Iṣẹ yii ṣe igbero iwapọ iṣọpọ ọpọlọpọ-input ọpọ-jade (MIMO) metasurface (MS) eriali jakejado fun awọn eto ibaraẹnisọrọ alailowaya 6 GHz iran karun (5G). Aratuntun ti o han gbangba ti eto MIMO ti a dabaa jẹ bandiwidi iṣẹ jakejado rẹ, ere giga, awọn imukuro intercomponent kekere, ati ipinya to dara julọ laarin awọn paati MIMO. Awọn iranran didan eriali naa ti ge ni diagonal, ti ilẹ ni apakan, ati awọn oju-aye metasurfaces ti wa ni lilo lati mu ilọsiwaju eriali naa dara. Eriali MS ẹyọkan ti o ni imọran ti a dabaa ni awọn iwọn kekere ti 0.58λ × 0.58λ × 0.02λ. Simulation ati awọn abajade wiwọn ṣe afihan iṣẹ jakejado lati 3.11 GHz si 7.67 GHz, pẹlu ere ti o ga julọ ti o ṣaṣeyọri ti 8 dBi. Eto MIMO oni-mẹrin jẹ apẹrẹ ki eriali kọọkan jẹ orthogonal si ara wọn lakoko ti o ṣetọju iwọn iwapọ ati iṣẹ jakejado lati 3.2 si 7.6 GHz. Afọwọkọ MIMO ti a dabaa jẹ apẹrẹ ati iṣelọpọ lori sobusitireti Rogers RT5880 pẹlu pipadanu kekere ati awọn iwọn kekere ti 1.05? 1.05? 0.02?, Ati awọn oniwe-išẹ ti wa ni akojopo lilo awọn dabaa square pa oruka resonator orun pẹlu kan 10 x 10 pipin oruka. Awọn ohun elo ipilẹ jẹ kanna. Metasurface backplane ti a daba ni pataki dinku itankalẹ ẹhin eriali ati ṣe afọwọyi awọn aaye itanna, nitorinaa imudarasi bandiwidi, ere, ati ipinya ti awọn paati MIMO. Ti a ṣe afiwe pẹlu awọn eriali MIMO ti o wa tẹlẹ, eriali 4-ibudo MIMO ti a dabaa ṣaṣeyọri ere giga ti 8.3 dBi pẹlu apapọ ṣiṣe gbogbogbo ti o to 82% ninu ẹgbẹ 5G sub-6 GHz ati pe o wa ni adehun to dara pẹlu awọn abajade wiwọn. Pẹlupẹlu, eriali MIMO ti o ni idagbasoke ṣe afihan iṣẹ ṣiṣe ti o dara julọ ni awọn ofin ti olusọdipúpọ ibamu apoowe (ECC) ti o kere ju 0.004, ere oniruuru (DG) ti o to 10 dB (> 9.98 dB) ati ipinya giga laarin awọn paati MIMO (> 15.5 dB). abuda. Nitorinaa, eriali MIMO ti o da lori MS ti o jẹrisi iwulo rẹ fun awọn nẹtiwọọki ibaraẹnisọrọ iha-6 GHz 5G.
Imọ-ẹrọ 5G jẹ ilọsiwaju iyalẹnu ni awọn ibaraẹnisọrọ alailowaya ti yoo jẹ ki awọn nẹtiwọọki yiyara ati aabo diẹ sii fun awọn ọkẹ àìmọye awọn ẹrọ ti a ti sopọ, pese awọn iriri olumulo pẹlu lairi “odo” (lairi ti o kere ju 1 millisecond), ati ṣafihan awọn imọ-ẹrọ tuntun, pẹlu ẹrọ itanna. Itọju iṣoogun, ẹkọ ọgbọn. , Awọn ilu ti o ni imọran, awọn ile ti o ni imọran, otito foju (VR), awọn ile-iṣẹ ọlọgbọn ati Intanẹẹti ti Awọn ọkọ ayọkẹlẹ (IoV) n yi igbesi aye wa, awujọ ati awọn ile-iṣẹ pada1,2,3. The US Federal Communications Commission (FCC) pin awọn 5G julọ.Oniranran si mẹrin igbohunsafẹfẹ bands4. Iwọn igbohunsafẹfẹ ti o wa ni isalẹ 6 GHz jẹ anfani si awọn oniwadi nitori pe o ngbanilaaye awọn ibaraẹnisọrọ gigun-gun pẹlu awọn oṣuwọn data giga5,6. Ipin-ipin-ipin-ipin-ipin-ipin GHz 5G fun awọn ibaraẹnisọrọ 5G agbaye ni a fihan ni Nọmba 1, ti o nfihan pe gbogbo awọn orilẹ-ede n gbero iha-sapa-6 GHz spectrum fun awọn ibaraẹnisọrọ 5G7,8. Awọn eriali jẹ apakan pataki ti awọn nẹtiwọọki 5G ati pe yoo nilo ibudo ipilẹ diẹ sii ati awọn eriali ebute olumulo.
Microstrip alemo eriali ni awọn anfani ti thinness ati alapin be, sugbon ti wa ni opin ni bandiwidi ati gain9,10, ki Elo iwadi ti a ti ṣe lati mu ere ati bandiwidi ti eriali; Ni odun to šẹšẹ, metasurfaces (MS) ti a ti o gbajumo ni lilo ninu eriali imo ero, paapa lati mu ere ati throughput11,12, sibẹsibẹ, wọnyi eriali ti wa ni opin si kan nikan ibudo; Imọ-ẹrọ MIMO jẹ abala pataki ti awọn ibaraẹnisọrọ alailowaya nitori pe o le lo awọn eriali pupọ nigbakanna lati tan kaakiri data, nitorinaa imudarasi awọn oṣuwọn data, ṣiṣe iwoye, agbara ikanni, ati igbẹkẹle13,14,15. Awọn eriali MIMO jẹ awọn oludije ti o pọju fun awọn ohun elo 5G nitori wọn le tan kaakiri ati gba data lori awọn ikanni pupọ laisi nilo afikun agbara16,17. Ipa ifarapọ laarin awọn paati MIMO da lori ipo ti awọn eroja MIMO ati ere ti eriali MIMO, eyiti o jẹ ipenija nla fun awọn oniwadi. Awọn eeya 18, 19, ati 20 ṣe afihan ọpọlọpọ awọn eriali MIMO ti n ṣiṣẹ ni ẹgbẹ 5G sub-6 GHz, gbogbo n ṣe afihan ipinya MIMO ti o dara ati iṣẹ ṣiṣe. Sibẹsibẹ, ere ati bandiwidi iṣiṣẹ ti awọn eto ti a dabaa wọnyi kere.
Metamaterials (MMs) jẹ awọn ohun elo tuntun ti ko si ni iseda ati pe o le ṣe afọwọyi awọn igbi itanna, nitorinaa ilọsiwaju iṣẹ ti awọn eriali21,22,23,24. MM ni bayi ni lilo pupọ ni imọ-ẹrọ eriali lati mu ilana itọsi, bandiwidi, ere, ati ipinya laarin awọn eroja eriali ati awọn eto ibaraẹnisọrọ alailowaya, bi a ti jiroro ni 25, 26, 27, 28. Ni ọdun 2029, eto MIMO eroja mẹrin ti o da lori metasurface, ninu eyiti apakan eriali ti wa ni sandwiched laarin metasurface ati ilẹ laisi aafo afẹfẹ, eyiti o ṣe ilọsiwaju iṣẹ MIMO. Sibẹsibẹ, apẹrẹ yii ni iwọn ti o tobi ju, igbohunsafẹfẹ iṣẹ kekere ati eto eka. Bandgap itanna eletiriki (EBG) ati lupu ilẹ wa pẹlu eriali MIMO wideband 2 ti a dabaa lati mu ilọsiwaju ipinya ti awọn paati MIMO30. Eriali ti a ṣe apẹrẹ ni iṣẹ oniruuru MIMO ti o dara ati ipinya to dara julọ laarin awọn eriali MIMO meji, ṣugbọn lilo awọn paati MIMO meji nikan, ere yoo jẹ kekere. Ni afikun, in31 tun dabaa eriali MIMO meji-ibudo ultra-wideband (UWB) ati ṣe iwadii iṣẹ MIMO rẹ nipa lilo awọn ohun elo meta. Botilẹjẹpe eriali yii lagbara lati ṣiṣẹ UWB, ere rẹ kere ati ipinya laarin awọn eriali meji ko dara. Iṣẹ naa ni 32 ṣe imọran eto MIMO 2-ibudo kan ti o nlo awọn olufihan bandgap itanna eletiriki (EBG) lati mu ere naa pọ si. Botilẹjẹpe opo eriali ti o ni idagbasoke ni ere giga ati iṣẹ oniruuru MIMO ti o dara, iwọn nla rẹ jẹ ki o nira lati lo ni awọn ẹrọ ibaraẹnisọrọ iran atẹle. Eriali àsopọmọBurọọdubandi miiran ti o da lori alafihan ti ni idagbasoke ni 33, nibiti a ti ṣepọ ẹrọ itanna labẹ eriali pẹlu aafo 22 mm nla kan, ti n ṣafihan ere tente kekere ti 4.87 dB. Iwe 34 ṣe apẹrẹ eriali MIMO mẹrin-ibudo fun awọn ohun elo mmWave, eyiti o ṣepọ pẹlu Layer MS lati mu ipinya ati ere ti eto MIMO dara. Sibẹsibẹ, eriali yii n pese ere ti o dara ati ipinya, ṣugbọn o ni iwọn bandiwidi ati awọn ohun-ini ẹrọ ti ko dara nitori aafo afẹfẹ nla. Bakanna, ni ọdun 2015, meji-meji kan, 4-port bowtie-ibudo-bọọti-ibudo-ibudo-ara-awọ-atẹpọ MIMO eriali ti ni idagbasoke fun awọn ibaraẹnisọrọ mmWave pẹlu ere ti o pọju ti 7.4 dBi. B36 MS ni a lo ni ẹhin eriali 5G lati mu ere eriali pọ si, nibiti metasurface n ṣiṣẹ bi olufihan. Bibẹẹkọ, eto MS jẹ aibaramu ati pe a ti san akiyesi diẹ si eto sẹẹli ẹyọkan.
Gẹgẹbi awọn abajade itupalẹ ti o wa loke, ko si ọkan ninu awọn eriali ti o wa loke ti o ni ere giga, ipinya ti o dara julọ, iṣẹ MIMO ati agbegbe jakejado. Nitorinaa, iwulo tun wa fun eriali MIMO metasurface ti o le bo ọpọlọpọ awọn igbohunsafẹfẹ spectrum 5G ni isalẹ 6 GHz pẹlu ere giga ati ipinya. Ti o ba ṣe akiyesi awọn idiwọn ti awọn iwe-ọrọ ti a mẹnuba loke, eto eriali MIMO mẹrin-mẹrin jakejado pẹlu ere giga ati iṣẹ ṣiṣe oniruuru ti o dara julọ ni a dabaa fun awọn eto ibaraẹnisọrọ alailowaya 6 GHz. Ni afikun, eriali MIMO ti a dabaa ṣe afihan ipinya to dara julọ laarin awọn paati MIMO, awọn ela eroja kekere, ati ṣiṣe itọda giga. Patch eriali naa ti ge ni diagonal ati gbe sori oke ti metasurface pẹlu aafo afẹfẹ 12mm, eyiti o ṣe afihan itankalẹ ẹhin lati eriali ati ilọsiwaju ere eriali ati taara taara. Ni afikun, eriali ẹyọkan ti a dabaa ni a lo lati ṣẹda eriali MIMO eroja mẹrin kan pẹlu iṣẹ ṣiṣe MIMO ti o ga julọ nipa gbigbe eriali kọọkan ni orthogonally si ara wọn. Eriali MIMO ti o ni idagbasoke lẹhinna ni a ṣepọ lori oke 10 × 10 MS aray pẹlu ọkọ ofurufu ẹhin bàbà lati mu iṣẹ ṣiṣe itujade dara si. Apẹrẹ naa ṣe ẹya ibiti o ṣiṣẹ jakejado (3.08-7.75 GHz), ere giga ti 8.3 dBi ati ṣiṣe apapọ apapọ giga ti 82%, bakanna bi ipinya ti o dara julọ ti o tobi ju -15.5 dB laarin awọn paati eriali MIMO. Eriali MIMO ti o da lori MS ti ni afarawe ni lilo package sọfitiwia itanna eletiriki 3D CST Studio 2019 ati ifọwọsi nipasẹ awọn ikẹkọ idanwo.
Abala yii n pese ifihan alaye si faaji ti a dabaa ati ilana apẹrẹ eriali ẹyọkan. Ni afikun, afarawe ati awọn abajade ti a ṣe akiyesi ni a jiroro ni awọn alaye, pẹlu awọn aye pipinka, ere, ati ṣiṣe gbogbogbo pẹlu ati laisi awọn metasurfaces. Eriali Afọwọkọ naa ni idagbasoke lori sobusitireti dielectric isonu kekere ti Rogers 5880 pẹlu sisanra ti 1.575mm pẹlu ibakan dielectric ti 2.2. Lati ṣe agbekalẹ ati ṣe adaṣe apẹrẹ naa, package simulator electromagnetic package CST Studio 2019 ni a lo.
olusin 2 fihan awọn ti dabaa faaji ati oniru awoṣe ti a nikan-ano eriali. Ni ibamu si daradara-mulẹ mathematiki equations37, eriali oriširiši ti a linearly je square radiating iranran ati ki o kan Ejò ilẹ ofurufu (bi apejuwe ninu igbese 1) ati ki o resonates pẹlu kan gan dín bandiwidi ni 10,8 GHz, bi o han ni Figure 3b. Iwọn ibẹrẹ ti imooru eriali jẹ ipinnu nipasẹ ibatan mathematiki atẹle37:
Níbi tí \(P_{L}\) àti \(P_{w}\) bá ti jẹ́ gígùn àti ìbú àlẹ̀mọ́ náà, c dúró fún kíára ìmọ́lẹ̀, \(\gamma_{r}\) jẹ́ díelectric ìdúróṣinṣin ti sobusitireti. . , \(\gamma_{reff }\) duro fun iye dielectric ti o munadoko ti aaye itansan, \(\Delta L \) duro fun iyipada ni ipari aaye. Ofurufu ẹhin eriali jẹ iṣapeye ni ipele keji, jijẹ bandiwidi impedance laibikita bandiwidi impedance kekere pupọ ti 10 dB. Ni ipele kẹta, ipo atokan ti gbe si apa ọtun, eyiti o ṣe ilọsiwaju bandiwidi impedance ati ibaramu ikọlu ti antenna ti a dabaa38. Ni ipele yii, eriali n ṣe afihan bandiwidi iṣẹ ṣiṣe ti o dara julọ ti 4 GHz ati pe o tun bo iwoye ni isalẹ 6 GHz ni 5G. Awọn kẹrin ati ik ipele je etching square grooves ni idakeji igun ti awọn Ìtọjú iranran. Yi Iho significantly faagun awọn 4,56 GHz bandiwidi lati bo iha-6 GHz 5G julọ.Oniranran lati 3,11 GHz to 7,67 GHz, bi o han ni Figure 3b. Awọn iwo oju iwaju ati isalẹ ti apẹrẹ ti a dabaa ni a fihan ni Nọmba 3a, ati awọn igbelewọn apẹrẹ iṣapeye ti o kẹhin jẹ atẹle yii: 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) Awọn iwo oke ati ẹhin ti eriali ẹyọkan ti a ṣe apẹrẹ (CST STUDIO SUITE 2019). (b) S-paramita ti tẹ.
Metasurface jẹ ọrọ kan ti o tọka si titobi igbakọọkan ti awọn sẹẹli ẹyọkan ti o wa ni ijinna kan si ara wọn. Metasurfaces jẹ ọna ti o munadoko lati mu ilọsiwaju iṣẹ itanjẹ eriali, pẹlu bandiwidi, ere, ati ipinya laarin awọn paati MIMO. Nitori ipa ti itankale igbi oju ilẹ, awọn metasurfaces ṣe agbejade awọn isunmọ afikun ti o ṣe alabapin si imudara eriali iṣẹ39. Iṣẹ yii dabaa ẹyọ metamaterial-negative (MM) ti n ṣiṣẹ ni ẹgbẹ 5G ni isalẹ 6 GHz. MM pẹlu agbegbe dada ti 8mm × 8mm ni idagbasoke lori pipadanu kekere Rogers 5880 sobusitireti pẹlu ibakan dielectric ti 2.2 ati sisanra ti 1.575mm. Iṣapeye MM resonator alemo oriširiši akojọpọ ipin pipin oruka ti a ti sopọ si meji títúnṣe lode pipin oruka, bi o han ni Figure 4a. Olusin 4a ṣe akopọ awọn aye iṣapeye ikẹhin ti iṣeto MM ti a dabaa. Lẹhinna, 40 × 40 mm ati 80 × 80 mm awọn fẹlẹfẹlẹ metasurface ni idagbasoke laisi baalu ẹhin bàbà ati pẹlu baalu ẹhin bàbà ni lilo awọn akojọpọ sẹẹli 5 × 5 ati 10 × 10, lẹsẹsẹ. Ilana MM ti a dabaa jẹ apẹrẹ nipa lilo sọfitiwia awoṣe itanna eleto 3D “CST Studio suite 2019”. Afọwọṣe ti a ṣelọpọ ti eto igbekalẹ MM ti a dabaa ati iṣeto wiwọn (oluyanju nẹtiwọọki meji-ibudo PNA ati ibudo waveguide) jẹ afihan ni Nọmba 4b lati fọwọsi awọn abajade kikopa CST nipasẹ ṣiṣe itupalẹ esi gangan. Iṣeto wiwọn lo olutupalẹ nẹtiwọọki jara Agilent PNA ni apapo pẹlu awọn oluyipada coaxial waveguide meji (A-INFOMW, nọmba apakan: 187WCAS) lati firanṣẹ ati gba awọn ifihan agbara. Afọwọkọ 5 × 5 apẹrẹ ti a gbe laarin awọn oluyipada coaxial waveguide meji ti a ti sopọ nipasẹ okun coaxial si olutupalẹ nẹtiwọọki meji-ibudo (Agilent PNA N5227A). Ohun elo isọdọtun Agilent N4694-60001 ni a lo lati ṣe iwọn atuntu nẹtiwọọki ni ọgbin awakọ awakọ kan. Afarawe ati CST ṣe akiyesi awọn aye pipinka ti apẹrẹ MM ti o ni imọran ni a fihan ni Nọmba 5a. A le rii pe igbekalẹ MM ti a dabaa ṣe atunwi ni iwọn igbohunsafẹfẹ 5G ni isalẹ 6 GHz. Laibikita iyatọ kekere ninu bandiwidi ti 10 dB, afarawe ati awọn abajade esiperimenta jẹ iru kanna. Igbohunsafẹfẹ resonant, bandiwidi, ati titobi ti resonance ti a ṣe akiyesi jẹ iyatọ diẹ si awọn ti a ṣe afiwe, bi o ṣe han ni Nọmba 5a. Awọn iyatọ wọnyi laarin akiyesi ati awọn abajade afarawe jẹ nitori awọn ailagbara iṣelọpọ, awọn imukuro kekere laarin apẹrẹ ati awọn ebute oko oju omi igbi, awọn ipa idapọ laarin awọn ebute oko oju omi ati awọn paati akojọpọ, ati awọn ifarada wiwọn. Ni afikun, gbigbe to dara ti apẹrẹ ti o dagbasoke laarin awọn ebute oju omi igbi ni iṣeto esiperimenta le ja si iyipada resonance kan. Ni afikun, ariwo ti aifẹ ni a ṣe akiyesi lakoko ipele isọdiwọn, eyiti o yori si awọn aiṣedeede laarin nọmba ati awọn abajade wiwọn. Sibẹsibẹ, yato si awọn iṣoro wọnyi, apẹrẹ MM array ti a dabaa ṣe daradara nitori ibamu to lagbara laarin simulation ati idanwo, ṣiṣe ni ibamu daradara fun awọn ohun elo ibaraẹnisọrọ alailowaya 6 GHz 5G.
(a) Jiometirika sẹẹli kuro (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) Fọto ti iṣeto iwọn MM.
(a) Kikopa ati ijerisi ti awọn tituka paramita ekoro ti awọn metamaterial Afọwọkọ. (b) Dielectric ibakan ekoro ti ẹya MM kuro cell.
Awọn paramita ti o munadoko ti o wulo gẹgẹbi igbagbogbo dielectric ti o munadoko, agbara oofa, ati atọka itọka ni a ṣe iwadi nipa lilo awọn imọ-itumọ ti iṣelọpọ lẹhin simulator CST lati ṣe itupalẹ ihuwasi ti sẹẹli ẹyọ MM siwaju. Awọn iṣiro MM ti o munadoko ni a gba lati awọn aye ti tuka nipa lilo ọna atunkọ to lagbara. Gbigbe atẹle ati awọn idogba olùsọdipúpọ: (3) ati (4) ni a le lo lati pinnu itọka itọka ati ikọlu (wo 40).
Awọn ẹya gidi ati oju inu ti oniṣẹ jẹ aṣoju nipasẹ (.)'ati (.)” lẹsẹsẹ, ati iye odidi m ni ibamu si atọka itọka gidi. Dielectric ibakan ati permeability jẹ ipinnu nipasẹ awọn agbekalẹ \ (\varepsilon {} = {} n/z, \) ati \ (\mu = nz \), eyiti o da lori ikọlu ati itọka itusilẹ, lẹsẹsẹ. Awọn doko dielectric ibakan ti tẹ ti MM be ti han ni Figure 5b. Ni awọn resonant igbohunsafẹfẹ, awọn munadoko dielectric ibakan jẹ odi. Awọn eeya 6a,b ṣe afihan awọn iye ti a fa jade ti agbara ayeraye (μ) ati atọka itọka imudara (n) ti sẹẹli ẹyọ ti a dabaa. Ni pataki, awọn ayeraye ti a fa jade ṣe afihan awọn iye gidi to dara nitosi odo, eyiti o jẹrisi awọn ohun-ini epsilon-negative (ENG) ti igbekalẹ MM ti a dabaa. Jubẹlọ, bi o han ni Figure 6a, awọn resonance ni permeability sunmo si odo ti wa ni strongly jẹmọ si awọn resonant igbohunsafẹfẹ. Awọn ni idagbasoke kuro cell ni o ni a odi refractive Ìwé (olusin 6b), eyi ti o tumo si wipe dabaa MM le ṣee lo lati mu awọn eriali išẹ21,41.
Afọwọkọ ti o ni idagbasoke ti eriali àsopọmọBurọọdubandi ẹyọkan ni a ṣe lati ṣe idanwo idanwo apẹrẹ ti a dabaa. Awọn eeya 7a,b fihan awọn aworan ti eriali ẹyọkan ti a dabaa, awọn ẹya igbekalẹ rẹ ati iṣeto wiwọn aaye isunmọ (SATIMO). Lati mu iṣẹ eriali dara sii, metasurface ti o ni idagbasoke ni a gbe sinu awọn ipele labẹ eriali, bi o ṣe han ni Nọmba 8a, pẹlu giga h. Metasurface 40mm x 40mm kan ṣoṣo ni a lo si ẹhin eriali ẹyọkan ni awọn aaye arin 12mm. Ni afikun, metasurface pẹlu ọkọ ofurufu ẹhin ni a gbe si ẹgbẹ ẹhin ti eriali ẹyọkan ni ijinna 12 mm. Lẹhin lilo metasurface, eriali ẹyọkan fihan ilọsiwaju pataki ninu iṣẹ, bi o ṣe han ni Awọn nọmba 1 ati 2. Awọn eeya 8 ati 9. olusin 8b ṣe afihan awọn igbero ifasilẹ ti afarawe ati wiwọn fun eriali kan laisi ati pẹlu awọn metasurfaces. O tọ lati ṣe akiyesi pe ẹgbẹ agbegbe ti eriali pẹlu metasurface jẹ iru pupọ si ẹgbẹ agbegbe ti eriali laisi metasurface kan. Awọn eeya 9a,b ṣe afihan lafiwe ti iṣeṣiro ati akiyesi ere eriali ẹyọkan ati ṣiṣe gbogbogbo laisi ati pẹlu MS ni iwoye iṣẹ. O le rii pe, ni akawe pẹlu eriali ti kii-metasurface, ere ti eriali metasurface ti ni ilọsiwaju ni pataki, jijẹ lati 5.15 dBi si 8 dBi. Ere ti metasurface metasurface-Layer nikan, metasurface-Layer meji, ati eriali ẹyọkan pẹlu metasurface ẹhin ọkọ ofurufu pọ si nipasẹ 6 dBi, 6.9 dBi, ati 8 dBi, lẹsẹsẹ. Ni afiwe pẹlu awọn metasurfaces miiran (Layer-nikan ati awọn MCs-Layer meji), ere ti eriali metasurface kan pẹlu ọkọ ofurufu bàbà jẹ to 8 dBi. Ni ọran yii, metasurface n ṣiṣẹ bi olufihan, dinku itankalẹ ẹhin eriali ati ifọwọyi awọn igbi itanna ni ipele, nitorinaa jijẹ ṣiṣe itọsi eriali naa ati nitorinaa ere naa. A iwadi ti awọn ìwò ṣiṣe ti a nikan eriali lai ati pẹlu metasurfaces ti han ni Figure 9b. O tọ lati ṣe akiyesi pe ṣiṣe ti eriali pẹlu ati laisi metasurface jẹ fere kanna. Ni iwọn igbohunsafẹfẹ isalẹ, ṣiṣe eriali naa dinku diẹ. Awọn esiperimenta ati ere afarawe ati awọn ọna ṣiṣe ṣiṣe wa ni adehun to dara. Bibẹẹkọ, awọn iyatọ diẹ wa laarin afarawe ati awọn abajade idanwo nitori awọn abawọn iṣelọpọ, awọn ifarada wiwọn, pipadanu asopọ ibudo SMA, ati pipadanu waya. Ni afikun, eriali ati MS reflector wa laarin awọn alafo ọra, eyiti o jẹ ọran miiran ti o ni ipa lori awọn abajade ti a ṣe akiyesi ni akawe si awọn abajade kikopa.
olusin (a) fihan awọn ti pari nikan eriali ati awọn oniwe-ni nkan irinše. (b) Eto wiwọn isunmọ aaye (SATIMO).
(a) Idunnu Antenna nipa lilo awọn afihan metasurface (CST STUDIO SUITE 2019). (b) Afarawe ati awọn afihan esiperimenta ti eriali kan laisi ati pẹlu MS.
Kikopa ati awọn abajade wiwọn ti (a) ere ti o ṣaṣeyọri ati (b) ṣiṣe gbogbogbo ti eriali ipa ipa metasurface ti a dabaa.
Itupalẹ Àpẹẹrẹ Beam lilo MS. Awọn wiwọn eriali-ẹyọkan ti o wa nitosi aaye ni a ṣe ni SATIMO Nitosi-Ayika Iṣeduro Ayika ti UKM SATIMO Near-Field Systems Laboratory. Awọn nọmba 10a, b ṣe afihan ati akiyesi E-ofurufu ati awọn ilana itankalẹ H-ofurufu ni 5.5 GHz fun eriali ti a dabaa pẹlu ati laisi MS. Eriali ẹyọkan ti o ni idagbasoke (laisi MS) n pese ilana itọsi bidirectional deede pẹlu awọn iye lobe ẹgbẹ. Lẹhin ti o ba lo olufihan MS ti a dabaa, eriali naa pese ilana itọsi unidirectional ati dinku ipele ti awọn lobes ẹhin, bi o ṣe han ni Awọn nọmba 10a, b. O tọ lati ṣe akiyesi pe ilana itọsi eriali ẹyọkan ti a dabaa jẹ iduroṣinṣin diẹ sii ati aibikita pẹlu ẹhin kekere pupọ ati awọn lobes ẹgbẹ nigba lilo metasurface kan pẹlu ọkọ ofurufu Ejò kan. Oluyẹwo MM ti a dabaa dinku awọn ẹhin ati awọn lobes ẹgbẹ ti eriali lakoko ti o mu ilọsiwaju iṣẹ-itọsọna nipasẹ didari lọwọlọwọ ni awọn itọsọna unidirectional (Fig. 10a, b), nitorinaa jijẹ ere ati taara. A ṣe akiyesi pe ilana itọsi esiperimenta fẹrẹ jẹ afiwera si ti awọn iṣeṣiro CST, ṣugbọn o yatọ diẹ nitori aiṣedeede ti awọn oriṣiriṣi awọn paati ti o pejọ, awọn ifarada wiwọn, ati awọn adanu cabling. Ni afikun, aaye ọra kan ti fi sii laarin eriali ati olufihan MS, eyiti o jẹ ọran miiran ti o kan awọn abajade akiyesi ni akawe si awọn abajade nọmba.
Apẹrẹ itankalẹ ti eriali ẹyọkan ti o dagbasoke (laisi MS ati pẹlu MS) ni igbohunsafẹfẹ ti 5.5 GHz jẹ afarawe ati idanwo.
Jiometirika eriali MIMO ti a dabaa han ni aworan 11 ati pẹlu awọn eriali ẹyọkan mẹrin. Awọn ẹya mẹrin ti eriali MIMO ti wa ni idayatọ orthogonally si ara wọn lori sobusitireti ti awọn iwọn 80 × 80 × 1.575 mm, bi o ṣe han ni Nọmba 11. Eriali MIMO ti a ṣe apẹrẹ ni aaye aarin-eroja ti 22 mm, eyiti o kere ju Ijinna laarin awọn eroja ti o baamu ti eriali naa. MIMO eriali ni idagbasoke. Ni afikun, apakan ti ilẹ ofurufu wa ni ọna kanna bi eriali kan. Awọn iye ifojusọna ti awọn eriali MIMO (S11, S22, S33, ati S44) ti o han ni Nọmba 12a ṣe afihan ihuwasi kanna bi eriali-eroja ẹyọkan ti n ṣe atunṣe ni ẹgbẹ 3.2 – 7.6 GHz. Nitorinaa, bandiwidi impedance ti eriali MIMO jẹ deede kanna bi ti eriali kan. Ipa idapọ laarin awọn paati MIMO jẹ idi akọkọ fun pipadanu bandiwidi kekere ti awọn eriali MIMO. Nọmba 12b ṣe afihan ipa ti isopọmọ lori awọn paati MIMO, nibiti a ti pinnu ipinya to dara julọ laarin awọn paati MIMO. Iyasọtọ laarin awọn eriali 1 ati 2 jẹ eyiti o kere julọ ni iwọn -13.6 dB, ati ipinya laarin awọn eriali 1 ati 4 jẹ eyiti o ga julọ ni iwọn -30.4 dB. Nitori iwọn kekere rẹ ati bandiwidi gbooro, eriali MIMO yii ni ere kekere ati gbigbejade kekere. Idabobo jẹ kekere, nitorinaa imudara pọ si ati idabobo nilo;
Ilana apẹrẹ ti eriali MIMO ti a dabaa (a) wiwo oke ati (b) ọkọ ofurufu ilẹ. (CST Studio Suite 2019).
Eto jiometirika ati ọna ayọ ti eriali MIMO metasurface ti a dabaa ni a fihan ni Nọmba 13a. Matrix 10x10mm pẹlu awọn iwọn ti 80x80x1.575mm jẹ apẹrẹ fun ẹgbẹ ẹhin ti eriali MIMO giga 12mm giga, bi a ṣe han ni Nọmba 13a. Ni afikun, awọn metasurfaces pẹlu awọn ọkọ ofurufu ẹhin bàbà jẹ ipinnu fun lilo ninu awọn eriali MIMO lati mu iṣẹ wọn dara si. Ijinna laarin metasurface ati eriali MIMO jẹ pataki lati ṣaṣeyọri ere giga lakoko gbigba kikọlu to wulo laarin awọn igbi ti o ṣe ipilẹṣẹ nipasẹ eriali ati awọn ti o ṣe afihan lati metasurface. Apẹrẹ titobi ni a ṣe lati mu giga ga laarin eriali ati metasurface lakoko ti o n ṣetọju awọn iṣedede igbi-mẹẹdogun fun ere ti o pọju ati ipinya laarin awọn eroja MIMO. Awọn ilọsiwaju pataki ni iṣẹ eriali MIMO ti o ṣaṣeyọri nipasẹ lilo awọn metasurfaces pẹlu awọn ọkọ ofurufu ẹhin ti a fiwera si awọn oju-ofurufu laisi awọn ọkọ ofurufu ẹhin yoo jẹ afihan ni awọn ipin ti o tẹle.
(a) Iṣeto kikopa CST ti eriali MIMO ti a dabaa nipa lilo MS (CST STUDIO SUITE 2019), (b) Awọn iṣipopada ti eto MIMO ti o dagbasoke laisi MS ati pẹlu MS.
Awọn afihan ti awọn eriali MIMO pẹlu ati laisi awọn metasurfaces ni a fihan ni Nọmba 13b, nibiti S11 ati S44 ti gbekalẹ nitori ihuwasi aami kanna ti gbogbo awọn eriali ninu eto MIMO. O tọ lati ṣe akiyesi pe bandiwidi impedance -10 dB ti eriali MIMO laisi ati pẹlu metasurface kan ti fẹrẹẹ jẹ kanna. Ni ifiwera, bandiwidi impedance ti eriali MIMO ti a dabaa jẹ ilọsiwaju nipasẹ MS-Layer-meji ati MS backplane. O tọ lati ṣe akiyesi pe laisi MS, eriali MIMO n pese bandiwidi ida kan ti 81.5% (3.2-7.6 GHz) ni ibatan si igbohunsafẹfẹ aarin. Ṣiṣẹpọ MS pẹlu ọkọ ofurufu ẹhin pọ si bandiwidi impedance ti eriali MIMO ti a daba si 86.3% (3.08–7.75 GHz). Botilẹjẹpe MS oni-Layer pọ si ilọjade, ilọsiwaju naa kere ju ti MS pẹlu ọkọ ofurufu Ejò kan. Pẹlupẹlu, MC meji-Layer pọ si iwọn eriali, mu idiyele rẹ pọ si, ati ṣe opin iwọn rẹ. Eriali MIMO ti a ṣe apẹrẹ ati oluṣafihan metasurface jẹ iṣelọpọ ati rii daju lati jẹrisi awọn abajade kikopa ati ṣe iṣiro iṣẹ ṣiṣe gangan. Nọmba 14a ṣe afihan Layer MS ti a ṣe ati eriali MIMO pẹlu ọpọlọpọ awọn paati ti o pejọ, lakoko ti Nọmba 14b ṣe afihan aworan ti eto MIMO ti o dagbasoke. Eriali MIMO ti wa ni gbigbe si ori metasurface nipa lilo awọn alafo ọra mẹrin, bi o ṣe han ni Nọmba 14b. Olusin 15a ṣe afihan aworan kan ti iṣeto esiperimenta aaye ti o sunmọ ti eto eriali MIMO ti o dagbasoke. Oluyanju nẹtiwọọki PNA kan (Agilent Technologies PNA N5227A) ni a lo lati ṣe iṣiro awọn aye pipinka ati lati ṣe iṣiro ati ṣe afihan awọn abuda itujade aaye nitosi ni UKM SATIMO Near-Field Systems Laboratory.
(a) Awọn fọto ti SATIMO awọn wiwọn aaye-isunmọ (b) Afarawe ati awọn igbi idanwo ti eriali S11 MIMO pẹlu ati laisi MS.
Abala yii ṣafihan iwadi afiwera ti iṣeṣiro ati akiyesi awọn paramita S ti eriali 5G MIMO ti a dabaa. Olusin 15b ṣe afihan igbero afihan esiperimenta ti eriali 4-ano MIMO MS ti a ṣepọ ati ṣe afiwe rẹ pẹlu awọn abajade kikopa CST. Awọn ifojusọna idanwo ni a rii pe o jẹ kanna bi awọn iṣiro CST, ṣugbọn o yatọ diẹ nitori awọn abawọn iṣelọpọ ati awọn ifarada idanwo. Ni afikun, ifarabalẹ ti a ṣe akiyesi ti apẹrẹ MIMO ti o dabaa MS ni wiwa spectrum 5G ni isalẹ 6 GHz pẹlu bandiwidi impedance ti 4.8 GHz, eyiti o tumọ si pe awọn ohun elo 5G ṣee ṣe. Sibẹsibẹ, iwọn igbohunsafẹfẹ resonant, bandiwidi, ati titobi yato die-die si awọn abajade kikopa CST. Awọn abawọn iṣelọpọ, awọn adanu isọpọ coax-si-SMA, ati awọn atunto wiwọn ita gbangba le fa iyatọ laarin iwọn ati awọn abajade afarawe. Sibẹsibẹ, pelu awọn ailagbara wọnyi, MIMO ti a dabaa ṣe daradara, pese adehun ti o lagbara laarin awọn iṣeṣiro ati awọn wiwọn, ṣiṣe ni ibamu daradara fun awọn ohun elo alailowaya 6 GHz 5G.
Afarawe ati šakiyesi awọn iyipo ere eriali MIMO ni a fihan ni Awọn nọmba 2 ati 2. Gẹgẹbi o han ni Awọn nọmba 16a, b ati 17a, b, ni atele, ibaraenisepo laarin awọn paati MIMO ti han. Nigbati awọn metasurfaces ti wa ni lilo si awọn eriali MIMO, ipinya laarin awọn eriali MIMO ti ni ilọsiwaju ni pataki. Awọn igbero ipinya laarin awọn eroja eriali ti o wa nitosi S12, S14, S23 ati S34 ṣafihan awọn iṣipo kanna, lakoko ti awọn eriali MIMO diagonal S13 ati S42 ṣe afihan ipinya giga kanna nitori aaye nla laarin wọn. Awọn abuda gbigbe adaṣe ti awọn eriali ti o wa nitosi jẹ afihan ni Nọmba 16a. O tọ lati ṣe akiyesi pe ni spectrum ti n ṣiṣẹ 5G ni isalẹ 6 GHz, ipinya ti o kere julọ ti eriali MIMO laisi metasurface jẹ -13.6 dB, ati fun metasurface pẹlu ọkọ ofurufu ẹhin - 15.5 dB. Idite ere (Eya 16a) fihan pe metasurface backplane ṣe ilọsiwaju ipinya laarin awọn eroja eriali MIMO ni akawe si ẹyọkan- ati awọn metasurfaces Layer-meji. Lori awọn eroja eriali ti o wa nitosi, awọn metasurfaces ẹyọkan ati ilọpo meji pese ipinya ti o kere ju ti isunmọ -13.68 dB ati -14.78 dB, ati pe metasurface ẹhin bàbà pese isunmọ -15.5 dB.
Awọn iyipo ipinya afarawe ti awọn eroja MIMO laisi Layer MS ati pẹlu Layer MS: (a) S12, S14, S34 ati S32 ati (b) S13 ati S24.
Awọn iyipo ere idanwo ti awọn eriali MIMO ti o da lori MS laisi ati pẹlu: (a) S12, S14, S34 ati S32 ati (b) S13 ati S24.
Awọn igbero ere eriali diagonal MIMO ṣaaju ati lẹhin fifi Layer MS kun ni a fihan ni Nọmba 16b. O tọ lati ṣe akiyesi pe ipinya ti o kere ju laarin awọn eriali diagonal laisi metasurface (awọn eriali 1 ati 3) jẹ - 15.6 dB kọja iwoye iṣẹ, ati pe metasurface pẹlu ọkọ ofurufu ẹhin jẹ - 18 dB. Ọna metasurface ni pataki dinku awọn ipa idapọ laarin awọn eriali MIMO diagonal. Iwọn idabobo ti o pọju fun metasurface-Layer kan jẹ -37 dB, lakoko ti o jẹ fun metasurface Layer-meji iye yii lọ silẹ si -47 dB. Iyasọtọ ti o pọju ti metasurface pẹlu ọkọ ofurufu Ejò jẹ -36.2 dB, eyiti o dinku pẹlu iwọn igbohunsafẹfẹ ti o pọ si. Ti a ṣe afiwe si awọn metasurfaces ẹyọkan ati ilọpo meji laisi ọkọ ofurufu, awọn metasurfaces pẹlu ẹhin ọkọ ofurufu n pese ipinya ti o ga julọ kọja gbogbo iwọn igbohunsafẹfẹ iṣẹ ti o nilo, paapaa ni iwọn 5G ni isalẹ 6 GHz, bi o ṣe han ni Awọn nọmba 16a, b. Ninu ẹgbẹ 5G ti o gbajumọ julọ ati lilo pupọ ni isalẹ 6 GHz (3.5 GHz), awọn metasurfaces ẹyọkan- ati meji-Layer ni ipinya kekere laarin awọn paati MIMO ju awọn oju-aye metasurfaces pẹlu awọn ọkọ ofurufu Ejò (o fẹrẹ jẹ MS) (wo Nọmba 16a), b) . Awọn wiwọn ere naa han ni Awọn nọmba 17a, b, ti n ṣafihan ipinya ti awọn eriali ti o wa nitosi (S12, S14, S34 ati S32) ati awọn eriali diagonal (S24 ati S13), ni atele. Gẹgẹbi a ti le rii lati awọn nọmba wọnyi (Fig. 17a, b), iyasọtọ idanwo laarin awọn paati MIMO gba daradara pẹlu ipinya ti a ṣe apẹrẹ. Botilẹjẹpe awọn iyatọ kekere wa laarin afarawe ati iwọn awọn iye CST nitori awọn abawọn iṣelọpọ, awọn asopọ ibudo SMA ati awọn adanu waya. Ni afikun, eriali ati MS reflector wa laarin awọn alafo ọra, eyiti o jẹ ọran miiran ti o ni ipa lori awọn abajade ti a ṣe akiyesi ni akawe si awọn abajade kikopa.
ṣe iwadi pinpin lọwọlọwọ dada ni 5.5 GHz lati ṣe alaye ipa ti awọn metasurfaces ni idinku isọdọkan laarin nipasẹ idinku igbi oju ilẹ42. Pipin lọwọlọwọ dada ti eriali MIMO ti a dabaa ni a fihan ni Nọmba 18, nibiti eriali 1 ti wa ni ṣiṣi ati iyokù eriali naa ti pari pẹlu fifuye 50 ohm kan. Nigbati eriali 1 ba ni agbara, awọn ṣiṣan idapọmọra pataki yoo han ni awọn eriali ti o wa nitosi ni 5.5 GHz ni isansa ti metasurface, bi o ṣe han ni Nọmba 18a. Ni ilodi si, nipasẹ lilo awọn metasurfaces, bi o ṣe han ni aworan 18b–d, ipinya laarin awọn eriali ti o wa nitosi ti ni ilọsiwaju. O yẹ ki o ṣe akiyesi pe ipa ti isọdọkan ti awọn aaye ti o wa nitosi le dinku nipasẹ titan isọdọkan lọwọlọwọ si awọn oruka ti o wa nitosi ti awọn sẹẹli ẹyọkan ati awọn sẹẹli ẹyọ MS ti o wa nitosi lẹba Layer MS ni awọn itọsọna atako. Abẹrẹ lọwọlọwọ lati awọn eriali ti a pin si awọn ẹya MS jẹ ọna bọtini fun imudarasi ipinya laarin awọn paati MIMO. Bi abajade, lọwọlọwọ isọpọ laarin awọn paati MIMO ti dinku pupọ, ati pe ipinya tun dara si pupọ. Nitoripe aaye isọpọ ti pin kaakiri ni eroja, metasurface ẹlẹyin idẹ ti o ya sọtọ apejọ eriali MIMO ni pataki diẹ sii ju ẹyọkan ati awọn metasurfaces Layer-meji (Aworan 18d). Pẹlupẹlu, eriali MIMO ti o ni idagbasoke ni isọdọtun kekere pupọ ati itankale ẹgbẹ, ti n ṣe agbekalẹ ilana itọka unidirectional, nitorinaa jijẹ ere ti eriali MIMO ti a dabaa.
Dada awọn ilana lọwọlọwọ ti eriali MIMO ti a dabaa ni 5.5 GHz (a) laisi MC, (b) MC-Layer nikan, (c) MC-Layer meji, ati (d) MC-Layer nikan pẹlu ọkọ ofurufu Ejò. (CST Studio Suite 2019).
Laarin igbohunsafẹfẹ iṣiṣẹ, Nọmba 19a ṣe afihan iṣeṣiro ati awọn anfani ti a ṣe akiyesi ti eriali MIMO ti a ṣe laisi ati pẹlu awọn oju-aye metasurface. Ere ti o ṣaṣeyọri iṣere ti eriali MIMO laisi metasurface jẹ 5.4 dBi, bi o ṣe han ni Nọmba 19a. Nitori ipa isọdọkan laarin awọn paati MIMO, eriali MIMO ti a dabaa ṣe aṣeyọri 0.25 dBi ere ti o ga ju eriali ẹyọkan lọ. Awọn afikun ti awọn metasurfaces le pese awọn anfani pataki ati ipinya laarin awọn paati MIMO. Nitorinaa, eriali MIMO metasurface ti a dabaa le ṣaṣeyọri ere ti o ga ti o to 8.3 dBi. Gẹgẹbi a ṣe han ni Nọmba 19a, nigbati a ba lo metasurface kan ni ẹhin eriali MIMO, ere naa pọ si nipasẹ 1.4 dBi. Nigbati metasurface jẹ ilọpo meji, ere naa pọ si nipasẹ 2.1 dBi, bi o ṣe han ni Nọmba 19a. Bibẹẹkọ, ere ti o pọju ti a nireti ti 8.3 dBi ti waye nigba lilo metasurface pẹlu ọkọ ofurufu Ejò kan. Ni pataki, ere ti o pọ julọ ti o ṣaṣeyọri fun awọn metasurfaces-Layer nikan ati ilọpo meji jẹ 6.8 dBi ati 7.5 dBi, ni atele, lakoko ti o pọju anfani ti aṣeyọri fun metasurface-Layer isalẹ jẹ 8.3 dBi. Layer metasurface ti o wa ni ẹhin eriali naa n ṣiṣẹ bi olufihan, ti n ṣe afihan itankalẹ lati ẹgbẹ ẹhin ti eriali ati imudarasi ipin iwaju-si-ẹhin (F/B) ti eriali MIMO ti a ṣe apẹrẹ. Ni afikun, oluṣafihan MS ti o ga-giga ṣe afọwọyi awọn igbi itanna eletiriki ni ipele, nitorinaa ṣiṣẹda afikun resonance ati imudarasi iṣẹ-itọsọna ti eriali MIMO ti a dabaa. Afihan MS ti a fi sori ẹrọ lẹhin eriali MIMO le ṣe alekun ere ti o ṣaṣeyọri ni pataki, eyiti o jẹrisi nipasẹ awọn abajade esiperimenta. Awọn anfani ti a ṣe akiyesi ati ti a ṣe afiwe ti eriali MIMO ti o ni idagbasoke jẹ eyiti o fẹrẹ jẹ kanna, sibẹsibẹ, ni diẹ ninu awọn igbohunsafẹfẹ ere ti o ni iwọn ga ju ere ti a fiwewe, paapaa fun MIMO laisi MS; Awọn iyatọ wọnyi ni ere adanwo jẹ nitori awọn ifarada wiwọn ti awọn paadi ọra, awọn adanu okun, ati idapọ ninu eto eriali. Ere ti o ga julọ ti eriali MIMO laisi metasurface jẹ 5.8 dBi, lakoko ti metasurface pẹlu ọkọ ofurufu Ejò jẹ 8.5 dBi. O tọ lati ṣe akiyesi pe eto eriali 4-ibudo MIMO pipe ti a pinnu pẹlu MS reflector ṣe afihan ere giga labẹ awọn ipo idanwo ati nọmba.
Simulation ati awọn abajade esiperimenta ti (a) ere ti o ṣaṣeyọri ati (b) iṣẹ gbogbogbo ti eriali MIMO ti a dabaa pẹlu ipa metasurface.
Nọmba 19b ṣe afihan iṣẹ gbogbogbo ti eto MIMO ti a dabaa laisi ati pẹlu awọn olufihan metasurface. Ni olusin 19b, ṣiṣe ti o kere julọ nipa lilo MS pẹlu ọkọ ofurufu ti kọja 73% (si isalẹ si 84%). Iṣiṣẹ gbogbogbo ti awọn eriali MIMO ti o dagbasoke laisi MC ati pẹlu MC fẹrẹ jẹ kanna pẹlu awọn iyatọ kekere ni akawe si awọn iye iṣere. Awọn idi fun eyi ni awọn ifarada wiwọn ati lilo awọn alafo laarin eriali ati olufihan MS. Ere ti o ni wiwọn ati ṣiṣe gbogbogbo kọja gbogbo igbohunsafẹfẹ fẹrẹ jọra si awọn abajade simulation, ti o nfihan pe iṣẹ ṣiṣe ti Afọwọkọ MIMO ti a dabaa jẹ bi a ti nireti ati pe eriali MIMO ti o da lori MS ti a ṣeduro dara fun awọn ibaraẹnisọrọ 5G. Nitori awọn aṣiṣe ninu awọn iwadii idanwo, awọn iyatọ wa laarin awọn abajade gbogbogbo ti awọn adanwo yàrá ati awọn abajade ti awọn iṣeṣiro. Iṣiṣẹ ti apẹrẹ ti a dabaa ni ipa nipasẹ aiṣedeede impedance laarin eriali ati asopo SMA, awọn adanu splice USB coaxial, awọn ipa tita, ati isunmọ ti awọn ẹrọ itanna pupọ si iṣeto esiperimenta.
olusin 20 apejuwe awọn oniru ati ti o dara ju ilọsiwaju ti eriali wi ni awọn fọọmu ti a Àkọsílẹ aworan atọka. Aworan atọka bulọọki yii n pese apejuwe igbese-nipasẹ-igbesẹ ti awọn ipilẹ apẹrẹ eriali MIMO ti a dabaa, bi daradara bi awọn paramita ti o ṣe ipa bọtini ni iṣapeye eriali lati ṣaṣeyọri ere giga ti o nilo ati ipinya giga lori igbohunsafẹfẹ iṣẹ jakejado.
Awọn wiwọn eriali MIMO ti o sunmọ aaye ni a wọn ni Ayika Idanwo Isunmọ-Field SATIMO ni UKM SATIMO Nitosi Awọn ọna ṣiṣe Awọn ọna ṣiṣe. Awọn eeya 21a,b ṣe afihan afarawe ati akiyesi E-ofurufu ati awọn ilana itankalẹ H-ofurufu ti eriali MIMO ti o ni ẹtọ pẹlu ati laisi MS ni igbohunsafẹfẹ iṣẹ ti 5.5 GHz. Ni iwọn igbohunsafẹfẹ iṣiṣẹ ti 5.5 GHz, eriali ti kii ṣe MS MIMO ti o ni idagbasoke n pese ilana itọsi bidirectional deede pẹlu awọn iye lobe ẹgbẹ. Lẹhin lilo ifasilẹ MS, eriali naa pese ilana itọsi unidirectional ati dinku ipele ti awọn lobes ẹhin, bi o ṣe han ninu Awọn nọmba 21a, b. O tọ lati ṣe akiyesi pe nipa lilo metasurface kan pẹlu ẹhin ẹhin bàbà, apẹrẹ eriali MIMO ti a dabaa jẹ iduroṣinṣin ati unidirectional ju laisi MS, pẹlu ẹhin kekere pupọ ati awọn lobes ẹgbẹ. Oluyẹwo MM ti a dabaa dinku ẹhin ati awọn lobes ẹgbẹ ti eriali ati tun ṣe ilọsiwaju awọn abuda itankalẹ nipasẹ didari lọwọlọwọ ni itọsọna unidirectional (Fig. 21a, b), nitorinaa jijẹ ere ati taara. Ilana itọsi ti a ṣewọn ni a gba fun ibudo 1 pẹlu ẹru 50 ohm ti o sopọ si awọn ebute oko oju omi to ku. A ṣe akiyesi pe ilana itọsi esiperimenta naa fẹrẹ jọra si eyiti afarawe nipasẹ CST, botilẹjẹpe diẹ ninu awọn iyapa wa nitori aiṣedeede paati, awọn iṣaro lati awọn ebute oko oju omi, ati awọn adanu ni awọn asopọ okun. Ni afikun, aaye ọra kan ti fi sii laarin eriali ati olufihan MS, eyiti o jẹ ọran miiran ti o kan awọn abajade ti a ṣe akiyesi ni akawe si awọn abajade asọtẹlẹ.
Àpẹẹrẹ Ìtọjú ti eriali MIMO ti o ni idagbasoke (laisi MS ati pẹlu MS) ni igbohunsafẹfẹ ti 5.5 GHz jẹ afarawe ati idanwo.
O ṣe pataki lati ṣe akiyesi pe ipinya ibudo ati awọn abuda ti o somọ jẹ pataki nigbati o ṣe iṣiro iṣẹ ṣiṣe ti awọn eto MIMO. Iṣẹ ṣiṣe oniruuru ti eto MIMO ti a dabaa, pẹlu olusọdipúpọ ibamu apoowe (ECC) ati ere oniruuru (DG), ni a ṣe ayẹwo lati ṣapejuwe agbara ti eto eriali MIMO ti a ṣe apẹrẹ. ECC ati DG ti eriali MIMO le ṣee lo lati ṣe iṣiro iṣẹ rẹ bi wọn ṣe jẹ awọn ẹya pataki ti iṣẹ ṣiṣe ti eto MIMO kan. Awọn apakan atẹle yoo ṣe alaye awọn ẹya wọnyi ti eriali MIMO ti a dabaa.
Iṣatunṣe Ibaṣepọ apoowe (ECC). Nigbati o ba n ṣakiyesi eyikeyi eto MIMO, ECC pinnu iwọn si eyiti awọn eroja ti o wa ni ibamu pẹlu ara wọn nipa awọn ohun-ini pato wọn. Nitorinaa, ECC ṣe afihan iwọn ti ipinya ikanni ni nẹtiwọọki ibaraẹnisọrọ alailowaya. ECC (alafisọdipupọ apoowe) ti eto MIMO ti o ni idagbasoke ni a le pinnu ti o da lori awọn paramita S ati itujade aaye ti o jinna. Lati Eq. (7) ati (8) ECC ti eriali MIMO ti o ni imọran 31 ni a le pinnu.
Olùsọdipúpọ̀ àwòkọ́ṣe jẹ́ ìṣàpẹẹrẹ Sii àti Sij dúró fún olùsọdipúpọ̀ ìṣiṣẹ́. Awọn ilana itankalẹ onisẹpo mẹta ti j-th ati awọn eriali i-th jẹ fifun nipasẹ awọn ikosile \ (\vec{R}_{j} \ osi ( {\theta , \ varphi} \ ọtun) \) ati \( \vec {{R_{ i }}} igun ríro dúró fún \òsì( {\theta ,\varphi } \àtún) \) àti \({\Omega }\). Iwọn ECC ti eriali ti a dabaa ti han ni Nọmba 22a ati pe iye rẹ kere ju 0.004, eyiti o wa ni isalẹ iye itẹwọgba ti 0.5 fun eto alailowaya. Nitorinaa, iye ECC ti o dinku tumọ si pe eto MIMO 4-ibudo ti a pinnu pese oniruuru didara julọ43.
Gain Oniruuru (DG) DG jẹ metiriki iṣẹ ṣiṣe eto MIMO ti o ṣe apejuwe bii ero oniruuru ṣe ni ipa lori agbara itanna. Ibasepo (9) ṣe ipinnu DG ti eto eriali MIMO ti n dagbasoke, bi a ti ṣalaye ninu 31.
Nọmba 22b ṣe afihan aworan atọka DG ti eto MIMO ti a pinnu, nibiti iye DG ti sunmọ 10 dB. Awọn iye DG ti gbogbo awọn eriali ti eto MIMO ti a ṣe apẹrẹ kọja 9.98 dB.
Tabili 1 ṣe afiwe eriali MIMO metasurface ti a dabaa pẹlu awọn ọna ṣiṣe MIMO ti o jọra laipẹ. Ifiwewe naa ṣe akiyesi ọpọlọpọ awọn aye iṣẹ ṣiṣe, pẹlu bandiwidi, ere, ipinya ti o pọju, ṣiṣe gbogbogbo, ati iṣẹ oniruuru. Awọn oniwadi ti ṣafihan ọpọlọpọ awọn apẹrẹ eriali MIMO pẹlu ere ati awọn imudara imudara ipinya ni 5, 44, 45, 46, 47. Ti a bawe pẹlu awọn iṣẹ ti a tẹjade tẹlẹ, eto MIMO ti a dabaa pẹlu awọn olutọpa metasurface ju wọn lọ ni awọn ofin ti bandiwidi, ere, ati ipinya. Ni afikun, ni akawe si awọn eriali ti o jọra ti a royin, eto MIMO ti dagbasoke ṣe afihan iṣẹ oniruuru giga julọ ati ṣiṣe gbogbogbo ni iwọn kekere. Botilẹjẹpe awọn eriali ti a ṣalaye ni Abala 5.46 ni ipinya ti o ga ju awọn eriali ti a dabaa, awọn eriali wọnyi jiya lati iwọn nla, ere kekere, bandiwidi dín, ati iṣẹ MIMO ti ko dara. Eriali 4-ibudo MIMO ti a dabaa ni 45 ṣe afihan ere giga ati ṣiṣe, ṣugbọn apẹrẹ rẹ ni ipinya kekere, iwọn nla, ati iṣẹ oniruuru ko dara. Ni apa keji, eto eriali iwọn kekere ti a dabaa ni 47 ni ere kekere pupọ ati bandiwidi iṣẹ, lakoko ti a dabaa MS orisun 4-port MIMO eto ṣe afihan iwọn kekere, ere giga, ipinya giga ati iṣẹ ṣiṣe to dara julọ MIMO. Nitorinaa, eriali MIMO metasurface ti a dabaa le di oludije pataki fun awọn eto ibaraẹnisọrọ iha-6 GHz 5G.
Eriali MIMO jakejado oniduro mẹrin-ibudo metasurface reflector-orisun pẹlu ere giga ati ipinya ni a dabaa lati ṣe atilẹyin awọn ohun elo 5G ni isalẹ 6 GHz. Laini microstrip n ṣe ifunni apakan didan onigun mẹrin, eyiti o jẹ gedu nipasẹ onigun mẹrin ni awọn igun diagonal. MS ti a dabaa ati emitter eriali ti wa ni imuse lori awọn ohun elo sobusitireti ti o jọra si Rogers RT5880 lati ṣaṣeyọri iṣẹ ṣiṣe ti o dara julọ ni awọn eto ibaraẹnisọrọ 5G iyara giga. Eriali MIMO ni awọn ẹya jakejado ati ere giga, ati pese ipinya ohun laarin awọn paati MIMO ati ṣiṣe to dara julọ. Eriali nikan ti o ni idagbasoke ni awọn iwọn kekere ti 0.58?0.58?0.02? pẹlu kan 5× 5 metasurface orun, pese kan jakejado 4,56 GHz ọna bandiwidi, 8 dBi tente ere ati superior won ṣiṣe. Eriali MIMO oni-ibudo mẹrin ti a dabaa (2 × 2 orun) jẹ apẹrẹ nipasẹ tito lẹsẹsẹ ni deede eriali ẹyọkan ti a pinnu pẹlu eriali miiran pẹlu awọn iwọn 1.05λ × 1.05λ × 0.02λ. A ṣe iṣeduro lati pejọ 10 × 10 MM orun labẹ eriali MIMO giga 12mm, eyiti o le dinku itanna-pada ati dinku isọpọ laarin awọn paati MIMO, nitorinaa imudarasi ere ati ipinya. Awọn abajade esiperimenta ati kikopa fihan pe apẹrẹ MIMO ti o ni idagbasoke le ṣiṣẹ ni iwọn igbohunsafẹfẹ jakejado ti 3.08–7.75 GHz, ti o bo iwoye 5G ni isalẹ 6 GHz. Ni afikun, eriali MIMO orisun MS ti o dabaa ṣe ilọsiwaju ere rẹ nipasẹ 2.9 dBi, iyọrisi ere ti o pọ julọ ti 8.3 dBi, ati pese ipinya ti o dara julọ (> 15.5 dB) laarin awọn paati MIMO, ti o jẹrisi ilowosi ti MS. Ni afikun, eriali MIMO ti a dabaa ni ṣiṣe apapọ apapọ giga ti 82% ati ijinna aarin-eroja kekere ti 22 mm. Eriali n ṣe afihan iṣẹ oniruuru MIMO ti o dara julọ pẹlu DG ti o ga pupọ (ju 9.98 dB), ECC kekere pupọ (kere ju 0.004) ati ilana itọka unidirectional. Awọn abajade wiwọn jẹ iru pupọ si awọn abajade simulation. Awọn abuda wọnyi jẹrisi pe eto eriali MIMO ibudo mẹrin ti o ni idagbasoke le jẹ yiyan ti o le yanju fun awọn ọna ṣiṣe ibaraẹnisọrọ 5G ni agbegbe igbohunsafẹfẹ-6 GHz.
Cowin le pese eriali PCB wideband 400-6000MHz, ati atilẹyin lati ṣe apẹrẹ eriali tuntun gẹgẹbi ibeere rẹ, jọwọ kan si wa laisi iyemeji ti o ba ni ibeere eyikeyi.
Akoko ifiweranṣẹ: Oṣu Kẹwa-10-2024