Kini nga trabaho nagsugyot og usa ka compact integrated multi-input multiple-output (MIMO) metasurface (MS) wideband antenna para sa sub-6 GHz fifth generation (5G) wireless communication systems. Ang dayag nga kabag-ohan sa gisugyot nga sistema sa MIMO mao ang lapad nga operating bandwidth, taas nga ganansya, gamay nga intercomponent clearance, ug maayo kaayo nga pagkalain sa sulod sa mga sangkap sa MIMO. Ang nagdan-ag nga lugar sa antenna giputol sa diagonal, partially grounded, ug ang mga metasurface gigamit aron mapauswag ang performance sa antenna. Ang gisugyot nga prototype nga integrated single MS antenna adunay gamay nga dimensyon nga 0.58λ × 0.58λ × 0.02λ. Ang mga resulta sa simulation ug pagsukod nagpakita sa performance sa wideband gikan sa 3.11 GHz ngadto sa 7.67 GHz, lakip ang pinakataas nga nakuha nga nakuha sa 8 dBi. Ang upat ka elemento nga MIMO system gidesinyo aron ang matag antenna orthogonal sa usag usa samtang nagmintinar sa usa ka compact size ug wideband performance gikan sa 3.2 ngadto sa 7.6 GHz. Ang gisugyot nga MIMO prototype gidisenyo ug gihimo sa Rogers RT5880 substrate nga adunay ubos nga pagkawala ug miniaturized nga mga dimensyon sa 1.05? 1.05? 0.02?, ug ang pasundayag niini gisusi gamit ang gisugyot nga square closed ring resonator array nga adunay 10 x 10 split ring. Ang sukaranan nga materyal parehas. Ang gisugyot nga backplane metasurface makahuluganon nga nagpamenos sa antenna back radiation ug nagmaniobra sa mga electromagnetic field, sa ingon nagpauswag sa bandwidth, ganansya, ug pag-inusara sa mga sangkap sa MIMO. Kung itandi sa naglungtad nga MIMO antenna, ang gisugyot nga 4-port MIMO antenna nakab-ot ang taas nga ganansya nga 8.3 dBi nga adunay average nga kinatibuk-ang kahusayan hangtod sa 82% sa 5G sub-6 GHz nga banda ug naa sa maayo nga pag-uyon sa gisukod nga mga resulta. Dugang pa, ang naugmad nga MIMO antenna nagpakita sa maayo kaayo nga performance sa termino sa envelope correlation coefficient (ECC) nga ubos pa sa 0.004, diversity gain (DG) nga mga 10 dB (>9.98 dB) ug taas nga pagkahimulag tali sa MIMO components (>15.5 dB ). mga kinaiya. Busa, ang gisugyot nga MS-based nga MIMO antenna nagpamatuod sa pagkaaplikar niini alang sa sub-6 GHz 5G nga mga network sa komunikasyon.
Ang teknolohiya sa 5G usa ka talagsaon nga pag-uswag sa mga wireless nga komunikasyon nga makahimo sa mas paspas ug mas luwas nga mga network alang sa binilyon nga konektado nga mga himan, maghatag og mga kasinatian sa user nga adunay "zero" latency (latency nga ubos sa 1 millisecond), ug pagpaila sa mga bag-ong teknolohiya, lakip ang electronics. Pag-atiman sa medisina, edukasyon sa intelektwal. , intelihenteng mga siyudad, intelihenteng mga balay, virtual reality (VR), maalamong pabrika ug ang Internet of Vehicles (IoV) nagbag-o sa atong kinabuhi, katilingban ug industriya1,2,3. Ang US Federal Communications Commission (FCC) nagbahin sa 5G spectrum ngadto sa upat ka frequency bands4. Ang frequency band ubos sa 6 GHz makapainteres sa mga tigdukiduki tungod kay kini nagtugot sa layo nga mga komunikasyon nga adunay taas nga data rates5,6. Ang sub-6 GHz 5G spectrum nga alokasyon alang sa global 5G nga komunikasyon gipakita sa Figure 1, nga nagpakita nga ang tanan nga mga nasud naghunahuna sa sub-6 GHz spectrum alang sa 5G nga komunikasyon7,8. Ang mga antenna usa ka importante nga bahin sa 5G network ug magkinahanglan ug dugang base station ug user terminal antennas.
Ang mga microstrip patch antenna adunay mga bentaha sa nipis ug patag nga istruktura, apan limitado sa bandwidth ug gain9,10, daghan kaayo nga panukiduki ang nahimo aron madugangan ang ganansya ug bandwidth sa antenna; Sa bag-ohay nga mga tuig, metasurfaces (MS) kaylap nga gigamit sa antenna teknolohiya, ilabi na sa pagpalambo sa ganansya ug throughput11,12, bisan pa, kini nga mga antenna limitado sa usa ka pantalan; Ang teknolohiya sa MIMO usa ka importante nga aspeto sa wireless nga komunikasyon tungod kay kini makagamit sa daghang mga antenna nga dungan sa pagpadala sa datos, sa ingon nagpauswag sa mga rate sa datos, spectral efficiency, channel capacity, ug reliability13,14,15. Ang mga antenna sa MIMO mga potensyal nga kandidato alang sa mga aplikasyon sa 5G tungod kay mahimo silang magpadala ug makadawat mga datos sa daghang mga channel nga wala magkinahanglan dugang nga gahum16,17. Ang mutual coupling effect tali sa MIMO component nagdepende sa nahimutangan sa mga elemento sa MIMO ug ang nakuha sa MIMO antenna, nga usa ka dakong hagit alang sa mga tigdukiduki. Ang mga numero 18, 19, ug 20 nagpakita sa lainlaing mga antenna sa MIMO nga naglihok sa 5G sub-6 GHz nga banda, ang tanan nagpakita sa maayo nga pagkalainlain ug pasundayag sa MIMO. Bisan pa, ang ganansya ug operating bandwidth sa kini nga gisugyot nga mga sistema gamay ra.
Ang mga metamaterial (MMs) mga bag-ong materyales nga wala sa kinaiyahan ug mahimong magmaniobra sa mga electromagnetic waves, sa ingon nagpauswag sa pasundayag sa mga antenna21,22,23,24. Ang MM kaylap nga gigamit karon sa teknolohiya sa antenna aron mapaayo ang pattern sa radiation, bandwidth, ganansya, ug pag-inusara tali sa mga elemento sa antenna ug wireless nga sistema sa komunikasyon, ingon nga gihisgutan sa 25, 26, 27, 28. Sa 2029, usa ka upat ka elemento nga MIMO nga sistema nga gibase sa metasurface, diin ang seksyon sa antenna naa sa taliwala sa metasurface ug sa yuta nga wala’y gintang sa hangin, nga nagpauswag sa pasundayag sa MIMO. Bisan pa, kini nga disenyo adunay mas dako nga gidak-on, ubos nga frequency sa pag-operate ug komplikado nga istruktura. Ang usa ka electromagnetic bandgap (EBG) ug ground loop gilakip sa gisugyot nga 2-port wideband MIMO antenna aron mapaayo ang pagkalain sa mga sangkap sa MIMO30. Ang gidisenyo nga antenna adunay maayo nga MIMO diversity performance ug maayo kaayo nga pag-inusara tali sa duha ka MIMO antenna, apan gamit lamang ang duha ka MIMO nga mga sangkap, ang ganansya mahimong ubos. Dugang pa, gisugyot usab sa in31 ang usa ka ultra-wideband (UWB) nga dual-port nga MIMO antenna ug gisusi ang pasundayag sa MIMO niini gamit ang mga metamaterial. Bisan kung kini nga antenna makahimo sa operasyon sa UWB, gamay ra ang nakuha niini ug dili maayo ang pagkalainlain tali sa duha nga mga antena. Ang trabaho sa32 nagsugyot og 2-port MIMO system nga naggamit sa electromagnetic bandgap (EBG) reflectors aron madugangan ang ganansya. Bisan tuod ang naugmad nga antenna array adunay taas nga ganansya ug maayo nga MIMO diversity performance, ang dako nga gidak-on niini nagpalisud sa paggamit sa sunod nga henerasyon nga mga himan sa komunikasyon. Ang laing reflector-based broadband antenna naugmad sa 33, diin ang reflector gisagol ubos sa antenna nga adunay mas dako nga 22 mm nga gintang, nga nagpakita sa ubos nga peak gain nga 4.87 dB. Ang Papel 34 nagdesinyo ug upat ka port nga MIMO antenna para sa mga aplikasyon sa mmWave, nga gisagol sa layer sa MS aron mapaayo ang pagkahimulag ug pag-angkon sa sistema sa MIMO. Bisan pa, kini nga antenna naghatag maayo nga ganansya ug pagkalainlain, apan adunay limitado nga bandwidth ug dili maayo nga mekanikal nga mga kabtangan tungod sa dako nga gintang sa hangin. Sa susama, sa 2015, usa ka tulo-kapares, 4-port bowtie-shaped metasurface-integrated MIMO antenna naugmad alang sa mmWave nga mga komunikasyon nga adunay labing taas nga ganansya nga 7.4 dBi. Ang B36 MS gigamit sa likod nga bahin sa usa ka 5G antenna aron madugangan ang ganansya sa antenna, diin ang metasurface naglihok isip usa ka reflector. Bisan pa, ang istruktura sa MS asymmetric ug dili kaayo pagtagad ang gihatag sa istruktura sa selula sa yunit.
Sumala sa mga resulta sa pag-analisar sa ibabaw, walay bisan usa sa mga antenna sa ibabaw nga adunay taas nga ganansya, maayo kaayo nga pag-inusara, performance sa MIMO ug coverage sa wideband. Busa, gikinahanglan pa ang usa ka metasurface MIMO antenna nga makatabon sa usa ka halapad nga 5G spectrum frequency ubos sa 6 GHz nga adunay taas nga ganansya ug pagkalain. Gikonsiderar ang mga limitasyon sa nahisgutan sa ibabaw nga literatura, usa ka wideband nga upat ka elemento nga MIMO antenna system nga adunay taas nga ganansya ug maayo kaayo nga pagkalainlain nga pasundayag gisugyot alang sa sub-6 GHz nga wireless nga mga sistema sa komunikasyon. Dugang pa, ang gisugyot nga MIMO antenna nagpakita sa maayo kaayo nga pagkalain tali sa mga sangkap sa MIMO, gagmay nga mga gaps sa elemento, ug taas nga kahusayan sa radiation. Ang antenna patch giputol sa diagonal ug gibutang sa ibabaw sa metasurface nga adunay 12mm air gap, nga nagpakita sa back radiation gikan sa antenna ug nagpalambo sa antenna gain ug directivity. Dugang pa, ang gisugyot nga single antenna gigamit sa paghimo og upat ka elemento nga MIMO antenna nga adunay labaw nga performance sa MIMO pinaagi sa pagpahimutang sa matag antenna nga orthogonally sa usag usa. Ang naugmad nga MIMO antenna unya gisagol sa ibabaw sa usa ka 10 × 10 MS array nga adunay tumbaga nga backplane aron mapauswag ang performance sa emission. Ang disenyo adunay usa ka halapad nga operating range (3.08-7.75 GHz), taas nga ganansya sa 8.3 dBi ug taas nga average nga kinatibuk-ang kahusayan sa 82%, ingon man ang maayo kaayo nga pagkalainlain nga labaw sa −15.5 dB tali sa mga sangkap sa MIMO antenna. Ang naugmad nga MS-based MIMO antenna gi-simulate gamit ang 3D electromagnetic software package CST Studio 2019 ug gi-validate pinaagi sa mga eksperimento nga pagtuon.
Kini nga seksyon naghatag usa ka detalyado nga pasiuna sa gisugyot nga arkitektura ug us aka pamaagi sa disenyo sa antenna. Dugang pa, ang simulate ug naobserbahan nga mga resulta gihisgutan sa detalye, lakip ang pagsabwag sa mga parameter, ganansya, ug kinatibuk-ang kahusayan nga adunay ug walay metasurfaces. Ang prototype antenna naugmad sa usa ka Rogers 5880 low loss dielectric substrate nga adunay gibag-on nga 1.575mm nga adunay dielectric constant nga 2.2. Aron mapalambo ug ma-simulate ang disenyo, gigamit ang electromagnetic simulator package CST studio 2019.
Ang Figure 2 nagpakita sa gisugyot nga arkitektura ug disenyo nga modelo sa usa ka elemento nga antenna. Sumala sa maayo nga natukod nga mathematical equation37, ang antenna naglangkob sa usa ka linearly fed square radiating spot ug usa ka copper ground plane (sama sa gihulagway sa lakang 1) ug resonates sa usa ka pig-ot kaayo nga bandwidth sa 10.8 GHz, ingon sa gipakita sa Figure 3b. Ang inisyal nga gidak-on sa radiator sa antenna gitino sa mosunod nga relasyon sa matematika37:
Diin ang \(P_{L}\) ug \(P_{w}\) mao ang gitas-on ug gilapdon sa patch, c nagrepresentar sa gikusgon sa kahayag, \(\ gamma_{r}\) mao ang dielectric constant sa substrate . , \(\gamma_{reff }\) nagrepresentar sa epektibong dielectric nga bili sa radiation spot, \(\Delta L\) nagrepresentar sa kausaban sa spot gitas-on. Ang antenna backplane na-optimize sa ikaduhang yugto, nga nagdugang sa impedance bandwidth bisan pa sa ubos kaayo nga impedance bandwidth nga 10 dB. Sa ikatulo nga yugto, ang posisyon sa feeder gibalhin sa tuo, nga nagpauswag sa impedance bandwidth ug impedance matching sa gisugyot nga antenna38. Niini nga yugto, ang antenna nagpakita sa usa ka maayo kaayo nga operating bandwidth nga 4 GHz ug usab naglangkob sa spectrum ubos sa 6 GHz sa 5G. Ang ikaupat ug katapusang yugto naglakip sa pag-ukit sa mga square grooves sa magkaatbang nga mga suok sa radiation spot. Kini nga slot makahuluganon nga nagpalapad sa 4.56 GHz bandwidth aron matabonan ang sub-6 GHz 5G spectrum gikan sa 3.11 GHz ngadto sa 7.67 GHz, sama sa gipakita sa Figure 3b. Ang atubangan ug ubos nga panglantaw sa panglantaw sa gisugyot nga disenyo gipakita sa Figure 3a, ug ang kataposang na-optimize nga gikinahanglan nga mga parameter sa disenyo mao ang mosunod: 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) Ibabaw ug likod nga pagtan-aw sa gidisenyo nga single antenna (CST STUDIO SUITE 2019). (b) S-parameter nga kurba.
Ang metasurface usa ka termino nga nagtumong sa usa ka periodic array sa unit cells nga nahimutang sa usa ka gilay-on gikan sa usag usa. Ang mga metasurface usa ka epektibo nga paagi aron mapaayo ang pasundayag sa radyasyon sa antenna, lakip ang bandwidth, ganansya, ug pagkalainlain tali sa mga sangkap sa MIMO. Tungod sa impluwensya sa pagpalapad sa balud sa ibabaw, ang mga metasurfaces makamugna og dugang nga mga resonance nga makatampo sa mas maayo nga performance sa antenna39. Kini nga trabaho nagsugyot og epsilon-negative metamaterial (MM) unit nga naglihok sa 5G band ubos sa 6 GHz. Ang MM nga adunay nawong nga lugar nga 8mm × 8mm naugmad sa usa ka ubos nga pagkawala sa Rogers 5880 substrate nga adunay usa ka dielectric nga kanunay nga 2.2 ug usa ka gibag-on nga 1.575mm. Ang gi-optimize nga MM resonator patch naglangkob sa usa ka sulod nga circular split ring nga konektado sa duha ka giusab nga outer split rings, sama sa gipakita sa Figure 4a. Ang Figure 4a nagsumaryo sa katapusang na-optimize nga mga parameter sa gisugyot nga MM setup. Pagkahuman, ang 40 × 40 mm ug 80 × 80 mm nga mga layer sa metasurface naugmad nga wala’y tumbaga nga backplane ug adunay usa ka backplane nga tumbaga gamit ang 5 × 5 ug 10 × 10 cell arrays, matag usa. Ang gisugyot nga istruktura sa MM gimodelo gamit ang 3D electromagnetic modeling software nga "CST studio suite 2019". Usa ka hinimo nga prototype sa gisugyot nga MM array structure ug measurement setup (dual-port network analyzer PNA ug waveguide port) gipakita sa Figure 4b aron ma-validate ang CST simulation nga mga resulta pinaagi sa pag-analisar sa aktuwal nga tubag. Ang setup sa pagsukod migamit ug Agilent PNA series network analyzer inubanan sa duha ka waveguide coaxial adapters (A-INFOMW, part number: 187WCAS) para magpadala ug makadawat ug signal. Usa ka prototype nga 5 × 5 array ang gibutang taliwala sa duha ka waveguide coaxial adapters nga konektado sa coaxial cable ngadto sa two-port network analyzer (Agilent PNA N5227A). Ang Agilent N4694-60001 calibration kit gigamit sa pag-calibrate sa network analyzer sa usa ka pilot plant. Gipakita sa Figure 5a ang simulated ug CST nga naobserbahan nga mga parameter sa pagsabwag sa gisugyot nga prototype MM array. Makita nga ang gisugyot nga istruktura sa MM nagbag-o sa 5G frequency range ubos sa 6 GHz. Bisan pa sa gamay nga kalainan sa bandwidth nga 10 dB, ang simulate ug eksperimento nga mga resulta parehas kaayo. Ang resonant frequency, bandwidth, ug amplitude sa naobserbahan nga resonance gamay nga lahi sa mga simulate, ingon sa gipakita sa Figure 5a. Kini nga mga kalainan tali sa naobserbahan ug simulate nga mga resulta tungod sa mga pagkadili hingpit sa paghimo, gagmay nga mga clearance tali sa prototype ug mga pantalan sa waveguide, mga epekto sa pagdugtong tali sa mga pantalan sa waveguide ug mga sangkap sa array, ug mga pagtugot sa pagsukod. Dugang pa, ang husto nga pagbutang sa naugmad nga prototype taliwala sa mga pantalan sa waveguide sa eksperimento nga pag-setup mahimong moresulta sa pagbalhin sa resonance. Dugang pa, ang dili gusto nga kasaba naobserbahan sa panahon sa pag-calibrate nga hugna, nga misangpot sa mga kalainan tali sa numerical ug gisukod nga mga resulta. Bisan pa, gawas sa kini nga mga kalisud, ang gisugyot nga MM array prototype maayo nga nahimo tungod sa lig-on nga correlation tali sa simulation ug eksperimento, nga naghimo niini nga haum kaayo alang sa sub-6 GHz 5G wireless communication applications.
(a) Unit cell geometry (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) Litrato sa setup sa pagsukod sa MM.
(a) Simulation ug verification sa scattering parameter curves sa metamaterial prototype. (b) Dielectric nga kanunay nga kurba sa usa ka selula sa MM unit.
Ang may kalabutan nga epektibo nga mga parameter sama sa epektibo nga dielectric constant, magnetic permeability, ug refractive index gitun-an gamit ang built-in nga post-processing nga mga teknik sa CST electromagnetic simulator aron dugang nga pag-analisar sa kinaiya sa MM unit cell. Ang epektibo nga mga parameter sa MM makuha gikan sa mga parameter sa pagsabwag gamit ang usa ka lig-on nga pamaagi sa pagtukod pag-usab. Ang mosunod nga transmittance ug reflection coefficient equation: (3) ug (4) mahimong gamiton sa pagtino sa refractive index ug impedance (tan-awa ang 40).
Ang tinuod ug hinanduraw nga mga bahin sa operator girepresentahan sa (.)' ug (.)” matag usa, ug ang integer nga bili m katumbas sa tinuod nga refractive index. Ang dielectric constant ug permeability gitino sa mga pormula \(\varepsilon {} = {}n/z,\) ug \(\mu = nz\), nga gibase sa impedance ug refractive index, matag usa. Ang epektibo nga dielectric nga kanunay nga kurba sa istruktura sa MM gipakita sa Figure 5b. Sa resonant frequency, ang epektibo nga dielectric nga kanunay negatibo. Ang mga numero 6a,b nagpakita sa mga nakuha nga kantidad sa epektibo nga permeability (μ) ug epektibo nga refractive index (n) sa gisugyot nga unit cell. Ilabi na, ang mga nakuha nga permeabilities nagpakita sa positibo nga tinuud nga mga kantidad nga hapit sa zero, nga nagpamatuod sa mga kabtangan sa epsilon-negatibo (ENG) sa gisugyot nga istruktura sa MM. Dugang pa, ingon sa gipakita sa Figure 6a, ang resonance sa permeability duol sa zero kusganong may kalabutan sa resonant frequency. Ang naugmad nga yunit nga selula adunay negatibo nga refractive index (Fig. 6b), nga nagpasabot nga ang gisugyot nga MM mahimong gamiton aron mapalambo ang performance sa antenna21,41.
Ang naugmad nga prototype sa usa ka broadband antenna gihimo aron eksperimento nga sulayan ang gisugyot nga disenyo. Ang mga numero 7a, b nagpakita sa mga hulagway sa gisugyot nga prototype nga single antenna, ang mga bahin sa estruktura niini ug ang near-field measurement setup (SATIMO). Aron mapauswag ang performance sa antenna, ang naugmad nga metasurface gibutang sa mga lut-od sa ilawom sa antenna, ingon sa gipakita sa Figure 8a, nga adunay gitas-on h. Usa ka single 40mm x 40mm double-layer metasurface ang gipadapat sa likod sa single antenna sa 12mm interval. Dugang pa, ang usa ka metasurface nga adunay backplane gibutang sa luyo nga bahin sa usa ka antena sa gilay-on nga 12 mm. Human sa paggamit sa metasurface, ang single antenna nagpakita sa usa ka mahinungdanon nga kalamboan sa performance, sama sa gipakita sa Figures 1 ug 2. Figures 8 ug 9. Figure 8b nagpakita sa simulate ug gisukod reflectance plots alang sa single antenna nga walay ug uban sa metasurfaces. Angay nga matikdan nga ang coverage band sa usa ka antenna nga adunay metasurface susama kaayo sa coverage band sa usa ka antenna nga walay metasurface. Ang mga numero 9a,b nagpakita sa usa ka pagtandi sa simulate ug naobserbahan nga single antenna gain ug kinatibuk-ang kahusayan nga wala ug uban sa MS sa operating spectrum. Kini makita nga, kon itandi sa non-metasurface antenna, ang ganansya sa metasurface antenna mao ang kamahinungdanon milambo, misaka gikan sa 5.15 dBi ngadto sa 8 dBi. Ang ganansya sa single-layer metasurface, dual-layer metasurface, ug single antenna nga adunay backplane metasurface misaka sa 6 dBi, 6.9 dBi, ug 8 dBi, matag usa. Kung itandi sa ubang mga metasurfaces (single-layer ug double-layer MCs), ang ganansya sa usa ka metasurface antenna nga adunay copper backplane hangtod sa 8 dBi. Sa kini nga kaso, ang metasurface naglihok ingon usa ka reflector, pagkunhod sa radyasyon sa likod sa antenna ug pagmaniobra sa mga electromagnetic wave nga in-phase, sa ingon nagdugang ang kahusayan sa radyasyon sa antenna ug busa ang ganansya. Ang usa ka pagtuon sa kinatibuk-ang kahusayan sa usa ka antenna nga wala ug adunay mga metasurface gipakita sa Figure 9b. Angay nga matikdan nga ang kahusayan sa usa ka antenna nga adunay ug wala usa ka metasurface halos parehas. Sa ubos nga frequency range, ang antenna efficiency mikunhod gamay. Ang mga eksperimento ug simulate nga ganansya ug mga kurba sa kahusayan naa sa maayong kasabutan. Bisan pa, adunay gamay nga kalainan tali sa gi-simulate ug gisulayan nga mga resulta tungod sa mga depekto sa paghimo, mga pagtugot sa pagsukod, pagkawala sa koneksyon sa pantalan sa SMA, ug pagkawala sa wire. Dugang pa, ang antenna ug MS reflector nahimutang sa taliwala sa mga spacer sa nylon, nga usa pa ka isyu nga nakaapekto sa naobserbahan nga mga resulta kumpara sa mga resulta sa simulation.
Gipakita sa Figure (a) ang nahuman nga single antenna ug ang mga kauban nga sangkap niini. (b) Near-field measurement setup (SATIMO).
(a) Antenna excitation gamit ang metasurface reflectors (CST STUDIO SUITE 2019). (b) Ang simulated ug experimental reflectances sa usa ka antenna nga walay MS.
Mga resulta sa simulation ug pagsukod sa (a) ang nakab-ot nga ganansya ug (b) ang kinatibuk-ang kahusayan sa gisugyot nga metasurface effect antenna.
Beam pattern analysis gamit ang MS. Ang single-antenna near-field measurements gihimo sa SATIMO Near-Field Experimental Environment sa UKM SATIMO Near-Field Systems Laboratory. Ang mga numero 10a, b nagpakita sa simulate ug naobserbahan nga E-plane ug H-plane radiation patterns sa 5.5 GHz alang sa gisugyot nga single antenna nga adunay MS ug walay MS. Ang naugmad nga single antenna (walay MS) naghatag ug makanunayon nga bidirectional radiation pattern nga adunay side lobe values. Human magamit ang gisugyot nga MS reflector, ang antenna naghatag ug unidirectional radiation pattern ug gipakunhod ang lebel sa back lobes, sama sa gipakita sa Figures 10a, b. Angayan nga matikdan nga ang gisugyot nga single antenna radiation pattern mas lig-on ug unidirectional nga adunay ubos kaayo nga likod ug kilid nga mga lobe kung mogamit usa ka metasurface nga adunay tumbaga nga backplane. Ang gisugyot nga MM array reflector nagpamenos sa likod ug kilid nga lobes sa antenna samtang nagpauswag sa performance sa radiation pinaagi sa pagdirekta sa kasamtangan sa unidirectional nga direksyon (Fig. 10a, b), sa ingon nagdugang sa ganansya ug pagkadirekta. Namatikdan nga ang eksperimento nga sumbanan sa radiation halos ikatandi sa CST simulations, apan lainlain gamay tungod sa misalignment sa lain-laing mga assembled nga mga sangkap, pagsukod tolerances, ug kable pagkawala. Dugang pa, usa ka nylon spacer ang gisal-ot tali sa antenna ug sa MS reflector, nga usa pa ka isyu nga nakaapekto sa naobserbahan nga mga resulta kung itandi sa mga resulta sa numero.
Ang radiation pattern sa naugmad nga single antenna (walay MS ug MS) sa frequency nga 5.5 GHz gi-simulate ug gisulayan.
Ang gisugyot nga MIMO antenna geometry gipakita sa Figure 11 ug naglakip sa upat ka single antennas. Ang upat ka mga sangkap sa MIMO antenna gihan-ay nga orthogonally sa usag usa sa usa ka substrate sa mga dimensyon nga 80 × 80 × 1.575 mm, ingon sa gipakita sa Figure 11. Ang gidisenyo nga MIMO antenna adunay inter-element nga gilay-on nga 22 mm, nga mas gamay kaysa sa labing duol nga katumbas nga inter-element nga gilay-on sa antenna. Naugmad ang MIMO antenna. Dugang pa, ang bahin sa ground plane nahimutang sa parehas nga paagi sama sa usa ka antenna. Ang reflectance values sa MIMO antennas (S11, S22, S33, ug S44) nga gipakita sa Figure 12a nagpakita sa samang kinaiya sama sa single-element antenna nga nag-resonate sa 3.2-7.6 GHz band. Busa, ang impedance bandwidth sa usa ka MIMO antenna parehas ra sa usa ka antenna. Ang epekto sa pagdugtong tali sa mga sangkap sa MIMO mao ang panguna nga hinungdan sa gamay nga pagkawala sa bandwidth sa mga antenna sa MIMO. Ang Figure 12b nagpakita sa epekto sa interconnection sa MIMO nga mga sangkap, diin ang kamalaumon nga pagkalain tali sa mga sangkap sa MIMO gitino. Ang pagkalainlain tali sa mga antenna 1 ug 2 mao ang labing ubos sa mga -13.6 dB, ug ang pagkalain tali sa mga antena 1 ug 4 mao ang labing kataas sa mga -30.4 dB. Tungod sa gamay nga gidak-on ug mas lapad nga bandwidth, kini nga MIMO antenna adunay mas ubos nga ganansya ug ubos nga throughput. Ubos ang insulasyon, busa gikinahanglan ang dugang nga reinforcement ug insulasyon;
Mekanismo sa disenyo sa gisugyot nga MIMO antenna (a) top view ug (b) ground plane. (CST Studio Suite 2019).
Ang geometric nga kahikayan ug pamaagi sa pagpukaw sa gisugyot nga metasurface MIMO antenna gipakita sa Figure 13a. Usa ka 10x10mm matrix nga adunay mga sukat nga 80x80x1.575mm gidisenyo alang sa likod nga bahin sa usa ka 12mm nga taas nga MIMO antenna, ingon sa gipakita sa Figure 13a. Dugang pa, ang mga metasurface nga adunay mga backplane nga tumbaga gituyo aron magamit sa mga antenna sa MIMO aron mapaayo ang ilang pasundayag. Ang gilay-on tali sa metasurface ug sa MIMO antenna kritikal aron makab-ot ang taas nga ganansya samtang gitugotan ang constructive interference tali sa mga balud nga gihimo sa antenna ug kadtong gipakita gikan sa metasurface. Ang halapad nga pagmodelo gihimo aron ma-optimize ang gitas-on tali sa antenna ug sa metasurface samtang gipadayon ang mga sukaranan sa quarter-wave alang sa labing taas nga ganansya ug pagkalainlain tali sa mga elemento sa MIMO. Ang mahinungdanon nga mga pag-uswag sa performance sa MIMO antenna nga nakab-ot pinaagi sa paggamit sa mga metasurface nga adunay mga backplane kumpara sa mga metasurface nga walay backplanes ipakita sa sunod nga mga kapitulo.
(a) CST simulation setup sa gisugyot nga MIMO antenna gamit ang MS (CST STUDIO SUITE 2019), (b) Reflectance curves sa naugmad nga MIMO system nga walay MS ug MS.
Ang mga reflectance sa MIMO antennas nga adunay ug walay metasurfaces gipakita sa Figure 13b, diin ang S11 ug S44 gipresentar tungod sa halos parehas nga kinaiya sa tanan nga mga antenna sa MIMO system. Angay nga matikdan nga ang -10 dB impedance bandwidth sa usa ka MIMO antenna nga wala ug adunay usa ka metasurface halos parehas. Sa kasukwahi, ang impedance bandwidth sa gisugyot nga MIMO antenna gipauswag sa dual-layer MS ug backplane MS. Angay nga matikdan nga kung wala ang MS, ang MIMO antenna naghatag usa ka fractional bandwidth nga 81.5% (3.2-7.6 GHz) nga may kalabotan sa frequency sa sentro. Ang pag-integrate sa MS sa backplane nagdugang sa impedance bandwidth sa gisugyot nga MIMO antenna ngadto sa 86.3% (3.08–7.75 GHz). Bisan kung ang dual-layer nga MS nagdugang sa throughput, ang pag-uswag mas gamay kaysa sa MS nga adunay backplane nga tumbaga. Dugang pa, ang usa ka dual-layer nga MC nagdugang sa gidak-on sa antenna, nagdugang sa gasto niini, ug naglimite sa gidak-on niini. Ang gidisenyo nga MIMO antenna ug metasurface reflector gihimo ug gipamatud-an aron ma-validate ang mga resulta sa simulation ug masusi ang aktuwal nga pasundayag. Gipakita sa Figure 14a ang hinimo nga MS layer ug MIMO antenna nga adunay lainlaing mga sangkap nga gitigum, samtang ang Figure 14b nagpakita sa usa ka litrato sa naugmad nga MIMO system. Ang MIMO antenna gitaod sa ibabaw sa metasurface gamit ang upat ka nylon spacer, sama sa gipakita sa Figure 14b. Ang Figure 15a nagpakita sa usa ka snapshot sa duol nga field experimental setup sa naugmad nga MIMO antenna system. Usa ka PNA network analyzer (Agilent Technologies PNA N5227A) gigamit sa pagbanabana sa mga parameter sa pagkatibulaag ug sa pagtimbang-timbang ug pag-ila sa mga kinaiya sa emission sa duol nga field sa UKM SATIMO Near-Field Systems Laboratory.
(a) Mga litrato sa SATIMO duol sa field measurements (b) Simulated ug experimental curves sa S11 MIMO antenna nga adunay ug walay MS.
Kini nga seksyon nagpresentar sa usa ka pagtandi nga pagtuon sa simulate ug naobserbahan nga S-parameter sa gisugyot nga 5G MIMO antenna. Gipakita sa Figure 15b ang experimental reflectance plot sa integrated 4-element MIMO MS antenna ug gitandi kini sa mga resulta sa simulation sa CST. Ang mga eksperimento nga mga reflectance nakit-an nga parehas sa mga kalkulasyon sa CST, apan gamay nga lahi tungod sa mga depekto sa paghimo ug mga pagtugot sa eksperimento. Dugang pa, ang naobserbahan nga reflectance sa gisugyot nga MS-based MIMO prototype naglangkob sa 5G spectrum ubos sa 6 GHz nga adunay impedance bandwidth nga 4.8 GHz, nga nagpasabot nga ang 5G nga mga aplikasyon posible. Bisan pa, ang gisukod nga resonant frequency, bandwidth, ug amplitude lahi gamay sa mga resulta sa simulation sa CST. Ang mga depekto sa paggama, pagkalugi sa coax-to-SMA coupling, ug mga setup sa pagsukod sa gawas mahimong hinungdan sa mga kalainan tali sa gisukod ug simulate nga mga resulta. Bisan pa, bisan pa niini nga mga kakulangan, ang gisugyot nga MIMO maayo nga nahimo, naghatag lig-on nga kasabutan tali sa mga simulation ug mga pagsukod, nga naghimo niini nga haum kaayo alang sa sub-6 GHz 5G wireless nga mga aplikasyon.
Ang simulate ug nakita nga MIMO antenna gain curves gipakita sa Figures 2 ug 2. Ingon sa gipakita sa Figures 16a,b ug 17a,b, matag usa, gipakita ang mutual interaction sa MIMO components. Kung ang mga metasurfaces gipadapat sa mga MIMO antenna, ang pagkahimulag tali sa mga MIMO antenna labi nga gipauswag. Ang isolation plots tali sa kasikbit nga mga elemento sa antenna S12, S14, S23 ug S34 nagpakita sa susamang mga kurba, samtang ang diagonal nga MIMO antennas S13 ug S42 nagpakita sa parehas nga taas nga pagkahimulag tungod sa mas dako nga distansya tali kanila. Ang simulated transmission nga mga kinaiya sa kasikbit nga mga antenna gipakita sa Figure 16a. Angay nga matikdan nga sa 5G operating spectrum nga ubos sa 6 GHz, ang minimum nga isolation sa MIMO antenna nga walay metasurface mao ang -13.6 dB, ug alang sa metasurface nga adunay backplane - 15.5 dB. Ang ganansya nga laraw (Figure 16a) nagpakita nga ang backplane metasurface makahuluganon nga nagpauswag sa pagkahimulag tali sa mga elemento sa antenna sa MIMO kumpara sa us aka ug doble nga layer nga metasurfaces. Sa kasikbit nga mga elemento sa antenna, ang single- ug double-layer nga metasurfaces naghatag ug minimum nga isolation sa gibana-bana nga -13.68 dB ug -14.78 dB, ug ang copper backplane metasurface naghatag ug gibana-bana nga -15.5 dB.
Ang simulated isolation curves sa mga elemento sa MIMO nga walay MS layer ug adunay MS layer: (a) S12, S14, S34 ug S32 ug (b) S13 ug S24.
Mga kurba sa eksperimento nga nakuha sa gisugyot nga MIMO antenna nga nakabase sa MS nga wala ug adunay: (a) S12, S14, S34 ug S32 ug (b) S13 ug S24.
Ang MIMO diagonal antenna gain plots sa wala pa ug pagkahuman sa pagdugang sa MS layer gipakita sa Figure 16b. Angay nga matikdan nga ang minimum nga pagkahimulag tali sa diagonal antenna nga walay metasurface (antennas 1 ug 3) mao ang - 15.6 dB sa tibuok operating spectrum, ug ang metasurface nga adunay backplane mao ang - 18 dB. Ang metasurface nga pamaagi sa kamahinungdanon nagpamenos sa mga epekto sa pagdugtong tali sa diagonal nga MIMO antenna. Ang pinakataas nga insulasyon alang sa usa ka layer nga metasurface mao ang -37 dB, samtang alang sa usa ka double-layer nga metasurface kini nga kantidad mikunhod ngadto sa -47 dB. Ang labing kataas nga pagkahimulag sa metasurface nga adunay tumbaga nga backplane mao ang −36.2 dB, nga mikunhod uban ang pagtaas sa frequency range. Kon itandi sa single- ug double-layer nga metasurfaces nga walay backplane, ang metasurfaces nga adunay backplane naghatag og labaw nga pagkahimulag sa tibuok nga gikinahanglan nga operating frequency range, ilabi na sa 5G range ubos sa 6 GHz, sama sa gipakita sa Figures 16a, b. Sa pinakasikat ug kaylap nga gigamit nga 5G nga banda ubos sa 6 GHz (3.5 GHz), ang single- ug dual-layer nga metasurfaces adunay mas ubos nga isolation tali sa MIMO components kay sa metasurfaces nga adunay copper backplanes (halos walay MS) (tan-awa ang Figure 16a), b). Ang mga pagsukod sa ganansya gipakita sa Mga Figure 17a, b, nga nagpakita sa pagkahimulag sa kasikbit nga mga antenna (S12, S14, S34 ug S32) ug diagonal antennas (S24 ug S13), matag usa. Ingon sa makita gikan niini nga mga numero (Fig. 17a, b), ang eksperimento nga pag-inusara tali sa mga sangkap sa MIMO nahiuyon pag-ayo sa simulate nga pagkalain. Bisan kung adunay gamay nga kalainan tali sa simulate ug gisukod nga mga kantidad sa CST tungod sa mga depekto sa paghimo, mga koneksyon sa pantalan sa SMA ug pagkawala sa wire. Dugang pa, ang antenna ug MS reflector nahimutang sa taliwala sa mga spacer sa nylon, nga usa pa ka isyu nga nakaapekto sa naobserbahan nga mga resulta kumpara sa mga resulta sa simulation.
gitun-an ang surface current distribution sa 5.5 GHz aron i-rationalize ang papel sa metasurfaces sa pagkunhod sa mutual coupling pinaagi sa surface wave suppression42. Ang kasamtangan nga pag-apod-apod sa nawong sa gisugyot nga MIMO antenna gipakita sa Figure 18, diin ang antenna 1 gipadagan ug ang nahabilin nga antenna gitapos sa usa ka 50 ohm load. Sa diha nga ang antenna 1 gipakusog, ang mahinungdanon nga mutual coupling nga mga sulog makita sa kasikbit nga mga antenna sa 5.5 GHz kung walay metasurface, sama sa gipakita sa Figure 18a. Sa kasukwahi, pinaagi sa paggamit sa mga metasurfaces, sama sa gipakita sa Fig. 18b-d, ang pagkahimulag tali sa kasikbit nga mga antenna gipaayo. Kinahanglang matikdan nga ang epekto sa mutual coupling sa kasikbit nga mga natad mahimong maminusan pinaagi sa pagpadaghan sa coupling current ngadto sa kasikbit nga mga singsing sa unit cells ug kasikbit nga MS unit cells ubay sa MS layer sa antiparallel nga direksyon. Ang pag-inject sa kasamtangan gikan sa gipang-apod-apod nga mga antenna ngadto sa mga yunit sa MS usa ka mahinungdanong pamaagi alang sa pagpaayo sa pagkahimulag tali sa mga sangkap sa MIMO. Ingon usa ka sangputanan, ang pagdugtong sa kasamtangan tali sa mga sangkap sa MIMO mikunhod pag-ayo, ug ang pagkahimulag usab gipauswag pag-ayo. Tungod kay ang natad sa pagdugtong kay kaylap nga giapod-apod sa elemento, ang tumbaga nga backplane metasurface naglain sa MIMO antenna nga asembliya nga labi pa sa usa ug doble nga layer nga metasurfaces (Figure 18d). Dugang pa, ang naugmad nga MIMO antenna adunay gamay kaayo nga backpropagation ug side propagation, nga nagpatunghag unidirectional radiation pattern, sa ingon nagdugang ang ganansya sa gisugyot nga MIMO antenna.
Surface current patterns sa gisugyot nga MIMO antenna sa 5.5 GHz (a) nga walay MC, (b) single-layer MC, (c) double-layer MC, ug (d) single-layer MC nga adunay copper backplane. (CST Studio Suite 2019).
Sulod sa operating frequency, ang Figure 19a nagpakita sa simulate ug naobserbahan nga mga kadaugan sa gidisenyo nga MIMO antenna nga wala ug adunay metasurfaces. Ang simulated nga nakab-ot nga ganansya sa MIMO antenna nga walay metasurface mao ang 5.4 dBi, ingon sa gipakita sa Figure 19a. Tungod sa mutual coupling effect tali sa MIMO components, ang gisugyot nga MIMO antenna aktuwal nga nakab-ot ang 0.25 dBi nga mas taas nga ganansya kaysa usa ka antenna. Ang pagdugang sa mga metasurfaces makahatag hinungdanon nga mga ganansya ug pagkalainlain tali sa mga sangkap sa MIMO. Busa, ang gisugyot nga metasurface MIMO antenna makab-ot ang taas nga nakaamgo nga ganansya hangtod sa 8.3 dBi. Ingon sa gipakita sa Figure 19a, kung ang usa ka metasurface gigamit sa likod sa MIMO antenna, ang ganansya nagdugang sa 1.4 dBi. Kung ang metasurface doblehon, ang ganansya motaas sa 2.1 dBi, ingon sa gipakita sa Figure 19a. Bisan pa, ang gipaabot nga labing taas nga ganansya nga 8.3 dBi makab-ot kung gigamit ang metasurface nga adunay backplane nga tumbaga. Mamatikdan, ang labing taas nga nakuha nga ganansya alang sa us aka layer ug doble nga layer nga metasurfaces mao ang 6.8 dBi ug 7.5 dBi, matag usa, samtang ang labing kataas nga nakuha nga nakuha alang sa ilawom nga layer nga metasurface mao ang 8.3 dBi. Ang metasurface layer sa likod nga bahin sa antenna naglihok isip usa ka reflector, nga nagpakita sa radiation gikan sa likod nga bahin sa antenna ug nagpauswag sa front-to-back (F/B) ratio sa gidisenyo nga MIMO antenna. Dugang pa, ang high-impedance nga MS reflector nagmaniobra sa electromagnetic waves in-phase, sa ingon nagmugna og dugang nga resonance ug pagpalambo sa radiation performance sa gisugyot nga MIMO antenna. Ang MS reflector nga gi-install sa luyo sa MIMO antenna mahimo nga madugangan ang nakuha nga ganansya, nga gipamatud-an sa mga resulta sa eksperimento. Ang naobserbahan ug simulate nga nakuha sa naugmad nga prototype MIMO antenna halos pareho, bisan pa, sa pipila ka mga frequency ang gisukod nga ganansya mas taas kaysa sa simulate nga ganansya, labi na alang sa MIMO nga wala MS; Kini nga mga pagbag-o sa eksperimento nga ganansya tungod sa pagsukod sa pagtugot sa nylon pads, pagkawala sa kable, ug pagkabit sa sistema sa antenna. Ang peak nga gisukod nga ganansya sa MIMO antenna nga wala ang metasurface mao ang 5.8 dBi, samtang ang metasurface nga adunay tumbaga nga backplane mao ang 8.5 dBi. Angay nga matikdan nga ang gisugyot nga kompleto nga 4-port MIMO antenna system nga adunay MS reflector nagpakita sa taas nga ganansya ubos sa eksperimento ug numerical nga mga kondisyon.
Ang simulation ug eksperimento nga mga resulta sa (a) ang nakab-ot nga ganansya ug (b) ang kinatibuk-ang pasundayag sa gisugyot nga MIMO antenna nga adunay metasurface nga epekto.
Gipakita sa Figure 19b ang kinatibuk-ang pasundayag sa gisugyot nga sistema sa MIMO nga wala ug adunay mga metasurface reflector. Sa Figure 19b, ang labing ubos nga kahusayan gamit ang MS nga adunay backplane labaw sa 73% (ubos sa 84%). Ang kinatibuk-ang kahusayan sa mga naugmad nga MIMO antenna nga wala’y MC ug adunay MC hapit parehas nga adunay gagmay nga mga kalainan kung itandi sa mga simulate nga kantidad. Ang mga hinungdan niini mao ang mga pagtugot sa pagsukod ug ang paggamit sa mga spacer tali sa antenna ug sa MS reflector. Ang gisukod nga nakab-ot nga ganansya ug kinatibuk-ang kahusayan sa tibuuk nga frequency halos parehas sa mga resulta sa simulation, nga nagpakita nga ang pasundayag sa gisugyot nga prototype sa MIMO sama sa gipaabut ug nga ang girekomenda nga MIMO antenna nga nakabase sa MS angay alang sa mga komunikasyon sa 5G. Tungod sa mga kasaypanan sa mga pagtuon sa eksperimento, adunay mga kalainan tali sa kinatibuk-ang resulta sa mga eksperimento sa laboratoryo ug sa mga resulta sa mga simulation. Ang pasundayag sa gisugyot nga prototype apektado sa impedance mismatch tali sa antenna ug sa SMA connector, coaxial cable splice losses, soldering effects, ug ang kaduol sa nagkalain-laing electronic device sa experimental setup.
Ang Figure 20 naghulagway sa disenyo ug pag-uswag sa pag-optimize sa maong antenna sa porma sa block diagram. Kini nga block diagram naghatag usa ka lakang-sa-lakang nga paghulagway sa gisugyot nga mga prinsipyo sa disenyo sa MIMO antenna, ingon man ang mga parameter nga adunay hinungdanon nga papel sa pag-optimize sa antenna aron makab-ot ang gikinahanglan nga taas nga ganansya ug taas nga pagkahimulag sa usa ka halapad nga frequency sa operasyon.
Ang duol nga field MIMO antenna measurements gisukod sa SATIMO Near-Field Experimental Environment sa UKM SATIMO Near-Field Systems Laboratory. Ang mga numero 21a,b naghulagway sa simulate ug naobserbahan nga E-plane ug H-plane radiation patterns sa giangkon nga MIMO antenna nga adunay ug walay MS sa operating frequency nga 5.5 GHz. Sa operating frequency range nga 5.5 GHz, ang naugmad nga non-MS MIMO antenna naghatag ug makanunayon nga bidirectional radiation pattern nga adunay side lobe values. Human magamit ang MS reflector, ang antenna naghatag ug unidirectional radiation pattern ug gipakunhod ang lebel sa back lobes, sama sa gipakita sa Figures 21a, b. Angay nga matikdan nga pinaagi sa paggamit sa usa ka metasurface nga adunay tumbaga nga backplane, ang gisugyot nga MIMO antenna pattern mas lig-on ug unidirectional kay sa walay MS, nga adunay ubos kaayo nga likod ug kilid nga lobes. Ang gisugyot nga MM array reflector nagpamenos sa likod ug kilid nga lobes sa antenna ug nagpalambo usab sa mga kinaiya sa radiation pinaagi sa pagdirekta sa kasamtangan sa usa ka unidirectional nga direksyon (Fig. 21a, b), sa ingon nagdugang sa ganansya ug pagkadirekta. Ang gisukod nga sumbanan sa radiation nakuha alang sa port 1 nga adunay 50 ohm load nga konektado sa nahabilin nga mga pantalan. Naobserbahan nga ang eksperimento nga pattern sa radiation halos parehas sa gi-simulate sa CST, bisan kung adunay pipila nga mga pagtipas tungod sa misalignment sa sangkap, mga pagpamalandong gikan sa mga terminal port, ug mga pagkawala sa mga koneksyon sa cable. Dugang pa, usa ka nylon spacer ang gisal-ot tali sa antenna ug sa MS reflector, nga usa pa ka isyu nga nakaapekto sa naobserbahan nga mga resulta kung itandi sa gitagna nga mga resulta.
Ang radiation pattern sa naugmad nga MIMO antenna (walay MS ug MS) sa frequency nga 5.5 GHz gi-simulate ug gisulayan.
Mahinungdanon nga timan-an nga ang pagkahimulag sa pantalan ug ang mga kauban nga mga kinaiya niini hinungdanon sa pagtimbang-timbang sa pasundayag sa mga sistema sa MIMO. Ang diversity performance sa gisugyot nga MIMO system, lakip ang envelope correlation coefficient (ECC) ug diversity gain (DG), gisusi aron ihulagway ang kalig-on sa gidisenyo nga MIMO antenna system. Ang ECC ug DG sa usa ka MIMO antenna mahimong gamiton sa pagtimbang-timbang sa performance niini tungod kay importante kini nga aspeto sa performance sa usa ka MIMO system. Ang mosunod nga mga seksyon magdetalye niini nga mga bahin sa gisugyot nga MIMO antenna.
Envelope Correlation Coefficient (ECC). Kung gikonsiderar ang bisan unsang sistema sa MIMO, gitino sa ECC ang ang-ang kung diin ang mga sangkap nga sangkap adunay kalabotan sa usag usa bahin sa ilang piho nga mga kabtangan. Sa ingon, gipakita sa ECC ang lebel sa pagkahimulag sa channel sa usa ka wireless nga network sa komunikasyon. Ang ECC (envelope correlation coefficient) sa naugmad nga MIMO system mahimong matino base sa S-parameters ug far-field emission. Gikan sa Eq. (7) ug (8) ang ECC sa gisugyot nga MIMO antenna 31 mahimong matino.
Ang reflection coefficient girepresentahan sa Sii ug ang Sij nagrepresentar sa transmission coefficient. Ang tulo-ka-dimensyon nga mga pattern sa radiation sa j-th ug i-th antenna gihatag sa mga ekspresyon nga \(\vec{R}_{j} \left( {\theta ,\varphi} \right)\) ug \( \vec {{R_{ i } }} Solid anggulo nga girepresentahan sa \left( {\theta ,\varphi } \tuo)\) ug \({\Omega }\). Ang ECC curve sa gisugyot nga antenna gipakita sa Figure 22a ug ang bili niini ubos pa sa 0.004, nga ubos kaayo sa gidawat nga bili sa 0.5 alang sa wireless system. Busa, ang pagkunhod sa bili sa ECC nagpasabot nga ang gisugyot nga 4-port MIMO system naghatag ug labaw nga pagkalain-lain43.
Ang Diversity Gain (DG) DG maoy laing sukatan sa performance sa sistema sa MIMO nga naghulagway kon sa unsang paagi ang diversity scheme makaapekto sa radiated power. Ang relasyon (9) nagtino sa DG sa MIMO antenna system nga giugmad, ingon sa gihulagway sa 31.
Ang Figure 22b nagpakita sa DG diagram sa gisugyot nga MIMO system, diin ang DG value duol kaayo sa 10 dB. Ang mga kantidad sa DG sa tanan nga mga antenna sa gidisenyo nga sistema sa MIMO molapas sa 9.98 dB.
Ang talaan 1 nagtandi sa gisugyot nga metasurface MIMO antenna sa bag-o lang naugmad nga susamang mga sistema sa MIMO. Gikonsiderar sa pagtandi ang lainlaing mga parameter sa pasundayag, lakip ang bandwidth, ganansya, labing taas nga pagkalain, kinatibuk-ang kahusayan, ug pagkalainlain nga pasundayag. Gipresentar sa mga tigdukiduki ang lainlaing mga prototype sa antenna sa MIMO nga adunay mga pamaagi sa pagpauswag sa ganansya ug pagkahimulag sa 5, 44, 45, 46, 47. Kung itandi sa kaniadto nga gipatik nga mga buhat, ang gisugyot nga sistema sa MIMO nga adunay mga metasurface reflector milabaw kanila sa mga termino sa bandwidth, ganansya, ug pagkalainlain. Dugang pa, kon itandi sa susama nga mga antenna nga gitaho, ang naugmad nga MIMO nga sistema nagpakita sa labaw nga pagkalainlain nga pasundayag ug kinatibuk-ang kahusayan sa mas gamay nga gidak-on. Bisan kung ang mga antenna nga gihulagway sa Seksyon 5.46 adunay mas taas nga pagkalain kaysa sa among gisugyot nga mga antenna, kini nga mga antenna nag-antos sa dako nga gidak-on, ubos nga ganansya, pig-ot nga bandwidth, ug dili maayo nga performance sa MIMO. Ang 4-port nga MIMO antenna nga gisugyot sa 45 nagpakita sa taas nga ganansya ug kaepektibo, apan ang disenyo niini adunay gamay nga pagkalain, dako nga gidak-on, ug dili maayo nga pagkalainlain nga pasundayag. Sa laing bahin, ang gamay nga gidak-on nga sistema sa antenna nga gisugyot sa 47 adunay gamay kaayo nga ganansya ug operating bandwidth, samtang ang among gisugyot nga MS nga nakabase sa 4-port nga MIMO nga sistema nagpakita sa gamay nga gidak-on, taas nga ganansya, taas nga pagkahimulag ug mas maayo nga performance MIMO. Busa, ang gisugyot nga metasurface MIMO antenna mahimong usa ka mayor nga contender alang sa sub-6 GHz 5G nga mga sistema sa komunikasyon.
Usa ka upat ka port nga metasurface reflector-based wideband MIMO antenna nga adunay taas nga ganansya ug isolation ang gisugyot aron suportahan ang 5G nga mga aplikasyon ubos sa 6 GHz. Ang linya sa microstrip nagpakaon sa usa ka square radiating nga seksyon, nga giputol sa usa ka square sa diagonal nga mga kanto. Ang gisugyot nga MS ug antenna emitter gipatuman sa substrate nga mga materyales nga susama sa Rogers RT5880 aron makab-ot ang maayo kaayo nga performance sa high-speed nga 5G nga mga sistema sa komunikasyon. Ang MIMO antenna adunay halapad nga range ug taas nga ganansya, ug naghatag ug tunog nga pagkalainlain tali sa mga sangkap sa MIMO ug maayo kaayo nga kahusayan. Ang naugmad nga single antenna adunay gamay nga dimensyon nga 0.58?0.58?0.02? nga adunay 5 × 5 nga metasurface array, naghatag ug lapad nga 4.56 GHz operating bandwidth, 8 dBi peak gain ug superyor nga gisukod nga kahusayan. Ang gisugyot nga upat ka port nga MIMO antenna (2 × 2 array) gidesinyo pinaagi sa orthogonal nga pag-align sa matag gisugyot nga single antenna sa laing antenna nga adunay dimensyon nga 1.05λ × 1.05λ × 0.02λ. Girekomenda nga mag-assemble og 10 × 10 MM array sa ilawom sa 12mm nga taas nga MIMO antenna, nga makapakunhod sa back-radiation ug makapakunhod sa mutual coupling tali sa mga sangkap sa MIMO, sa ingon makapauswag sa ganansya ug pagkahimulag. Ang mga resulta sa eksperimento ug simulation nagpakita nga ang naugmad nga MIMO prototype mahimong molihok sa lapad nga frequency range nga 3.08–7.75 GHz, nga naglangkob sa 5G spectrum ubos sa 6 GHz. Dugang pa, ang gisugyot nga MS-based nga MIMO antenna nagpauswag sa ganansya niini sa 2.9 dBi, nga nakab-ot ang pinakataas nga ganansya sa 8.3 dBi, ug naghatag ug maayo kaayong pagkahimulag (>15.5 dB) tali sa mga sangkap sa MIMO, nga nagpamatuod sa kontribusyon sa MS. Dugang pa, ang gisugyot nga MIMO antenna adunay taas nga average nga kinatibuk-ang kahusayan nga 82% ug usa ka mubu nga distansya sa inter-element nga 22 mm. Ang antenna nagpakita sa maayo kaayo nga performance sa MIMO diversity lakip ang taas kaayo nga DG (sobra sa 9.98 dB), ubos kaayo nga ECC (ubos sa 0.004) ug unidirectional radiation pattern. Ang mga resulta sa pagsukod susama kaayo sa mga resulta sa simulation. Kini nga mga kinaiya nagpamatuod nga ang naugmad nga upat ka port nga MIMO antenna system mahimong usa ka praktikal nga kapilian alang sa 5G nga mga sistema sa komunikasyon sa sub-6 GHz frequency range.
Makahatag si Cowin og 400-6000MHz wideband PCB antenna, ug suporta sa pagdesinyo sa bag-ong antenna sumala sa imong gikinahanglan, palihog kontaka kami nga walay pagduha-duha kon duna kay hangyo.
Oras sa pag-post: Okt-10-2024