хабар-баннер

Ахбор

Истифодаи метасайрҳо барои беҳтар кардани фоида ва изолятсияи мавҷгирҳои васеи PCB барои системаҳои алоқаи 5G зери 6 ГГц

Антеннаи васеи PCB (1)

Ин кор як мавҷгири фарохмаҷрошудаи ҳамгирошудаи бисёрвазни бисёрсоҳавӣ (MIMO) (MS) барои системаҳои алоқаи бесими насли панҷум (5G) зери 6 ГГцро пешниҳод мекунад. Навоварии ошкори системаи пешниҳодшудаи MIMO ин маҷрои васеъи корӣ, фоидаи баланд, тозакунии хурди байникомпонентҳо ва ҷудокунии аъло дар дохили ҷузъҳои MIMO мебошад. Нуқтаи радиатсияи мавҷгир ба таври диагоналӣ бурида, қисман ба замин гузошта шудааст ва барои беҳтар кардани кори антенна метасайрҳо истифода мешаванд. Прототипи пешниҳодшудаи мавҷгири ягонаи MS дорои андозаҳои миниётураи 0.58λ × 0.58λ × 0.02λ мебошад. Натоиҷи симулятсия ва андозагирӣ иҷрои фарохмаҷро аз 3,11 ГГц то 7,67 ГГц, аз ҷумла баландтарин фоидаи 8 дБиро нишон медиҳанд. Системаи чаҳор элементи MIMO тавре тарҳрезӣ шудааст, ки ҳар як мавҷгири ба ҳамдигар ортогоналӣ буда, андозаи паймон ва иҷрои фарохмаҷро аз 3,2 то 7,6 ГГц нигоҳ дорад. Прототипи пешниҳодшудаи MIMO дар субстрати Rogers RT5880 бо талафоти кам ва андозаҳои хурдтар аз 1,05? 1,05? 0,02?, ва иҷрои он бо истифода аз массиви резонатори ҳалқаи пӯшидаи мураббаъ бо ҳалқаи тақсимшудаи 10 x 10 баҳо дода мешавад. Маводи асосӣ ҳамон аст. Метасаҳифаи пуштибонии пешниҳодшуда радиатсияи қафои мавҷгириро ба таври назаррас коҳиш медиҳад ва майдонҳои электромагнитиро идора мекунад ва ба ин васила фарохмаҷро, фоида ва ҷудокунии ҷузъҳои MIMO-ро беҳтар мекунад. Дар муқоиса бо мавҷгирҳои мавҷудаи MIMO, мавҷгири 4-порти MIMO ба фоидаи баланди 8,3 dBi бо самаранокии миёнаи умумии то 82% дар банди 5G зери 6 ГГц ноил мешавад ва бо натиҷаҳои ченшуда мувофиқат мекунад. Ғайр аз он, мавҷгири таҳияшудаи MIMO аз нигоҳи коэффисиенти коррелятсияи лифофа (ECC) аз 0,004 камтар, афзоиши гуногунрангӣ (DG) тақрибан 10 дБ (>9,98 дБ) ва изолятсияи баланд байни ҷузъҳои MIMO (>15,5 дБ) нишон медиҳад. хусусиятҳо. Ҳамин тариқ, мавҷгири пешниҳодшудаи MIMO дар асоси MS қобили татбиқ будани онро барои шабакаҳои алоқаи зери 6 ГГц 5G тасдиқ мекунад.
Технологияи 5G як пешрафти бебаҳо дар иртибототи бесим аст, ки имкон медиҳад, ки шабакаҳои тезтар ва бехатартар барои миллиардҳо дастгоҳҳои пайвастшуда таъмин карда шаванд, таҷрибаи корбаронро бо таъхири “сифр” (аз 1 миллисония камтар) таъмин кунанд ва технологияҳои нав, аз ҷумла электроникаро ҷорӣ кунанд. ёрии тиббй, тарбияи интеллектуалй. , шаҳрҳои интеллектуалӣ, хонаҳои интеллектуалӣ, воқеияти виртуалӣ (VR), заводҳои интеллектуалӣ ва Интернети воситаҳои нақлиёт (IoV) ҳаёти мо, ҷомеа ва соҳаҳои моро тағир медиҳанд1,2,3. Комиссияи федералии алоқаи ИМА (FCC) спектри 5G-ро ба чаҳор басомади басомад тақсим мекунад4. Басомади зери 6 ГГц барои муҳаққиқон ҷолиб аст, зеро он имкон медиҳад, ки алоқаи дурдаст бо суръати баланди маълумот 5,6. Тақсими спектри зер-6 ГГц 5G барои алоқаи глобалии 5G дар расми 1 нишон дода шудааст, ки аз он шаҳодат медиҳад, ки ҳамаи кишварҳо спектри зер-6 ГГцро барои алоқаи 5G баррасӣ мекунанд7,8. Антеннаҳо як ҷузъи муҳими шабакаҳои 5G мебошанд ва антеннаҳои бештари истгоҳи базавӣ ва терминалҳои корбарро талаб мекунанд.
Антеннаҳои ямоқи микрострип бартариҳои лоғарӣ ва сохтори ҳамвор доранд, аммо дар фарохмаҷро ва фоида маҳдуданд9,10, бинобар ин барои баланд бардоштани даромад ва фарохмаҷрои мавҷгир таҳқиқоти зиёде анҷом дода шудааст; Дар солҳои охир, metasurfaces (MS) ба таври васеъ дар технологияҳои мавҷгири истифода бурда мешавад, махсусан барои беҳтар намудани фоида ва гузариши11,12, Аммо, ин мавҷгирҳои танҳо ба як порт маҳдуд аст; Технологияи MIMO як ҷанбаи муҳими алоқаи бесим аст, зеро он метавонад ҳамзамон якчанд мавҷгирҳоро барои интиқоли маълумот истифода барад ва ба ин васила суръати маълумот, самаранокии спектр, қобилияти канал ва эътимоднокӣ беҳтар карда шавад13,14,15. Антеннаҳои MIMO номзадҳои эҳтимолӣ барои барномаҳои 5G мебошанд, зеро онҳо метавонанд маълумотро тавассути каналҳои сершумор бидуни ниёз ба нерӯи иловагӣ интиқол ва қабул кунанд16,17. Таъсири пайвастагии мутақобилан байни ҷузъҳои MIMO аз ҷойгиршавии унсурҳои MIMO ва ба даст овардани мавҷгири MIMO вобаста аст, ки барои муҳаққиқон як мушкили ҷиддӣ аст. Рақамҳои 18, 19 ва 20 мавҷгирҳои гуногуни MIMO-ро нишон медиҳанд, ки дар диапазони 5G зери 6 ГГц кор мекунанд, ки ҳама изолятсия ва иҷрои хуби MIMO-ро нишон медиҳанд. Аммо, фоида ва фарохмаҷрои кори ин системаҳои пешниҳодшуда паст аст.
Метаматериалҳо (ММ) маводи наве мебошанд, ки дар табиат вуҷуд надоранд ва метавонанд мавҷҳои электромагнитиро идора кунанд ва ба ин васила кори мавҷгирҳоро беҳтар созанд21,22,23,24. Ҳоло MM дар технологияи мавҷгир барои беҳтар кардани шакли радиатсионӣ, фарохмаҷро, фоида ва ҷудокунӣ байни унсурҳои мавҷгир ва системаҳои алоқаи бесим, тавре ки дар 25, 26, 27, 28 баррасӣ шудааст, ба таври васеъ истифода мешавад. Дар соли 2029 системаи чор элементи MIMO дар асоси metasurface, ки дар он қисмати мавҷгир дар байни метасайр ва замин бидуни холигии ҳаво ҷойгир карда шудааст, ки кори MIMO-ро беҳтар мекунад. Аммо, ин тарҳ дорои андозаи калонтар, басомади камтари корӣ ва сохтори мураккаб мебошад. Фазои электромагнитӣ (EBG) ва ҳалқаи заминӣ ба мавҷгири пешниҳодшудаи 2-порти фарохмаҷрои MIMO барои беҳтар кардани изолятсияи ҷузъҳои MIMO30 дохил карда шудаанд. Антеннаи тарҳрезишуда дорои иҷрои хуби гуногунии MIMO ва ҷудокунии аъло байни ду мавҷгири MIMO мебошад, аммо танҳо бо истифода аз ду ҷузъи MIMO фоида кам хоҳад буд. Илова бар ин, in31 инчунин як мавҷгири ултра-васеъ (UWB)-и ду-порти MIMO-ро пешниҳод кард ва иҷрои MIMO-и онро бо истифода аз метаматериалҳо тафтиш кард. Ҳарчанд ин мавҷгир қодир ба кори UWB аст, фоидаи он паст аст ва изолятсияи байни ду мавҷгир суст аст. Кори in32 системаи 2-порти MIMO-ро пешниҳод мекунад, ки барои баланд бардоштани фоида рефлекторҳои электромагнитӣ (EBG) -ро истифода мебарад. Гарчанде ки массиви мавҷгири таҳияшуда дорои фоидаи баланд ва иҷрои хуби гуногунии MIMO мебошад, андозаи калони он татбиқи дастгоҳҳои насли ояндаро мушкил мекунад. Боз як мавҷгири фарохмаҷрои рефлекторӣ дар соли 33 таҳия шудааст, ки дар он инъикоскунанда дар зери мавҷгир бо фосилаи 22 мм калонтар муттаҳид карда шуда буд, ки авҷи пасти 4,87 дБ-ро нишон медиҳад. Paper 34 як мавҷгири чор-порти MIMO-ро барои барномаҳои mmWave тарроҳӣ мекунад, ки бо қабати MS барои беҳтар кардани изолятсия ва фоидаи системаи MIMO ҳамгиро шудааст. Бо вуҷуди ин, ин мавҷгир фоида ва изолятсияи хубро таъмин мекунад, аммо аз сабаби холигии бузурги ҳаво дорои маҷрои маҳдуд ва хосиятҳои механикии суст мебошад. Ба ҳамин монанд, дар соли 2015 як мавҷгири MIMO-и се ҷуфт, 4-порти камоншакли метасайр ҳамгирошуда барои алоқаи mmWave бо фоидаи ҳадди аксар 7,4 дБӣ таҳия карда шуд. B36 MS дар қафои мавҷгири 5G барои баланд бардоштани фоидаи мавҷгир истифода мешавад, ки дар он метасайр ҳамчун рефлектор амал мекунад. Аммо, сохтори MS асимметрӣ аст ва ба сохтори ҳуҷайраҳои воҳид камтар таваҷҷӯҳ зоҳир карда шудааст.
Тибқи натиҷаҳои таҳлили дар боло овардашуда, ҳеҷ яке аз мавҷгирҳои дар боло зикршуда фоидаи баланд, изолятсияи аъло, иҷрои MIMO ва фарогирии фарохмаҷро надоранд. Аз ин рӯ, то ҳол ниёз ба мавҷгири MIMO-и metasurface вуҷуд дорад, ки метавонад доираи васеи басомадҳои спектри 5G-ро аз 6 ГГц бо фоидаи баланд ва изолятсия фаро гирад. Бо дарназардошти маҳдудиятҳои адабиёти дар боло зикршуда, барои системаҳои алоқаи бесими зери 6 ГГц як системаи васеи мавҷгири чор элементи MIMO бо фоидаи баланд ва иҷрои аълои гуногунрангӣ пешниҳод карда мешавад. Илова бар ин, мавҷгири пешниҳодшудаи MIMO изолятсияи аъло байни ҷузъҳои MIMO, холигии элементҳои хурд ва самаранокии баланди радиатсияро нишон медиҳад. Ямоқи мавҷгир ба таври диагоналӣ бурида шуда, дар болои метасатр бо холигии ҳавоии 12 мм ҷойгир карда шудааст, ки радиатсияи бозгаштро аз антенна инъикос мекунад ва фоида ва самти мавҷгириро беҳтар мекунад. Илова бар ин, мавҷгири ягонаи пешниҳодшуда барои сохтани мавҷгири чор элементи MIMO бо иҷрои аълои MIMO тавассути ҷойгир кардани ҳар як антенна ба таври ортогоналӣ ба ҳамдигар истифода мешавад. Пас аз он мавҷгири таҳияшудаи MIMO дар болои массиви 10 × 10 MS бо панели пушти мис барои беҳтар кардани иҷрои партобҳо муттаҳид карда шуд. Тарҳ дорои диапазони васеи кор (3,08-7,75 ГГц), афзоиши баланди 8,3 дБ ва самаранокии миёнаи умумии 82%, инчунин изолятсияи аълои беш аз -15,5 дБ байни ҷузъҳои мавҷгири MIMO мебошад. Антеннаи таҳияшудаи MIMO дар асоси MS бо истифода аз бастаи нармафзори электромагнитии 3D CST Studio 2019 тақлид карда шуд ва тавассути таҳқиқоти таҷрибавӣ тасдиқ карда шуд.
Ин бахш муқаддимаи муфассалро ба меъмории пешниҳодшуда ва методологияи тарҳрезии як антенна пешниҳод мекунад. Илова бар ин, натиҷаҳои тақлидшуда ва мушоҳидашуда ба таври муфассал баррасӣ карда мешаванд, аз ҷумла параметрҳои пароканда, фоида ва самаранокии умумӣ бо ва бидуни метасатрҳо. Антеннаи прототипӣ дар як субстрати диэлектрикии кам талафоти Rogers 5880 бо ғафсии 1,575 мм бо доимии диэлектрикии 2,2 таҳия шудааст. Барои таҳия ва тақлид кардани тарҳ, бастаи симуляторҳои электромагнитии CST studio 2019 истифода шудааст.
Дар расми 2 модели меъморӣ ва тарҳи пешниҳодшудаи мавҷгири якэлементӣ нишон дода шудааст. Мутобиқи муодилаҳои математикии хуб муқарраршуда37, мавҷгир аз нуқтаи радиатсионӣ ба таври хаттӣ таъминшуда ва ҳавопаймои заминии мисӣ (тавре ки дар қадами 1 тавсиф шудааст) иборат аст ва бо паҳнои гузариши хеле танг дар 10,8 ГГц, тавре ки дар расми 3б нишон дода шудааст, резонанс мекунад. Андозаи ибтидоии радиатори антенна бо муносибати математикии зерин муайян карда мешавад37:
Дар он ҷое ки \(P_{L}\) ва \(P_{w}\) дарозӣ ва паҳнои ҷаъба мебошанд, c суръати рӯшноиро ифода мекунад, \(\гамма_{r}\) доимии диэлектрикии субстрат мебошад. . , \(\gamma_{reff }\) арзиши самараноки диэлектрикии нуқтаи радиатсионӣ, \(\Delta L\) тағирёбии дарозии нуқтаро ифода мекунад. Пушти мавҷгир дар марҳилаи дуюм оптимизатсия карда шуд, сарфи назар аз фарохмаҷрои импеданси хеле пасти 10 дБ маҷрои импедансро афзоиш дод. Дар марҳилаи сеюм, мавқеъи фидер ба тарафи рост интиқол дода мешавад, ки маҷрои импеданс ва мутобиқати импеданси мавҷгири пешниҳодшударо беҳтар мекунад38. Дар ин марҳила, мавҷгир маҷрои аълои кории 4 ГГцро нишон медиҳад ва инчунин спектри аз 6 ГГц дар 5G-ро фаро мегирад. Марҳилаи чорум ва ниҳоӣ аз буридани чуқуриҳои мураббаъ дар кунҷҳои муқобили нуқтаи радиатсионӣ иборат аст. Ин слот паҳнои маҷрои 4,56 ГГцро ба таври назаррас васеъ мекунад, то спектри зерсохторҳои 6 ГГц 5G аз 3,11 ГГц то 7,67 ГГц, тавре ки дар расми 3b нишон дода шудааст, фаро гирад. Намоишҳои дурнамои пеш ва поёни тарҳи пешниҳодшуда дар расми 3а нишон дода шудаанд ва параметрҳои ниҳоии оптимизатсияшудаи тарҳрезии зарурӣ инҳоянд: SL = 40 мм, Pw = 18 мм, PL = 18 мм, gL = 12 мм, fL = 11. мм, fW = 4 ,7 мм, c1 = 2 мм, c2 = 9,65 мм, c3 = 1,65 мм.
(a) Намоиши боло ва пушти антеннаи ягонаи тарҳрезишуда (CST STUDIO SUITE 2019). (б) каљи параметри S.
Metasurface истилоҳест, ки ба массиви даврии ҳуҷайраҳои воҳид дар масофаи муайян аз ҳамдигар ҷойгир аст. Metasurfaces як роҳи самараноки беҳтар кардани радиатсияи мавҷгир, аз ҷумла фарохмаҷро, фоида ва ҷудокунӣ байни ҷузъҳои MIMO мебошанд. Аз сабаби таъсири паҳншавии мавҷҳои рӯизаминӣ, метасайрҳо резонансҳои иловагӣ эҷод мекунанд, ки ба беҳтар шудани кори мавҷгир мусоидат мекунанд39. Ин кор як воҳиди метаматериалии эпсилон-манфиро (MM) пешниҳод мекунад, ки дар банди 5G дар зери 6 ГГц кор мекунад. MM бо масоҳати сатҳи 8мм × 8мм дар асоси талафоти ками Rogers 5880 бо доимии диэлектрикӣ 2,2 ва ғафсии 1,575 мм таҳия шудааст. Ямоқи резонатори оптимизатсияшудаи MM аз ҳалқаи тақсимшудаи ботинии даврашакл иборат аст, ки ба ду ҳалқаи тақсимшудаи беруна пайваст карда шудааст, тавре ки дар расми 4а нишон дода шудааст. Тасвири 4а параметрҳои оптимизатсияи ниҳоии танзимоти MM-и пешниҳодшударо ҷамъбаст мекунад. Минбаъд, қабатҳои метасайри 40 × 40 мм ва 80 × 80 мм бидуни пушти мис ва бо пушти мис бо истифода аз массивҳои ҳуҷайраҳои 5 × 5 ва 10 × 10 таҳия карда шуданд. Сохтори пешниҳодшудаи MM бо истифода аз нармафзори моделсозии электромагнитии 3D "CST studio suite 2019" моделсозӣ шудааст. Як прототипи сохтаи сохтори массиви пешниҳодшудаи MM ва насби андозагирӣ (анализатори шабакаи дугонаи PNA ва бандари мавҷ) дар расми 4б барои тасдиқи натиҷаҳои симулятсияи CST тавассути таҳлили вокуниши воқеӣ нишон дода шудааст. Насби андозагирӣ як таҳлилгари шабакаи силсилаи Agilent PNA-ро дар якҷоягӣ бо ду адаптерҳои коаксиалии мавҷӣ (A-INFOMW, рақами қисм: 187WCAS) барои ирсол ва қабули сигналҳо истифода бурд. Массиви прототипи 5 × 5 дар байни ду адаптери коаксиалии мавҷгир ҷойгир карда шуд, ки тавассути кабели коаксиалӣ ба анализатори шабакаи ду-портӣ (Agilent PNA N5227A) пайваст карда шудааст. Маҷмӯи калибрченкунии Agilent N4694-60001 барои калибр кардани анализатори шабака дар як корхонаи озмоишӣ истифода мешавад. Параметрҳои парокандагии моделиронӣ ва CST мушоҳидашудаи массиви прототипи MM дар расми 5а нишон дода шудаанд. Дидан мумкин аст, ки сохтори пешниҳодшудаи MM дар диапазони басомади 5G зери 6 ГГц садо медиҳад. Сарфи назар аз фарқияти хурди фарохмаҷрои 10 дБ, натиҷаҳои моделиронӣ ва таҷрибавӣ хеле монанданд. Басомади резонанс, фарохмаҷро ва амплитудаи резонанси мушоҳидашуда аз тақлидшуда каме фарқ мекунад, ки дар расми 5а нишон дода шудааст. Ин фарқиятҳо байни натиҷаҳои мушоҳидашуда ва тақлидшуда аз нокомиҳои истеҳсолӣ, тозакунии хурд байни прототип ва бандарҳои мавҷҳо, эффектҳои пайвастшавӣ байни портҳои мавҷҳо ва ҷузъҳои массив ва таҳаммулпазирии андозагирӣ вобастаанд. Илова бар ин, ҷойгиркунии дурусти прототипи таҳияшуда дар байни бандарҳои мавҷи мавҷ дар танзимоти таҷрибавӣ метавонад боиси тағирёбии резонанс гардад. Илова бар ин, дар марҳилаи калибрченкунӣ садои номатлуб мушоҳида карда шуд, ки боиси ихтилофи байни натиҷаҳои ададӣ ва ченшуда гардид. Аммо, ба ғайр аз ин мушкилот, прототипи массиви пешниҳодшудаи MM аз сабаби таносуби қавӣ байни моделиронӣ ва таҷриба хуб кор мекунад ва онро барои барномаҳои алоқаи бесими зери 6 ГГц 5G мувофиқ месозад.
(а) Геометрияи воҳиди ҳуҷайра (S1 = 8 мм, S2 = 7 мм, S3 = 5 мм, f1, f2, f4 = 0,5 мм, f3 = 0,75 мм, h1 = 0,5 мм, h2 = 1 ,75 мм) (CST) STUDIO SUITE) ) 2019) (б) Акси насби ченкунии MM.
(a) Моделсозӣ ва санҷиши хатҳои параметрҳои парокандаи прототипи метаматериал. $B) Каљи доимии диэлектрикии ячейкаи воњиди ММ.
Параметрҳои дахлдори муассир ба монанди доимии самараноки диэлектрикӣ, гузариши магнитӣ ва шохиси шикастан бо истифода аз усулҳои дарунсохт коркарди симулятори электромагнитии CST барои таҳлили минбаъдаи рафтори ҳуҷайраи воҳиди MM омӯхта шуданд. Параметрҳои самараноки MM аз параметрҳои пароканда бо истифода аз усули барқарорсозии мустаҳкам ба даст оварда мешаванд. Муодилаҳои зерини гузаранда ва коэффисиенти инъикос: (3) ва (4) барои муайян кардани шохиси шикастан ва муқовимат истифода мешаванд (ниг. 40).
Қисмҳои ҳақиқӣ ва хаёлии оператор мутаносибан бо (.)' ва (.)” ифода карда мешаванд ва қимати бутуни m ба нишондиҳандаи рефраксияи воқеӣ мувофиқ аст. Муқовимат ва гузариши диэлектрикӣ бо формулаҳои \(\varepsilon { } = { }n/z,\) ва \(\mu = nz\) муайян карда мешаванд, ки мутаносибан ба муқовимат ва шохиси шикастан асос ёфтаанд. Хатти каљи самараноки доимии диэлектрикии сохтори ММ дар расми 5б нишон дода шудааст. Дар басомади резонанси доимии диэлектрикӣ манфӣ аст. Дар расмҳои 6a,b арзишҳои истихроҷи гузариши самаранок (μ) ва нишондиҳандаи рефраксияи самараноки (n) ҳуҷайраи воҳиди пешниҳодшуда нишон дода шудаанд. Қобили зикр аст, ки гузариши истихроҷшуда арзишҳои воқеии мусбати ба сифр наздикро нишон медиҳанд, ки хосиятҳои эпсилон-манфии (ENG) сохтори пешниҳодшудаи MM-ро тасдиқ мекунанд. Гайр аз ин, чунон ки дар расми 6а нишон дода шудааст, резонанс дар гузариши ба сифр наздик ба басомади резонанси сахт алокаманд аст. Ҳуҷайраи воҳиди таҳияшуда дорои нишондиҳандаи манфии рефраксия (расми 6б), ки маънои онро дорад, ки MM-и пешниҳодшударо барои беҳтар кардани кори мавҷгир истифода бурдан мумкин аст21,41.
Прототипи таҳияшудаи як мавҷгири фарохмаҷро барои озмоиши тарҳи пешниҳодшуда сохта шудааст. Дар расмҳои 7a, b тасвирҳои мавҷгири ягонаи прототипи пешниҳодшуда, қисмҳои сохтории он ва насби андозагирии майдони наздик (SATIMO) нишон дода шудаанд. Барои беҳтар кардани кори мавҷгир, метасайри таҳияшуда дар қабатҳои зери антенна ҷойгир карда мешавад, тавре ки дар расми 8а нишон дода шудааст, бо баландии h. Дар паси антеннаи ягона бо фосилаи 12 мм як қабати дуқабата 40 мм x 40 мм татбиқ карда шуд. Илова бар ин, дар паҳлӯи қафои антеннаи ягона дар масофаи 12 мм як метасайр бо пушти сар ҷойгир карда шудааст. Пас аз татбиқи metasurface, мавҷгири ягона беҳбудии назаррасро дар иҷроиш нишон медиҳад, тавре ки дар расмҳои 1 ва 2 нишон дода шудааст. Рақамҳои 8 ва 9. Расми 8b нақшаҳои инъикоси симулятсияшуда ва ченшударо барои мавҷгири ягона бе ва бо metasurfaces нишон медиҳад. Қобили зикр аст, ки банди фарогирии мавҷгири бо метасайр ба банди фарогирии мавҷгири бе метасайр хеле монанд аст. Рақамҳои 9a, b муқоисаи фоидаи ягонаи антеннаи симулятсияшуда ва мушоҳидашуда ва самаранокии умумии бе ва бо MS дар спектри амалиётӣ нишон медиҳанд. Ин мумкин аст, ки дар муқоиса бо мавҷгири ғайриметасарфӣ, афзоиши мавҷгири метасайрӣ ба таври назаррас беҳтар шуда, аз 5,15 дБ то 8 дБ афзоиш ёфтааст. Афзоиши метасатраи якқабата, метасатҳи дуқабата ва мавҷгири ягона бо метасатҳи пушти қафо мутаносибан 6 дБ, 6,9 дБ ва 8 дБ зиёд шуд. Дар муқоиса бо дигар метасайрҳо (МК-ҳои якқабата ва дуқабата), фоидаи як мавҷгири метасайрӣ бо пушти мис то 8 дБ аст. Дар ин ҳолат, метасайр ҳамчун инъикоскунанда амал карда, радиатсияи қафои антеннаро коҳиш медиҳад ва мавҷҳои электромагнитиро дар марҳила идора мекунад ва ба ин васила самаранокии радиатсионӣ ва аз ин рӯ фоидаи мавҷгириро зиёд мекунад. Омӯзиши самаранокии умумии як мавҷгири бе ва бо метасатрҳо дар расми 9б нишон дода шудааст. Қобили зикр аст, ки самаранокии мавҷгири бо ва бе метасатр тақрибан якхела аст. Дар диапазони басомадҳои поёнтар, самаранокии мавҷгир каме коҳиш меёбад. Хатҳои таҷрибавӣ ва симулятсионии фоида ва самаранокӣ мувофиқати хуб доранд. Бо вуҷуди ин, байни натиҷаҳои тақлидшуда ва санҷидашуда бо сабаби камбудиҳои истеҳсолӣ, таҳаммулпазирии андозагирӣ, талафи пайвасти порти SMA ва талафи сим фарқиятҳои ночиз мавҷуданд. Илова бар ин, мавҷгир ва рефлектори MS дар байни фосилаҳои нейлон ҷойгиранд, ки ин як масъалаи дигарест, ки ба натиҷаҳои мушоҳидашуда дар муқоиса бо натиҷаҳои моделиронӣ таъсир мерасонад.
Расми (а) антеннаи ягонаи анҷомёфта ва ҷузъҳои алоқаманди онро нишон медиҳад. (б) Танзими андозагирии майдони наздик (SATIMO).
(a) Барангезиши антенна бо истифода аз рефлекторҳои метасатрӣ (CST STUDIO SUITE 2019). (б) инъикоси моделиронӣ ва таҷрибавии як мавҷгири ягона бидуни ва бо MS.
Натоиҷи симулятсия ва андозагирии (а) фоидаи бадастомада ва (б) самаранокии умумии мавҷгири эффекти metasurface пешниҳодшуда.
Таҳлили намунаи чӯб бо истифода аз MS. Ченкунии як антенна дар майдони наздик дар муҳити таҷрибавии SATIMO дар лабораторияи системаҳои наздики майдони УКМ SATIMO гузаронида шуд. Рақамҳои 10a, b намунаҳои радиатсияи тақлидшуда ва мушоҳидашудаи E-ҳавопаймо ва H-ҳавопайморо дар 5,5 ГГц барои мавҷгири ягонаи пешниҳодшуда бо ва бидуни MS нишон медиҳанд. Антеннаи ягонаи таҳияшуда (бе MS) намунаи пайвастаи радиатсияи дуҷонибаро бо арзишҳои лобҳои паҳлӯ таъмин мекунад. Пас аз ба кор бурдани рефлектори пешниҳодшудаи MS, мавҷгири як самти радиатсияро таъмин мекунад ва сатҳи лобҳои қафоро коҳиш медиҳад, тавре ки дар расмҳои 10а, б нишон дода шудааст. Қобили зикр аст, ки намунаи радиатсияи ягонаи мавҷгири пешниҳодшуда бо лобҳои хеле пасти қафо ва паҳлӯ ҳангоми истифодаи метасайр бо пушти мисӣ устувортар ва якҷониба аст. Рефлектори массиви пешниҳодшудаи MM лобҳои қафо ва паҳлӯии мавҷгириро коҳиш медиҳад ва ҳангоми беҳтар кардани кори радиатсионӣ тавассути равона кардани ҷараён ба самтҳои якҷониба (расми 10а, б) ва ба ин васила фоида ва самтро зиёд мекунад. Мушоҳида карда шуд, ки шакли радиатсияи таҷрибавӣ тақрибан бо моделҳои CST муқоисашаванда буд, аммо аз сабаби номувофиқ будани ҷузъҳои гуногуни ҷамъшуда, таҳаммулпазирии андозагирӣ ва талафоти ноқилҳо каме фарқ мекард. Илова бар ин, дар байни мавҷгир ва рефлектори MS як фосилаи нейлон гузошта шуд, ки ин як масъалаи дигарест, ки ба натиҷаҳои мушоҳидашуда нисбат ба натиҷаҳои рақамӣ таъсир мерасонад.
Намунаи радиатсияи антеннаи ягонаи таҳияшуда (бе MS ва бо MS) дар басомади 5,5 ГГц тақлид ва озмуда шуд.
Геометрияи мавҷгири MIMO пешниҳодшуда дар расми 11 нишон дода шудааст ва чаҳор мавҷгири ягонаро дар бар мегирад. Чаҳор ҷузъи мавҷгири MIMO дар рӯи заминаҳои андозаҳои 80 × 80 × 1,575 мм ба ҳамдигар ба таври ортогоналӣ ҷойгир шудаанд, тавре ки дар расми 11 нишон дода шудааст. Антеннаи тарҳрезишудаи MIMO масофаи байниэлементҳо 22 мм дорад, ки аз он хурдтар аст. наздиктарин масофаи мувофиқи байни элементҳои антенна. Антеннаи MIMO таҳия шудааст. Илова бар ин, як қисми ҳавопаймои заминӣ ҳамон тавре ки як антенна ҷойгир аст. Қиматҳои инъикоси мавҷгирҳои MIMO (S11, S22, S33 ва S44), ки дар расми 12a нишон дода шудаанд, ҳамон рафтори мавҷгири як элементро дар бандҳои 3,2–7,6 ГГц нишон медиҳанд. Аз ин рӯ, фарохмаҷрои муқовимати мавҷгири MIMO бо мавҷгири ягона комилан якхела аст. Таъсири пайвастшавӣ байни ҷузъҳои MIMO сабаби асосии аз даст додани маҷрои хурди мавҷгирҳои MIMO мебошад. Дар расми 12б таъсири пайвастшавӣ ба ҷузъҳои MIMO нишон дода шудааст, ки дар он ҷудокунии оптималии байни ҷузъҳои MIMO муайян карда шудааст. Изолятсияи байни мавҷгирҳои 1 ва 2 пасттарин дар тақрибан -13,6 дБ ва ҷудошавӣ байни мавҷгирҳои 1 ва 4 баландтарин дар тақрибан -30,4 дБ аст. Аз сабаби андозаи хурд ва маҷрои васеътари он, ин мавҷгири MIMO фоидаи камтар ва қобилияти камтар дорад. Изолятсия паст аст, бинобар ин зиёд кардани арматура ва изолятсия талаб карда мешавад;
Механизми тарҳрезии мавҷгири пешниҳодшудаи MIMO (а) намуди боло ва (б) ҳавопаймои заминӣ. (CST Studio Suite 2019).
Тартиби геометрӣ ва усули ҳаяҷонбахши мавҷгири MIMO-и метасайри пешниҳодшуда дар расми 13а нишон дода шудааст. Матритсаи 10x10мм бо андозаҳои 80x80x1.575mm барои паҳлӯи қафои мавҷгири 12мм баландии MIMO тарҳрезӣ шудааст, тавре ки дар расми 13a нишон дода шудааст. Илова бар ин, метасайрҳо бо пушти мис барои истифода дар мавҷгирҳои MIMO барои беҳтар кардани кори онҳо пешбинӣ шудаанд. Масофаи байни метасайр ва мавҷгири MIMO барои ноил шудан ба фоидаи баланд муҳим аст ва дар ҳоле ки дахолати созанда байни мавҷҳои аз ҷониби мавҷгир тавлидшуда ва мавҷҳои аз метасатр инъикосшаванда имкон медиҳад. Моделсозии васеъ барои оптимизатсияи баландии байни мавҷгир ва метасайр ҳангоми нигоҳ доштани стандартҳои чоряки мавҷ барои ҳадди аксар фоида ва ҷудошавӣ байни унсурҳои MIMO анҷом дода шуд. Такмилҳои назаррас дар кори мавҷгири MIMO, ки тавассути истифодаи метасайрҳо бо қафо дар муқоиса бо метасайрҳои бепоя ба даст оварда шудаанд, дар бобҳои минбаъда нишон дода мешаванд.
(а) Насби симулятсияи CST мавҷгири пешниҳодшудаи MIMO бо истифода аз MS (CST STUDIO SUITE 2019), (б) хатҳои инъикоси системаи таҳияшудаи MIMO бидуни MS ва бо MS.
Инъикосҳои мавҷгирҳои MIMO бо ва бе метасатрҳо дар расми 13b нишон дода шудаанд, ки дар он S11 ва S44 аз сабаби рафтори қариб якхелаи ҳама мавҷгирҳо дар системаи MIMO оварда шудаанд. Қобили зикр аст, ки фарохмаҷрои муқовимати -10 дБ мавҷгири MIMO бидуни ва бо як метасайр тақрибан якхела аст. Баръакси ин, фарохмаҷрои муқовимати мавҷгири пешниҳодшудаи MIMO тавассути қабати дуқабата MS ва пушти MS такмил дода мешавад. Қобили зикр аст, ки бидуни MS мавҷгири MIMO маҷрои касриро 81,5% (3,2-7,6 ГГц) нисбат ба басомади марказӣ таъмин мекунад. Интегратсияи MS бо паҳлӯи қафо маҷрои импеданси мавҷгири пешниҳодшудаи MIMO-ро то 86,3% (3,08–7,75 ГГц) зиёд мекунад. Гарчанде ки MS дуқабата қобилияти интиқолро афзоиш медиҳад, беҳтаршавӣ нисбат ба MS бо пушти мисӣ камтар аст. Ғайр аз он, MC дуқабата андозаи антеннаро зиёд мекунад, арзиши онро зиёд мекунад ва доираи онро маҳдуд мекунад. Антеннаи тарҳрезишудаи MIMO ва рефлектори метасайр барои тасдиқи натиҷаҳои моделиронӣ ва арзёбии иҷрои воқеӣ сохта ва санҷида шудаанд. Дар расми 14а қабати сохташудаи MS ва мавҷгири MIMO бо ҷузъҳои гуногун ҷамъ оварда шудааст, дар сурате, ки расми 14б акси системаи таҳияшудаи MIMO-ро нишон медиҳад. Антеннаи MIMO дар болои метасатр бо истифода аз чаҳор фосилаи нейлон, тавре ки дар расми 14b нишон дода шудааст, насб карда шудааст. Тасвири 15а тасвири насби таҷрибавии наздикии системаи мавҷгири MIMO-ро нишон медиҳад. Як таҳлилгари шабакавии PNA (Agilent Technologies PNA N5227A) барои арзёбии параметрҳои парокандагӣ ва арзёбӣ ва тавсифи хусусиятҳои партовҳои майдони наздик дар Лабораторияи системаҳои наздики саҳроии UKM SATIMO истифода шудааст.
(a) Аксҳои андозагирии майдони наздики SATIMO (б) Каҷҳои тақлидшуда ва таҷрибавии мавҷгири S11 MIMO бо ва бидуни MS.
Дар ин бахш омӯзиши муқоисавии S-параметрҳои симулятсияшуда ва мушоҳидашудаи мавҷгири пешниҳодшудаи 5G MIMO оварда шудааст. Тасвири 15b нақшаи инъикоси таҷрибавии мавҷгири 4-элементи MIMO MS-ро нишон медиҳад ва онро бо натиҷаҳои моделиронии CST муқоиса мекунад. Нишондиҳандаҳои таҷрибавӣ бо ҳисобҳои CST якхела буданд, аммо аз сабаби камбудиҳои истеҳсолӣ ва таҳаммулпазирии таҷрибавӣ каме фарқ мекарданд. Илова бар ин, инъикоси мушоҳидашудаи прототипи пешниҳодшудаи MIMO дар асоси MS спектри 5G-ро аз 6 ГГц бо фарохмаҷрои импеданси 4,8 ГГц фаро мегирад, ки ин маънои онро дорад, ки барномаҳои 5G имконпазиранд. Бо вуҷуди ин, басомади резонанси ченшуда, фарохмаҷро ва амплитуда аз натиҷаҳои моделиронии CST каме фарқ мекунад. Нуқсонҳои истеҳсолӣ, талафоти пайвастшавӣ ба SMA ва танзимоти андозагирии беруна метавонанд фарқияти байни натиҷаҳои ченак ва симулятсияро ба вуҷуд оранд. Аммо, сарфи назар аз ин норасоиҳо, MIMO-и пешниҳодшуда хуб кор мекунад ва мувофиқати қавӣ байни моделиронӣ ва андозагириҳоро таъмин мекунад ва онро барои барномаҳои бесими зери 6 ГГц 5G мувофиқ месозад.
Қаҷҳои афзоиши мавҷгири MIMO-и моделиршуда ва мушоҳидашуда дар расмҳои 2 ва 2 нишон дода шудаанд. Тавре ки мутаносибан дар расмҳои 16a,b ва 17a,b нишон дода шудааст, таъсири мутақобилаи ҷузъҳои MIMO нишон дода шудааст. Вақте ки метасайрҳо ба мавҷгирҳои MIMO татбиқ карда мешаванд, изолятсия байни мавҷгирҳои MIMO ба таври назаррас беҳтар карда мешавад. Қитъаҳои изолятсия байни унсурҳои мавҷгири ҳамсоя S12, S14, S23 ва S34 каҷҳои шабеҳро нишон медиҳанд, дар ҳоле ки мавҷгирҳои диагоналии MIMO S13 ва S42 аз сабаби масофаи бештар байни онҳо ҷудокунии баландро нишон медиҳанд. Хусусиятҳои интиқоли симулятсияи мавҷгирҳои ҳамсоя дар расми 16а нишон дода шудаанд. Қобили зикр аст, ки дар спектри кории 5G аз 6 ГГц камтар изолятсияи мавҷгири MIMO бе метасайр -13,6 дБ ва барои метасайр бо қафо 15,5 дБ аст. Нақшаи фоида (Расми 16а) нишон медиҳад, ки метасайри паси панел изолятсияи байни унсурҳои мавҷгири MIMO-ро дар муқоиса бо метасайрҳои якқабата ва дуқабат ба таври назаррас беҳтар мекунад. Дар унсурҳои мавҷгири ҳамшафат, метасайрҳои якқабата ва дуқабата ҳадди ақали изолятсияи тақрибан -13,68 дБ ва -14,78 дБ ва метасатҳи пушти мис тақрибан -15,5 дБ таъмин мекунанд.
Каҷҳои изолятсияшудаи унсурҳои MIMO бе қабати MS ва бо қабати MS: (a) S12, S14, S34 ва S32 ва (б) S13 ва S24.
Хатҳои таҷрибавии фоидаи мавҷгирҳои пешниҳодшудаи MIMO дар асоси MS бе ва бо: (a) S12, S14, S34 ва S32 ва (б) S13 ва S24.
Қитъаҳои мавҷгири диагоналии MIMO пеш аз илова кардани қабати MS дар расми 16b нишон дода шудаанд. Қобили зикр аст, ки ҳадди ақали изолятсия байни мавҷгирҳои диагоналӣ бе метасатр (антеннаҳои 1 ва 3) дар тамоми спектри корӣ - 15,6 дБ ва метасатр бо пушти қафо - 18 дБ аст. Равиши metasurface таъсири пайвастшавӣ байни мавҷгирҳои диагоналии MIMO-ро ба таври назаррас коҳиш медиҳад. Изолятсияи максималӣ барои метасатраи якқабата -37 дБ аст, дар ҳоле ки барои метасатҳи дуқабата ин арзиш то -47 дБ паст мешавад. Изолятсияи максималии метасатр бо қафои мис -36,2 дБ аст, ки бо афзоиши диапазони басомад кам мешавад. Дар муқоиса бо метасайрҳои якқабата ва дуқабатаи бе қафо, метасайрҳо бо қафо ҷудокунии олиро дар тамоми диапазони басомади кории зарурӣ таъмин мекунанд, махсусан дар диапазони 5G аз 6 ГГц, тавре ки дар расмҳои 16a, b нишон дода шудааст. Дар бандҳои маъмултарин ва ба таври васеъ истифодашавандаи 5G зери 6 ГГц (3,5 ГГц), метасайрҳои якқабата ва дуқабатӣ нисбат ба метасайрҳои пушти мис (қариб MS) изолятсияи пасттар байни ҷузъҳои MIMO доранд (ниг. Расми 16a), b). Андозаҳои фоида дар расмҳои 17a, b нишон дода шудаанд, ки ҷудокунии мавҷгирҳои ҳамсоя (S12, S14, S34 ва S32) ва мавҷгирҳои диагоналиро (S24 ва S13) нишон медиҳанд. Тавре ки аз ин рақамҳо дида мешавад (расми 17а, б), ҷудокунии таҷрибавӣ байни ҷузъҳои MIMO бо изолятсияи симулятсия мувофиқ аст. Гарчанде ки байни арзишҳои симулятсияшуда ва ченшудаи CST аз сабаби камбудиҳои истеҳсолӣ, пайвастҳои порти SMA ва талафоти сим фарқиятҳои ночиз мавҷуданд. Илова бар ин, мавҷгир ва рефлектори MS дар байни фосилаҳои нейлон ҷойгиранд, ки ин як масъалаи дигарест, ки ба натиҷаҳои мушоҳидашуда дар муқоиса бо натиҷаҳои моделиронӣ таъсир мерасонад.
тақсимоти ҷараёни рӯизаминиро дар 5,5 ГГц омӯхт, то нақши метасайрҳоро дар коҳиш додани пайвасти мутақобила тавассути пахшкунии мавҷи рӯизаминӣ 42 омӯзад. Тақсимоти ҷории рӯизаминии мавҷгири пешниҳодшудаи MIMO дар расми 18 нишон дода шудааст, ки дар он мавҷгири 1 идора карда мешавад ва қисми боқимондаи мавҷгир бо сарбории 50 Ом қатъ карда мешавад. Вақте ки мавҷгири 1 барқ ​​​​гирад, ҷараёнҳои муҳими пайвастшавии мутақобила дар мавҷгирҳои ҳамсоя дар 5,5 ГГц дар сурати мавҷуд набудани метасаҳифа, тавре ки дар расми 18а нишон дода шудааст, пайдо мешаванд. Баръакс, ба воситаи истифодаи метасайрҳо, тавре ки дар расми 18b–d нишон дода шудааст, ҷудокунии байни антеннаҳои ҳамсоя беҳтар карда мешавад. Бояд қайд кард, ки таъсири пайвастшавии мутақобилаи майдонҳои ҳамсояро тавассути паҳн кардани ҷараёни пайвастшавӣ ба ҳалқаҳои ҳамшафати ҳуҷайраҳои воҳид ва ҳуҷайраҳои воҳиди MS дар баробари қабати MS дар самтҳои зиддипараллӣ кам кардан мумкин аст. Инъекцияи ҷараён аз мавҷгирҳои тақсимшуда ба воҳидҳои MS як усули калидӣ барои беҳтар кардани изолятсия байни ҷузъҳои MIMO мебошад. Дар натиҷа, ҷараёни пайвастшавӣ байни ҷузъҳои MIMO хеле кам мешавад ва изолятсия низ хеле беҳтар шудааст. Азбаски майдони пайвастшавӣ дар элемент ба таври васеъ паҳн шудааст, метасатҳи паси мис маҷмӯи мавҷгири MIMO-ро нисбат ба метасатрҳои якқабата ва дуқабат ба таври назаррас ҷудо мекунад (Расми 18d). Ғайр аз он, мавҷгири таҳияшудаи MIMO дорои паҳншавии хеле паст ва паҳншавии паҳлӯ мебошад, ки намунаи радиатсионӣ ба вуҷуд меорад ва ба ин васила фоидаи мавҷгири пешниҳодшудаи MIMO-ро зиёд мекунад.
Намунаҳои ҷории рӯизаминии мавҷгири пешниҳодшудаи MIMO дар 5,5 ГГц (а) бе MC, (б) MC-и якқабата, (в) MC-и якқабата ва (г) MC-и якқабата бо пушти мис. (CST Studio Suite 2019).
Дар доираи басомади корӣ, расми 19а дастовардҳои тақлидшуда ва мушоҳидашудаи мавҷгири тарҳрезишудаи MIMO-ро бидуни ва бо метасатрҳо нишон медиҳад. Фоидаи ба даст омадаи тақлидшудаи мавҷгири MIMO бидуни метасайр 5,4 дБ аст, тавре ки дар расми 19а нишон дода шудааст. Аз сабаби таъсири мутақобилаи мутақобилан байни ҷузъҳои MIMO, мавҷгири пешниҳодшудаи MIMO воқеан нисбат ба як мавҷгири ягона 0,25 дБ фоида зиёдтар ба даст меорад. Илова кардани метасайрҳо метавонад фоидаи назаррас ва ҷудокуниро байни ҷузъҳои MIMO таъмин кунад. Ҳамин тариқ, мавҷгири metasurface MIMO-и пешниҳодшуда метавонад фоидаи баландро то 8,3 дБ ба даст орад. Тавре ки дар расми 19а нишон дода шудааст, вақте ки дар қафои мавҷгири MIMO як метасаҳи ягона истифода мешавад, фоида ба 1,4 дБи зиёд мешавад. Ҳангоме ки метасатр дучанд мешавад, фоида ба 2,1 дБи зиёд мешавад, тавре ки дар расми 19а нишон дода шудааст. Бо вуҷуди ин, ҳадди аксар фоидаи пешбинишуда 8,3 дБӣ ҳангоми истифодаи метасайр бо пушти мис ба даст меояд. Қобили зикр аст, ки фоидаи максималии ба даст овардашуда барои метасатрҳои якқабата ва дуқабата мутаносибан 6,8 дБ ва 7,5 дБ аст, дар ҳоле ки ҳадди аксар фоида барои метасатҳи қабати поёнӣ 8,3 дБ аст. Қабати метасайрӣ дар паҳлӯи қафои антенна ҳамчун рефлектор амал мекунад, ки радиатсияро аз тарафи қафои антенна инъикос мекунад ва таносуби пеш ба қафо (F/B)-и мавҷгири тарҳрезишудаи MIMO-ро беҳтар мекунад. Илова бар ин, рефлектори муқовимати баланди MS мавҷҳои электромагнитиро дар марҳила идора мекунад ва ба ин васила резонанси иловагӣ эҷод мекунад ва иҷрои радиатсияи мавҷгири пешниҳодшудаи MIMO-ро беҳтар мекунад. Рефлектори MS, ки дар паси мавҷгири MIMO насб шудааст, метавонад фоидаи бадастомадаро ба таври назаррас афзоиш диҳад, ки онро натиҷаҳои таҷрибавӣ тасдиқ мекунанд. Фоидаҳои мушоҳидашуда ва тақлидшудаи мавҷгири прототипи таҳияшудаи MIMO тақрибан якхелаанд, аммо дар баъзе басомадҳо фоидаи ченшуда аз фоидаи моделиронӣ баландтар аст, махсусан барои MIMO бидуни MS; Ин тағирот дар фоидаи таҷрибавӣ аз таҳаммулпазирии андозагирии пӯшишҳои нейлон, талафоти кабел ва пайвастшавӣ дар системаи мавҷгир вобаста аст. Афзоиши баландтарини ченкунии мавҷгири MIMO бидуни метасайр 5,8 дБ аст, дар ҳоле ки метасайр бо қафои мис 8,5 дБ аст. Қобили қайд аст, ки системаи мукаммали мавҷгири 4-порти MIMO бо рефлектори MS дар шароити таҷрибавӣ ва ададӣ фоидаи баланд нишон медиҳад.
Натоиҷи симулятсия ва таҷрибавии (а) фоидаи бадастомада ва (б) иҷрои умумии мавҷгири пешниҳодшудаи MIMO бо эффекти метасайр.
Тасвири 19б иҷрои умумии системаи пешниҳодшудаи MIMO-ро бе ва бо рефлекторҳои метасатрӣ нишон медиҳад. Дар расми 19b, самаранокии пасттарин бо истифода аз MS бо пуштибон беш аз 73% (то 84%) буд. Самаранокии умумии мавҷгирҳои таҳияшудаи MIMO бидуни MC ва бо MC тақрибан бо фарқиятҳои ночиз дар муқоиса бо арзишҳои симулятсияшуда якхела аст. Сабабҳои ин таҳаммулпазирии андозагирӣ ва истифодаи фосилаҳо байни мавҷгир ва рефлектори MS мебошанд. Фоидаи бадастомада ва самаранокии умумӣ дар тамоми басомад тақрибан ба натиҷаҳои симулятсия монанд аст, ки нишон медиҳад, ки иҷрои прототипи пешниҳодшудаи MIMO тавре интизор буд, ва мавҷгири тавсияшудаи MIMO дар асоси MS барои алоқаи 5G мувофиқ аст. Аз сабаби хатогиҳо дар таҳқиқоти таҷрибавӣ, байни натиҷаҳои умумии таҷрибаҳои лабораторӣ ва натиҷаҳои моделсозӣ фарқиятҳо мавҷуданд. Фаъолияти прототипи пешниҳодшуда аз номувофиқатии импеданс байни мавҷгир ва пайвасткунандаи SMA, талафоти пайвасти кабели коаксиалӣ, эффектҳои кафшерӣ ва наздикии дастгоҳҳои гуногуни электронӣ ба насби таҷрибавӣ таъсир мерасонад.
Дар расми 20 тарҳрезӣ ва беҳсозии пешрафти мавҷгири гуфташуда дар шакли диаграммаи блок тасвир шудааст. Ин диаграммаи блок тавсифи зина ба зина дар бораи принсипҳои тарҳрезии мавҷгири MIMO ва инчунин параметрҳоеро пешниҳод мекунад, ки дар оптимизатсияи мавҷгир барои ноил шудан ба фоидаи баланд ва изолятсияи баланд дар басомади васеи корӣ нақши калидӣ мебозанд.
Антеннаи мавҷгири MIMO дар майдони наздик дар муҳити таҷрибавии SATIMO дар Лабораторияи системаҳои наздики саҳроии UKM SATIMO чен карда шуд. Дар расмҳои 21a,b намунаҳои радиатсияи E-ҳавопаймо ва H-ҳавопаймои тақлидшуда ва мушоҳидашудаи мавҷгири MIMO бо ва бидуни MS бо басомади кори 5,5 ГГц тасвир шудаанд. Дар диапазони басомади кории 5,5 ГГц, мавҷгири ғайримуқаррарии MS MIMO намунаи пайвастаи радиатсияи дуҷонибаро бо арзишҳои лобҳои паҳлӯ таъмин мекунад. Пас аз ба кор бурдани рефлектори MS, мавҷгири як самти радиатсияро таъмин мекунад ва сатҳи лобҳои қафоро коҳиш медиҳад, тавре ки дар расмҳои 21а, б нишон дода шудааст. Қобили зикр аст, ки бо истифода аз метасайр бо қафои мис, намунаи мавҷгири пешниҳодшудаи MIMO нисбат ба бе MS бо лобҳои хеле пасти пушт ва паҳлӯ устувортар ва якҷониба аст. Рефлектори массиви MM пешниҳодшуда лобҳои қафо ва паҳлӯии мавҷгириро коҳиш медиҳад ва инчунин хусусиятҳои радиатсионӣ тавассути равона кардани ҷараён ба як самти яктарафа беҳтар мешавад (расми 21а, б) ва ба ин васила фоида ва самтро зиёд мекунад. Намунаи ченшудаи радиатсионӣ барои бандари 1 бо сарбории 50 Ом ба портҳои боқимонда пайваст карда шуд. Мушоҳида карда шуд, ки намунаи радиатсияи таҷрибавӣ бо намунае, ки аз ҷониби CST тақлид карда шудааст, тақрибан якхела буд, гарчанде ки баъзе аз инҳирофҳо аз сабаби нодурусти ҷузъҳо, инъикоси портҳои терминал ва талафот дар пайвастҳои кабелӣ вуҷуд доштанд. Илова бар ин, дар байни мавҷгир ва рефлектори MS як фосилаи нейлон гузошта шуд, ки ин як масъалаи дигарест, ки ба натиҷаҳои мушоҳидашуда нисбат ба натиҷаҳои пешбинишуда таъсир мерасонад.
Намунаи радиатсияи мавҷгири таҳияшудаи MIMO (бе MS ва бо MS) дар басомади 5,5 ГГц тақлид ва озмуда шуд.
Бояд қайд кард, ки ҷудокунии порт ва хусусиятҳои ба он алоқаманд ҳангоми арзёбии кори системаҳои MIMO муҳиманд. Фаъолияти гуногунии системаи пешниҳодшудаи MIMO, аз ҷумла коэффисиенти коррелятсияи лифофа (ECC) ва фоидаи гуногунрангӣ (DG), барои нишон додани устувории системаи мавҷгири тарҳрезишудаи MIMO тафтиш карда мешавад. ECC ва DG-и мавҷгири MIMO метавонад барои арзёбии кори он истифода шавад, зеро онҳо ҷанбаҳои муҳими кори системаи MIMO мебошанд. Дар бахшҳои зерин ин хусусиятҳои мавҷгири пешниҳодшудаи MIMO муфассал шарҳ дода мешаванд.
Коэффисиенти коррелятсияи лифофа (ECC). Ҳангоми баррасии ҳама гуна системаи MIMO, ECC дараҷаеро муайян мекунад, ки унсурҳои таркибӣ бо ҳамдигар вобаста ба хосиятҳои мушаххаси онҳо робита доранд. Ҳамин тариқ, ECC дараҷаи ҷудошавии каналро дар шабакаи алоқаи бесим нишон медиҳад. ECC (коэффисиенти коррелятсияи лифофа)-и системаи таҳияшудаи MIMO-ро дар асоси параметрҳои S ва партовҳои майдони дур муайян кардан мумкин аст. Аз эк. (7) ва (8) ECC-и мавҷгири MIMO 31-ро муайян кардан мумкин аст.
Коэффисиенти инъикос бо Sii ва Сиҷ коэффисиенти интиқолро ифода мекунад. Намунаҳои радиатсияи сеченакаи мавҷгирҳои j-ум ва i-ум бо ифодаҳои \(\vec{R}_{j} \left( {\theta,\varphi } \right)\) ва \( дода мешаванд. \vec {{R_{ i } }} Кунҷи сахт, ки бо \left( {\theta ,\varphi } \right)\) ва \({\Омега ифода шудааст) }\). Каҷи каҷи мавҷгири пешниҳодшудаи ECC дар расми 22a нишон дода шудааст ва арзиши он камтар аз 0,004 аст, ки аз арзиши қобили қабули 0,5 барои системаи бесим хеле паст аст. Аз ин рӯ, арзиши камшудаи ECC маънои онро дорад, ки системаи пешниҳодшудаи 4-порти MIMO гуногунии олиро таъмин мекунад43.
Diversity Gain (DG) DG боз як метрикаи иҷрои системаи MIMO мебошад, ки тасвир мекунад, ки чӣ гуна схемаи гуногунрангӣ ба нерӯи радиатсионӣ таъсир мерасонад. Муносибат (9) DG-и системаи мавҷгири MIMO-ро, ки дар 31 тавсиф шудааст, муайян мекунад.
Расми 22б диаграммаи DG-и системаи пешниҳодшудаи MIMO-ро нишон медиҳад, ки дар он арзиши DG ба 10 дБ хеле наздик аст. Қиматҳои DG-и ҳама мавҷгирҳои системаи тарҳрезишудаи MIMO аз 9,98 дБ зиёданд.
Ҷадвали 1 мавҷгири MIMO-и metasurface-и пешниҳодшударо бо системаҳои ба наздикӣ таҳияшудаи MIMO муқоиса мекунад. Муқоиса параметрҳои гуногуни иҷроиш, аз ҷумла фарохмаҷро, фоида, изолятсияи максималӣ, самаранокии умумӣ ва иҷрои гуногуниро ба назар мегирад. Тадқиқотчиён прототипҳои гуногуни мавҷгирҳои MIMO-ро бо усулҳои такмилдиҳии афзоиш ва изолятсия дар 5, 44, 45, 46, 47 пешниҳод карданд. Дар муқоиса бо корҳои қаблан нашршуда, системаи пешниҳодшудаи MIMO бо рефлекторҳои метасайр аз ҷиҳати фарохмаҷро, фоида ва ҷудошавӣ аз онҳо бартарӣ дорад. Илова бар ин, дар муқоиса бо мавҷгирҳои шабеҳи гузоришшуда, системаи таҳияшудаи MIMO иҷрои гуногунии олӣ ва самаранокии умумиро дар андозаи хурдтар нишон медиҳад. Гарчанде ки мавҷгирҳои дар фасли 5.46 тавсифшуда нисбат ба мавҷгирҳои пешниҳодшудаи мо изолятсияи баландтар доранд, ин мавҷгирҳо аз андозаи калон, фоидаи кам, фарохмаҷрои танг ва кори сусти MIMO азоб мекашанд. Антеннаи 4-порти MIMO, ки дар 45 пешниҳод шудааст, фоида ва самаранокии баландро нишон медиҳад, аммо тарҳи он изолятсияи паст, андозаи калон ва иҷрои бади гуногунрангӣ дорад. Аз тарафи дигар, системаи антеннаи хурди дар 47 пешниҳодшуда дорои фоидаи хеле паст ва фарохмаҷрои корӣ дорад, дар ҳоле ки системаи пешниҳодшудаи MS дар асоси 4-порти MIMO андозаи хурд, фоидаи баланд, изолятсияи баланд ва иҷрои беҳтари MIMO-ро намоиш медиҳад. Ҳамин тариқ, мавҷгири metasurface MIMO-и пешниҳодшуда метавонад як рақиби асосӣ барои системаҳои коммуникатсионӣ зери 6 ГГц 5G гардад.
Як мавҷгири фарохмаҷрои MIMO дар асоси рефлектори чаҳор порти метасайр бо фоидаи баланд ва изолятсия барои дастгирии барномаҳои 5G дар зери 6 ГГц пешниҳод карда мешавад. Хатти микрострип як қисмати квадратии радиатсионӣ, ки дар кунҷҳои диагоналӣ бо як мураббаъ бурида мешавад, ғизо медиҳад. MS ва эмитенти мавҷгири пешниҳодшуда дар маводҳои субстрати шабеҳ ба Rogers RT5880 барои ноил шудан ба иҷрои аъло дар системаҳои баландсуръати алоқаи 5G амалӣ карда мешаванд. Антеннаи MIMO дорои доираи васеъ ва фоидаи баланд буда, ҷудокунии садоро байни ҷузъҳои MIMO ва самаранокии аъло таъмин мекунад. Антеннаи ягонаи таҳияшуда андозаи миниётураи 0,58?0,58?0,02? бо массиви 5×5 metasurface, фарохмаҷрои васеъи 4,56 ГГц, фоидаи қуллаи 8 dBi ва самаранокии олии ченшударо таъмин мекунад. Антеннаи пешниҳодшудаи чор-порти MIMO (массиви 2 × 2) тавассути ба таври ортогоналӣ мувофиқ кардани ҳар як мавҷгири ягонаи пешниҳодшуда бо мавҷгири дигар бо андозаҳои 1.05λ × 1.05λ × 0.02λ тарҳрезӣ шудааст. Тавсия дода мешавад, ки массиви 10 × 10 MM-ро дар зери мавҷгири 12 мм баландии MIMO ҷамъ кунед, ки метавонад радиатсияи бозгаштро коҳиш диҳад ва пайвастагии мутақобилан байни ҷузъҳои MIMO-ро коҳиш диҳад ва ба ин васила фоида ва изолятсияро беҳтар кунад. Натиҷаҳои таҷрибавӣ ва моделиронӣ нишон медиҳанд, ки прототипи таҳияшудаи MIMO метавонад дар диапазони васеи басомадҳои 3,08-7,75 ГГц кор кунад ва спектри 5G-ро дар зери 6 ГГц фаро гирад. Илова бар ин, мавҷгири MIMO-и дар асоси MS пешниҳодшуда фоидаи худро то 2,9 дБ беҳтар карда, ба ҳадди аксар 8,3 дБ ноил мешавад ва изолятсияи аъло (>15,5 дБ) байни ҷузъҳои MIMO таъмин карда, саҳми MS-ро тасдиқ мекунад. Илова бар ин, мавҷгири пешниҳодшудаи MIMO дорои самаранокии миёнаи умумии умумии 82% ва масофаи байни элементҳои пасти 22 мм мебошад. Антенна иҷрои аълои гуногунии MIMO-ро намоиш медиҳад, аз ҷумла DG хеле баланд (зиёда аз 9,98 дБ), ECC хеле паст (камтар аз 0,004) ва шакли радиатсияи якҷониба. Натиҷаҳои андозагирӣ ба натиҷаҳои моделиронӣ хеле монанданд. Ин хусусиятҳо тасдиқ мекунанд, ки системаи чорпортаи мавҷгири MIMO таҳияшуда метавонад барои системаҳои алоқаи 5G дар диапазони басомади зери 6 ГГц интихоби қобили қабул бошад.
Cowin метавонад 400-6000MHz мавҷгири PCB-ро таъмин кунад ва мувофиқи талаботи шумо тарҳрезии мавҷгири навро дастгирӣ кунад, агар шумо ягон дархост дошта бошед, лутфан бидуни дудилагӣ бо мо тамос гиред.

 

 


Вақти фиристодан: октябр-10-2024