Menggunakan metasurfaces untuk meningkatkan perolehan dan pengasingan antena PCB jalur lebar untuk sistem komunikasi 5G sub-6 GHz

Kerja ini mencadangkan antena jalur lebar metasurface (MS) multi-input multi-input bersepadu padat (MIMO) untuk sistem komunikasi wayarles sub-6 GHz generasi kelima (5G). Kebaharuan jelas sistem MIMO yang dicadangkan ialah lebar jalur operasinya yang luas, keuntungan tinggi, kelegaan antara komponen yang kecil, dan pengasingan yang sangat baik dalam komponen MIMO. Tempat pancaran antena dipenggal secara menyerong, dibumikan separa, dan permukaan meta digunakan untuk meningkatkan prestasi antena. Antena MS tunggal bersepadu prototaip yang dicadangkan mempunyai dimensi kecil 0.58λ × 0.58λ × 0.02λ. Hasil simulasi dan pengukuran menunjukkan prestasi jalur lebar dari 3.11 GHz hingga 7.67 GHz, termasuk keuntungan tertinggi yang dicapai sebanyak 8 dBi. Sistem MIMO empat elemen direka supaya setiap antena adalah ortogon antara satu sama lain sambil mengekalkan saiz padat dan prestasi jalur lebar dari 3.2 hingga 7.6 GHz. Prototaip MIMO yang dicadangkan direka dan direka pada substrat Rogers RT5880 dengan kehilangan rendah dan dimensi miniatur 1.05? 1.05? 0.02?, dan prestasinya dinilai menggunakan tatasusunan resonator cincin tertutup persegi yang dicadangkan dengan cincin belah 10 x 10. Bahan asas adalah sama. Metasurface satah belakang yang dicadangkan dengan ketara mengurangkan sinaran belakang antena dan memanipulasi medan elektromagnet, dengan itu meningkatkan lebar jalur, keuntungan dan pengasingan komponen MIMO. Berbanding dengan antena MIMO sedia ada, antena MIMO 4-port yang dicadangkan mencapai keuntungan tinggi sebanyak 8.3 dBi dengan purata kecekapan keseluruhan sehingga 82% dalam jalur 5G sub-6 GHz dan bersetuju dengan keputusan yang diukur. Selain itu, antena MIMO yang dibangunkan mempamerkan prestasi cemerlang dari segi pekali korelasi sampul surat (ECC) kurang daripada 0.004, keuntungan kepelbagaian (DG) kira-kira 10 dB (>9.98 dB) dan pengasingan tinggi antara komponen MIMO (>15.5 dB ). ciri-ciri. Oleh itu, antena MIMO berasaskan MS yang dicadangkan mengesahkan kebolehgunaannya untuk rangkaian komunikasi 5G sub-6 GHz.
Teknologi 5G ialah kemajuan luar biasa dalam komunikasi tanpa wayar yang akan membolehkan rangkaian yang lebih pantas dan selamat untuk berbilion peranti yang disambungkan, memberikan pengalaman pengguna dengan kependaman "sifar" (kependaman kurang daripada 1 milisaat), dan memperkenalkan teknologi baharu, termasuk elektronik. Penjagaan perubatan, pendidikan intelek. , bandar pintar, rumah pintar, realiti maya (VR), kilang pintar dan Internet Kenderaan (IoV) sedang mengubah kehidupan, masyarakat dan industri1,2,3 kita. Suruhanjaya Komunikasi Persekutuan (FCC) AS membahagikan spektrum 5G kepada empat jalur frekuensi4. Jalur frekuensi di bawah 6 GHz menarik minat penyelidik kerana ia membolehkan komunikasi jarak jauh dengan kadar data yang tinggi5,6. Peruntukan spektrum 5G sub-6 GHz untuk komunikasi 5G global ditunjukkan dalam Rajah 1, menunjukkan bahawa semua negara sedang mempertimbangkan spektrum sub-6 GHz untuk komunikasi 5G7,8. Antena ialah bahagian penting rangkaian 5G dan akan memerlukan lebih banyak antena stesen pangkalan dan terminal pengguna.
Antena tampalan jalur mikro mempunyai kelebihan nipis dan struktur rata, tetapi terhad dalam lebar jalur dan keuntungan9,10, begitu banyak penyelidikan telah dilakukan untuk meningkatkan keuntungan dan lebar jalur antena; Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, metasurfaces (MS) telah digunakan secara meluas dalam teknologi antena, terutamanya untuk meningkatkan keuntungan dan daya pemprosesan11,12, walau bagaimanapun, antena ini terhad kepada satu port; Teknologi MIMO ialah aspek penting dalam komunikasi tanpa wayar kerana ia boleh menggunakan berbilang antena secara serentak untuk menghantar data, dengan itu meningkatkan kadar data, kecekapan spektrum, kapasiti saluran dan kebolehpercayaan13,14,15. Antena MIMO ialah calon berpotensi untuk aplikasi 5G kerana ia boleh menghantar dan menerima data melalui berbilang saluran tanpa memerlukan kuasa tambahan16,17. Kesan gandingan bersama antara komponen MIMO bergantung pada lokasi elemen MIMO dan keuntungan antena MIMO, yang merupakan cabaran utama bagi penyelidik. Rajah 18, 19 dan 20 menunjukkan pelbagai antena MIMO yang beroperasi dalam jalur 5G sub-6 GHz, semuanya menunjukkan pengasingan dan prestasi MIMO yang baik. Walau bagaimanapun, keuntungan dan lebar jalur operasi sistem yang dicadangkan ini adalah rendah.
Metamaterials (MMs) ialah bahan baharu yang tidak wujud di alam semula jadi dan boleh memanipulasi gelombang elektromagnet, seterusnya meningkatkan prestasi antena21,22,23,24. MM kini digunakan secara meluas dalam teknologi antena untuk meningkatkan corak sinaran, lebar jalur, keuntungan dan pengasingan antara elemen antena dan sistem komunikasi tanpa wayar, seperti yang dibincangkan dalam 25, 26, 27, 28. Pada tahun 2029, sistem MIMO empat elemen berdasarkan metasurface, di mana bahagian antena diapit di antara metasurface dan tanah tanpa jurang udara, yang meningkatkan prestasi MIMO. Walau bagaimanapun, reka bentuk ini mempunyai saiz yang lebih besar, frekuensi operasi yang lebih rendah dan struktur yang kompleks. Jurang jalur elektromagnet (EBG) dan gelung tanah disertakan dalam antena MIMO jalur lebar 2 port yang dicadangkan untuk menambah baik pengasingan komponen MIMO30. Antena yang direka bentuk mempunyai prestasi kepelbagaian MIMO yang baik dan pengasingan yang sangat baik antara dua antena MIMO, tetapi hanya menggunakan dua komponen MIMO, keuntungan akan menjadi rendah. Selain itu, in31 juga mencadangkan antena MIMO dwi-port ultra-lebar (UWB) dan menyiasat prestasi MIMOnya menggunakan bahan metamaterial. Walaupun antena ini mampu mengendalikan UWB, keuntungannya adalah rendah dan pengasingan antara kedua-dua antena adalah lemah. Kerja in32 mencadangkan sistem MIMO 2-port yang menggunakan pemantul celah jalur elektromagnet (EBG) untuk meningkatkan keuntungan. Walaupun tatasusunan antena yang dibangunkan mempunyai keuntungan tinggi dan prestasi kepelbagaian MIMO yang baik, saiznya yang besar menjadikannya sukar untuk digunakan dalam peranti komunikasi generasi akan datang. Satu lagi antena jalur lebar berasaskan reflektor telah dibangunkan pada 33, di mana reflektor telah disepadukan di bawah antena dengan jurang 22 mm yang lebih besar, mempamerkan keuntungan puncak yang lebih rendah sebanyak 4.87 dB. Paper 34 mereka bentuk antena MIMO empat port untuk aplikasi mmWave, yang disepadukan dengan lapisan MS untuk meningkatkan pengasingan dan keuntungan sistem MIMO. Walau bagaimanapun, antena ini memberikan keuntungan dan pengasingan yang baik, tetapi mempunyai lebar jalur yang terhad dan sifat mekanikal yang lemah disebabkan oleh jurang udara yang besar. Begitu juga, pada tahun 2015, antena MIMO bersepadu metasurface berbentuk ikatan kupu-kupu 4-port tiga pasang telah dibangunkan untuk komunikasi mmWave dengan keuntungan maksimum 7.4 dBi. B36 MS digunakan pada bahagian belakang antena 5G untuk meningkatkan keuntungan antena, di mana metasurface bertindak sebagai pemantul. Walau bagaimanapun, struktur MS adalah tidak simetri dan kurang perhatian telah diberikan kepada struktur sel unit.
Mengikut keputusan analisis di atas, tiada antena di atas mempunyai keuntungan tinggi, pengasingan yang sangat baik, prestasi MIMO dan liputan jalur lebar. Oleh itu, masih terdapat keperluan untuk antena MIMO metasurface yang boleh meliputi pelbagai frekuensi spektrum 5G di bawah 6 GHz dengan keuntungan dan pengasingan yang tinggi. Memandangkan had kesusasteraan yang disebutkan di atas, sistem antena MIMO empat elemen jalur lebar dengan keuntungan tinggi dan prestasi kepelbagaian cemerlang dicadangkan untuk sistem komunikasi tanpa wayar sub-6 GHz. Di samping itu, antena MIMO yang dicadangkan mempamerkan pengasingan yang sangat baik antara komponen MIMO, jurang elemen kecil dan kecekapan sinaran yang tinggi. Tampalan antena dipenggal secara menyerong dan diletakkan di atas permukaan meta dengan jurang udara 12mm, yang memantulkan sinaran belakang antena dan meningkatkan perolehan dan kearah arah antena. Di samping itu, antena tunggal yang dicadangkan digunakan untuk mencipta antena MIMO empat elemen dengan prestasi MIMO yang unggul dengan meletakkan setiap antena secara ortogon antara satu sama lain. Antena MIMO yang dibangunkan kemudiannya disepadukan di atas tatasusunan 10 × 10 MS dengan satah belakang tembaga untuk meningkatkan prestasi pelepasan. Reka bentuk ini menampilkan julat operasi yang luas (3.08-7.75 GHz), keuntungan tinggi sebanyak 8.3 dBi dan kecekapan keseluruhan purata tinggi sebanyak 82%, serta pengasingan cemerlang yang lebih besar daripada −15.5 dB antara komponen antena MIMO. Antena MIMO berasaskan MS yang dibangunkan telah disimulasikan menggunakan pakej perisian elektromagnet 3D CST Studio 2019 dan disahkan melalui kajian eksperimen.
Bahagian ini menyediakan pengenalan terperinci kepada seni bina yang dicadangkan dan metodologi reka bentuk antena tunggal. Di samping itu, hasil simulasi dan pemerhatian dibincangkan secara terperinci, termasuk parameter serakan, keuntungan, dan kecekapan keseluruhan dengan dan tanpa metasurfaces. Antena prototaip dibangunkan pada substrat dielektrik kehilangan rendah Rogers 5880 dengan ketebalan 1.575mm dengan pemalar dielektrik 2.2. Untuk membangunkan dan mensimulasikan reka bentuk, pakej simulator elektromagnet CST studio 2019 telah digunakan.
Rajah 2 menunjukkan reka bentuk dan model reka bentuk yang dicadangkan bagi antena elemen tunggal. Menurut persamaan matematik yang mantap37, antena terdiri daripada titik pancaran persegi yang disuap secara linear dan satah tanah kuprum (seperti yang diterangkan dalam langkah 1) dan bergema dengan lebar jalur yang sangat sempit pada 10.8 GHz, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3b. Saiz awal radiator antena ditentukan oleh perhubungan matematik berikut37:
Di mana \(P_{L}\) dan \(P_{w}\) ialah panjang dan lebar tampalan, c mewakili kelajuan cahaya, \(\gamma_{r}\) ialah pemalar dielektrik substrat . , \(\gamma_{reff }\) mewakili nilai dielektrik berkesan titik sinaran, \(\Delta L\) mewakili perubahan panjang titik. Satah belakang antena telah dioptimumkan pada peringkat kedua, meningkatkan lebar jalur impedans walaupun jalur lebar impedans yang sangat rendah iaitu 10 dB. Pada peringkat ketiga, kedudukan penyuap dialihkan ke kanan, yang meningkatkan lebar jalur impedans dan padanan impedans antena yang dicadangkan38. Pada peringkat ini, antena menunjukkan lebar jalur operasi yang sangat baik sebanyak 4 GHz dan juga meliputi spektrum di bawah 6 GHz dalam 5G. Peringkat keempat dan terakhir melibatkan goresan segi empat sama di sudut bertentangan tempat sinaran. Slot ini mengembangkan lebar jalur 4.56 GHz dengan ketara untuk meliputi spektrum 5G sub-6 GHz daripada 3.11 GHz kepada 7.67 GHz, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3b. Pandangan perspektif hadapan dan bawah reka bentuk yang dicadangkan ditunjukkan dalam Rajah 3a, dan parameter reka bentuk yang dioptimumkan akhir yang diperlukan adalah seperti berikut: 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) Pandangan atas dan belakang antena tunggal yang direka bentuk (CST STUDIO SUITE 2019). (b) Lengkung parameter-S.
Metasurface ialah istilah yang merujuk kepada susunan berkala sel unit yang terletak pada jarak tertentu antara satu sama lain. Metasurfaces ialah cara yang berkesan untuk meningkatkan prestasi sinaran antena, termasuk lebar jalur, keuntungan dan pengasingan antara komponen MIMO. Disebabkan oleh pengaruh perambatan gelombang permukaan, permukaan meta menjana resonans tambahan yang menyumbang kepada prestasi antena yang lebih baik39. Kerja ini mencadangkan unit metamaterial (MM) epsilon-negatif yang beroperasi dalam jalur 5G di bawah 6 GHz. MM dengan luas permukaan 8mm×8mm telah dibangunkan pada substrat Rogers 5880 kehilangan rendah dengan pemalar dielektrik 2.2 dan ketebalan 1.575mm. Tampalan resonator MM yang dioptimumkan terdiri daripada cincin belah bulat dalam yang disambungkan kepada dua cincin belah luar yang diubah suai, seperti ditunjukkan dalam Rajah 4a. Rajah 4a meringkaskan parameter akhir yang dioptimumkan bagi persediaan MM yang dicadangkan. Selepas itu, lapisan metasurface 40 × 40 mm dan 80 × 80 mm telah dibangunkan tanpa satah belakang kuprum dan dengan satah belakang kuprum masing-masing menggunakan tatasusunan sel 5 × 5 dan 10 × 10. Struktur MM yang dicadangkan telah dimodelkan menggunakan perisian pemodelan elektromagnet 3D “CST studio suite 2019”. Prototaip rekaan struktur tatasusunan MM yang dicadangkan dan persediaan ukuran (penganalisis rangkaian dwi-port PNA dan port pandu gelombang) ditunjukkan dalam Rajah 4b untuk mengesahkan keputusan simulasi CST dengan menganalisis tindak balas sebenar. Persediaan pengukuran menggunakan penganalisis rangkaian siri Agilent PNA digabungkan dengan dua penyesuai sepaksi pandu gelombang (A-INFOMW, nombor bahagian: 187WCAS) untuk menghantar dan menerima isyarat. Prototaip tatasusunan 5×5 diletakkan di antara dua penyesuai sepaksi pandu gelombang yang disambungkan dengan kabel sepaksi ke penganalisis rangkaian dua port (Agilent PNA N5227A). Kit penentukuran Agilent N4694-60001 digunakan untuk menentukur penganalisis rangkaian dalam loji perintis. Parameter taburan simulasi dan CST diperhatikan bagi tatasusunan MM prototaip yang dicadangkan ditunjukkan dalam Rajah 5a. Ia boleh dilihat bahawa struktur MM yang dicadangkan bergema dalam julat frekuensi 5G di bawah 6 GHz. Walaupun terdapat perbezaan kecil dalam lebar jalur sebanyak 10 dB, hasil simulasi dan eksperimen adalah sangat serupa. Kekerapan resonans, lebar jalur dan amplitud resonans yang diperhatikan adalah sedikit berbeza daripada yang disimulasikan, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 5a. Perbezaan antara hasil yang diperhatikan dan disimulasikan adalah disebabkan oleh ketidaksempurnaan pembuatan, kelegaan kecil antara prototaip dan port pandu gelombang, kesan gandingan antara port pandu gelombang dan komponen tatasusunan, dan toleransi pengukuran. Di samping itu, penempatan yang betul bagi prototaip yang dibangunkan di antara port pandu gelombang dalam persediaan percubaan boleh mengakibatkan anjakan resonans. Di samping itu, bunyi yang tidak diingini diperhatikan semasa fasa penentukuran, yang membawa kepada percanggahan antara keputusan berangka dan diukur. Walau bagaimanapun, selain daripada kesukaran ini, prototaip tatasusunan MM yang dicadangkan berprestasi baik disebabkan korelasi yang kukuh antara simulasi dan percubaan, menjadikannya sangat sesuai untuk aplikasi komunikasi wayarles sub-6 GHz 5G.
(a) Geometri sel unit (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 SUITE STUDIO) ) 2019) (b) Foto persediaan pengukur MM.
(a) Simulasi dan pengesahan keluk parameter serakan prototaip metamaterial. (b) Lengkung pemalar dielektrik sel unit MM.
Parameter berkesan yang berkaitan seperti pemalar dielektrik berkesan, kebolehtelapan magnetik, dan indeks biasan telah dikaji menggunakan teknik pasca pemprosesan terbina dalam simulator elektromagnet CST untuk menganalisis lebih lanjut kelakuan sel unit MM. Parameter MM yang berkesan diperoleh daripada parameter serakan menggunakan kaedah pembinaan semula yang teguh. Persamaan pekali hantaran dan pantulan berikut: (3) dan (4) boleh digunakan untuk menentukan indeks biasan dan galangan (lihat 40).
Bahagian sebenar dan khayalan operator diwakili oleh (.)' dan (.)” masing-masing, dan nilai integer m sepadan dengan indeks biasan sebenar. Pemalar dan kebolehtelapan dielektrik ditentukan oleh formula \(\varepsilon { } = { }n/z,\) dan \(\mu = nz\), yang masing-masing berdasarkan impedans dan indeks biasan. Lengkung pemalar dielektrik berkesan bagi struktur MM ditunjukkan dalam Rajah 5b. Pada frekuensi resonans, pemalar dielektrik berkesan adalah negatif. Rajah 6a,b menunjukkan nilai yang diekstrak bagi kebolehtelapan berkesan (μ) dan indeks biasan berkesan (n) bagi sel unit yang dicadangkan. Terutamanya, kebolehtelapan yang diekstrak mempamerkan nilai sebenar positif yang hampir kepada sifar, yang mengesahkan sifat epsilon-negatif (ENG) struktur MM yang dicadangkan. Selain itu, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 6a, resonans pada kebolehtelapan hampir kepada sifar sangat berkaitan dengan frekuensi resonans. Sel unit yang dibangunkan mempunyai indeks biasan negatif (Rajah 6b), yang bermaksud bahawa MM yang dicadangkan boleh digunakan untuk meningkatkan prestasi antena21,41.
Prototaip yang dibangunkan bagi antena jalur lebar tunggal telah direka untuk menguji reka bentuk yang dicadangkan secara eksperimen. Rajah 7a,b menunjukkan imej prototaip antena tunggal yang dicadangkan, bahagian strukturnya dan persediaan ukuran medan dekat (SATIMO). Untuk meningkatkan prestasi antena, metasurface yang dibangunkan diletakkan dalam lapisan di bawah antena, seperti ditunjukkan dalam Rajah 8a, dengan ketinggian h. Metasurface dua lapisan tunggal 40mm x 40mm digunakan pada bahagian belakang antena tunggal pada selang 12mm. Di samping itu, permukaan meta dengan satah belakang diletakkan di bahagian belakang antena tunggal pada jarak 12 mm. Selepas menggunakan metasurface, antena tunggal menunjukkan peningkatan yang ketara dalam prestasi, seperti ditunjukkan dalam Rajah 1 dan 2. Rajah 8 dan 9. Rajah 8b menunjukkan plot pemantulan simulasi dan diukur untuk antena tunggal tanpa dan dengan metasurfaces. Perlu diingat bahawa jalur liputan antena dengan metasurface sangat serupa dengan jalur liputan antena tanpa metasurface. Rajah 9a,b menunjukkan perbandingan keuntungan antena tunggal yang disimulasikan dan diperhatikan dan kecekapan keseluruhan tanpa dan dengan MS dalam spektrum operasi. Dapat dilihat bahawa, berbanding dengan antena bukan metasurface, keuntungan antena metasurface bertambah baik dengan ketara, meningkat daripada 5.15 dBi kepada 8 dBi. Keuntungan metasurface satu lapisan, metasurface dwi-lapisan, dan antena tunggal dengan metasurface satah belakang meningkat masing-masing sebanyak 6 dBi, 6.9 dBi dan 8 dBi. Berbanding dengan metasurfaces lain (MC lapisan tunggal dan dua lapisan), keuntungan antena metasurface tunggal dengan satah belakang tembaga adalah sehingga 8 dBi. Dalam kes ini, metasurface bertindak sebagai pemantul, mengurangkan sinaran belakang antena dan memanipulasi gelombang elektromagnet dalam fasa, dengan itu meningkatkan kecekapan sinaran antena dan seterusnya keuntungan. Kajian tentang kecekapan keseluruhan antena tunggal tanpa dan dengan permukaan meta ditunjukkan dalam Rajah 9b. Perlu diingat bahawa kecekapan antena dengan dan tanpa metasurface adalah hampir sama. Dalam julat frekuensi yang lebih rendah, kecekapan antena berkurangan sedikit. Keluk keuntungan dan kecekapan eksperimen dan simulasi adalah dalam persetujuan yang baik. Walau bagaimanapun, terdapat sedikit perbezaan antara hasil simulasi dan yang diuji disebabkan oleh kecacatan pembuatan, toleransi pengukuran, kehilangan sambungan port SMA dan kehilangan wayar. Di samping itu, antena dan reflektor MS terletak di antara spacer nilon, yang merupakan satu lagi isu yang mempengaruhi hasil yang diperhatikan berbanding dengan hasil simulasi.
Rajah (a) menunjukkan antena tunggal yang telah siap dan komponen yang berkaitan dengannya. (b) Persediaan ukuran medan dekat (SATIMO).
(a) Pengujaan antena menggunakan pemantul metasurface (CST STUDIO SUITE 2019). (b) Pantulan simulasi dan eksperimen bagi satu antena tanpa dan dengan MS.
Hasil simulasi dan pengukuran (a) keuntungan yang dicapai dan (b) kecekapan keseluruhan antena kesan metasurface yang dicadangkan.
Analisis corak pancaran menggunakan MS. Pengukuran jarak dekat antena tunggal telah dijalankan di Persekitaran Eksperimen Medan Berdekatan SATIMO Makmal Sistem Medan Berdekatan SATIMO UKM. Rajah 10a, b menunjukkan corak sinaran satah E dan satah H yang disimulasikan dan diperhatikan pada 5.5 GHz untuk antena tunggal yang dicadangkan dengan dan tanpa MS. Antena tunggal yang dibangunkan (tanpa MS) menyediakan corak sinaran dua arah yang konsisten dengan nilai lobus sisi. Selepas menggunakan reflektor MS yang dicadangkan, antena menyediakan corak sinaran satu arah dan mengurangkan tahap lobus belakang, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 10a, b. Perlu diingat bahawa corak sinaran antena tunggal yang dicadangkan adalah lebih stabil dan satu arah dengan bahagian belakang dan lobus sisi yang sangat rendah apabila menggunakan permukaan meta dengan satah belakang tembaga. Reflektor tatasusunan MM yang dicadangkan mengurangkan lobus belakang dan sisi antena sambil meningkatkan prestasi sinaran dengan mengarahkan arus dalam arah satu arah (Rajah 10a, b), dengan itu meningkatkan keuntungan dan kearaharah. Diperhatikan bahawa corak sinaran eksperimen hampir setanding dengan simulasi CST, tetapi berbeza sedikit disebabkan oleh salah jajaran pelbagai komponen yang dipasang, toleransi pengukuran dan kehilangan kabel. Di samping itu, pengatur jarak nilon telah dimasukkan di antara antena dan pemantul MS, yang merupakan satu lagi isu yang mempengaruhi keputusan yang diperhatikan berbanding dengan keputusan berangka.
Corak sinaran antena tunggal yang dibangunkan (tanpa MS dan dengan MS) pada frekuensi 5.5 GHz telah disimulasikan dan diuji.
Geometri antena MIMO yang dicadangkan ditunjukkan dalam Rajah 11 dan termasuk empat antena tunggal. Empat komponen antena MIMO disusun secara ortogon antara satu sama lain pada substrat berdimensi 80 × 80 × 1.575 mm, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 11. Antena MIMO yang direka bentuk mempunyai jarak antara elemen 22 mm, yang lebih kecil daripada jarak antara elemen yang hampir sama bagi antena. Antena MIMO dibangunkan. Di samping itu, sebahagian daripada satah tanah terletak dengan cara yang sama seperti antena tunggal. Nilai pemantulan antena MIMO (S11, S22, S33, dan S44) yang ditunjukkan dalam Rajah 12a mempamerkan kelakuan yang sama seperti antena elemen tunggal yang bergema dalam jalur 3.2–7.6 GHz. Oleh itu, lebar jalur impedans antena MIMO adalah sama seperti antena tunggal. Kesan gandingan antara komponen MIMO adalah sebab utama kehilangan lebar jalur antena MIMO yang kecil. Rajah 12b menunjukkan kesan interkoneksi pada komponen MIMO, di mana pengasingan optimum antara komponen MIMO ditentukan. Pengasingan antara antena 1 dan 2 adalah yang paling rendah iaitu kira-kira -13.6 dB, dan pengasingan antara antena 1 dan 4 adalah yang paling tinggi iaitu kira-kira -30.4 dB. Oleh kerana saiznya yang kecil dan lebar jalur yang lebih luas, antena MIMO ini mempunyai keuntungan yang lebih rendah dan daya pemprosesan yang lebih rendah. Penebat adalah rendah, jadi peningkatan tetulang dan penebat diperlukan;
Mekanisme reka bentuk antena MIMO yang dicadangkan (a) pandangan atas dan (b) satah tanah. (CST Studio Suite 2019).
Susunan geometri dan kaedah pengujaan antena MIMO metasurface yang dicadangkan ditunjukkan dalam Rajah 13a. Matriks 10x10mm dengan dimensi 80x80x1.575mm direka untuk bahagian belakang antena MIMO tinggi 12mm, seperti ditunjukkan dalam Rajah 13a. Selain itu, permukaan meta dengan satah belakang tembaga bertujuan untuk digunakan dalam antena MIMO untuk meningkatkan prestasinya. Jarak antara metasurface dan antena MIMO adalah penting untuk mencapai keuntungan yang tinggi sambil membenarkan gangguan membina antara gelombang yang dihasilkan oleh antena dan yang dipantulkan dari metasurface. Pemodelan yang meluas telah dilakukan untuk mengoptimumkan ketinggian antara antena dan metasurface sambil mengekalkan piawaian gelombang suku untuk keuntungan maksimum dan pengasingan antara elemen MIMO. Peningkatan ketara dalam prestasi antena MIMO yang dicapai dengan menggunakan metasurfaces dengan backplanes berbanding metasurfaces tanpa backplanes akan ditunjukkan dalam bab berikutnya.
(a) Persediaan simulasi CST bagi antena MIMO yang dicadangkan menggunakan MS (CST STUDIO SUITE 2019), (b) Lengkung pantulan sistem MIMO yang dibangunkan tanpa MS dan dengan MS.
Pantulan antena MIMO dengan dan tanpa metasurfaces ditunjukkan dalam Rajah 13b, di mana S11 dan S44 dibentangkan disebabkan oleh kelakuan yang hampir sama bagi semua antena dalam sistem MIMO. Perlu diingat bahawa jalur lebar impedans -10 dB antena MIMO tanpa dan dengan satu metasurface adalah hampir sama. Sebaliknya, lebar jalur impedans antena MIMO yang dicadangkan dipertingkatkan oleh MS dwi-lapisan dan MS satah belakang. Perlu diingat bahawa tanpa MS, antena MIMO menyediakan lebar jalur pecahan 81.5% (3.2-7.6 GHz) berbanding dengan frekuensi tengah. Mengintegrasikan MS dengan satah belakang meningkatkan lebar jalur impedans antena MIMO yang dicadangkan kepada 86.3% (3.08–7.75 GHz). Walaupun MS dwi-lapisan meningkatkan daya pemprosesan, peningkatan adalah kurang daripada MS dengan satah belakang tembaga. Selain itu, MC dwi-lapisan meningkatkan saiz antena, meningkatkan kosnya dan mengehadkan julatnya. Antena MIMO yang direka bentuk dan reflektor metasurface direka dan disahkan untuk mengesahkan keputusan simulasi dan menilai prestasi sebenar. Rajah 14a menunjukkan lapisan MS fabrikasi dan antena MIMO dengan pelbagai komponen dipasang, manakala Rajah 14b menunjukkan gambar sistem MIMO yang dibangunkan. Antena MIMO dipasang pada bahagian atas metasurface menggunakan empat pengatur jarak nilon, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 14b. Rajah 15a menunjukkan syot kilat persediaan percubaan medan dekat sistem antena MIMO yang dibangunkan. Penganalisis rangkaian PNA (Agilent Technologies PNA N5227A) telah digunakan untuk menganggarkan parameter serakan dan untuk menilai serta mencirikan ciri pelepasan medan dekat di Makmal Sistem Dekat Medan SATIMO UKM.
(a) Foto pengukuran medan dekat SATIMO (b) Lengkung simulasi dan eksperimen antena S11 MIMO dengan dan tanpa MS.
Bahagian ini membentangkan kajian perbandingan parameter-S simulasi dan diperhatikan bagi antena 5G MIMO yang dicadangkan. Rajah 15b menunjukkan plot pemantulan eksperimen bagi antena MIMO MS 4-elemen bersepadu dan membandingkannya dengan keputusan simulasi CST. Pantulan eksperimen didapati sama dengan pengiraan CST, tetapi berbeza sedikit disebabkan oleh kecacatan pembuatan dan toleransi eksperimen. Di samping itu, pantulan diperhatikan prototaip MIMO berasaskan MS yang dicadangkan meliputi spektrum 5G di bawah 6 GHz dengan lebar jalur impedans 4.8 GHz, yang bermaksud aplikasi 5G adalah mungkin. Walau bagaimanapun, kekerapan resonans, lebar jalur dan amplitud yang diukur berbeza sedikit daripada hasil simulasi CST. Kecacatan pembuatan, kehilangan gandingan coax-to-SMA dan persediaan ukuran luar boleh menyebabkan perbezaan antara hasil yang diukur dan simulasi. Walau bagaimanapun, walaupun terdapat kekurangan ini, MIMO yang dicadangkan berfungsi dengan baik, memberikan persetujuan yang kukuh antara simulasi dan pengukuran, menjadikannya sangat sesuai untuk aplikasi wayarles sub-6 GHz 5G.
Lengkung keuntungan antena MIMO yang disimulasikan dan diperhatikan ditunjukkan dalam Rajah 2 dan 2. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 16a,b dan 17a,b, masing-masing, interaksi bersama komponen MIMO ditunjukkan. Apabila metasurfaces digunakan pada antena MIMO, pengasingan antara antena MIMO bertambah baik dengan ketara. Plot pengasingan antara elemen antena bersebelahan S12, S14, S23 dan S34 menunjukkan lengkung yang serupa, manakala antena MIMO pepenjuru S13 dan S42 menunjukkan pengasingan tinggi yang sama kerana jarak yang lebih jauh antara mereka. Ciri-ciri penghantaran simulasi antena bersebelahan ditunjukkan dalam Rajah 16a. Perlu diingat bahawa dalam spektrum operasi 5G di bawah 6 GHz, pengasingan minimum antena MIMO tanpa permukaan meta ialah -13.6 dB, dan untuk permukaan meta dengan satah belakang - 15.5 dB. Plot keuntungan (Rajah 16a) menunjukkan bahawa metasurface satah belakang dengan ketara meningkatkan pengasingan antara elemen antena MIMO berbanding dengan metasurfaces satu dan dua lapisan. Pada elemen antena bersebelahan, metasurface satu dan dua lapisan memberikan pengasingan minimum kira-kira -13.68 dB dan -14.78 dB, dan metasurface satah belakang kuprum menyediakan kira-kira -15.5 dB.
Lengkung pengasingan simulasi unsur MIMO tanpa lapisan MS dan dengan lapisan MS: (a) S12, S14, S34 dan S32 dan (b) S13 dan S24.
Keluk keuntungan eksperimen bagi antena MIMO berasaskan MS yang dicadangkan tanpa dan dengan: (a) S12, S14, S34 dan S32 dan (b) S13 dan S24.
Plot keuntungan antena pepenjuru MIMO sebelum dan selepas menambah lapisan MS ditunjukkan dalam Rajah 16b. Perlu diingat bahawa pengasingan minimum antara antena pepenjuru tanpa metasurface (antena 1 dan 3) ialah – 15.6 dB merentas spektrum operasi, dan metasurface dengan satah belakang ialah – 18 dB. Pendekatan metasurface mengurangkan kesan gandingan antara antena MIMO pepenjuru dengan ketara. Penebat maksimum untuk metasurface satu lapisan ialah -37 dB, manakala untuk metasurface dua lapisan nilai ini menurun kepada -47 dB. Pengasingan maksimum metasurface dengan satah belakang kuprum ialah -36.2 dB, yang berkurangan dengan peningkatan julat frekuensi. Berbanding dengan metasurface satu dan dua lapisan tanpa satah belakang, metasurfaces dengan satah belakang memberikan pengasingan yang unggul merentas keseluruhan julat frekuensi operasi yang diperlukan, terutamanya dalam julat 5G di bawah 6 GHz, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 16a, b. Dalam jalur 5G yang paling popular dan digunakan secara meluas di bawah 6 GHz (3.5 GHz), metasurfaces tunggal dan dwi-lapisan mempunyai pengasingan yang lebih rendah antara komponen MIMO berbanding metasurfaces dengan satah belakang tembaga (hampir tiada MS) (lihat Rajah 16a), b) . Pengukuran keuntungan ditunjukkan dalam Rajah 17a, b, menunjukkan pengasingan antena bersebelahan (S12, S14, S34 dan S32) dan antena pepenjuru (S24 dan S13), masing-masing. Seperti yang dapat dilihat daripada angka-angka ini (Rajah 17a, b), pengasingan eksperimen antara komponen MIMO sepadan dengan pengasingan simulasi. Walaupun terdapat perbezaan kecil antara nilai CST yang disimulasikan dan diukur disebabkan oleh kecacatan pembuatan, sambungan port SMA dan kehilangan wayar. Di samping itu, antena dan reflektor MS terletak di antara spacer nilon, yang merupakan satu lagi isu yang mempengaruhi hasil yang diperhatikan berbanding dengan hasil simulasi.
mengkaji taburan arus permukaan pada 5.5 GHz untuk merasionalkan peranan metasurfaces dalam mengurangkan gandingan bersama melalui penindasan gelombang permukaan42. Taburan arus permukaan antena MIMO yang dicadangkan ditunjukkan dalam Rajah 18, di mana antena 1 dipacu dan antena selebihnya ditamatkan dengan beban 50 ohm. Apabila antena 1 ditenagakan, arus gandingan bersama yang ketara akan muncul pada antena bersebelahan pada 5.5 GHz tanpa ketiadaan permukaan meta, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 18a. Sebaliknya, melalui penggunaan metasurfaces, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 18b–d, pengasingan antara antena bersebelahan dipertingkatkan. Perlu diingatkan bahawa kesan gandingan bersama medan bersebelahan boleh diminimumkan dengan menyebarkan arus gandingan ke gelang sel unit bersebelahan dan sel unit MS bersebelahan di sepanjang lapisan MS dalam arah antiselari. Menyuntik arus daripada antena yang diedarkan kepada unit MS ialah kaedah utama untuk menambah baik pengasingan antara komponen MIMO. Akibatnya, arus gandingan antara komponen MIMO sangat berkurangan, dan pengasingan juga bertambah baik. Oleh kerana medan gandingan diedarkan secara meluas dalam elemen, metasurface satah belakang kuprum mengasingkan pemasangan antena MIMO dengan ketara lebih daripada metasurfaces satu dan dua lapisan (Rajah 18d). Selain itu, antena MIMO yang dibangunkan mempunyai perambatan belakang dan perambatan sisi yang sangat rendah, menghasilkan corak sinaran satu arah, dengan itu meningkatkan keuntungan antena MIMO yang dicadangkan.
Corak arus permukaan antena MIMO yang dicadangkan pada 5.5 GHz (a) tanpa MC, (b) MC lapisan tunggal, (c) MC dua lapisan, dan (d) MC lapisan tunggal dengan satah belakang kuprum. (CST Studio Suite 2019).
Dalam kekerapan operasi, Rajah 19a menunjukkan keuntungan simulasi dan diperhatikan bagi antena MIMO yang direka bentuk tanpa dan dengan permukaan meta. Keuntungan capaian simulasi antena MIMO tanpa metasurface ialah 5.4 dBi, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 19a. Disebabkan oleh kesan gandingan bersama antara komponen MIMO, antena MIMO yang dicadangkan sebenarnya mencapai keuntungan 0.25 dBi yang lebih tinggi daripada antena tunggal. Penambahan metasurfaces boleh memberikan keuntungan dan pengasingan yang ketara antara komponen MIMO. Oleh itu, antena MIMO metasurface yang dicadangkan boleh mencapai keuntungan direalisasikan tinggi sehingga 8.3 dBi. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 19a, apabila satu metasurface digunakan di bahagian belakang antena MIMO, keuntungan meningkat sebanyak 1.4 dBi. Apabila metasurface digandakan, keuntungan meningkat sebanyak 2.1 dBi, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 19a. Walau bagaimanapun, jangkaan keuntungan maksimum sebanyak 8.3 dBi dicapai apabila menggunakan permukaan meta dengan satah belakang kuprum. Terutamanya, keuntungan maksimum yang dicapai untuk metasurface lapisan tunggal dan dua lapisan ialah 6.8 dBi dan 7.5 dBi, manakala keuntungan maksimum yang dicapai untuk metasurface lapisan bawah ialah 8.3 dBi. Lapisan metasurface di bahagian belakang antena bertindak sebagai pemantul, memantulkan sinaran dari bahagian belakang antena dan menambah baik nisbah depan ke belakang (F/B) antena MIMO yang direka bentuk. Di samping itu, reflektor MS impedans tinggi memanipulasi gelombang elektromagnet dalam fasa, dengan itu mencipta resonans tambahan dan meningkatkan prestasi sinaran antena MIMO yang dicadangkan. Reflektor MS yang dipasang di belakang antena MIMO boleh meningkatkan keuntungan yang dicapai dengan ketara, yang disahkan oleh keputusan percubaan. Keuntungan yang diperhatikan dan disimulasikan bagi antena MIMO prototaip yang dibangunkan adalah hampir sama, namun, pada beberapa frekuensi, keuntungan yang diukur adalah lebih tinggi daripada keuntungan yang disimulasikan, terutamanya untuk MIMO tanpa MS; Variasi dalam keuntungan eksperimen ini adalah disebabkan oleh toleransi pengukuran pad nilon, kehilangan kabel, dan gandingan dalam sistem antena. Keuntungan terukur puncak antena MIMO tanpa metasurface ialah 5.8 dBi, manakala metasurface dengan satah belakang kuprum ialah 8.5 dBi. Perlu diingat bahawa sistem antena MIMO 4-port lengkap yang dicadangkan dengan pemantul MS mempamerkan keuntungan tinggi di bawah keadaan eksperimen dan berangka.
Hasil simulasi dan eksperimen bagi (a) keuntungan yang dicapai dan (b) prestasi keseluruhan antena MIMO yang dicadangkan dengan kesan metasurface.
Rajah 19b menunjukkan prestasi keseluruhan sistem MIMO yang dicadangkan tanpa dan dengan pemantul metasurface. Dalam Rajah 19b, kecekapan terendah menggunakan MS dengan satah belakang adalah melebihi 73% (turun kepada 84%). Kecekapan keseluruhan antena MIMO yang dibangunkan tanpa MC dan dengan MC adalah hampir sama dengan perbezaan kecil berbanding dengan nilai simulasi. Sebab untuk ini adalah toleransi pengukuran dan penggunaan pengatur jarak antara antena dan pemantul MS. Keuntungan yang dicapai yang diukur dan kecekapan keseluruhan merentas keseluruhan frekuensi adalah hampir serupa dengan hasil simulasi, menunjukkan bahawa prestasi prototaip MIMO yang dicadangkan adalah seperti yang dijangkakan dan antena MIMO berasaskan MS yang disyorkan adalah sesuai untuk komunikasi 5G. Disebabkan kesilapan dalam kajian eksperimen, perbezaan wujud antara keputusan keseluruhan eksperimen makmal dan keputusan simulasi. Prestasi prototaip yang dicadangkan dipengaruhi oleh ketidakpadanan impedans antara antena dan penyambung SMA, kehilangan sambungan kabel sepaksi, kesan pematerian dan kedekatan pelbagai peranti elektronik dengan persediaan eksperimen.
Rajah 20 menerangkan kemajuan reka bentuk dan pengoptimuman antena tersebut dalam bentuk gambar rajah blok. Gambar rajah blok ini menyediakan penerangan langkah demi langkah tentang prinsip reka bentuk antena MIMO yang dicadangkan, serta parameter yang memainkan peranan penting dalam mengoptimumkan antena untuk mencapai keuntungan tinggi yang diperlukan dan pengasingan tinggi pada frekuensi operasi yang luas.
Pengukuran antena MIMO medan dekat diukur dalam Persekitaran Eksperimen Medan Berdekatan SATIMO di Makmal Sistem Medan Berdekatan UKM SATIMO. Rajah 21a,b menggambarkan corak sinaran satah E dan satah H yang disimulasikan dan diperhatikan bagi antena MIMO yang dituntut dengan dan tanpa MS pada frekuensi operasi 5.5 GHz. Dalam julat frekuensi operasi 5.5 GHz, antena MIMO bukan MS yang dibangunkan menyediakan corak sinaran dua arah yang konsisten dengan nilai lobus sisi. Selepas menggunakan pemantul MS, antena menyediakan corak sinaran satu arah dan mengurangkan tahap cuping belakang, seperti ditunjukkan dalam Rajah 21a, b. Perlu diingat bahawa dengan menggunakan permukaan meta dengan satah belakang tembaga, corak antena MIMO yang dicadangkan adalah lebih stabil dan satu arah berbanding tanpa MS, dengan lobus belakang dan sisi yang sangat rendah. Reflektor tatasusunan MM yang dicadangkan mengurangkan lobus belakang dan sisi antena dan juga menambah baik ciri sinaran dengan mengarahkan arus ke arah satu arah (Rajah 21a, b), dengan itu meningkatkan keuntungan dan kearaharah. Corak sinaran yang diukur diperolehi untuk port 1 dengan beban 50 ohm disambungkan ke port yang tinggal. Telah diperhatikan bahawa corak sinaran eksperimen adalah hampir sama dengan yang disimulasikan oleh CST, walaupun terdapat beberapa penyelewengan disebabkan oleh salah jajaran komponen, pantulan dari port terminal, dan kehilangan dalam sambungan kabel. Selain itu, pengatur jarak nilon telah dimasukkan di antara antena dan pemantul MS, yang merupakan satu lagi isu yang mempengaruhi keputusan yang diperhatikan berbanding dengan keputusan yang diramalkan.
Corak sinaran antena MIMO yang dibangunkan (tanpa MS dan dengan MS) pada frekuensi 5.5 GHz telah disimulasikan dan diuji.
Adalah penting untuk ambil perhatian bahawa pengasingan port dan ciri-ciri yang berkaitan adalah penting semasa menilai prestasi sistem MIMO. Prestasi kepelbagaian sistem MIMO yang dicadangkan, termasuk pekali korelasi sampul surat (ECC) dan keuntungan kepelbagaian (DG), diperiksa untuk menggambarkan keteguhan sistem antena MIMO yang direka bentuk. ECC dan DG antena MIMO boleh digunakan untuk menilai prestasinya kerana ia merupakan aspek penting dalam prestasi sistem MIMO. Bahagian berikut akan memperincikan ciri-ciri antena MIMO yang dicadangkan ini.
Pekali Korelasi Sampul Surat (ECC). Apabila mempertimbangkan mana-mana sistem MIMO, ECC menentukan sejauh mana unsur-unsur konstituen berkorelasi antara satu sama lain berkenaan sifat khusus mereka. Oleh itu, ECC menunjukkan tahap pengasingan saluran dalam rangkaian komunikasi tanpa wayar. ECC (pekali korelasi sampul surat) sistem MIMO yang dibangunkan boleh ditentukan berdasarkan parameter S dan pelepasan medan jauh. Daripada Pers. (7) dan (8) ECC antena MIMO 31 yang dicadangkan boleh ditentukan.
Pekali pantulan diwakili oleh Sii dan Sij mewakili pekali penghantaran. Corak sinaran tiga dimensi antena j-th dan i-th diberikan oleh ungkapan \(\vec{R}_{j} \left( {\theta ,\varphi } \right)\) dan \( \vec {{R_{ i } }} Sudut pepejal diwakili oleh \left( {\theta ,\varphi } \right)\) dan \({\Omega }\). Lengkung ECC antena yang dicadangkan ditunjukkan dalam Rajah 22a dan nilainya kurang daripada 0.004, yang jauh di bawah nilai yang boleh diterima iaitu 0.5 untuk sistem wayarles. Oleh itu, nilai ECC yang dikurangkan bermakna sistem MIMO 4-port yang dicadangkan memberikan kepelbagaian yang unggul43.
Keuntungan Kepelbagaian (DG) DG ialah satu lagi metrik prestasi sistem MIMO yang menerangkan cara skim kepelbagaian mempengaruhi kuasa terpancar. Perhubungan (9) menentukan DG sistem antena MIMO yang sedang dibangunkan, seperti yang diterangkan dalam 31.
Rajah 22b menunjukkan rajah DG bagi sistem MIMO yang dicadangkan, di mana nilai DG adalah sangat hampir kepada 10 dB. Nilai DG bagi semua antena sistem MIMO yang direka bentuk melebihi 9.98 dB.
Jadual 1 membandingkan antena MIMO metasurface yang dicadangkan dengan sistem MIMO serupa yang dibangunkan baru-baru ini. Perbandingan mengambil kira pelbagai parameter prestasi, termasuk lebar jalur, keuntungan, pengasingan maksimum, kecekapan keseluruhan dan prestasi kepelbagaian. Penyelidik telah membentangkan pelbagai prototaip antena MIMO dengan teknik peningkatan keuntungan dan pengasingan dalam 5, 44, 45, 46, 47. Berbanding dengan karya yang diterbitkan sebelum ini, sistem MIMO yang dicadangkan dengan reflektor metasurface mengatasinya dari segi lebar jalur, keuntungan dan pengasingan. Selain itu, berbanding dengan antena serupa yang dilaporkan, sistem MIMO yang dibangunkan mempamerkan prestasi kepelbagaian yang unggul dan kecekapan keseluruhan pada saiz yang lebih kecil. Walaupun antena yang diterangkan dalam Bahagian 5.46 mempunyai pengasingan yang lebih tinggi daripada antena yang dicadangkan kami, antena ini mengalami saiz besar, keuntungan rendah, lebar jalur sempit dan prestasi MIMO yang lemah. Antena MIMO 4-port yang dicadangkan dalam 45 mempamerkan keuntungan dan kecekapan yang tinggi, tetapi reka bentuknya mempunyai pengasingan yang rendah, saiz yang besar dan prestasi kepelbagaian yang lemah. Sebaliknya, sistem antena saiz kecil yang dicadangkan dalam 47 mempunyai keuntungan dan lebar jalur operasi yang sangat rendah, manakala sistem MIMO 4-port berasaskan MS kami yang dicadangkan mempamerkan saiz kecil, keuntungan tinggi, pengasingan tinggi dan prestasi MIMO yang lebih baik. Oleh itu, antena MIMO metasurface yang dicadangkan boleh menjadi pesaing utama untuk sistem komunikasi 5G sub-6 GHz.
Antena MIMO jalur lebar berasaskan reflektor metasurface empat port dengan keuntungan dan pengasingan tinggi dicadangkan untuk menyokong aplikasi 5G di bawah 6 GHz. Garis jalur mikro menyuap bahagian memancar segi empat sama, yang dipotong oleh segi empat sama di sudut pepenjuru. MS dan pemancar antena yang dicadangkan dilaksanakan pada bahan substrat yang serupa dengan Rogers RT5880 untuk mencapai prestasi cemerlang dalam sistem komunikasi 5G berkelajuan tinggi. Antena MIMO mempunyai julat luas dan keuntungan tinggi, dan menyediakan pengasingan bunyi antara komponen MIMO dan kecekapan yang sangat baik. Antena tunggal yang dibangunkan mempunyai dimensi kecil 0.58?0.58?0.02? dengan tatasusunan metasurface 5×5, menyediakan lebar jalur operasi 4.56 GHz yang luas, keuntungan puncak 8 dBi dan kecekapan terukur yang unggul. Antena MIMO empat port yang dicadangkan (tatasusunan 2 × 2) direka bentuk dengan menjajarkan secara ortogon setiap antena tunggal yang dicadangkan dengan antena lain dengan dimensi 1.05λ × 1.05λ × 0.02λ. Adalah disyorkan untuk memasang tatasusunan 10×10 MM di bawah antena MIMO tinggi 12mm, yang boleh mengurangkan sinaran belakang dan mengurangkan gandingan bersama antara komponen MIMO, dengan itu meningkatkan keuntungan dan pengasingan. Keputusan eksperimen dan simulasi menunjukkan bahawa prototaip MIMO yang dibangunkan boleh beroperasi dalam julat frekuensi yang luas 3.08–7.75 GHz, meliputi spektrum 5G di bawah 6 GHz. Di samping itu, antena MIMO berasaskan MS yang dicadangkan meningkatkan keuntungannya sebanyak 2.9 dBi, mencapai keuntungan maksimum 8.3 dBi, dan menyediakan pengasingan yang sangat baik (>15.5 dB) antara komponen MIMO, mengesahkan sumbangan MS. Di samping itu, antena MIMO yang dicadangkan mempunyai kecekapan keseluruhan purata yang tinggi sebanyak 82% dan jarak antara elemen yang rendah sebanyak 22 mm. Antena mempamerkan prestasi kepelbagaian MIMO yang sangat baik termasuk DG yang sangat tinggi (melebihi 9.98 dB), ECC yang sangat rendah (kurang daripada 0.004) dan corak sinaran satu arah. Hasil pengukuran adalah hampir sama dengan hasil simulasi. Ciri-ciri ini mengesahkan bahawa sistem antena MIMO empat port yang dibangunkan boleh menjadi pilihan yang berdaya maju untuk sistem komunikasi 5G dalam julat frekuensi sub-6 GHz.
Cowin boleh menyediakan antena PCB jalur lebar 400-6000MHz, dan menyokong untuk mereka bentuk antena baharu mengikut keperluan anda, sila hubungi kami tanpa teragak-agak jika anda mempunyai sebarang permintaan.