ya bandari za mwongozo wa wimbi katika usanidi wa majaribio unaweza kusababisha mabadiliko ya sauti. Kwa kuongeza, kelele zisizohitajika zilizingatiwa wakati wa awamu ya calibration, ambayo ilisababisha kutofautiana kati ya matokeo ya nambari na kipimo. Hata hivyo, kando na matatizo haya, kielelezo cha safu ya MM kilichopendekezwa hufanya vyema kutokana na uwiano mkubwa kati ya uigaji na majaribio, na kuifanya inafaa kwa ajili ya programu za mawasiliano zisizo na waya za 6 GHz 5G.
(a) Kitengo cha jiometri ya seli (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) Picha ya usanidi wa vipimo vya MM.
(a) Uigaji na uthibitishaji wa mikondo ya kigezo cha kutawanya ya mfano wa metamaterial. (b) Mviringo wa dielectric mara kwa mara wa seli ya kitengo cha MM.
Vigezo vinavyofaa vinavyofaa kama vile upenyezaji wa sumaku, upenyezaji wa sumaku, na faharasa ya kuakisi vilichunguzwa kwa kutumia mbinu zilizojumuishwa za uchakataji wa kiigaji cha sumakuumeme cha CST ili kuchanganua zaidi tabia ya kisanduku cha MM. Vigezo vya ufanisi vya MM vinapatikana kutoka kwa vigezo vya kueneza kwa kutumia njia ya kujenga upya imara. Milinganyo ifuatayo ya mgawo wa upitishaji na uakisi: (3) na (4) inaweza kutumika kubainisha faharasa ya refractive na kizuizi (ona 40).
Sehemu halisi na za kuwaziwa za opereta huwakilishwa na (.)' na (.)” mtawalia, na nambari kamili m inalingana na faharasa halisi ya kuakisi. Dielectric mara kwa mara na upenyezaji imedhamiriwa na formula \(\varepsilon {} = {}n/z,\) na \(\mu = nz\), ambayo inategemea impedance na index refractive, kwa mtiririko huo. Curve yenye ufanisi ya dielectric ya muundo wa MM imeonyeshwa kwenye Mchoro 5b. Katika mzunguko wa resonant, mara kwa mara ya dielectric yenye ufanisi ni hasi. Kielelezo 6a,b kinaonyesha thamani zilizotolewa za upenyezaji bora (μ) na faharasa ya refriactive (n) ya seli inayopendekezwa. Hasa, upenyezaji uliotolewa unaonyesha maadili chanya karibu na sifuri, ambayo inathibitisha sifa za epsilon-hasi (ENG) za muundo unaopendekezwa wa MM. Zaidi ya hayo, kama inavyoonyeshwa katika Mchoro 6a, mwangwi wa upenyezaji karibu na sifuri unahusiana sana na masafa ya mlio. Kiini cha kitengo kilichotengenezwa kina ripoti mbaya ya refractive (Mchoro 6b), ambayo ina maana kwamba MM iliyopendekezwa inaweza kutumika kuboresha utendaji wa antenna21,41.
Mfano uliotengenezwa wa antena moja ya mtandao mpana ulitungwa ili kujaribu muundo uliopendekezwa kwa majaribio. Kielelezo 7a,b kinaonyesha picha za antena moja inayopendekezwa, sehemu zake za kimuundo na usanidi wa kipimo cha karibu-uga (SATIMO). Ili kuboresha utendakazi wa antena, uso uliotengenezwa huwekwa kwenye tabaka chini ya antena, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 8a, na urefu wa h. Meta ya uso yenye safu mbili ya 40mm x 40mm iliwekwa nyuma ya antena moja kwa vipindi vya 12mm. Kwa kuongeza, metasurface yenye backplane imewekwa upande wa nyuma wa antenna moja kwa umbali wa 12 mm. Baada ya kutumia uso wa uso, antena moja inaonyesha uboreshaji mkubwa katika utendakazi, kama inavyoonyeshwa katika Mchoro 1 na 2. Mchoro 8 na 9. Mchoro 8b unaonyesha viwanja vya kuakisi vilivyoigwa na kupimwa kwa antena moja bila na yenye metasurfaces. Ni muhimu kuzingatia kwamba bendi ya kufunika ya antenna yenye uso wa meta ni sawa na bendi ya kufunika ya antenna bila metasurface. Kielelezo 9a,b kinaonyesha ulinganisho wa faida ya antena moja iliyoiga na kuzingatiwa na ufanisi wa jumla bila na pamoja na MS katika wigo wa uendeshaji. Inaweza kuonekana kuwa, ikilinganishwa na antenna isiyo ya metasurface, faida ya antenna ya metasurface inaboreshwa kwa kiasi kikubwa, ikiongezeka kutoka 5.15 dBi hadi 8 dBi. Faida ya uso wa safu moja, uso wa safu mbili, na antena moja iliyo na uso wa ndege ya nyuma iliongezeka kwa 6 dBi, 6.9 dBi na 8 dBi, mtawalia. Ikilinganishwa na metasurfaces nyingine (safu moja na safu mbili za MC), faida ya antenna moja ya metasurface na backplane ya shaba ni hadi 8 dBi. Katika hali hii, uso wa meta hufanya kazi kama kiakisi, kupunguza mionzi ya nyuma ya antena na kuendesha mawimbi ya sumakuumeme katika awamu, na hivyo kuongeza ufanisi wa mionzi ya antena na hivyo kupata faida. Utafiti wa ufanisi wa jumla wa antena moja bila na yenye metasurfaces umeonyeshwa kwenye Mchoro 9b. Ni muhimu kuzingatia kwamba ufanisi wa antenna na bila metasurface ni karibu sawa. Katika safu ya chini ya mzunguko, ufanisi wa antenna hupungua kidogo. Manufaa ya majaribio na yaliyoigizwa na mikondo ya ufanisi yanakubaliana vyema. Hata hivyo, kuna tofauti kidogo kati ya matokeo yaliyoigwa na yaliyojaribiwa kutokana na kasoro za utengenezaji, ustahimilivu wa vipimo, upotevu wa muunganisho wa mlango wa SMA na upotevu wa waya. Kwa kuongeza, antenna na kitafakari cha MS ziko kati ya spacers ya nylon, ambayo ni suala jingine linaloathiri matokeo yaliyozingatiwa ikilinganishwa na matokeo ya simulation.
Kielelezo (a) kinaonyesha antena moja iliyokamilishwa na vipengele vinavyohusika. (b) Usanidi wa kipimo cha eneo la karibu (SATIMO).
(a) Msisimko wa antena kwa kutumia viakisi vya metasurface (CST STUDIO SUITE 2019). (b) Vielelezo vilivyoigwa na vya majaribio vya antena moja isiyo na MS.
Uigaji na matokeo ya kipimo ya (a) faida iliyopatikana na (b) ufanisi wa jumla wa antena inayopendekezwa ya madoido ya uso.
Uchambuzi wa muundo wa boriti kwa kutumia MS. Vipimo vya antena moja karibu na uwanja vilifanywa katika Mazingira ya Majaribio ya Sehemu ya Karibu ya SATIMO ya Maabara ya Mifumo ya Uwanda wa Karibu ya UKM SATIMO. Kielelezo 10a, b kinaonyesha mifumo ya mionzi ya E-ndege na H-ndege iliyoiga na kuzingatiwa katika 5.5 GHz kwa antena moja iliyopendekezwa yenye MS na bila. Antena moja iliyotengenezwa (bila MS) hutoa muundo thabiti wa mionzi ya pande mbili na maadili ya lobe ya upande. Baada ya kutumia kitafakari kilichopendekezwa cha MS, antenna hutoa muundo wa mionzi ya unidirectional na hupunguza kiwango cha lobes ya nyuma, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 10a, b. Ni muhimu kuzingatia kwamba muundo wa mionzi ya antena moja iliyopendekezwa ni imara zaidi na ya unidirectional na lobes ya chini sana na ya upande wakati wa kutumia metasurface yenye backplane ya shaba. Reflector ya safu ya MM iliyopendekezwa inapunguza lobes ya nyuma na ya upande wa antenna huku ikiboresha utendaji wa mionzi kwa kuelekeza sasa katika mwelekeo wa unidirectional (Mchoro 10a, b), na hivyo kuongeza faida na mwelekeo. Ilibainika kuwa muundo wa majaribio wa mionzi ulikuwa karibu kulinganishwa na ule wa uigaji wa CST, lakini ulitofautiana kidogo kutokana na upangaji mbaya wa vipengele mbalimbali vilivyokusanywa, ustahimilivu wa vipimo na hasara za kabati. Kwa kuongeza, spacer ya nylon iliingizwa kati ya antenna na MS reflector, ambayo ni suala jingine linaloathiri matokeo yaliyozingatiwa ikilinganishwa na matokeo ya nambari.
Mfano wa mionzi ya antenna moja iliyotengenezwa (bila MS na MS) kwa mzunguko wa 5.5 GHz iliigwa na kujaribiwa.
Jiometri iliyopendekezwa ya antena ya MIMO imeonyeshwa kwenye Mchoro 11 na inajumuisha antena nne moja. Vipengele vinne vya antena ya MIMO vimepangwa kwa usawa kwa kila mmoja kwenye substrate ya vipimo 80 × 80 × 1.575 mm, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 11. Antena ya MIMO iliyoundwa ina umbali wa kati ya 22 mm, ambayo ni ndogo kuliko umbali unaolingana wa karibu wa antena. Antena ya MIMO imetengenezwa. Kwa kuongeza, sehemu ya ndege ya chini iko kwa njia sawa na antenna moja. Thamani za uakisi wa antena za MIMO (S11, S22, S33, na S44) zilizoonyeshwa kwenye Mchoro 12a zinaonyesha tabia sawa na antena ya kipengele kimoja inayosikika katika bendi ya 3.2–7.6 GHz. Kwa hiyo, bandwidth ya impedance ya antenna ya MIMO ni sawa kabisa na ile ya antenna moja. Athari ya kuunganisha kati ya vipengele vya MIMO ndiyo sababu kuu ya hasara ndogo ya bandwidth ya antena za MIMO. Mchoro wa 12b unaonyesha athari ya muunganisho kwenye vipengele vya MIMO, ambapo utengano bora kati ya vipengele vya MIMO ulibainishwa. Utengano kati ya antena 1 na 2 ndio wa chini kabisa katika takriban -13.6 dB, na utengano kati ya antena 1 na 4 ndio wa juu kabisa katika takriban -30.4 dB. Kwa sababu ya saizi yake ndogo na upana wa data pana, antena hii ya MIMO ina faida ndogo na upitishaji wa chini. Insulation ni ya chini, hivyo kuongezeka kwa kuimarisha na insulation inahitajika;
Utaratibu wa kubuni wa antenna ya MIMO iliyopendekezwa (a) mtazamo wa juu na (b) ndege ya chini. (CST Studio Suite 2019).
Mpangilio wa kijiometri na njia ya msisimko ya antena ya metasurface ya MIMO iliyopendekezwa imeonyeshwa kwenye Mchoro 13a. Matrix ya 10x10mm yenye vipimo vya 80x80x1.575mm imeundwa kwa ajili ya upande wa nyuma wa antena ya MIMO yenye urefu wa 12mm, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 13a. Zaidi ya hayo, metasurfaces zilizo na ndege za nyuma za shaba zinakusudiwa kutumiwa katika antena za MIMO ili kuboresha utendakazi wao. Umbali kati ya uso wa uso na antena ya MIMO ni muhimu ili kupata faida kubwa huku ukiruhusu mwingiliano mzuri kati ya mawimbi yanayotolewa na antena na yale yanayoakisiwa kutoka kwenye uso wa anga. Muundo wa kina ulifanywa ili kuboresha urefu kati ya antena na uso wa uso huku kikidumisha viwango vya robo-wimbi kwa manufaa ya juu zaidi na kutengwa kati ya vipengele vya MIMO. Maboresho makubwa katika utendakazi wa antena ya MIMO yaliyopatikana kwa kutumia miinuko iliyo na ndege za nyuma ikilinganishwa na nyuso zisizo na ndege za nyuma yataonyeshwa katika sura zinazofuata.
(a) Kuweka mipangilio ya uigaji wa CST ya antena ya MIMO inayopendekezwa kwa kutumia MS (CST STUDIO SUITE 2019), (b) Mikondo ya uakisi ya mfumo uliotengenezwa wa MIMO bila MS na MS.
Maakisi ya antena za MIMO zenye na zisizo na metasurfaces zinaonyeshwa kwenye Mchoro 13b, ambapo S11 na S44 zinawasilishwa kutokana na tabia inayokaribiana sawa ya antena zote katika mfumo wa MIMO. Ni muhimu kuzingatia kwamba bandwidth -10 dB ya impedance ya antenna ya MIMO bila na kwa metasurface moja ni karibu sawa. Kinyume chake, kipimo data cha kuzuia antena ya MIMO inayopendekezwa inaboreshwa na MS ya safu mbili na MS ya nyuma. Ni muhimu kuzingatia kwamba bila MS, antenna ya MIMO hutoa bandwidth ya sehemu ya 81.5% (3.2-7.6 GHz) kuhusiana na mzunguko wa kituo. Kuunganisha MS na backplane huongeza bandwidth ya impedance ya antenna ya MIMO iliyopendekezwa hadi 86.3% (3.08-7.75 GHz). Ingawa MS ya safu mbili huongeza upitishaji, uboreshaji ni mdogo kuliko ule wa MS wenye ndege ya nyuma ya shaba. Kwa kuongezea, MC ya safu mbili huongeza saizi ya antenna, huongeza gharama yake, na hupunguza anuwai yake. Antena ya MIMO iliyoundwa na kiakisi cha uso wa uso zimetungwa na kuthibitishwa ili kuthibitisha matokeo ya uigaji na kutathmini utendakazi halisi. Mchoro 14a unaonyesha safu ya MS iliyobuniwa na antena ya MIMO ikiwa na vipengele mbalimbali vilivyounganishwa, huku Kielelezo 14b kinaonyesha picha ya mfumo uliotengenezwa wa MIMO. Antena ya MIMO imewekwa juu ya uso wa uso kwa kutumia vianga vinne vya nailoni, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 14b. Kielelezo 15a kinaonyesha muhtasari wa usanidi wa majaribio wa karibu wa mfumo uliotengenezwa wa antena ya MIMO. Kichanganuzi cha mtandao cha PNA (Agilent Technologies PNA N5227A) kilitumika kukadiria vigezo vya kutawanya na kutathmini na kubainisha sifa za utoaji hewa karibu na eneo katika Maabara ya Mifumo ya Karibu na Uga wa UKM SATIMO.
(a) Picha za vipimo vya SATIMO karibu na uwanja (b) Miigo inayoiga na ya majaribio ya antena ya S11 MIMO yenye MS na bila.
Sehemu hii inatoa uchunguzi linganishi wa vigezo vya S vilivyoiga na kuzingatiwa vya antena ya 5G MIMO inayopendekezwa. Kielelezo 15b kinaonyesha njama ya kuakisi majaribio ya antena ya vipengele vinne vya MIMO MS na kuilinganisha na matokeo ya uigaji wa CST. Uakisi wa majaribio ulipatikana kuwa sawa na ukokotoaji wa CST, lakini ulikuwa tofauti kidogo kutokana na kasoro za utengenezaji na ustahimilivu wa majaribio. Zaidi ya hayo, kiakisi kilichozingatiwa cha prototype inayopendekezwa ya MIMO yenye msingi wa MS inashughulikia wigo wa 5G chini ya 6 GHz na kipimo data cha 4.8 GHz, ambayo ina maana kwamba programu za 5G zinawezekana. Hata hivyo, kipimo cha mzunguko wa resonant, kipimo data, na amplitude hutofautiana kidogo na matokeo ya uigaji wa CST. Kasoro za uundaji, hasara za uunganishaji wa coax-to-SMA, na uwekaji vipimo vya nje vinaweza kusababisha tofauti kati ya matokeo yaliyopimwa na yaliyoigwa. Hata hivyo, licha ya mapungufu haya, MIMO iliyopendekezwa inafanya kazi vizuri, ikitoa makubaliano ya nguvu kati ya simulations na vipimo, na kuifanya inafaa kwa ajili ya maombi ya wireless ya 6 GHz 5G.
Miingo ya faida ya antena ya MIMO iliyoiga na kuzingatiwa imeonyeshwa katika Mchoro 2 na 2. Kama inavyoonyeshwa katika Mchoro 16a,b na 17a,b, mtawalia, mwingiliano wa vipengele vya MIMO unaonyeshwa. Wakati metasurfaces inatumiwa kwa antena za MIMO, kutengwa kati ya antena za MIMO kunaboreshwa kwa kiasi kikubwa. Viwanja vya kutengwa kati ya vipengee vya karibu vya antena S12, S14, S23 na S34 vinaonyesha mikunjo inayofanana, wakati antena za MIMO za Ulalo S13 na S42 zinaonyesha kutengwa kwa juu vile vile kwa sababu ya umbali mkubwa kati yao. Tabia za maambukizi ya kuiga ya antena zilizo karibu zinaonyeshwa kwenye Mchoro 16a. Ni muhimu kuzingatia kwamba katika wigo wa uendeshaji wa 5G chini ya 6 GHz, kutengwa kwa chini kwa antenna ya MIMO bila metasurface ni -13.6 dB, na kwa metasurface yenye backplane - 15.5 dB. Mpangilio wa faida (Mchoro 16a) unaonyesha kuwa uso wa meta ya nyuma unaboresha kwa kiasi kikubwa utengano kati ya vipengele vya antena ya MIMO ikilinganishwa na nyuso za safu moja na mbili. Kwenye vipengee vya antena vilivyo karibu, nyuso za safu moja na mbili hutoa utengaji wa chini wa takriban -13.68 dB na -14.78 dB, na uso wa nyuma wa shaba hutoa takriban -15.5 dB.
Miingo ya kutenganisha ya vipengele vya MIMO bila safu ya MS na safu ya MS: (a) S12, S14, S34 na S32 na (b) S13 na S24.
Miindo ya majaribio ya antena za MIMO zinazopendekezwa bila na zenye: (a) S12, S14, S34 na S32 na (b) S13 na S24.
Viwanja vya faida vya antena ya MIMO kabla na baada ya kuongeza safu ya MS imeonyeshwa kwenye Mchoro 16b. Ni vyema kutambua kwamba kiwango cha chini cha kutengwa kati ya antena za diagonal bila metasurface (antena 1 na 3) ni - 15.6 dB katika wigo wa uendeshaji, na metasurface yenye backplane ni - 18 dB. Mbinu ya metasurface hupunguza kwa kiasi kikubwa athari za kuunganisha kati ya antena za MIMO za diagonal. Upeo wa insulation kwa metasurface ya safu moja ni -37 dB, wakati kwa safu ya safu mbili thamani hii inashuka hadi -47 dB. Upeo wa juu wa kutengwa wa metasurface na backplane ya shaba ni -36.2 dB, ambayo hupungua kwa kuongezeka kwa masafa. Ikilinganishwa na nyuso za safu moja na mbili zisizo na ndege ya nyuma, nyuso zilizo na ndege ya nyuma hutoa utengano wa hali ya juu katika safu nzima ya masafa ya uendeshaji inayohitajika, haswa katika safu ya 5G chini ya 6 GHz, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 16a, b. Katika bendi maarufu na inayotumika sana ya 5G chini ya 6 GHz (3.5 GHz), metasuso za safu moja na mbili zina utengano wa chini kati ya vijenzi vya MIMO kuliko nyuso zenye ndege za nyuma za shaba (karibu hakuna MS) (ona Mchoro 16a), b) . Vipimo vya faida vinaonyeshwa kwenye Mchoro 17a, b, kuonyesha kutengwa kwa antena zilizo karibu (S12, S14, S34 na S32) na antena za diagonal (S24 na S13), kwa mtiririko huo. Kama inavyoweza kuonekana kutoka kwa takwimu hizi (Mchoro 17a, b), kutengwa kwa majaribio kati ya vipengele vya MIMO kunakubaliana vyema na kutengwa kwa kuiga. Ingawa kuna tofauti ndogo kati ya thamani za CST zilizoiga na kupimwa kutokana na kasoro za utengenezaji, miunganisho ya bandari ya SMA na upotevu wa waya. Kwa kuongeza, antenna na kitafakari cha MS ziko kati ya spacers ya nylon, ambayo ni suala jingine linaloathiri matokeo yaliyozingatiwa ikilinganishwa na matokeo ya simulation.
ilisoma usambazaji wa sasa wa uso kwa GHz 5.5 ili kusawazisha jukumu la nyuso za juu katika kupunguza uunganishaji wa pande zote kupitia ukandamizaji wa mawimbi ya uso42. Usambazaji wa sasa wa uso wa antenna iliyopendekezwa ya MIMO umeonyeshwa kwenye Mchoro 18, ambapo antenna 1 inaendeshwa na antena iliyobaki inakatishwa na mzigo wa 50 ohm. Antena 1 inapowashwa, mikondo muhimu ya kuunganisha itatokea kwenye antena zilizo karibu kwa 5.5 GHz bila kuwepo kwa uso wa juu, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 18a. Kinyume chake, kupitia matumizi ya metasurfaces, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 18b-d, kutengwa kati ya antena zilizo karibu kunaboreshwa. Ikumbukwe kwamba athari za kuunganisha kwa pande zote za mashamba yaliyo karibu zinaweza kupunguzwa kwa kueneza sasa ya kuunganisha kwa pete za karibu za seli za kitengo na seli za karibu za kitengo cha MS kando ya safu ya MS katika maelekezo ya antiparallel. Kuingiza mkondo kutoka kwa antena zilizosambazwa hadi vitengo vya MS ni njia muhimu ya kuboresha kutengwa kati ya vipengee vya MIMO. Matokeo yake, sasa ya kuunganisha kati ya vipengele vya MIMO imepunguzwa sana, na kutengwa pia kunaboreshwa sana. Kwa sababu uga wa kuunganisha umesambazwa sana katika kipengele, uso wa meta ya nyuma ya shaba hutenga mkusanyiko wa antena ya MIMO kwa kiasi kikubwa zaidi ya nyuso za safu moja na mbili (Mchoro 18d). Zaidi ya hayo, antena ya MIMO iliyotengenezwa ina uenezaji wa chini sana na uenezi wa upande, huzalisha muundo wa mionzi ya unidirectional, na hivyo kuongeza faida ya antena ya MIMO iliyopendekezwa.
Mifumo ya sasa ya uso wa antena ya MIMO inayopendekezwa katika 5.5 GHz (a) bila MC, (b) MC ya safu moja, (c) MC ya safu mbili, na (d) MC ya safu moja yenye backplane ya shaba. (CST Studio Suite 2019).
Ndani ya mzunguko wa uendeshaji, Mchoro 19a unaonyesha mafanikio yaliyoigwa na kuzingatiwa ya antena ya MIMO iliyoundwa bila na yenye metasurface. Ufanisi ulioigizwa wa antena ya MIMO bila uso wa anga ni 5.4 dBi, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 19a. Kutokana na athari ya kuunganisha kati ya vipengele vya MIMO, antena ya MIMO inayopendekezwa inapata faida kubwa ya 0.25 dBi kuliko antena moja. Nyongeza ya metasurfaces inaweza kutoa faida kubwa na kutengwa kati ya vipengele vya MIMO. Kwa hivyo, antena ya metasurface ya MIMO inayopendekezwa inaweza kufikia faida kubwa ya hadi 8.3 dBi. Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 19a, wakati metasurface moja inatumiwa nyuma ya antena ya MIMO, faida huongezeka kwa 1.4 dBi. Wakati metasurface inapoongezeka mara mbili, faida huongezeka kwa 2.1 dBi, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 19a. Hata hivyo, faida ya juu inayotarajiwa ya 8.3 dBi inapatikana wakati wa kutumia metasurface na backplane ya shaba. Hasa, faida ya juu iliyofikiwa kwa safu-moja na safu mbili ya safu ni 6.8 dBi na 7.5 dBi, mtawaliwa, wakati faida ya juu iliyopatikana kwa uso wa safu ya chini ni 8.3 dBi. Safu ya uso wa uso kwenye upande wa nyuma wa antena hufanya kazi ya kuakisi, ikionyesha mionzi kutoka upande wa nyuma wa antena na kuboresha uwiano wa mbele-nyuma (F/B) wa antena iliyoundwa ya MIMO. Kwa kuongezea, kiakisi cha juu cha kizuizi cha MS husimamia mawimbi ya sumakuumeme katika awamu, na hivyo kuunda resonance ya ziada na kuboresha utendaji wa mionzi ya antenna ya MIMO iliyopendekezwa. Kiakisi cha MS kilichowekwa nyuma ya antenna ya MIMO kinaweza kuongeza kwa kiasi kikubwa faida iliyopatikana, ambayo inathibitishwa na matokeo ya majaribio. Mafanikio yaliyozingatiwa na kuigizwa ya antena ya mfano iliyotengenezwa ya MIMO ni karibu sawa, hata hivyo, katika masafa fulani faida iliyopimwa ni kubwa kuliko faida iliyoigizwa, hasa kwa MIMO bila MS; Tofauti hizi za faida za majaribio zinatokana na ustahimilivu wa vipimo vya pedi za nailoni, upotezaji wa kebo, na kuunganishwa katika mfumo wa antena. Kilele cha faida iliyopimwa ya antena ya MIMO bila uso wa meta ni 5.8 dBi, wakati metasurface yenye backplane ya shaba ni 8.5 dBi. Inafaa kumbuka kuwa mfumo uliopendekezwa wa antena wa bandari 4 wa MIMO na kiakisi cha MS unaonyesha faida kubwa chini ya hali ya majaribio na nambari.
Uigaji na matokeo ya majaribio ya (a) faida iliyopatikana na (b) utendakazi wa jumla wa antena ya MIMO inayopendekezwa yenye athari ya uso.
Kielelezo 19b kinaonyesha utendaji wa jumla wa mfumo wa MIMO unaopendekezwa bila na wenye viakisi vya metasurface. Katika Mchoro 19b, ufanisi wa chini kabisa wa kutumia MS kwa ndege ya nyuma ulikuwa zaidi ya 73% (chini hadi 84%). Ufanisi wa jumla wa antena za MIMO zilizotengenezwa bila MC na kwa MC ni karibu sawa na tofauti ndogo ikilinganishwa na maadili yaliyoiga. Sababu za hii ni uvumilivu wa kipimo na utumiaji wa spacers kati ya antenna na kiakisi cha MS. Manufaa yaliyopimwa na ufanisi wa jumla katika masafa yote yanakaribia kufanana na matokeo ya uigaji, ikionyesha kwamba utendakazi wa mfano wa MIMO unaopendekezwa ni kama inavyotarajiwa na kwamba antena ya MIMO inayopendekezwa na MS inafaa kwa mawasiliano ya 5G. Kutokana na makosa katika tafiti za majaribio, tofauti zipo kati ya matokeo ya jumla ya majaribio ya maabara na matokeo ya masimulizi. Utendaji wa mfano unaopendekezwa huathiriwa na kutolingana kati ya antena na kiunganishi cha SMA, upotevu wa vianzio vya kebo Koaxial, athari za kutengenezea, na ukaribu wa vifaa mbalimbali vya kielektroniki kwenye usanidi wa majaribio.
Kielelezo cha 20 kinaelezea maendeleo ya muundo na uboreshaji wa antena iliyotajwa kwa namna ya mchoro wa kuzuia. Mchoro huu wa kuzuia hutoa maelezo ya hatua kwa hatua ya kanuni za kubuni za antenna za MIMO zilizopendekezwa, pamoja na vigezo vinavyofanya jukumu muhimu katika kuboresha antenna ili kufikia faida kubwa inayohitajika na kutengwa kwa juu juu ya mzunguko mkubwa wa uendeshaji.
Vipimo vya antena vya karibu vya MIMO vilipimwa katika Mazingira ya Majaribio ya Sehemu ya Karibu ya SATIMO katika Maabara ya Mifumo ya Karibu na Uga ya UKM. Kielelezo 21a,b kinaonyesha mifumo ya mnururisho ya E-ndege na H-ndege iliyoigwa na kuzingatiwa ya antena ya MIMO inayodaiwa yenye MS na bila masafa ya uendeshaji ya 5.5 GHz. Katika safu ya mzunguko wa uendeshaji wa 5.5 GHz, antena isiyo ya MS MIMO iliyotengenezwa hutoa muundo thabiti wa mionzi ya pande mbili na maadili ya lobe ya upande. Baada ya kutumia kiakisi cha MS, antena hutoa muundo wa mionzi ya unidirectional na kupunguza kiwango cha lobes ya nyuma, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 21a, b. Ni muhimu kuzingatia kwamba kwa kutumia metasurface yenye backplane ya shaba, muundo wa antenna wa MIMO uliopendekezwa ni imara zaidi na unidirectional kuliko bila MS, na lobes ya chini sana na ya upande. Reflector ya safu ya MM iliyopendekezwa inapunguza lobes ya nyuma na ya upande wa antenna na pia inaboresha sifa za mionzi kwa kuelekeza sasa katika mwelekeo wa unidirectional (Mchoro 21a, b), na hivyo kuongeza faida na mwelekeo. Mfano wa mionzi iliyopimwa ilipatikana kwa bandari 1 na mzigo wa ohm 50 uliounganishwa kwenye bandari zilizobaki. Ilibainika kuwa muundo wa majaribio wa mionzi ulikaribia kufanana na ule ulioigwa na CST, ingawa kulikuwa na mikengeuko fulani kutokana na utenganishaji wa vipengele vibaya, uakisi kutoka kwa milango mikuu, na hasara katika miunganisho ya kebo. Zaidi ya hayo, spacer ya nailoni iliingizwa kati ya antena na kiakisi cha MS, ambalo ni suala jingine linaloathiri matokeo yaliyozingatiwa ikilinganishwa na matokeo yaliyotabiriwa.
Mfano wa mionzi ya antenna ya MIMO iliyotengenezwa (bila MS na MS) kwa mzunguko wa 5.5 GHz iliigwa na kujaribiwa.
Ni muhimu kutambua kwamba kutengwa kwa bandari na sifa zake zinazohusiana ni muhimu wakati wa kutathmini utendaji wa mifumo ya MIMO. Utendaji wa utofauti wa mfumo unaopendekezwa wa MIMO, ikijumuisha mgawo wa uunganisho wa bahasha (ECC) na faida ya utofauti (DG), unachunguzwa ili kuonyesha uimara wa mfumo wa antena wa MIMO iliyoundwa. ECC na DG ya antena ya MIMO inaweza kutumika kutathmini utendakazi wake kwani ni vipengele muhimu vya utendakazi wa mfumo wa MIMO. Sehemu zifuatazo zitafafanua vipengele hivi vya antena ya MIMO iliyopendekezwa.
Mgawo wa Uwiano wa Bahasha (ECC). Wakati wa kuzingatia mfumo wowote wa MIMO, ECC huamua kiwango ambacho vipengele vya msingi vinahusiana kuhusu sifa zao mahususi. Kwa hivyo, ECC inaonyesha kiwango cha kutengwa kwa njia katika mtandao wa mawasiliano ya wireless. ECC (mgawo wa uwiano wa bahasha) wa mfumo wa MIMO ulioendelezwa unaweza kuamuliwa kulingana na vigezo vya S na utoaji wa maeneo ya mbali. Kutoka kwa Eq. (7) na (8) ECC ya antena 31 iliyopendekezwa ya MIMO inaweza kubainishwa.
Mgawo wa kuakisi unawakilishwa na Sii na Sij inawakilisha mgawo wa maambukizi. Miundo ya mionzi ya pande tatu ya antena j-th na i-th hutolewa na misemo \(\vec{R}_{j} \left( {\theta ,\varphi } \kulia)\) na \( \vec {{R_{ i } }} Pembe mango inawakilishwa na \left( {\theta ,\varphi } \kulia)\) na \({\Omega }\). Mviringo wa ECC wa antena iliyopendekezwa umeonyeshwa kwenye Mchoro 22a na thamani yake ni chini ya 0.004, ambayo ni chini ya thamani inayokubalika ya 0.5 kwa mfumo wa wireless. Kwa hivyo, thamani ya ECC iliyopunguzwa inamaanisha kuwa mfumo wa MIMO wa bandari 4 unaopendekezwa hutoa utofauti wa hali ya juu43.
Diversity Gain (DG) DG ni kipimo kingine cha utendaji wa mfumo wa MIMO ambacho hufafanua jinsi mpango wa utofauti huathiri nishati ya mionzi. Uhusiano (9) huamua DG ya mfumo wa antena wa MIMO unaotengenezwa, kama ilivyoelezwa katika 31.
Kielelezo 22b kinaonyesha mchoro wa DG wa mfumo wa MIMO unaopendekezwa, ambapo thamani ya DG iko karibu sana na 10 dB. Thamani za DG za antena zote za mfumo wa MIMO iliyoundwa zinazidi 9.98 dB.
Jedwali la 1 linalinganisha antena ya metasurface ya MIMO iliyopendekezwa na mifumo iliyotengenezwa hivi karibuni ya MIMO. Ulinganisho unazingatia vigezo mbalimbali vya utendakazi, ikiwa ni pamoja na kipimo data, faida, utengaji wa juu zaidi, ufanisi wa jumla, na utendakazi wa anuwai. Watafiti wamewasilisha protoksi mbalimbali za antenna za MIMO na mbinu za kuimarisha faida na kujitenga katika 5, 44, 45, 46, 47. Ikilinganishwa na kazi zilizochapishwa hapo awali, mfumo wa MIMO uliopendekezwa na viashiria vya metasurface huwashinda kwa suala la bandwidth, faida, na kutengwa. Zaidi ya hayo, ikilinganishwa na antena zinazofanana zilizoripotiwa, mfumo wa MIMO ulioendelezwa unaonyesha utendaji bora wa utofauti na ufanisi wa jumla kwa ukubwa mdogo. Ingawa antena zilizofafanuliwa katika Sehemu ya 5.46 zina kutengwa kwa juu zaidi kuliko antena zetu zinazopendekezwa, antena hizi zinakabiliwa na ukubwa mkubwa, faida ya chini, kipimo data finyu, na utendakazi duni wa MIMO. Antena ya MIMO yenye bandari 4 iliyopendekezwa katika 45 inaonyesha faida kubwa na ufanisi, lakini muundo wake una kutengwa kwa chini, ukubwa mkubwa, na utendaji duni wa utofauti. Kwa upande mwingine, mfumo wa antenna wa ukubwa mdogo uliopendekezwa katika 47 una faida ndogo sana na bandwidth ya uendeshaji, wakati mfumo wetu wa MS unaopendekezwa wa 4-bandari MIMO unaonyesha ukubwa mdogo, faida kubwa, kutengwa kwa juu na utendaji bora wa MIMO. Kwa hivyo, antena ya metasurface ya MIMO inayopendekezwa inaweza kuwa mpinzani mkuu wa mifumo ya mawasiliano ya 5G ya 6 GHz.
Antena yenye mikondo minne ya kiakisi yenye msingi wa upana wa MIMO yenye faida kubwa na kutengwa inapendekezwa ili kusaidia programu za 5G chini ya 6 GHz. Mstari wa microstrip unalisha sehemu ya mionzi ya mraba, ambayo imepunguzwa kwa mraba kwenye pembe za diagonal. MS iliyopendekezwa na emitter ya antena hutekelezwa kwenye nyenzo za substrate sawa na Rogers RT5880 ili kufikia utendakazi bora katika mifumo ya mawasiliano ya 5G ya kasi ya juu. Antena ya MIMO ina aina mbalimbali na faida kubwa, na hutoa utengano wa sauti kati ya vipengele vya MIMO na ufanisi bora. Antena moja iliyotengenezwa ina vipimo vidogo vya 0.58?0.58?0.02? yenye safu ya metasurface ya 5×5, hutoa upanaji wa kipimo data cha 4.56 GHz, faida ya kilele cha 8 dBi na ufanisi wa hali ya juu uliopimwa. Antena ya MIMO ya bandari nne iliyopendekezwa (safu 2 × 2) imeundwa kwa kuunganisha orthogonally kila antena moja iliyopendekezwa na antena nyingine yenye vipimo vya 1.05 × 1.05 × 0.02 λ. Inashauriwa kukusanya safu ya 10 × 10 MM chini ya antena ya juu ya 12mm ya MIMO, ambayo inaweza kupunguza mionzi ya nyuma na kupunguza kuunganisha kati ya vipengele vya MIMO, na hivyo kuboresha faida na kutengwa. Matokeo ya majaribio na uigaji yanaonyesha kuwa kielelezo kilichotengenezwa cha MIMO kinaweza kufanya kazi katika masafa mapana ya 3.08–7.75 GHz, ikifunika wigo wa 5G chini ya 6 GHz. Kwa kuongeza, antena ya MIMO inayopendekezwa ya MS inaboresha faida yake kwa 2.9 dBi, kufikia faida ya juu ya 8.3 dBi, na hutoa kutengwa bora (> 15.5 dB) kati ya vipengele vya MIMO, kuthibitisha mchango wa MS. Kwa kuongeza, antenna ya MIMO iliyopendekezwa ina wastani wa ufanisi wa jumla wa 82% na umbali wa chini wa vipengele vya 22 mm. Antena huonyesha utendakazi bora wa anuwai ya MIMO ikijumuisha DG ya juu sana (zaidi ya 9.98 dB), ECC ya chini sana (chini ya 0.004) na muundo wa mionzi ya unidirectional. Matokeo ya kipimo ni sawa na matokeo ya uigaji. Sifa hizi zinathibitisha kwamba mfumo wa antena wa bandari nne wa MIMO unaweza kuwa chaguo linalofaa kwa mifumo ya mawasiliano ya 5G katika masafa ya chini ya 6 GHz.
Cowin inaweza kutoa antena ya PCB yenye upana wa 400-6000MHz, na usaidizi wa kubuni antena mpya kulingana na mahitaji yako, tafadhali wasiliana nasi bila kusita ikiwa una ombi lolote.