Dës Aarbecht proposéiert eng kompakt integréiert Multi-Input Multiple-Output (MIMO) Metasurface (MS) Breetbandantenne fir Ënner-6 GHz fënnefter Generatioun (5G) Wireless Kommunikatiounssystemer. Déi offensichtlech Neiheet vum proposéierte MIMO System ass seng breet Operatiounsbandbreedung, héije Gewënn, kleng Interkomponent-Entloossungen, an exzellent Isolatioun bannent de MIMO Komponenten. De Strahlungspunkt vun der Antenne ass diagonal ofgeschnidden, deelweis gegrënnt, a Metasurfaces gi benotzt fir d'Performance vun der Antenne ze verbesseren. Déi proposéiert Prototyp integréiert Single MS Antenne huet Miniatur Dimensiounen vun 0,58λ × 0,58λ × 0,02λ. Simulatiouns- a Miessresultater weisen Breetbandleistung vun 3,11 GHz bis 7,67 GHz, dorënner den héchste Gewënn vun 8 dBi. De Véier-Element MIMO System ass entworf sou datt all Antenne orthogonal zueneen ass, wärend eng kompakt Gréisst a Breetbandleistung vun 3,2 bis 7,6 GHz behalen. De proposéierte MIMO Prototyp ass entworf a fabrizéiert op Rogers RT5880 Substrat mat nidderegem Verloscht a miniaturiséierter Dimensiounen vun 1.05? 1, 05? 0,02 ?, a seng Leeschtung gëtt mat der proposéierter quadrateschen zouene Ringresonatorarray mat engem 10 x 10 Splitring bewäert. D'Basismaterial ass d'selwecht. Déi proposéiert Backplane Metasurface reduzéiert däitlech Antenne-Réckstralung a manipuléiert elektromagnéitesch Felder, wouduerch d'Bandbreedung, Gewënn an Isolatioun vu MIMO Komponenten verbessert ginn. Am Verglach mat existéierende MIMO Antennen, erreecht déi proposéiert 4-Port MIMO Antenne en héije Gewënn vun 8.3 dBi mat enger duerchschnëttlecher Gesamteffizienz vu bis zu 82% an der 5G Sub-6 GHz Band an ass gutt Accord mat de gemoossene Resultater. Ausserdeem weist déi entwéckelt MIMO Antenne exzellent Leeschtung a punkto Enveloppe Korrelatiounskoeffizient (ECC) vu manner wéi 0,004, Diversitéitsgewënn (DG) vu ronn 10 dB (> 9,98 dB) an héich Isolatioun tëscht MIMO Komponenten (> 15,5 dB). Charakteristiken. Also bestätegt déi proposéiert MS-baséiert MIMO Antenne seng Applikatioun fir Ënner-6 GHz 5G Kommunikatiounsnetzwierker.
5G Technologie ass en onheemleche Fortschrëtt an der drahtloser Kommunikatioun, déi méi séier a méi sécher Netzwierker fir Milliarde verbonne Geräter erméiglechen, Benotzererfarungen mat "Null" Latenz ubidden (Latenz vu manner wéi 1 Millisekonnen), an nei Technologien aféieren, dorënner Elektronik. Medizinesch Versuergung, intellektuell Ausbildung. , Smart Stied, Smart Haiser, virtuell Realitéit (VR), Smart Fabriken an den Internet vun Vehicles (IoV) änneren eist Liewen, Gesellschaft an Industrien1,2,3. D'US Federal Communications Commission (FCC) trennt den 5G Spektrum a véier Frequenzbands4. D'Frequenzband ënner 6 GHz ass interessant fir Fuerscher well et laang Distanzkommunikatioune mat héijen Datenraten erlaabt5,6. D'Sub-6 GHz 5G Spektrum Allocatioun fir global 5G Kommunikatiounen gëtt an der Figur 1 gewisen, wat beweist datt all Länner ënner 6 GHz Spektrum fir 5G Kommunikatioun7,8 berücksichtegen. Antennen sinn e wichtege Bestanddeel vun 5G Netzwierker a wäerte méi Basisstatioun a Benotzerterminalantennen erfuerderen.
Microstrip Patch Antennen hunn d'Virdeeler vun thinness an flaach Struktur, mee sinn limitéiert an bandwidth an gain9,10, sou vill Fuerschung gemaach gouf de Gewënn an bandwidth vun der Antenne Erhéijung; An de leschte Joren hunn metasurfaces (MS) an Antennen Technologien oft benotzt ginn, virun allem fir eng verbesseren Gewënn an Débit11,12, Allerdéngs sinn dës Antennen op eng eenzeg port limitéiert; MIMO Technologie ass e wichtegen Aspekt vun drahtlose Kommunikatiounen well et Multiple Antennen gläichzäiteg benotze kann fir Daten ze vermëttelen, an doduerch Datenraten, Spektraleffizienz, Kanalkapazitéit an Zouverlässegkeet verbesseren13,14,15. MIMO Antennen si potenziell Kandidate fir 5G Uwendungen well se Daten iwwer verschidde Kanäl kënne vermëttelen a kréien ouni zousätzlech Kraaft16,17 ze erfuerderen. De géigesäitege Kupplungseffekt tëscht MIMO Komponenten hänkt vun der Lag vun de MIMO Elementer an dem Gewënn vun der MIMO Antenne of, wat eng grouss Erausfuerderung fir Fuerscher ass. Figuren 18, 19, an 20 weisen verschidde MIMO Antennen déi an der 5G Ënner-6 GHz Band operéieren, déi all gutt MIMO Isolatioun a Leeschtung weisen. Wéi och ëmmer, de Gewënn an d'Bandbreedung vun dëse proposéierte Systemer sinn niddereg.
Metamaterialien (MMs) sinn nei Materialien déi net an der Natur existéieren an elektromagnetesch Wellen manipuléiere kënnen, doduerch d'Leeschtung vun den Antennen21,22,23,24 verbesseren. MM gëtt elo wäit an der Antennetechnologie benotzt fir d'Strahlungsmuster, d'Bandbreedung, d'Gewënn an d'Isolatioun tëscht Antenneelementer a drahtlose Kommunikatiounssystemer ze verbesseren, wéi diskutéiert am 25, 26, 27, 28. Am Joer 2029, e Véier-Element MIMO System baséiert op Metasurface, an deem d'Antennesektioun tëscht der Metasurface an dem Buedem ouni Loftspalt ageklemmt ass, wat d'MIMO Leeschtung verbessert. Wéi och ëmmer, dësen Design huet eng méi grouss Gréisst, manner Operatiounsfrequenz a komplex Struktur. En elektromagnetesche Bandgap (EBG) a Buedemschleife sinn an der proposéierter 2-Port Wideband MIMO Antenne abegraff fir d'Isolatioun vu MIMO30 Komponenten ze verbesseren. D'entworf Antenne huet gutt MIMO Diversitéit Leeschtung an excellent Isolatioun tëscht zwee MIMO Antennen, mee mat nëmmen zwee MIMO Komponente, wäert de Gewënn niddereg ginn. Zousätzlech huet in31 och eng Ultra-Wideband (UWB) Dual-Port MIMO Antenne proposéiert an seng MIMO Leeschtung mat Metamaterial ënnersicht. Och wann dës Antenne fäeg ass UWB Operatioun ze maachen, ass säi Gewënn niddereg an d'Isolatioun tëscht den zwou Antennen ass schlecht. D'Aarbecht in32 proposéiert en 2-Port MIMO System deen elektromagnetesche Bandgap (EBG) Reflektoren benotzt fir de Gewënn ze erhéijen. Obwuel d'entwéckelt Antenne Array héich Gewënn a gutt MIMO Diversitéit Leeschtung huet, mécht seng grouss Gréisst et schwéier an der nächster Generatioun Kommunikatioun Apparater ze gëllen. Eng aner Reflektor-baséiert Breetbandantenne gouf am 33 entwéckelt, wou de Reflektor ënner der Antenne integréiert gouf mat enger méi grousser 22 mm Spalt, déi e méi nidderegen Peakgewënn vun 4,87 dB weist. Pabeier 34 designt eng Véier-Port MIMO Antenne fir mmWave Uwendungen, déi integréiert ass mat der MS Layer fir d'Isolatioun an de Gewënn vum MIMO System ze verbesseren. Wéi och ëmmer, dës Antenne bitt gutt Gewënn an Isolatioun, awer huet limitéiert Bandbreedung a schlecht mechanesch Eegeschafte wéinst der grousser Loftspalt. Ähnlech, am Joer 2015, gouf eng dräi-Paar, 4-Port Bowtie-förmlech metasurface-integréiert MIMO Antenne fir mmWave Kommunikatiounen mat engem maximale Gewënn vu 7,4 dBi entwéckelt. B36 MS gëtt op der Récksäit vun enger 5G Antenne benotzt fir den Antennegewënn ze erhéijen, wou d'Metasurface als Reflektor wierkt. Wéi och ëmmer, d'MS Struktur ass asymmetresch a manner Opmierksamkeet gouf op d'Eenheetszellstruktur bezuelt.
Laut den uewe Analyseresultater huet keng vun den uewe genannten Antennen héije Gewënn, exzellent Isolatioun, MIMO Leeschtung a Breetbanddeckung. Dofir gëtt et nach ëmmer e Bedierfnes fir eng Metasurface MIMO Antenne déi eng breet Palette vu 5G Spektrumfrequenzen ënner 6 GHz mat héije Gewënn an Isolatioun kann decken. Wann Dir d'Aschränkungen vun der uewe genannter Literatur berücksichtegt, gëtt e Breetband Véier-Element MIMO Antennesystem mat héije Gewënn an exzellenter Diversitéitleistung fir Sub-6 GHz Wireless Kommunikatiounssystemer proposéiert. Zousätzlech weist déi proposéiert MIMO Antenne exzellent Isolatioun tëscht MIMO Komponenten, kleng Elementlücken an héich Stralungseffizienz. D'Antenne Patch ass diagonal ofgeschnidden an uewen op der Metasurface mat engem 12mm Loftspalt gesat, wat d'Réckstrahlung vun der Antenne reflektéiert an d'Antennegewënn an d'Direktivitéit verbessert. Zousätzlech gëtt déi proposéiert eenzeg Antenne benotzt fir eng Véier-Element MIMO Antenne mat superior MIMO Leeschtung ze kreéieren andeems se all Antenne orthogonal zuenee positionéieren. Déi entwéckelt MIMO Antenne gouf dunn uewen op engem 10 × 10 MS-Array mat engem Kupfer-Backplane integréiert fir d'Emissiounsleeschtung ze verbesseren. Den Design weist e breet Operatiounsberäich (3,08-7,75 GHz), héije Gewënn vun 8,3 dBi an héich duerchschnëttlech Gesamteffizienz vun 82%, souwéi exzellent Isolatioun vu méi wéi -15,5 dB tëscht MIMO Antennekomponenten. Déi entwéckelt MS-baséiert MIMO Antenne gouf simuléiert mat 3D elektromagnetesche Software Package CST Studio 2019 a validéiert duerch experimentell Studien.
Dës Sektioun gëtt eng detailléiert Aféierung an déi proposéiert Architektur an eenzeg Antenne Design Methodik. Zousätzlech ginn déi simuléiert an observéiert Resultater am Detail diskutéiert, dorënner Streuungsparameter, Gewënn an allgemeng Effizienz mat an ouni Metasurfaces. D'Prototyp Antenne gouf op engem Rogers 5880 Low Loss dielektrescht Substrat mat enger Dicke vun 1.575mm mat enger Dielektresch Konstant vun 2.2 entwéckelt. Fir den Design z'entwéckelen an ze simuléieren, gouf den elektromagnetesche Simulatorpaket CST Studio 2019 benotzt.
Figur 2 weist de proposéiert Architektur an Design Modell vun engem eenzege Element Antenne. No gutt-etabléiert mathematesch equations37, besteet d'Antenne aus engem linear fidderen véiereckege Stralungsfleck an engem Koffer Buedem Fliger (wéi am Schrëtt beschriwwen 1) a resonates mat enger ganz schmuel bandwidth pa 10,8 GHz, wéi an der Figur 3b. Déi initial Gréisst vum Antenne Heizkierper gëtt duerch déi folgend mathematesch Bezéiung37 bestëmmt:
Wou \(P_{L}\) an \(P_{w}\) d'Längt an d'Breet vum Patch sinn, c representéiert d'Liichtgeschwindegkeet, \(\gamma_{r}\) ass d'Dielektresch Konstant vum Substrat . , \(\gamma_{reff }\) stellt den effektiven dielektresche Wäert vum Stralungsfleck duer, \(\Delta L\) stellt d'Verännerung vun der Flecklängt duer. D'Antenne-Backplane gouf an der zweeter Stuf optimiséiert, d'Impedanzbandbreedung erhéicht trotz der ganz niddereger Impedanzbandbreedung vun 10 dB. An der drëtter Stuf gëtt d'Feederpositioun no riets geplënnert, wat d'Impedanzbandbreedung an d'Impedanzmatchung vun der proposéierter Antenne38 verbessert. Op dëser Etapp weist d'Antenne eng exzellent Operatiounsbandbreedung vu 4 GHz an deckt och de Spektrum ënner 6 GHz am 5G. Déi véiert a lescht Etapp implizéiert Ätzen véiereckege grooves am Géigendeel Ecker vun der Stralung Fleck. Dëse Slot erweidert d'4,56 GHz Bandbreed bedeitend fir Ënner-6 GHz 5G Spektrum vun 3,11 GHz op 7,67 GHz ze decken, wéi an der Figur 3b. Front an ënnen Perspektiv Meenung vum proposéierten Design ginn an der Figur 3a gewisen, an déi lescht optimiséiert erfuerderlech Designparameter sinn wéi follegt: 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) Uewer- an Heck Meenung vun der entworf eenzeger Antenne (CST STUDIO SUITE 2019). (b) S-Parameterkurve.
Metasurface ass e Begrëff, deen op eng periodesch Array vun Eenheetszellen bezitt, déi op enger gewëssener Distanz vuneneen läit. Metasurfaces sinn en effektive Wee fir d'Antennestrahlungsleistung ze verbesseren, dorënner Bandbreedung, Gewënn an Isolatioun tëscht MIMO Komponenten. Wéinst dem Afloss vun der Uewerflächewelleverbreedung generéieren Metasurfaces zousätzlech Resonanzen, déi zu enger verbesserter Antenneleistung bäidroen39. Dës Aarbecht proposéiert eng Epsilon-negativ Metamaterial (MM) Eenheet déi an der 5G Band ënner 6 GHz funktionnéiert. De MM mat enger Uewerfläch vun 8mm × 8mm gouf op engem nidderegen Verloscht Rogers 5880 Substrat mat enger dielektrescher Konstant vun 2,2 an enger Dicke vun 1,575mm entwéckelt. D'optimiséiert MM Resonator Patch besteet aus engem bannenzege kreesfërmeg Spaltring verbonne mat zwee geännert baussenzege Split Réng, wéi an der Figur 4a gewisen. Figur 4a resüméiert déi lescht optimiséiert Parameter vum proposéierte MM-Setup. Duerno goufen 40 × 40 mm an 80 × 80 mm Metasurface Schichten ouni Kupfer-Backplane entwéckelt a mat engem Kupfer-Backplane mat 5 × 5 an 10 × 10 Zellarrays respektiv. Déi proposéiert MM Struktur gouf mat 3D elektromagnetescher Modelléierungssoftware "CST Studio Suite 2019" modelléiert. E fabrizéierte Prototyp vun der proposéierter MM-Array-Struktur a Miessopstellung (Dual-Port Netzwierkanalysator PNA a Waveguide Hafen) gëtt an der Figur 4b gewisen fir d'CST Simulatiounsresultater ze validéieren andeems d'tatsächlech Äntwert analyséiert gëtt. D'Miessopstellung benotzt en Agilent PNA Serie Netzwierkanalysator a Kombinatioun mat zwee Waveguide Koaxialadapter (A-INFOMW, Deelnummer: 187WCAS) fir Signaler ze schécken an ze kréien. E Prototyp 5 × 5-Array gouf tëscht zwee Waveguide Koaxialadapter plazéiert, déi duerch Koaxialkabel mat engem Zwee-Port Netzwierkanalysator verbonne sinn (Agilent PNA N5227A). Den Agilent N4694-60001 Kalibrierungskit gëtt benotzt fir den Netzwierkanalysator an enger Pilotanlag ze kalibréieren. Déi simuléiert an CST observéiert Streuungsparameter vum proposéierte Prototyp MM-Array ginn an der Figur 5a gewisen. Et kann gesi ginn datt déi proposéiert MM Struktur am 5G Frequenzbereich ënner 6 GHz resonéiert. Trotz dem klengen Ënnerscheed an der Bandbreedung vun 10 dB sinn déi simuléiert an experimentell Resultater ganz ähnlech. D'Resonanzfrequenz, d'Bandbreedung an d'Amplitude vun der observéierter Resonanz si liicht anescht wéi déi simuléiert, wéi an der Figur 5a gewisen. Dës Differenzen tëscht observéierten a simuléierte Resultater sinn wéinst Fabrikatiounsdefiziter, klenge Spalten tëscht dem Prototyp an de Waveguide Ports, Kupplungseffekter tëscht de Waveguide Ports an Array Komponenten, a Miess Toleranzen. Zousätzlech kann eng korrekt Plazéierung vum entwéckelte Prototyp tëscht de Welleleithäfen am experimentellen Opbau zu enger Resonanzverschiebung féieren. Zousätzlech gouf onerwënscht Geräischer während der Kalibrierungsphase observéiert, wat zu Ënnerscheeder tëscht den numereschen a gemoossene Resultater gefouert huet. Wéi och ëmmer, ofgesi vun dëse Schwieregkeeten, funktionnéiert de proposéierte MM-Array-Prototyp gutt wéinst der staarker Korrelatioun tëscht Simulatioun an Experiment, sou datt et gutt gëeegent ass fir sub-6 GHz 5G drahtlose Kommunikatiounsapplikatiounen.
(a) Eenheetszellgeometrie (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) Foto vum MM Miessopbau.
(a) Simulatioun a Verifizéierung vun de Streuungsparameterkurven vum metamaterial Prototyp. (b) Dielectric konstante Kéier vun enger MM Eenheet Zell.
Relevant effektiv Parameteren wéi effektiv dielektresch Konstant, magnetesch Permeabilitéit a Brechungsindex goufen studéiert mat agebaute Post-Veraarbechtungstechnike vum CST elektromagnetesche Simulator fir d'Behuele vun der MM Eenheetzelle weider ze analyséieren. Déi effektiv MM Parameter ginn aus de Streuungsparameter mat enger robuster Rekonstruktiounsmethod kritt. Déi folgend Transmittanz- a Reflexiounskoeffizientgleichungen: (3) an (4) kënne benotzt ginn fir de Brechungsindex an d'Impedanz ze bestëmmen (kuckt 40).
Déi reell an imaginär Deeler vum Bedreiwer ginn duerch (.)' an (.)" respektiv duergestallt, an den ganzen Zuelewäert m entsprécht dem reelle Brechungsindex. Dielektresch Konstant an Permeabilitéit ginn duerch d'Formelen \(\varepsilon { } = {}n/z,\) an \(\mu = nz\) bestëmmt, déi op Impedanz respektiv Brechungsindex baséieren. Déi effektiv dielektresch Konstantekurve vun der MM Struktur gëtt an der Figur 5b gewisen. Bei der Resonanzfrequenz ass déi effektiv dielektresch Konstant negativ. Figuren 6a,b weisen déi extrahéiert Wäerter vun der effektiver Permeabilitéit (μ) an dem effektive Brechungsindex (n) vun der proposéierter Eenheetzell. Notamment weisen déi extrahéiert Permeabilitéit positiv real Wäerter no bei Null, wat d'epsilon-negativ (ENG) Eegeschafte vun der proposéierter MM Struktur bestätegt. Ausserdeem, wéi an der Figur 6a gewisen, ass d'Resonanz bei der Permeabilitéit no bei Null staark mat der Resonanzfrequenz verbonnen. D'entwéckelt Eenheet Zell huet en negativen refractive Index (Figebam. 6b), dat heescht, datt de proposéiert MM benotzt ginn d'Antenn Leeschtung21,41 ze verbesseren.
Den entwéckelte Prototyp vun enger eenzeger Breetbandantenne gouf fabrizéiert fir de proposéierten Design experimentell ze testen. Figuren 7a, b weisen Biller vun der proposéiert Prototyp Single Antenne, seng strukturell Deeler an der Noperschaft Miessunge Setup (SATIMO). Fir d'Antenneleistung ze verbesseren, gëtt déi entwéckelt Metasurface a Schichten ënner der Antenne plazéiert, wéi an der Figur 8a, mat Héicht h. Eng eenzeg 40mm x 40mm Duebelschicht Metasurface gouf op der hënneschter Säit vun der eenzeger Antenne mat 12mm Intervalle applizéiert. Zousätzlech ass eng Metasurface mat engem Backplane op der hënneschter Säit vun der eenzeger Antenne op enger Distanz vun 12 mm plazéiert. No der metasurface applizéiert, weist d'Single Antenne eng bedeitend Verbesserung vun der Leeschtung, wéi an der Figur 1 an 2. Figur 8 an 9. Figur 8b weist d'simuléiert a gemooss reflectance Diagrammer fir déi eenzeg Antenne ouni a mat metasurfaces. Et ass derwäert ze notéieren datt d'Ofdeckungsband vun enger Antenne mat enger Metasurface ganz ähnlech ass wéi d'Ofdeckungsband vun enger Antenne ouni Metasurface. Figuren 9a,b weisen e Verglach vum simuléierten an observéierten eenzegen Antennegewënn a Gesamteffizienz ouni a mat MS am Betribsspektrum. Et kann gesi ginn, datt am Verglach mat der Net-Metasurface Antenne, de Gewënn vun der Metasurface Antenne wesentlech verbessert gëtt, vun 5,15 dBi op 8 dBi erop. De Gewënn vun der Single-Layer Metasurface, Dual-Layer Metasurface, an Single Antenne mat Backplane Metasurface ass ëm 6 dBi, 6,9 dBi an 8 dBi eropgaang, respektiv. Am Verglach mat anere Metasurfaces (een-Schicht an Duebelschicht MCs), ass de Gewënn vun enger eenzeger Metasurface Antenne mat engem Kupfer-Backplane bis zu 8 dBi. An dësem Fall wierkt d'Metasurface als Reflektor, reduzéiert d'Réckstrahlung vun der Antenne an manipuléiert d'elektromagnetesch Wellen an der Phase, wouduerch d'Stralungseffizienz vun der Antenne an domat de Gewënn erhéicht gëtt. Eng Studie vun der Gesamteffizienz vun enger eenzeger Antenne ouni a mat Metasurfaces gëtt an der Figur 9b gewisen. Et ass derwäert ze bemierken datt d'Effizienz vun enger Antenne mat an ouni Metasurface bal d'selwecht ass. Am ënneschten Frequenzbereich fällt d'Antenneeffizienz liicht erof. Déi experimentell a simuléiert Gewënn- an Effizienzkurven sinn gutt Accord. Wéi och ëmmer, et gi kleng Differenzen tëscht de simuléierten an getestene Resultater wéinst Fabrikatiounsfehler, Miesstoleranzen, SMA Portverbindungsverloscht, an Drotverloscht. Zousätzlech sinn d'Antenne an d'MS-Reflektor tëscht den Nylon-Spacere lokaliséiert, wat en anert Thema ass, deen d'observéiert Resultater am Verglach zu de Simulatiounsresultater beaflosst.
Figur (a) weist déi fäerdeg eenzeg Antenne a seng verbonne Komponenten. (b) Near-field Miessung Setup (SATIMO).
(a) Antennenreizung mat Metasurface Reflektoren (CST STUDIO SUITE 2019). (b) Simuléiert an experimentell Reflexioune vun enger eenzeger Antenne ouni a mat MS.
Simulatiouns- a Miessresultater vun (a) den erreechten Gewënn an (b) d'Gesamteffizienz vun der proposéierter Metasurface Effekt Antenne.
Beam Muster Analyse mat MS. Single-Antenne Noperfeld Miessunge goufen am SATIMO Near-Field Experimental Environment vum UKM SATIMO Near-Field Systems Laboratory duerchgefouert. Figuren 10a, b weisen déi simuléiert an observéiert E-Fliger- an H-Fliger-Stralungsmuster op 5,5 GHz fir déi proposéiert eenzeg Antenne mat an ouni MS. Déi entwéckelt eenzeg Antenne (ouni MS) stellt e konsequent bidirektional Stralungsmuster mat Säitlobewäerter. Nodeems Dir de proposéierte MS-Reflektor applizéiert huet, bitt d'Antenne en eendirektional Stralungsmuster a reduzéiert den Niveau vun de Réckloben, wéi an de Figuren 10a, b. Et ass derwäert ze notéieren datt de proposéierte Single Antenne Stralungsmuster méi stabil an unidirektional ass mat ganz nidderegen Réck- a Säitloben wann Dir eng Metasurface mat engem Kupfer-Backplane benotzt. De proposéierte MM-Arrayreflektor reduzéiert d'Réck- an d'Säitloben vun der Antenne wärend d'Stralungsleistung verbessert andeems de Stroum an unidirectional Richtungen riicht (Fig. 10a, b), an doduerch de Gewënn an d'Direktivitéit erhéijen. Et gouf beobachtet datt d'experimentell Stralungsmuster bal vergläichbar mat deem vun den CST Simulatioune war, awer liicht variéiert wéinst Mëssverstäerkung vun de verschiddene montéierte Komponenten, Miesstoleranzen a Kabelverloschter. Zousätzlech gouf en Nylon Spacer tëscht der Antenne an dem MS-Reflektor agebaut, wat en anert Thema ass, deen déi observéiert Resultater am Verglach zu den numeresche Resultater beaflosst.
D'Stralungsmuster vun der entwéckelter eenzeger Antenne (ouni MS a mat MS) mat enger Frequenz vu 5,5 GHz gouf simuléiert a getest.
Déi proposéiert MIMO Antenne Geometrie gëtt an der Figur gewisen 11 an enthält véier eenzel Antennen. Déi véier Komponente vun der MIMO Antenne sinn orthogonally zu all aner op engem Substrat vun Dimensiounen 80 × 80 × 1,575 mm arrangéiert, wéi an der Figur 11. D'entworf MIMO Antenne huet eng Inter-Element Distanz vun 22 mm, déi méi kleng ass wéi de noosten entspriechend Inter-Element Distanz vun der Antenne. MIMO Antenne entwéckelt. Zousätzlech ass en Deel vum Buedemplang op déiselwecht Manéier wéi eng eenzeg Antenne. D'Reflexiounswäerter vun de MIMO Antennen (S11, S22, S33, a S44) gewisen an der Figur 12a weisen datselwecht Verhalen wéi eng Eenelementantenne, déi an der 3.2-7.6 GHz Band resonéiert. Dofir ass d'Impedanzbandbreedung vun enger MIMO Antenne genau d'selwecht wéi déi vun enger eenzeger Antenne. De Kupplungseffekt tëscht MIMO Komponenten ass den Haaptgrond fir de klenge Bandbreedverloscht vu MIMO Antennen. Figur 12b weist den Effet vun interconnection op MIMO Komponente, wou déi optimal Isolatioun tëscht MIMO Komponente bestëmmt gouf. D'Isolatioun tëscht den Antennen 1 an 2 ass déi niddregst bei ongeféier -13,6 dB, an d'Isolatioun tëscht den Antennen 1 an 4 ass déi héchst bei ongeféier -30,4 dB. Wéinst senger klenger Gréisst a méi breeder Bandbreedung huet dës MIMO Antenne e méi nidderegen Gewënn a méi nidderegen Duerchgang. Isolatioun ass niddereg, sou datt verstäerkt Verstäerkung an Isolatioun erfuerderlech sinn;
Design Mechanismus vun der proposéiert MIMO Antenne (eng) uewen Vue an (b) Buedem Fliger. (CST Studio Suite 2019).
D'geometresch Arrangement an d'Excitatiounsmethod vun der proposéierter Metasurface MIMO Antenne sinn an der Figur 13a gewisen. Eng 10x10mm Matrix mat Dimensiounen vun 80x80x1.575mm ass fir d'Récksäit vun enger 12mm héich MIMO Antenne entworf, wéi an der Figur 13a gewisen. Zousätzlech sinn Metasurfaces mat Kupfer-Backplane geduecht fir an MIMO Antennen ze benotzen fir hir Leeschtung ze verbesseren. D'Distanz tëscht der Metasurface an der MIMO Antenne ass kritesch fir en héije Gewënn z'erreechen wärend konstruktiv Interferenz tëscht de Wellen generéiert vun der Antenne an déi vun der Metasurface reflektéiert gëtt. Extensiv Modelléierung gouf gemaach fir d'Héicht tëscht der Antenne an der Metasurface ze optimiséieren, wärend Véierelwellenormen fir maximal Gewënn an Isolatioun tëscht MIMO Elementer behalen. Déi bedeitend Verbesserunge vun der MIMO Antennenleistung, déi erreecht ginn andeems Dir Metasurfaces mat Backplanes benotzt am Verglach mat Metasurfaces ouni Backplanes, ginn an de folgende Kapitelen bewisen.
(a) CST Simulatioun Setup vun der proposéierter MIMO Antenne benotzt MS (CST STUDIO SUITE 2019), (b) Reflexiounskurven vum entwéckelte MIMO System ouni MS a mat MS.
D'Reflexioune vu MIMO Antennen mat an ouni Metasurfaces ginn an der Figur 13b gewisen, wou S11 an S44 duerch dat bal identesch Verhalen vun all Antennen am MIMO System presentéiert ginn. Et ass derwäert ze notéieren datt d'-10 dB Impedanzbandbreedung vun enger MIMO Antenne ouni a mat enger eenzeger Metasurface bal d'selwecht ass. Am Géigesaz, gëtt d'Impedanzbandbreet vun der proposéierter MIMO Antenne verbessert duerch Dual-Layer MS an Backplane MS. Et ass derwäert ze bemierken datt ouni MS d'MIMO Antenne eng Fraktiounsbandbreedung vun 81,5% (3,2-7,6 GHz) relativ zu der Mëttfrequenz bitt. D'Integratioun vun der MS mat der Backplane erhéicht d'Impedanzbandbreedung vun der proposéierter MIMO Antenne op 86,3% (3,08–7,75 GHz). Obwuel Dual-Layer MS erhéicht den Duerchgang, ass d'Verbesserung manner wéi déi vun MS mat engem Kupfer-Backplane. Ausserdeem erhéicht en Dual-Layer MC d'Gréisst vun der Antenne, erhéicht seng Käschte a limitéiert seng Gamme. Déi entworf MIMO Antenne a Metasurface Reflektor gi fabrizéiert a verifizéiert fir d'Simulatiounsresultater ze validéieren an déi aktuell Leeschtung ze evaluéieren. Figur 14a weist der fabrizéierten MS Layer an MIMO Antenne mat verschiddene Komponente versammelt, iwwerdeems Figur 14b weist eng Foto vun der entwéckelt MIMO System. D'MIMO Antenne ass uewen op der Metasurface montéiert mat véier Nylon Spacers, wéi an der Figur 14b gewisen. Figur 15a weist e Snapshot vun der Noperfeld experimentell Opstellung vum entwéckelte MIMO Antenne System. E PNA Netzanalysator (Agilent Technologies PNA N5227A) gouf benotzt fir Streuungsparameter ze schätzen an no-Feld Emissiounseigenschaften am UKM SATIMO Near-Field Systems Laboratory ze evaluéieren an ze charakteriséieren.
(a) Fotoen vun SATIMO Noperfeld Miessunge (b) Simuléiert an experimentell Kéiren vun S11 MIMO Antenne mat an ouni MS.
Dës Sektioun presentéiert eng komparativ Studie vun de simuléierten an observéierte S-Parameter vun der proposéierter 5G MIMO Antenne. Figur 15b weist den experimentellen Reflexiounsplot vun der integréierter 4-Element MIMO MS Antenne a vergläicht et mat den CST Simulatiounsresultater. D'experimentell Reflexioune goufe fonnt déiselwecht wéi d'CST-Berechnungen ze sinn, awer ware liicht anescht wéinst Fabrikatiounsfehler an experimentellen Toleranzen. Zousätzlech deckt d'observéiert Reflexioun vum proposéierten MS-baséierten MIMO Prototyp den 5G Spektrum ënner 6 GHz mat enger Impedanzbandbreedung vun 4.8 GHz, dat heescht datt 5G Uwendungen méiglech sinn. Wéi och ëmmer, déi gemoossene Resonanzfrequenz, Bandbreedung an Amplituden ënnerscheede sech liicht vun den CST Simulatiounsresultater. Fabrikatiounsfehler, Koax-zu-SMA-Kupplungsverloschter, an Outdoor-Miessopstellunge kënnen Differenzen tëscht gemoossene a simuléierte Resultater verursaachen. Wéi och ëmmer, trotz dëse Mängel, funktionnéiert de proposéierte MIMO gutt, bitt e staarken Accord tëscht Simulatiounen a Miessunge, sou datt et gutt ass fir Sub-6 GHz 5G Wireless Uwendungen.
D'simuléiert an observéiert MIMO Antenne Gewënn Kéiren sinn an Figuren gewisen 2 an 2. Wéi an der Figur 16a, b an 17a, b, respektiv, gëtt de géigesäitege Interaktioun vun MIMO Komponente gewisen. Wann Metasurfaces op MIMO Antennen applizéiert ginn, gëtt d'Isolatioun tëscht MIMO Antennen wesentlech verbessert. D'Isolatiounspläng tëscht benachbaren Antenneelementer S12, S14, S23 an S34 weisen ähnlech Kéiren, während déi diagonal MIMO Antennen S13 a S42 ähnlech héich Isolatioun weisen wéinst der méi grousser Distanz tëscht hinnen. D'simuléiert Transmissioun Charakteristiken vun ugrenzend Antennen sinn an der Figur 16a gewisen. Et ass derwäert ze notéieren datt am 5G Betribsspektrum ënner 6 GHz d'Mindestisolatioun vun enger MIMO Antenne ouni Metasurface -13,6 dB ass, a fir eng Metasurface mat engem Backplane - 15,5 dB. D'Gewënnplot (Figur 16a) weist datt d'Backplane Metasurface d'Isolatioun tëscht MIMO Antenneelementer bedeitend verbessert am Verglach mat Single- an Double-Layer Metasurfaces. Op ugrenzend Antenneelementer liwweren eenzel- an duebelschichte Metasurfaces Minimum Isolatioun vu ronn -13,68 dB an -14,78 dB, an d'Kupfer Backplane Metasurface gëtt ongeféier -15,5 dB.
Simuléiert Isolatioun Kéiren vun MIMO Elementer ouni MS Layer a mat MS Layer: (eng) S12, S14, S34 an S32 an (b) S13 an S24.
Experimentell Gewënn Kéieren vun der proposéiert MS-baséiert MIMO Antennen ouni a mat: (eng) S12, S14, S34 an S32 an (b) S13 an S24.
D'MIMO diagonal Antenne Gewënnplots virun an no der bäigefüügt vun der MS Layer ginn an der Figur 16b gewisen. Et ass derwäert ze notéieren datt de Minimum Isolatioun tëscht diagonaler Antennen ouni Metasurface (Antennen 1 an 3) ass - 15,6 dB iwwer de Betribsspektrum, an eng Metasurface mat engem Backplane ass - 18 dB. D'Metasurface Approche reduzéiert d'Kupplungseffekter tëscht diagonalen MIMO Antennen wesentlech. Déi maximal Isolatioun fir eng Eenschicht Metasurface ass -37 dB, während fir eng Duebelschicht Metasurface dëse Wäert op -47 dB fällt. Déi maximal Isolatioun vun der Metasurface mat engem Kupfer-Backplane ass -36,2 dB, wat mat der Erhéijung vum Frequenzbereich erofgeet. Am Verglach mat eenzel- an duebel-Layer metasurfaces ouni backplane, stellt metasurfaces mat engem backplane super Isolatioun iwwer de ganze néideg Betribssystemer Frequenz Rei, virun allem am 5G Beräich ënner 6 GHz, wéi an der Figur gewisen 16a, b. Am beléifsten a wäit benotzt 5G Band ënnert 6 GHz (3,5 GHz), Single- an Dual-Layer metasurfaces manner Isolatioun tëscht MIMO Komponente wéi metasurfaces mat Koffer backplanes (bal keng MS) (gesinn Figur 16a), b). D'Gewënnmiessunge ginn an de Figuren 17a, b gewisen, déi d'Isolatioun vun de baschtantennen (S12, S14, S34 an S32) an diagonaler Antennen (S24 an S13) weisen. Wéi kann aus dëse Figuren gesi ginn (Fig. 17a, b), d'experimentell Isolatioun tëscht MIMO Komponente averstanen gutt mat der simuléiert Isolatioun. Och wann et kleng Differenzen tëscht de simuléierten a gemoossene CST Wäerter sinn wéinst Fabrikatiounsfehler, SMA Portverbindungen an Drotverloschter. Zousätzlech sinn d'Antenne an d'MS-Reflektor tëscht den Nylon-Spacere lokaliséiert, wat en anert Thema ass, deen d'observéiert Resultater am Verglach zu de Simulatiounsresultater beaflosst.
studéiert d'Uewerflächestroumverdeelung bei 5,5 GHz fir d'Roll vun de Metasurfaces bei der Reduzéierung vun der géigesäiteger Kupplung duerch Uewerflächewellenënnerdréckung ze rationaliséieren42. D'Uewerflächestroumverdeelung vun der proposéierter MIMO Antenne gëtt an der Figur 18 gewisen, wou d'Antenne 1 ugedriwwe gëtt an de Rescht vun der Antenne mat enger 50 Ohm Last ofgeschloss ass. Wann d'Antenne 1 energesch ass, erschéngen bedeitend géigesäiteg Kupplungsstroum bei Nopeschantennen op 5,5 GHz an der Verontreiung vun enger Metasurface, wéi an der Figur 18a. Am Géigendeel, duerch d'Benotzung vu Metasurfaces, wéi an der Fig. Et sollt bemierkt datt den Effet vun der géigesäiteger Kupplung vun Nopeschfelder miniméiert ka ginn andeems de Kupplungsstroum zu Nopeschrénger vun Eenheetszellen an benachbarte MS Eenheetszellen laanscht d'MS Layer an antiparallel Richtungen propagéiert. D'Injektioun vum Stroum vu verdeelt Antennen op MS Eenheeten ass eng Schlësselmethod fir d'Isolatioun tëscht MIMO Komponenten ze verbesseren. Als Resultat gëtt de Kupplungsstroum tëscht MIMO Komponenten staark reduzéiert, an d'Isolatioun ass och staark verbessert. Well d'Kupplung Feld wäit am Element verdeelt ass, isoléiert de Koffer backplane metasurface der MIMO Antenne Assemblée wesentlech méi wéi eenzel- an duebel-Layer metasurfaces (Figur 18d). Ausserdeem huet déi entwéckelt MIMO Antenne ganz niddereg Réckpropagatioun a Säit Ausbreedung, produzéiert en unidirektional Stralungsmuster, wouduerch de Gewënn vun der proposéierter MIMO Antenne erhéicht gëtt.
Surface aktuell Mustere vun der proposéiert MIMO Antenne pa 5,5 GHz (eng) ouni MC, (b) Single-Layer MC, (c) duebel-Layer MC, an (d) Single-Layer MC mat Koffer backplane. (CST Studio Suite 2019).
Bannent der Betribsfrequenz weist Figur 19a déi simuléiert an observéiert Gewënn vun der entworf MIMO Antenne ouni a mat Metasurfaces. De simuléierten erreecht Gewënn vun der MIMO Antenne ouni Metasurface ass 5,4 dBi, wéi an der Figur 19a gewisen. Wéinst dem géigesäitege Kupplungseffekt tëscht MIMO Komponenten erreecht déi proposéiert MIMO Antenne tatsächlech 0,25 dBi méi héije Gewënn wéi eng eenzeg Antenne. D'Zousatz vu Metasurfaces kann bedeitend Gewënn an Isolatioun tëscht MIMO Komponenten ubidden. Sou kann déi proposéiert Metasurface MIMO Antenne héich realiséiert Gewënn vun bis zu 8,3 dBi erreechen. Wéi an der Figur 19a gewisen, wann eng eenzeg Metasurface um Réck vun der MIMO Antenne benotzt gëtt, erhéicht de Gewënn ëm 1,4 dBi. Wann d'Metasurface verduebelt gëtt, erhéicht de Gewënn ëm 2,1 dBi, wéi an der Figur 19a gewisen. Wéi och ëmmer, den erwaarten maximalen Gewënn vun 8,3 dBi gëtt erreecht wann Dir d'Metasurface mat engem Kupfer-Backplane benotzt. Notamment ass de maximal erreechte Gewënn fir d'Single-Layer an Double-Layer Metasurfaces 6,8 dBi respektiv 7,5 dBi, während de maximal erreechte Gewënn fir déi ënnescht Layer Metasurface 8,3 dBi ass. D'Metasurface Schicht op der Récksäit vun der Antenne wierkt als Reflektor, reflektéiert Stralung vun der hënneschter Säit vun der Antenne a verbessert de Front-ze-Réck (F / B) Verhältnis vun der entworf MIMO Antenne. Zousätzlech manipuléiert den Héichimpedanz MS-Reflektor elektromagnéitesch Wellen an der Phase, wouduerch zousätzlech Resonanz erstellt an d'Stralungsleistung vun der proposéierter MIMO Antenne verbessert. De MS-Reflektor, deen hannert der MIMO-Antenne installéiert ass, kann den erreechte Gewënn wesentlech erhéijen, wat duerch experimentell Resultater bestätegt gëtt. Déi observéiert a simuléiert Gewënn vun der entwéckelter Prototyp MIMO Antenne si bal d'selwecht, awer bei e puer Frequenzen ass de gemoossene Gewënn méi héich wéi de simuléierte Gewënn, besonnesch fir MIMO ouni MS; Dës Variatiounen am experimentellen Gewënn sinn duerch Messstoleranzen vun den Nylonpads, Kabelverloschter a Kupplung am Antennesystem. De Peak gemoossene Gewënn vun der MIMO Antenne ouni Metasurface ass 5,8 dBi, während d'Metasurface mat engem Kupfer Backplane 8,5 dBi ass. Et ass derwäert ze bemierken datt de proposéierte komplette 4-Port MIMO Antennesystem mat MS Reflektor héich Gewënn ënner experimentellen an numeresche Bedéngungen weist.
Simulatioun an experimentell Resultater vun (a) der erreecht Gewënn an (b) d'allgemeng Leeschtung vun der proposéiert MIMO Antenne mat metasurface Effekt.
Figur 19b weist d'allgemeng Leeschtung vun der proposéiert MIMO System ouni a mat metasurface reflectors. An der Figur 19b, war déi niddregst Effizienz benotzt MS mat backplane iwwer 73% (bis zu 84%). D'Gesamteffizienz vun den entwéckelte MIMO Antennen ouni MC a mat MC ass bal d'selwecht mat klengen Differenzen am Verglach zu de simuléierte Wäerter. D'Grënn dofir sinn d'Miesstoleranzen an d'Benotzung vu Spacers tëscht der Antenne an dem MS-Reflektor. De gemoossene erreechte Gewënn an d'Gesamteffizienz iwwer d'ganz Frequenz si bal ähnlech wéi d'Simulatiounsresultater, wat beweist datt d'Leeschtung vum proposéierte MIMO Prototyp ass wéi erwaart an datt d'recommandéiert MS-baséiert MIMO Antenne gëeegent ass fir 5G Kommunikatiounen. Wéinst Feeler an experimentellen Studien existéieren Differenzen tëscht de Gesamtresultater vun Laborexperimenter an de Resultater vun Simulatiounen. D'Performance vum proposéierte Prototyp gëtt beaflosst vun der Impedanz-Mëssmatch tëscht der Antenne an dem SMA-Stecker, Koaxialkabelverbindungsverloschter, Löteffekter, an der Proximitéit vu verschiddenen elektroneschen Apparater zum experimentellen Setup.
Figur 20 beschreift den Design an Optimisatioun Fortschrëtt vun der gesot Antenne a Form vun engem Spär Diagramm. Dëst Blockdiagramm bitt eng Schrëtt-fir-Schrëtt Beschreiwung vun de proposéierte MIMO Antennen Designprinzipien, souwéi d'Parameteren déi eng Schlësselroll spillen fir d'Antenne ze optimiséieren fir den erfuerderlechen héije Gewënn an héich Isolatioun iwwer eng breet Operatiounsfrequenz z'erreechen.
D'Nopfeld MIMO Antenne Miessunge goufen am SATIMO Near-Field Experimental Environment am UKM SATIMO Near-Field Systems Laboratory gemooss. Figuren 21a,b weisen déi simuléiert an observéiert E-Fliger- an H-Fliger Stralungsmuster vun der behaapt MIMO Antenne mat an ouni MS bei enger Operatiounsfrequenz vun 5,5 GHz. Am Betribsfrequenzbereich vu 5,5 GHz stellt déi entwéckelt Net-MS MIMO Antenne e konsequent bidirektional Stralungsmuster mat Säitlobewäerter. No der Uwendung vum MS-Reflektor liwwert d'Antenne en unidirektional Stralungsmuster a reduzéiert den Niveau vun de Réckloben, wéi an de Figuren 21a, b. Et ass derwäert ze bemierken datt andeems Dir eng Metasurface mat engem Kupfer-Backplane benotzt, de proposéierte MIMO Antennemuster méi stabil an unidirektional ass wéi ouni MS, mat ganz nidderegen Réck- a Säitloben. De proposéierte MM-Array-Reflektor reduzéiert d'Réck- an d'Säitloben vun der Antenne a verbessert och d'Stralungseigenschaften andeems de Stroum an eng eendirektional Richtung geleet gëtt (Fig. 21a, b), an doduerch de Gewënn an d'Direktivitéit erhéijen. De gemoossene Stralungsmuster gouf fir den Hafen kritt 1 mat enger 50 Ohm Laascht verbonne mat de verbleiwen Häfen. Et gouf beobachtet datt d'experimentell Stralungsmuster bal identesch war mat deem simuléiert vum CST, obwuel et e puer Ofwäichunge goufe wéinst Komponent-Mëssverstäerkung, Reflexiounen vun Terminalhäfen a Verloschter an Kabelverbindungen. Zousätzlech gouf en Nylon Spacer tëscht der Antenne an dem MS-Reflektor agebaut, wat en anert Thema ass, deen déi observéiert Resultater am Verglach zu de virausgesote Resultater beaflosst.
D'Stralungsmuster vun der entwéckelter MIMO Antenne (ouni MS a mat MS) mat enger Frequenz vu 5,5 GHz gouf simuléiert a getest.
Et ass wichteg ze bemierken datt d'Portisolatioun a seng assoziéiert Charakteristike wesentlech sinn wann Dir d'Leeschtung vu MIMO Systemer evaluéiert. D'Diversitéitsleeschtung vum proposéierte MIMO System, dorënner Enveloppe Korrelatiounskoeffizient (ECC) an Diversitéitsgewënn (DG), gëtt iwwerpréift fir d'Robustitéit vum entworfene MIMO Antennesystem ze illustréieren. Den ECC an DG vun enger MIMO Antenne kënne benotzt ginn fir seng Leeschtung ze evaluéieren well se wichteg Aspekter vun der Leeschtung vun engem MIMO System sinn. Déi folgend Sektiounen wäerten dës Feature vun der proposéierter MIMO Antenne detailléiert.
Enveloppe Korrelatiounskoeffizient (ECC). Wann Dir all MIMO System berücksichtegt, bestëmmt d'ECC de Grad zu deem d'Bestanddeeler matenee korreléieren wat hir spezifesch Eegeschaften ugeet. Also weist ECC de Grad vun der Kanalisolatioun an engem drahtlose Kommunikatiounsnetz. Den ECC (Enveloppe Korrelatiounskoeffizient) vum entwéckelte MIMO System kann op Basis vu S-Parameteren a wäitfeld Emissioun bestëmmt ginn. Aus Eq. (7) an (8) der ECC vun der proposéiert MIMO Antenne 31 kann bestëmmt ginn.
De Reflexiounskoeffizient gëtt duerch Sii representéiert a Sij representéiert den Iwwerdroungskoeffizient. Déi dreidimensional Stralungsmuster vun den j-ten an i-ten Antennen ginn duerch d'Ausdrock \(\vec{R}_{j} \left( {\theta,\varphi} \right)\) an \( \vec {{R_{ i } }} Festwénkel representéiert duerch \lénks( {\theta ,\varphi } \right)\) an \({\Omega }\). D'ECC-Kurve vun der proposéierter Antenne gëtt an der Figur 22a gewisen a säi Wäert ass manner wéi 0,004, wat gutt ënner dem akzeptablen Wäert vun 0,5 fir e Wireless-System ass. Dofir bedeit de reduzéierten ECC Wäert datt de proposéierte 4-Port MIMO System eng super Diversitéit bitt43.
Diversity Gain (DG) DG ass eng aner MIMO System Performance Metrik déi beschreift wéi d'Diversitéitsschema d'strahlend Kraaft beaflosst. D'Relatioun (9) bestëmmt den DG vum MIMO Antennesystem deen entwéckelt gëtt, wéi am 31 beschriwwen.
Figur 22b weist den DG Diagramm vum proposéierte MIMO System, wou den DG Wäert ganz no bei 10 dB ass. D'DG Wäerter vun all Antennen vum entworfene MIMO System iwwerschreiden 9,98 dB.
Dësch 1 vergläicht déi proposéiert Metasurface MIMO Antenne mat kuerzem entwéckelt ähnlechen MIMO Systemer. De Verglach berücksichtegt verschidde Performanceparameter, dorënner Bandbreedung, Gewënn, maximal Isolatioun, Gesamteffizienz an Diversitéitsleeschtung. Fuerscher hunn verschidde MIMO Antenne Prototypen mat Gewënn an Isolatioun Verbesserung Techniken presentéiert an 5, 44, 45, 46, 47. Am Verglach mat virdrun publizéiert Wierker, de proposéiert MIMO System mat Metasurface Reflektoren outperforms hinnen am Sënn vun Bandbreedung, Gewënn, an Isolatioun. Zousätzlech, am Verglach mat ähnlechen Antennen gemellt, weist den entwéckelte MIMO System super Diversitéitsleistung an allgemeng Effizienz bei enger méi klenger Gréisst. Och wann d'Antennen, déi am Sektioun 5.46 beschriwwe sinn, méi héich Isolatioun hunn wéi eis proposéiert Antennen, leiden dës Antennen vu grousser Gréisst, nidderegem Gewënn, schmueler Bandbreedung a schlechter MIMO Leeschtung. D'4-Port MIMO Antenne proposéiert an 45 weist héich Gewënn an Effizienz, awer säin Design huet niddereg Isolatioun, grouss Gréisst a schlecht Diversitéit Leeschtung. Op der anerer Säit, déi kleng Gréisst Antenne System proposéiert an 47 huet ganz niddereg Gewënn an Betribssystemer bandwidth, iwwerdeems eis proposéiert MS baséiert 4-port MIMO System weist kleng Gréisst, héich Gewënn, héich Isolatioun a besser Leeschtung MIMO. Sou kann déi proposéiert Metasurface MIMO Antenne e grousse Kandidat fir Ënner-6 GHz 5G Kommunikatiounssystemer ginn.
Eng véier-Port Metasurface Reflektor-baséiert Wideband MIMO Antenne mat héije Gewënn an Isolatioun gëtt proposéiert fir 5G Uwendungen ënner 6 GHz z'ënnerstëtzen. D'Mikrostrip Linn fiddert e Quadratstrahlungssektioun, deen duerch e Quadrat an den diagonalen Ecker ofgeschnidden ass. Déi proposéiert MS an Antenne-Emitter ginn op Substratmaterial ähnlech wéi Rogers RT5880 implementéiert fir exzellent Leeschtung an High-Speed-5G Kommunikatiounssystemer z'erreechen. D'MIMO Antenne huet breet Palette an héije Gewënn, a bitt Tounisolatioun tëscht MIMO Komponenten an exzellenter Effizienz. Déi entwéckelt eenzeg Antenne huet Miniatur Dimensiounen vun 0.58? 0.58? 0.02? mat engem 5 × 5 Metasurface Array, stellt eng breet 4,56 GHz Betribssystemer Bandbreedung, 8 dBi Peak Gewënn a super gemooss Effizienz. Déi proposéiert Véierport MIMO Antenne (2 × 2 Array) ass entworf andeems all proposéiert eenzeg Antenne mat enger anerer Antenne mat Dimensiounen vun 1,05λ × 1,05λ × 0,02λ orthogonal ausgeriicht ass. Et ass recommandéiert eng 10 × 10 MM Array ënner enger 12mm héich MIMO Antenne ze sammelen, déi d'Réckstrahlung reduzéiere kann an d'géigesäiteg Kupplung tëscht MIMO Komponenten reduzéieren, doduerch Gewënn an Isolatioun verbesseren. Experimentell a Simulatiounsresultater weisen datt den entwéckelte MIMO Prototyp an engem breet Frequenzbereich vun 3.08–7.75 GHz operéiere kann, de 5G Spektrum ënner 6 GHz ofdecken. Zousätzlech verbessert déi proposéiert MS-baséiert MIMO Antenne säi Gewënn mat 2,9 dBi, fir e maximale Gewënn vun 8,3 dBi z'erreechen, a bitt exzellent Isolatioun (> 15,5 dB) tëscht MIMO Komponenten, déi de Bäitrag vu MS validéiert. Zousätzlech huet déi proposéiert MIMO Antenne eng héich duerchschnëttlech Gesamteffizienz vun 82% an eng niddereg Inter-Element Distanz vun 22 mm. D'Antenne weist excellent MIMO Diversitéit Leeschtung dorënner ganz héich DG (iwwer 9.98 dB), ganz niddereg ECC (manner wéi 0.004) an unidirectional Stralung Muster. D'Miessresultater si ganz ähnlech wéi d'Simulatiounsresultater. Dës Charakteristike bestätegen datt den entwéckelte Véier-Port MIMO Antennesystem eng viabel Wiel fir 5G Kommunikatiounssystemer am Ënner-6 GHz Frequenzbereich kann sinn.
Cowin kann 400-6000MHz Breetband PCB Antenne ubidden, an Ënnerstëtzung fir nei Antenne no Ärem Bedierfnes ze designen, kontaktéiert eis ouni ze zécken wann Dir eng Ufro hutt.
Post Zäit: Okt-10-2024