துணை-6 ஜிகாஹெர்ட்ஸ் ஐந்தாம் தலைமுறை (5ஜி) வயர்லெஸ் கம்யூனிகேஷன் சிஸ்டங்களுக்கான காம்பாக்ட் இன்டக்ரேட்டட் மல்டி-இன்புட் மல்டிபிள்-அவுட்புட் (எம்ஐஎம்ஓ) மெட்டாசர்ஃபேஸ் (எம்எஸ்) வைட்பேண்ட் ஆண்டெனாவை இந்த வேலை முன்மொழிகிறது. முன்மொழியப்பட்ட MIMO அமைப்பின் வெளிப்படையான புதுமை அதன் பரந்த இயக்க அலைவரிசை, அதிக லாபம், சிறிய இடைக்கணிப்பு அனுமதிகள் மற்றும் MIMO கூறுகளுக்குள் சிறந்த தனிமைப்படுத்தல். ஆண்டெனாவின் கதிர்வீச்சு இடம் குறுக்காக துண்டிக்கப்படுகிறது, பகுதியளவு அடித்தளமாக உள்ளது, மேலும் ஆண்டெனாவின் செயல்திறனை மேம்படுத்த மெட்டாசர்ஃபேஸ்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. முன்மொழியப்பட்ட முன்மாதிரி ஒருங்கிணைந்த ஒற்றை MS ஆண்டெனா 0.58λ × 0.58λ × 0.02λ என்ற சிறிய பரிமாணங்களைக் கொண்டுள்ளது. உருவகப்படுத்துதல் மற்றும் அளவீட்டு முடிவுகள் 3.11 ஜிகாஹெர்ட்ஸ் முதல் 7.67 ஜிகாஹெர்ட்ஸ் வரையிலான வைட்பேண்ட் செயல்திறனைக் காட்டுகின்றன, இதில் 8 டிபிஐ அடையப்பட்ட அதிகபட்ச ஆதாயமும் அடங்கும். நான்கு-உறுப்பு MIMO அமைப்பு வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது, அதனால் ஒவ்வொரு ஆண்டெனாவும் ஒன்றுக்கொன்று ஆர்த்தோகனலாக இருக்கும் அதே வேளையில் 3.2 முதல் 7.6 GHz வரை சிறிய அளவு மற்றும் அகல அலைவரிசை செயல்திறனைப் பராமரிக்கிறது. முன்மொழியப்பட்ட MIMO முன்மாதிரி ரோஜர்ஸ் RT5880 அடி மூலக்கூறில் குறைந்த இழப்பு மற்றும் 1.05 சிறிய பரிமாணங்களுடன் வடிவமைக்கப்பட்டு புனையப்பட்டது? 1.05? 0.02?, மற்றும் அதன் செயல்திறன் 10 x 10 பிளவு வளையத்துடன் முன்மொழியப்பட்ட சதுர மூடிய ரிங் ரெசனேட்டர் வரிசையைப் பயன்படுத்தி மதிப்பிடப்படுகிறது. அடிப்படை பொருள் ஒன்றே. முன்மொழியப்பட்ட பின்தள மெட்டாசர்ஃபேஸ் ஆண்டெனா பின் கதிர்வீச்சைக் கணிசமாகக் குறைக்கிறது மற்றும் மின்காந்த புலங்களைக் கையாளுகிறது, இதன் மூலம் MIMO கூறுகளின் அலைவரிசை, ஆதாயம் மற்றும் தனிமைப்படுத்தலை மேம்படுத்துகிறது. தற்போதுள்ள MIMO ஆண்டெனாக்களுடன் ஒப்பிடும்போது, முன்மொழியப்பட்ட 4-போர்ட் MIMO ஆண்டெனா 5G துணை-6 GHz இசைக்குழுவில் சராசரியாக 82% வரையிலான ஒட்டுமொத்த செயல்திறனுடன் 8.3 dBi இன் உயர் ஆதாயத்தைப் பெறுகிறது மற்றும் அளவிடப்பட்ட முடிவுகளுடன் நல்ல உடன்பாட்டில் உள்ளது. மேலும், வளர்ந்த MIMO ஆண்டெனா 0.004 க்கும் குறைவான உறை தொடர்பு குணகம் (ECC), பன்முகத்தன்மை ஆதாயம் (DG) சுமார் 10 dB (>9.98 dB) மற்றும் MIMO கூறுகளுக்கு இடையே அதிக தனிமைப்படுத்தல் (>15.5 dB ) ஆகியவற்றின் அடிப்படையில் சிறந்த செயல்திறனை வெளிப்படுத்துகிறது. பண்புகள். எனவே, முன்மொழியப்பட்ட MS-அடிப்படையிலான MIMO ஆண்டெனா துணை-6 GHz 5G தொடர்பு நெட்வொர்க்குகளுக்கு அதன் பொருந்தக்கூடிய தன்மையை உறுதிப்படுத்துகிறது.
5G தொழில்நுட்பமானது வயர்லெஸ் தகவல்தொடர்புகளில் நம்பமுடியாத முன்னேற்றமாகும், இது பில்லியன்கணக்கான இணைக்கப்பட்ட சாதனங்களுக்கு வேகமான மற்றும் பாதுகாப்பான நெட்வொர்க்குகளை செயல்படுத்தும், பயனர் அனுபவங்களை "பூஜ்ஜிய" தாமதத்துடன் (1 மில்லி வினாடிக்கும் குறைவான தாமதம்) வழங்கும் மற்றும் மின்னணுவியல் உட்பட புதிய தொழில்நுட்பங்களை அறிமுகப்படுத்துகிறது. மருத்துவ பராமரிப்பு, அறிவுசார் கல்வி. , ஸ்மார்ட் சிட்டிகள், ஸ்மார்ட் ஹோம்கள், விர்ச்சுவல் ரியாலிட்டி (விஆர்), ஸ்மார்ட் தொழிற்சாலைகள் மற்றும் வாகனங்களின் இணையம் (ஐஓவி) ஆகியவை நம் வாழ்க்கை, சமூகம் மற்றும் தொழில்களை மாற்றுகின்றன1,2,3. அமெரிக்க ஃபெடரல் கம்யூனிகேஷன்ஸ் கமிஷன் (FCC) 5G ஸ்பெக்ட்ரத்தை நான்கு அலைவரிசைகளாகப் பிரிக்கிறது4. 6 GHz க்குக் கீழே உள்ள அதிர்வெண் அலைவரிசை ஆராய்ச்சியாளர்களுக்கு ஆர்வமாக உள்ளது, ஏனெனில் இது அதிக தரவு விகிதங்களுடன் நீண்ட தூர தொடர்புகளை அனுமதிக்கிறது5,6. உலகளாவிய 5G தகவல்தொடர்புகளுக்கான துணை-6 GHz 5G ஸ்பெக்ட்ரம் ஒதுக்கீடு படம் 1 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது, இது அனைத்து நாடுகளும் 5G தகவல்தொடர்புகளுக்கு துணை-6 GHz ஸ்பெக்ட்ரத்தை பரிசீலித்து வருகின்றன. ஆண்டெனாக்கள் 5G நெட்வொர்க்குகளின் முக்கிய பகுதியாகும், மேலும் அடிப்படை நிலையம் மற்றும் பயனர் முனைய ஆண்டெனாக்கள் தேவைப்படும்.
மைக்ரோஸ்ட்ரிப் பேட்ச் ஆண்டெனாக்கள் மெல்லிய மற்றும் தட்டையான கட்டமைப்பின் நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளன, ஆனால் அவை அலைவரிசை மற்றும் ஆதாயம்9,10 ஆகியவற்றில் வரையறுக்கப்பட்டுள்ளன, எனவே ஆண்டெனாவின் ஆதாயம் மற்றும் அலைவரிசையை அதிகரிக்க அதிக ஆராய்ச்சிகள் செய்யப்பட்டுள்ளன; சமீபத்திய ஆண்டுகளில், ஆன்டெனா தொழில்நுட்பங்களில் மெட்டாசர்ஃபேஸ்கள் (எம்எஸ்) பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, குறிப்பாக ஆதாயம் மற்றும் செயல்திறன் 11,12 ஐ மேம்படுத்த, இருப்பினும், இந்த ஆண்டெனாக்கள் ஒரு போர்ட்டிற்கு மட்டுப்படுத்தப்பட்டுள்ளன; MIMO தொழில்நுட்பம் வயர்லெஸ் தகவல்தொடர்புகளில் ஒரு முக்கிய அம்சமாகும், ஏனெனில் இது ஒரே நேரத்தில் பல ஆண்டெனாக்களைப் பயன்படுத்தி தரவை அனுப்ப முடியும், இதன் மூலம் தரவு விகிதங்கள், ஸ்பெக்ட்ரல் திறன், சேனல் திறன் மற்றும் நம்பகத்தன்மையை மேம்படுத்துகிறது13,14,15. MIMO ஆண்டெனாக்கள் 5G பயன்பாடுகளுக்கான சாத்தியமான வேட்பாளர்களாகும், ஏனெனில் அவை கூடுதல் சக்தி தேவையில்லாமல் பல சேனல்களில் தரவை அனுப்பவும் பெறவும் முடியும். MIMO கூறுகளுக்கு இடையிலான பரஸ்பர இணைப்பு விளைவு MIMO கூறுகளின் இருப்பிடம் மற்றும் MIMO ஆண்டெனாவின் ஆதாயத்தைப் பொறுத்தது, இது ஆராய்ச்சியாளர்களுக்கு ஒரு பெரிய சவாலாக உள்ளது. புள்ளிவிவரங்கள் 18, 19 மற்றும் 20 5G துணை-6 GHz இசைக்குழுவில் இயங்கும் பல்வேறு MIMO ஆண்டெனாக்களைக் காட்டுகின்றன, இவை அனைத்தும் நல்ல MIMO தனிமைப்படுத்தல் மற்றும் செயல்திறனைக் காட்டுகின்றன. இருப்பினும், இந்த முன்மொழியப்பட்ட அமைப்புகளின் ஆதாயம் மற்றும் இயக்க அலைவரிசை குறைவாக உள்ளது.
மெட்டா மெட்டீரியல்ஸ் (MMs) என்பது இயற்கையில் இல்லாத புதிய பொருட்கள் மற்றும் மின்காந்த அலைகளை கையாள முடியும், இதன் மூலம் ஆண்டெனாக்கள்21,22,23,24 செயல்திறனை மேம்படுத்துகிறது 25, 26, 27, 28 இல் விவாதிக்கப்பட்டபடி, 25, 26, 27, 28 இல் விவாதிக்கப்பட்டபடி, கதிர்வீச்சு முறை, அலைவரிசை, ஆதாயம் மற்றும் ஆண்டெனா உறுப்புகள் மற்றும் வயர்லெஸ் தகவல் தொடர்பு அமைப்புகளுக்கு இடையே தனிமைப்படுத்தல் ஆகியவற்றை மேம்படுத்துவதற்கு இப்போது ஆன்டெனா தொழில்நுட்பத்தில் MM பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. மெட்டாசர்ஃபேஸ், இதில் ஆண்டெனா பகுதி மெட்டாசர்ஃபேஸ் மற்றும் தரைக்கு இடையில் காற்று இடைவெளி இல்லாமல் இணைக்கப்பட்டுள்ளது, இது MIMO செயல்திறனை மேம்படுத்துகிறது. இருப்பினும், இந்த வடிவமைப்பு ஒரு பெரிய அளவு, குறைந்த இயக்க அதிர்வெண் மற்றும் சிக்கலான கட்டமைப்பைக் கொண்டுள்ளது. MIMO30 கூறுகளின் தனிமைப்படுத்தலை மேம்படுத்த, முன்மொழியப்பட்ட 2-போர்ட் வைட்பேண்ட் MIMO ஆண்டெனாவில் ஒரு மின்காந்த பேண்ட்கேப் (EBG) மற்றும் கிரவுண்ட் லூப் ஆகியவை சேர்க்கப்பட்டுள்ளன. வடிவமைக்கப்பட்ட ஆண்டெனா நல்ல MIMO பன்முகத்தன்மை செயல்திறன் மற்றும் இரண்டு MIMO ஆண்டெனாக்களுக்கு இடையில் சிறந்த தனிமைப்படுத்தலைக் கொண்டுள்ளது, ஆனால் இரண்டு MIMO கூறுகளை மட்டுமே பயன்படுத்தினால், ஆதாயம் குறைவாக இருக்கும். கூடுதலாக, in31 ஒரு அல்ட்ரா-வைட்பேண்ட் (UWB) இரட்டை-போர்ட் MIMO ஆண்டெனாவை முன்மொழிந்தது மற்றும் மெட்டா மெட்டீரியல்களைப் பயன்படுத்தி அதன் MIMO செயல்திறனை ஆய்வு செய்தது. இந்த ஆண்டெனா UWB செயல்படும் திறன் கொண்டதாக இருந்தாலும், அதன் ஆதாயம் குறைவாக உள்ளது மற்றும் இரண்டு ஆண்டெனாக்களுக்கு இடையே உள்ள தனிமை மோசமாக உள்ளது. வேலை in32 ஆதாயத்தை அதிகரிக்க மின்காந்த பேண்ட்கேப் (EBG) பிரதிபலிப்பான்களைப் பயன்படுத்தும் 2-போர்ட் MIMO அமைப்பை முன்மொழிகிறது. வளர்ந்த ஆண்டெனா வரிசை அதிக லாபம் மற்றும் நல்ல MIMO பன்முகத்தன்மை செயல்திறன் கொண்டதாக இருந்தாலும், அதன் பெரிய அளவு அடுத்த தலைமுறை தகவல் தொடர்பு சாதனங்களில் பயன்படுத்துவதை கடினமாக்குகிறது. மற்றொரு பிரதிபலிப்பான் அடிப்படையிலான பிராட்பேண்ட் ஆண்டெனா 33 இல் உருவாக்கப்பட்டது, அங்கு பிரதிபலிப்பான் ஆண்டெனாவின் கீழ் ஒரு பெரிய 22 மிமீ இடைவெளியுடன் ஒருங்கிணைக்கப்பட்டது, இது 4.87 dB இன் குறைந்த உச்ச ஆதாயத்தை வெளிப்படுத்துகிறது. தாள் 34 mmWave பயன்பாடுகளுக்கான நான்கு-போர்ட் MIMO ஆண்டெனாவை வடிவமைக்கிறது, இது MIMO அமைப்பின் தனிமைப்படுத்தல் மற்றும் ஆதாயத்தை மேம்படுத்த MS லேயருடன் ஒருங்கிணைக்கப்பட்டுள்ளது. இருப்பினும், இந்த ஆண்டெனா நல்ல லாபத்தையும் தனிமைப்படுத்தலையும் வழங்குகிறது, ஆனால் பெரிய காற்று இடைவெளி காரணமாக குறைந்த அலைவரிசை மற்றும் மோசமான இயந்திர பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது. இதேபோல், 2015 இல், 7.4 dBi அதிகபட்ச ஆதாயத்துடன் mmWave தகவல்தொடர்புகளுக்காக மூன்று-ஜோடி, 4-போர்ட் போவ்டி-வடிவ மெட்டாசர்ஃபேஸ்-ஒருங்கிணைக்கப்பட்ட MIMO ஆண்டெனா உருவாக்கப்பட்டது. ஆண்டெனா ஆதாயத்தை அதிகரிக்க 5G ஆண்டெனாவின் பின்புறத்தில் B36 MS பயன்படுத்தப்படுகிறது, அங்கு மெட்டாசர்ஃபேஸ் பிரதிபலிப்பாளராக செயல்படுகிறது. இருப்பினும், MS அமைப்பு சமச்சீரற்றது மற்றும் அலகு செல் கட்டமைப்பில் குறைந்த கவனம் செலுத்தப்படுகிறது.
மேலே உள்ள பகுப்பாய்வு முடிவுகளின்படி, மேலே உள்ள ஆண்டெனாக்கள் எதுவும் அதிக ஆதாயம், சிறந்த தனிமைப்படுத்தல், MIMO செயல்திறன் மற்றும் வைட்பேண்ட் கவரேஜ் ஆகியவற்றைக் கொண்டிருக்கவில்லை. எனவே, அதிக ஆதாயம் மற்றும் தனிமைப்படுத்தலுடன் 6 ஜிகாஹெர்ட்ஸ்க்குக் கீழே பரந்த அளவிலான 5ஜி ஸ்பெக்ட்ரம் அலைவரிசைகளை உள்ளடக்கக்கூடிய மெட்டாசர்ஃபேஸ் MIMO ஆண்டெனாவின் தேவை இன்னும் உள்ளது. மேற்கூறிய இலக்கியங்களின் வரம்புகளைக் கருத்தில் கொண்டு, துணை-6 GHz வயர்லெஸ் தகவல் தொடர்பு அமைப்புகளுக்கு அதிக லாபம் மற்றும் சிறந்த பன்முகத்தன்மை செயல்திறன் கொண்ட ஒரு வைட்பேண்ட் நான்கு-உறுப்பு MIMO ஆண்டெனா அமைப்பு முன்மொழியப்பட்டது. கூடுதலாக, முன்மொழியப்பட்ட MIMO ஆண்டெனா MIMO கூறுகள், சிறிய உறுப்பு இடைவெளிகள் மற்றும் அதிக கதிர்வீச்சு திறன் ஆகியவற்றுக்கு இடையே சிறந்த தனிமைப்படுத்தலை வெளிப்படுத்துகிறது. ஆண்டெனா பேட்ச் குறுக்காக துண்டிக்கப்பட்டு, 12 மிமீ காற்று இடைவெளியுடன் மெட்டாசர்ஃபேஸின் மேல் வைக்கப்படுகிறது, இது ஆண்டெனாவிலிருந்து வரும் கதிர்வீச்சைப் பிரதிபலிக்கிறது மற்றும் ஆண்டெனா ஆதாயம் மற்றும் வழிநடத்துதலை மேம்படுத்துகிறது. கூடுதலாக, முன்மொழியப்பட்ட ஒற்றை ஆண்டெனா ஒவ்வொரு ஆண்டெனாவையும் ஒன்றுக்கொன்று செங்குத்தாக நிலைநிறுத்துவதன் மூலம் உயர்ந்த MIMO செயல்திறன் கொண்ட நான்கு-உறுப்பு MIMO ஆண்டெனாவை உருவாக்கப் பயன்படுகிறது. பின்னர் உருவாக்கப்பட்ட MIMO ஆண்டெனா உமிழ்வு செயல்திறனை மேம்படுத்த செப்பு பின்தளத்துடன் 10 × 10 MS வரிசையின் மேல் ஒருங்கிணைக்கப்பட்டது. வடிவமைப்பு பரந்த இயக்க வரம்பைக் கொண்டுள்ளது (3.08-7.75 GHz), 8.3 dBi இன் உயர் ஆதாயம் மற்றும் 82% உயர் சராசரி ஒட்டுமொத்த செயல்திறன், அத்துடன் MIMO ஆண்டெனா கூறுகளுக்கு இடையே −15.5 dB ஐ விட சிறந்த தனிமைப்படுத்தல். MS-அடிப்படையிலான MIMO ஆண்டெனா 3D மின்காந்த மென்பொருள் தொகுப்பு CST Studio 2019 ஐப் பயன்படுத்தி உருவகப்படுத்தப்பட்டது மற்றும் சோதனை ஆய்வுகள் மூலம் சரிபார்க்கப்பட்டது.
இந்த பிரிவு முன்மொழியப்பட்ட கட்டிடக்கலை மற்றும் ஒற்றை ஆண்டெனா வடிவமைப்பு முறை பற்றிய விரிவான அறிமுகத்தை வழங்குகிறது. கூடுதலாக, உருவகப்படுத்தப்பட்ட மற்றும் கவனிக்கப்பட்ட முடிவுகள், சிதறல் அளவுருக்கள், ஆதாயம் மற்றும் மெட்டாசர்ஃபேஸ்கள் மற்றும் இல்லாமல் ஒட்டுமொத்த செயல்திறன் உட்பட விரிவாக விவாதிக்கப்படுகின்றன. 2.2 மின்கடத்தா மாறிலியுடன் 1.575மிமீ தடிமன் கொண்ட ரோஜர்ஸ் 5880 குறைந்த இழப்பு மின்கடத்தா அடி மூலக்கூறில் முன்மாதிரி ஆண்டெனா உருவாக்கப்பட்டது. வடிவமைப்பை உருவாக்க மற்றும் உருவகப்படுத்த, மின்காந்த சிமுலேட்டர் தொகுப்பு CST ஸ்டுடியோ 2019 பயன்படுத்தப்பட்டது.
ஒற்றை-உறுப்பு ஆண்டெனாவின் முன்மொழியப்பட்ட கட்டிடக்கலை மற்றும் வடிவமைப்பு மாதிரியை படம் 2 காட்டுகிறது. நன்கு நிறுவப்பட்ட கணித சமன்பாடுகளின் படி, ஆண்டெனா ஒரு நேர்கோட்டில் ஊட்டப்பட்ட சதுர கதிர்வீச்சு இடம் மற்றும் ஒரு செப்பு தரை விமானம் (படி 1 இல் விவரிக்கப்பட்டுள்ளது) மற்றும் படம் 3b இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, 10.8 GHz இல் மிகக் குறுகிய அலைவரிசையுடன் எதிரொலிக்கிறது. ஆண்டெனா ரேடியேட்டரின் ஆரம்ப அளவு பின்வரும் கணித உறவால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது37:
\(P_{L}\) மற்றும் \(P_{w}\) இணைப்பின் நீளம் மற்றும் அகலம், c என்பது ஒளியின் வேகத்தைக் குறிக்கிறது, \(\gamma_{r}\) என்பது அடி மூலக்கூறின் மின்கடத்தா மாறிலி ஆகும். . , \(\gamma_{ref }\) என்பது கதிர்வீச்சு இடத்தின் பயனுள்ள மின்கடத்தா மதிப்பைக் குறிக்கிறது, \(\Delta L\) புள்ளி நீளத்தின் மாற்றத்தைக் குறிக்கிறது. ஆண்டெனா பேக்பிளேன் இரண்டாவது கட்டத்தில் உகந்ததாக இருந்தது, 10 dB இன் மிகக் குறைந்த மின்மறுப்பு அலைவரிசை இருந்தபோதிலும் மின்மறுப்பு அலைவரிசையை அதிகரிக்கிறது. மூன்றாவது கட்டத்தில், ஊட்டி நிலை வலதுபுறமாக நகர்த்தப்படுகிறது, இது முன்மொழியப்பட்ட ஆண்டெனாவின் மின்மறுப்பு அலைவரிசை மற்றும் மின்மறுப்பு பொருத்தத்தை மேம்படுத்துகிறது38. இந்த நிலையில், ஆண்டெனா 4 GHz இன் சிறந்த இயக்க அலைவரிசையை நிரூபிக்கிறது மற்றும் 5G இல் 6 GHz க்குக் கீழே உள்ள ஸ்பெக்ட்ரத்தையும் உள்ளடக்கியது. நான்காவது மற்றும் இறுதி கட்டத்தில் கதிர்வீச்சு இடத்தின் எதிர் மூலைகளில் சதுர பள்ளங்களை பொறிப்பது அடங்கும். இந்த ஸ்லாட் படம் 3b இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, துணை-6 GHz 5G ஸ்பெக்ட்ரம் 3.11 GHz இலிருந்து 7.67 GHz வரை 4.56 GHz அலைவரிசையை கணிசமாக விரிவுபடுத்துகிறது. முன்மொழியப்பட்ட வடிவமைப்பின் முன் மற்றும் கீழ் முன்னோக்குக் காட்சிகள் படம் 3a இல் காட்டப்பட்டுள்ளன, மேலும் இறுதி உகந்ததாக தேவையான வடிவமைப்பு அளவுருக்கள் பின்வருமாறு: 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.
(அ) வடிவமைக்கப்பட்ட ஒற்றை ஆண்டெனாவின் மேல் மற்றும் பின்புற காட்சிகள் (CST STUDIO SUITE 2019). (b) S-அளவுரு வளைவு.
மெட்டாசர்ஃபேஸ் என்பது ஒரு குறிப்பிட்ட கால இடைவெளியில் உள்ள யூனிட் செல்களைக் குறிக்கும் சொல். MIMO கூறுகளுக்கு இடையே அலைவரிசை, ஆதாயம் மற்றும் தனிமைப்படுத்தல் உள்ளிட்ட ஆண்டெனா கதிர்வீச்சு செயல்திறனை மேம்படுத்த மெட்டாசர்ஃபேஸ்கள் ஒரு சிறந்த வழியாகும். மேற்பரப்பு அலை பரவலின் செல்வாக்கு காரணமாக, மெட்டாசர்ஃபேஸ்கள் மேம்பட்ட ஆண்டெனா செயல்திறனுக்கு பங்களிக்கும் கூடுதல் அதிர்வுகளை உருவாக்குகின்றன. இந்த வேலை 6 GHz க்குக் கீழே 5G பேண்டில் செயல்படும் எப்சிலன்-நெகட்டிவ் மெட்டா மெட்டீரியல் (MM) யூனிட்டை முன்மொழிகிறது. 8mm×8mm பரப்பளவு கொண்ட MM ஆனது குறைந்த இழப்பு ரோஜர்ஸ் 5880 அடி மூலக்கூறில் 2.2 மின்கடத்தா மாறிலி மற்றும் 1.575mm தடிமன் கொண்டது. உகந்த எம்எம் ரெசனேட்டர் பேட்ச் படம் 4a இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, இரண்டு மாற்றியமைக்கப்பட்ட வெளிப்புற பிளவு வளையங்களுடன் இணைக்கப்பட்ட உள் வட்ட பிளவு வளையத்தைக் கொண்டுள்ளது. முன்மொழியப்பட்ட MM அமைப்பின் இறுதி உகந்த அளவுருக்களை படம் 4a சுருக்கமாகக் கூறுகிறது. பின்னர், 40 × 40 மிமீ மற்றும் 80 × 80 மிமீ மெட்டாசர்ஃபேஸ் அடுக்குகள் செப்பு பின்தளம் இல்லாமல் மற்றும் செப்பு பின்தளத்துடன் முறையே 5 × 5 மற்றும் 10 × 10 செல் வரிசைகளைப் பயன்படுத்தி உருவாக்கப்பட்டன. முன்மொழியப்பட்ட MM அமைப்பு 3D மின்காந்த மாடலிங் மென்பொருளான “CST ஸ்டுடியோ சூட் 2019” ஐப் பயன்படுத்தி வடிவமைக்கப்பட்டது. முன்மொழியப்பட்ட MM வரிசை அமைப்பு மற்றும் அளவீட்டு அமைப்பின் புனையப்பட்ட முன்மாதிரி (இரட்டை-போர்ட் நெட்வொர்க் பகுப்பாய்வி PNA மற்றும் அலை வழிகாட்டி போர்ட்) உண்மையான பதிலை பகுப்பாய்வு செய்வதன் மூலம் CST உருவகப்படுத்துதல் முடிவுகளை சரிபார்க்க படம் 4b இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. சிக்னல்களை அனுப்பவும் பெறவும் இரண்டு அலை வழிகாட்டி கோஆக்சியல் அடாப்டர்களுடன் (A-INFOMW, பகுதி எண்: 187WCAS) இணைந்து அஜிலன்ட் PNA தொடர் நெட்வொர்க் பகுப்பாய்வியை அளவீட்டு அமைப்பு பயன்படுத்தியது. இரண்டு-போர்ட் நெட்வொர்க் பகுப்பாய்விக்கு (அஜிலன்ட் PNA N5227A) கோஆக்சியல் கேபிள் மூலம் இணைக்கப்பட்ட இரண்டு அலை வழிகாட்டி கோஆக்சியல் அடாப்டர்களுக்கு இடையே ஒரு முன்மாதிரி 5×5 வரிசை வைக்கப்பட்டது. அஜிலன்ட் N4694-60001 அளவுத்திருத்த கிட் ஒரு பைலட் ஆலையில் பிணைய பகுப்பாய்வியை அளவீடு செய்ய பயன்படுத்தப்படுகிறது. முன்மொழியப்பட்ட முன்மாதிரி MM வரிசையின் உருவகப்படுத்தப்பட்ட மற்றும் CST கவனிக்கப்பட்ட சிதறல் அளவுருக்கள் படம் 5a இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. முன்மொழியப்பட்ட MM அமைப்பு 6 GHz க்குக் கீழே 5G அதிர்வெண் வரம்பில் எதிரொலிப்பதைக் காணலாம். 10 dB அலைவரிசையில் சிறிய வித்தியாசம் இருந்தாலும், உருவகப்படுத்தப்பட்ட மற்றும் சோதனை முடிவுகள் மிகவும் ஒத்தவை. படம் 5a இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, கவனிக்கப்பட்ட அதிர்வுகளின் அதிர்வு அதிர்வெண், அலைவரிசை மற்றும் வீச்சு ஆகியவை உருவகப்படுத்தப்பட்டவற்றிலிருந்து சற்று வித்தியாசமாக இருக்கும். கவனிக்கப்பட்ட மற்றும் உருவகப்படுத்தப்பட்ட முடிவுகளுக்கு இடையிலான இந்த வேறுபாடுகள் உற்பத்தி குறைபாடுகள், முன்மாதிரி மற்றும் அலை வழிகாட்டி துறைமுகங்களுக்கு இடையே உள்ள சிறிய இடைவெளிகள், அலை வழிகாட்டி துறைமுகங்கள் மற்றும் வரிசை கூறுகளுக்கு இடையேயான இணைப்பு விளைவுகள் மற்றும் அளவீட்டு சகிப்புத்தன்மை ஆகியவற்றின் காரணமாகும். கூடுதலாக, சோதனை அமைப்பில் அலை வழிகாட்டி துறைமுகங்களுக்கு இடையில் உருவாக்கப்பட்ட முன்மாதிரியின் சரியான இடம் ஒரு அதிர்வு மாற்றத்தை ஏற்படுத்தலாம். கூடுதலாக, அளவுத்திருத்த கட்டத்தில் தேவையற்ற சத்தம் காணப்பட்டது, இது எண் மற்றும் அளவிடப்பட்ட முடிவுகளுக்கு இடையே முரண்பாடுகளுக்கு வழிவகுத்தது. இருப்பினும், இந்த சிரமங்களைத் தவிர, முன்மொழியப்பட்ட MM வரிசை முன்மாதிரி உருவகப்படுத்துதலுக்கும் பரிசோதனைக்கும் இடையே உள்ள வலுவான தொடர்பு காரணமாக சிறப்பாக செயல்படுகிறது, இது துணை-6 GHz 5G வயர்லெஸ் தொடர்பு பயன்பாடுகளுக்கு மிகவும் பொருத்தமானது.
(a) அலகு செல் வடிவியல் (S1 = 8 மிமீ, S2 = 7 மிமீ, S3 = 5 மிமீ, f1, f2, f4 = 0.5 மிமீ, f3 = 0.75 மிமீ, h1 = 0.5 மிமீ, h2 = 1 .75 மிமீ) (CST STUDIO SUITE) ) 2019) (b) MM அளவிடும் அமைப்பின் புகைப்படம்.
(அ) மெட்டா மெட்டீரியல் முன்மாதிரியின் சிதறல் அளவுரு வளைவுகளின் உருவகப்படுத்துதல் மற்றும் சரிபார்ப்பு. (b) MM அலகு கலத்தின் மின்கடத்தா மாறிலி வளைவு.
MM யூனிட் கலத்தின் நடத்தையை மேலும் பகுப்பாய்வு செய்ய, CST மின்காந்த சிமுலேட்டரின் உள்ளமைக்கப்பட்ட பிந்தைய செயலாக்க நுட்பங்களைப் பயன்படுத்தி பயனுள்ள மின்கடத்தா மாறிலி, காந்த ஊடுருவல் மற்றும் ஒளிவிலகல் குறியீடு போன்ற தொடர்புடைய பயனுள்ள அளவுருக்கள் ஆய்வு செய்யப்பட்டன. பயனுள்ள MM அளவுருக்கள் ஒரு வலுவான புனரமைப்பு முறையைப் பயன்படுத்தி சிதறல் அளவுருக்களிலிருந்து பெறப்படுகின்றன. பின்வரும் பரிமாற்றம் மற்றும் பிரதிபலிப்பு குணகம் சமன்பாடுகள்: (3) மற்றும் (4) ஒளிவிலகல் குறியீடு மற்றும் மின்மறுப்பை தீர்மானிக்க பயன்படுத்தப்படலாம் (பார்க்க 40).
ஆபரேட்டரின் உண்மையான மற்றும் கற்பனையான பகுதிகள் முறையே (.)' மற்றும் (.)” ஆல் குறிப்பிடப்படுகின்றன, மேலும் முழு மதிப்பு m உண்மையான ஒளிவிலகல் குறியீட்டுடன் ஒத்துள்ளது. மின்கடத்தா மாறிலி மற்றும் ஊடுருவல் ஆகியவை முறையே மின்மறுப்பு மற்றும் ஒளிவிலகல் குறியீட்டை அடிப்படையாகக் கொண்ட \(\varepsilon { } = {}n/z,\) மற்றும் \(\mu = nz\) சூத்திரங்களால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது. MM கட்டமைப்பின் பயனுள்ள மின்கடத்தா மாறிலி வளைவு படம் 5b இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. அதிர்வு அதிர்வெண்ணில், பயனுள்ள மின்கடத்தா மாறிலி எதிர்மறையாக இருக்கும். புள்ளிவிவரங்கள் 6a,b முன்மொழியப்பட்ட அலகு கலத்தின் பயனுள்ள ஊடுருவல் (μ) மற்றும் பயனுள்ள ஒளிவிலகல் குறியீடு (n) ஆகியவற்றின் பிரித்தெடுக்கப்பட்ட மதிப்புகளைக் காட்டுகின்றன. குறிப்பிடத்தக்க வகையில், பிரித்தெடுக்கப்பட்ட ஊடுருவல்கள் பூஜ்ஜியத்திற்கு நெருக்கமான நேர்மறை உண்மையான மதிப்புகளை வெளிப்படுத்துகின்றன, இது முன்மொழியப்பட்ட MM கட்டமைப்பின் எப்சிலான்-எதிர்மறை (ENG) பண்புகளை உறுதிப்படுத்துகிறது. மேலும், படம் 6a இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, பூஜ்ஜியத்திற்கு நெருக்கமான ஊடுருவலில் உள்ள அதிர்வு அதிர்வு அதிர்வெண்ணுடன் வலுவாக தொடர்புடையது. வளர்ந்த அலகு செல் எதிர்மறை ஒளிவிலகல் குறியீட்டைக் கொண்டுள்ளது (படம். 6b), அதாவது முன்மொழியப்பட்ட MM ஆனது ஆண்டெனா செயல்திறனை மேம்படுத்த பயன்படுத்தப்படலாம்21,41.
ஒற்றை பிராட்பேண்ட் ஆண்டெனாவின் உருவாக்கப்பட்ட முன்மாதிரி, முன்மொழியப்பட்ட வடிவமைப்பை சோதனை முறையில் சோதிக்க புனையப்பட்டது. புள்ளிவிவரங்கள் 7a,b முன்மொழியப்பட்ட முன்மாதிரி ஒற்றை ஆண்டெனா, அதன் கட்டமைப்பு பாகங்கள் மற்றும் அருகிலுள்ள புல அளவீட்டு அமைப்பு (SATIMO) ஆகியவற்றின் படங்களைக் காட்டுகிறது. ஆண்டெனா செயல்திறனை மேம்படுத்த, வளர்ந்த மெட்டாசர்ஃபேஸ், படம் 8a இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, ஆன்டெனாவின் கீழ் அடுக்குகளில் h உயரத்துடன் வைக்கப்படுகிறது. ஒற்றை ஆண்டெனாவின் பின்புறத்தில் 12மிமீ இடைவெளியில் ஒற்றை 40மிமீ x 40மிமீ இரட்டை அடுக்கு மெட்டாசர்ஃபேஸ் பயன்படுத்தப்பட்டது. கூடுதலாக, 12 மிமீ தொலைவில் ஒற்றை ஆண்டெனாவின் பின்புறத்தில் ஒரு பின்தளத்துடன் கூடிய மெட்டாசர்ஃபேஸ் வைக்கப்படுகிறது. மெட்டாசர்ஃபேஸைப் பயன்படுத்திய பிறகு, சிங்கிள் ஆன்டெனா செயல்திறனில் குறிப்பிடத்தக்க முன்னேற்றத்தைக் காட்டுகிறது, படம் 1 மற்றும் 2 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. புள்ளிவிவரங்கள் 8 மற்றும் 9. படம் 8 பி மெட்டாசர்ஃபேஸ்கள் இல்லாமல் மற்றும் ஒற்றை ஆண்டெனாவுக்கான உருவகப்படுத்தப்பட்ட மற்றும் அளவிடப்பட்ட பிரதிபலிப்பு அடுக்குகளைக் காட்டுகிறது. மெட்டாசர்ஃபேஸ் கொண்ட ஆண்டெனாவின் கவரேஜ் பேண்ட் மெட்டாசர்ஃபேஸ் இல்லாத ஆண்டெனாவின் கவரேஜ் பேண்டுடன் மிகவும் ஒத்திருக்கிறது என்பது குறிப்பிடத்தக்கது. உருவகப்படுத்தப்பட்ட மற்றும் கவனிக்கப்பட்ட ஒற்றை ஆண்டெனா ஆதாயம் மற்றும் இயக்க ஸ்பெக்ட்ரமில் MS இல்லாமல் மற்றும் ஒட்டுமொத்த செயல்திறன் ஆகியவற்றின் ஒப்பீட்டை புள்ளிவிவரங்கள் 9a,b காட்டுகிறது. மெட்டாசர்ஃபேஸ் அல்லாத ஆன்டெனாவுடன் ஒப்பிடும்போது, மெட்டாசர்ஃபேஸ் ஆண்டெனாவின் ஆதாயம் கணிசமாக மேம்பட்டு, 5.15 dBi இலிருந்து 8 dBi வரை அதிகரித்துள்ளதைக் காணலாம். ஒற்றை அடுக்கு மெட்டாசர்ஃபேஸ், இரட்டை அடுக்கு மெட்டாசர்ஃபேஸ் மற்றும் பேக்ப்ளேன் மெட்டாசர்ஃபேஸ் கொண்ட ஒற்றை ஆண்டெனா ஆகியவற்றின் ஆதாயம் முறையே 6 dBi, 6.9 dBi மற்றும் 8 dBi ஆக அதிகரித்தது. மற்ற மெட்டாசர்ஃபேஸ்களுடன் (ஒற்றை-அடுக்கு மற்றும் இரட்டை-அடுக்கு MCகள்) ஒப்பிடும்போது, ஒரு செப்பு பின்தளத்துடன் கூடிய ஒற்றை மெட்டாசர்ஃபேஸ் ஆண்டெனாவின் ஆதாயம் 8 dBi வரை இருக்கும். இந்த வழக்கில், மெட்டாசர்ஃபேஸ் ஒரு பிரதிபலிப்பாளராக செயல்படுகிறது, ஆன்டெனாவின் பின் கதிர்வீச்சைக் குறைக்கிறது மற்றும் மின்காந்த அலைகளை கட்டமாக கையாளுகிறது, இதன் மூலம் ஆண்டெனாவின் கதிர்வீச்சு செயல்திறனை அதிகரிக்கிறது மற்றும் அதனால் ஆதாயத்தை அதிகரிக்கிறது. மெட்டாசர்ஃபேஸ்கள் இல்லாமல் மற்றும் ஒரு ஒற்றை ஆண்டெனாவின் ஒட்டுமொத்த செயல்திறன் பற்றிய ஆய்வு படம் 9b இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. ஒரு மெட்டாசர்ஃபேஸ் மற்றும் இல்லாமல் ஒரு ஆண்டெனாவின் செயல்திறன் கிட்டத்தட்ட ஒரே மாதிரியாக இருக்கும் என்பது கவனிக்கத்தக்கது. குறைந்த அதிர்வெண் வரம்பில், ஆண்டெனா செயல்திறன் சிறிது குறைகிறது. சோதனை மற்றும் உருவகப்படுத்தப்பட்ட ஆதாயம் மற்றும் செயல்திறன் வளைவுகள் நல்ல உடன்பாட்டில் உள்ளன. இருப்பினும், உற்பத்தி குறைபாடுகள், அளவீட்டு சகிப்புத்தன்மை, SMA போர்ட் இணைப்பு இழப்பு மற்றும் கம்பி இழப்பு ஆகியவற்றின் காரணமாக உருவகப்படுத்தப்பட்ட மற்றும் சோதிக்கப்பட்ட முடிவுகளுக்கு இடையே சிறிய வேறுபாடுகள் உள்ளன. கூடுதலாக, ஆண்டெனா மற்றும் MS பிரதிபலிப்பான் நைலான் ஸ்பேசர்களுக்கு இடையில் அமைந்துள்ளன, இது உருவகப்படுத்துதல் முடிவுகளுடன் ஒப்பிடும்போது கவனிக்கப்பட்ட முடிவுகளை பாதிக்கும் மற்றொரு சிக்கலாகும்.
படம் (அ) முடிக்கப்பட்ட ஒற்றை ஆண்டெனா மற்றும் அதனுடன் தொடர்புடைய கூறுகளைக் காட்டுகிறது. (ஆ) நியர்-ஃபீல்ட் அளவீட்டு அமைப்பு (SATIMO).
(அ) மெட்டாசர்ஃபேஸ் பிரதிபலிப்பான்களைப் பயன்படுத்தி ஆண்டெனா தூண்டுதல் (CST STUDIO SUITE 2019). (ஆ) MS இல்லாமல் மற்றும் உடன் ஒற்றை ஆண்டெனாவின் உருவகப்படுத்தப்பட்ட மற்றும் சோதனை பிரதிபலிப்பு.
உருவகப்படுத்துதல் மற்றும் அளவீட்டு முடிவுகள் (அ) அடையப்பட்ட ஆதாயம் மற்றும் (ஆ) முன்மொழியப்பட்ட மெட்டாசர்ஃபேஸ் விளைவு ஆண்டெனாவின் ஒட்டுமொத்த செயல்திறன்.
MS ஐப் பயன்படுத்தி பீம் பேட்டர்ன் பகுப்பாய்வு. UKM SATIMO நியர்-ஃபீல்ட் சிஸ்டம்ஸ் ஆய்வகத்தின் SATIMO நியர்-ஃபீல்ட் பரிசோதனை சூழலில் ஒற்றை-ஆன்டெனா அருகிலுள்ள-புல அளவீடுகள் மேற்கொள்ளப்பட்டன. MS உடன் மற்றும் இல்லாமல் முன்மொழியப்பட்ட ஒற்றை ஆண்டெனாவிற்கு 5.5 GHz இல் உருவகப்படுத்தப்பட்ட மற்றும் கவனிக்கப்பட்ட E-plane மற்றும் H-plane கதிர்வீச்சு வடிவங்களை புள்ளிவிவரங்கள் 10a, b காட்டுகின்றன. வளர்ந்த ஒற்றை ஆண்டெனா (MS இல்லாமல்) பக்க மடல் மதிப்புகளுடன் ஒரு நிலையான இருதரப்பு கதிர்வீச்சு வடிவத்தை வழங்குகிறது. முன்மொழியப்பட்ட MS பிரதிபலிப்பாளரைப் பயன்படுத்திய பிறகு, ஆண்டெனா ஒரு திசைக் கதிர்வீச்சு வடிவத்தை வழங்குகிறது மற்றும் புள்ளிவிவரங்கள் 10a, b இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி பின் மடல்களின் அளவைக் குறைக்கிறது. முன்மொழியப்பட்ட ஒற்றை ஆண்டெனா கதிர்வீச்சு முறை மிகவும் நிலையானது மற்றும் ஒரு செப்பு பின்தளத்துடன் ஒரு மெட்டாசர்ஃபேஸைப் பயன்படுத்தும் போது மிகக் குறைந்த முதுகு மற்றும் பக்க மடல்களுடன் ஒரே திசையில் உள்ளது என்பது குறிப்பிடத்தக்கது. முன்மொழியப்பட்ட MM வரிசை பிரதிபலிப்பான் ஆண்டெனாவின் பின்புறம் மற்றும் பக்க மடல்களைக் குறைக்கிறது, அதே நேரத்தில் மின்னோட்டத்தை ஒரே திசையில் இயக்குவதன் மூலம் கதிர்வீச்சு செயல்திறனை மேம்படுத்துகிறது (படம். 10a, b), இதன் மூலம் ஆதாயம் மற்றும் வழிநடத்துதலை அதிகரிக்கிறது. சோதனைக் கதிர்வீச்சு முறையானது CST உருவகப்படுத்துதல்களுடன் ஒப்பிடக்கூடியதாக இருந்தது, ஆனால் பல்வேறு கூடியிருந்த கூறுகளின் தவறான சீரமைப்பு, அளவீட்டு சகிப்புத்தன்மை மற்றும் கேபிளிங் இழப்புகள் காரணமாக சிறிது மாறுபடுகிறது. கூடுதலாக, ஆண்டெனாவிற்கும் MS பிரதிபலிப்பிற்கும் இடையில் ஒரு நைலான் ஸ்பேசர் செருகப்பட்டது, இது எண்ணியல் முடிவுகளுடன் ஒப்பிடும்போது கவனிக்கப்பட்ட முடிவுகளை பாதிக்கும் மற்றொரு சிக்கலாகும்.
5.5 GHz அதிர்வெண்ணில் உருவாக்கப்பட்ட ஒற்றை ஆண்டெனாவின் கதிர்வீச்சு முறை (MS இல்லாமல் மற்றும் MS உடன்) உருவகப்படுத்தப்பட்டு சோதிக்கப்பட்டது.
முன்மொழியப்பட்ட MIMO ஆண்டெனா வடிவியல் படம் 11 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது மற்றும் நான்கு ஒற்றை ஆண்டெனாக்களைக் கொண்டுள்ளது. MIMO ஆண்டெனாவின் நான்கு கூறுகளும் 80 × 80 × 1.575 மிமீ பரிமாணங்களின் அடி மூலக்கூறில் ஒன்றுக்கொன்று செங்குத்தான முறையில் அமைக்கப்பட்டுள்ளன, படம் 11 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. வடிவமைக்கப்பட்ட MIMO ஆண்டெனா 22 மிமீ உறுப்புகளுக்கு இடையிலான தூரத்தைக் கொண்டுள்ளது, இது 22 மிமீ ஆகும். ஆண்டெனாவின் நெருங்கிய தொடர்புடைய இடை-உறுப்பு தூரம். MIMO ஆண்டெனா உருவாக்கப்பட்டது. கூடுதலாக, தரை விமானத்தின் ஒரு பகுதி ஒற்றை ஆண்டெனாவைப் போலவே அமைந்துள்ளது. படம் 12a இல் காட்டப்பட்டுள்ள MIMO ஆண்டெனாக்களின் (S11, S22, S33 மற்றும் S44) பிரதிபலிப்பு மதிப்புகள் 3.2–7.6 GHz இசைக்குழுவில் எதிரொலிக்கும் ஒற்றை-உறுப்பு ஆண்டெனாவின் அதே நடத்தையை வெளிப்படுத்துகின்றன. எனவே, MIMO ஆண்டெனாவின் மின்மறுப்பு அலைவரிசையானது ஒற்றை ஆண்டெனாவின் மின்மறுப்பு அலைவரிசையைப் போலவே இருக்கும். MIMO கூறுகளுக்கு இடையே உள்ள இணைப்பு விளைவு MIMO ஆண்டெனாக்களின் சிறிய அலைவரிசை இழப்புக்கு முக்கிய காரணமாகும். படம் 12b MIMO கூறுகளின் மீது ஒன்றோடொன்று இணைப்பின் விளைவைக் காட்டுகிறது, அங்கு MIMO கூறுகளுக்கு இடையே உகந்த தனிமைப்படுத்தல் தீர்மானிக்கப்பட்டது. ஆண்டெனாக்கள் 1 மற்றும் 2 க்கு இடையேயான தனிமைப்படுத்தல் மிகக் குறைவாக -13.6 dB ஆகும், மேலும் ஆண்டெனாக்கள் 1 மற்றும் 4 க்கு இடையேயான தனிமைப்படுத்தல் அதிகபட்சமாக -30.4 dB ஆகும். அதன் சிறிய அளவு மற்றும் பரந்த அலைவரிசை காரணமாக, இந்த MIMO ஆண்டெனா குறைந்த ஆதாயம் மற்றும் குறைந்த செயல்திறன் கொண்டது. காப்பு குறைவாக உள்ளது, எனவே அதிகரித்த வலுவூட்டல் மற்றும் காப்பு தேவைப்படுகிறது;
முன்மொழியப்பட்ட MIMO ஆண்டெனா (a) மேல் பார்வை மற்றும் (b) தரை விமானத்தின் வடிவமைப்பு நுட்பம். (CST ஸ்டுடியோ சூட் 2019).
முன்மொழியப்பட்ட மெட்டாசர்ஃபேஸ் MIMO ஆண்டெனாவின் வடிவியல் ஏற்பாடு மற்றும் தூண்டுதல் முறை படம் 13a இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. 80x80x1.575mm பரிமாணங்களைக் கொண்ட 10x10mm மேட்ரிக்ஸ், படம் 13a இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, 12mm உயர் MIMO ஆண்டெனாவின் பின்புறம் வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது. கூடுதலாக, செப்பு பின்தளங்களைக் கொண்ட மெட்டாசர்ஃபேஸ்கள், MIMO ஆண்டெனாக்களில் அவற்றின் செயல்திறனை மேம்படுத்துவதற்காகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. மெட்டாசர்ஃபேஸுக்கும் MIMO ஆண்டெனாவிற்கும் இடையே உள்ள தூரம் அதிக ஆதாயத்தை அடைய முக்கியமானது, அதே நேரத்தில் ஆண்டெனாவால் உருவாக்கப்பட்ட அலைகள் மற்றும் மெட்டாசர்ஃபேஸிலிருந்து பிரதிபலிக்கும் அலைகளுக்கு இடையே ஆக்கபூர்வமான குறுக்கீடுகளை அனுமதிக்கிறது. MIMO கூறுகளுக்கு இடையே அதிகபட்ச ஆதாயம் மற்றும் தனிமைப்படுத்தலுக்கான காலாண்டு அலை தரநிலைகளை பராமரிக்கும் அதே வேளையில் ஆண்டெனா மற்றும் மெட்டாசர்ஃபேஸ் இடையே உயரத்தை மேம்படுத்த விரிவான மாதிரியாக்கம் செய்யப்பட்டது. MIMO ஆண்டெனா செயல்திறனில் குறிப்பிடத்தக்க மேம்பாடுகள் பேக்பிளேன்கள் இல்லாத மெட்டாசர்ஃபேஸ்களுடன் ஒப்பிடும்போது பேக்பிளேன்களுடன் கூடிய மெட்டாசர்ஃபேஸ்களைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் அடையப்பட்டவை அடுத்தடுத்த அத்தியாயங்களில் நிரூபிக்கப்படும்.
(அ) MS (CST STUDIO SUITE 2019) ஐப் பயன்படுத்தி முன்மொழியப்பட்ட MIMO ஆண்டெனாவின் CST உருவகப்படுத்துதல் அமைப்பு, (b) MS இல்லாமல் மற்றும் MS உடன் உருவாக்கப்பட்ட MIMO அமைப்பின் பிரதிபலிப்பு வளைவுகள்.
மெட்டாசர்ஃபேஸ்கள் மற்றும் இல்லாமல் MIMO ஆண்டெனாக்களின் பிரதிபலிப்பு படம் 13b இல் காட்டப்பட்டுள்ளது, அங்கு MIMO அமைப்பில் உள்ள அனைத்து ஆண்டெனாக்களின் கிட்டத்தட்ட ஒரே மாதிரியான நடத்தை காரணமாக S11 மற்றும் S44 வழங்கப்படுகின்றன. ஒரு MIMO ஆண்டெனாவின் -10 dB மின்மறுப்பு அலைவரிசை இல்லாமல் மற்றும் ஒரு மெட்டாசர்ஃபேஸ் கிட்டத்தட்ட ஒரே மாதிரியாக உள்ளது என்பது குறிப்பிடத்தக்கது. இதற்கு நேர்மாறாக, முன்மொழியப்பட்ட MIMO ஆண்டெனாவின் மின்மறுப்பு அலைவரிசையானது இரட்டை அடுக்கு MS மற்றும் backplane MS ஆகியவற்றால் மேம்படுத்தப்பட்டுள்ளது. MS இல்லாமல், MIMO ஆண்டெனா மைய அதிர்வெண்ணுடன் ஒப்பிடும்போது 81.5% (3.2-7.6 GHz) பகுதியளவு அலைவரிசையை வழங்குகிறது என்பது குறிப்பிடத்தக்கது. பின்தளத்துடன் MS ஐ ஒருங்கிணைப்பது முன்மொழியப்பட்ட MIMO ஆண்டெனாவின் மின்மறுப்பு அலைவரிசையை 86.3% (3.08–7.75 GHz) ஆக அதிகரிக்கிறது. இரட்டை அடுக்கு MS செயல்திறனை அதிகரிக்கிறது என்றாலும், செப்பு பின்தளத்துடன் MS ஐ விட முன்னேற்றம் குறைவாக உள்ளது. மேலும், இரட்டை அடுக்கு MC ஆனது ஆண்டெனாவின் அளவை அதிகரிக்கிறது, அதன் விலையை அதிகரிக்கிறது மற்றும் அதன் வரம்பைக் கட்டுப்படுத்துகிறது. வடிவமைக்கப்பட்ட MIMO ஆண்டெனா மற்றும் மெட்டாசர்ஃபேஸ் பிரதிபலிப்பான் ஆகியவை உருவகப்படுத்துதல் முடிவுகளை சரிபார்க்கவும் உண்மையான செயல்திறனை மதிப்பிடவும் புனையப்பட்டு சரிபார்க்கப்படுகின்றன. படம் 14a ஆனது புனையப்பட்ட MS லேயர் மற்றும் MIMO ஆண்டெனாவை பல்வேறு கூறுகளுடன் கூடியதாகக் காட்டுகிறது, அதே நேரத்தில் படம் 14b வளர்ந்த MIMO அமைப்பின் புகைப்படத்தைக் காட்டுகிறது. MIMO ஆண்டெனா நான்கு நைலான் ஸ்பேசர்களைப் பயன்படுத்தி மெட்டாசர்ஃபேஸின் மேல் பொருத்தப்பட்டுள்ளது, படம் 14b இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. உருவம் 15a, உருவாக்கப்பட்ட MIMO ஆண்டெனா அமைப்பின் அருகிலுள்ள-புல சோதனை அமைப்பின் ஸ்னாப்ஷாட்டைக் காட்டுகிறது. ஒரு PNA நெட்வொர்க் பகுப்பாய்வி (Agilent Technologies PNA N5227A) சிதறல் அளவுருக்களை மதிப்பிடுவதற்கும் UKM SATIMO நியர்-ஃபீல்ட் சிஸ்டம்ஸ் ஆய்வகத்தில் புலத்திற்கு அருகிலுள்ள உமிழ்வு பண்புகளை மதிப்பிடுவதற்கும் வகைப்படுத்துவதற்கும் பயன்படுத்தப்பட்டது.
(அ) SATIMO அருகிலுள்ள புல அளவீடுகளின் புகைப்படங்கள் (b) MS உடன் மற்றும் இல்லாமல் S11 MIMO ஆண்டெனாவின் உருவகப்படுத்தப்பட்ட மற்றும் சோதனை வளைவுகள்.
இந்த பிரிவு முன்மொழியப்பட்ட 5G MIMO ஆண்டெனாவின் உருவகப்படுத்தப்பட்ட மற்றும் கவனிக்கப்பட்ட S- அளவுருக்கள் பற்றிய ஒப்பீட்டு ஆய்வை முன்வைக்கிறது. படம் 15b ஒருங்கிணைந்த 4-உறுப்பு MIMO MS ஆண்டெனாவின் சோதனை பிரதிபலிப்புத் திட்டத்தைக் காட்டுகிறது மற்றும் அதை CST உருவகப்படுத்துதல் முடிவுகளுடன் ஒப்பிடுகிறது. சோதனை பிரதிபலிப்புகள் CST கணக்கீடுகளைப் போலவே இருப்பது கண்டறியப்பட்டது, ஆனால் உற்பத்தி குறைபாடுகள் மற்றும் சோதனை சகிப்புத்தன்மை காரணமாக அவை சற்று வித்தியாசமாக இருந்தன. கூடுதலாக, முன்மொழியப்பட்ட MS-அடிப்படையிலான MIMO முன்மாதிரியின் கவனிக்கப்பட்ட பிரதிபலிப்பு 6 GHz க்குக் கீழே 5G ஸ்பெக்ட்ரத்தை 4.8 GHz மின்மறுப்பு அலைவரிசையுடன் உள்ளடக்கியது, அதாவது 5G பயன்பாடுகள் சாத்தியமாகும். இருப்பினும், அளவிடப்பட்ட அதிர்வு அதிர்வெண், அலைவரிசை மற்றும் அலைவீச்சு ஆகியவை CST உருவகப்படுத்துதல் முடிவுகளிலிருந்து சிறிது வேறுபடுகின்றன. உற்பத்தி குறைபாடுகள், coax-to-SMA இணைப்பு இழப்புகள் மற்றும் வெளிப்புற அளவீட்டு அமைப்புகள் ஆகியவை அளவிடப்பட்ட மற்றும் உருவகப்படுத்தப்பட்ட முடிவுகளுக்கு இடையே வேறுபாடுகளை ஏற்படுத்தும். இருப்பினும், இந்த குறைபாடுகள் இருந்தபோதிலும், முன்மொழியப்பட்ட MIMO சிறப்பாக செயல்படுகிறது, உருவகப்படுத்துதல்கள் மற்றும் அளவீடுகளுக்கு இடையே வலுவான உடன்பாட்டை வழங்குகிறது, இது துணை-6 GHz 5G வயர்லெஸ் பயன்பாடுகளுக்கு மிகவும் பொருத்தமானது.
உருவகப்படுத்தப்பட்ட மற்றும் கவனிக்கப்பட்ட MIMO ஆண்டெனா ஆதாய வளைவுகள் படங்கள் 2 மற்றும் 2 இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. முறையே 16a,b மற்றும் 17a,b இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, MIMO கூறுகளின் பரஸ்பர தொடர்பு காட்டப்பட்டுள்ளது. MIMO ஆண்டெனாக்களுக்கு மெட்டாசர்ஃபேஸ்கள் பயன்படுத்தப்படும்போது, MIMO ஆண்டெனாக்களுக்கு இடையேயான தனிமைப்படுத்தல் கணிசமாக மேம்படுத்தப்படுகிறது. அருகிலுள்ள ஆண்டெனா கூறுகள் S12, S14, S23 மற்றும் S34 ஆகியவற்றுக்கு இடையே உள்ள தனிமைப்படுத்தல் அடுக்குகள் ஒரே மாதிரியான வளைவுகளைக் காட்டுகின்றன, அதே சமயம் மூலைவிட்ட MIMO ஆண்டெனாக்கள் S13 மற்றும் S42 ஆகியவை அவற்றுக்கிடையே அதிக தூரம் இருப்பதால் இதேபோன்ற உயர் தனிமைப்படுத்தலைக் காட்டுகின்றன. அருகில் உள்ள ஆண்டெனாக்களின் உருவகப்படுத்தப்பட்ட பரிமாற்ற பண்புகள் படம் 16a இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. 6 GHz க்குக் கீழே உள்ள 5G ஆப்பரேட்டிங் ஸ்பெக்ட்ரமில், மெட்டாசர்ஃபேஸ் இல்லாத MIMO ஆண்டெனாவின் குறைந்தபட்ச தனிமைப்படுத்தல் -13.6 dB, மற்றும் ஒரு மெட்டாசர்ஃபேஸுக்கு பின்தளம் - 15.5 dB என்பது குறிப்பிடத்தக்கது. ஒற்றை மற்றும் இரட்டை அடுக்கு மெட்டாசர்ஃபேஸ்களுடன் ஒப்பிடும்போது MIMO ஆண்டெனா கூறுகளுக்கு இடையேயான தனிமைப்படுத்தலை பேக்ப்ளேன் மெட்டாசர்ஃபேஸ் கணிசமாக மேம்படுத்துகிறது என்பதை ஆதாய சதி (படம் 16a) காட்டுகிறது. அருகில் உள்ள ஆண்டெனா கூறுகளில், ஒற்றை மற்றும் இரட்டை அடுக்கு மெட்டாசர்ஃபேஸ்கள் குறைந்தபட்ச தனிமைப்படுத்தலை தோராயமாக -13.68 dB மற்றும் -14.78 dB ஐ வழங்குகின்றன, மேலும் செப்பு பின்தள மெட்டாசர்ஃபேஸ் தோராயமாக -15.5 dB ஐ வழங்குகிறது.
MS லேயர் இல்லாமல் மற்றும் MS லேயர் கொண்ட MIMO உறுப்புகளின் உருவகப்படுத்தப்பட்ட தனிமை வளைவுகள்: (a) S12, S14, S34 மற்றும் S32 மற்றும் (b) S13 மற்றும் S24.
முன்மொழியப்பட்ட MS-அடிப்படையிலான MIMO ஆண்டெனாக்களின் சோதனை ஆதாய வளைவுகள் மற்றும் இல்லாமல்: (a) S12, S14, S34 மற்றும் S32 மற்றும் (b) S13 மற்றும் S24.
MS லேயரைச் சேர்ப்பதற்கு முன்னும் பின்னும் MIMO மூலைவிட்ட ஆண்டெனா ஆதாயப் புள்ளிகள் படம் 16b இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. மெட்டாசர்ஃபேஸ் (ஆண்டெனாக்கள் 1 மற்றும் 3) இல்லாத மூலைவிட்ட ஆண்டெனாக்களுக்கு இடையேயான குறைந்தபட்ச தனிமைப்படுத்தல் - இயக்க ஸ்பெக்ட்ரம் முழுவதும் - 15.6 dB, மற்றும் ஒரு பின்தளத்துடன் கூடிய மெட்டாசர்ஃபேஸ் - 18 dB ஆகும். மெட்டாசர்ஃபேஸ் அணுகுமுறை மூலைவிட்ட MIMO ஆண்டெனாக்களுக்கு இடையேயான இணைப்பு விளைவுகளை கணிசமாகக் குறைக்கிறது. ஒற்றை அடுக்கு மெட்டாசர்ஃபேஸின் அதிகபட்ச காப்பு -37 dB ஆகும், அதே நேரத்தில் இரட்டை அடுக்கு மெட்டாசர்ஃபேஸுக்கு இந்த மதிப்பு -47 dB ஆக குறைகிறது. செப்பு பின்தளத்துடன் கூடிய மெட்டாசர்ஃபேஸின் அதிகபட்ச தனிமைப்படுத்தல் −36.2 dB ஆகும், இது அதிகரிக்கும் அதிர்வெண் வரம்புடன் குறைகிறது. பின்தளம் இல்லாத ஒற்றை மற்றும் இரட்டை அடுக்கு மெட்டாசர்ஃபேஸ்களுடன் ஒப்பிடும்போது, பின்தளத்துடன் கூடிய மெட்டாசர்ஃபேஸ்கள் தேவையான முழு இயக்க அதிர்வெண் வரம்பிலும் சிறந்த தனிமைப்படுத்தலை வழங்குகின்றன, குறிப்பாக 6 ஜிகாஹெர்ட்ஸ்க்குக் கீழே உள்ள 5ஜி வரம்பில், புள்ளிவிவரங்கள் 16a, b இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. 6 GHz (3.5 GHz) க்குக் கீழே மிகவும் பிரபலமான மற்றும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் 5G இசைக்குழுவில், ஒற்றை மற்றும் இரட்டை அடுக்கு மெட்டாசர்ஃபேஸ்கள் MIMO கூறுகளுக்கு இடையில் செப்பு பின்தளங்கள் (கிட்டத்தட்ட MS இல்லை) கொண்ட மெட்டாசர்ஃபேஸ்களைக் காட்டிலும் குறைவான தனிமைப்படுத்தலைக் கொண்டுள்ளன (படம் 16a ஐப் பார்க்கவும்), b) . ஆதாய அளவீடுகள் முறையே அடுத்தடுத்த ஆண்டெனாக்கள் (S12, S14, S34 மற்றும் S32) மற்றும் மூலைவிட்ட ஆண்டெனாக்கள் (S24 மற்றும் S13) தனிமைப்படுத்தப்படுவதைக் காட்டும் புள்ளிவிவரங்கள் 17a, b இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. இந்த புள்ளிவிவரங்களில் இருந்து பார்க்க முடியும் (படம். 17a, b), MIMO கூறுகளுக்கு இடையேயான சோதனைத் தனிமை உருவகப்படுத்தப்பட்ட தனிமைப்படுத்தலுடன் நன்றாக ஒத்துப்போகிறது. உற்பத்தி குறைபாடுகள், SMA போர்ட் இணைப்புகள் மற்றும் கம்பி இழப்புகள் காரணமாக உருவகப்படுத்தப்பட்ட மற்றும் அளவிடப்பட்ட CST மதிப்புகளுக்கு இடையே சிறிய வேறுபாடுகள் இருந்தாலும். கூடுதலாக, ஆண்டெனா மற்றும் MS பிரதிபலிப்பான் நைலான் ஸ்பேசர்களுக்கு இடையில் அமைந்துள்ளன, இது உருவகப்படுத்துதல் முடிவுகளுடன் ஒப்பிடும்போது கவனிக்கப்பட்ட முடிவுகளை பாதிக்கும் மற்றொரு சிக்கலாகும்.
மேற்பரப்பு அலை ஒடுக்கம் மூலம் பரஸ்பர இணைப்பைக் குறைப்பதில் மெட்டாசர்ஃபேஸ்களின் பங்கை பகுத்தறிவு செய்ய 5.5 GHz இல் மேற்பரப்பு மின்னோட்ட விநியோகத்தை ஆய்வு செய்தார். முன்மொழியப்பட்ட MIMO ஆண்டெனாவின் மேற்பரப்பு மின்னோட்ட விநியோகம் படம் 18 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது, அங்கு ஆண்டெனா 1 இயக்கப்படுகிறது மற்றும் மீதமுள்ள ஆண்டெனா 50 ஓம் சுமையுடன் நிறுத்தப்படுகிறது. ஆண்டெனா 1 ஆற்றல் பெறும்போது, படம் 18a இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, மெட்டாசர்ஃபேஸ் இல்லாத நிலையில், 5.5 ஜிகாஹெர்ட்ஸ் வேகத்தில் அருகிலுள்ள ஆண்டெனாக்களில் குறிப்பிடத்தக்க பரஸ்பர இணைப்பு நீரோட்டங்கள் தோன்றும். மாறாக, படம் 18b-d இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, மெட்டாசர்ஃபேஸ்களைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், அருகில் உள்ள ஆண்டெனாக்களுக்கு இடையே உள்ள தனிமைப்படுத்தல் மேம்படுத்தப்படுகிறது. MS லேயருடன் எதிரெதிர் திசைகளில் உள்ள யூனிட் செல்கள் மற்றும் அருகிலுள்ள MS யூனிட் செல்கள் ஆகியவற்றின் அடுத்தடுத்த வளையங்களுக்கு இணைப்பு மின்னோட்டத்தை பரப்புவதன் மூலம் அருகிலுள்ள புலங்களின் பரஸ்பர இணைப்பின் விளைவைக் குறைக்க முடியும் என்பதைக் கவனத்தில் கொள்ள வேண்டும். விநியோகிக்கப்பட்ட ஆண்டெனாக்களிலிருந்து MS அலகுகளுக்கு மின்னோட்டத்தை செலுத்துவது MIMO கூறுகளுக்கு இடையே தனிமைப்படுத்தலை மேம்படுத்துவதற்கான ஒரு முக்கிய முறையாகும். இதன் விளைவாக, MIMO கூறுகளுக்கு இடையிலான இணைப்பு மின்னோட்டம் வெகுவாகக் குறைக்கப்படுகிறது, மேலும் தனிமைப்படுத்தலும் பெரிதும் மேம்படுத்தப்பட்டுள்ளது. இணைக்கும் புலம் தனிமத்தில் பரவலாக விநியோகிக்கப்படுவதால், செப்பு பின்தளம் மெட்டாசர்ஃபேஸ் ஒற்றை மற்றும் இரட்டை அடுக்கு மெட்டாசர்ஃபேஸ்களை விட MIMO ஆண்டெனா சட்டசபையை கணிசமாக தனிமைப்படுத்துகிறது (படம் 18d). மேலும், உருவாக்கப்பட்ட MIMO ஆண்டெனா மிகவும் குறைந்த பின் பரப்புதல் மற்றும் பக்க பரவல் ஆகியவற்றைக் கொண்டுள்ளது, இது ஒரு திசைக் கதிர்வீச்சு வடிவத்தை உருவாக்குகிறது, இதன் மூலம் முன்மொழியப்பட்ட MIMO ஆண்டெனாவின் ஆதாயத்தை அதிகரிக்கிறது.
முன்மொழியப்பட்ட MIMO ஆண்டெனாவின் மேற்பரப்பு தற்போதைய வடிவங்கள் 5.5 GHz (a) இல் MC இல்லாமல், (b) ஒற்றை அடுக்கு MC, (c) இரட்டை அடுக்கு MC, மற்றும் (d) செப்பு பின்தளத்துடன் கூடிய ஒற்றை அடுக்கு MC. (CST ஸ்டுடியோ சூட் 2019).
இயக்க அதிர்வெண்ணிற்குள், மெட்டாசர்ஃபேஸ்கள் இல்லாமல் மற்றும் வடிவமைக்கப்பட்ட MIMO ஆண்டெனாவின் உருவகப்படுத்தப்பட்ட மற்றும் கவனிக்கப்பட்ட ஆதாயங்களை படம் 19a காட்டுகிறது. படம் 19a இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, மெட்டாசர்ஃபேஸ் இல்லாமல் MIMO ஆண்டெனாவின் உருவகப்படுத்தப்பட்ட அடையப்பட்ட ஆதாயம் 5.4 dBi ஆகும். MIMO கூறுகளுக்கு இடையே உள்ள பரஸ்பர இணைப்பு விளைவு காரணமாக, முன்மொழியப்பட்ட MIMO ஆண்டெனா உண்மையில் ஒரு ஆண்டெனாவை விட 0.25 dBi அதிக லாபத்தை அடைகிறது. மெட்டாசர்ஃபேஸ்களைச் சேர்ப்பது குறிப்பிடத்தக்க ஆதாயங்களையும் MIMO கூறுகளுக்கு இடையே தனிமைப்படுத்தலையும் வழங்க முடியும். எனவே, முன்மொழியப்பட்ட மெட்டாசர்ஃபேஸ் MIMO ஆண்டெனா 8.3 dBi வரை அதிக உணரப்பட்ட ஆதாயத்தை அடைய முடியும். படம் 19a இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, MIMO ஆண்டெனாவின் பின்புறத்தில் ஒற்றை மெட்டாசர்ஃபேஸ் பயன்படுத்தப்படும் போது, ஆதாயம் 1.4 dBi அதிகரிக்கிறது. மெட்டாசர்ஃபேஸ் இரட்டிப்பாகும் போது, படம் 19a இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, ஆதாயம் 2.1 dBi ஆல் அதிகரிக்கிறது. இருப்பினும், செப்பு பின்தளத்துடன் மெட்டாசர்ஃபேஸைப் பயன்படுத்தும் போது எதிர்பார்க்கப்படும் அதிகபட்ச லாபம் 8.3 dBi அடையப்படுகிறது. குறிப்பிடத்தக்க வகையில், ஒற்றை-அடுக்கு மற்றும் இரட்டை-அடுக்கு மெட்டாசர்ஃபேஸ்களுக்கான அதிகபட்ச அடையப்பட்ட ஆதாயம் முறையே 6.8 dBi மற்றும் 7.5 dBi ஆகும், அதே நேரத்தில் கீழ்-அடுக்கு மெட்டாசர்ஃபேஸுக்கு அதிகபட்சமாக அடையப்பட்ட ஆதாயம் 8.3 dBi ஆகும். ஆண்டெனாவின் பின்புறத்தில் உள்ள மெட்டாசர்ஃபேஸ் லேயர் பிரதிபலிப்பாளராக செயல்படுகிறது, இது ஆண்டெனாவின் பின்புறத்தில் இருந்து கதிர்வீச்சை பிரதிபலிக்கிறது மற்றும் வடிவமைக்கப்பட்ட MIMO ஆண்டெனாவின் முன்-பின்-பின் (F/B) விகிதத்தை மேம்படுத்துகிறது. கூடுதலாக, உயர் மின்மறுப்பு MS பிரதிபலிப்பான் மின்காந்த அலைகளை கட்டமாக கையாளுகிறது, இதன் மூலம் கூடுதல் அதிர்வுகளை உருவாக்குகிறது மற்றும் முன்மொழியப்பட்ட MIMO ஆண்டெனாவின் கதிர்வீச்சு செயல்திறனை மேம்படுத்துகிறது. MIMO ஆண்டெனாவிற்குப் பின்னால் நிறுவப்பட்ட MS பிரதிபலிப்பானது அடையப்பட்ட ஆதாயத்தை கணிசமாக அதிகரிக்க முடியும், இது சோதனை முடிவுகளால் உறுதிப்படுத்தப்படுகிறது. வளர்ந்த முன்மாதிரியான MIMO ஆண்டெனாவின் கவனிக்கப்பட்ட மற்றும் உருவகப்படுத்தப்பட்ட ஆதாயங்கள் ஏறக்குறைய ஒரே மாதிரியானவை, இருப்பினும், சில அதிர்வெண்களில் அளவிடப்பட்ட ஆதாயம் உருவகப்படுத்தப்பட்ட ஆதாயத்தை விட அதிகமாக உள்ளது, குறிப்பாக MS இல்லாமல் MIMO க்கு; சோதனை ஆதாயத்தில் இந்த மாறுபாடுகள் நைலான் பேட்களின் அளவீட்டு சகிப்புத்தன்மை, கேபிள் இழப்புகள் மற்றும் ஆண்டெனா அமைப்பில் இணைப்பதன் காரணமாகும். மெட்டாசர்ஃபேஸ் இல்லாமல் MIMO ஆன்டெனாவின் உச்ச அளவிடப்பட்ட ஆதாயம் 5.8 dBi ஆகும், அதே சமயம் செப்பு பின்தளத்துடன் கூடிய மெட்டாசர்ஃபேஸ் 8.5 dBi ஆகும். MS பிரதிபலிப்பாளருடன் முன்மொழியப்பட்ட முழுமையான 4-போர்ட் MIMO ஆண்டெனா அமைப்பு சோதனை மற்றும் எண் நிலைமைகளின் கீழ் அதிக லாபத்தை வெளிப்படுத்துகிறது என்பது குறிப்பிடத்தக்கது.
உருவகப்படுத்துதல் மற்றும் சோதனை முடிவுகள் (அ) அடையப்பட்ட ஆதாயம் மற்றும் (ஆ) மெட்டாசர்ஃபேஸ் விளைவுடன் முன்மொழியப்பட்ட MIMO ஆன்டெனாவின் ஒட்டுமொத்த செயல்திறன்.
மெட்டாசர்ஃபேஸ் பிரதிபலிப்பான்கள் இல்லாமல் மற்றும் முன்மொழியப்பட்ட MIMO அமைப்பின் ஒட்டுமொத்த செயல்திறனை படம் 19b காட்டுகிறது. படம் 19b இல், பேக்பிளேனுடன் MS ஐப் பயன்படுத்தும் மிகக் குறைந்த செயல்திறன் 73% க்கும் அதிகமாக இருந்தது (84% வரை). MC இல்லாமல் மற்றும் MC உடன் உருவாக்கப்பட்ட MIMO ஆண்டெனாக்களின் ஒட்டுமொத்த செயல்திறன் உருவகப்படுத்தப்பட்ட மதிப்புகளுடன் ஒப்பிடும்போது சிறிய வேறுபாடுகளுடன் கிட்டத்தட்ட ஒரே மாதிரியாக இருக்கும். இதற்கான காரணங்கள் அளவீட்டு சகிப்புத்தன்மை மற்றும் ஆண்டெனா மற்றும் MS பிரதிபலிப்பான் இடையே ஸ்பேசர்களின் பயன்பாடு ஆகும். முழு அதிர்வெண் முழுவதும் அளவிடப்பட்ட அடையப்பட்ட ஆதாயம் மற்றும் ஒட்டுமொத்த செயல்திறனும் உருவகப்படுத்துதல் முடிவுகளைப் போலவே உள்ளது, இது முன்மொழியப்பட்ட MIMO முன்மாதிரியின் செயல்திறன் எதிர்பார்த்தபடி இருப்பதையும், பரிந்துரைக்கப்பட்ட MS- அடிப்படையிலான MIMO ஆண்டெனா 5G தகவல்தொடர்புகளுக்கு ஏற்றது என்பதையும் குறிக்கிறது. சோதனை ஆய்வுகளில் பிழைகள் காரணமாக, ஆய்வக சோதனைகளின் ஒட்டுமொத்த முடிவுகளுக்கும் உருவகப்படுத்துதல்களின் முடிவுகளுக்கும் இடையே வேறுபாடுகள் உள்ளன. முன்மொழியப்பட்ட முன்மாதிரியின் செயல்திறன் ஆண்டெனா மற்றும் SMA இணைப்பான் இடையே மின்மறுப்பு பொருத்தமின்மை, கோஆக்சியல் கேபிள் பிளவு இழப்புகள், சாலிடரிங் விளைவுகள் மற்றும் சோதனை அமைப்பிற்கு பல்வேறு மின்னணு சாதனங்களின் அருகாமை ஆகியவற்றால் பாதிக்கப்படுகிறது.
படம் 20 கூறப்பட்ட ஆண்டெனாவின் வடிவமைப்பு மற்றும் மேம்படுத்தல் முன்னேற்றத்தை ஒரு தொகுதி வரைபட வடிவில் விவரிக்கிறது. இந்தத் தொகுதி வரைபடம் முன்மொழியப்பட்ட MIMO ஆண்டெனா வடிவமைப்புக் கொள்கைகளின் படிப்படியான விளக்கத்தை வழங்குகிறது, அத்துடன் பரந்த இயக்க அதிர்வெண்ணில் தேவையான அதிக லாபம் மற்றும் அதிக தனிமைப்படுத்தலை அடைய ஆண்டெனாவை மேம்படுத்துவதில் முக்கிய பங்கு வகிக்கும் அளவுருக்கள்.
UKM SATIMO நியர்-ஃபீல்ட் சிஸ்டம்ஸ் ஆய்வகத்தில் உள்ள SATIMO நியர்-ஃபீல்டு பரிசோதனை சூழலில் MIMO ஆண்டெனா அளவீடுகள் அளவிடப்பட்டன. புள்ளிவிவரங்கள் 21a,b 5.5 GHz இயக்க அதிர்வெண்ணில் MS உடன் மற்றும் இல்லாமல் உரிமைகோரப்பட்ட MIMO ஆண்டெனாவின் உருவகப்படுத்தப்பட்ட மற்றும் கவனிக்கப்பட்ட E-பிளேன் மற்றும் H- விமான கதிர்வீச்சு வடிவங்களை சித்தரிக்கிறது. 5.5 ஜிகாஹெர்ட்ஸ் இயக்க அதிர்வெண் வரம்பில், வளர்ந்த MS அல்லாத MIMO ஆண்டெனா பக்க மடல் மதிப்புகளுடன் நிலையான இருதரப்பு கதிர்வீச்சு வடிவத்தை வழங்குகிறது. MS பிரதிபலிப்பாளரைப் பயன்படுத்திய பிறகு, ஆண்டெனா ஒரு திசைக் கதிர்வீச்சு வடிவத்தை வழங்குகிறது மற்றும் புள்ளிவிவரங்கள் 21a, b இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி பின் மடல்களின் அளவைக் குறைக்கிறது. செப்பு பின்தளத்துடன் கூடிய மெட்டாசர்ஃபேஸைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், முன்மொழியப்பட்ட MIMO ஆண்டெனா வடிவமானது, MS இல்லாமல், மிகக் குறைந்த முதுகு மற்றும் பக்கவாட்டு மடல்களுடன் மிகவும் நிலையானது மற்றும் ஒரே திசையில் உள்ளது என்பது குறிப்பிடத்தக்கது. முன்மொழியப்பட்ட MM வரிசை பிரதிபலிப்பான் ஆண்டெனாவின் பின்புறம் மற்றும் பக்க மடல்களைக் குறைக்கிறது மற்றும் மின்னோட்டத்தை ஒரு திசையில் செலுத்துவதன் மூலம் கதிர்வீச்சு பண்புகளை மேம்படுத்துகிறது (படம். 21a, b), அதன் மூலம் ஆதாயம் மற்றும் வழிகாட்டுதலை அதிகரிக்கிறது. மீதமுள்ள துறைமுகங்களுடன் இணைக்கப்பட்ட 50 ஓம் சுமையுடன் போர்ட் 1 க்கு அளவிடப்பட்ட கதிர்வீச்சு முறை பெறப்பட்டது. சோதனைக் கதிர்வீச்சு முறையானது சிஎஸ்டியால் உருவகப்படுத்தப்பட்டதைப் போலவே இருப்பதைக் காண முடிந்தது, இருப்பினும் கூறுகளின் தவறான சீரமைப்பு, டெர்மினல் போர்ட்களில் இருந்து பிரதிபலிப்புகள் மற்றும் கேபிள் இணைப்புகளில் ஏற்படும் இழப்புகள் காரணமாக சில விலகல்கள் இருந்தன. கூடுதலாக, ஆண்டெனா மற்றும் MS பிரதிபலிப்பான் இடையே ஒரு நைலான் ஸ்பேசர் செருகப்பட்டது, இது கணிக்கப்பட்ட முடிவுகளுடன் ஒப்பிடும்போது கவனிக்கப்பட்ட முடிவுகளை பாதிக்கும் மற்றொரு சிக்கலாகும்.
5.5 GHz அதிர்வெண்ணில் உருவாக்கப்பட்ட MIMO ஆண்டெனாவின் (MS இல்லாமல் மற்றும் MS உடன்) கதிர்வீச்சு முறை உருவகப்படுத்தப்பட்டு சோதிக்கப்பட்டது.
MIMO அமைப்புகளின் செயல்திறனை மதிப்பிடும்போது போர்ட் தனிமைப்படுத்தல் மற்றும் அதனுடன் தொடர்புடைய பண்புகள் அவசியம் என்பதை கவனத்தில் கொள்ள வேண்டும். முன்மொழியப்பட்ட MIMO அமைப்பின் பன்முகத்தன்மை செயல்திறன், உறை தொடர்பு குணகம் (ECC) மற்றும் பன்முகத்தன்மை ஆதாயம் (DG) உட்பட வடிவமைக்கப்பட்ட MIMO ஆண்டெனா அமைப்பின் வலிமையை விளக்குவதற்கு ஆய்வு செய்யப்படுகிறது. MIMO ஆன்டெனாவின் ECC மற்றும் DG ஆகியவை MIMO அமைப்பின் செயல்திறனின் முக்கிய அம்சங்களாக இருப்பதால், அதன் செயல்திறனை மதிப்பிடுவதற்குப் பயன்படுத்தலாம். பின்வரும் பிரிவுகள் முன்மொழியப்பட்ட MIMO ஆண்டெனாவின் இந்த அம்சங்களை விவரிக்கும்.
உறை தொடர்பு குணகம் (ECC). எந்தவொரு MIMO அமைப்பையும் கருத்தில் கொள்ளும்போது, ECC ஆனது அவற்றின் குறிப்பிட்ட பண்புகள் தொடர்பாக எந்த அளவு உறுப்பு கூறுகள் ஒன்றோடொன்று தொடர்பு கொள்கிறது என்பதை தீர்மானிக்கிறது. இவ்வாறு, வயர்லெஸ் தொடர்பு நெட்வொர்க்கில் சேனல் தனிமைப்படுத்தலின் அளவை ECC நிரூபிக்கிறது. வளர்ந்த MIMO அமைப்பின் ECC (உறை தொடர்பு குணகம்) S- அளவுருக்கள் மற்றும் தொலைதூர உமிழ்வு ஆகியவற்றின் அடிப்படையில் தீர்மானிக்கப்படுகிறது. Eq இலிருந்து (7) மற்றும் (8) முன்மொழியப்பட்ட MIMO ஆண்டெனா 31 இன் ECC தீர்மானிக்கப்படலாம்.
பிரதிபலிப்பு குணகம் Sii ஆல் குறிப்பிடப்படுகிறது மற்றும் Sij பரிமாற்ற குணகத்தை குறிக்கிறது. j-th மற்றும் i-th ஆண்டெனாக்களின் முப்பரிமாண கதிர்வீச்சு வடிவங்கள் \(\vec{R}_{j} \left( {\theta ,\varphi } \right)\) மற்றும் \( \vec {{R_{ i } }} திடக் கோணம் \இடது( {\theta ,\varphi } \right)\) மற்றும் \({\Omega }\) ஆல் குறிக்கப்படுகிறது. முன்மொழியப்பட்ட ஆண்டெனாவின் ECC வளைவு படம் 22a இல் காட்டப்பட்டுள்ளது மற்றும் அதன் மதிப்பு 0.004 க்கும் குறைவாக உள்ளது, இது வயர்லெஸ் அமைப்புக்கு ஏற்றுக்கொள்ளக்கூடிய மதிப்பு 0.5 ஐ விடக் குறைவாக உள்ளது. எனவே, குறைக்கப்பட்ட ECC மதிப்பு என்பது முன்மொழியப்பட்ட 4-போர்ட் MIMO அமைப்பு உயர்ந்த பன்முகத்தன்மையை வழங்குகிறது என்பதாகும்.
பன்முகத்தன்மை ஆதாயம் (DG) DG என்பது மற்றொரு MIMO அமைப்பின் செயல்திறன் அளவீடு ஆகும், இது பன்முகத்தன்மை திட்டம் கதிர்வீச்சு சக்தியை எவ்வாறு பாதிக்கிறது என்பதை விவரிக்கிறது. 31 இல் விவரிக்கப்பட்டுள்ளபடி, உருவாக்கப்படும் MIMO ஆண்டெனா அமைப்பின் DGயை உறவு (9) தீர்மானிக்கிறது.
படம் 22b முன்மொழியப்பட்ட MIMO அமைப்பின் DG வரைபடத்தைக் காட்டுகிறது, DG மதிப்பு 10 dB க்கு மிக அருகில் உள்ளது. வடிவமைக்கப்பட்ட MIMO அமைப்பின் அனைத்து ஆண்டெனாக்களின் DG மதிப்புகள் 9.98 dB ஐ விட அதிகமாக உள்ளது.
அட்டவணை 1 முன்மொழியப்பட்ட மெட்டாசர்ஃபேஸ் MIMO ஆண்டெனாவை சமீபத்தில் உருவாக்கப்பட்ட இதேபோன்ற MIMO அமைப்புகளுடன் ஒப்பிடுகிறது. இந்த ஒப்பீடு அலைவரிசை, ஆதாயம், அதிகபட்ச தனிமைப்படுத்தல், ஒட்டுமொத்த செயல்திறன் மற்றும் பன்முகத்தன்மை செயல்திறன் உள்ளிட்ட பல்வேறு செயல்திறன் அளவுருக்களை கணக்கில் எடுத்துக்கொள்கிறது. 5, 44, 45, 46, 47 இல் ஆதாயம் மற்றும் தனிமைப்படுத்தல் மேம்படுத்தல் நுட்பங்களுடன் பல்வேறு MIMO ஆண்டெனா முன்மாதிரிகளை ஆராய்ச்சியாளர்கள் வழங்கியுள்ளனர். முன்னர் வெளியிடப்பட்ட படைப்புகளுடன் ஒப்பிடுகையில், மெட்டாசர்ஃபேஸ் பிரதிபலிப்பான்களுடன் முன்மொழியப்பட்ட MIMO அமைப்பு அலைவரிசை, ஆதாயம் மற்றும் தனிமைப்படுத்தல் ஆகியவற்றின் அடிப்படையில் அவற்றை விஞ்சி நிற்கிறது. கூடுதலாக, அறிக்கையிடப்பட்ட ஒத்த ஆண்டெனாக்களுடன் ஒப்பிடும்போது, வளர்ந்த MIMO அமைப்பு சிறந்த பன்முகத்தன்மை செயல்திறன் மற்றும் ஒட்டுமொத்த செயல்திறனை சிறிய அளவில் வெளிப்படுத்துகிறது. பிரிவு 5.46 இல் விவரிக்கப்பட்டுள்ள ஆண்டெனாக்கள் எங்கள் முன்மொழியப்பட்ட ஆண்டெனாக்களை விட அதிக தனிமைப்படுத்தலைக் கொண்டிருந்தாலும், இந்த ஆண்டெனாக்கள் பெரிய அளவு, குறைந்த ஆதாயம், குறுகிய அலைவரிசை மற்றும் மோசமான MIMO செயல்திறன் ஆகியவற்றால் பாதிக்கப்படுகின்றன. 45 இல் முன்மொழியப்பட்ட 4-போர்ட் MIMO ஆண்டெனா அதிக லாபம் மற்றும் செயல்திறனை வெளிப்படுத்துகிறது, ஆனால் அதன் வடிவமைப்பு குறைந்த தனிமை, பெரிய அளவு மற்றும் மோசமான பன்முகத்தன்மை செயல்திறன் ஆகியவற்றைக் கொண்டுள்ளது. மறுபுறம், 47 இல் முன்மொழியப்பட்ட சிறிய அளவிலான ஆண்டெனா அமைப்பு மிகக் குறைந்த ஆதாயம் மற்றும் இயக்க அலைவரிசையைக் கொண்டுள்ளது, அதே நேரத்தில் எங்கள் முன்மொழியப்பட்ட MS அடிப்படையிலான 4-போர்ட் MIMO அமைப்பு சிறிய அளவு, அதிக லாபம், அதிக தனிமைப்படுத்தல் மற்றும் சிறந்த செயல்திறன் MIMO ஆகியவற்றை வெளிப்படுத்துகிறது. எனவே, முன்மொழியப்பட்ட மெட்டாசர்ஃபேஸ் MIMO ஆண்டெனா துணை-6 GHz 5G தகவல் தொடர்பு அமைப்புகளுக்கு ஒரு முக்கிய போட்டியாளராக முடியும்.
நான்கு-போர்ட் மெட்டாசர்ஃபேஸ் பிரதிபலிப்பான் அடிப்படையிலான வைட்பேண்ட் MIMO ஆண்டெனா அதிக லாபம் மற்றும் தனிமைப்படுத்தல் 6 GHz க்குக் கீழே 5G பயன்பாடுகளை ஆதரிக்க முன்மொழியப்பட்டது. மைக்ரோஸ்ட்ரிப் கோடு ஒரு சதுர கதிர்வீச்சு பகுதியை ஊட்டுகிறது, இது மூலைவிட்ட மூலைகளில் ஒரு சதுரத்தால் துண்டிக்கப்படுகிறது. முன்மொழியப்பட்ட MS மற்றும் ஆண்டெனா உமிழ்ப்பான் ஆகியவை அதிவேக 5G தகவல் தொடர்பு அமைப்புகளில் சிறந்த செயல்திறனை அடைய Rogers RT5880 போன்ற அடி மூலக்கூறு பொருட்களில் செயல்படுத்தப்படுகின்றன. MIMO ஆண்டெனா பரந்த அளவிலான மற்றும் அதிக ஆதாயத்தைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் MIMO கூறுகளுக்கு இடையே ஒலி தனிமைப்படுத்தல் மற்றும் சிறந்த செயல்திறன் ஆகியவற்றை வழங்குகிறது. உருவாக்கப்பட்ட ஒற்றை ஆண்டெனா 0.58?0.58?0.02 என்ற சிறிய பரிமாணங்களைக் கொண்டுள்ளது? 5×5 மெட்டாசர்ஃபேஸ் வரிசையுடன், பரந்த 4.56 GHz இயக்க அலைவரிசை, 8 dBi உச்ச ஆதாயம் மற்றும் உயர்ந்த அளவிடப்பட்ட செயல்திறன் ஆகியவற்றை வழங்குகிறது. முன்மொழியப்பட்ட நான்கு-போர்ட் MIMO ஆண்டெனா (2 × 2 வரிசை) 1.05λ × 1.05λ × 0.02λ பரிமாணங்களைக் கொண்ட ஒவ்வொரு முன்மொழியப்பட்ட ஒற்றை ஆண்டெனாவையும் மற்றொரு ஆண்டெனாவுடன் ஆர்த்தோகனலாக சீரமைப்பதன் மூலம் வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது. 12mm உயர் MIMO ஆண்டெனாவின் கீழ் 10×10 MM வரிசையை இணைக்க பரிந்துரைக்கப்படுகிறது, இது பின்-கதிர்வீச்சைக் குறைக்கும் மற்றும் MIMO கூறுகளுக்கு இடையே பரஸ்பர இணைப்பைக் குறைக்கும், இதன் மூலம் ஆதாயம் மற்றும் தனிமைப்படுத்தலை மேம்படுத்துகிறது. சோதனை மற்றும் உருவகப்படுத்துதல் முடிவுகள், வளர்ந்த MIMO முன்மாதிரியானது 3.08–7.75 GHz என்ற பரந்த அதிர்வெண் வரம்பில் 6 GHz க்குக் கீழே உள்ள 5G ஸ்பெக்ட்ரத்தை உள்ளடக்கியதாக செயல்பட முடியும் என்பதைக் காட்டுகிறது. கூடுதலாக, முன்மொழியப்பட்ட MS-அடிப்படையிலான MIMO ஆண்டெனா அதன் ஆதாயத்தை 2.9 dBi ஆல் மேம்படுத்துகிறது, அதிகபட்சமாக 8.3 dBi ஐ அடைகிறது, மேலும் MIMO கூறுகளுக்கு இடையே சிறந்த தனிமைப்படுத்தலை (>15.5 dB) வழங்குகிறது, இது MS இன் பங்களிப்பைச் சரிபார்க்கிறது. கூடுதலாக, முன்மொழியப்பட்ட MIMO ஆண்டெனா 82% அதிக சராசரி ஒட்டுமொத்த செயல்திறன் மற்றும் 22 மிமீ குறைந்த உறுப்பு இடைவெளியைக் கொண்டுள்ளது. ஆண்டெனா மிக உயர்ந்த DG (9.98 dB க்கு மேல்), மிகக் குறைந்த ECC (0.004 க்கும் குறைவானது) மற்றும் ஒரே திசைக் கதிர்வீச்சு முறை உள்ளிட்ட சிறந்த MIMO பன்முகத்தன்மை செயல்திறனை வெளிப்படுத்துகிறது. அளவீட்டு முடிவுகள் உருவகப்படுத்துதல் முடிவுகளுக்கு மிகவும் ஒத்ததாக இருக்கும். இந்த குணாதிசயங்கள், வளர்ந்த நான்கு-போர்ட் MIMO ஆண்டெனா அமைப்பு துணை-6 GHz அதிர்வெண் வரம்பில் 5G தொடர்பு அமைப்புகளுக்கு சாத்தியமான தேர்வாக இருக்கும் என்பதை உறுதிப்படுத்துகிறது.
Cowin 400-6000MHz வைட்பேண்ட் PCB ஆண்டெனாவை வழங்க முடியும், மேலும் உங்கள் தேவைக்கேற்ப புதிய ஆண்டெனாவை வடிவமைப்பதற்கான ஆதரவை வழங்க முடியும், உங்களுக்கு ஏதேனும் கோரிக்கை இருந்தால் தயங்காமல் எங்களை தொடர்பு கொள்ளவும்.
பின் நேரம்: அக்டோபர்-10-2024