Šajā darbā ir piedāvāta kompakta integrēta vairāku ieeju vairāku izeju (MIMO) metavirsmas (MS) platjoslas antena zem 6 GHz piektās paaudzes (5G) bezvadu sakaru sistēmām. Piedāvātās MIMO sistēmas acīmredzamais jaunums ir tās plašais darbības joslas platums, lielais pastiprinājums, mazs starpkomponentu attālums un lieliska izolācija MIMO komponentos. Antenas izstarojošais punkts ir nogriezts pa diagonāli, daļēji iezemēts, un tiek izmantotas metavirsmas, lai uzlabotu antenas veiktspēju. Piedāvātā prototipa integrētā viena MS antena ir miniatūras izmēri 0,58λ × 0,58λ × 0,02λ. Simulācijas un mērījumu rezultāti parāda platjoslas veiktspēju no 3,11 GHz līdz 7,67 GHz, ieskaitot augstāko sasniegto pieaugumu 8 dBi. Četru elementu MIMO sistēma ir veidota tā, lai katra antena būtu ortogonāla viena pret otru, vienlaikus saglabājot kompaktu izmēru un platjoslas veiktspēju no 3,2 līdz 7,6 GHz. Ierosinātais MIMO prototips ir izstrādāts un izgatavots uz Rogers RT5880 substrāta ar zemu zudumu un miniatūriem izmēriem 1,05? 1.05? 0,02?, un tā veiktspēja tiek novērtēta, izmantojot piedāvāto kvadrātveida slēgta gredzena rezonatoru bloku ar 10 x 10 sadalītu gredzenu. Pamatmateriāls ir vienāds. Piedāvātā aizmugures plaknes metavirsma ievērojami samazina antenas aizmugures starojumu un manipulē ar elektromagnētiskajiem laukiem, tādējādi uzlabojot MIMO komponentu joslas platumu, pastiprinājumu un izolāciju. Salīdzinot ar esošajām MIMO antenām, piedāvātā 4 portu MIMO antena sasniedz augstu 8,3 dBi pastiprinājumu ar vidējo kopējo efektivitāti līdz 82% 5G sub-6 GHz joslā un labi saskan ar izmērītajiem rezultātiem. Turklāt izstrādātā MIMO antena uzrāda izcilu veiktspēju attiecībā uz aploksnes korelācijas koeficientu (ECC), kas ir mazāks par 0,004, dažādības pastiprinājumu (DG) aptuveni 10 dB (> 9,98 dB) un augstu izolāciju starp MIMO komponentiem (>15,5 dB). īpašības. Tādējādi ierosinātā uz MS balstītā MIMO antena apstiprina tās pielietojamību zem 6 GHz 5G sakaru tīkliem.
5G tehnoloģija ir neticams sasniegums bezvadu sakaros, kas nodrošinās ātrākus un drošākus tīklus miljardiem savienotu ierīču, nodrošinās lietotāja pieredzi ar “nulles” latentumu (latents mazāks par 1 milisekundi) un ieviesīs jaunas tehnoloģijas, tostarp elektroniku. Medicīniskā aprūpe, intelektuālā izglītība. , viedās pilsētas, viedās mājas, virtuālā realitāte (VR), viedās rūpnīcas un transportlīdzekļu internets (IoV) maina mūsu dzīvi, sabiedrību un nozares1,2,3. ASV Federālā sakaru komisija (FCC) sadala 5G spektru četrās frekvenču joslās4. Frekvenču josla zem 6 GHz pētniekus interesē, jo tā nodrošina tālsatiksmes sakarus ar lielu datu pārraides ātrumu5,6. Zem 6 GHz 5G spektra sadalījums globālajiem 5G sakariem ir parādīts 1. attēlā, norādot, ka visas valstis apsver iespēju 5G sakariem izmantot zem 6 GHz spektru7,8. Antenas ir svarīga 5G tīklu sastāvdaļa, un tām būs nepieciešams vairāk bāzes staciju un lietotāju termināļu antenu.
Mikrojoslu plāksteru antenām ir plānas un plakanas struktūras priekšrocības, taču tām ir ierobežots joslas platums un pastiprinājums9,10, tāpēc ir veikts daudz pētījumu, lai palielinātu antenas pastiprinājumu un joslas platumu; Pēdējos gados antenu tehnoloģijās plaši tiek izmantotas metavirsmas (MS), īpaši, lai uzlabotu pastiprinājumu un caurlaidspēju11,12, tomēr šīs antenas ir ierobežotas ar vienu portu; MIMO tehnoloģija ir svarīgs bezvadu sakaru aspekts, jo tā var vienlaikus izmantot vairākas antenas, lai pārraidītu datus, tādējādi uzlabojot datu pārraides ātrumu, spektrālo efektivitāti, kanāla ietilpību un uzticamību13,14,15. MIMO antenas ir potenciālas kandidātes 5G lietojumprogrammām, jo tās var pārraidīt un saņemt datus pa vairākiem kanāliem, neprasot papildu jaudu16,17. MIMO komponentu savstarpējā savienojuma efekts ir atkarīgs no MIMO elementu atrašanās vietas un MIMO antenas pastiprinājuma, kas ir liels izaicinājums pētniekiem. 18., 19. un 20. attēlā parādītas dažādas MIMO antenas, kas darbojas 5G sub-6 GHz joslā, un visas parāda labu MIMO izolāciju un veiktspēju. Tomēr šo ierosināto sistēmu pastiprinājums un darbības joslas platums ir zems.
Metamateriāli (MM) ir jauni materiāli, kas dabā neeksistē un var manipulēt ar elektromagnētiskajiem viļņiem, tādējādi uzlabojot antenu veiktspēju21,22,23,24. MM tagad tiek plaši izmantots antenu tehnoloģijās, lai uzlabotu starojuma modeli, joslas platumu, pastiprinājumu un izolāciju starp antenas elementiem un bezvadu sakaru sistēmām, kā aprakstīts 25., 26., 27., 28. 2029. gadā četru elementu MIMO sistēma, kuras pamatā ir metasurface, kurā antenas sekcija ir iespiesta starp metavirsmu un zemi bez gaisa spraugas, kas uzlabo MIMO veiktspēju. Tomēr šim dizainam ir lielāks izmērs, zemāka darbības frekvence un sarežģīta struktūra. Ierosinātajā 2 portu platjoslas MIMO antenā ir iekļauta elektromagnētiskā joslas sprauga (EBG) un zemējuma cilpa, lai uzlabotu MIMO30 komponentu izolāciju. Izstrādātajai antenai ir laba MIMO daudzveidības veiktspēja un lieliska izolācija starp divām MIMO antenām, taču, izmantojot tikai divus MIMO komponentus, pastiprinājums būs zems. Turklāt in31 arī ierosināja ultraplatjoslas (UWB) divu portu MIMO antenu un pētīja tās MIMO veiktspēju, izmantojot metamateriālus. Lai gan šī antena spēj darboties UWB, tās pastiprinājums ir zems un izolācija starp abām antenām ir slikta. Darbā 32 ir piedāvāta 2 portu MIMO sistēma, kas izmanto elektromagnētiskās joslas spraugas (EBG) atstarotājus, lai palielinātu pastiprinājumu. Lai gan izstrādātajam antenu blokam ir augsts pastiprinājums un laba MIMO daudzveidības veiktspēja, tā lielais izmērs apgrūtina to pielietošanu nākamās paaudzes sakaru ierīcēs. Vēl viena uz reflektoru balstīta platjoslas antena tika izstrādāta 33. gadā, kur reflektors tika integrēts zem antenas ar lielāku 22 mm atstarpi, uzrādot zemāku maksimālo pastiprinājumu 4,87 dB. Paper 34 izstrādā četru portu MIMO antenu mmWave lietojumprogrammām, kas ir integrēta ar MS slāni, lai uzlabotu MIMO sistēmas izolāciju un pastiprinājumu. Tomēr šī antena nodrošina labu pastiprinājumu un izolāciju, taču tai ir ierobežots joslas platums un sliktas mehāniskās īpašības lielās gaisa spraugas dēļ. Līdzīgi 2015. gadā tika izstrādāta trīs pāru, 4 portu tauriņa formas metavirsmā integrēta MIMO antena mmWave sakariem ar maksimālo pastiprinājumu 7,4 dBi. B36 MS tiek izmantots 5G antenas aizmugurē, lai palielinātu antenas pastiprinājumu, kur metavirsma darbojas kā atstarotājs. Tomēr MS struktūra ir asimetriska, un vienības šūnu struktūrai ir pievērsta mazāka uzmanība.
Saskaņā ar iepriekšminētajiem analīzes rezultātiem nevienai no iepriekšminētajām antenām nav augsta pastiprinājuma, lieliskas izolācijas, MIMO veiktspējas un platjoslas pārklājuma. Tāpēc joprojām ir nepieciešama metavirsmas MIMO antena, kas var aptvert plašu 5G spektra frekvenču diapazonu zem 6 GHz ar augstu pastiprinājumu un izolāciju. Ņemot vērā iepriekš minētās literatūras ierobežojumus, zem 6 GHz bezvadu sakaru sistēmām tiek piedāvāta platjoslas četru elementu MIMO antenu sistēma ar augstu pastiprinājumu un izcilu dažādības veiktspēju. Turklāt piedāvātajai MIMO antenai ir lieliska izolācija starp MIMO komponentiem, nelielas elementu spraugas un augsta starojuma efektivitāte. Antenas plāksteris ir saīsināts pa diagonāli un novietots virs metavirsmas ar 12 mm gaisa spraugu, kas atspoguļo antenas pretējo starojumu un uzlabo antenas pastiprinājumu un virzienu. Turklāt piedāvātā viena antena tiek izmantota, lai izveidotu četru elementu MIMO antenu ar izcilu MIMO veiktspēju, novietojot katru antenu ortogonāli vienu pret otru. Pēc tam izstrādātā MIMO antena tika integrēta virs 10 × 10 MS masīva ar vara aizmugures paneli, lai uzlabotu emisijas veiktspēju. Dizainam ir plašs darbības diapazons (3,08-7,75 GHz), augsts pastiprinājums 8,3 dBi un augsta vidējā kopējā efektivitāte 82%, kā arī lieliska izolācija starp MIMO antenas komponentiem, kas pārsniedz -15,5 dB. Izstrādātā uz MS balstītā MIMO antena tika simulēta, izmantojot 3D elektromagnētisko programmatūras pakotni CST Studio 2019, un apstiprināta eksperimentālos pētījumos.
Šajā sadaļā ir sniegts detalizēts ievads piedāvātajā arhitektūrā un vienas antenas projektēšanas metodoloģijā. Turklāt simulētie un novērotie rezultāti ir detalizēti apspriesti, ieskaitot izkliedes parametrus, pastiprinājumu un kopējo efektivitāti ar un bez metavirsmām. Antenas prototips tika izstrādāts uz Rogers 5880 zemu zudumu dielektriskā substrāta ar biezumu 1,575 mm ar dielektrisko konstanti 2,2. Dizaina izstrādei un simulācijai tika izmantota elektromagnētiskā simulatora pakotne CST studio 2019.
2. attēlā parādīts piedāvātais viena elementa antenas arhitektūras un dizaina modelis. Saskaņā ar vispāratzītiem matemātiskiem vienādojumiem37 antena sastāv no lineāri barota kvadrātveida izstarojoša punkta un vara iezemētas plaknes (kā aprakstīts 1. darbībā) un rezonē ar ļoti šauru joslas platumu 10,8 GHz, kā parādīts 3.b attēlā. Antenas radiatora sākotnējo izmēru nosaka šāda matemātiska sakarība37:
Kur \(P_{L}\) un \(P_{w}\) ir plākstera garums un platums, c apzīmē gaismas ātrumu, \(\gamma_{r}\) ir substrāta dielektriskā konstante . , \(\gamma_{reff }\) apzīmē starojuma vietas efektīvo dielektrisko vērtību, \(\Delta L\) apzīmē vietas garuma izmaiņas. Antenas aizmugures plakne tika optimizēta otrajā posmā, palielinot pretestības joslas platumu, neskatoties uz ļoti zemo pretestības joslas platumu 10 dB. Trešajā posmā padevēja pozīcija tiek pārvietota pa labi, kas uzlabo ierosinātās antenas pretestības joslas platumu un pretestības atbilstību38. Šajā posmā antena demonstrē izcilu darbības joslas platumu 4 GHz, kā arī aptver spektru zem 6 GHz 5G režīmā. Ceturtais un pēdējais posms ietver kvadrātveida rievu kodināšanu starojuma vietas pretējos stūros. Šis slots ievērojami paplašina 4,56 GHz joslas platumu, lai aptvertu zem 6 GHz 5G spektru no 3,11 GHz līdz 7,67 GHz, kā parādīts 3.b attēlā. Piedāvātā dizaina priekšējie un apakšējie perspektīvie skati ir parādīti 3.a attēlā, un galīgie optimizētie nepieciešamie konstrukcijas parametri ir šādi: 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) Izstrādātās vienas antenas skats no augšas un aizmugures (CST STUDIO SUITE 2019). b) S-parametra līkne.
Metasvirsma ir termins, kas attiecas uz periodisku vienību šūnu masīvu, kas atrodas noteiktā attālumā viena no otras. Metavirsmas ir efektīvs veids, kā uzlabot antenas starojuma veiktspēju, tostarp joslas platumu, pastiprinājumu un izolāciju starp MIMO komponentiem. Virsmas viļņu izplatīšanās ietekmes dēļ metavirsmas rada papildu rezonansi, kas veicina uzlabotu antenas veiktspēju39. Šajā darbā tiek piedāvāta epsilonnegatīva metamateriāla (MM) vienība, kas darbojas 5G joslā zem 6 GHz. MM ar virsmas laukumu 8 mm × 8 mm tika izstrādāts uz zemu zudumu Rogers 5880 substrāta ar dielektrisko konstanti 2,2 un biezumu 1,575 mm. Optimizētais MM rezonatora plāksteris sastāv no iekšējā apļveida sadalītā gredzena, kas savienots ar diviem modificētiem ārējiem sadalītajiem gredzeniem, kā parādīts 4.a attēlā. 4.a attēlā ir apkopoti piedāvātās MM iestatīšanas galīgie optimizētie parametri. Pēc tam, izmantojot attiecīgi 5 × 5 un 10 × 10 šūnu blokus, tika izstrādāti 40 × 40 mm un 80 × 80 mm metavirsmas slāņi bez vara aizmugures plāksnes un ar vara aizmugures plakni. Piedāvātā MM struktūra tika modelēta, izmantojot 3D elektromagnētiskās modelēšanas programmatūru “CST studio suite 2019”. Piedāvātās MM masīva struktūras un mērījumu iestatīšanas (divportu tīkla analizatora PNA un viļņvada ports) izgatavots prototips ir parādīts 4.b attēlā, lai apstiprinātu CST simulācijas rezultātus, analizējot faktisko reakciju. Mērījumu iestatījumos tika izmantots Agilent PNA sērijas tīkla analizators kombinācijā ar diviem viļņvada koaksiālajiem adapteriem (A-INFOMW, daļas numurs: 187WCAS), lai nosūtītu un saņemtu signālus. Prototips 5 × 5 masīvs tika novietots starp diviem viļņvada koaksiālajiem adapteriem, kas savienoti ar koaksiālo kabeli ar divu portu tīkla analizatoru (Agilent PNA N5227A). Agilent N4694-60001 kalibrēšanas komplekts tiek izmantots, lai kalibrētu tīkla analizatoru izmēģinājuma rūpnīcā. Piedāvātā prototipa MM masīva simulētie un CST novērotie izkliedes parametri ir parādīti 5.a attēlā. Var redzēt, ka piedāvātā MM struktūra rezonē 5G frekvenču diapazonā zem 6 GHz. Neskatoties uz nelielo joslas platuma atšķirību 10 dB, simulētie un eksperimentālie rezultāti ir ļoti līdzīgi. Novērotās rezonanses rezonanses frekvence, joslas platums un amplitūda nedaudz atšķiras no simulētajām, kā parādīts 5.a attēlā. Šīs atšķirības starp novērotajiem un simulētajiem rezultātiem ir saistītas ar ražošanas nepilnībām, nelieliem attālumiem starp prototipu un viļņvada portiem, savienojuma efektiem starp viļņvada portiem un masīva komponentiem, kā arī mērījumu pielaidēm. Turklāt izstrādātā prototipa pareiza izvietošana starp viļņvada portiem eksperimentālajā iestatījumā var izraisīt rezonanses nobīdi. Turklāt kalibrēšanas fāzē tika novērots nevēlams troksnis, kas izraisīja neatbilstības starp skaitliskiem un izmērītajiem rezultātiem. Tomēr, neņemot vērā šīs grūtības, ierosinātais MM masīva prototips darbojas labi, jo ir spēcīga korelācija starp simulāciju un eksperimentu, padarot to labi piemērotu zem 6 GHz 5G bezvadu sakaru lietojumprogrammām.
(a) Vienības elementa ģeometrija (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 mērīšanas iestatījuma fotoattēls.
a) metamateriāla prototipa izkliedes parametru līkņu simulācija un pārbaude. (b) MM vienības elementa dielektriskās konstantes līkne.
Attiecīgie efektīvie parametri, piemēram, efektīvā dielektriskā konstante, magnētiskā caurlaidība un refrakcijas indekss, tika pētīti, izmantojot CST elektromagnētiskā simulatora iebūvētās pēcapstrādes metodes, lai tālāk analizētu MM vienības šūnas uzvedību. Efektīvie MM parametri tiek iegūti no izkliedes parametriem, izmantojot robustu rekonstrukcijas metodi. Lai noteiktu laušanas koeficientu un pretestību, var izmantot šādus caurlaidības un atstarošanas koeficienta vienādojumus: (3) un (4) (sk. 40).
Operatora reālo un iedomāto daļu attēlo attiecīgi (.)' un (.)”, un veselā skaitļa vērtība m atbilst reālajam laušanas koeficientam. Dielektrisko konstanti un caurlaidību nosaka ar formulām \(\varepsilon { } = { }n/z,\) un \(\mu = nz\), kuru pamatā ir attiecīgi pretestība un laušanas koeficients. MM struktūras efektīvā dielektriskās konstantes līkne ir parādīta 5.b attēlā. Pie rezonanses frekvences efektīvā dielektriskā konstante ir negatīva. Attēlos 6a, b parādītas piedāvātās vienības šūnas efektīvās caurlaidības (μ) un efektīvā refrakcijas indeksa (n) iegūtās vērtības. Proti, ekstrahētajām caurlaidībām ir pozitīvas reālās vērtības, kas ir tuvu nullei, kas apstiprina ierosinātās MM struktūras epsilon-negatīvās (ENG) īpašības. Turklāt, kā parādīts 6.a attēlā, rezonanse pie caurlaidības, kas ir tuvu nullei, ir cieši saistīta ar rezonanses frekvenci. Izstrādātajai vienības šūnai ir negatīvs refrakcijas indekss (6.b att.), kas nozīmē, ka piedāvāto MM var izmantot antenas veiktspējas uzlabošanai21,41.
Izstrādātais vienas platjoslas antenas prototips tika izgatavots, lai eksperimentāli pārbaudītu piedāvāto dizainu. Attēlos 7a, b parādīti piedāvātā vienas antenas prototipa attēli, tās konstrukcijas daļas un tuva lauka mērījumu iestatījums (SATIMO). Lai uzlabotu antenas veiktspēju, izstrādātā metavirsma tiek novietota slāņos zem antenas, kā parādīts 8.a attēlā, ar augstumu h. Viena 40 mm x 40 mm divslāņu metavirsma tika uzklāta vienas antenas aizmugurē ar 12 mm intervālu. Turklāt vienas antenas aizmugurē 12 mm attālumā ir novietota metavirsma ar aizmugures plakni. Pēc metavirsmas uzlikšanas vienai antenai ir ievērojams veiktspējas uzlabojums, kā parādīts 1. un 2. attēlā. 8. un 9. attēlā. 8.b attēlā parādīti simulētie un izmērītie atstarošanas grafiki vienai antenai bez metavirsmām un ar tām. Ir vērts atzīmēt, ka antenas ar metavirsmu pārklājuma josla ir ļoti līdzīga antenas bez metavirsmas pārklājuma joslai. Attēlos 9a, b parādīts simulētā un novērotā vienas antenas pastiprinājuma un kopējās efektivitātes salīdzinājums bez un ar MS darbības spektrā. Redzams, ka, salīdzinot ar nemetavirsmas antenu, metavirsmas antenas pastiprinājums ir ievērojami uzlabots, palielinoties no 5,15 dBi līdz 8 dBi. Viena slāņa metavirsmas, divslāņu metavirsmas un vienas antenas ar aizmugures plaknes metavirsmu pastiprinājums palielinājās attiecīgi par 6 dBi, 6,9 dBi un 8 dBi. Salīdzinot ar citām metavirsmām (vienslāņa un divslāņu MC), vienas metavirsmas antenas pastiprinājums ar vara aizmugures plakni ir līdz 8 dBi. Šajā gadījumā metavirsma darbojas kā atstarotājs, samazinot antenas aizmugurējo starojumu un manipulējot ar elektromagnētiskajiem viļņiem fāzē, tādējādi palielinot antenas starojuma efektivitāti un līdz ar to arī pastiprinājumu. Vienas antenas kopējās efektivitātes pētījums bez un ar metavirsmām parādīts 9.b attēlā. Ir vērts atzīmēt, ka antenas efektivitāte ar un bez metavirsmas ir gandrīz vienāda. Zemākā frekvenču diapazonā antenas efektivitāte nedaudz samazinās. Eksperimentālās un simulētās pastiprinājuma un efektivitātes līknes labi sakrīt. Tomēr pastāv nelielas atšķirības starp simulētajiem un pārbaudītajiem rezultātiem ražošanas defektu, mērījumu pielaides, SMA porta savienojuma zuduma un vadu zuduma dēļ. Turklāt antena un MS reflektors atrodas starp neilona starplikām, kas ir vēl viena problēma, kas ietekmē novērotos rezultātus salīdzinājumā ar simulācijas rezultātiem.
Attēlā (a) parādīta pabeigtā viena antena un ar to saistītie komponenti. b) Tuva lauka mērījumu iestatīšana (SATIMO).
(a) Antenas ierosme, izmantojot metavirsmas atstarotājus (CST STUDIO SUITE 2019). b ) vienas antenas simulētas un eksperimentālas atstarošanas spējas bez un ar MS.
Ierosinātās metavirsmas efekta antenas (a) sasniegtā pastiprinājuma un (b) kopējās efektivitātes simulācijas un mērījumu rezultāti.
Staru modeļa analīze, izmantojot MS. Vienas antenas tuvā lauka mērījumi tika veikti UKM SATIMO Tuva lauka sistēmu laboratorijas SATIMO tuva lauka eksperimentālajā vidē. 10.a, b attēlā parādīti modelētie un novērotie E plaknes un H plaknes starojuma modeļi pie 5,5 GHz ierosinātajai vienai antenai ar un bez MS. Izstrādātā viena antena (bez MS) nodrošina konsekventu divvirzienu starojuma modeli ar sānu daivas vērtībām. Pēc piedāvātā MS reflektora uzlikšanas antena nodrošina vienvirziena starojuma modeli un samazina aizmugures daivu līmeni, kā parādīts 10.a, b. attēlā. Ir vērts atzīmēt, ka piedāvātais vienas antenas starojuma modelis ir stabilāks un vienvirziena ar ļoti zemu muguras un sānu daivām, ja tiek izmantota metavirsma ar vara aizmugures plakni. Piedāvātais MM masīva reflektors samazina antenas aizmugures un sānu daivas, vienlaikus uzlabojot starojuma veiktspēju, virzot strāvu vienvirziena virzienos (10.a, b att.), tādējādi palielinot pastiprinājumu un virzienu. Tika novērots, ka eksperimentālais starojuma modelis bija gandrīz salīdzināms ar CST simulāciju modeli, taču tas nedaudz mainījās dažādu samontēto komponentu neatbilstības, mērījumu pielaides un kabeļu zudumu dēļ. Turklāt starp antenu un MS atstarotāju tika ievietota neilona starplika, kas ir vēl viena problēma, kas ietekmē novērotos rezultātus salīdzinājumā ar skaitliskiem rezultātiem.
Tika modelēts un pārbaudīts izstrādātās vienas antenas (bez MS un ar MS) starojuma modelis 5,5 GHz frekvencē.
Piedāvātā MIMO antenas ģeometrija ir parādīta 11. attēlā un ietver četras atsevišķas antenas. Četri MIMO antenas komponenti ir izvietoti ortogonāli viens pret otru uz substrāta, kura izmēri ir 80 × 80 × 1,575 mm, kā parādīts 11. attēlā. Izstrādātās MIMO antenas attālums starp elementiem ir 22 mm, kas ir mazāks par tuvākais atbilstošais antenas attālums starp elementiem. Izstrādāta MIMO antena. Turklāt daļa no iezemētās plaknes atrodas tāpat kā viena antena. 12.a attēlā parādītajām MIMO antenu (S11, S22, S33 un S44) atstarošanas vērtībām ir tāda pati darbība kā viena elementa antenai, kas rezonē 3,2–7,6 GHz joslā. Tāpēc MIMO antenas pretestības joslas platums ir tieši tāds pats kā vienai antenai. MIMO komponentu savienojuma efekts ir galvenais iemesls MIMO antenu mazajam joslas platuma zudumam. 12.b attēlā parādīta starpsavienojuma ietekme uz MIMO komponentiem, kur tika noteikta optimālā izolācija starp MIMO komponentiem. Izolācija starp antenām 1 un 2 ir viszemākā aptuveni -13,6 dB, un izolācija starp antenām 1 un 4 ir visaugstākā, aptuveni -30,4 dB. Pateicoties tās mazajam izmēram un plašākam joslas platumam, šai MIMO antenai ir mazāks pastiprinājums un mazāka caurlaidspēja. Izolācija ir zema, tāpēc nepieciešama pastiprināta armatūra un izolācija;
Ierosinātās MIMO antenas (a) skats no augšas un (b) iezemētās plates projektēšanas mehānisms. (CST Studio Suite 2019).
Piedāvātās metavirsmas MIMO antenas ģeometriskais izvietojums un ierosmes metode ir parādīta 13.a attēlā. 10 x 10 mm matrica ar izmēriem 80 x 80 x 1,575 mm ir paredzēta 12 mm augstas MIMO antenas aizmugurējai pusei, kā parādīts 13.a attēlā. Turklāt metavirsmas ar vara aizmugures plāksnēm ir paredzētas izmantošanai MIMO antenās, lai uzlabotu to veiktspēju. Attālumam starp metavirsmu un MIMO antenu ir izšķiroša nozīme, lai sasniegtu augstu pastiprinājumu, vienlaikus pieļaujot konstruktīvus traucējumus starp antenas ģenerētajiem viļņiem un tiem, kas atstarojas no metavirsmas. Tika veikta plaša modelēšana, lai optimizētu augstumu starp antenu un metavirsmu, vienlaikus saglabājot ceturkšņa viļņu standartus maksimālajam pastiprinājumam un izolācijai starp MIMO elementiem. Nozīmīgie MIMO antenas veiktspējas uzlabojumi, kas sasniegti, izmantojot metavirsmas ar aizmugures plaknēm, salīdzinot ar metavirsmām bez aizmugures plaknēm, tiks parādītas nākamajās nodaļās.
(a) ierosinātās MIMO antenas CST simulācijas iestatīšana, izmantojot MS (CST STUDIO SUITE 2019), (b) izstrādātās MIMO sistēmas atstarošanas līknes bez MS un ar MS.
MIMO antenu ar un bez metavirsmām atstarošanas koeficienti ir parādīti 13.b attēlā, kur ir parādīti S11 un S44, jo visas MIMO sistēmas antenas darbojas gandrīz vienādi. Ir vērts atzīmēt, ka MIMO antenas -10 dB pretestības joslas platums bez vienas metavirsmas un ar to ir gandrīz vienāds. Turpretim ierosinātās MIMO antenas pretestības joslas platumu uzlabo divslāņu MS un aizmugures MS. Ir vērts atzīmēt, ka bez MS MIMO antena nodrošina daļēju joslas platumu 81,5% (3,2–7,6 GHz) attiecībā pret centrālo frekvenci. MS integrēšana ar aizmugures paneli palielina ierosinātās MIMO antenas pretestības joslas platumu līdz 86,3% (3,08–7,75 GHz). Lai gan divslāņu MS palielina caurlaidspēju, uzlabojums ir mazāks nekā MS ar vara aizmugures paneli. Turklāt divslāņu MC palielina antenas izmēru, palielina tās izmaksas un ierobežo tā diapazonu. Izstrādātā MIMO antena un metavirsmas atstarotājs ir izgatavoti un pārbaudīti, lai apstiprinātu simulācijas rezultātus un novērtētu faktisko veiktspēju. 14.a attēlā redzams izgatavotais MS slānis un MIMO antena ar dažādām samontētām sastāvdaļām, savukārt 14.b attēlā parādīta izstrādātās MIMO sistēmas fotogrāfija. MIMO antena ir uzstādīta virs metavirsmas, izmantojot četrus neilona starplikas, kā parādīts 14.b attēlā. 15.a attēlā parādīts izstrādātās MIMO antenu sistēmas tuva lauka eksperimentālās iestatīšanas momentuzņēmums. PNA tīkla analizators (Agilent Technologies PNA N5227A) tika izmantots, lai novērtētu izkliedes parametrus un novērtētu un raksturotu tuvā lauka emisijas raksturlielumus UKM SATIMO Tuva lauka sistēmu laboratorijā.
(a) SATIMO tuvā lauka mērījumu fotoattēli (b) S11 MIMO antenas simulētas un eksperimentālās līknes ar un bez MS.
Šajā sadaļā ir sniegts salīdzinošs pētījums par ierosinātās 5G MIMO antenas simulētajiem un novērotajiem S parametriem. 15.b attēlā ir parādīts integrētās 4 elementu MIMO MS antenas eksperimentālais atstarošanas grafiks un salīdzināts ar CST simulācijas rezultātiem. Tika konstatēts, ka eksperimentālās atstarošanas spējas ir tādas pašas kā CST aprēķinos, taču bija nedaudz atšķirīgas ražošanas defektu un eksperimentālo pielaižu dēļ. Turklāt ierosinātā uz MS balstītā MIMO prototipa novērotā atstarošana aptver 5G spektru zem 6 GHz ar pretestības joslas platumu 4,8 GHz, kas nozīmē, ka ir iespējamas 5G lietojumprogrammas. Tomēr izmērītā rezonanses frekvence, joslas platums un amplitūda nedaudz atšķiras no CST simulācijas rezultātiem. Ražošanas defekti, koaksiālās un SMA savienojuma zudumi un āra mērījumu iestatījumi var izraisīt atšķirības starp izmērītajiem un simulētajiem rezultātiem. Tomēr, neskatoties uz šiem trūkumiem, ierosinātā MIMO darbojas labi, nodrošinot stingru simulāciju un mērījumu saskaņu, padarot to labi piemērotu 5G bezvadu lietojumprogrammām, kas ir mazākas par 6 GHz.
Simulētās un novērotās MIMO antenas pastiprinājuma līknes ir parādītas 2. un 2. attēlā. Kā parādīts attiecīgi 16a,b un 17a,b attēlā, ir parādīta MIMO komponentu savstarpējā mijiedarbība. Ja MIMO antenām tiek izmantotas metavirsmas, MIMO antenu izolācija tiek ievērojami uzlabota. Izolācijas diagrammas starp blakus esošajiem antenas elementiem S12, S14, S23 un S34 parāda līdzīgas līknes, savukārt diagonālās MIMO antenas S13 un S42 uzrāda līdzīgu augstu izolāciju, jo starp tiem ir lielāks attālums. Blakus esošo antenu imitētās pārraides īpašības ir parādītas 16.a attēlā. Ir vērts atzīmēt, ka 5G darbības spektrā zem 6 GHz minimālā izolācija MIMO antenai bez metavirsmas ir -13,6 dB, bet metavirsmai ar aizmugures plakni - 15,5 dB. Pastiprinājuma diagramma (16.a attēls) parāda, ka aizmugures plaknes metavirsma ievērojami uzlabo izolāciju starp MIMO antenas elementiem, salīdzinot ar viena un divslāņu metavirsmām. Uz blakus esošajiem antenas elementiem viena un divslāņu metavirsmas nodrošina minimālo izolāciju aptuveni -13,68 dB un -14,78 dB, bet vara aizmugures plaknes metavirsma nodrošina aptuveni -15,5 dB.
Imitētas MIMO elementu izolācijas līknes bez MS slāņa un ar MS slāni: (a) S12, S14, S34 un S32 un (b) S13 un S24.
Ierosināto uz MS balstītu MIMO antenu eksperimentālās pastiprinājuma līknes bez un ar: (a) S12, S14, S34 un S32 un (b) S13 un S24.
MIMO diagonālās antenas pastiprinājuma diagrammas pirms un pēc MS slāņa pievienošanas ir parādītas 16.b attēlā. Ir vērts atzīmēt, ka minimālā izolācija starp diagonālajām antenām bez metavirsmas (1. un 3. antenas) visā darbības spektrā ir – 15,6 dB, bet metavirsmai ar aizmugures plakni – 18 dB. Metasvirsmas pieeja ievērojami samazina savienojuma efektus starp diagonālajām MIMO antenām. Maksimālā izolācija viena slāņa metavirsmai ir -37 dB, savukārt divslāņu metavirsmai šī vērtība samazinās līdz -47 dB. Maksimālā metavirsmas izolācija ar vara aizmugures plakni ir –36,2 dB, kas samazinās, palielinoties frekvenču diapazonam. Salīdzinot ar viena un divslāņu metavirsmām bez aizmugures plaknes, metavirsmas ar aizmugures plakni nodrošina izcilu izolāciju visā nepieciešamajā darbības frekvenču diapazonā, īpaši 5G diapazonā zem 6 GHz, kā parādīts 16.a, b attēlā. Populārākajā un plaši izmantotajā 5G joslā zem 6 GHz (3,5 GHz) viena un divu slāņu metavirsmām ir zemāka izolācija starp MIMO komponentiem nekā metavirsmām ar vara aizmugures plaknēm (gandrīz bez MS) (sk. 16.a), b) attēlu. Pastiprinājuma mērījumi ir parādīti 17.a, b attēlā, kas parāda attiecīgi blakus esošo antenu (S12, S14, S34 un S32) un diagonālo antenu (S24 un S13) izolāciju. Kā redzams no šiem attēliem (17.a, b att.), eksperimentālā izolācija starp MIMO komponentiem labi sakrīt ar simulēto izolāciju. Lai gan pastāv nelielas atšķirības starp simulētajām un izmērītajām CST vērtībām ražošanas defektu, SMA portu savienojumu un vadu zudumu dēļ. Turklāt antena un MS reflektors atrodas starp neilona starplikām, kas ir vēl viena problēma, kas ietekmē novērotos rezultātus salīdzinājumā ar simulācijas rezultātiem.
pētīja virsmas strāvas sadalījumu pie 5, 5 GHz, lai racionalizētu metavirsmu lomu savstarpējās savienošanas samazināšanā, izmantojot virsmas viļņu nomākšanu42. Piedāvātās MIMO antenas virsmas strāvas sadalījums ir parādīts 18. attēlā, kur 1. antena tiek darbināta, bet pārējā antena ir pabeigta ar 50 omu slodzi. Kad 1. antena ir barota, blakus esošajās antenās ar frekvenci 5,5 GHz parādīsies nozīmīgas savstarpējas savienojuma strāvas, ja nav metavirsmas, kā parādīts 18.a attēlā. Gluži pretēji, izmantojot metavirsmas, kā parādīts 18.b–d attēlā, tiek uzlabota izolācija starp blakus esošajām antenām. Jāatzīmē, ka blakus esošo lauku savstarpējās savienošanas efektu var samazināt, izplatot savienojuma strāvu uz blakus esošajiem vienības šūnu gredzeniem un blakus esošajām MS vienības šūnām pa MS slāni antiparalēlos virzienos. Strāvas ievadīšana no sadalītajām antenām uz MS vienībām ir galvenā metode, lai uzlabotu izolāciju starp MIMO komponentiem. Rezultātā savienojuma strāva starp MIMO komponentiem ir ievērojami samazināta, un arī izolācija ir ievērojami uzlabota. Tā kā savienojuma lauks elementā ir plaši izplatīts, vara aizmugures plaknes metavirsma izolē MIMO antenas komplektu ievērojami vairāk nekā viena un divslāņu metavirsmas (18.d attēls). Turklāt izstrādātajai MIMO antenai ir ļoti zema atpakaļizplatīšanās un sānu izplatīšanās, radot vienvirziena starojuma modeli, tādējādi palielinot ierosinātās MIMO antenas pastiprinājumu.
Piedāvātās MIMO antenas virsmas strāvas modeļi pie 5,5 GHz (a) bez MC, (b) viena slāņa MC, (c) divslāņu MC un (d) viena slāņa MC ar vara aizmugures plakni. (CST Studio Suite 2019).
Darbības frekvences ietvaros 19.a attēlā parādīti modelētās MIMO antenas modelētie un novērotie pastiprinājumi bez un ar metavirsmām. Simulētais sasniegtais MIMO antenas bez metavirsmas pastiprinājums ir 5,4 dBi, kā parādīts 19.a attēlā. MIMO komponentu savstarpējās savienošanas efekta dēļ piedāvātā MIMO antena faktiski sasniedz par 0,25 dBi lielāku pastiprinājumu nekā viena antena. Metasvirsmu pievienošana var nodrošināt ievērojamus ieguvumus un izolāciju starp MIMO komponentiem. Tādējādi piedāvātā metavirsmas MIMO antena var sasniegt augstu realizēto pastiprinājumu līdz pat 8,3 dBi. Kā parādīts 19.a attēlā, ja MIMO antenas aizmugurē tiek izmantota viena metavirsma, pastiprinājums palielinās par 1,4 dBi. Kad metavirsma tiek dubultota, pastiprinājums palielinās par 2,1 dBi, kā parādīts 19.a attēlā. Tomēr paredzamais maksimālais pastiprinājums 8,3 dBi tiek sasniegts, izmantojot metavirsmu ar vara aizmugures paneli. Proti, maksimālais sasniegtais pastiprinājums viena slāņa un divslāņu metavirsmai ir attiecīgi 6,8 dBi un 7,5 dBi, savukārt apakšējā slāņa metavirsmas maksimālais sasniegtais pastiprinājums ir 8,3 dBi. Metasvirsmas slānis antenas aizmugurē darbojas kā atstarotājs, atstarojot starojumu no antenas aizmugures un uzlabojot projektētās MIMO antenas priekšpuses un aizmugures (F/B) attiecību. Turklāt augstas pretestības MS reflektors manipulē ar elektromagnētiskajiem viļņiem fāzē, tādējādi radot papildu rezonansi un uzlabojot ierosinātās MIMO antenas radiācijas veiktspēju. Aiz MIMO antenas uzstādītais MS reflektors spēj būtiski palielināt sasniegto pastiprinājumu, ko apliecina eksperimentālie rezultāti. Izstrādātā prototipa MIMO antenas novērotie un simulētie pastiprinājumi ir gandrīz vienādi, tomēr atsevišķās frekvencēs izmērītais pastiprinājums ir lielāks par simulēto, īpaši MIMO bez MS; Šīs eksperimentālā pastiprinājuma atšķirības ir saistītas ar neilona paliktņu mērījumu pielaidēm, kabeļu zudumiem un savienojumu antenas sistēmā. MIMO antenas maksimālais izmērītais pastiprinājums bez metavirsmas ir 5,8 dBi, savukārt metavirsmas ar vara aizmugures plakni ir 8,5 dBi. Ir vērts atzīmēt, ka ierosinātā pilnīga 4 portu MIMO antenu sistēma ar MS atstarotāju uzrāda augstu pastiprinājumu eksperimentālos un skaitliskos apstākļos.
Ierosinātās MIMO antenas ar metavirsmas efektu (a) sasniegtā pastiprinājuma un (b) kopējās veiktspējas simulācijas un eksperimentālie rezultāti.
19.b attēlā parādīta piedāvātās MIMO sistēmas vispārējā veiktspēja bez un ar metavirsmas atstarotājiem. 19.b attēlā zemākā efektivitāte, izmantojot MS ar aizmuguri, bija virs 73% (līdz 84%). Izstrādāto MIMO antenu bez MC un ar MC kopējā efektivitāte ir gandrīz vienāda ar nelielām atšķirībām salīdzinājumā ar simulētajām vērtībām. Iemesli tam ir mērījumu pielaides un starpliku izmantošana starp antenu un MS reflektoru. Izmērītais sasniegtais pastiprinājums un kopējā efektivitāte visā frekvencē ir gandrīz līdzīgi simulācijas rezultātiem, norādot, ka piedāvātā MIMO prototipa veiktspēja ir tāda, kā paredzēts un ka ieteicamā MS balstītā MIMO antena ir piemērota 5G sakariem. Eksperimentālo pētījumu kļūdu dēļ pastāv atšķirības starp vispārējiem laboratorijas eksperimentu rezultātiem un simulāciju rezultātiem. Ierosinātā prototipa veiktspēju ietekmē pretestības neatbilstība starp antenu un SMA savienotāju, koaksiālā kabeļa savienojuma zudumi, lodēšanas efekti un dažādu elektronisko ierīču tuvums eksperimentālajam iestatījumam.
20. attēlā ir aprakstīta minētās antenas projektēšanas un optimizācijas gaita blokshēmas veidā. Šī blokshēma sniedz soli pa solim piedāvāto MIMO antenas projektēšanas principu aprakstu, kā arī parametrus, kuriem ir galvenā loma antenas optimizēšanā, lai sasniegtu nepieciešamo augstu pastiprinājumu un augstu izolāciju plašā darbības frekvencē.
Tuva lauka MIMO antenas mērījumi tika mērīti SATIMO Tuva lauka eksperimentālajā vidē UKM SATIMO Tuva lauka sistēmu laboratorijā. 21.a un b attēlā ir attēloti modelētie un novērotie E-plaknes un H-plaknes starojuma modeļi apgalvotajai MIMO antenai ar un bez MS ar darbības frekvenci 5,5 GHz. Darbības frekvenču diapazonā 5,5 GHz izstrādātā antena, kas nav MS MIMO, nodrošina konsekventu divvirzienu starojuma modeli ar sānu daivas vērtībām. Pēc MS reflektora uzlikšanas antena nodrošina vienvirziena starojuma modeli un samazina aizmugures daivu līmeni, kā parādīts 21.a, b. attēlā. Ir vērts atzīmēt, ka, izmantojot metavirsmu ar vara aizmugures plakni, piedāvātais MIMO antenas modelis ir stabilāks un vienvirziena modelis nekā bez MS, ar ļoti zemu muguras un sānu daivu. Piedāvātais MM masīva reflektors samazina antenas aizmugures un sānu daivas, kā arī uzlabo starojuma raksturlielumus, virzot strāvu vienvirziena virzienā (21.a, b att.), tādējādi palielinot pastiprinājumu un virzienu. Izmērītais starojuma modelis tika iegūts 1. portam ar 50 omu slodzi, kas savienota ar pārējiem portiem. Tika novērots, ka eksperimentālais starojuma modelis bija gandrīz identisks tam, ko simulēja CST, lai gan bija dažas novirzes komponentu neatbilstības dēļ, atstarošanas no termināla portiem un zudumiem kabeļu savienojumos. Turklāt starp antenu un MS atstarotāju tika ievietota neilona starplika, kas ir vēl viena problēma, kas ietekmē novērotos rezultātus salīdzinājumā ar prognozētajiem rezultātiem.
Tika simulēts un pārbaudīts izstrādātās MIMO antenas (bez MS un ar MS) starojuma modelis 5,5 GHz frekvencē.
Ir svarīgi atzīmēt, ka, novērtējot MIMO sistēmu veiktspēju, ir svarīga ostas izolācija un ar to saistītās īpašības. Tiek pārbaudīta ierosinātās MIMO sistēmas dažādības veiktspēja, ieskaitot aploksnes korelācijas koeficientu (ECC) un dažādības pastiprinājumu (DG), lai ilustrētu izstrādātās MIMO antenu sistēmas robustumu. MIMO antenas ECC un DG var izmantot, lai novērtētu tās veiktspēju, jo tie ir svarīgi MIMO sistēmas veiktspējas aspekti. Nākamajās sadaļās ir sīki aprakstītas šīs ierosinātās MIMO antenas funkcijas.
Aploksnes korelācijas koeficients (ECC). Apsverot jebkuru MIMO sistēmu, ECC nosaka pakāpi, kādā komponentu elementi korelē viens ar otru attiecībā uz to īpašajām īpašībām. Tādējādi ECC parāda kanālu izolācijas pakāpi bezvadu sakaru tīklā. Izstrādātās MIMO sistēmas ECC (aploksnes korelācijas koeficients) var noteikt, pamatojoties uz S-parametriem un tālā lauka emisiju. No Eq. (7) un (8) var noteikt ierosinātās MIMO antenas 31 ECC.
Atstarošanas koeficientu attēlo Sii un Sij apzīmē pārraides koeficientu. J-tās un i-tās antenas trīsdimensiju starojuma shēmas ir norādītas ar izteiksmēm \(\vec{R}_{j} \left( {\theta ,\varphi } \right)\) un \( \vec {{R_{ i } }} Tīkla leņķis, ko attēlo \left( {\theta ,\varphi } \right)\) un \({\Omega }\). Piedāvātās antenas ECC līkne ir parādīta 22.a attēlā, un tās vērtība ir mazāka par 0,004, kas ir krietni zem bezvadu sistēmas pieņemamās vērtības 0,5. Tāpēc samazinātā ECC vērtība nozīmē, ka piedāvātā 4 portu MIMO sistēma nodrošina izcilu daudzveidību43.
Diversity Gain (DG) DG ir vēl viens MIMO sistēmas veiktspējas rādītājs, kas apraksta, kā dažādības shēma ietekmē izstaroto jaudu. Saistība (9) nosaka izstrādājamās MIMO antenu sistēmas ģenerāldirektorātu, kā aprakstīts 31.
22.b attēlā parādīta ierosinātās MIMO sistēmas DG diagramma, kur DG vērtība ir ļoti tuvu 10 dB. Visu projektētās MIMO sistēmas antenu DG vērtības pārsniedz 9,98 dB.
1. tabulā ir salīdzināta piedāvātā metavirsmas MIMO antena ar nesen izstrādātām līdzīgām MIMO sistēmām. Salīdzinājumā tiek ņemti vērā dažādi veiktspējas parametri, tostarp joslas platums, pastiprinājums, maksimālā izolācija, vispārējā efektivitāte un veiktspējas dažādība. Pētnieki ir prezentējuši dažādus MIMO antenu prototipus ar pastiprinājuma un izolācijas uzlabošanas paņēmieniem 5, 44, 45, 46, 47. Salīdzinot ar iepriekš publicētajiem darbiem, piedāvātā MIMO sistēma ar metavirsmas atstarotājiem tos pārspēj joslas platuma, pastiprinājuma un izolācijas ziņā. Turklāt, salīdzinot ar līdzīgām antenām, par kurām ziņots, izstrādātā MIMO sistēma uzrāda izcilu dažādības veiktspēju un kopējo efektivitāti mazākā izmērā. Lai gan 5.46. iedaļā aprakstītajām antenām ir augstāka izolācija nekā mūsu piedāvātajām antenām, šīm antenām ir liels izmērs, zems pastiprinājums, šaurs joslas platums un slikta MIMO veiktspēja. 45 piedāvātajai 4 portu MIMO antenai ir augsts pastiprinājums un efektivitāte, taču tās konstrukcijai ir zema izolācija, lieli izmēri un slikta daudzveidības veiktspēja. No otras puses, maza izmēra antenu sistēmai, kas ierosināta 47. gadā, ir ļoti zems pastiprinājums un darbības joslas platums, savukārt mūsu ierosinātajai MS balstītai 4 portu MIMO sistēmai ir mazs izmērs, augsts pastiprinājums, augsta izolācija un labāka veiktspēja MIMO. Tādējādi ierosinātā metavirsmas MIMO antena var kļūt par galveno sāncensi zem 6 GHz 5G sakaru sistēmām.
Tiek piedāvāta četru portu metavirsmas atstarotāja platjoslas MIMO antena ar augstu pastiprinājumu un izolāciju, lai atbalstītu 5G lietojumprogrammas, kuru frekvence ir mazāka par 6 GHz. Mikrosloksnes līnija baro kvadrātveida izstarojošo sekciju, kuru diagonālajos stūros saīsina kvadrāts. Ierosinātais MS un antenas izstarotājs ir ieviests uz substrāta materiāliem, kas līdzīgi Rogers RT5880, lai sasniegtu izcilu veiktspēju ātrgaitas 5G sakaru sistēmās. MIMO antenai ir plašs diapazons un augsts pastiprinājums, un tā nodrošina skaņas izolāciju starp MIMO komponentiem un izcilu efektivitāti. Izstrādātās vienas antenas miniatūrie izmēri ir 0,58?0,58?0,02? ar 5 × 5 metavirsmas masīvu nodrošina plašu 4,56 GHz darbības joslas platumu, 8 dBi maksimālo pastiprinājumu un izcilu izmērīto efektivitāti. Ierosinātā četru portu MIMO antena (2 × 2 masīvs) ir izstrādāta, ortogonāli izlīdzinot katru piedāvāto antenu ar citu antenu, kuras izmēri ir 1,05 λ × 1, 05 λ × 0, 02 λ. Zem 12 mm augstas MIMO antenas ieteicams montēt 10 × 10 MM masīvu, kas var samazināt pretstarošanos un samazināt savstarpējo savienojumu starp MIMO komponentiem, tādējādi uzlabojot pastiprinājumu un izolāciju. Eksperimentālie un simulācijas rezultāti liecina, ka izstrādātais MIMO prototips var darboties plašā frekvenču diapazonā no 3,08 līdz 7,75 GHz, aptverot 5G spektru zem 6 GHz. Turklāt ierosinātā uz MS balstītā MIMO antena uzlabo savu pastiprinājumu par 2,9 dBi, sasniedzot maksimālo pastiprinājumu 8,3 dBi, un nodrošina lielisku izolāciju (> 15,5 dB) starp MIMO komponentiem, apstiprinot MS ieguldījumu. Turklāt ierosinātajai MIMO antenai ir augsta vidējā kopējā efektivitāte 82% un zems attālums starp elementiem - 22 mm. Antena demonstrē izcilu MIMO daudzveidības veiktspēju, tostarp ļoti augstu DG (virs 9,98 dB), ļoti zemu ECC (mazāk nekā 0,004) un vienvirziena starojuma modeli. Mērījumu rezultāti ir ļoti līdzīgi simulācijas rezultātiem. Šie raksturlielumi apstiprina, ka izstrādātā četru portu MIMO antenu sistēma var būt piemērota izvēle 5G sakaru sistēmām zem 6 GHz frekvenču diapazonā.
Cowin var nodrošināt 400–6000 MHz platjoslas PCB antenu un atbalstu jaunas antenas projektēšanai atbilstoši jūsu prasībām, lūdzu, sazinieties ar mums bez vilcināšanās, ja jums ir kāds pieprasījums.
Publicēšanas laiks: 10.10.2024