Tha an obair seo a’ moladh antenna bann-leathann metasurface ioma-toradh ioma-chuir a-steach (MIMO) dlùth (MS) airson siostaman conaltraidh gun uèir fo-6 GHz còigeamh ginealach (5G). Is e an rud a tha follaiseach san t-siostam MIMO a tha san amharc an leud-bann obrachaidh farsaing aige, buannachd àrd, fuadaichean beaga eadar-phàirteach, agus aonaranachd sàr-mhath taobh a-staigh na co-phàirtean MIMO. Tha àite rèididheachd an antenna air a ghearradh sìos gu trastain, le talamh gu ìre, agus thathas a’ cleachdadh uachdar-meatair gus coileanadh an antenna a leasachadh. Tha tomhasan beaga de 0.58λ × 0.58λ × 0.02λ aig an antenna MS singilte aonaichte prototype a tha san amharc. Tha toraidhean atharrais is tomhais a’ nochdadh coileanadh bann-leathann bho 3.11 GHz gu 7.67 GHz, a’ toirt a-steach a’ bhuannachd as àirde a chaidh a choileanadh de 8 dBi. Tha an siostam MIMO ceithir-eileamaidean air a dhealbhadh gus am bi gach antenna orthogonal ri chèile fhad ‘s a chumas iad meud teann agus coileanadh bann-leathann bho 3.2 gu 7.6 GHz. Tha am prototype MIMO a tha san amharc air a dhealbhadh agus air a dhèanamh air substrate Rogers RT5880 le call ìosal agus tomhasan beaga de 1.05? 1.05? 0.02 ?, agus tha a choileanadh air a mheasadh a’ cleachdadh an raon ath-shuidheachaidh fàinne dùinte ceàrnagach a tha san amharc le fàinne sgoltadh 10 x 10. Tha an stuth bunaiteach mar an ceudna. Bidh an metasurface backplane a tha san amharc a’ lughdachadh gu mòr rèididheachd cùil antenna agus a ’làimhseachadh raointean electromagnetic, mar sin a’ leasachadh leud-bann, buannachd, agus aonaranachd phàirtean MIMO. An coimeas ri antennas MIMO a th’ ann mar-thà, tha an antenna MIMO 4-port a tha san amharc a’ faighinn buannachd àrd de 8.3 dBi le èifeachdas cuibheasach iomlan suas ri 82% anns a’ chòmhlan 5G fo-6 GHz agus tha e ag aontachadh gu math leis na toraidhean tomhaiste. A bharrachd air an sin, tha an antenna MIMO leasaichte a’ nochdadh coileanadh sàr-mhath a thaobh co-èifeachd co-dhàimh cèis (ECC) nas lugha na 0.004, buannachd iomadachd (DG) de mu 10 dB (> 9.98 dB) agus iomallachd àrd eadar co-phàirtean MIMO (> 15.5 dB). feartan. Mar sin, tha an antenna MIMO stèidhichte air MS a tha san amharc a’ dearbhadh gu bheil e iomchaidh airson lìonraidhean conaltraidh fo-6 GHz 5G.
Tha teicneòlas 5G na adhartas iongantach ann an conaltradh gun uèir a bheir comas do lìonraidhean nas luaithe agus nas tèarainte airson billeanan de dh’ innealan ceangailte, a bheir seachad eòlasan luchd-cleachdaidh le latency “neoni” (latency nas lugha na 1 millisecond), agus a bheir a-steach teicneòlasan ùra, a’ toirt a-steach electronics. Cùram meidigeach, foghlam inntleachdail. , bailtean-mòra sgairteil, dachaighean snasail, virtual reality (VR), factaraidhean snasail agus eadar-lìn nan carbadan (IoV) ag atharrachadh ar beatha, ar comann-sòisealta agus ar gnìomhachasan1,2,3. Bidh Coimisean Conaltraidh Feadarail na SA (FCC) a’ roinn an speactram 5G ann an ceithir bannan tricead4. Tha an còmhlan tricead fo 6 GHz inntinneach do luchd-rannsachaidh oir tha e a’ ceadachadh conaltradh astar fada le ìrean dàta àrd5,6. Tha an riarachadh speactram fo-6 GHz 5G airson conaltradh 5G cruinneil air a shealltainn ann am Figear 1, a 'sealltainn gu bheil a h-uile dùthaich a' beachdachadh air speactram fo-6 GHz airson conaltradh 5G7,8. Tha antennas nam pàirt chudromach de lìonraidhean 5G agus bidh feum aca air barrachd antennas stèisean bunaiteach agus luchd-cleachdaidh.
Tha buannachdan aig antennas paiste microstrip a thaobh tana agus structar còmhnard, ach tha iad cuibhrichte ann an leud-bann agus buannachd9,10, chaidh uimhir de rannsachadh a dhèanamh gus buannachd agus leud-bann an antenna a mheudachadh; Anns na bliadhnachan mu dheireadh, chaidh metasurfaces (MS) a chleachdadh gu farsaing ann an teicneòlasan antenna, gu sònraichte gus buannachd agus throughput11,12 a leasachadh, ge-tà, tha na antennas sin cuingealaichte ri aon phort; Tha teicneòlas MIMO na phàirt chudromach de chonaltradh gun uèir oir is urrainn dha ioma antennas a chleachdadh aig an aon àm gus dàta a thar-chuir, agus mar sin a’ leasachadh ìrean dàta, èifeachdas speactra, comas seanail, agus earbsachd13,14,15. Tha antennas MIMO nan tagraichean comasach airson tagraidhean 5G oir is urrainn dhaibh dàta a chuir thairis agus fhaighinn thairis air grunn shianalan gun a bhith feumach air cumhachd a bharrachd16,17. Tha a’ bhuaidh co-cheangail eadar co-phàirtean MIMO an urra ri far a bheil na h-eileamaidean MIMO agus buannachd antenna MIMO, a tha na dhùbhlan mòr dha luchd-rannsachaidh. Tha figearan 18, 19, agus 20 a’ sealltainn diofar antennas MIMO ag obair anns a’ chòmhlan 5G fo-6 GHz, uile a’ nochdadh deagh aonaranachd agus coileanadh MIMO. Ach, tha buannachd agus leud-bann obrachaidh nan siostaman a tha san amharc ìosal.
Tha metamaterials (MMs) nan stuthan ùra nach eil ann an nàdar agus as urrainn tonnan electromagnetic a làimhseachadh, agus mar sin a’ leasachadh coileanadh antennas21,22,23,24. Tha MM a-nis air a chleachdadh gu farsaing ann an teicneòlas antenna gus pàtran rèididheachd, leud-bann, buannachd, agus iomallachd eadar eileamaidean antenna agus siostaman conaltraidh gun uèir a leasachadh, mar a chaidh a dheasbad ann an 25, 26, 27, 28. Ann an 2029, siostam MIMO ceithir-eileamaidean stèidhichte air metasurface, anns a bheil an roinn antenna air a cheangal eadar an uachdar-meatair agus an talamh gun bheàrn èadhair, a leasaicheas coileanadh MIMO. Ach, tha meud nas motha aig an dealbhadh seo, tricead obrachaidh nas ìsle agus structar iom-fhillte. Tha bann-leathann electromagnetic (EBG) agus lùb talmhainn air an toirt a-steach don antenna MIMO bann-leathann 2-port a tha san amharc gus aonaranachd phàirtean MIMO30 a leasachadh. Tha deagh choileanadh iomadachd MIMO aig an antenna dealbhaichte agus iomallachd sàr-mhath eadar dà antennas MIMO, ach le bhith a’ cleachdadh dìreach dà phàirt MIMO, bidh am buannachd ìosal. A bharrachd air an sin, mhol in31 antenna MIMO dà-phort ultra-leathann (UWB) agus rinn e sgrùdadh air a choileanadh MIMO a’ cleachdadh metamaterials. Ged a tha an antenna seo comasach air obrachadh UWB, tha a bhuannachd ìosal agus tha an aonaranachd eadar an dà antennas truagh. Tha an obair ann an32 a’ moladh siostam MIMO 2-port a bhios a’ cleachdadh meòradairean bann-leathann electromagnetic (EBG) gus a’ bhuannachd àrdachadh. Ged a tha buannachd àrd agus deagh choileanadh iomadachd MIMO aig an raon antenna leasaichte, tha a mheud mòr ga dhèanamh duilich a chuir an sàs ann an innealan conaltraidh an ath ghinealach. Chaidh antenna bann-leathann eile stèidhichte air sgàthan a leasachadh ann an 33, far an deach an sgàthan fhilleadh a-steach fon antenna le beàrn 22 mm nas motha, a’ nochdadh buannachd stùc nas ìsle de 4.87 dB. Tha Pàipear 34 a’ dealbhadh antenna MIMO ceithir-phort airson tagraidhean mmWave, a tha amalaichte leis an t-sreath MS gus aonaranachd agus buannachd siostam MIMO a leasachadh. Ach, tha an t-antenna seo a’ toirt deagh bhuannachd agus aonaranachd, ach tha leud-bann cuibhrichte agus droch fheartan meacanaigeach mar thoradh air a’ bheàrn adhair mhòr. San aon dòigh, ann an 2015, chaidh antenna MIMO trì-paidhir, cumadh bowtie ann an cumadh metasurface-amalaichte a leasachadh airson conaltradh mmWave le buannachd as àirde de 7.4 dBi. Tha B36 MS air a chleachdadh air cùl antenna 5G gus buannachd antenna àrdachadh, far a bheil an uachdar-meatair ag obair mar sgàthan. Ach, tha structar MS neo-chunbhalach agus chaidh nas lugha de aire a thoirt do structar cealla aonad.
A rèir toraidhean an sgrùdaidh gu h-àrd, chan eil buannachd àrd aig gin de na h-antennas gu h-àrd, aonaranachd sàr-mhath, coileanadh MIMO agus còmhdach bann-leathann. Mar sin, tha feum fhathast air antenna MIMO metasurface a dh’ fhaodas raon farsaing de tricead speactram 5G a chòmhdach fo 6 GHz le buannachd àrd agus aonaranachd. A’ beachdachadh air crìochan an litreachais gu h-àrd, thathas a’ moladh siostam antenna MIMO ceithir-eileamaidean bann leathann le buannachd àrd agus coileanadh iomadachd sàr-mhath airson siostaman conaltraidh gun uèir fo-6 GHz. A bharrachd air an sin, tha an antenna MIMO a tha san amharc a’ nochdadh iomallachd sàr-mhath eadar co-phàirtean MIMO, beàrnan eileamaidean beaga, agus èifeachdas rèididheachd àrd. Tha am bad antenna air a ghearradh sìos gu trastain agus air a chuir air mullach an uachdar le beàrn èadhair 12mm, a tha a’ nochdadh rèididheachd air ais bhon antenna agus a leasaicheas buannachd antenna agus stiùir. A bharrachd air an sin, thathas a’ cleachdadh an antenna singilte a thathar a’ moladh gus antenna MIMO ceithir-eileamaideach a chruthachadh le coileanadh MIMO nas fheàrr le bhith a’ suidheachadh gach antenna gu ceart-cheàrnach ri chèile. Chaidh an antenna MIMO leasaichte an uairsin fhilleadh a-steach air mullach raon 10 × 10 MS le backplane copair gus coileanadh sgaoilidhean a leasachadh. Tha an dealbhadh a’ nochdadh raon obrachaidh farsaing (3.08-7.75 GHz), buannachd àrd de 8.3 dBi agus èifeachdas iomlan cuibheasach àrd de 82%, a bharrachd air iomallachd sàr-mhath nas motha na −15.5 dB eadar co-phàirtean antenna MIMO. Chaidh an antenna MIMO leasaichte stèidhichte air MS a shamhlachadh a’ cleachdadh pasgan bathar-bog electromagnetic 3D CST Studio 2019 agus air a dhearbhadh tro sgrùdaidhean deuchainneach.
Tha an earrann seo a’ toirt seachad ro-ràdh mionaideach mun ailtireachd a thathar a’ moladh agus modh dealbhaidh antenna singilte. A bharrachd air an sin, thathas a’ beachdachadh gu mionaideach air na toraidhean samhlachail agus a chaidh fhaicinn, a’ toirt a-steach crìochan sgapadh, buannachd, agus èifeachdas iomlan le agus às aonais metasurfaces. Chaidh an antenna prototype a leasachadh air substrate dielectric call ìosal Rogers 5880 le tiugh de 1.575mm le seasmhach dielectric de 2.2. Gus an dealbhadh a leasachadh agus a shamhlachadh, chaidh am pasgan simuladair electromagnetic CST studio 2019 a chleachdadh.
Tha Figear 2 a’ sealltainn an ailtireachd agus modail dealbhaidh a thathar a’ moladh airson antenna aon-eileamaid. A rèir co-aontaran matamataigeach stèidhichte37, tha an antenna air a dhèanamh suas de àite radiating ceàrnagach air a bhiadhadh gu sreathach agus plèana talmhainn copair (mar a chaidh a mhìneachadh ann an ceum 1) agus a ’freagairt le leud-bann glè chumhang aig 10.8 GHz, mar a chithear ann am Figear 3b. Tha meud tùsail an radiator antenna air a dhearbhadh leis an dàimh matamataigeach a leanas37:
Far a bheil \(P_{L}\) agus \(P_{w}\) fad is leud a’ phaiste, tha c a’ riochdachadh astar an t-solais, is e \(\ gamma_{r}\) seasmhach dielectric an fho-strat . , \( \ gamma_{ reff } \ ) a' riochdachadh luach dielectric èifeachdach an àite rèididheachd, \( \ Delta L \ ) a' riochdachadh an atharrachaidh ann am faid spot. Chaidh an backplane antenna ùrachadh san dàrna ìre, ag àrdachadh leud-bann bacaidh a dh’ aindeoin an leud-bann impedance glè ìosal de 10 dB. Anns an treas ìre, tha suidheachadh an inneal-biadhaidh air a ghluasad chun taobh cheart, a leasaicheas leud-bann bacaidh agus maidseadh bacadh an antenna a tha san amharc38. Aig an ìre seo, tha an antenna a’ nochdadh leud-bann obrachaidh sàr-mhath de 4 GHz agus cuideachd a’ còmhdach an speactram fo 6 GHz ann an 5G. Tha an ceathramh ìre agus an ìre mu dheireadh a’ toirt a-steach sgrìobadh claisean ceàrnagach ann an oiseanan mu choinneamh an àite rèididheachd. Tha an slot seo a’ leudachadh gu mòr an leud-bann 4.56 GHz gu bhith a’ còmhdach speactram fo-6 GHz 5G bho 3.11 GHz gu 7.67 GHz, mar a chithear ann am Figear 3b. Tha seallaidhean seallaidh aghaidh is bonn den dealbhadh a thathar a’ moladh air an sealltainn ann am Figear 3a, agus tha na paramadairean dealbhaidh deireannach as fheàrr mar a leanas: 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) Seallaidhean mullach is cùil den antenna shingilte dealbhaichte (CST STUDIO SUITE 2019). (b) S-parameter lùb.
Tha metasurface na theirm a tha a’ toirt iomradh air sreath bho àm gu àm de cheallan aonad a tha suidhichte aig astar sònraichte bho chèile. Tha metasurfaces nan dòigh èifeachdach air coileanadh rèididheachd antenna a leasachadh, a’ toirt a-steach leud-bann, buannachd, agus aonaranachd eadar co-phàirtean MIMO. Mar thoradh air buaidh iomadachadh tonn uachdar, bidh meta-uachdaran a’ gineadh ath-shuidheachadh a bharrachd a chuireas ri coileanadh antenna nas fheàrr39. Tha an obair seo a’ moladh aonad metamaterial epsilon-negative (MM) a bhios ag obair anns a’ chòmhlan 5G fo 6 GHz. Chaidh am MM le farsaingeachd uachdar de 8mm × 8mm a leasachadh air substrate call ìosal Rogers 5880 le seasmhach dielectric de 2.2 agus tiugh de 1.575mm. Tha an raon ath-shuidheachaidh MM leasaichte air a dhèanamh suas de fhàinne sgoltadh cruinn a-staigh ceangailte ri dà fhàinne sgoltadh taobh a-muigh atharraichte, mar a chithear ann am Figear 4a. Tha Figear 4a a’ toirt geàrr-chunntas air na crìochan leasaichte deireannach den t-suidheachadh MM a chaidh a mholadh. Às deidh sin, chaidh sreathan metasurface 40 × 40 mm agus 80 × 80 mm a leasachadh às aonais backplane copair agus le backplane copair a ’cleachdadh arrays cealla 5 × 5 agus 10 × 10, fa leth. Chaidh an structar MM a chaidh a mholadh a dhealbhadh a’ cleachdadh bathar-bog modaladh electromagnetic 3D “CST studio suite 2019”. Tha prototype dèanta den structar raon MM agus suidheachadh tomhais (anailisiche lìonra dà-phort PNA agus port waveguide) air a shealltainn ann am Figear 4b gus toraidhean atharrais CST a dhearbhadh le bhith a’ dèanamh anailis air an fhìor fhreagairt. Chleachd an suidheachadh tomhais anailisiche lìonra sreath Agilent PNA ann an co-bhonn ri dà inneal-atharrachaidh coaxial waveguide (A-INFOMW, pàirt àireamh: 187WCAS) gus comharran a chuir agus fhaighinn. Chaidh sreath prototype 5 × 5 a chuir eadar dà inneal-atharrachaidh coaxial waveguide ceangailte le càball coaxial gu anailisiche lìonra dà-phort (Agilent PNA N5227A). Thathas a’ cleachdadh an uidheamachd calibration Agilent N4694-60001 gus an anailisiche lìonra a chalpachadh ann an ionad pìleat. Tha na paramadairean sgapaidh samhlachail agus CST a chaidh fhaicinn den raon prototype MM a chaidh a mholadh air an sealltainn ann am Figear 5a. Chithear gu bheil an structar MM a thathar a’ moladh a’ freagairt anns an raon tricead 5G fo 6 GHz. A dh ’aindeoin an eadar-dhealachadh beag ann an leud-bann 10 dB, tha na toraidhean samhlachail agus deuchainneach glè choltach. Tha tricead athshondach, leud-bann, agus leudachd an t-suathadh a chaidh fhaicinn beagan eadar-dhealaichte bhon fheadhainn a tha coltach, mar a chithear ann am Figear 5a. Tha na h-eadar-dhealachaidhean sin eadar toraidhean a chaidh fhaicinn agus toraidhean samhlachail mar thoradh air neo-fhoirfeachd saothrachaidh, fuadaichean beaga eadar am prototype agus na puirt stiùireadh tonn, buaidhean ceangail eadar na puirt waveguide agus co-phàirtean rèite, agus fulangas tomhais. A bharrachd air an sin, faodaidh suidheachadh ceart den prototype leasaichte eadar na puirt stiùireadh tonn anns an t-suidheachadh deuchainneach leantainn gu gluasad ath-shuidheachadh. A bharrachd air an sin, chaidh fuaim gun iarraidh fhaicinn aig an ìre calibration, a lean gu eadar-dhealachaidhean eadar na toraidhean àireamhach agus tomhaiste. Ach, a bharrachd air na duilgheadasan sin, tha am prototype raon MM a tha san amharc a’ coileanadh gu math mar thoradh air a’ cho-dhàimh làidir eadar atharrais agus deuchainn, ga dhèanamh gu math freagarrach airson tagraidhean conaltraidh gun uèir fo-6 GHz 5G.
(a) Geoimeatraidh cealla aonad (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) Dealbh de shuidheachadh tomhais MM.
(a) Samhlachadh agus dearbhadh air na lùban paramadair sgapaidh den prototype metamaterial. (b) Lùb seasmhach dielectric de chealla aonad MM.
Chaidh paramadairean èifeachdach buntainneach leithid seasmhach dielectric èifeachdach, permeability magnetach, agus clàr-amais ath-tharraingeach a sgrùdadh a ’cleachdadh dòighean iar-giullachd togte den simuladair electromagnetic CST gus tuilleadh sgrùdaidh a dhèanamh air giùlan cealla aonad MM. Gheibhear na paramadairean MM èifeachdach bho na paramadairean sgapadh a’ cleachdadh dòigh ath-thogail làidir. Faodar na co-aontaran co-èifeachd tar-chuir agus meòrachaidh a leanas: (3) agus (4) a chleachdadh gus clàr-amais ath-tharraingeach agus bacadh a dhearbhadh (faic 40).
Tha pàirtean fìor agus mac-meanmnach a’ ghnìomhaiche air an riochdachadh le (.) ’agus (.)” fa leth, agus tha an luach iomlan m a’ freagairt ris a’ chlàr-amais fìor ath-tharraingeach. Tha seasmhach dielectric agus permeability air an co-dhùnadh leis na foirmlean \(\varepsilon { } = { } n/z, \) agus \(\ mu = nz\), a tha stèidhichte air bacadh agus clàr-amais ath-tharraingeach, fa leth. Tha an lùb seasmhach dielectric èifeachdach de structar MM ri fhaicinn ann am Figear 5b. Aig tricead athshondach, tha an seasmhach dielectric èifeachdach àicheil. Tha figearan 6a,b a’ sealltainn na luachan a chaidh a thoirt a-mach a thaobh permeability èifeachdach (μ) agus clàr-amais ath-tharraing èifeachdach (n) den chill aonad a thathar a’ moladh. Gu sònraichte, tha na permeability a chaidh a thoirt a-mach a’ nochdadh fìor luachan dearbhach faisg air neoni, a tha a’ dearbhadh feartan àicheil epsilon (ENG) an structair MM a tha san amharc. A bharrachd air an sin, mar a chithear ann am Figear 6a, tha ceangal làidir aig an ath-shuidheachadh aig permeability faisg air neoni ri tricead athshondach. Tha clàr-amais ath-tharraing àicheil aig a’ chill aonad leasaichte (Fig. 6b), a tha a’ ciallachadh gum faodar am MM a thathar a’ moladh a chleachdadh gus coileanadh antenna a leasachadh21,41.
Chaidh am prototype leasaichte de aon antenna bann-leathann a dhèanamh gus an dealbhadh a chaidh a mholadh a dhearbhadh gu deuchainneach. Tha figearan 7a,b a’ sealltainn ìomhaighean den antenna singilte prototype a tha san amharc, na pàirtean structarail aige agus an suidheachadh tomhais faisg air achadh (SATIMO). Gus coileanadh antenna a leasachadh, tha an uachdar meta leasaichte air a chuir ann an sreathan fon antenna, mar a chithear ann am Figear 8a, le àirde h. Chaidh aon uachdar-meata còmhdach dùbailte 40mm x 40mm a chuir air cùl an antenna shingilte aig amannan 12mm. A bharrachd air an sin, tha metasurface le backplane air a chuir air taobh cùil an antenna singilte aig astar 12 mm. Às deidh an metasurface a chuir an sàs, tha an antenna singilte a’ nochdadh adhartas mòr ann an coileanadh, mar a chithear ann am Figearan 1 agus 2. Figearan 8 agus 9. Tha Figear 8b a’ sealltainn na plotaichean meòrachaidh samhlachail agus tomhaiste airson an antenna singilte às aonais agus le uachdar-meatair. Is fhiach a bhith mothachail gu bheil an còmhlan còmhdaich de antenna le uachdar meta glè choltach ri còmhlan còmhdaich antenna gun uachdar-mea. Tha figearan 9a,b a’ sealltainn coimeas eadar buannachd antenna singilte a chaidh fhaicinn agus fhaicinn agus èifeachdas iomlan às aonais agus le MS anns an speactram obrachaidh. Chìthear, an taca ris an antenna neo-meata-uachdair, gu bheil buannachd an antenna metasurface air a leasachadh gu mòr, ag èirigh bho 5.15 dBi gu 8 dBi. Mheudaich buannachd an uachdar-meatair aon-fhillte, metasurface dà-fhilleadh, agus antenna singilte le metasurface backplane le 6 dBi, 6.9 dBi, agus 8 dBi, fa leth. An coimeas ri metasurfaces eile (MCan aon-fhillte agus dà-fhillte), tha buannachd aon antenna metasurface le backplane copair suas ri 8 dBi. Anns a ’chùis seo, bidh an uachdar-meatair ag obair mar sgàthan, a’ lughdachadh rèididheachd cùil an antenna agus a ’làimhseachadh nan tonnan electromagnetic aig ìre, agus mar sin ag àrdachadh èifeachdas rèididheachd an antenna agus mar sin a’ bhuannachd. Tha sgrùdadh air èifeachdas iomlan antenna singilte às aonais agus le uachdar-meatair ri fhaicinn ann am Figear 9b. Is fhiach a bhith mothachail gu bheil èifeachdas antenna le agus às aonais metasurface cha mhòr an aon rud. Anns an raon tricead as ìsle, tha èifeachdas antenna a ’dol sìos beagan. Tha na lùban buannachd is èifeachdais deuchainneach agus samhlachail ag aontachadh gu math. Ach, tha eadar-dhealachaidhean beaga eadar na toraidhean samhlaichte agus deuchainneach mar thoradh air uireasbhaidhean saothrachaidh, fulangas tomhais, call ceangail port SMA, agus call uèir. A bharrachd air an sin, tha an antenna agus an sgàthan MS suidhichte eadar na nylon spacers, a tha na chùis eile a bheir buaidh air na toraidhean a chaidh fhaicinn an coimeas ris na toraidhean atharrais.
Tha Figear (a) a’ sealltainn an antenna shingilte crìochnaichte agus na pàirtean co-cheangailte ris. (b) Suidheachadh tomhais faisg air achadh (SATIMO).
(a) Antenna excitation a’ cleachdadh meòrachan metasurface (CST STUDIO SUITE 2019). (b) Faileasan samhlachail agus deuchainneach air aon antenna às aonais agus le MS.
Toraidhean atharrais is tomhais (a) a’ bhuannachd a chaidh a choileanadh agus (b) èifeachdas iomlan an antenna buaidh metasurface a chaidh a mholadh.
Mion-sgrùdadh pàtran beam a’ cleachdadh MS. Chaidh tomhas faisg air achadh aon-antenna a dhèanamh ann an Àrainneachd Deuchainneach faisg air Raon SATIMO ann an Saotharlann Siostaman Near-Field UKM SATIMO. Tha figearan 10a, b a’ sealltainn na pàtrain rèididheachd E-itealain agus plèana H a chaidh fhaicinn agus fhaicinn aig 5.5 GHz airson an antenna singilte a thathar a’ moladh le agus às aonais MS. Tha an antenna singilte leasaichte (às aonais MS) a’ toirt seachad pàtran rèididheachd dà-thaobhach cunbhalach le luachan taobh lobe. Às deidh an sgàthan MS a tha san amharc a chuir an sàs, tha an antenna a ’toirt seachad pàtran rèididheachd aon-stiùiridh agus a’ lughdachadh ìre nan lobes cùil, mar a chithear ann am Figearan 10a, b. Is fhiach a bhith mothachail gu bheil am pàtran rèididheachd antenna singilte a tha san amharc nas seasmhaiche agus nas aon-stiùiridh le lobes cùil is cliathaich gu math ìosal nuair a bhios iad a’ cleachdadh metasurface le backplane copair. Bidh an inneal meòrachaidh raon MM a tha san amharc a’ lughdachadh lobes cùil is taobh an antenna fhad ‘s a tha e a’ leasachadh coileanadh rèididheachd le bhith a ’stiùireadh an t-sruth ann an treòrachadh aon-stiùiridh (Fig. 10a, b), agus mar sin a’ meudachadh buannachd agus stiùireadh. Chaidh fhaicinn gu robh am pàtran rèididheachd deuchainneach cha mhòr an coimeas ris na samhlaidhean CST, ach bha e eadar-dhealaichte beagan air sgàth mì-thaobhadh de na diofar phàirtean cruinnichte, fulangas tomhais, agus call càbaill. A bharrachd air an sin, chaidh spacer nylon a chuir a-steach eadar an antenna agus an sgàthan MS, a tha na chùis eile a tha a ’toirt buaidh air na toraidhean a chaidh fhaicinn an coimeas ris na toraidhean àireamhach.
Chaidh pàtran rèididheachd an antenna shingilte leasaichte (às aonais MS agus le MS) aig tricead 5.5 GHz a shamhlachadh agus a dhearbhadh.
Tha an geoimeatraidh antenna MIMO a tha san amharc ri fhaicinn ann am Figear 11 agus a’ toirt a-steach ceithir antennas singilte. Tha na ceithir pàirtean den antenna MIMO air an rèiteachadh gu orthogonally ri chèile air substrate de mheudan 80 × 80 × 1.575 mm, mar a chithear ann am Figear 11. Tha astar eadar-eileamaid de 22 mm aig an antenna MIMO dealbhaichte, a tha nas lugha na an an astar eadar-eileamaid co-fhreagarrach as fhaisge air an antenna. Chaidh antenna MIMO a leasachadh. A bharrachd air an sin, tha pàirt den phlèana talmhainn suidhichte san aon dòigh ri aon antenna. Tha luachan meòrachaidh antennas MIMO (S11, S22, S33, agus S44) a chithear ann am Figear 12a a’ taisbeanadh an aon ghiùlan ri antenna aon-eileamaid a tha ag ath-shuidheachadh anns a ’chòmhlan 3.2-7.6 GHz. Mar sin, tha leud-bann bacadh antenna MIMO dìreach an aon rud ri leud antenna singilte. Is e a’ bhuaidh ceangail eadar co-phàirtean MIMO am prìomh adhbhar airson call leud-bann beag antennas MIMO. Tha Figear 12b a’ sealltainn buaidh eadar-cheangail air co-phàirtean MIMO, far an deach an aonaranachd as fheàrr eadar co-phàirtean MIMO a dhearbhadh. Is e an iomallachd eadar antennas 1 agus 2 an ìre as ìsle aig timcheall air -13.6 dB, agus tha an aonaranachd eadar antennas 1 agus 4 aig an ìre as àirde aig timcheall air -30.4 dB. Air sgàth cho beag ‘s a tha e agus an leud-bann nas fharsainge, tha buannachd nas ìsle agus toradh nas ìsle aig an antenna MIMO seo. Tha insulation ìosal, agus mar sin tha feum air barrachd daingneachadh agus insulation;
Uidheam dealbhaidh an antenna MIMO a tha san amharc (a) sealladh gu h-àrd agus (b) plèana talmhainn. (CST Studio Suite 2019).
Tha an rèiteachadh geoimeatrach agus an dòigh excitation den antenna MIMO metasurface a chaidh a mholadh air a shealltainn ann am Figear 13a. Tha matrix 10x10mm le tomhasan 80x80x1.575mm air a dhealbhadh airson taobh cùil antenna MIMO àrd 12mm, mar a chithear ann am Figear 13a. A bharrachd air an sin, thathas an dùil gum bi metasurfaces le backplanes copair air an cleachdadh ann an antennas MIMO gus an coileanadh adhartachadh. Tha an astar eadar an metasurface agus an antenna MIMO deatamach gus buannachd àrd fhaighinn fhad ‘s a tha e a’ ceadachadh eadar-theachd cuideachail eadar na tonnan a ghineadh leis an antenna agus an fheadhainn a chithear bhon uachdar-meatair. Chaidh modaladh farsaing a dhèanamh gus an àirde as fheàrr a dhèanamh eadar an antenna agus an uachdar-meatair fhad ‘s a bha iad a’ cumail ìrean cairteal-tonn airson a ’bhuannachd as motha agus aonaranachd eadar eileamaidean MIMO. Thèid na leasachaidhean mòra ann an coileanadh antenna MIMO a chaidh a choileanadh le bhith a’ cleachdadh metasurfaces le backplanes an coimeas ri metasurfaces gun backplanes a nochdadh anns na caibideilean às deidh sin.
(a) Suidheachadh atharrais CST den antenna MIMO a thathar a’ moladh a’ cleachdadh MS (CST STUDIO SUITE 2019), (b) Cromagan meòrachaidh an t-siostam MIMO leasaichte às aonais MS agus le MS.
Tha na faileasan de antennas MIMO le agus às aonais metasurfaces rim faicinn ann am Figear 13b, far a bheil S11 agus S44 air an taisbeanadh air sgàth giùlan cha mhòr co-ionann de gach antennas san t-siostam MIMO. Is fhiach a bhith mothachail gu bheil an leud-bann bacadh -10 dB de antenna MIMO às aonais agus le aon uachdar-meatair cha mhòr an aon rud. An coimeas ri sin, tha leud bann bacaidh an antenna MIMO a tha san amharc air a leasachadh le MS dà-fhillte agus backplane MS. Is fhiach a bhith mothachail, às aonais MS, gu bheil an antenna MIMO a ’toirt seachad leud-bann bloigh de 81.5% (3.2-7.6 GHz) an coimeas ri tricead an ionaid. Le bhith ag aonachadh an MS leis an backplane ag àrdachadh leud-bann bacaidh an antenna MIMO a tha san amharc gu 86.3% (3.08–7.75 GHz). Ged a tha MS dà-fhillte a’ meudachadh trochur, tha an leasachadh nas lugha na adhartas MS le backplane copair. A bharrachd air an sin, bidh MC dà-fhillte a 'meudachadh meud an antenna, a' meudachadh a chosgais, agus a 'cuingealachadh a raon. Tha an antenna MIMO dealbhaichte agus meòrachan metasurface air an dèanamh agus air an dearbhadh gus toraidhean atharrais a dhearbhadh agus gus an fhìor choileanadh a mheasadh. Tha Figear 14a a’ sealltainn an còmhdach MS saothraichte agus antenna MIMO le diofar phàirtean air an cruinneachadh, agus tha Figear 14b a’ sealltainn dealbh den t-siostam MIMO leasaichte. Tha an t-antenna MIMO air a chuir suas air mullach an uachdar-meatair a’ cleachdadh ceithir spacers nylon, mar a chithear ann am Figear 14b. Tha Figear 15a a’ sealltainn dealbh de shuidheachadh deuchainneach faisg air raon den t-siostam antenna MIMO leasaichte. Chaidh anailisiche lìonra PNA (Agilent Technologies PNA N5227A) a chleachdadh gus tuairmse a dhèanamh air crìochan sgapadh agus gus feartan sgaoilidhean faisg air raon a mheasadh agus a chomharrachadh ann an Saotharlann Siostaman Near-Field UKM SATIMO.
(a) Dealbhan de thomhais SATIMO faisg air an raon (b) Cromagan samhlachail agus deuchainneach de antenna S11 MIMO le agus às aonais MS.
Tha an roinn seo a’ toirt a-steach sgrùdadh coimeasach air na paramadairean S samhlachail agus a chaidh fhaicinn den antenna 5G MIMO a tha san amharc. Tha Figear 15b a’ sealltainn cuilbheart meòrachaidh deuchainneach an antenna MIMO MS 4-eileamaid aonaichte agus ga choimeas ri toraidhean atharrais CST. Chaidh na faileasan deuchainneach a lorg mar an ceudna ri àireamhachadh CST, ach bha iad beagan eadar-dhealaichte air sgàth uireasbhaidhean saothrachaidh agus fulangas deuchainneach. A bharrachd air an sin, tha an sealladh a chaidh fhaicinn den phròtacal MIMO stèidhichte air MS a tha san amharc a’ còmhdach an speactram 5G fo 6 GHz le leud-bann bacaidh de 4.8 GHz, a tha a’ ciallachadh gu bheil tagraidhean 5G comasach. Ach, tha an tricead athshondach tomhaiste, leud-bann, agus leudachd beagan eadar-dhealaichte bho thoraidhean atharrais CST. Faodaidh easbhaidhean cinneasachaidh, call coax-to-SMA, agus rèiteachaidhean tomhais a-muigh eadar-dhealachaidhean adhbhrachadh eadar toraidhean tomhaiste agus samhlachail. Ach, a dh’ aindeoin na h-uireasbhaidhean sin, tha am MIMO a thathar a’ moladh a’ coileanadh gu math, a’ toirt seachad aonta làidir eadar samhlaidhean agus tomhasan, ga dhèanamh gu math freagarrach airson tagraidhean gun uèir fo-6 GHz 5G.
Tha na lùban buannachd antenna MIMO samhlachail agus air am faicinn air an sealltainn ann am Figearan 2 agus 2. Mar a chithear ann am Figearan 16a, b agus 17a,b, fa leth, tha an eadar-obrachadh eadar co-phàirtean MIMO air a shealltainn. Nuair a thèid metasurfaces a chuir an sàs ann an antennas MIMO, tha an aonaranachd eadar antennas MIMO air a leasachadh gu mòr. Tha na plotaichean iomallachd eadar eileamaidean antenna faisg air làimh S12, S14, S23 agus S34 a’ nochdadh lùban coltach ris, fhad ‘s a tha na h-antennas MIMO trastain S13 agus S42 a’ nochdadh aonaranachd àrd mar thoradh air an astar as motha eatorra. Tha feartan tar-chuir samhlachail antennas faisg air làimh air an sealltainn ann am Figear 16a. Is fhiach a bhith mothachail, anns an speactram obrachaidh 5G fo 6 GHz, gur e -13.6 dB an aonaranachd as lugha de antenna MIMO às aonais uachdar-meatair, agus airson uachdar meta le backplane - 15.5 dB. Tha an cuilbheart buannachd (Figear 16a) a’ sealltainn gu bheil an metasurface backplane gu mòr a’ leasachadh an aonaranachd eadar eileamaidean antenna MIMO an coimeas ri uachdar-meatair aon-is-dùbailte. Air eileamaidean antenna a tha faisg air làimh, tha uachdar-meatair aon-is-dùbailte a’ toirt seachad an aonaranachd as lugha de mu -13.68 dB agus -14.78 dB, agus tha an metasurface backplane copair a’ toirt seachad timcheall air -15.5 dB.
Croisean aonaranachd samhlachail de eileamaidean MIMO às aonais còmhdach MS agus le còmhdach MS: (a) S12, S14, S34 agus S32 agus (b) S13 agus S24.
Croisean buannachd deuchainneach de na h-antennas MIMO stèidhichte air MS a tha san amharc às aonais agus le: (a) S12, S14, S34 agus S32 agus (b) S13 agus S24.
Tha na plotaichean buannachd antenna trastain MIMO ro agus às deidh an còmhdach MS a chuir ris air an sealltainn ann am Figear 16b. Is fhiach a bhith mothachail gur e an iomallachd as lugha eadar antennas trastain gun uachdar meta (antennas 1 agus 3) - 15.6 dB thairis air an speactram obrachaidh, agus is e metasurface le backplane - 18 dB. Tha an dòigh-obrach metasurface a’ lughdachadh gu mòr na buaidhean ceangail eadar antennas MIMO trastain. Is e -37 dB an insulation as àirde airson uachdar aon-fhillte, agus airson uachdar meata-dùbailte tha an luach seo a’ tuiteam gu -47 dB. Is e −36.2 dB an iomallachd as àirde den uachdar-meatair le backplane copair, a tha a’ lughdachadh le raon tricead a tha a ’sìor fhàs. An coimeas ri metasurfaces aon- agus dà-fhillte às aonais backplane, tha metasurfaces le backplane a’ toirt seachad iomallachd nas fheàrr thairis air an raon tricead obrachaidh gu lèir a tha a dhìth, gu sònraichte anns an raon 5G fo 6 GHz, mar a chithear ann am Figearan 16a, b. Anns a’ chòmhlan 5G as mòr-chòrdte agus as mòr-chòrdte fo 6 GHz (3.5 GHz), tha iomallachd nas ìsle aig metasurfaces aon-fhillte agus dà-fhillte eadar co-phàirtean MIMO na metasurfaces le backplanes copair (cha mhòr gun MS) (faic Figear 16a), b). Tha na tomhasan buannachd air an sealltainn ann am Figearan 17a, b, a’ sealltainn iomallachd antennas faisg air làimh (S12, S14, S34 agus S32) agus antennas trastain (S24 agus S13), fa leth. Mar a chithear bho na figearan seo (Fig. 17a, b), tha an iomallachd deuchainneach eadar co-phàirtean MIMO ag aontachadh gu math ris an aonranachd samhlachail. Ged a tha eadar-dhealachaidhean beaga eadar luachan CST samhlachail agus tomhais mar thoradh air uireasbhaidhean saothrachaidh, ceanglaichean puirt SMA agus call uèir. A bharrachd air an sin, tha an antenna agus an sgàthan MS suidhichte eadar na nylon spacers, a tha na chùis eile a bheir buaidh air na toraidhean a chaidh fhaicinn an coimeas ris na toraidhean atharrais.
sgrùdadh air cuairteachadh sruth uachdar aig 5.5 GHz gus àite meata-uachdair a reusanachadh ann a bhith a’ lughdachadh co-luachadh tro bhith a’ toirt thairis tonn uachdar42. Tha cuairteachadh gnàthach uachdar an antenna MIMO a tha san amharc ri fhaicinn ann am Figear 18, far a bheil antenna 1 air a stiùireadh agus an còrr den antenna air a thoirt gu crìch le luchd 50 ohm. Nuair a thèid antenna 1 a neartachadh, nochdaidh sruthan co-cheangail cudromach aig antennas faisg air làimh aig 5.5 GHz às aonais uachdar meta, mar a chithear ann am Figear 18a. Air an làimh eile, tro bhith a' cleachdadh uachdar-meatair, mar a chithear ann am Fig. 18b–d, tha an dealachadh eadar antennas faisg air làimh air a leasachadh. Bu chòir a thoirt fa-near gum faodar buaidh co-luachadh achaidhean faisg air làimh a lughdachadh le bhith a’ gluasad an t-sruth ceangail gu fàinneachan faisg air làimh de cheallan aonad agus ceallan aonad MS a tha faisg air làimh air an t-sreath MS ann an stiùiridhean antiparallel. Tha a bhith a’ stealladh sruth bho antennas sgaoilte gu aonadan MS na phrìomh dhòigh air aonaranachd a leasachadh eadar co-phàirtean MIMO. Mar thoradh air an sin, tha an sruth ceangail eadar co-phàirtean MIMO air a lughdachadh gu mòr, agus tha an aonaranachd air a leasachadh gu mòr cuideachd. Leis gu bheil an raon ceangail air a chuairteachadh gu farsaing san eileamaid, tha an metasurface backplane copair a ’dealachadh co-chruinneachadh antenna MIMO gu mòr nas motha na uachdar-meatair aon-is-dùbailte (Figear 18d). A bharrachd air an sin, tha iomadachadh cùil agus iomadachadh taobh glè ìosal aig an antenna MIMO leasaichte, a ’toirt a-mach pàtran rèididheachd aon-stiùiridh, agus mar sin a’ meudachadh buannachd an antenna MIMO a tha san amharc.
Cuir uachdar air pàtrain gnàthach an antenna MIMO a tha san amharc aig 5.5 GHz (a) às aonais MC, (b) MC aon-fhillte, (c) MC dà-fhillte, agus (d) MC aon-fhillte le backplane copair. (CST Studio Suite 2019).
Taobh a-staigh tricead obrachaidh, tha Figear 19a a’ sealltainn na buannachdan samhlachail agus faicsinneach den antenna MIMO dealbhaichte às aonais agus le uachdar-meatair. Is e 5.4 dBi am buannachd samhlaichte a chaidh a choileanadh de antenna MIMO gun uachdar-meatair, mar a chithear ann am Figear 19a. Mar thoradh air a’ bhuaidh co-cheangail eadar co-phàirtean MIMO, tha an antenna MIMO a tha san amharc a’ faighinn buannachd nas àirde na 0.25 dBi na aon antenna. Faodaidh cur-ris uachdar-meata buannachdan mòra agus aonaranachd a thoirt seachad eadar co-phàirtean MIMO. Mar sin, faodaidh an antenna MIMO metasurface a tha san amharc buannachd àrd de suas ri 8.3 dBi a choileanadh. Mar a chithear ann am Figear 19a, nuair a thèid aon uachdar-meatair a chleachdadh aig cùl antenna MIMO, bidh am buannachd ag àrdachadh le 1.4 dBi. Nuair a thèid an metasurface a dhùblachadh, bidh am buannachd a’ dol am meud le 2.1 dBi, mar a chithear ann am Figear 19a. Ach, thathas a’ faighinn a’ bhuannachd as àirde a thathar an dùil de 8.3 dBi nuair a bhios tu a’ cleachdadh an uachdar-meatair le backplane copair. Gu sònraichte, is e 6.8 dBi agus 7.5 dBi am buannachd as motha a chaidh a choileanadh airson na h-àrd-ùrlaran aon-fhillte agus dà-fhillte, agus is e 8.3 dBi am buannachd as motha a chaidh a choileanadh airson an uachdar-mheatair aig a’ bhonn. Tha an còmhdach metasurface air taobh cùil an antenna ag obair mar sgàthan, a’ nochdadh rèididheachd bho thaobh cùil an antenna agus a ’leasachadh a’ cho-mheas aghaidh-ri-cùl (F / B) den antenna MIMO dealbhaichte. A bharrachd air an sin, bidh an sgàthan àrd-bhacadh MS a ’làimhseachadh tonnan electromagnetic aig ìre, mar sin a’ cruthachadh ath-shuidheachadh a bharrachd agus ag adhartachadh coileanadh rèididheachd an antenna MIMO a tha san amharc. Faodaidh an sgàthan MS a chaidh a chuir a-steach air cùl antenna MIMO àrdachadh gu mòr air a’ bhuannachd a chaidh a choileanadh, a tha air a dhearbhadh le toraidhean deuchainneach. Tha na buannachdan a chaidh fhaicinn agus coltach ris an antenna MIMO prototype leasaichte cha mhòr mar a tha iad, ge-tà, aig cuid de tricead tha am buannachd tomhaiste nas àirde na a ’bhuannachd samhlachail, gu sònraichte airson MIMO às aonais MS; Tha na h-atharrachaidhean sin ann am buannachd deuchainneach mar thoradh air fulangas tomhais de na padaichean nylon, call càball, agus ceangal san t-siostam antenna. Is e 5.8 dBi an ìre as àirde de bhuannachd tomhais an antenna MIMO às aonais an uachdar-meatair, agus is e 8.5 dBi an uachdar-meatair le backplane copair. Is fhiach a bhith mothachail gu bheil an siostam antenna MIMO 4-port iomlan a tha san amharc le MS reflector a ’nochdadh buannachd àrd fo chumhachan deuchainneach agus àireamhach.
Samhlachadh agus toraidhean deuchainneach de (a) a ’bhuannachd a chaidh a choileanadh agus (b) coileanadh iomlan an antenna MIMO a chaidh a mholadh le buaidh uachdar uachdar.
Tha Figear 19b a’ sealltainn coileanadh iomlan an t-siostam MIMO a tha san amharc às aonais agus le meòrachain uachdar-meatair. Ann am Figear 19b, bha an èifeachdas as ìsle a’ cleachdadh MS le backplane os cionn 73% (sìos gu 84%). Tha èifeachdas iomlan nan antennas MIMO leasaichte às aonais MC agus le MC cha mhòr an aon rud le eadar-dhealachaidhean beaga an taca ris na luachan samhlachail. Is e na h-adhbharan airson seo fulangas tomhais agus cleachdadh spacers eadar an antenna agus an sgàthan MS. Tha am buannachd tomhaiste a chaidh a choileanadh agus èifeachdas iomlan thairis air an tricead gu lèir cha mhòr coltach ris na toraidhean atharrais, a’ nochdadh gu bheil coileanadh a’ prototype MIMO a tha san amharc mar a bhiodh dùil agus gu bheil an antenna MIMO stèidhichte air MS a tha air a mholadh freagarrach airson conaltradh 5G. Mar thoradh air mearachdan ann an sgrùdaidhean deuchainneach, tha eadar-dhealachaidhean ann eadar toraidhean iomlan deuchainnean obair-lann agus toraidhean samhlaidhean. Tha buaidh air coileanadh a’ phrototeip a tha san amharc le mì-chothromachadh bacaidh eadar an antenna agus an ceanglaiche SMA, call splice càball coaxial, buaidhean solder, agus cho faisg ‘s a tha diofar innealan dealanach don t-suidheachadh deuchainneach.
Tha Figear 20 a’ toirt cunntas air adhartas dealbhaidh agus optimization an antenna ainmichte ann an cruth diagram bloca. Tha an diagram bloc seo a’ toirt seachad tuairisgeul ceum air cheum air na prionnsapalan dealbhaidh antenna MIMO a tha san amharc, a bharrachd air na paramadairean aig a bheil prìomh phàirt ann a bhith ag ùrachadh an antenna gus am buannachd àrd agus an aonaranachd àrd a tha a dhìth a choileanadh thar tricead obrachaidh farsaing.
Chaidh na tomhais antenna MIMO faisg air achadh a thomhas ann an Àrainneachd Deuchainneach faisg air Raon SATIMO aig Saotharlann Siostaman Near-Field UKM SATIMO. Tha figearan 21a,b a’ sealltainn na pàtrain rèididheachd E-itealain agus plèana H a chaidh a sgrùdadh agus fhaicinn den antenna MIMO a chaidh a thagradh le agus às aonais MS aig tricead obrachaidh de 5.5 GHz. Anns an raon tricead obrachaidh de 5.5 GHz, tha an antenna MIMO neo-MS leasaichte a ’toirt seachad pàtran rèididheachd dà-thaobhach cunbhalach le luachan taobh lobe. Às deidh an sgàthan MS a chuir an sàs, tha an antenna a ’toirt seachad pàtran rèididheachd aon-stiùiridh agus a’ lughdachadh ìre nan lobes cùil, mar a chithear ann am Figearan 21a, b. Is fhiach a thoirt fa-near, le bhith a’ cleachdadh metasurface le backplane copair, gu bheil am pàtran antenna MIMO a tha san amharc nas seasmhaiche agus nas aon-stiùiridh na às aonais MS, le lobes cùil is cliathaich glè ìosal. Bidh an inneal meòrachaidh raon MM a tha san amharc a’ lughdachadh lobes cùil is cliathaich an antenna agus cuideachd a’ leasachadh feartan rèididheachd le bhith a’ stiùireadh an t-sruth ann an stiùireadh aon-stiùiridh (Fig. 21a, b), agus mar sin a’ meudachadh buannachd agus stiùireadh. Chaidh am pàtran rèididheachd tomhaiste fhaighinn airson port 1 le luchd 50 ohm ceangailte ris na puirt a bha air fhàgail. Chaidh fhaicinn gu robh am pàtran rèididheachd deuchainneach cha mhòr co-ionann ris an fhear a chaidh a shamhlachadh le CST, ged a bha cuid de dh’ atharrais ann mar thoradh air mì-rianachd phàirtean, faileasan bho phuirt crìochnachaidh, agus call ann an ceanglaichean càball. A bharrachd air an sin, chaidh spacer nylon a chuir a-steach eadar an antenna agus an MS reflector, a tha na chùis eile a tha a ’toirt buaidh air na toraidhean a chaidh fhaicinn an taca ris na toraidhean a bha dùil.
Chaidh pàtran rèididheachd an antenna MIMO leasaichte (às aonais MS agus le MS) aig tricead 5.5 GHz a shamhlachadh agus a dhearbhadh.
Tha e cudromach cuimhneachadh gu bheil iomallachd puirt agus na feartan co-cheangailte ris riatanach nuair a thathar a’ measadh coileanadh shiostaman MIMO. Thathas a’ sgrùdadh coileanadh iomadachd an t-siostam MIMO a tha san amharc, a’ toirt a-steach co-èifeachd co-dhàimh cèis (ECC) agus buannachd iomadachd (DG), gus neart an t-siostam antenna MIMO dealbhaichte a nochdadh. Faodar an ECC agus DG de antenna MIMO a chleachdadh gus a choileanadh a mheasadh oir tha iad nan taobhan cudromach de choileanadh siostam MIMO. Bheir na h-earrannan a leanas mion-fhiosrachadh mu na feartan seo den antenna MIMO a tha san amharc.
Co-èifeachd co-dhàimh cèis (ECC). Nuair a thathar a’ beachdachadh air siostam MIMO sam bith, bidh ECC a’ dearbhadh dè an ìre gu bheil na h-eileamaidean co-cheangailte ri chèile a thaobh am feartan sònraichte. Mar sin, tha ECC a’ sealltainn an ìre de aonaranachd seanail ann an lìonra conaltraidh gun uèir. Faodar an ECC (co-èifeachd co-dhàimh cèis) den t-siostam MIMO leasaichte a dhearbhadh stèidhichte air paramadairean S agus sgaoilidhean fada air falbh. Bho Eq. (7) agus (8) faodar an ECC den antenna MIMO 31 a tha san amharc a dhearbhadh.
Tha an co-èifeachd meòrachaidh air a riochdachadh le Sii agus tha Sij a’ riochdachadh a’ cho-èifeachd tar-chuir. Tha pàtrain rèididheachd trì-thaobhach nan antennas j-th agus i-th air an toirt seachad leis na h-abairtean \(\ vec{R}_{j} \left( { \ theta , \varphi } \right) \) agus \( \vec {{ R_{ i } }} Ceàrn sholadach air a riochdachadh le \left ( { \ theta , \ varphi } \right) \ ) agus \ ( { \ Omega } \). Tha lùb ECC den antenna a chaidh a mholadh air a shealltainn ann am Figear 22a agus tha a luach nas ìsle na 0.004, a tha gu math nas ìsle na an luach iomchaidh de 0.5 airson siostam gun uèir. Mar sin, tha an luach ECC lùghdaichte a’ ciallachadh gu bheil an siostam MIMO 4-port a thathar a’ moladh a’ toirt seachad iomadachd nas fheàrr43.
Buannachd Iomadachd (DG) Tha DG na mheatrach dèanadais siostam MIMO eile a tha a’ toirt cunntas air mar a tha an sgeama iomadachd a’ toirt buaidh air cumhachd rèididheachd. Tha Dàimh (9) a’ dearbhadh DG an t-siostam antenna MIMO a thathar a’ leasachadh, mar a tha air a mhìneachadh ann an 31.
Tha Figear 22b a’ sealltainn an diagram DG den t-siostam MIMO a thathar a’ moladh, far a bheil an luach DG glè fhaisg air 10 dB. Tha luachan DG gach antennas den t-siostam MIMO dealbhaichte nas àirde na 9.98 dB.
Tha Clàr 1 a’ dèanamh coimeas eadar an antenna MIMO metasurface a chaidh a mholadh le siostaman MIMO coltach ris a chaidh a leasachadh o chionn ghoirid. Bidh an coimeas a’ toirt aire do ghrunn pharaimearan coileanaidh, a’ gabhail a-steach leud-bann, buannachd, aonaranachd as àirde, èifeachdas iomlan, agus coileanadh iomadachd. Tha luchd-rannsachaidh air diofar phrotainnean antenna MIMO a thaisbeanadh le dòighean àrdachadh buannachd is aonaranachd ann an 5, 44, 45, 46, 47. An coimeas ri obraichean a chaidh fhoillseachadh roimhe, tha an siostam MIMO a tha san amharc le meòrachain metasurface nas fheàrr na iad a thaobh leud-bann, buannachd, agus aonaranachd. A bharrachd air an sin, an taca ri antennas coltach ris a chaidh aithris, tha an siostam MIMO leasaichte a ’nochdadh coileanadh iomadachd nas fheàrr agus èifeachdas iomlan aig meud nas lugha. Ged a tha iomallachd nas àirde aig na h-antennas a tha air am mìneachadh ann an Earrann 5.46 na na h-antennas a tha sinn a’ moladh, tha na h-antennas sin a’ fulang le meud mòr, buannachd ìosal, leud-bann cumhang, agus droch choileanadh MIMO. Tha an antenna 4-port MIMO a chaidh a mholadh ann an 45 a’ nochdadh buannachd agus èifeachdas àrd, ach tha aonaranachd ìosal, meud mòr, agus droch choileanadh iomadachd aig an dealbhadh aige. Air an làimh eile, tha buannachd glè ìosal agus leud-bann obrachaidh aig an t-siostam antenna meud beag a chaidh a mholadh ann an 47, fhad ‘s a tha an siostam MIMO 4-port stèidhichte air MS againn a’ taisbeanadh meud beag, buannachd àrd, aonaranachd àrd agus coileanadh nas fheàrr MIMO. Mar sin, faodaidh an antenna MIMO metasurface a tha san amharc a bhith na phrìomh thagraiche airson siostaman conaltraidh fo-6 GHz 5G.
Thathas a’ moladh antenna MIMO bann-leathann ceithir-phort stèidhichte air sgàthan le buannachd àrd agus aonaranachd gus taic a thoirt do thagraidhean 5G fo 6 GHz. Bidh an loidhne microstrip a’ biathadh earrann radiating ceàrnagach, a tha air a ghearradh sìos le ceàrnag aig na h-oiseanan trastain. Thathas a’ cur an gnìomh an emitter MS agus antenna a tha san amharc air stuthan substrate coltach ri Rogers RT5880 gus coileanadh sàr-mhath a choileanadh ann an siostaman conaltraidh 5G aig astar luath. Tha an antenna MIMO a’ nochdadh raon farsaing agus buannachd àrd, agus a ’toirt seachad aonaranachd làidir eadar co-phàirtean MIMO agus èifeachdas sàr-mhath. Tha tomhasan beaga de 0.58?0.58?0.02 aig an antenna singilte leasaichte? le raon metasurface 5 × 5, a’ toirt seachad leud-bann obrachaidh farsaing 4.56 GHz, buannachd stùc 8 dBi agus èifeachdas tomhaiste nas fheàrr. Tha an antenna MIMO ceithir-phort a thathar a’ moladh (2 × 2 array) air a dhealbhadh le bhith a’ co-thaobhadh orthogonally gach antenna singilte a thathar a’ moladh le antenna eile le tomhasan 1.05λ × 1.05λ × 0.02λ. Thathas a’ moladh sreath 10 × 10 MM a chruinneachadh fo antenna MIMO àrd 12mm, a dh’ fhaodadh lùghdachadh a dhèanamh air rèididheachd cùil agus lughdachadh co-luachadh eadar co-phàirtean MIMO, agus mar sin a’ leasachadh buannachd agus aonaranachd. Tha toraidhean deuchainneach agus atharrais a’ sealltainn gum faod am prototype MIMO leasaichte obrachadh ann an raon tricead farsaing de 3.08–7.75 GHz, a’ còmhdach an speactram 5G fo 6 GHz. A bharrachd air an sin, tha an antenna MIMO stèidhichte air MS a tha san amharc a’ leasachadh a bhuannachd le 2.9 dBi, a’ faighinn buannachd as àirde de 8.3 dBi, agus a’ toirt seachad sàr aonaranachd (> 15.5 dB) eadar co-phàirtean MIMO, a’ dearbhadh tabhartas MS. A bharrachd air an sin, tha èifeachdas iomlan cuibheasach àrd de 82% aig an antenna MIMO a tha san amharc agus astar eadar-eileamaid ìosal de 22 mm. Tha an antenna a’ taisbeanadh coileanadh iomadachd MIMO sàr-mhath a’ toirt a-steach DG fìor àrd (còrr air 9.98 dB), ECC glè ìosal (nas lugha na 0.004) agus pàtran rèididheachd aon-stiùiridh. Tha na toraidhean tomhais glè choltach ris na toraidhean atharrais. Tha na feartan sin a’ dearbhadh gum faod an siostam antenna MIMO ceithir-phort leasaichte a bhith na roghainn obrachaidh airson siostaman conaltraidh 5G anns an raon tricead fo-6 GHz.
Faodaidh Cowin antenna PCB bann-leathann 400-6000MHz a thoirt seachad, agus taic gus antenna ùr a dhealbhadh a rèir do riatanas, cuir fios thugainn gun leisg ma tha iarrtas sam bith agad.
Ùine puist: Dàmhair-10-2024