Այս աշխատանքն առաջարկում է կոմպակտ ինտեգրված բազմամուտքային բազմակի ելքային (MIMO) մետամակերևույթի (MS) լայնաշերտ ալեհավաք 6 ԳՀց հինգերորդ սերնդի (5G) անլար կապի համակարգերի համար: Առաջարկվող MIMO համակարգի ակնհայտ նորույթը նրա լայն գործառնական թողունակությունն է, բարձր շահույթը, փոքր միջբաղադրիչների բացերը և գերազանց մեկուսացումը MIMO բաղադրիչների ներսում: Ալեհավաքի ճառագայթման կետը կտրված է անկյունագծով, մասամբ հիմնավորված, և մետամակերևույթները օգտագործվում են ալեհավաքի աշխատանքը բարելավելու համար: Առաջարկվող ինտեգրված մեկ MS ալեհավաքի նախատիպն ունի 0,58λ × 0,58λ × 0,02լ մանրանկարչական չափսեր: Մոդելավորման և չափման արդյունքները ցույց են տալիս լայնաշերտ գործունակությունը 3,11 ԳՀց-ից մինչև 7,67 ԳՀց, ներառյալ 8 դԲի ձեռք բերված ամենաբարձր աճը: Չորս տարրից բաղկացած MIMO համակարգը նախագծված է այնպես, որ յուրաքանչյուր ալեհավաք միմյանց նկատմամբ ուղղանկյուն լինի՝ պահպանելով կոմպակտ չափը և լայնաշերտ աշխատանքը 3,2-ից մինչև 7,6 ԳՀց: Առաջարկվող MIMO-ի նախատիպը նախագծված և արտադրված է Rogers RT5880 սուբստրատի վրա՝ ցածր կորստով և 1,05 փոքրացված չափերով: 1.05? 0.02?, և դրա կատարումը գնահատվում է՝ օգտագործելով առաջարկվող քառակուսի փակ օղակաձև ռեզոնատորային զանգվածը՝ 10 x 10 պառակտված օղակով: Հիմնական նյութը նույնն է. Առաջարկվող հետևի մետամակերևույթը զգալիորեն նվազեցնում է ալեհավաքի հետևի ճառագայթումը և շահարկում էլեկտրամագնիսական դաշտերը՝ դրանով իսկ բարելավելով MIMO բաղադրիչների թողունակությունը, շահույթը և մեկուսացումը: Համեմատած գոյություն ունեցող MIMO ալեհավաքների հետ՝ առաջարկվող 4-պորտային MIMO ալեհավաքը հասնում է 8,3 դԲի բարձր հզորության՝ մինչև 82% միջին ընդհանուր արդյունավետությամբ 5G ենթա6 ԳՀց տիրույթում և լավ համընկնում է չափված արդյունքների հետ: Ավելին, մշակված MIMO ալեհավաքը գերազանց կատարում է 0,004-ից պակաս ծրարի հարաբերակցության գործակից (ECC), մոտ 10 դԲ (>9,98 դԲ) բազմազանության բարձրացում (DG) և MIMO բաղադրիչների միջև բարձր մեկուսացում (> 15,5 դԲ): բնութագրերը. Այսպիսով, առաջարկվող MS-ի վրա հիմնված MIMO ալեհավաքը հաստատում է իր կիրառելիությունը մինչև 6 ԳՀց 5G կապի ցանցերի համար:
5G տեխնոլոգիան անհավանական առաջընթաց է անլար հաղորդակցության մեջ, որը թույլ կտա ավելի արագ և անվտանգ ցանցեր միացված միլիարդավոր սարքերի համար, կապահովի օգտատերերի փորձը «զրոյական» հետաձգմամբ (1 միլիվայրկյանից պակաս ուշացում) և կներկայացնի նոր տեխնոլոգիաներ, ներառյալ էլեկտրոնիկան: Բժշկական օգնություն, ինտելեկտուալ կրթություն. , խելացի քաղաքները, խելացի տները, վիրտուալ իրականությունը (VR), խելացի գործարանները և տրանսպորտային միջոցների ինտերնետը (IoV) փոխում են մեր կյանքը, հասարակությունը և արդյունաբերությունը1,2,3: ԱՄՆ Հաղորդակցության դաշնային հանձնաժողովը (FCC) 5G սպեկտրը բաժանում է չորս հաճախականության գոտիների4: 6 ԳՀց-ից ցածր հաճախականության գոտին հետաքրքրում է հետազոտողներին, քանի որ այն թույլ է տալիս հեռահար հաղորդակցություն՝ տվյալների բարձր արագությամբ5,6: Համաշխարհային 5G հաղորդակցությունների համար 6 ԳՀց 5G սպեկտրի բաշխումը ներկայացված է Նկար 1-ում՝ ցույց տալով, որ բոլոր երկրները դիտարկում են ենթա6 ԳՀց սպեկտրը 5G կապի համար7,8: Ալեհավաքները 5G ցանցերի կարևոր մասն են և կպահանջեն ավելի շատ բազային կայանի և օգտագործողի տերմինալների ալեհավաքներ:
Microstrip patch ալեհավաքներն ունեն բարակության և հարթ կառուցվածքի առավելությունները, բայց սահմանափակ են թողունակությամբ և 9,10 շահույթով, այնքան շատ հետազոտություններ են արվել ալեհավաքի շահույթն ու թողունակությունը մեծացնելու համար. Վերջին տարիներին մետամակերևույթները (MS) լայնորեն օգտագործվել են ալեհավաքի տեխնոլոգիաներում, հատկապես՝ օգուտը և թողունակությունը բարելավելու համար11,12, այնուամենայնիվ, այս ալեհավաքները սահմանափակված են մեկ պորտով. MIMO տեխնոլոգիան անլար հաղորդակցության կարևոր ասպեկտ է, քանի որ այն կարող է միաժամանակ օգտագործել բազմաթիվ ալեհավաքներ տվյալների փոխանցման համար՝ դրանով իսկ բարելավելով տվյալների արագությունը, սպեկտրային արդյունավետությունը, կապուղու թողունակությունը և հուսալիությունը13,14,15: MIMO ալեհավաքները 5G հավելվածների պոտենցիալ թեկնածուներ են, քանի որ դրանք կարող են փոխանցել և ստանալ տվյալներ մի քանի ալիքներով՝ առանց լրացուցիչ էներգիա պահանջելու16,17: MIMO բաղադրիչների միջև փոխկապակցման էֆեկտը կախված է MIMO տարրերի տեղակայությունից և MIMO ալեհավաքի հզորությունից, ինչը մեծ մարտահրավեր է հետազոտողների համար: Նկարներ 18, 19 և 20 ցույց են տալիս MIMO-ի տարբեր ալեհավաքներ, որոնք աշխատում են 5G ենթա-6 ԳՀց տիրույթում, որոնք բոլորը ցույց են տալիս լավ MIMO մեկուսացում և կատարում: Այնուամենայնիվ, այս առաջարկվող համակարգերի շահույթը և գործառնական թողունակությունը ցածր են:
Մետանյութերը (ՄՄ) նոր նյութեր են, որոնք գոյություն չունեն բնության մեջ և կարող են շահարկել էլեկտրամագնիսական ալիքները՝ դրանով իսկ բարելավելով ալեհավաքների աշխատանքը21,22,23,24: MM-ն այժմ լայնորեն օգտագործվում է ալեհավաքի տեխնոլոգիայում՝ բարելավելու ճառագայթման օրինաչափությունը, թողունակությունը, ստացումը և մեկուսացումը ալեհավաքի տարրերի և անլար կապի համակարգերի միջև, ինչպես քննարկվել է 25, 26, 27, 28-ում: 2029 թվականին չորս տարրերից բաղկացած MIMO համակարգը հիմնված է metasurface, որում ալեհավաքի հատվածը սենդվիչվում է մետամակերեսի և գետնի միջև առանց օդային բացվածքի, ինչը բարելավում է MIMO-ի աշխատանքը: Այնուամենայնիվ, այս դիզայնը ունի ավելի մեծ չափ, ավելի ցածր աշխատանքային հաճախականություն և բարդ կառուցվածք: Առաջարկվող 2-պորտային լայնաշերտ MIMO ալեհավաքում ընդգրկված են էլեկտրամագնիսական կապանք (EBG) և հողային հանգույց՝ MIMO30 բաղադրիչների մեկուսացումը բարելավելու համար: Նախագծված ալեհավաքն ունի MIMO-ի բազմազանության լավ կատարում և հիանալի մեկուսացում երկու MIMO ալեհավաքների միջև, բայց օգտագործելով միայն երկու MIMO բաղադրիչ, շահույթը ցածր կլինի: Ի հավելումն, in31-ը նաև առաջարկել է գերլայնաշերտ (UWB) երկակի նավահանգիստ MIMO ալեհավաք և ուսումնասիրել է դրա MIMO-ի կատարումը՝ օգտագործելով մետանյութեր: Թեև այս ալեհավաքը ունակ է աշխատելու UWB-ին, դրա շահույթը ցածր է, և երկու ալեհավաքների միջև մեկուսացումը վատ է: Աշխատանքը 32-ում առաջարկում է 2-պորտային MIMO համակարգ, որն օգտագործում է էլեկտրամագնիսական տիրույթի (EBG) ռեֆլեկտորներ՝ շահույթը մեծացնելու համար: Չնայած մշակված ալեհավաքի զանգվածն ունի բարձր շահույթ և լավ MIMO բազմազանության կատարում, դրա մեծ չափերը դժվարացնում են այն կիրառել հաջորդ սերնդի կապի սարքերում: Մեկ այլ ռեֆլեկտորի վրա հիմնված լայնաշերտ ալեհավաք մշակվել է 33-ին, որտեղ ռեֆլեկտորը ինտեգրվել է ալեհավաքի տակ՝ ավելի մեծ 22 մմ բացվածքով, ցույց տալով 4,87 դԲ ավելի ցածր գագաթնակետային շահույթ: Paper 34-ը նախագծում է չորս նավահանգիստ MIMO ալեհավաք mmWave հավելվածների համար, որը ինտեգրված է MS շերտի հետ՝ բարելավելու MIMO համակարգի մեկուսացումը և շահույթը: Այնուամենայնիվ, այս ալեհավաքն ապահովում է լավ շահույթ և մեկուսացում, բայց ունի սահմանափակ թողունակություն և վատ մեխանիկական հատկություններ՝ օդի մեծ բացվածքի պատճառով: Նմանապես, 2015-ին, 7,4 դԲի առավելագույն հզորությամբ mmWave կապի համար մշակվել է երեք զույգ, 4-պորտային թիթեռի ձևով մետամակերևույթով ինտեգրված MIMO ալեհավաք: B36 MS-ն օգտագործվում է 5G ալեհավաքի հետևի մասում՝ ալեհավաքի հզորությունը մեծացնելու համար, որտեղ մետամակերեսը հանդես է գալիս որպես ռեֆլեկտոր: Այնուամենայնիվ, MS կառուցվածքը ասիմետրիկ է և ավելի քիչ ուշադրություն է դարձվել բջջի միավորի կառուցվածքին:
Վերոնշյալ վերլուծության արդյունքների համաձայն, վերը նշված ալեհավաքներից և ոչ մեկը չունի բարձր շահույթ, գերազանց մեկուսացում, MIMO-ի կատարում և լայնաշերտ ծածկույթ: Հետևաբար, դեռևս կարիք կա մետամակերևութային MIMO ալեհավաքի, որը կարող է ծածկել 6 ԳՀց-ից ցածր 5G սպեկտրի հաճախականությունների լայն շրջանակ՝ բարձր շահույթով և մեկուսացմամբ: Հաշվի առնելով վերոհիշյալ գրականության սահմանափակումները՝ 6 ԳՀց անլար կապի համակարգերի համար առաջարկվում է լայնաշերտ չորս տարր ունեցող MIMO ալեհավաքային համակարգ՝ բարձր շահույթով և գերազանց բազմազանության կատարմամբ: Բացի այդ, առաջարկվող MIMO ալեհավաքը ցուցադրում է գերազանց մեկուսացում MIMO բաղադրիչների, փոքր տարրերի բացերի և ճառագայթման բարձր արդյունավետության միջև: Ալեհավաքի շերտը կտրված է անկյունագծով և տեղադրվում է մետամակերեսի վերևում 12 մմ օդային բացվածքով, որն արտացոլում է ալեհավաքից եկող հետադարձ ճառագայթումը և բարելավում ալեհավաքի ստացումն ու ուղղորդումը: Բացի այդ, առաջարկվող մեկ ալեհավաքն օգտագործվում է չորս տարրից բաղկացած MIMO ալեհավաք ստեղծելու համար՝ գերազանց MIMO կատարողականությամբ՝ յուրաքանչյուր ալեհավաքը ուղղահայաց դիրքավորելով միմյանց նկատմամբ: Մշակված MIMO ալեհավաքն այնուհետև ինտեգրվել է 10 × 10 MS զանգվածի վրա՝ պղնձե ետնամասով՝ արտանետումների արդյունավետությունը բարելավելու համար: Դիզայնն առանձնանում է գործառնական լայն տիրույթով (3,08-7,75 ԳՀց), 8,3 դԲի բարձր հզորությամբ և 82% բարձր միջին ընդհանուր արդյունավետությամբ, ինչպես նաև գերազանց մեկուսացում MIMO ալեհավաքի բաղադրիչների միջև՝ ավելի քան −15,5 դԲ: Մշակված MS-ի վրա հիմնված MIMO ալեհավաքը մոդելավորվել է CST Studio 2019 3D էլեկտրամագնիսական ծրագրային փաթեթի միջոցով և վավերացվել է փորձարարական ուսումնասիրությունների միջոցով:
Այս բաժինը մանրամասն ներածություն է տալիս առաջարկվող ճարտարապետությանը և մեկ ալեհավաքի նախագծման մեթոդաբանությանը: Բացի այդ, մոդելավորված և դիտարկված արդյունքները մանրամասնորեն քննարկվում են, ներառյալ ցրման պարամետրերը, շահույթը և ընդհանուր արդյունավետությունը մետամակերևույթներով և առանց դրանց: Ալեհավաքի նախատիպը մշակվել է Rogers 5880 ցածր կորստի դիէլեկտրական հիմքի վրա՝ 1,575 մմ հաստությամբ, 2,2 դիէլեկտրական հաստատունով: Դիզայնը մշակելու և մոդելավորելու համար օգտագործվել է էլեկտրամագնիսական սիմուլյատոր CST studio 2019 փաթեթը։
Նկար 2-ը ցույց է տալիս մեկ տարր ալեհավաքի առաջարկվող ճարտարապետությունը և դիզայնի մոդելը: Համաձայն լավ հաստատված մաթեմատիկական հավասարումների37, ալեհավաքը բաղկացած է գծային սնուցվող քառակուսի ճառագայթող կետից և պղնձի հիմքի հարթությունից (ինչպես նկարագրված է 1-ին քայլում) և ռեզոնանսվում է շատ նեղ թողունակությամբ 10,8 ԳՀց, ինչպես ցույց է տրված Նկար 3b-ում: Անթենային ռադիատորի սկզբնական չափը որոշվում է հետևյալ մաթեմատիկական հարաբերությամբ37.
Այնտեղ, որտեղ \(P_{L}\) և \(P_{w}\) շերտի երկարությունն ու լայնությունն են, c-ն ներկայացնում է լույսի արագությունը, \(\գամմա_{r}\)-ը ենթաշերտի դիէլեկտրական հաստատունն է: . , \(\gamma_{reff }\) ներկայացնում է ճառագայթման կետի արդյունավետ դիէլեկտրական արժեքը, \(\Delta L\) ներկայացնում է կետի երկարության փոփոխությունը։ Ալեհավաքի հետնամասը օպտիմիզացվել է երկրորդ փուլում՝ մեծացնելով դիմադրողականության թողունակությունը՝ չնայած 10 դԲ շատ ցածր դիմադրողականության թողունակությանը: Երրորդ փուլում սնուցող դիրքը տեղափոխվում է աջ, ինչը բարելավում է առաջարկվող ալեհավաքի դիմադրողականության թողունակությունը և դիմադրության համապատասխանությունը38: Այս փուլում ալեհավաքը ցուցադրում է գերազանց աշխատանքային թողունակություն՝ 4 ԳՀց, ինչպես նաև ընդգրկում է 5G-ում 6 ԳՀց-ից ցածր սպեկտրը: Չորրորդ և վերջին փուլը ներառում է ճառագայթման կետի հակառակ անկյուններում քառակուսի ակոսների փորագրում: Այս բնիկը զգալիորեն ընդլայնում է 4,56 ԳՀց թողունակությունը՝ ծածկելու ենթա6 ԳՀց 5G սպեկտրը 3,11 ԳՀց-ից մինչև 7,67 ԳՀց, ինչպես ցույց է տրված Նկար 3b-ում: Առաջարկվող դիզայնի առջևի և ներքևի հեռանկարային տեսակետները ներկայացված են Նկար 3ա-ում, իսկ վերջնական օպտիմալացված նախագծման պահանջվող պարամետրերը հետևյալն են. SL = 40 մմ, Pw = 18 մմ, PL = 18 մմ, gL = 12 մմ, fL = 11: մմ, fW = 4 .7 մմ, c1 = 2 մմ, c2 = 9.65 մմ, c3 = 1.65 մմ:
ա) Նախագծված մեկ ալեհավաքի վերևի և հետևի տեսքը (CST STUDIO SUITE 2019): բ) S պարամետրի կորը.
Metasurface-ը տերմին է, որը վերաբերում է միավոր բջիջների պարբերական զանգվածին, որոնք գտնվում են միմյանցից որոշակի հեռավորության վրա: Metasurfaces-ը արդյունավետ միջոց է ալեհավաքի ճառագայթման արդյունավետությունը բարելավելու համար, ներառյալ թողունակությունը, շահույթը և MIMO բաղադրիչների միջև մեկուսացումը: Մակերեւութային ալիքների տարածման ազդեցության շնորհիվ մետամակերևույթները առաջացնում են լրացուցիչ ռեզոնանսներ, որոնք նպաստում են ալեհավաքի աշխատանքի բարելավմանը39: Այս աշխատանքն առաջարկում է էպսիլոն-բացասական մետամատերիալ (MM) միավոր, որն աշխատում է 6 ԳՀց-ից ցածր 5G տիրույթում: 8 մմ × 8 մմ մակերեսով MM-ը մշակվել է ցածր կորստի Rogers 5880 սուբստրատի վրա՝ 2,2 դիէլեկտրական հաստատունով և 1,575 մմ հաստությամբ: Օպտիմիզացված MM ռեզոնատորի կարկատան բաղկացած է ներքին շրջանաձև պառակտված օղակից, որը կապված է երկու փոփոխված արտաքին պառակտված օղակների հետ, ինչպես ցույց է տրված Նկար 4ա-ում: Նկար 4ա-ն ամփոփում է առաջարկվող MM-ի տեղադրման վերջնական օպտիմիզացված պարամետրերը: Այնուհետև, 40 × 40 մմ և 80 × 80 մմ մետամակերևույթի շերտերը մշակվեցին առանց պղնձի հետնամասի և պղնձի հետնամասի հետ՝ համապատասխանաբար 5 × 5 և 10 × 10 բջիջների զանգվածներով: Առաջարկվող MM կառուցվածքը մոդելավորվել է «CST studio suite 2019» 3D էլեկտրամագնիսական մոդելավորման ծրագրաշարի միջոցով: Առաջարկվող MM զանգվածի կառուցվածքի և չափման կարգաբերման (երկկողմանի ցանցային անալիզատոր PNA և ալիքատար պորտ) պատրաստված նախատիպը ներկայացված է Նկար 4b-ում՝ CST մոդելավորման արդյունքները վավերացնելու համար՝ վերլուծելով իրական պատասխանը: Չափման կարգավորումն օգտագործել է Agilent PNA շարքի ցանցային անալիզատոր՝ երկու ալիքատար կոաքսիալ ադապտերների հետ համատեղ (A-INFOMW, մասի համարը՝ 187WCAS)՝ ազդանշաններ ուղարկելու և ստանալու համար: 5×5 զանգվածի նախատիպը տեղադրվել է երկու ալիքատար կոաքսիալ ադապտերների միջև, որոնք միացված են կոաքսիալ մալուխով երկու նավահանգիստ ցանցային անալիզատորին (Agilent PNA N5227A): Agilent N4694-60001 տրամաչափման հավաքածուն օգտագործվում է փորձնական կայանում ցանցային անալիզատորը չափաբերելու համար: Առաջարկվող նախատիպի MM զանգվածի մոդելավորված և CST դիտարկված ցրման պարամետրերը ներկայացված են Նկար 5ա-ում: Կարելի է տեսնել, որ առաջարկվող MM կառուցվածքը ռեզոնանսվում է 5G հաճախականության տիրույթում 6 ԳՀց-ից ցածր: Չնայած 10 դԲ թողունակության փոքր տարբերությանը, մոդելավորված և փորձարարական արդյունքները շատ նման են: Դիտարկվող ռեզոնանսի ռեզոնանսային հաճախականությունը, թողունակությունը և ամպլիտուդը մի փոքր տարբերվում են մոդելավորվածներից, ինչպես ցույց է տրված Նկար 5ա-ում: Դիտարկված և մոդելավորված արդյունքների միջև այս տարբերությունները պայմանավորված են արտադրական թերություններով, նախատիպի և ալիքատար պորտերի միջև փոքր բացվածքներով, ալիքատար պորտերի և զանգվածի բաղադրիչների միջև կապակցման էֆեկտներով և չափման հանդուրժողականությամբ: Բացի այդ, մշակված նախատիպի պատշաճ տեղադրումը ալիքատար պորտերի միջև փորձնական կարգաբերման մեջ կարող է հանգեցնել ռեզոնանսային տեղաշարժի: Բացի այդ, ստուգաչափման փուլում նկատվել է անցանկալի աղմուկ, ինչը հանգեցրել է թվային և չափված արդյունքների անհամապատասխանությունների: Այնուամենայնիվ, բացի այս դժվարություններից, առաջարկվող MM զանգվածի նախատիպը լավ է գործում՝ շնորհիվ սիմուլյացիայի և փորձի միջև ամուր հարաբերակցության՝ այն լավ պիտանի դարձնելով մինչև 6 ԳՀց 5G անլար կապի ծրագրերի համար:
ա) Բջջի միավորի երկրաչափություն (S1 = 8 մմ, S2 = 7 մմ, S3 = 5 մմ, f1, f2, f4 = 0,5 մմ, f3 = 0,75 մմ, h1 = 0,5 մմ, h2 = 1 ,75 մմ) (CST STUDIO SUITE) ) 2019) (բ) MM չափիչ սարքավորման լուսանկար։
ա) մետանյութի նախատիպի ցրման պարամետրերի կորերի մոդելավորում և ստուգում. բ) ՄՄ միավորի բջջի դիէլեկտրական հաստատուն կորը:
Համապատասխան արդյունավետ պարամետրերը, ինչպիսիք են արդյունավետ դիէլեկտրական հաստատունը, մագնիսական թափանցելիությունը և բեկման ինդեքսը, ուսումնասիրվել են՝ օգտագործելով CST էլեկտրամագնիսական սիմուլյատորի ներկառուցված հետմշակման տեխնիկան՝ MM միավորի բջջի վարքագծի հետագա վերլուծության համար: Արդյունավետ MM պարամետրերը ստացվում են ցրման պարամետրերից՝ օգտագործելով կայուն վերակառուցման մեթոդը: Հետևյալ հաղորդունակության և արտացոլման գործակիցների հավասարումները. (3) և (4) կարող են օգտագործվել բեկման ինդեքսը և դիմադրությունը որոշելու համար (տես 40):
Օպերատորի իրական և երևակայական մասերը ներկայացված են համապատասխանաբար (.)' և (.)"-ով, իսկ m ամբողջ արժեքը համապատասխանում է իրական բեկման ինդեքսին: Դիէլեկտրական հաստատունը և թափանցելիությունը որոշվում են \(\varepsilon { } = {}n/z,\) և \(\mu = nz\) բանաձևերով, որոնք հիմնված են համապատասխանաբար դիմադրողականության և բեկման ցուցիչի վրա։ ՄՄ կառուցվածքի արդյունավետ դիէլեկտրական հաստատուն կորը ներկայացված է Նկար 5b-ում: Ռեզոնանսային հաճախականության դեպքում արդյունավետ դիէլեկտրական հաստատունը բացասական է: Նկարներ 6a,b ցույց են տալիս առաջարկվող միավորի բջջի արդյունավետ թափանցելիության (μ) և արդյունավետ բեկման ցուցիչի (n) արժեքները: Հատկանշական է, որ արդյունահանված թափանցելիությունները ցուցադրում են դրական իրական արժեքներ մոտ զրոյի, ինչը հաստատում է առաջարկվող MM կառուցվածքի էպսիլոն-բացասական (ENG) հատկությունները: Ավելին, ինչպես ցույց է տրված Նկար 6ա-ում, զրոյին մոտ թափանցելիության դեպքում ռեզոնանսը խիստ կապված է ռեզոնանսային հաճախականության հետ: Մշակված միավորի բջիջն ունի բեկման բացասական ինդեքս (նկ. 6b), ինչը նշանակում է, որ առաջարկվող MM-ը կարող է օգտագործվել ալեհավաքի աշխատանքը բարելավելու համար21,41:
Մեկ լայնաշերտ ալեհավաքի մշակված նախատիպը ստեղծվել է առաջարկվող դիզայնի փորձնական փորձարկման համար: Նկարներ 7a,b ցույց են տալիս առաջարկվող մեկ ալեհավաքի նախատիպի պատկերները, դրա կառուցվածքային մասերը և մոտ դաշտի չափման կարգավորումը (SATIMO): Ալեհավաքի աշխատանքը բարելավելու համար մշակված մետամակերեսը տեղադրվում է ալեհավաքի տակ շերտերով, ինչպես ցույց է տրված Նկար 8ա-ում, h բարձրությամբ: Մեկ ալեհավաքի հետևի մասում կիրառվել է մեկ 40 մմ x 40 մմ երկշերտ մետամակերես 12 մմ ընդմիջումներով: Բացի այդ, մեկ ալեհավաքի հետևի մասում 12 մմ հեռավորության վրա տեղադրվում է հետնամասով մետամակերես: Մետամակերեսը կիրառելուց հետո մեկ ալեհավաքը ցույց է տալիս կատարողականի զգալի բարելավում, ինչպես ցույց է տրված Նկար 1-ում և 2-ում: Նկարներ 8-ում և 9-ում: Հարկ է նշել, որ մետամակերևույթով ալեհավաքի ծածկույթի գոտին շատ նման է առանց մետամակերևույթի ալեհավաքի ծածկույթին: Նկարներ 9a,b ցույց են տալիս մոդելավորված և դիտարկված մեկ ալեհավաքի ստացման և ընդհանուր արդյունավետության համեմատությունը առանց և MS-ի հետ գործառնական սպեկտրում: Կարելի է տեսնել, որ համեմատած ոչ մետամակերևութային ալեհավաքի հետ, մետամակերևութային ալեհավաքի հզորությունը զգալիորեն բարելավվել է՝ 5,15 դԲ-ից հասնելով 8 դԲի-ի: Միաշերտ մետամակերևույթի, երկշերտ մետամակերևույթի և հետնամասի մետամակերևույթով մեկ ալեհավաքի ավելացումը համապատասխանաբար աճել է 6 դԲի, 6,9 դԲի և 8 դԲի-ով: Համեմատած այլ մետամակերևույթների հետ (միաշերտ և երկշերտ MC-ներ), պղնձե հետնամասով մեկ մետամակերևութային ալեհավաքի հզորությունը մինչև 8 դԲ է: Այս դեպքում մետամակերեսը հանդես է գալիս որպես ռեֆլեկտոր՝ նվազեցնելով ալեհավաքի հետևի ճառագայթումը և մանիպուլյացիայի ենթարկելով էլեկտրամագնիսական ալիքները փուլային՝ դրանով իսկ բարձրացնելով ալեհավաքի ճառագայթման արդյունավետությունը և հետևաբար՝ շահույթը: Առանց և մետամակերեսներով մեկ ալեհավաքի ընդհանուր արդյունավետության ուսումնասիրությունը ներկայացված է Նկար 9b-ում: Հարկ է նշել, որ մետամակերեսով և առանց ալեհավաքի արդյունավետությունը գրեթե նույնն է: Ցածր հաճախականության տիրույթում ալեհավաքի արդյունավետությունը մի փոքր նվազում է: Փորձարարական և մոդելավորված շահույթի և արդյունավետության կորերը լավ համընկնում են: Այնուամենայնիվ, մոդելավորված և փորձարկված արդյունքների միջև կան փոքր տարբերություններ՝ պայմանավորված արտադրական թերություններով, չափման հանդուրժողականությամբ, SMA պորտի միացման կորստով և մետաղալարերի կորստով: Բացի այդ, ալեհավաքը և MS ռեֆլեկտորը գտնվում են նեյլոնե միջատների միջև, ինչը ևս մեկ խնդիր է, որն ազդում է դիտարկված արդյունքների վրա՝ համեմատած մոդելավորման արդյունքների հետ:
Նկար (ա) ցույց է տալիս ավարտված մեկ ալեհավաքը և դրա հետ կապված բաղադրիչները: (բ) Մոտ դաշտի չափման կարգավորում (SATIMO):
(ա) ալեհավաքի գրգռում, օգտագործելով մետամակերևույթային ռեֆլեկտորներ (CST STUDIO SUITE 2019): բ) մեկ ալեհավաքի սիմուլյացված և փորձնական անդրադարձումներ առանց և MS-ով:
(ա) ձեռք բերված շահույթի և (բ) առաջարկվող մետամակերևութային էֆեկտի ալեհավաքի ընդհանուր արդյունավետության մոդելավորման և չափման արդյունքները:
Ճառագայթային նմուշի վերլուծություն՝ օգտագործելով MS: Մեկ ալեհավաքով մոտ դաշտային չափումներ են իրականացվել UKM SATIMO մերձադաշտային համակարգերի լաբորատորիայի SATIMO մերձադաշտային փորձարարական միջավայրում: Նկար 10a, b ցույց են տալիս մոդելավորված և դիտարկված E-հարթության և H-հարթության ճառագայթման օրինաչափությունները 5,5 ԳՀց հաճախականությամբ առաջարկվող մեկ ալեհավաքի համար MS-ով և առանց դրա: Մշակված մեկ ալեհավաքը (առանց MS) ապահովում է հետևողական երկկողմանի ճառագայթման օրինակ՝ կողային բլթի արժեքներով: Առաջարկվող MS ռեֆլեկտորը կիրառելուց հետո ալեհավաքն ապահովում է միակողմանի ճառագայթման օրինաչափություն և նվազեցնում է հետևի բլթերի մակարդակը, ինչպես ցույց է տրված Նկար 10ա, բ. Հարկ է նշել, որ առաջարկվող մեկ ալեհավաքի ճառագայթման օրինաչափությունը ավելի կայուն է և միակողմանի՝ շատ ցածր մեջքի և կողային բլթերով, երբ օգտագործվում է պղնձե հետնամասով մետամակերևույթ: Առաջարկվող MM զանգվածի ռեֆլեկտորը նվազեցնում է ալեհավաքի հետևի և կողային բլթերը՝ միաժամանակ բարելավելով ճառագայթման աշխատանքը՝ հոսանքն ուղղելով միակողմանի ուղղություններով (Նկար 10ա, բ), դրանով իսկ մեծացնելով շահույթը և ուղղորդումը: Նկատվեց, որ փորձնական ճառագայթման օրինաչափությունը գրեթե համեմատելի էր CST մոդելավորման հետ, բայց մի փոքր տարբերվում էր տարբեր հավաքված բաղադրիչների սխալ դասավորության, չափման հանդուրժողականության և մալուխային կորուստների պատճառով: Բացի այդ, ալեհավաքի և MS ռեֆլեկտորի միջև տեղադրվել է նեյլոնե միջակայք, ինչը թվային արդյունքների համեմատ դիտարկվող արդյունքների վրա ազդող ևս մեկ խնդիր է:
Մոդելավորվել և փորձարկվել է մշակված մեկ ալեհավաքի (առանց MS և MS-ով) ճառագայթման օրինաչափությունը 5,5 ԳՀց հաճախականությամբ:
Առաջարկվող MIMO ալեհավաքի երկրաչափությունը ներկայացված է Նկար 11-ում և ներառում է չորս միայնակ ալեհավաքներ: MIMO ալեհավաքի չորս բաղադրիչները դասավորված են միմյանց ուղղահայաց՝ 80 × 80 × 1,575 մմ չափսերի հիմքի վրա, ինչպես ցույց է տրված Նկար 11-ում: Նախագծված MIMO ալեհավաքն ունի 22 մմ միջտարրերի հեռավորություն, որը փոքր է, քան ալեհավաքի ամենամոտ համապատասխան միջտարրերի հեռավորությունը: Մշակվել է MIMO ալեհավաք: Բացի այդ, վերգետնյա հարթության մի մասը գտնվում է այնպես, ինչպես մեկ ալեհավաք: Նկար 12ա-ում ներկայացված MIMO ալեհավաքների (S11, S22, S33 և S44) արտացոլման արժեքները ցուցադրում են նույն վարքագիծը, ինչ 3,2–7,6 ԳՀց տիրույթում ռեզոնանսվող մեկ տարրով ալեհավաքը: Հետևաբար, MIMO ալեհավաքի դիմադրողականության թողունակությունը ճիշտ նույնն է, ինչ մեկ ալեհավաքի: MIMO բաղադրիչների միջև կապակցման էֆեկտը MIMO ալեհավաքների թողունակության փոքր կորստի հիմնական պատճառն է: Նկար 12b-ում ներկայացված է փոխկապակցման ազդեցությունը MIMO բաղադրիչների վրա, որտեղ որոշվել է MIMO բաղադրիչների միջև օպտիմալ մեկուսացումը: 1-ին և 2-րդ ալեհավաքների միջև մեկուսացումը ամենացածրն է՝ մոտ -13,6 դԲ, իսկ 1-ին և 4-րդ ալեհավաքների միջև մեկուսացումն ամենաբարձրն է՝ մոտ -30,4 դԲ: Իր փոքր չափի և ավելի լայն թողունակության շնորհիվ այս MIMO ալեհավաքն ունի ավելի ցածր շահույթ և ավելի ցածր թողունակություն: Մեկուսացումը ցածր է, ուստի պահանջվում է ուժեղացում և մեկուսացում;
Առաջարկվող MIMO ալեհավաքի նախագծման մեխանիզմը (ա) վերևի տեսք և (բ) վերգետնյա հարթություն: (CST Studio Suite 2019):
Առաջարկվող մետամակերևութային MIMO ալեհավաքի երկրաչափական դասավորությունը և գրգռման մեթոդը ներկայացված են Նկար 13ա-ում: 80x80x1,575 մմ չափսերով 10x10 մմ մատրիցա նախատեսված է 12 մմ բարձրությամբ MIMO ալեհավաքի հետևի մասի համար, ինչպես ցույց է տրված Նկար 13ա-ում: Բացի այդ, պղնձե հետնամասերով մետամակերևույթները նախատեսված են MIMO ալեհավաքներում օգտագործելու համար՝ բարելավելու դրանց աշխատանքը: Մետամակերևույթի և MIMO ալեհավաքի միջև հեռավորությունը կարևոր է բարձր շահույթ ստանալու համար՝ միաժամանակ թույլ տալով կառուցողական միջամտություն ալեհավաքի կողմից առաջացած և մետամակերևույթից արտացոլվող ալիքների միջև: Կատարվել է լայնածավալ մոդելավորում՝ ալեհավաքի և մետամակերեսի միջև բարձրությունը օպտիմալացնելու համար՝ միաժամանակ պահպանելով քառորդ ալիքի ստանդարտները՝ առավելագույն շահույթի և MIMO տարրերի միջև մեկուսացման համար: MIMO ալեհավաքի կատարողականի զգալի բարելավումները, որոնք ձեռք են բերվել մետամակերևույթների օգտագործմամբ հետին պլաններով, համեմատած առանց հետին պլանների մետամակերևույթների հետ, կցուցադրվեն հաջորդ գլուխներում:
(ա) առաջարկվող MIMO ալեհավաքի CST մոդելավորման կարգավորում՝ օգտագործելով MS (CST STUDIO SUITE 2019), բ) մշակված MIMO համակարգի արտացոլման կորեր՝ առանց MS և MS-ով:
Մետմակերեսներով և առանց MIMO ալեհավաքների անդրադարձումները ներկայացված են Նկար 13b-ում, որտեղ S11 և S44 ներկայացված են MIMO համակարգի բոլոր ալեհավաքների գրեթե նույնական վարքագծի պատճառով: Հարկ է նշել, որ MIMO ալեհավաքի -10 դԲ դիմադրության թողունակությունը առանց և մեկ մետամակերեսով գրեթե նույնն է: Ի հակադրություն, առաջարկվող MIMO ալեհավաքի դիմադրողականության թողունակությունը բարելավվել է երկշերտ MS-ով և հետին պլանի MS-ով: Հարկ է նշել, որ առանց MS-ի, MIMO ալեհավաքը կենտրոնական հաճախականության համեմատ ապահովում է 81,5% (3,2-7,6 ԳՀց) կոտորակային թողունակություն: MS-ի ինտեգրումը հետին պլանի հետ մեծացնում է առաջարկվող MIMO ալեհավաքի դիմադրողականության թողունակությունը մինչև 86,3% (3,08–7,75 ԳՀց): Չնայած երկշերտ MS-ը մեծացնում է թողունակությունը, բարելավումն ավելի քիչ է, քան MS-ը պղնձե հետնամասով: Ավելին, երկշերտ MC-ն մեծացնում է ալեհավաքի չափը, մեծացնում է դրա արժեքը և սահմանափակում դրա տիրույթը: Նախագծված MIMO ալեհավաքը և մետամակերևույթի ռեֆլեկտորը պատրաստված և ստուգված են՝ սիմուլյացիայի արդյունքները վավերացնելու և իրական կատարումը գնահատելու համար: Նկար 14ա-ն ցույց է տալիս պատրաստված MS շերտը և MIMO ալեհավաքը՝ հավաքված տարբեր բաղադրիչներով, մինչդեռ Նկար 14b-ում ներկայացված է մշակված MIMO համակարգի լուսանկարը: MIMO ալեհավաքը տեղադրված է մետամակերեսի վերևում, օգտագործելով չորս նեյլոնե միջատներ, ինչպես ցույց է տրված Նկար 14b-ում: Նկար 15ա-ն ցույց է տալիս մշակված MIMO ալեհավաքային համակարգի մերձադաշտային փորձարարական տեղադրման պատկերը: PNA ցանցի անալիզատորը (Agilent Technologies PNA N5227A) օգտագործվել է ցրման պարամետրերը գնահատելու և մոտ դաշտային արտանետումների բնութագրերը գնահատելու և բնութագրելու համար UKM SATIMO Near-Field Systems Laboratory-ում:
(ա) SATIMO մոտ դաշտային չափումների լուսանկարներ (բ) S11 MIMO ալեհավաքի մոդելավորված և փորձնական կորեր MS-ով և առանց MS-ի:
Այս բաժինը ներկայացնում է առաջարկվող 5G MIMO ալեհավաքի մոդելավորված և դիտարկված S պարամետրերի համեմատական ուսումնասիրություն: Նկար 15b-ը ցույց է տալիս ինտեգրված 4-տարրից բաղկացած MIMO MS ալեհավաքի փորձարարական անդրադարձման սյուժեն և այն համեմատում է CST մոդելավորման արդյունքների հետ: Պարզվել է, որ փորձնական անդրադարձումները նույնն են, ինչ CST-ի հաշվարկները, բայց մի փոքր տարբեր են՝ արտադրական թերությունների և փորձարարական հանդուրժողականության պատճառով: Բացի այդ, առաջարկվող MS-ի վրա հիմնված MIMO նախատիպի դիտարկված արտացոլումը ծածկում է 5G սպեկտրը 6 ԳՀց-ից ցածր՝ 4,8 ԳՀց դիմադրության թողունակությամբ, ինչը նշանակում է, որ 5G հավելվածները հնարավոր են: Այնուամենայնիվ, չափված ռեզոնանսային հաճախականությունը, թողունակությունը և ամպլիտուդը մի փոքր տարբերվում են CST մոդելավորման արդյունքներից: Արտադրական թերությունները, կոաքսից դեպի SMA միացման կորուստները և արտաքին չափումների կարգավորումները կարող են տարբերություններ առաջացնել չափված և մոդելավորված արդյունքների միջև: Այնուամենայնիվ, չնայած այս թերություններին, առաջարկվող MIMO-ն լավ է գործում՝ ապահովելով ամուր համաձայնություն սիմուլյացիաների և չափումների միջև՝ այն լավ պիտանի դարձնելով մինչև 6 ԳՀց 5G անլար ծրագրերի համար:
Մոդելացված և դիտարկված MIMO ալեհավաքի ձեռքբերման կորերը ներկայացված են Նկար 2-ում և 2-ում: Ինչպես ցույց է տրված համապատասխանաբար Նկարներում 16a,b և 17a,b, MIMO բաղադրիչների փոխադարձ փոխազդեցությունը ցույց է տրված: Երբ մետամակերեսները կիրառվում են MIMO ալեհավաքների վրա, MIMO ալեհավաքների միջև մեկուսացումը զգալիորեն բարելավվում է: Հարակից ալեհավաքի S12, S14, S23 և S34 տարրերի միջև մեկուսացման սյուժեները ցույց են տալիս նմանատիպ կորեր, մինչդեռ անկյունագծային MIMO ալեհավաքները S13 և S42 ցույց են տալիս նույնքան բարձր մեկուսացում նրանց միջև ավելի մեծ հեռավորության պատճառով: Հարակից ալեհավաքների փոխանցման մոդելավորված բնութագրերը ներկայացված են Նկար 16ա-ում: Հարկ է նշել, որ 6 ԳՀց-ից ցածր 5G օպերացիոն սպեկտրում MIMO ալեհավաքի նվազագույն մեկուսացումն առանց մետամակերեսի կազմում է -13,6 դբ, իսկ հետնամասով մետամակերևույթի համար՝ 15,5 դԲ: Հզորության գծապատկերը (Նկար 16ա) ցույց է տալիս, որ հետնամասի մետամակերևույթը զգալիորեն բարելավում է MIMO ալեհավաքի տարրերի միջև մեկուսացումը մեկ և երկշերտ մետամակերևույթների համեմատ: Հարակից ալեհավաքի տարրերի վրա մեկ և երկշերտ մետամակերևույթները ապահովում են նվազագույն մեկուսացում մոտավորապես -13,68 դԲ և -14,78 դԲ, իսկ պղնձի հետևի մետամակերևույթը ապահովում է մոտավորապես -15,5 դԲ:
Առանց MS շերտի և MS շերտով MIMO տարրերի մեկուսացման մոդելավորված կորեր. ա) S12, S14, S34 և S32 և (բ) S13 և S24:
Առաջարկվող MS-ի վրա հիմնված MIMO ալեհավաքների փորձնական շահույթի կորեր՝ առանց և հետ՝ (ա) S12, S14, S34 և S32 և (բ) S13 և S24:
MIMO-ի անկյունագծային ալեհավաքի ստացման սյուժեները MS շերտը ավելացնելուց առաջ և հետո ներկայացված են Նկար 16b-ում: Հարկ է նշել, որ առանց մետամակերեսի անկյունագծային ալեհավաքների (ալեհավաքներ 1 և 3) նվազագույն մեկուսացումը գործառնական սպեկտրում կազմում է 15,6 դԲ, իսկ հետնամասով մետամակերևույթը՝ 18 դԲ: Մետամակերևույթի մոտեցումը զգալիորեն նվազեցնում է միացման էֆեկտները անկյունագծային MIMO ալեհավաքների միջև: Մեկ շերտով մետամակերևույթի առավելագույն մեկուսացումը -37 դԲ է, մինչդեռ երկշերտ մետամակերևույթի դեպքում այս արժեքը նվազում է մինչև -47 դԲ: Մետամակերեսի առավելագույն մեկուսացումը պղնձի հետնամասով −36,2 դԲ է, որը նվազում է հաճախականության տիրույթի մեծացմամբ: Համեմատած միաշերտ և երկշերտ մետամակերևույթների հետ առանց հետին հարթության, մետամակերևույթները ապահովում են բարձր մեկուսացում ամբողջ պահանջվող աշխատանքային հաճախականության տիրույթում, հատկապես 6 ԳՀց-ից ցածր 5G տիրույթում, ինչպես ցույց է տրված Նկար 16ա, բ: 6 ԳՀց-ից ցածր (3,5 ԳՀց) ամենահայտնի և լայնորեն օգտագործվող 5G տիրույթում միաշերտ և երկշերտ մետամակերևույթներն ավելի ցածր մեկուսացում ունեն MIMO բաղադրիչների միջև, քան պղնձե հետնամասերով մետամակերևույթները (տես Նկար 16ա), բ): Ազդեցության չափումները ներկայացված են 17ա, բ նկարներում՝ համապատասխանաբար ցույց տալով հարակից ալեհավաքների (S12, S14, S34 և S32) և անկյունագծային ալեհավաքների մեկուսացումը (S24 և S13): Ինչպես երևում է այս թվերից (նկ. 17ա, բ), MIMO բաղադրիչների միջև փորձնական մեկուսացումը լավ համընկնում է մոդելավորված մեկուսացման հետ: Թեև մոդելավորված և չափված CST արժեքների միջև կան փոքր տարբերություններ՝ պայմանավորված արտադրական թերություններով, SMA նավահանգիստների միացումներով և մետաղալարերի կորուստներով: Բացի այդ, ալեհավաքը և MS ռեֆլեկտորը գտնվում են նեյլոնե միջատների միջև, ինչը ևս մեկ խնդիր է, որն ազդում է դիտարկված արդյունքների վրա՝ համեմատած մոդելավորման արդյունքների հետ:
ուսումնասիրել է մակերևութային հոսանքի բաշխումը 5,5 ԳՀց հաճախականությամբ՝ ռացիոնալացնելու մետամակերևույթների դերը մակերևութային ալիքների ճնշման միջոցով փոխադարձ զուգավորումը նվազեցնելու համար42: Առաջարկվող MIMO ալեհավաքի մակերևութային հոսանքի բաշխումը ներկայացված է Նկար 18-ում, որտեղ 1-ին ալեհավաքը շարժվում է, իսկ մնացած ալեհավաքն ավարտված է 50 օհմ բեռով: Երբ ալեհավաք 1-ը միացված է, զգալի փոխկապակցման հոսանքներ կհայտնվեն հարևան ալեհավաքներում 5,5 ԳՀց հաճախականությամբ՝ մետամակերեսի բացակայության դեպքում, ինչպես ցույց է տրված Նկար 18ա-ում: Ընդհակառակը, մետամակերեսների օգտագործման միջոցով, ինչպես ցույց է տրված Նկար 18b–d-ում, բարելավվում է հարակից ալեհավաքների միջև մեկուսացումը: Հարկ է նշել, որ հարակից դաշտերի փոխադարձ կապի ազդեցությունը կարող է նվազագույնի հասցնել՝ միացման հոսանքը միավոր բջիջների հարակից օղակներին և հարակից MS միավոր բջիջներին MS շերտի երկայնքով հակազուգահեռ ուղղություններով տարածելով: Բաշխված ալեհավաքներից MS միավորներ հոսանքի ներարկումը MIMO բաղադրիչների միջև մեկուսացումը բարելավելու հիմնական մեթոդն է: Արդյունքում, MIMO բաղադրիչների միջև միացման հոսանքը զգալիորեն կրճատվում է, և մեկուսացումը նույնպես զգալիորեն բարելավվում է: Քանի որ միացման դաշտը լայնորեն բաշխված է տարրի մեջ, պղնձի հետնամասի մետամակերևույթը զգալիորեն ավելի է մեկուսացնում MIMO ալեհավաքը, քան մեկ և երկշերտ մետամակերևույթները (Նկար 18դ): Ավելին, մշակված MIMO ալեհավաքն ունի շատ ցածր ետ տարածում և կողային տարածում՝ արտադրելով միակողմանի ճառագայթման օրինաչափություն՝ դրանով իսկ մեծացնելով առաջարկվող MIMO ալեհավաքի շահույթը:
Առաջարկվող MIMO ալեհավաքի մակերևութային հոսանքի օրինաչափությունները 5,5 ԳՀց հաճախականությամբ (ա) առանց MC, (բ) միաշերտ MC, (գ) երկշերտ MC և (դ) միաշերտ MC պղնձե հետնամասով: (CST Studio Suite 2019):
Աշխատանքային հաճախականության շրջանակներում Նկար 19ա-ում ներկայացված են նախագծված MIMO ալեհավաքի մոդելավորված և դիտարկված շահույթները առանց և մետամակերեսներով: Առանց մետամակերևույթի MIMO ալեհավաքի ձեռք բերված շահույթը 5,4 դԲ է, ինչպես ցույց է տրված Նկար 19ա-ում: MIMO բաղադրիչների միջև փոխկապակցման էֆեկտի շնորհիվ առաջարկվող MIMO ալեհավաքն իրականում հասնում է 0,25 դԲի ավելի բարձր շահույթի, քան մեկ ալեհավաքը: Մետամակերեսների ավելացումը կարող է ապահովել զգալի ձեռքբերումներ և մեկուսացում MIMO բաղադրիչների միջև: Այսպիսով, առաջարկվող մետամակերևութային MIMO ալեհավաքը կարող է հասնել մինչև 8,3 դԲի բարձր հասույթի: Ինչպես ցույց է տրված Նկար 19ա-ում, երբ MIMO ալեհավաքի հետևի մասում օգտագործվում է մեկ մետամակերևույթ, շահույթը մեծանում է 1,4 դԲ-ով: Երբ մետամակերեսը կրկնապատկվում է, շահույթն ավելանում է 2,1 դԲ-ով, ինչպես ցույց է տրված Նկար 19ա-ում: Այնուամենայնիվ, 8,3 դԲի ակնկալվող առավելագույն շահույթը ձեռք է բերվում մետամակերևույթը պղնձե հետնամասով օգտագործելիս: Հատկանշական է, որ միաշերտ և երկշերտ մետամակերևույթների համար ձեռք բերված առավելագույն շահույթը համապատասխանաբար 6.8 dBi և 7.5 dBi է, մինչդեռ ստորին շերտի մետամակերևույթի համար ձեռք բերված առավելագույն շահույթը 8.3 dBi է: Ալեհավաքի հետևի մասում գտնվող մետամակերևութային շերտը գործում է որպես ռեֆլեկտոր՝ արտացոլելով ճառագայթումը ալեհավաքի հետևի մասից և բարելավելով նախագծված MIMO ալեհավաքի առջևի և հետևի (F/B) հարաբերակցությունը: Բացի այդ, բարձր դիմադրությամբ MS ռեֆլեկտորը մանիպուլյացիայի է ենթարկում էլեկտրամագնիսական ալիքները փուլային՝ դրանով իսկ ստեղծելով լրացուցիչ ռեզոնանս և բարելավելով առաջարկվող MIMO ալեհավաքի ճառագայթման կատարումը: MIMO ալեհավաքի հետևում տեղադրված MS ռեֆլեկտորը կարող է զգալիորեն մեծացնել ձեռք բերված շահույթը, ինչը հաստատվում է փորձարարական արդյունքներով: Մշակված նախատիպի MIMO ալեհավաքի դիտարկված և մոդելավորված շահումները գրեթե նույնն են, այնուամենայնիվ, որոշ հաճախականություններում չափված շահույթը ավելի բարձր է, քան մոդելավորված շահույթը, հատկապես MIMO-ի համար առանց MS; Փորձնական շահույթի այս տատանումները պայմանավորված են նեյլոնե բարձիկների չափման հանդուրժողականությամբ, մալուխի կորուստներով և ալեհավաքային համակարգում միացումով: MIMO ալեհավաքի գագաթնակետային չափված հզորությունը առանց մետամակերևույթի 5,8 դԲ է, մինչդեռ պղնձե հետնամասով մետամակերևույթը 8,5 դԲ է: Հարկ է նշել, որ առաջարկվող ամբողջական 4-պորտային MIMO ալեհավաք համակարգը MS ռեֆլեկտորով ցույց է տալիս բարձր շահույթ փորձարարական և թվային պայմաններում:
(ա) ձեռք բերված շահույթի և (բ) առաջարկվող MIMO ալեհավաքի ընդհանուր կատարողականի մոդելավորում և փորձարարական արդյունքներ՝ մետամակերևութային էֆեկտով:
Նկար 19b-ը ցույց է տալիս առաջարկվող MIMO համակարգի ընդհանուր կատարումը առանց մետամակերևութային ռեֆլեկտորների և դրանց հետ: Գծապատկեր 19b-ում MS-ի օգտագործման ամենացածր արդյունավետությունը հետին պլանով կազմել է ավելի քան 73% (մինչև 84%): Մշակված MIMO ալեհավաքների ընդհանուր արդյունավետությունը առանց MC-ի և MC-ի հետ գրեթե նույնն է, փոքր տարբերություններով՝ համեմատած մոդելավորված արժեքների հետ: Դրա պատճառներն են չափման հանդուրժողականությունները և ալեհավաքի և MS ռեֆլեկտորի միջև հեռավորության միջակայքերի օգտագործումը: Չափված ձեռք բերված շահույթը և ընդհանուր արդյունավետությունը ամբողջ հաճախականությամբ գրեթե նման են սիմուլյացիայի արդյունքներին, ինչը ցույց է տալիս, որ առաջարկվող MIMO նախատիպի աշխատանքը սպասվում է, և որ առաջարկվող MS-ի վրա հիմնված MIMO ալեհավաքը հարմար է 5G կապի համար: Փորձարարական ուսումնասիրությունների սխալների պատճառով տարբերություններ կան լաբորատոր փորձերի ընդհանուր արդյունքների և սիմուլյացիաների արդյունքների միջև: Առաջարկվող նախատիպի կատարողականի վրա ազդում է ալեհավաքի և SMA միակցիչի դիմադրության անհամապատասխանությունը, կոաքսիալ մալուխի միացման կորուստները, զոդման էֆեկտները և տարբեր էլեկտրոնային սարքերի մոտիկությունը փորձարարական տեղադրմանը:
Նկար 20-ը նկարագրում է նշված ալեհավաքի նախագծման և օպտիմալացման առաջընթացը բլոկային դիագրամի տեսքով: Այս բլոկային դիագրամը տալիս է առաջարկվող MIMO ալեհավաքի նախագծման սկզբունքների քայլ առ քայլ նկարագրությունը, ինչպես նաև այն պարամետրերը, որոնք առանցքային դեր են խաղում ալեհավաքի օպտիմալացման գործում՝ լայն աշխատանքային հաճախականության վրա պահանջվող բարձր շահույթի և բարձր մեկուսացման հասնելու համար:
Մոտ դաշտային MIMO ալեհավաքի չափումները չափվել են SATIMO մերձադաշտային փորձարարական միջավայրում UKM SATIMO Մերձադաշտային համակարգերի լաբորատորիայում: Նկարները 21a,b պատկերում են հայտավորված MIMO ալեհավաքի մոդելավորված և դիտարկված E-հարթության և H հարթության ճառագայթման օրինաչափությունները MS-ով և առանց 5,5 ԳՀց աշխատանքային հաճախականությամբ: 5,5 ԳՀց աշխատանքային հաճախականության տիրույթում մշակված ոչ MS MIMO ալեհավաքը ապահովում է հետևողական երկկողմանի ճառագայթման օրինաչափություն՝ կողային բլթի արժեքներով: MS ռեֆլեկտորը կիրառելուց հետո ալեհավաքն ապահովում է միակողմանի ճառագայթման օրինաչափություն և նվազեցնում է հետևի բլթերի մակարդակը, ինչպես ցույց է տրված 21ա, բ նկարներում: Հարկ է նշել, որ օգտագործելով մետամակերեսը պղնձի հետնամասով, առաջարկվող MIMO ալեհավաքի նախշը ավելի կայուն և միակողմանի է, քան առանց MS-ի, շատ ցածր մեջքի և կողային բլթերով: Առաջարկվող MM զանգվածի ռեֆլեկտորը նվազեցնում է ալեհավաքի հետևի և կողային բլթերը և նաև բարելավում է ճառագայթման բնութագրերը՝ հոսանքն ուղղելով միակողմանի ուղղությամբ (նկ. 21ա, բ)՝ դրանով իսկ մեծացնելով շահույթն ու ուղղորդումը: Չափված ճառագայթման օրինաչափությունը ստացվել է 1-ին նավահանգստի համար՝ 50 օհմ բեռով, որը միացված է մնացած նավահանգիստներին: Նկատվեց, որ փորձնական ճառագայթման օրինաչափությունը գրեթե նույնական էր CST-ի կողմից մոդելավորվածին, թեև կային որոշ շեղումներ բաղադրիչների սխալ դասավորության, տերմինալային նավահանգիստներից արտացոլումների և մալուխային միացումների կորուստների պատճառով: Բացի այդ, ալեհավաքի և MS ռեֆլեկտորի միջև տեղադրվել է նեյլոնե միջակայք, ինչը ևս մեկ խնդիր է, որը ազդում է դիտարկված արդյունքների վրա՝ համեմատած կանխատեսված արդյունքների հետ:
Մոդելավորվել և փորձարկվել է մշակված MIMO ալեհավաքի ճառագայթման օրինաչափությունը (առանց MS և MS-ով) 5,5 ԳՀց հաճախականությամբ:
Կարևոր է նշել, որ նավահանգստի մեկուսացումը և դրա հետ կապված բնութագրերը կարևոր են MIMO համակարգերի աշխատանքը գնահատելիս: Առաջարկվող MIMO համակարգի բազմազանության կատարողականը, ներառյալ ծրարի հարաբերակցության գործակիցը (ECC) և բազմազանության շահույթը (DG), ուսումնասիրվում են՝ նախագծված MIMO ալեհավաքային համակարգի կայունությունը ցույց տալու համար: MIMO ալեհավաքի ECC-ը և DG-ն կարող են օգտագործվել դրա աշխատանքը գնահատելու համար, քանի որ դրանք MIMO համակարգի աշխատանքի կարևոր կողմերն են: Հետևյալ բաժինները մանրամասն կներկայացնեն առաջարկվող MIMO ալեհավաքի այս հատկանիշները:
Ծրարի հարաբերակցության գործակից (ECC): Ցանկացած MIMO համակարգ դիտարկելիս ECC-ն որոշում է այն աստիճանը, որով բաղկացուցիչ տարրերը փոխկապակցված են միմյանց հետ՝ կապված իրենց հատուկ հատկությունների հետ: Այսպիսով, ECC-ն ցույց է տալիս կապուղու մեկուսացման աստիճանը անլար կապի ցանցում: Մշակված MIMO համակարգի ECC (ծրարի հարաբերակցության գործակիցը) կարող է որոշվել S-պարամետրերի և հեռավոր դաշտի արտանետումների հիման վրա: From Eq. (7) և (8) առաջարկվող MIMO ալեհավաք 31-ի ECC-ը կարող է որոշվել:
Արտացոլման գործակիցը ներկայացված է Sii-ով, իսկ Sij-ը ներկայացնում է փոխանցման գործակիցը: j-րդ և i-րդ ալեհավաքների եռաչափ ճառագայթման օրինաչափությունները տրված են \(\vec{R}_{j} \left( {\theta ,\varphi } \right)\) և \( արտահայտություններով: \vec {{R_{ i } }} Պինդ անկյունը ներկայացված է \left( {\theta ,\varphi } \right)\) և \({\Omega }\): Առաջարկվող ալեհավաքի ECC կորը ներկայացված է Նկար 22ա-ում և դրա արժեքը 0,004-ից փոքր է, ինչը շատ ցածր է անլար համակարգի համար ընդունելի 0,5 արժեքից: Հետևաբար, ECC-ի նվազեցված արժեքը նշանակում է, որ առաջարկվող 4-պորտային MIMO համակարգը ապահովում է բարձր բազմազանություն43:
Diversity Gain (DG) DG-ն MIMO համակարգի կատարողականի մեկ այլ չափիչ է, որը նկարագրում է, թե ինչպես է բազմազանության սխեման ազդում ճառագայթվող հզորության վրա: Հարաբերակցությունը (9) որոշում է մշակվող MIMO ալեհավաքային համակարգի DG-ն, ինչպես նկարագրված է 31-ում:
Նկար 22b-ում ներկայացված է առաջարկվող MIMO համակարգի DG դիագրամը, որտեղ DG արժեքը շատ մոտ է 10 դԲ-ին: Նախագծված MIMO համակարգի բոլոր ալեհավաքների DG արժեքները գերազանցում են 9,98 դԲ:
Աղյուսակ 1-ը համեմատում է առաջարկվող մետամակերևութային MIMO ալեհավաքը վերջերս մշակված նմանատիպ MIMO համակարգերի հետ: Համեմատությունը հաշվի է առնում տարբեր կատարողական պարամետրեր, ներառյալ թողունակությունը, շահույթը, առավելագույն մեկուսացումը, ընդհանուր արդյունավետությունը և բազմազանության կատարումը: Հետազոտողները ներկայացրել են տարբեր MIMO ալեհավաքների նախատիպեր՝ 5, 44, 45, 46, 47: Նախկինում հրապարակված աշխատանքների համեմատ, մետամակերևույթի ռեֆլեկտորներով առաջարկվող MIMO համակարգը գերազանցում է դրանց թողունակության, շահույթի և մեկուսացման առումով: Բացի այդ, հաղորդված նմանատիպ ալեհավաքների համեմատ, զարգացած MIMO համակարգը ցուցադրում է ավելի բարձր բազմազանություն և ընդհանուր արդյունավետություն ավելի փոքր չափերով: Չնայած Բաժին 5.46-ում նկարագրված ալեհավաքներն ունեն ավելի բարձր մեկուսացում, քան մեր առաջարկած ալեհավաքները, այս ալեհավաքները տառապում են մեծ չափսերից, ցածր հզորությունից, նեղ թողունակությունից և MIMO-ի վատ կատարողականությունից: 45-ում առաջարկված 4-պորտային MIMO ալեհավաքը ցուցադրում է բարձր շահույթ և արդյունավետություն, սակայն դրա դիզայնն ունի ցածր մեկուսացում, մեծ չափեր և ցածր բազմազանություն: Մյուս կողմից, 47-ում առաջարկվող փոքր չափի ալեհավաքային համակարգը ունի շատ ցածր շահույթ և գործառնական թողունակություն, մինչդեռ մեր առաջարկած MS-ի վրա հիմնված 4-պորտային MIMO համակարգը ցուցադրում է փոքր չափսեր, բարձր շահույթ, բարձր մեկուսացում և ավելի լավ կատարողական MIMO: Այսպիսով, առաջարկվող մետամակերևութային MIMO ալեհավաքը կարող է դառնալ մինչև 6 ԳՀց 5G կապի համակարգերի հիմնական մրցակիցը:
Առաջարկվում է չորս նավահանգիստ մետամակերևութային ռեֆլեկտորի վրա հիմնված լայնաշերտ MIMO ալեհավաք՝ բարձր հզորությամբ և մեկուսացմամբ՝ 6 ԳՀց-ից ցածր 5G հավելվածներին աջակցելու համար: Microstrip գիծը սնուցում է քառակուսի ճառագայթող հատված, որը կտրված է անկյունագծային անկյուններում քառակուսիով: Առաջարկվող MS-ը և ալեհավաքի թողարկիչը ներդրված են Rogers RT5880-ի նմանվող ենթաշերտի վրա՝ բարձր արագությամբ 5G կապի համակարգերում գերազանց կատարողականություն ձեռք բերելու համար: MIMO ալեհավաքն առանձնանում է լայն տիրույթով և բարձր հզորությամբ, ինչպես նաև ապահովում է ձայնային մեկուսացում MIMO բաղադրիչների միջև և գերազանց արդյունավետություն: Մշակված մեկ ալեհավաքն ունի 0.58?0.58?0.02? մանրանկարչության չափսեր: 5×5 մետամակերևույթի զանգվածով ապահովում է 4,56 ԳՀց լայն գործառնական թողունակություն, 8 դԲի գագաթնակետային շահույթ և բարձր չափված արդյունավետություն: Առաջարկվող չորս նավահանգիստ MIMO ալեհավաքը (2 × 2 զանգված) նախագծված է յուրաքանչյուր առաջարկվող մեկ ալեհավաքի ուղղանկյուն հավասարեցմամբ մեկ այլ ալեհավաքի հետ՝ 1,05λ × 1,05λ × 0,02λ չափերով: Խորհուրդ է տրվում հավաքել 10×10 ՄՄ զանգված 12 մմ բարձրությամբ MIMO ալեհավաքի տակ, որը կարող է նվազեցնել հետադարձ ճառագայթումը և նվազեցնել MIMO բաղադրիչների միջև փոխադարձ կապը՝ դրանով իսկ բարելավելով շահույթն ու մեկուսացումը: Փորձարարական և մոդելավորման արդյունքները ցույց են տալիս, որ մշակված MIMO-ի նախատիպը կարող է գործել 3,08–7,75 ԳՀց լայն հաճախականության միջակայքում՝ ծածկելով 5G սպեկտրը 6 ԳՀց-ից ցածր: Բացի այդ, առաջարկվող MS-ի վրա հիմնված MIMO ալեհավաքը բարելավում է իր հզորությունը 2,9 դԲ-ով՝ հասնելով 8,3 դԲի առավելագույն շահույթի և ապահովում է գերազանց մեկուսացում (>15,5 դԲ) MIMO բաղադրիչների միջև՝ վավերացնելով MS-ի ներդրումը: Բացի այդ, առաջարկվող MIMO ալեհավաքն ունի բարձր միջին ընդհանուր արդյունավետություն՝ 82% և միջտարրերի ցածր հեռավորություն՝ 22 մմ: Ալեհավաքը ցուցադրում է MIMO-ի բազմազանության գերազանց կատարում, ներառյալ շատ բարձր DG (ավելի քան 9,98 դԲ), շատ ցածր ECC (0,004-ից պակաս) և միակողմանի ճառագայթման օրինաչափություն: Չափումների արդյունքները շատ նման են սիմուլյացիայի արդյունքներին: Այս բնութագրերը հաստատում են, որ մշակված չորս նավահանգիստ MIMO ալեհավաքային համակարգը կարող է կենսունակ ընտրություն լինել 5G կապի համակարգերի համար մինչև 6 ԳՀց հաճախականության տիրույթում:
Cowin-ը կարող է տրամադրել 400-6000 ՄՀց լայնաշերտ PCB ալեհավաք և աջակցություն նոր ալեհավաք նախագծելու համար՝ ըստ ձեր պահանջի, խնդրում ենք կապվել մեզ հետ առանց վարանելու, եթե որևէ խնդրանք ունեք:
Հրապարակման ժամանակը՝ հոկտ-10-2024