സബ്-6 GHz അഞ്ചാം തലമുറ (5G) വയർലെസ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റങ്ങൾക്കായി കോംപാക്റ്റ് ഇൻ്റഗ്രേറ്റഡ് മൾട്ടി-ഇൻപുട്ട് മൾട്ടിപ്പിൾ-ഔട്ട്‌പുട്ട് (MIMO) മെറ്റാസർഫേസ് (MS) വൈഡ്ബാൻഡ് ആൻ്റിന ഈ വർക്ക് നിർദ്ദേശിക്കുന്നു. നിർദ്ദിഷ്ട MIMO സിസ്റ്റത്തിൻ്റെ വ്യക്തമായ പുതുമ അതിൻ്റെ വിശാലമായ പ്രവർത്തന ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത്, ഉയർന്ന നേട്ടം, ചെറിയ ഇൻ്റർകോംപോണൻ്റ് ക്ലിയറൻസുകൾ, MIMO ഘടകങ്ങൾക്കുള്ളിലെ മികച്ച ഒറ്റപ്പെടൽ എന്നിവയാണ്. ആൻ്റിനയുടെ റേഡിയേഷൻ സ്പോട്ട് ഡയഗണലായി വെട്ടിച്ചുരുക്കി, ഭാഗികമായി ഗ്രൗണ്ട് ചെയ്തു, ആൻ്റിനയുടെ പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്താൻ മെറ്റാസർഫേസുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. നിർദ്ദിഷ്ട പ്രോട്ടോടൈപ്പ് ഇൻ്റഗ്രേറ്റഡ് സിംഗിൾ MS ആൻ്റിനയ്ക്ക് 0.58λ × 0.58λ × 0.02λ എന്ന ചെറിയ അളവുകൾ ഉണ്ട്. സിമുലേഷൻ, മെഷർമെൻ്റ് ഫലങ്ങൾ 3.11 GHz മുതൽ 7.67 GHz വരെയുള്ള വൈഡ്ബാൻഡ് പ്രകടനം കാണിക്കുന്നു, 8 dBi നേടിയ ഉയർന്ന നേട്ടം ഉൾപ്പെടെ. 3.2 മുതൽ 7.6 GHz വരെ കോംപാക്റ്റ് സൈസും വൈഡ്ബാൻഡ് പ്രകടനവും നിലനിർത്തിക്കൊണ്ട് ഓരോ ആൻ്റിനയും പരസ്പരം ഓർത്തോഗണൽ ആകുന്ന തരത്തിലാണ് ഫോർ എലമെൻ്റ് MIMO സിസ്റ്റം രൂപകൽപ്പന ചെയ്തിരിക്കുന്നത്. നിർദിഷ്ട MIMO പ്രോട്ടോടൈപ്പ് റോജേഴ്സ് RT5880 സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൽ രൂപകൽപ്പന ചെയ്‌ത് നിർമ്മിച്ചതും കുറഞ്ഞ നഷ്ടവും 1.05 ൻ്റെ ചെറിയ അളവുകളും ഉള്ളതാണോ? 1.05? 0.02?, കൂടാതെ 10 x 10 സ്പ്ലിറ്റ് റിംഗ് ഉള്ള നിർദ്ദിഷ്ട സ്ക്വയർ ക്ലോസ്ഡ് റിംഗ് റെസൊണേറ്റർ അറേ ഉപയോഗിച്ച് അതിൻ്റെ പ്രകടനം വിലയിരുത്തുന്നു. അടിസ്ഥാന മെറ്റീരിയൽ ഒന്നുതന്നെയാണ്. നിർദ്ദിഷ്ട ബാക്ക്പ്ലെയ്ൻ മെറ്റാസർഫേസ് ആൻ്റിന ബാക്ക് റേഡിയേഷനെ ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കുകയും വൈദ്യുതകാന്തിക ഫീൽഡുകൾ കൈകാര്യം ചെയ്യുകയും അതുവഴി MIMO ഘടകങ്ങളുടെ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത്, നേട്ടം, ഒറ്റപ്പെടൽ എന്നിവ മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. നിലവിലുള്ള MIMO ആൻ്റിനകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, നിർദ്ദിഷ്ട 4-പോർട്ട് MIMO ആൻ്റിന 5G സബ്-6 GHz ബാൻഡിൽ 82% വരെ ശരാശരി മൊത്തത്തിലുള്ള കാര്യക്ഷമതയോടെ 8.3 dBi ഉയർന്ന നേട്ടം കൈവരിക്കുന്നു, അളന്ന ഫലങ്ങളുമായി നല്ല യോജിപ്പിലാണ്. കൂടാതെ, വികസിപ്പിച്ച MIMO ആൻ്റിന 0.004-ൽ താഴെയുള്ള എൻവലപ്പ് കോറിലേഷൻ കോഫിഫിഷ്യൻ്റ് (ECC), ഏകദേശം 10 dB (> 9.98 dB) യുടെ വൈവിധ്യ നേട്ടം (DG), MIMO ഘടകങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള ഉയർന്ന ഒറ്റപ്പെടൽ (>15.5 dB ) എന്നിവയിൽ മികച്ച പ്രകടനം കാണിക്കുന്നു. സവിശേഷതകൾ. അങ്ങനെ, നിർദ്ദിഷ്ട MS-അധിഷ്ഠിത MIMO ആൻ്റിന സബ്-6 GHz 5G കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ നെറ്റ്‌വർക്കുകൾക്ക് അതിൻ്റെ പ്രയോഗക്ഷമത സ്ഥിരീകരിക്കുന്നു.
5G സാങ്കേതികവിദ്യ വയർലെസ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷനിലെ അവിശ്വസനീയമായ മുന്നേറ്റമാണ്, അത് ശതകോടിക്കണക്കിന് കണക്റ്റുചെയ്‌ത ഉപകരണങ്ങൾക്കായി വേഗതയേറിയതും സുരക്ഷിതവുമായ നെറ്റ്‌വർക്കുകൾ പ്രാപ്‌തമാക്കുകയും ഉപയോക്തൃ അനുഭവങ്ങൾ "പൂജ്യം" ലേറ്റൻസി (1 മില്ലിസെക്കൻഡിൽ താഴെയുള്ള ലേറ്റൻസി) നൽകുകയും ഇലക്ട്രോണിക്‌സ് ഉൾപ്പെടെയുള്ള പുതിയ സാങ്കേതികവിദ്യകൾ അവതരിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യും. വൈദ്യ പരിചരണം, ബൗദ്ധിക വിദ്യാഭ്യാസം. , സ്മാർട്ട് സിറ്റികൾ, സ്മാർട്ട് ഹോമുകൾ, വെർച്വൽ റിയാലിറ്റി (VR), സ്മാർട്ട് ഫാക്ടറികൾ, ഇൻ്റർനെറ്റ് ഓഫ് വെഹിക്കിൾസ് (IoV) എന്നിവ നമ്മുടെ ജീവിതത്തെയും സമൂഹത്തെയും വ്യവസായങ്ങളെയും മാറ്റിമറിക്കുന്നു1,2,3. യുഎസ് ഫെഡറൽ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻസ് കമ്മീഷൻ (FCC) 5G സ്പെക്ട്രത്തെ നാല് ഫ്രീക്വൻസി ബാൻഡുകളായി വിഭജിക്കുന്നു4. 6 GHz-ൽ താഴെയുള്ള ഫ്രീക്വൻസി ബാൻഡ് ഗവേഷകർക്ക് താൽപ്പര്യമുള്ളതാണ്, കാരണം ഉയർന്ന ഡാറ്റാ നിരക്കുകളുള്ള ദീർഘദൂര ആശയവിനിമയങ്ങൾ ഇത് അനുവദിക്കുന്നു5,6. ആഗോള 5G ആശയവിനിമയങ്ങൾക്കായുള്ള സബ്-6 GHz 5G സ്പെക്‌ട്രം അലോക്കേഷൻ ചിത്രം 1-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു, എല്ലാ രാജ്യങ്ങളും 5G ആശയവിനിമയങ്ങൾക്കായി സബ്-6 GHz സ്പെക്‌ട്രം പരിഗണിക്കുന്നതായി സൂചിപ്പിക്കുന്നു7,8. ആൻ്റിനകൾ 5G നെറ്റ്‌വർക്കുകളുടെ ഒരു പ്രധാന ഭാഗമാണ്, അതിന് കൂടുതൽ ബേസ് സ്റ്റേഷനും ഉപയോക്തൃ ടെർമിനൽ ആൻ്റിനകളും ആവശ്യമാണ്.
മൈക്രോസ്ട്രിപ്പ് പാച്ച് ആൻ്റിനകൾക്ക് കനം കുറഞ്ഞതും പരന്നതുമായ ഘടനയുടെ ഗുണങ്ങളുണ്ട്, എന്നാൽ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്തും ഗെയിൻ9,10 ലും പരിമിതമാണ്, അതിനാൽ ആൻ്റിനയുടെ നേട്ടവും ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്തും വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് വളരെയധികം ഗവേഷണങ്ങൾ നടന്നിട്ടുണ്ട്; സമീപ വർഷങ്ങളിൽ, മെറ്റാസർഫേസുകൾ (എംഎസ്) ആൻ്റിന സാങ്കേതികവിദ്യകളിൽ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിച്ചുവരുന്നു, പ്രത്യേകിച്ച് നേട്ടവും ത്രൂപുട്ട്11,12 മെച്ചപ്പെടുത്താൻ, എന്നിരുന്നാലും, ഈ ആൻ്റിനകൾ ഒരൊറ്റ പോർട്ടിൽ പരിമിതപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു; MIMO സാങ്കേതികവിദ്യ വയർലെസ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ്റെ ഒരു പ്രധാന വശമാണ്, കാരണം ഇതിന് ഡാറ്റ കൈമാറുന്നതിന് ഒരേസമയം ഒന്നിലധികം ആൻ്റിനകൾ ഉപയോഗിക്കാനും അതുവഴി ഡാറ്റാ നിരക്കുകൾ, സ്പെക്ട്രൽ കാര്യക്ഷമത, ചാനൽ ശേഷി, വിശ്വാസ്യത എന്നിവ മെച്ചപ്പെടുത്താനും കഴിയും. MIMO ആൻ്റിനകൾ 5G ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കുള്ള സാധ്യതയുള്ള കാൻഡിഡേറ്റുകളാണ്, കാരണം അവർക്ക് അധിക പവർ ആവശ്യമില്ലാതെ തന്നെ ഒന്നിലധികം ചാനലുകളിലൂടെ ഡാറ്റ കൈമാറാനും സ്വീകരിക്കാനും കഴിയും16,17. MIMO ഘടകങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള മ്യൂച്വൽ കപ്ലിംഗ് പ്രഭാവം MIMO ഘടകങ്ങളുടെ സ്ഥാനത്തെയും MIMO ആൻ്റിനയുടെ നേട്ടത്തെയും ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു, ഇത് ഗവേഷകർക്ക് ഒരു വലിയ വെല്ലുവിളിയാണ്. ചിത്രങ്ങൾ 18, 19, 20 എന്നിവ 5G സബ്-6 GHz ബാൻഡിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന വിവിധ MIMO ആൻ്റിനകൾ കാണിക്കുന്നു, എല്ലാം നല്ല MIMO ഒറ്റപ്പെടലും പ്രകടനവും പ്രകടമാക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഈ നിർദ്ദിഷ്ട സിസ്റ്റങ്ങളുടെ നേട്ടവും പ്രവർത്തന ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്തും കുറവാണ്.
പ്രകൃതിയിൽ ഇല്ലാത്തതും വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗങ്ങളെ കൈകാര്യം ചെയ്യാൻ കഴിയുന്നതുമായ പുതിയ വസ്തുക്കളാണ് മെറ്റാമെറ്റീരിയലുകൾ (MMs) 21,22,23,24 ആൻ്റിനകളുടെ പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു 25, 26, 27, 28-ൽ ചർച്ച ചെയ്തതുപോലെ, റേഡിയേഷൻ പാറ്റേൺ, ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത്, നേട്ടം, ആൻ്റിന ഘടകങ്ങൾക്കും വയർലെസ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റങ്ങൾക്കുമിടയിലുള്ള ഒറ്റപ്പെടൽ എന്നിവ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന് എംഎം ഇപ്പോൾ ആൻ്റിന സാങ്കേതികവിദ്യയിൽ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. മെറ്റാസർഫേസ്, അതിൽ ആൻ്റിന സെക്ഷൻ മെറ്റാസർഫേസിനും ഗ്രൗണ്ടിനുമിടയിൽ വായു വിടവ് ഇല്ലാതെ സാൻഡ്‌വിച്ച് ചെയ്യുന്നു, ഇത് MIMO പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഈ രൂപകൽപ്പനയ്ക്ക് വലിയ വലിപ്പവും കുറഞ്ഞ പ്രവർത്തന ആവൃത്തിയും സങ്കീർണ്ണമായ ഘടനയുമുണ്ട്. MIMO30 ഘടകങ്ങളുടെ ഒറ്റപ്പെടൽ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനായി ഒരു വൈദ്യുതകാന്തിക ബാൻഡ്‌ഗാപ്പും (EBG) ഗ്രൗണ്ട് ലൂപ്പും നിർദ്ദിഷ്ട 2-പോർട്ട് വൈഡ്ബാൻഡ് MIMO ആൻ്റിനയിൽ ഉൾപ്പെടുത്തിയിട്ടുണ്ട്. രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത ആൻ്റിനയ്ക്ക് മികച്ച MIMO ഡൈവേഴ്‌സിറ്റി പ്രകടനവും രണ്ട് MIMO ആൻ്റിനകൾക്കിടയിൽ മികച്ച ഒറ്റപ്പെടലുമുണ്ട്, എന്നാൽ രണ്ട് MIMO ഘടകങ്ങൾ മാത്രം ഉപയോഗിച്ചാൽ, നേട്ടം കുറവായിരിക്കും. കൂടാതെ, in31 ഒരു അൾട്രാ-വൈഡ്ബാൻഡ് (UWB) ഡ്യുവൽ-പോർട്ട് MIMO ആൻ്റിന നിർദ്ദേശിക്കുകയും മെറ്റാ മെറ്റീരിയലുകൾ ഉപയോഗിച്ച് അതിൻ്റെ MIMO പ്രകടനം അന്വേഷിക്കുകയും ചെയ്തു. ഈ ആൻ്റിന UWB പ്രവർത്തനത്തിന് പ്രാപ്തമാണെങ്കിലും, അതിൻ്റെ നേട്ടം കുറവാണ്, രണ്ട് ആൻ്റിനകൾക്കിടയിലുള്ള ഒറ്റപ്പെടൽ മോശമാണ്. നേട്ടം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് ഇലക്‌ട്രോമാഗ്നെറ്റിക് ബാൻഡ്‌ഗാപ്പ് (ഇബിജി) റിഫ്‌ളക്ടറുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന 2-പോർട്ട് MIMO സിസ്റ്റം വർക്ക് in32 നിർദ്ദേശിക്കുന്നു. വികസിപ്പിച്ച ആൻ്റിന അറേയ്ക്ക് ഉയർന്ന നേട്ടവും മികച്ച MIMO വൈവിധ്യ പ്രകടനവും ഉണ്ടെങ്കിലും, അതിൻ്റെ വലിയ വലിപ്പം അടുത്ത തലമുറ ആശയവിനിമയ ഉപകരണങ്ങളിൽ പ്രയോഗിക്കുന്നത് ബുദ്ധിമുട്ടാക്കുന്നു. 33-ൽ മറ്റൊരു റിഫ്ലക്ടർ അധിഷ്ഠിത ബ്രോഡ്‌ബാൻഡ് ആൻ്റിന വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു, അവിടെ ആൻ്റിനയ്ക്ക് കീഴിൽ റിഫ്ളക്ടർ സംയോജിപ്പിച്ച് വലിയ 22 എംഎം വിടവോടെ 4.87 ഡിബിയുടെ താഴ്ന്ന പീക്ക് നേട്ടം കാണിക്കുന്നു. എംഎംവേവ് ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കായി പേപ്പർ 34 നാല്-പോർട്ട് MIMO ആൻ്റിന രൂപകൽപ്പന ചെയ്യുന്നു, ഇത് MIMO സിസ്റ്റത്തിൻ്റെ ഒറ്റപ്പെടലും നേട്ടവും മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന് MS ലെയറുമായി സംയോജിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഈ ആൻ്റിന നല്ല ലാഭവും ഒറ്റപ്പെടലും നൽകുന്നു, പക്ഷേ വലിയ വായു വിടവ് കാരണം പരിമിതമായ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്തും മോശം മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളുമുണ്ട്. അതുപോലെ, 2015-ൽ, 7.4 dBi പരമാവധി നേട്ടത്തോടെ mmWave ആശയവിനിമയങ്ങൾക്കായി മൂന്ന്-ജോഡി, 4-പോർട്ട് ബൗട്ടി ആകൃതിയിലുള്ള മെറ്റാസർഫേസ്-ഇൻ്റഗ്രേറ്റഡ് MIMO ആൻ്റിന വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു. മെറ്റാസർഫേസ് ഒരു പ്രതിഫലനമായി വർത്തിക്കുന്ന ആൻ്റിന നേട്ടം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് 5G ആൻ്റിനയുടെ പിൻഭാഗത്ത് B36 MS ഉപയോഗിക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, MS ഘടന അസമമായതിനാൽ യൂണിറ്റ് സെൽ ഘടനയിൽ ശ്രദ്ധ കുറവാണ്.
മുകളിലുള്ള വിശകലന ഫലങ്ങൾ അനുസരിച്ച്, മുകളിൽ പറഞ്ഞ ആൻ്റിനകൾക്കൊന്നും ഉയർന്ന നേട്ടം, മികച്ച ഒറ്റപ്പെടൽ, MIMO പ്രകടനം, വൈഡ്ബാൻഡ് കവറേജ് എന്നിവയില്ല. അതിനാൽ, 6 GHz-ൽ താഴെയുള്ള 5G സ്പെക്‌ട്രം ഫ്രീക്വൻസികളുടെ വിപുലമായ ശ്രേണിയും ഉയർന്ന നേട്ടവും ഒറ്റപ്പെടലും ഉൾക്കൊള്ളാൻ കഴിയുന്ന ഒരു മെറ്റാസർഫേസ് MIMO ആൻ്റിനയുടെ ആവശ്യം ഇപ്പോഴും നിലനിൽക്കുന്നു. മുകളിൽ സൂചിപ്പിച്ച സാഹിത്യത്തിൻ്റെ പരിമിതികൾ കണക്കിലെടുത്ത്, സബ്-6 GHz വയർലെസ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റങ്ങൾക്ക് ഉയർന്ന നേട്ടവും മികച്ച വൈവിധ്യ പ്രകടനവുമുള്ള വൈഡ്ബാൻഡ് ഫോർ-എലമെൻ്റ് MIMO ആൻ്റിന സിസ്റ്റം നിർദ്ദേശിക്കുന്നു. കൂടാതെ, നിർദ്ദിഷ്ട MIMO ആൻ്റിന MIMO ഘടകങ്ങൾ, ചെറിയ മൂലക വിടവുകൾ, ഉയർന്ന റേഡിയേഷൻ കാര്യക്ഷമത എന്നിവയ്ക്കിടയിൽ മികച്ച ഒറ്റപ്പെടൽ പ്രദർശിപ്പിക്കുന്നു. ആൻ്റിന പാച്ച് ഡയഗണലായി വെട്ടിച്ചുരുക്കി, 12 എംഎം എയർ ഗ്യാപ്പുള്ള മെറ്റാസർഫേസിൻ്റെ മുകളിൽ സ്ഥാപിക്കുന്നു, ഇത് ആൻ്റിനയിൽ നിന്നുള്ള വികിരണത്തെ പ്രതിഫലിപ്പിക്കുകയും ആൻ്റിന നേട്ടവും ദിശാബോധവും മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. കൂടാതെ, ഓരോ ആൻ്റിനയും പരസ്പരം ഓർത്തോഗണായി സ്ഥാപിക്കുന്നതിലൂടെ മികച്ച MIMO പ്രകടനത്തോടെ നാല്-ഘടക MIMO ആൻ്റിന സൃഷ്ടിക്കാൻ നിർദ്ദിഷ്ട സിംഗിൾ ആൻ്റിന ഉപയോഗിക്കുന്നു. വികസിപ്പിച്ച MIMO ആൻ്റിന പിന്നീട് 10 × 10 MS അറേയുടെ മുകളിൽ ഒരു കോപ്പർ ബാക്ക്‌പ്ലെയ്‌നുമായി സംയോജിപ്പിച്ച് എമിഷൻ പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തി. വിശാലമായ പ്രവർത്തന ശ്രേണി (3.08-7.75 GHz), 8.3 dBi യുടെ ഉയർന്ന നേട്ടവും 82% ഉയർന്ന ശരാശരി മൊത്തത്തിലുള്ള കാര്യക്ഷമത 82%, കൂടാതെ MIMO ആൻ്റിന ഘടകങ്ങൾക്കിടയിൽ −15.5 dB-യിൽ കൂടുതലുള്ള മികച്ച ഒറ്റപ്പെടലും രൂപകൽപ്പനയിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു. 3D വൈദ്യുതകാന്തിക സോഫ്റ്റ്വെയർ പാക്കേജ് CST സ്റ്റുഡിയോ 2019 ഉപയോഗിച്ച് വികസിപ്പിച്ച MS അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള MIMO ആൻ്റിന അനുകരിക്കുകയും പരീക്ഷണാത്മക പഠനങ്ങളിലൂടെ സാധൂകരിക്കുകയും ചെയ്തു.
നിർദ്ദിഷ്ട ആർക്കിടെക്ചറിനും സിംഗിൾ ആൻ്റിന ഡിസൈൻ രീതിശാസ്ത്രത്തിനും ഈ വിഭാഗം വിശദമായ ആമുഖം നൽകുന്നു. കൂടാതെ, സ്കാറ്ററിംഗ് പാരാമീറ്ററുകൾ, നേട്ടം, മെറ്റാസർഫേസുകൾ ഉപയോഗിച്ചും അല്ലാതെയും മൊത്തത്തിലുള്ള കാര്യക്ഷമത എന്നിവ ഉൾപ്പെടെ, അനുകരിച്ചതും നിരീക്ഷിച്ചതുമായ ഫലങ്ങൾ വിശദമായി ചർച്ചചെയ്യുന്നു. പ്രോട്ടോടൈപ്പ് ആൻ്റിന വികസിപ്പിച്ചെടുത്തത് റോജേഴ്സ് 5880 ലോ ലോസ് ഡൈഇലക്‌ട്രിക് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൽ 1.575 എംഎം കനവും 2.2 ഡൈഇലക്‌ട്രിക് കോൺസ്റ്റൻ്റ് ഉള്ളതുമാണ്. ഡിസൈൻ വികസിപ്പിക്കുന്നതിനും അനുകരിക്കുന്നതിനും, വൈദ്യുതകാന്തിക സിമുലേറ്റർ പാക്കേജ് CST സ്റ്റുഡിയോ 2019 ഉപയോഗിച്ചു.
ഒറ്റ മൂലക ആൻ്റിനയുടെ നിർദ്ദിഷ്ട ആർക്കിടെക്ചറും ഡിസൈൻ മോഡലും ചിത്രം 2 കാണിക്കുന്നു. നന്നായി സ്ഥാപിതമായ ഗണിതശാസ്ത്ര സമവാക്യങ്ങൾ അനുസരിച്ച്, ആൻ്റിനയിൽ ഒരു രേഖീയമായി ഫീഡ് സ്ക്വയർ റേഡിയേഷൻ സ്പോട്ടും ഒരു ചെമ്പ് ഗ്രൗണ്ട് പ്ലെയിനും (ഘട്ടം 1 ൽ വിവരിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ) അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, കൂടാതെ ചിത്രം 3b-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ 10.8 GHz-ൽ വളരെ ഇടുങ്ങിയ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് പ്രതിധ്വനിക്കുന്നു. ആൻ്റിന റേഡിയേറ്ററിൻ്റെ പ്രാരംഭ വലുപ്പം ഇനിപ്പറയുന്ന ഗണിതശാസ്ത്ര ബന്ധത്താൽ നിർണ്ണയിക്കപ്പെടുന്നു:
\(P_{L}\), \(P_{w}\) എന്നിവ പാച്ചിൻ്റെ നീളവും വീതിയും ആണെങ്കിൽ, c എന്നത് പ്രകാശത്തിൻ്റെ വേഗതയെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു, \(\gamma_{r}\) എന്നത് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൻ്റെ വൈദ്യുത സ്ഥിരാങ്കമാണ്. . , \(\gamma_{ref }\) എന്നത് റേഡിയേഷൻ സ്പോട്ടിൻ്റെ ഫലപ്രദമായ വൈദ്യുത മൂല്യത്തെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു, \(\Delta L\) സ്പോട്ട് ദൈർഘ്യത്തിലെ മാറ്റത്തെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു. ആൻ്റിന ബാക്ക്പ്ലെയ്ൻ രണ്ടാം ഘട്ടത്തിൽ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്തു, 10 ഡിബിയുടെ വളരെ കുറഞ്ഞ ഇംപെഡൻസ് ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് ഉണ്ടായിരുന്നിട്ടും ഇംപെഡൻസ് ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് വർദ്ധിപ്പിച്ചു. മൂന്നാം ഘട്ടത്തിൽ, ഫീഡർ സ്ഥാനം വലതുവശത്തേക്ക് നീക്കുന്നു, ഇത് നിർദ്ദിഷ്ട ആൻ്റിനയുടെ ഇംപെഡൻസ് ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്തും ഇംപെഡൻസ് പൊരുത്തപ്പെടുത്തലും മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു. ഈ ഘട്ടത്തിൽ, ആൻ്റിന 4 ജിഗാഹെർട്‌സിൻ്റെ മികച്ച പ്രവർത്തന ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് കാണിക്കുകയും 5 ജിയിൽ 6 ജിഗാഹെർട്‌സിന് താഴെയുള്ള സ്പെക്‌ട്രം ഉൾക്കൊള്ളുകയും ചെയ്യുന്നു. നാലാമത്തെയും അവസാനത്തെയും ഘട്ടത്തിൽ റേഡിയേഷൻ സ്പോട്ടിൻ്റെ എതിർ കോണുകളിൽ ചതുരാകൃതിയിലുള്ള ഗ്രോവുകൾ കൊത്തിവയ്ക്കുന്നത് ഉൾപ്പെടുന്നു. ചിത്രം 3b-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, സബ്-6 GHz 5G സ്പെക്‌ട്രം 3.11 GHz-ൽ നിന്ന് 7.67 GHz-ലേക്ക് ഈ സ്ലോട്ട് 4.56 GHz ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് വികസിപ്പിക്കുന്നു. നിർദ്ദിഷ്ട ഡിസൈനിൻ്റെ മുന്നിലും താഴെയുമുള്ള വീക്ഷണങ്ങൾ ചിത്രം 3a-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു, അവസാന ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത ആവശ്യമായ ഡിസൈൻ പാരാമീറ്ററുകൾ ഇനിപ്പറയുന്നവയാണ്: 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.
(എ) രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത ഒറ്റ ആൻ്റിനയുടെ മുകളിലും പിന്നിലും കാഴ്ചകൾ (CST STUDIO SUITE 2019). (ബി) എസ്-പാരാമീറ്റർ കർവ്.
പരസ്പരം ഒരു നിശ്ചിത അകലത്തിൽ സ്ഥിതി ചെയ്യുന്ന യൂണിറ്റ് സെല്ലുകളുടെ ആനുകാലിക ശ്രേണിയെ സൂചിപ്പിക്കുന്ന ഒരു പദമാണ് മെറ്റാസർഫേസ്. ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത്, നേട്ടം, MIMO ഘടകങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള ഒറ്റപ്പെടൽ എന്നിവ ഉൾപ്പെടെ ആൻ്റിന റേഡിയേഷൻ പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനുള്ള ഫലപ്രദമായ മാർഗമാണ് മെറ്റാസർഫേസുകൾ. ഉപരിതല തരംഗ പ്രചാരണത്തിൻ്റെ സ്വാധീനം കാരണം, മെറ്റാസർഫേസുകൾ മെച്ചപ്പെട്ട ആൻ്റിന പ്രകടനത്തിന് കാരണമാകുന്ന അധിക അനുരണനങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നു. 6 GHz-ൽ താഴെയുള്ള 5G ബാൻഡിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഒരു എപ്സിലോൺ-നെഗറ്റീവ് മെറ്റാമെറ്റീരിയൽ (MM) യൂണിറ്റ് ഈ വർക്ക് നിർദ്ദേശിക്കുന്നു. 8mm×8mm ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണമുള്ള MM, കുറഞ്ഞ നഷ്ടമായ റോജേഴ്സ് 5880 സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൽ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തത് 2.2 വൈദ്യുത സ്ഥിരാങ്കവും 1.575mm കനവുമാണ്. ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത MM റെസൊണേറ്റർ പാച്ചിൽ ചിത്രം 4a-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, പരിഷ്കരിച്ച രണ്ട് ബാഹ്യ സ്പ്ലിറ്റ് വളയങ്ങളുമായി ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന ഒരു ആന്തരിക വൃത്താകൃതിയിലുള്ള സ്പ്ലിറ്റ് റിംഗ് അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. നിർദ്ദിഷ്ട MM സജ്ജീകരണത്തിൻ്റെ അന്തിമ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത പാരാമീറ്ററുകൾ ചിത്രം 4a സംഗ്രഹിക്കുന്നു. തുടർന്ന്, 40 × 40 മില്ലീമീറ്ററും 80 × 80 മില്ലീമീറ്ററും മെറ്റാസർഫേസ് പാളികൾ ഒരു കോപ്പർ ബാക്ക്പ്ലെയ്ൻ ഇല്ലാതെയും ഒരു ചെമ്പ് ബാക്ക്പ്ലെയ്ൻ ഉപയോഗിച്ച് യഥാക്രമം 5 × 5, 10 × 10 സെൽ അറേകൾ ഉപയോഗിച്ച് വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു. 3D വൈദ്യുതകാന്തിക മോഡലിംഗ് സോഫ്റ്റ്വെയർ "CST സ്റ്റുഡിയോ സ്യൂട്ട് 2019" ഉപയോഗിച്ചാണ് നിർദ്ദിഷ്ട MM ഘടന രൂപപ്പെടുത്തിയത്. യഥാർത്ഥ പ്രതികരണം വിശകലനം ചെയ്തുകൊണ്ട് CST സിമുലേഷൻ ഫലങ്ങൾ സാധൂകരിക്കുന്നതിന് നിർദ്ദിഷ്ട MM അറേ ഘടനയുടെയും അളവെടുപ്പ് സജ്ജീകരണത്തിൻ്റെയും (ഡ്യുവൽ-പോർട്ട് നെറ്റ്‌വർക്ക് അനലൈസർ PNA, വേവ്ഗൈഡ് പോർട്ട്) കെട്ടിച്ചമച്ച പ്രോട്ടോടൈപ്പ് ചിത്രം 4b-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. സിഗ്നലുകൾ അയയ്‌ക്കുന്നതിനും സ്വീകരിക്കുന്നതിനും രണ്ട് വേവ്ഗൈഡ് കോക്‌സിയൽ അഡാപ്റ്ററുകൾ (A-INFOMW, ഭാഗം നമ്പർ: 187WCAS) സംയോജിപ്പിച്ച് ഒരു അജിലൻ്റ് പിഎൻഎ സീരീസ് നെറ്റ്‌വർക്ക് അനലൈസർ മെഷർമെൻ്റ് സെറ്റപ്പ് ഉപയോഗിച്ചു. രണ്ട്-പോർട്ട് നെറ്റ്‌വർക്ക് അനലൈസറുമായി (എജിലൻ്റ് പിഎൻഎ N5227A) കോക്‌സിയൽ കേബിൾ ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന രണ്ട് വേവ്ഗൈഡ് കോക്‌സിയൽ അഡാപ്റ്ററുകൾക്കിടയിൽ ഒരു പ്രോട്ടോടൈപ്പ് 5×5 അറേ സ്ഥാപിച്ചു. ഒരു പൈലറ്റ് പ്ലാൻ്റിൽ നെറ്റ്‌വർക്ക് അനലൈസർ കാലിബ്രേറ്റ് ചെയ്യാൻ എജിലൻ്റ് N4694-60001 കാലിബ്രേഷൻ കിറ്റ് ഉപയോഗിക്കുന്നു. നിർദ്ദിഷ്ട പ്രോട്ടോടൈപ്പ് എംഎം അറേയുടെ സിമുലേറ്റഡ്, സിഎസ്ടി നിരീക്ഷിച്ച സ്കാറ്ററിംഗ് പാരാമീറ്ററുകൾ ചിത്രം 5a-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. നിർദ്ദിഷ്ട MM ഘടന 6 GHz-ന് താഴെയുള്ള 5G ഫ്രീക്വൻസി ശ്രേണിയിൽ പ്രതിധ്വനിക്കുന്നതായി കാണാൻ കഴിയും. 10 dB യുടെ ബാൻഡ്‌വിഡ്‌ത്തിൽ ചെറിയ വ്യത്യാസമുണ്ടെങ്കിലും, സിമുലേറ്റ് ചെയ്തതും പരീക്ഷണാത്മകവുമായ ഫലങ്ങൾ വളരെ സമാനമാണ്. നിരീക്ഷിച്ച അനുരണനത്തിൻ്റെ അനുരണന ആവൃത്തി, ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത്, വ്യാപ്തി എന്നിവ ചിത്രം 5a-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ അനുകരണീയമായതിൽ നിന്ന് അല്പം വ്യത്യസ്തമാണ്. നിർമ്മാണത്തിലെ അപാകതകൾ, പ്രോട്ടോടൈപ്പിനും വേവ്ഗൈഡ് പോർട്ടുകൾക്കുമിടയിലുള്ള ചെറിയ ക്ലിയറൻസുകൾ, വേവ്ഗൈഡ് പോർട്ടുകളും അറേ ഘടകങ്ങളും തമ്മിലുള്ള കപ്ലിംഗ് ഇഫക്റ്റുകൾ, അളക്കൽ സഹിഷ്ണുത എന്നിവ മൂലമാണ് നിരീക്ഷിച്ചതും അനുകരിച്ചതുമായ ഫലങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള ഈ വ്യത്യാസങ്ങൾ. കൂടാതെ, പരീക്ഷണാത്മക സജ്ജീകരണത്തിൽ വേവ്ഗൈഡ് പോർട്ടുകൾക്കിടയിൽ വികസിപ്പിച്ച പ്രോട്ടോടൈപ്പിൻ്റെ ശരിയായ സ്ഥാനം അനുരണന ഷിഫ്റ്റിന് കാരണമായേക്കാം. കൂടാതെ, കാലിബ്രേഷൻ ഘട്ടത്തിൽ അനാവശ്യ ശബ്‌ദം നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടു, ഇത് സംഖ്യയും അളന്ന ഫലങ്ങളും തമ്മിലുള്ള പൊരുത്തക്കേടിലേക്ക് നയിച്ചു. എന്നിരുന്നാലും, ഈ ബുദ്ധിമുട്ടുകൾ കൂടാതെ, സിമുലേഷനും പരീക്ഷണവും തമ്മിലുള്ള ശക്തമായ പരസ്പരബന്ധം കാരണം നിർദ്ദിഷ്ട MM അറേ പ്രോട്ടോടൈപ്പ് നന്നായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു, ഇത് സബ്-6 GHz 5G വയർലെസ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് അനുയോജ്യമാക്കുന്നു.
(a) യൂണിറ്റ് സെൽ ജ്യാമിതി (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) MM അളക്കുന്ന സജ്ജീകരണത്തിൻ്റെ ഫോട്ടോ.
(എ) മെറ്റാമെറ്റീരിയൽ പ്രോട്ടോടൈപ്പിൻ്റെ സ്കാറ്ററിംഗ് പാരാമീറ്റർ കർവുകളുടെ സിമുലേഷനും സ്ഥിരീകരണവും. (b) ഒരു MM യൂണിറ്റ് സെല്ലിൻ്റെ വൈദ്യുത സ്ഥിരമായ വക്രം.
എംഎം യൂണിറ്റ് സെല്ലിൻ്റെ സ്വഭാവം കൂടുതൽ വിശകലനം ചെയ്യുന്നതിനായി സിഎസ്ടി ഇലക്ട്രോമാഗ്നറ്റിക് സിമുലേറ്ററിൻ്റെ ബിൽറ്റ്-ഇൻ പോസ്റ്റ്-പ്രോസസ്സിംഗ് ടെക്നിക്കുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ഫലപ്രദമായ വൈദ്യുത സ്ഥിരത, കാന്തിക പ്രവേശനക്ഷമത, റിഫ്രാക്റ്റീവ് സൂചിക തുടങ്ങിയ പ്രസക്തമായ പാരാമീറ്ററുകൾ പഠിച്ചു. ശക്തമായ പുനർനിർമ്മാണ രീതി ഉപയോഗിച്ച് സ്കാറ്ററിംഗ് പാരാമീറ്ററുകളിൽ നിന്ന് ഫലപ്രദമായ എംഎം പാരാമീറ്ററുകൾ ലഭിക്കും. ഇനിപ്പറയുന്ന ട്രാൻസ്മിറ്റൻസ്, റിഫ്ലക്ഷൻ കോഫിഫിഷ്യൻ്റ് സമവാക്യങ്ങൾ: (3) ഉം (4) റിഫ്രാക്റ്റീവ് ഇൻഡക്സും ഇംപെഡൻസും നിർണ്ണയിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കാം (40 കാണുക).
ഓപ്പറേറ്ററുടെ യഥാർത്ഥവും സാങ്കൽപ്പികവുമായ ഭാഗങ്ങളെ യഥാക്രമം (.)', (.)” എന്നിവ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു, കൂടാതെ m എന്ന പൂർണ്ണസംഖ്യ യഥാർത്ഥ റിഫ്രാക്റ്റീവ് സൂചികയുമായി യോജിക്കുന്നു. വൈദ്യുത സ്ഥിരതയും പെർമെബിലിറ്റിയും നിർണ്ണയിക്കുന്നത് \(\varepsilon { } = {}n/z,\) ഒപ്പം \(\mu = nz\), യഥാക്രമം ഇംപെഡൻസും റിഫ്രാക്റ്റീവ് ഇൻഡക്സും അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ്. എംഎം ഘടനയുടെ ഫലപ്രദമായ വൈദ്യുത സ്ഥിരമായ വക്രം ചിത്രം 5 ബിയിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. അനുരണന ആവൃത്തിയിൽ, ഫലപ്രദമായ വൈദ്യുത സ്ഥിരാങ്കം നെഗറ്റീവ് ആണ്. നിർദ്ദിഷ്ട യൂണിറ്റ് സെല്ലിൻ്റെ ഫലപ്രദമായ പെർമാസബിലിറ്റി (μ), ഫലപ്രദമായ റിഫ്രാക്റ്റീവ് ഇൻഡക്സ് (n) എന്നിവയുടെ വേർതിരിച്ചെടുത്ത മൂല്യങ്ങൾ 6a,b കാണിക്കുന്നു. ശ്രദ്ധേയമായി, വേർതിരിച്ചെടുത്ത പെർമെബിലിറ്റികൾ പൂജ്യത്തിനടുത്തുള്ള പോസിറ്റീവ് യഥാർത്ഥ മൂല്യങ്ങൾ പ്രദർശിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് നിർദ്ദിഷ്ട MM ഘടനയുടെ എപ്സിലോൺ-നെഗറ്റീവ് (ENG) ഗുണങ്ങളെ സ്ഥിരീകരിക്കുന്നു. മാത്രമല്ല, ചിത്രം 6a-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, പൂജ്യത്തിനടുത്തുള്ള പെർമാസബിലിറ്റിയിലെ അനുരണനം അനുരണന ആവൃത്തിയുമായി ശക്തമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. വികസിപ്പിച്ച യൂണിറ്റ് സെല്ലിന് നെഗറ്റീവ് റിഫ്രാക്റ്റീവ് ഇൻഡക്സ് (ചിത്രം 6 ബി) ഉണ്ട്, അതായത് ആൻ്റിന പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്താൻ നിർദിഷ്ട എംഎം ഉപയോഗിക്കാം21,41.
ഒരൊറ്റ ബ്രോഡ്‌ബാൻഡ് ആൻ്റിനയുടെ വികസിപ്പിച്ച പ്രോട്ടോടൈപ്പ് നിർദിഷ്ട ഡിസൈൻ പരീക്ഷണാത്മകമായി പരിശോധിക്കുന്നതിനായി നിർമ്മിച്ചതാണ്. നിർദ്ദിഷ്ട പ്രോട്ടോടൈപ്പ് സിംഗിൾ ആൻ്റിനയുടെയും അതിൻ്റെ ഘടനാപരമായ ഭാഗങ്ങളുടെയും നിയർ-ഫീൽഡ് മെഷർമെൻ്റ് സെറ്റപ്പിൻ്റെയും (SATIMO) ചിത്രങ്ങൾ 7a,b കാണിക്കുന്നു. ആൻ്റിന പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന്, വികസിപ്പിച്ച മെറ്റാസർഫേസ്, ചിത്രം 8a-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ഉയരം h ഉള്ള ആൻ്റിനയ്ക്ക് കീഴിലുള്ള പാളികളിൽ സ്ഥാപിച്ചിരിക്കുന്നു. സിംഗിൾ ആൻ്റിനയുടെ പിൻഭാഗത്ത് 12 എംഎം ഇടവേളകളിൽ 40 എംഎം x 40 എംഎം ഇരട്ട-പാളി മെറ്റാസർഫേസ് പ്രയോഗിച്ചു. കൂടാതെ, ഒരു ബാക്ക്പ്ലെയ്ൻ ഉള്ള ഒരു മെറ്റാസർഫേസ് സിംഗിൾ ആൻ്റിനയുടെ പിൻഭാഗത്ത് 12 മില്ലീമീറ്റർ അകലെ സ്ഥാപിച്ചിരിക്കുന്നു. മെറ്റാസർഫേസ് പ്രയോഗിച്ചതിന് ശേഷം, ചിത്രം 1, 2 എന്നിവയിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, സിംഗിൾ ആൻ്റിന പ്രകടനത്തിൽ കാര്യമായ പുരോഗതി കാണിക്കുന്നു. ചിത്രം 8, 9. ചിത്രം 8b, മെറ്റാസർഫേസുകളില്ലാതെയും അല്ലാതെയും സിംഗിൾ ആൻ്റിനയുടെ സിമുലേറ്റ് ചെയ്തതും അളന്നതുമായ പ്രതിഫലന പ്ലോട്ടുകൾ കാണിക്കുന്നു. മെറ്റാസർഫേസുള്ള ആൻ്റിനയുടെ കവറേജ് ബാൻഡ് മെറ്റാസർഫേസ് ഇല്ലാത്ത ആൻ്റിനയുടെ കവറേജ് ബാൻഡുമായി വളരെ സാമ്യമുള്ളതാണ് എന്നത് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്. 9a,b, സിമുലേറ്റ് ചെയ്തതും നിരീക്ഷിച്ചതുമായ സിംഗിൾ ആൻ്റിന നേട്ടത്തിൻ്റെയും മൊത്തത്തിലുള്ള കാര്യക്ഷമതയുടെയും താരതമ്യവും ഓപ്പറേറ്റിംഗ് സ്പെക്‌ട്രത്തിൽ MS ഇല്ലാതെയും കാണിക്കുന്നു. നോൺ-മെറ്റാസർഫേസ് ആൻ്റിനയുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, മെറ്റാസർഫേസ് ആൻ്റിനയുടെ നേട്ടം ഗണ്യമായി മെച്ചപ്പെടുന്നു, ഇത് 5.15 dBi ൽ നിന്ന് 8 dBi ആയി വർദ്ധിക്കുന്നു. സിംഗിൾ-ലെയർ മെറ്റാസർഫേസ്, ഡ്യുവൽ-ലെയർ മെറ്റാസർഫേസ്, ബാക്ക്പ്ലെയ്ൻ മെറ്റാസർഫേസുള്ള സിംഗിൾ ആൻ്റിന എന്നിവയുടെ നേട്ടം യഥാക്രമം 6 dBi, 6.9 dBi, 8 dBi എന്നിങ്ങനെ വർദ്ധിച്ചു. മറ്റ് മെറ്റാസർഫേസുകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ (സിംഗിൾ-ലെയർ, ഡബിൾ-ലെയർ എംസികൾ), ഒരു കോപ്പർ ബാക്ക്‌പ്ലെയ്‌നോടുകൂടിയ ഒരൊറ്റ മെറ്റാസർഫേസ് ആൻ്റിനയുടെ നേട്ടം 8 ഡിബിഐ വരെയാണ്. ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, മെറ്റാസർഫേസ് ഒരു പ്രതിഫലനമായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു, ആൻ്റിനയുടെ ബാക്ക് റേഡിയേഷൻ കുറയ്ക്കുകയും വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗങ്ങളെ ഘട്ടംഘട്ടമായി കൈകാര്യം ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്നു, അതുവഴി ആൻ്റിനയുടെ റേഡിയേഷൻ കാര്യക്ഷമതയും അതുവഴി നേട്ടവും വർദ്ധിക്കുന്നു. മെറ്റാസർഫേസുകളില്ലാതെയും അല്ലാതെയും ഒരൊറ്റ ആൻ്റിനയുടെ മൊത്തത്തിലുള്ള കാര്യക്ഷമതയെക്കുറിച്ചുള്ള ഒരു പഠനം ചിത്രം 9b-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. മെറ്റാസർഫേസ് ഉള്ളതും അല്ലാത്തതുമായ ആൻ്റിനയുടെ കാര്യക്ഷമത ഏതാണ്ട് തുല്യമാണെന്നത് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്. താഴ്ന്ന ആവൃത്തി ശ്രേണിയിൽ, ആൻ്റിന കാര്യക്ഷമത ചെറുതായി കുറയുന്നു. പരീക്ഷണാത്മകവും അനുകരിക്കപ്പെട്ടതുമായ നേട്ടവും കാര്യക്ഷമതയും നല്ല യോജിപ്പിലാണ്. എന്നിരുന്നാലും, നിർമ്മാണ വൈകല്യങ്ങൾ, അളക്കൽ സഹിഷ്ണുതകൾ, SMA പോർട്ട് കണക്ഷൻ നഷ്ടം, വയർ നഷ്ടം എന്നിവ കാരണം സിമുലേറ്റ് ചെയ്തതും പരീക്ഷിച്ചതുമായ ഫലങ്ങൾ തമ്മിൽ ചെറിയ വ്യത്യാസങ്ങളുണ്ട്. കൂടാതെ, ആൻ്റിനയും എംഎസ് റിഫ്ലക്ടറും നൈലോൺ സ്‌പെയ്‌സറുകൾക്കിടയിൽ സ്ഥിതിചെയ്യുന്നു, ഇത് സിമുലേഷൻ ഫലങ്ങളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ നിരീക്ഷിച്ച ഫലങ്ങളെ ബാധിക്കുന്ന മറ്റൊരു പ്രശ്‌നമാണ്.
ചിത്രം (എ) പൂർത്തിയാക്കിയ സിംഗിൾ ആൻ്റിനയും അതിൻ്റെ അനുബന്ധ ഘടകങ്ങളും കാണിക്കുന്നു. (ബി) നിയർ-ഫീൽഡ് മെഷർമെൻ്റ് സെറ്റപ്പ് (SATIMO).
(എ) മെറ്റാസർഫേസ് റിഫ്‌ളക്ടറുകൾ ഉപയോഗിച്ചുള്ള ആൻ്റിന എക്‌സിറ്റേഷൻ (CST STUDIO SUITE 2019). (ബി) MS ഇല്ലാതെയും ഉള്ളതുമായ ഒരൊറ്റ ആൻ്റിനയുടെ അനുകരണവും പരീക്ഷണാത്മകവുമായ പ്രതിഫലനങ്ങൾ.
(എ) നേടിയ നേട്ടത്തിൻ്റെയും (ബി) നിർദ്ദിഷ്ട മെറ്റാസർഫേസ് ഇഫക്റ്റ് ആൻ്റിനയുടെ മൊത്തത്തിലുള്ള കാര്യക്ഷമതയുടെയും സിമുലേഷൻ, മെഷർമെൻ്റ് ഫലങ്ങൾ.
MS ഉപയോഗിച്ച് ബീം പാറ്റേൺ വിശകലനം. യുകെഎം സാറ്റിമോ നിയർ ഫീൽഡ് സിസ്റ്റംസ് ലബോറട്ടറിയുടെ സാറ്റിമോ നിയർ ഫീൽഡ് എക്‌സ്‌പെരിമെൻ്റൽ എൻവയോൺമെൻ്റിൽ സിംഗിൾ ആൻ്റിന നിയർ-ഫീൽഡ് അളവുകൾ നടത്തി. MS ഉപയോഗിച്ചും അല്ലാതെയും നിർദ്ദിഷ്ട സിംഗിൾ ആൻ്റിനയ്ക്കായി 5.5 GHz-ൽ സിമുലേറ്റ് ചെയ്തതും നിരീക്ഷിച്ചതുമായ ഇ-പ്ലെയ്ൻ, എച്ച്-പ്ലെയ്ൻ റേഡിയേഷൻ പാറ്റേണുകൾ 10a, b കാണിക്കുന്നു. വികസിപ്പിച്ച സിംഗിൾ ആൻ്റിന (എംഎസ് ഇല്ലാതെ) സൈഡ് ലോബ് മൂല്യങ്ങളുള്ള സ്ഥിരമായ ദ്വിദിശ വികിരണ പാറ്റേൺ നൽകുന്നു. നിർദ്ദിഷ്ട MS റിഫ്ലക്ടർ പ്രയോഗിച്ചതിന് ശേഷം, ആൻ്റിന ഒരു ഏകദിശ റേഡിയേഷൻ പാറ്റേൺ നൽകുന്നു, കൂടാതെ ചിത്രം 10a, b ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ ബാക്ക് ലോബുകളുടെ അളവ് കുറയ്ക്കുന്നു. ഒരു കോപ്പർ ബാക്ക്‌പ്ലെയ്‌നുള്ള ഒരു മെറ്റാസർഫേസ് ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ, നിർദ്ദിഷ്ട സിംഗിൾ ആൻ്റിന റേഡിയേഷൻ പാറ്റേൺ കൂടുതൽ സ്ഥിരതയുള്ളതും വളരെ താഴ്ന്ന പുറകിലും വശങ്ങളിലുമുള്ള ലോബുകളുള്ള ഏകദിശയിലാണെന്നത് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്. നിർദിഷ്ട എംഎം അറേ റിഫ്ളക്ടർ ആൻ്റിനയുടെ പിൻഭാഗവും പാർശ്വഭാഗങ്ങളും കുറയ്ക്കുകയും റേഡിയേഷൻ പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും വൈദ്യുതധാരയെ ഏകദിശയിലുള്ള ദിശകളിലേക്ക് നയിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു (ചിത്രം 10 എ, ബി), അതുവഴി നേട്ടവും ദിശാബോധവും വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു. പരീക്ഷണാടിസ്ഥാനത്തിലുള്ള റേഡിയേഷൻ പാറ്റേൺ സിഎസ്ടി സിമുലേഷനുകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്താവുന്നതാണ്, എന്നാൽ വിവിധ അസംബിൾ ചെയ്ത ഘടകങ്ങളുടെ തെറ്റായ ക്രമീകരണം, അളവെടുക്കൽ സഹിഷ്ണുതകൾ, കേബിളിംഗ് നഷ്ടം എന്നിവ കാരണം ചെറിയ വ്യത്യാസമുണ്ട്. കൂടാതെ, ആൻ്റിനയ്ക്കും എംഎസ് റിഫ്ലക്ടറിനുമിടയിൽ ഒരു നൈലോൺ സ്‌പെയ്‌സർ ചേർത്തിട്ടുണ്ട്, ഇത് സംഖ്യാ ഫലങ്ങളുമായി താരതമ്യം ചെയ്യുമ്പോൾ നിരീക്ഷിച്ച ഫലങ്ങളെ ബാധിക്കുന്ന മറ്റൊരു പ്രശ്‌നമാണ്.
5.5 GHz ആവൃത്തിയിൽ വികസിപ്പിച്ച സിംഗിൾ ആൻ്റിനയുടെ (MS ഇല്ലാതെയും MS ഉപയോഗിച്ചും) റേഡിയേഷൻ പാറ്റേൺ അനുകരിക്കുകയും പരീക്ഷിക്കുകയും ചെയ്തു.
നിർദ്ദിഷ്ട MIMO ആൻ്റിന ജ്യാമിതി ചിത്രം 11 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു, അതിൽ നാല് ഒറ്റ ആൻ്റിനകൾ ഉൾപ്പെടുന്നു. MIMO ആൻ്റിനയുടെ നാല് ഘടകങ്ങൾ, ചിത്രം 11-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, 80 × 80 × 1.575 mm അളവുകളുള്ള ഒരു അടിവസ്ത്രത്തിൽ പരസ്പരം ഓർത്തോഗണായി ക്രമീകരിച്ചിരിക്കുന്നു. രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത MIMO ആൻ്റിനയ്ക്ക് 22 mm അന്തർ-ഘടക ദൂരമുണ്ട്, ഇത് 22 mm ആണ്. ആൻ്റിനയുടെ ഏറ്റവും അടുത്തുള്ള ഇൻ്റർ എലമെൻ്റ് ദൂരം. MIMO ആൻ്റിന വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു. കൂടാതെ, ഗ്രൗണ്ട് പ്ലെയിനിൻ്റെ ഒരു ഭാഗം ഒരൊറ്റ ആൻ്റിനയുടെ അതേ രീതിയിൽ സ്ഥിതിചെയ്യുന്നു. ചിത്രം 12a-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്ന MIMO ആൻ്റിനകളുടെ (S11, S22, S33, S44) പ്രതിഫലന മൂല്യങ്ങൾ, 3.2–7.6 GHz ബാൻഡിൽ പ്രതിധ്വനിക്കുന്ന സിംഗിൾ എലമെൻ്റ് ആൻ്റിനയുടെ അതേ സ്വഭാവം പ്രകടിപ്പിക്കുന്നു. അതിനാൽ, ഒരു MIMO ആൻ്റിനയുടെ ഇംപെഡൻസ് ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് ഒരൊറ്റ ആൻ്റിനയുടേതിന് തുല്യമാണ്. MIMO ഘടകങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള കപ്ലിംഗ് ഇഫക്റ്റാണ് MIMO ആൻ്റിനകളുടെ ചെറിയ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് നഷ്ടപ്പെടാനുള്ള പ്രധാന കാരണം. ചിത്രം 12b MIMO ഘടകങ്ങളിൽ പരസ്പര ബന്ധത്തിൻ്റെ പ്രഭാവം കാണിക്കുന്നു, ഇവിടെ MIMO ഘടകങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള ഒപ്റ്റിമൽ ഒറ്റപ്പെടൽ നിർണ്ണയിക്കപ്പെടുന്നു. ആൻ്റിനകൾ 1 നും 2 നും ഇടയിലുള്ള ഒറ്റപ്പെടൽ ഏറ്റവും താഴ്ന്നത് -13.6 dB ആണ്, കൂടാതെ ആൻ്റിന 1 നും 4 നും ഇടയിലുള്ള ഒറ്റപ്പെടൽ ഏറ്റവും ഉയർന്നത് -30.4 dB ആണ്. ചെറിയ വലിപ്പവും വിശാലമായ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്തും കാരണം, ഈ MIMO ആൻ്റിനയ്ക്ക് കുറഞ്ഞ നേട്ടവും കുറഞ്ഞ ത്രൂപുട്ടും ഉണ്ട്. ഇൻസുലേഷൻ കുറവാണ്, അതിനാൽ വർദ്ധിച്ച ശക്തിപ്പെടുത്തലും ഇൻസുലേഷനും ആവശ്യമാണ്;
നിർദ്ദിഷ്ട MIMO ആൻ്റിനയുടെ ഡിസൈൻ മെക്കാനിസം (എ) ടോപ്പ് വ്യൂ, (ബി) ഗ്രൗണ്ട് പ്ലെയിൻ. (CST സ്റ്റുഡിയോ സ്യൂട്ട് 2019).
നിർദ്ദിഷ്ട മെറ്റാസർഫേസ് MIMO ആൻ്റിനയുടെ ജ്യാമിതീയ ക്രമീകരണവും ഉത്തേജന രീതിയും ചിത്രം 13a-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. 80x80x1.575mm അളവുകളുള്ള ഒരു 10x10mm മാട്രിക്സ്, ചിത്രം 13a-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, 12mm ഉയരമുള്ള MIMO ആൻ്റിനയുടെ പിൻവശത്തിനായി രൂപകൽപ്പന ചെയ്‌തിരിക്കുന്നു. കൂടാതെ, ചെമ്പ് ബാക്ക്‌പ്ലെയ്‌നുകളുള്ള മെറ്റാസർഫേസുകൾ അവയുടെ പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനായി MIMO ആൻ്റിനകളിൽ ഉപയോഗിക്കാൻ ഉദ്ദേശിച്ചുള്ളതാണ്. ഉയർന്ന നേട്ടം കൈവരിക്കുന്നതിന് മെറ്റാസർഫേസും MIMO ആൻ്റിനയും തമ്മിലുള്ള ദൂരം നിർണായകമാണ്, അതേസമയം ആൻ്റിന സൃഷ്ടിക്കുന്ന തരംഗങ്ങളും മെറ്റാസർഫേസിൽ നിന്ന് പ്രതിഫലിക്കുന്ന തരംഗങ്ങളും തമ്മിൽ ക്രിയാത്മകമായ ഇടപെടൽ അനുവദിക്കുന്നു. MIMO ഘടകങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള പരമാവധി നേട്ടത്തിനും ഒറ്റപ്പെടലിനും ക്വാർട്ടർ-വേവ് മാനദണ്ഡങ്ങൾ നിലനിർത്തിക്കൊണ്ടുതന്നെ ആൻ്റിനയ്ക്കും മെറ്റാസർഫേസിനും ഇടയിലുള്ള ഉയരം ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നതിനായി വിപുലമായ മോഡലിംഗ് നടത്തി. ബാക്ക്‌പ്ലെയ്‌നുകളില്ലാത്ത മെറ്റാസർഫേസുകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ബാക്ക്‌പ്ലെയ്‌നുകളുള്ള മെറ്റാസർഫേസുകൾ ഉപയോഗിച്ച് MIMO ആൻ്റിന പ്രകടനത്തിലെ ഗണ്യമായ മെച്ചപ്പെടുത്തലുകൾ തുടർന്നുള്ള അധ്യായങ്ങളിൽ പ്രദർശിപ്പിക്കും.
(എ) MS (CST STUDIO SUITE 2019) ഉപയോഗിച്ച് നിർദ്ദിഷ്ട MIMO ആൻ്റിനയുടെ CST സിമുലേഷൻ സജ്ജീകരണം, (b) MS ഇല്ലാതെയും MS ഉപയോഗിച്ചും വികസിപ്പിച്ച MIMO സിസ്റ്റത്തിൻ്റെ പ്രതിഫലന കർവുകൾ.
മെറ്റാസർഫേസുകളുള്ളതും അല്ലാത്തതുമായ MIMO ആൻ്റിനകളുടെ പ്രതിഫലനങ്ങൾ ചിത്രം 13b-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു, MIMO സിസ്റ്റത്തിലെ എല്ലാ ആൻ്റിനകളുടെയും ഏതാണ്ട് സമാനമായ സ്വഭാവം കാരണം S11, S44 എന്നിവ അവതരിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു. ഒരു MIMO ആൻ്റിനയുടെ -10 dB ഇംപെഡൻസ് ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് ഒരൊറ്റ മെറ്റാസർഫേസ് ഇല്ലാതെയും ഉള്ളതും ഏതാണ്ട് തുല്യമാണെന്നത് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്. ഇതിനു വിപരീതമായി, നിർദിഷ്ട MIMO ആൻ്റിനയുടെ ഇംപെഡൻസ് ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് ഡ്യുവൽ-ലെയർ MS, ബാക്ക്പ്ലെയ്ൻ MS എന്നിവയാൽ മെച്ചപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു. MS ഇല്ലാതെ, MIMO ആൻ്റിന മധ്യ ആവൃത്തിയുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ 81.5% (3.2-7.6 GHz) ഫ്രാക്ഷണൽ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് നൽകുന്നു എന്നത് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്. ബാക്ക്‌പ്ലെയ്‌നുമായി MS സംയോജിപ്പിക്കുന്നത് നിർദ്ദിഷ്ട MIMO ആൻ്റിനയുടെ ഇംപെഡൻസ് ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് 86.3% (3.08–7.75 GHz) ആയി വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു. ഡ്യുവൽ-ലെയർ MS ത്രൂപുട്ട് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നുണ്ടെങ്കിലും, ഒരു കോപ്പർ ബാക്ക്‌പ്ലെയ്‌നുള്ള MS-നേക്കാൾ മെച്ചപ്പെടുത്തൽ കുറവാണ്. മാത്രമല്ല, ഒരു ഡ്യുവൽ-ലെയർ എംസി ആൻ്റിനയുടെ വലുപ്പം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും അതിൻ്റെ വില വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും അതിൻ്റെ പരിധി പരിമിതപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത MIMO ആൻ്റിനയും മെറ്റാസർഫേസ് റിഫ്‌ളക്ടറും സിമുലേഷൻ ഫലങ്ങൾ സാധൂകരിക്കുന്നതിനും യഥാർത്ഥ പ്രകടനം വിലയിരുത്തുന്നതിനും നിർമ്മിക്കുകയും പരിശോധിച്ചുറപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ചിത്രം 14a ഫാബ്രിക്കേറ്റഡ് MS ലെയറും MIMO ആൻ്റിനയും വിവിധ ഘടകങ്ങൾ കൂട്ടിച്ചേർക്കുന്നു, അതേസമയം ചിത്രം 14b വികസിപ്പിച്ച MIMO സിസ്റ്റത്തിൻ്റെ ഒരു ഫോട്ടോ കാണിക്കുന്നു. ചിത്രം 14b-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, നാല് നൈലോൺ സ്‌പെയ്‌സറുകൾ ഉപയോഗിച്ച് മെറ്റാസർഫേസിൻ്റെ മുകളിൽ MIMO ആൻ്റിന ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു. വികസിപ്പിച്ച MIMO ആൻ്റിന സിസ്റ്റത്തിൻ്റെ സമീപ-ഫീൽഡ് പരീക്ഷണാത്മക സജ്ജീകരണത്തിൻ്റെ ഒരു സ്നാപ്പ്ഷോട്ട് ചിത്രം 15a കാണിക്കുന്നു. ഒരു PNA നെറ്റ്‌വർക്ക് അനലൈസർ (Agilent Technologies PNA N5227A) സ്‌കറ്ററിംഗ് പാരാമീറ്ററുകൾ കണക്കാക്കുന്നതിനും UKM SATIMO നിയർ-ഫീൽഡ് സിസ്റ്റംസ് ലബോറട്ടറിയിൽ നിയർ-ഫീൽഡ് എമിഷൻ സവിശേഷതകൾ വിലയിരുത്തുന്നതിനും സ്വഭാവം കാണിക്കുന്നതിനും ഉപയോഗിച്ചു.
(a) SATIMO നിയർ-ഫീൽഡ് അളവുകളുടെ ഫോട്ടോകൾ (b) MS ഉള്ളതും അല്ലാത്തതുമായ S11 MIMO ആൻ്റിനയുടെ അനുകരണവും പരീക്ഷണാത്മകവുമായ വളവുകൾ.
നിർദിഷ്ട 5G MIMO ആൻ്റിനയുടെ സിമുലേറ്റ് ചെയ്തതും നിരീക്ഷിച്ചതുമായ S-പാരാമീറ്ററുകളുടെ താരതമ്യ പഠനം ഈ വിഭാഗം അവതരിപ്പിക്കുന്നു. ചിത്രം 15b സംയോജിത 4-ഘടക MIMO MS ആൻ്റിനയുടെ പരീക്ഷണാത്മക പ്രതിഫലന പ്ലോട്ട് കാണിക്കുകയും അത് CST സിമുലേഷൻ ഫലങ്ങളുമായി താരതമ്യം ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്നു. പരീക്ഷണാത്മക പ്രതിഫലനങ്ങൾ CST കണക്കുകൂട്ടലുകൾക്ക് സമാനമാണെന്ന് കണ്ടെത്തി, പക്ഷേ നിർമ്മാണ വൈകല്യങ്ങളും പരീക്ഷണാത്മക സഹിഷ്ണുതയും കാരണം അല്പം വ്യത്യസ്തമായിരുന്നു. കൂടാതെ, നിർദ്ദിഷ്ട MS-അധിഷ്ഠിത MIMO പ്രോട്ടോടൈപ്പിൻ്റെ നിരീക്ഷിച്ച പ്രതിഫലനം 6 GHz-ന് താഴെയുള്ള 5G സ്പെക്ട്രത്തെ 4.8 GHz-ൻ്റെ ഇംപെഡൻസ് ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് ഉൾക്കൊള്ളുന്നു, അതായത് 5G ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ സാധ്യമാണ്. എന്നിരുന്നാലും, അളന്ന അനുരണന ആവൃത്തി, ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത്, ആംപ്ലിറ്റ്യൂഡ് എന്നിവ CST സിമുലേഷൻ ഫലങ്ങളിൽ നിന്ന് അല്പം വ്യത്യസ്തമാണ്. നിർമ്മാണ വൈകല്യങ്ങൾ, കോക്‌സ്-ടു-എസ്എംഎ കപ്ലിംഗ് നഷ്ടങ്ങൾ, ഔട്ട്‌ഡോർ മെഷർമെൻ്റ് സജ്ജീകരണങ്ങൾ എന്നിവ അളന്നതും അനുകരിച്ചതുമായ ഫലങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള വ്യത്യാസത്തിന് കാരണമാകും. എന്നിരുന്നാലും, ഈ പോരായ്മകൾക്കിടയിലും, നിർദ്ദിഷ്ട MIMO മികച്ച പ്രകടനം കാഴ്ചവയ്ക്കുന്നു, സിമുലേഷനുകളും അളവുകളും തമ്മിൽ ശക്തമായ കരാർ നൽകുന്നു, ഇത് സബ്-6 GHz 5G വയർലെസ് ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് അനുയോജ്യമാണ്.
സിമുലേറ്റ് ചെയ്തതും നിരീക്ഷിച്ചതുമായ MIMO ആൻ്റിന നേട്ടം കർവുകൾ ചിത്രം 2, 2 എന്നിവയിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. യഥാക്രമം 16a,b, 17a,b എന്നിവയിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, MIMO ഘടകങ്ങളുടെ പരസ്പര ഇടപെടൽ കാണിക്കുന്നു. MIMO ആൻ്റിനകളിൽ മെറ്റാസർഫേസുകൾ പ്രയോഗിക്കുമ്പോൾ, MIMO ആൻ്റിനകൾ തമ്മിലുള്ള ഒറ്റപ്പെടൽ ഗണ്യമായി മെച്ചപ്പെടുന്നു. തൊട്ടടുത്തുള്ള ആൻ്റിന മൂലകങ്ങളായ S12, S14, S23, S34 എന്നിവയ്‌ക്കിടയിലുള്ള ഐസൊലേഷൻ പ്ലോട്ടുകൾ സമാനമായ വളവുകൾ കാണിക്കുന്നു, അതേസമയം ഡയഗണൽ MIMO ആൻ്റിനകളായ S13, S42 എന്നിവയ്‌ക്കിടയിലുള്ള വലിയ അകലം കാരണം സമാനമായ ഉയർന്ന ഒറ്റപ്പെടൽ കാണിക്കുന്നു. തൊട്ടടുത്തുള്ള ആൻ്റിനകളുടെ സിമുലേറ്റഡ് ട്രാൻസ്മിഷൻ സവിശേഷതകൾ ചിത്രം 16a-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. 6 GHz-ന് താഴെയുള്ള 5G ഓപ്പറേറ്റിംഗ് സ്പെക്‌ട്രത്തിൽ, ഒരു മെറ്റാസർഫേസ് ഇല്ലാത്ത MIMO ആൻ്റിനയുടെ ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ ഒറ്റപ്പെടൽ -13.6 dB ആണ്, കൂടാതെ ഒരു ബാക്ക്‌പ്ലെയ്‌നുള്ള ഒരു മെറ്റാസർഫേസിന് - 15.5 dB ആണ് എന്നത് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്. സിംഗിൾ-ഡബിൾ-ലെയർ മെറ്റാസർഫേസുകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ബാക്ക്പ്ലെയ്ൻ മെറ്റാസർഫേസ് MIMO ആൻ്റിന ഘടകങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള ഒറ്റപ്പെടലിനെ ഗണ്യമായി മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നുവെന്ന് ഗെയിൻ പ്ലോട്ട് (ചിത്രം 16a) കാണിക്കുന്നു. തൊട്ടടുത്തുള്ള ആൻ്റിന ഘടകങ്ങളിൽ, സിംഗിൾ-ഡബിൾ-ലെയർ മെറ്റാസർഫേസുകൾ ഏകദേശം -13.68 dB, -14.78 dB എന്നിവയുടെ ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ ഒറ്റപ്പെടൽ നൽകുന്നു, കൂടാതെ കോപ്പർ ബാക്ക്പ്ലെയ്ൻ മെറ്റാസർഫേസ് ഏകദേശം -15.5 dB നൽകുന്നു.
MS ലെയർ കൂടാതെ MS ലെയർ ഉള്ള MIMO മൂലകങ്ങളുടെ സിമുലേറ്റഡ് ഐസൊലേഷൻ കർവുകൾ: (a) S12, S14, S34, S32, (b) S13, S24.
MS-അധിഷ്ഠിത MIMO ആൻ്റിനകളുടെ പരീക്ഷണാത്മക നേട്ട കർവുകൾ കൂടാതെ: (a) S12, S14, S34, S32, (b) S13, S24 എന്നിവ.
MS ലെയർ ചേർക്കുന്നതിന് മുമ്പും ശേഷവും MIMO ഡയഗണൽ ആൻ്റിന പ്ലോട്ടുകൾ ചിത്രം 16b-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. ഒരു മെറ്റാസർഫേസ് ഇല്ലാത്ത ഡയഗണൽ ആൻ്റിനകൾ തമ്മിലുള്ള ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ ഒറ്റപ്പെടൽ (ആൻ്റിനകൾ 1 ഉം 3 ഉം) - ഓപ്പറേറ്റിംഗ് സ്പെക്ട്രത്തിലുടനീളം - 15.6 dB ആണ്, ഒരു ബാക്ക്പ്ലെയ്ൻ ഉള്ള ഒരു മെറ്റാസർഫേസ് - 18 dB ആണ് എന്നത് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്. മെറ്റാസർഫേസ് സമീപനം ഡയഗണൽ MIMO ആൻ്റിനകൾ തമ്മിലുള്ള കപ്ലിംഗ് ഇഫക്റ്റുകൾ ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കുന്നു. ഒറ്റ-പാളി മെറ്റാസർഫേസിൻ്റെ പരമാവധി ഇൻസുലേഷൻ -37 dB ആണ്, അതേസമയം ഇരട്ട-പാളി മെറ്റാസർഫേസിന് ഈ മൂല്യം -47 dB ആയി കുറയുന്നു. ഒരു ചെമ്പ് ബാക്ക്പ്ലെയ്ൻ ഉപയോഗിച്ച് മെറ്റാസർഫേസിൻ്റെ പരമാവധി ഒറ്റപ്പെടൽ -36.2 dB ആണ്, ഇത് ആവൃത്തി ശ്രേണി വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് കുറയുന്നു. ബാക്ക്‌പ്ലെയ്‌നില്ലാത്ത സിംഗിൾ-ഡബിൾ-ലെയർ മെറ്റാസർഫേസുകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ബാക്ക്‌പ്ലെയ്‌നോടുകൂടിയ മെറ്റാസർഫേസുകൾ ആവശ്യമായ മുഴുവൻ ഓപ്പറേറ്റിംഗ് ഫ്രീക്വൻസി ശ്രേണിയിലും മികച്ച ഐസൊലേഷൻ നൽകുന്നു, പ്രത്യേകിച്ച് 6 GHz-ൽ താഴെയുള്ള 5G ശ്രേണിയിൽ, ചിത്രം 16a, b-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നത് പോലെ. 6 GHz (3.5 GHz) ന് താഴെയുള്ള ഏറ്റവും ജനപ്രിയവും വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നതുമായ 5G ബാൻഡിൽ, ചെമ്പ് ബാക്ക്‌പ്ലെയ്‌നുകളുള്ള മെറ്റാസർഫേസുകളേക്കാൾ (ഏതാണ്ട് MS ഇല്ല) (ചിത്രം 16a കാണുക), b) സിംഗിൾ-ഡ്യുവൽ-ലെയർ മെറ്റാസർഫേസുകൾക്ക് MIMO ഘടകങ്ങൾക്കിടയിൽ കുറഞ്ഞ ഒറ്റപ്പെടലുണ്ട്. യഥാക്രമം അടുത്തുള്ള ആൻ്റിനകളുടെയും (S12, S14, S34, S32) ഡയഗണൽ ആൻ്റിനകളുടെയും (S24, S13) ഐസൊലേഷൻ കാണിക്കുന്ന കണക്കുകൾ 17a, b എന്നിവയിൽ നേട്ടത്തിൻ്റെ അളവുകൾ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. ഈ കണക്കുകളിൽ നിന്ന് കാണാൻ കഴിയുന്നതുപോലെ (ചിത്രം 17 എ, ബി), MIMO ഘടകങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള പരീക്ഷണാത്മക ഒറ്റപ്പെടൽ അനുകരണീയമായ ഒറ്റപ്പെടലുമായി നന്നായി യോജിക്കുന്നു. നിർമ്മാണ വൈകല്യങ്ങൾ, SMA പോർട്ട് കണക്ഷനുകൾ, വയർ നഷ്ടങ്ങൾ എന്നിവ കാരണം സിമുലേറ്റ് ചെയ്തതും അളന്നതുമായ CST മൂല്യങ്ങൾ തമ്മിൽ ചെറിയ വ്യത്യാസങ്ങൾ ഉണ്ടെങ്കിലും. കൂടാതെ, ആൻ്റിനയും എംഎസ് റിഫ്ലക്ടറും നൈലോൺ സ്‌പെയ്‌സറുകൾക്കിടയിൽ സ്ഥിതിചെയ്യുന്നു, ഇത് സിമുലേഷൻ ഫലങ്ങളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ നിരീക്ഷിച്ച ഫലങ്ങളെ ബാധിക്കുന്ന മറ്റൊരു പ്രശ്‌നമാണ്.
ഉപരിതല തരംഗത്തെ അടിച്ചമർത്തലിലൂടെ പരസ്പര ബന്ധനം കുറയ്ക്കുന്നതിൽ മെറ്റാസർഫേസുകളുടെ പങ്ക് യുക്തിസഹമാക്കുന്നതിന് 5.5 GHz-ൽ ഉപരിതല കറൻ്റ് ഡിസ്ട്രിബ്യൂഷൻ പഠിച്ചു. നിർദ്ദിഷ്ട MIMO ആൻ്റിനയുടെ ഉപരിതല കറൻ്റ് ഡിസ്ട്രിബ്യൂഷൻ ചിത്രം 18-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു, അവിടെ ആൻ്റിന 1 ഓടിക്കുകയും ബാക്കിയുള്ള ആൻ്റിന 50 ഓം ലോഡ് ഉപയോഗിച്ച് അവസാനിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ആൻ്റിന 1 ഊർജ്ജിതമാക്കുമ്പോൾ, ചിത്രം 18a-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ഒരു മെറ്റാസർഫേസിൻ്റെ അഭാവത്തിൽ 5.5 GHz-ൽ തൊട്ടടുത്തുള്ള ആൻ്റിനകളിൽ കാര്യമായ മ്യൂച്വൽ കപ്ലിംഗ് വൈദ്യുതധാരകൾ ദൃശ്യമാകും. നേരെമറിച്ച്, ചിത്രം 18b-d ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, മെറ്റാസർഫേസുകളുടെ ഉപയോഗത്തിലൂടെ, അടുത്തുള്ള ആൻ്റിനകൾ തമ്മിലുള്ള ഒറ്റപ്പെടൽ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു. യൂണിറ്റ് സെല്ലുകളുടെ തൊട്ടടുത്ത വളയങ്ങളിലേക്കും എംഎസ് ലെയറിനോട് ചേർന്നുള്ള എംഎസ് യൂണിറ്റ് സെല്ലുകളിലേക്കും ആൻറിപാരലൽ ദിശകളിലേക്ക് കപ്ലിംഗ് കറൻ്റ് പ്രചരിപ്പിക്കുന്നതിലൂടെ അടുത്തുള്ള ഫീൽഡുകൾ പരസ്പരം ബന്ധിപ്പിക്കുന്നതിൻ്റെ പ്രഭാവം കുറയ്ക്കാൻ കഴിയുമെന്നത് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്. MIMO ഘടകങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള ഒറ്റപ്പെടൽ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനുള്ള ഒരു പ്രധാന രീതിയാണ് വിതരണം ചെയ്ത ആൻ്റിനകളിൽ നിന്ന് MS യൂണിറ്റുകളിലേക്ക് കറൻ്റ് കുത്തിവയ്ക്കുന്നത്. തൽഫലമായി, MIMO ഘടകങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള കപ്ലിംഗ് കറൻ്റ് വളരെ കുറയുന്നു, കൂടാതെ ഒറ്റപ്പെടലും വളരെയധികം മെച്ചപ്പെടുന്നു. മൂലകത്തിൽ കപ്ലിംഗ് ഫീൽഡ് വ്യാപകമായി വിതരണം ചെയ്യപ്പെടുന്നതിനാൽ, കോപ്പർ ബാക്ക്പ്ലെയ്ൻ മെറ്റാസർഫേസ് സിംഗിൾ-ഡബിൾ-ലെയർ മെറ്റാസർഫേസുകളേക്കാൾ MIMO ആൻ്റിന അസംബ്ലിയെ വേർതിരിക്കുന്നു (ചിത്രം 18d). മാത്രമല്ല, വികസിപ്പിച്ച MIMO ആൻ്റിനയ്ക്ക് വളരെ കുറഞ്ഞ ബാക്ക്‌പ്രൊപഗേഷനും സൈഡ് പ്രൊപ്പഗേഷനും ഉണ്ട്, ഇത് ഒരു ഏകദിശ റേഡിയേഷൻ പാറ്റേൺ ഉണ്ടാക്കുന്നു, അതുവഴി നിർദ്ദിഷ്ട MIMO ആൻ്റിനയുടെ നേട്ടം വർദ്ധിക്കുന്നു.
MC ഇല്ലാതെ 5.5 GHz (a) യിൽ നിർദ്ദിഷ്ട MIMO ആൻ്റിനയുടെ ഉപരിതല കറൻ്റ് പാറ്റേണുകൾ, (b) സിംഗിൾ-ലെയർ MC, (c) ഇരട്ട-പാളി MC, (d) ചെമ്പ് ബാക്ക്‌പ്ലെയ്‌നോടുകൂടിയ സിംഗിൾ-ലെയർ MC. (CST സ്റ്റുഡിയോ സ്യൂട്ട് 2019).
പ്രവർത്തന ആവൃത്തിക്കുള്ളിൽ, മെറ്റാസർഫേസുകളില്ലാതെയും അല്ലാതെയും രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത MIMO ആൻ്റിനയുടെ അനുകരണവും നിരീക്ഷിച്ച നേട്ടങ്ങളും ചിത്രം 19a കാണിക്കുന്നു. ചിത്രം 19a-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, മെറ്റാസർഫേസ് ഇല്ലാതെ MIMO ആൻ്റിനയുടെ അനുകരണ നേട്ടം 5.4 dBi ആണ്. MIMO ഘടകങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള മ്യൂച്വൽ കപ്ലിംഗ് പ്രഭാവം കാരണം, നിർദ്ദിഷ്ട MIMO ആൻ്റിന യഥാർത്ഥത്തിൽ ഒരൊറ്റ ആൻ്റിനയേക്കാൾ 0.25 dBi ഉയർന്ന നേട്ടം കൈവരിക്കുന്നു. മെറ്റാസർഫേസുകളുടെ കൂട്ടിച്ചേർക്കൽ MIMO ഘടകങ്ങൾക്കിടയിൽ കാര്യമായ നേട്ടങ്ങളും ഒറ്റപ്പെടലും നൽകും. അങ്ങനെ, നിർദ്ദിഷ്ട മെറ്റാസർഫേസ് MIMO ആൻ്റിനയ്ക്ക് 8.3 dBi വരെ ഉയർന്ന നേട്ടം കൈവരിക്കാൻ കഴിയും. ചിത്രം 19a-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, MIMO ആൻ്റിനയുടെ പിൻഭാഗത്ത് ഒരൊറ്റ മെറ്റാസർഫേസ് ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ, നേട്ടം 1.4 dBi വർദ്ധിക്കുന്നു. മെറ്റാസർഫേസ് ഇരട്ടിയാക്കുമ്പോൾ, ചിത്രം 19a-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, നേട്ടം 2.1 dBi വർദ്ധിക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഒരു ചെമ്പ് ബാക്ക്‌പ്ലെയ്‌നിനൊപ്പം മെറ്റാസർഫേസ് ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ പ്രതീക്ഷിക്കുന്ന പരമാവധി നേട്ടം 8.3 dBi കൈവരിക്കാനാകും. ശ്രദ്ധേയമായി, സിംഗിൾ-ലെയർ, ഡബിൾ-ലെയർ മെറ്റാസർഫേസുകൾക്ക് ലഭിച്ച പരമാവധി നേട്ടം യഥാക്രമം 6.8 dBi, 7.5 dBi ആണ്, അതേസമയം താഴത്തെ പാളി മെറ്റാസർഫേസിന് നേടിയ പരമാവധി നേട്ടം 8.3 dBi ആണ്. ആൻ്റിനയുടെ പിൻവശത്തുള്ള മെറ്റാസർഫേസ് ലെയർ ഒരു പ്രതിഫലനമായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു, ആൻ്റിനയുടെ പിൻവശത്ത് നിന്നുള്ള വികിരണം പ്രതിഫലിപ്പിക്കുകയും രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത MIMO ആൻ്റിനയുടെ ഫ്രണ്ട്-ടു-ബാക്ക് (F/B) അനുപാതം മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. കൂടാതെ, ഉയർന്ന ഇംപെഡൻസ് MS റിഫ്ളക്ടർ വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗങ്ങളെ ഘട്ടംഘട്ടമായി കൈകാര്യം ചെയ്യുന്നു, അതുവഴി അധിക അനുരണനം സൃഷ്ടിക്കുകയും നിർദ്ദിഷ്ട MIMO ആൻ്റിനയുടെ റേഡിയേഷൻ പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. MIMO ആൻ്റിനയ്ക്ക് പിന്നിൽ ഇൻസ്റ്റാൾ ചെയ്തിരിക്കുന്ന MS റിഫ്ലക്ടർ, പരീക്ഷണ ഫലങ്ങളാൽ സ്ഥിരീകരിക്കപ്പെട്ട നേട്ടം ഗണ്യമായി വർദ്ധിപ്പിക്കും. വികസിപ്പിച്ച പ്രോട്ടോടൈപ്പ് MIMO ആൻ്റിനയുടെ നിരീക്ഷിച്ചതും അനുകരിക്കപ്പെട്ടതുമായ നേട്ടങ്ങൾ ഏതാണ്ട് സമാനമാണ്, എന്നിരുന്നാലും, ചില ആവൃത്തികളിൽ അളന്ന നേട്ടം സിമുലേറ്റഡ് നേട്ടത്തേക്കാൾ കൂടുതലാണ്, പ്രത്യേകിച്ച് MS ഇല്ലാത്ത MIMO-യ്ക്ക്; നൈലോൺ പാഡുകളുടെ അളവെടുപ്പ് സഹിഷ്ണുത, കേബിൾ നഷ്ടം, ആൻ്റിന സിസ്റ്റത്തിലെ കപ്ലിംഗ് എന്നിവയാണ് പരീക്ഷണാത്മക നേട്ടത്തിലെ ഈ വ്യതിയാനങ്ങൾക്ക് കാരണം. മെറ്റാസർഫേസ് ഇല്ലാത്ത MIMO ആൻ്റിനയുടെ പരമാവധി അളന്ന നേട്ടം 5.8 dBi ആണ്, അതേസമയം ഒരു കോപ്പർ ബാക്ക്‌പ്ലെയ്‌നുള്ള മെറ്റാസർഫേസ് 8.5 dBi ആണ്. എംഎസ് റിഫ്‌ളക്ടറോടുകൂടിയ നിർദ്ദിഷ്ട 4-പോർട്ട് MIMO ആൻ്റിന സിസ്റ്റം പരീക്ഷണാത്മകവും സംഖ്യാപരവുമായ സാഹചര്യങ്ങളിൽ ഉയർന്ന നേട്ടം കാണിക്കുന്നു എന്നത് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്.
(എ) നേടിയ നേട്ടത്തിൻ്റെ സിമുലേഷനും പരീക്ഷണ ഫലങ്ങളും (ബി) മെറ്റാസർഫേസ് ഇഫക്റ്റോടുകൂടിയ നിർദ്ദിഷ്ട MIMO ആൻ്റിനയുടെ മൊത്തത്തിലുള്ള പ്രകടനവും.
മെറ്റാസർഫേസ് റിഫ്‌ളക്ടറുകളില്ലാതെയും അല്ലാതെയും നിർദ്ദിഷ്ട MIMO സിസ്റ്റത്തിൻ്റെ മൊത്തത്തിലുള്ള പ്രകടനം ചിത്രം 19b കാണിക്കുന്നു. ചിത്രം 19b-ൽ, ബാക്ക്‌പ്ലെയ്‌നിനൊപ്പം MS ഉപയോഗിക്കുന്ന ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ കാര്യക്ഷമത 73%-ൽ കൂടുതലാണ് (84% വരെ). MC ഇല്ലാതെയും MC ഉപയോഗിച്ചും വികസിപ്പിച്ച MIMO ആൻ്റിനകളുടെ മൊത്തത്തിലുള്ള കാര്യക്ഷമത സിമുലേറ്റഡ് മൂല്യങ്ങളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ചെറിയ വ്യത്യാസങ്ങളിൽ ഏതാണ്ട് സമാനമാണ്. മെഷർമെൻ്റ് ടോളറൻസുകളും ആൻ്റിനയ്ക്കും എംഎസ് റിഫ്ലക്ടറിനും ഇടയിലുള്ള സ്‌പെയ്‌സറുകളുടെ ഉപയോഗവുമാണ് ഇതിൻ്റെ കാരണങ്ങൾ. മുഴുവൻ ആവൃത്തിയിലും അളന്ന നേട്ടവും മൊത്തത്തിലുള്ള കാര്യക്ഷമതയും സിമുലേഷൻ ഫലങ്ങളുമായി ഏതാണ്ട് സമാനമാണ്, ഇത് നിർദിഷ്ട MIMO പ്രോട്ടോടൈപ്പിൻ്റെ പ്രകടനം പ്രതീക്ഷിച്ചതുപോലെയാണെന്നും ശുപാർശ ചെയ്യുന്ന MS-അടിസ്ഥാനത്തിലുള്ള MIMO ആൻ്റിന 5G ആശയവിനിമയങ്ങൾക്ക് അനുയോജ്യമാണെന്നും സൂചിപ്പിക്കുന്നു. പരീക്ഷണാത്മക പഠനങ്ങളിലെ പിശകുകൾ കാരണം, ലബോറട്ടറി പരീക്ഷണങ്ങളുടെ മൊത്തത്തിലുള്ള ഫലങ്ങളും സിമുലേഷനുകളുടെ ഫലങ്ങളും തമ്മിൽ വ്യത്യാസങ്ങൾ നിലനിൽക്കുന്നു. ആൻ്റിനയും എസ്എംഎ കണക്ടറും തമ്മിലുള്ള ഇംപെഡൻസ് പൊരുത്തക്കേട്, കോക്‌സിയൽ കേബിൾ സ്‌പ്ലൈസ് നഷ്ടങ്ങൾ, സോൾഡറിംഗ് ഇഫക്റ്റുകൾ, പരീക്ഷണാത്മക സജ്ജീകരണത്തിലേക്കുള്ള വിവിധ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളുടെ സാമീപ്യം എന്നിവ നിർദ്ദിഷ്ട പ്രോട്ടോടൈപ്പിൻ്റെ പ്രകടനത്തെ ബാധിക്കുന്നു.
ഒരു ബ്ലോക്ക് ഡയഗ്രാമിൻ്റെ രൂപത്തിൽ പറഞ്ഞ ആൻ്റിനയുടെ രൂപകൽപ്പനയും ഒപ്റ്റിമൈസേഷൻ പുരോഗതിയും ചിത്രം 20 വിവരിക്കുന്നു. ഈ ബ്ലോക്ക് ഡയഗ്രം നിർദ്ദിഷ്ട MIMO ആൻ്റിന ഡിസൈൻ തത്വങ്ങളുടെ ഒരു ഘട്ടം ഘട്ടമായുള്ള വിവരണം നൽകുന്നു, കൂടാതെ വിശാലമായ പ്രവർത്തന ആവൃത്തിയിൽ ആവശ്യമായ ഉയർന്ന നേട്ടവും ഉയർന്ന ഒറ്റപ്പെടലും നേടുന്നതിന് ആൻ്റിന ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നതിൽ പ്രധാന പങ്ക് വഹിക്കുന്ന പാരാമീറ്ററുകൾ.
UKM SATIMO നിയർ-ഫീൽഡ് സിസ്റ്റംസ് ലബോറട്ടറിയിലെ SATIMO നിയർ-ഫീൽഡ് എക്സ്പിരിമെൻ്റൽ എൻവയോൺമെൻ്റിൽ ഫീൽഡിന് സമീപമുള്ള MIMO ആൻ്റിന അളവുകൾ അളന്നു. 5.5 GHz ൻ്റെ പ്രവർത്തന ആവൃത്തിയിൽ MS ഉപയോഗിച്ചും അല്ലാതെയും ക്ലെയിം ചെയ്ത MIMO ആൻ്റിനയുടെ സിമുലേറ്റ് ചെയ്തതും നിരീക്ഷിച്ചതുമായ ഇ-പ്ലെയ്ൻ, എച്ച്-പ്ലെയ്ൻ റേഡിയേഷൻ പാറ്റേണുകൾ 21a,b ചിത്രീകരിക്കുന്നു. 5.5 ജിഗാഹെർട്‌സിൻ്റെ പ്രവർത്തന ആവൃത്തി ശ്രേണിയിൽ, വികസിപ്പിച്ച നോൺ-എംഎസ് എംഐഎംഒ ആൻ്റിന സൈഡ് ലോബ് മൂല്യങ്ങളുള്ള സ്ഥിരമായ ദ്വിദിശ റേഡിയേഷൻ പാറ്റേൺ നൽകുന്നു. MS റിഫ്ലക്ടർ പ്രയോഗിച്ചതിന് ശേഷം, ആൻ്റിന ഒരു ഏകദിശ റേഡിയേഷൻ പാറ്റേൺ നൽകുന്നു, കൂടാതെ ചിത്രം 21a, b-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ബാക്ക് ലോബുകളുടെ അളവ് കുറയ്ക്കുന്നു. ഒരു കോപ്പർ ബാക്ക്‌പ്ലെയ്‌നുള്ള ഒരു മെറ്റാസർഫേസ് ഉപയോഗിക്കുന്നതിലൂടെ, നിർദ്ദിഷ്ട MIMO ആൻ്റിന പാറ്റേൺ MS ഇല്ലാത്തതിനേക്കാൾ സ്ഥിരവും ഏകപക്ഷീയവുമാണ്, വളരെ താഴ്ന്ന പുറകിലും വശങ്ങളിലും ഉള്ളതാണ് എന്നത് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്. നിർദ്ദിഷ്ട എംഎം അറേ റിഫ്‌ളക്‌റ്റർ ആൻ്റിനയുടെ പിൻഭാഗവും പാർശ്വഭാഗങ്ങളും കുറയ്ക്കുകയും വൈദ്യുതധാരയെ ഏകദിശയിലുള്ള ദിശയിലേക്ക് നയിക്കുന്നതിലൂടെ റേഡിയേഷൻ സവിശേഷതകൾ മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു (ചിത്രം 21 എ, ബി), അതുവഴി നേട്ടവും ദിശാബോധവും വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു. ശേഷിക്കുന്ന തുറമുഖങ്ങളുമായി ബന്ധിപ്പിച്ചിട്ടുള്ള 50 ഓം ലോഡ് ഉപയോഗിച്ച് പോർട്ട് 1 ന് അളന്ന റേഡിയേഷൻ പാറ്റേൺ ലഭിച്ചു. പരീക്ഷണാത്മക റേഡിയേഷൻ പാറ്റേൺ സിഎസ്ടി അനുകരിച്ചതിന് സമാനമാണെന്ന് നിരീക്ഷിച്ചു, എന്നിരുന്നാലും ഘടകങ്ങളുടെ തെറ്റായ ക്രമീകരണം, ടെർമിനൽ പോർട്ടുകളിൽ നിന്നുള്ള പ്രതിഫലനങ്ങൾ, കേബിൾ കണക്ഷനുകളിലെ നഷ്ടം എന്നിവ കാരണം ചില വ്യതിയാനങ്ങൾ ഉണ്ടായിട്ടുണ്ട്. കൂടാതെ, ആൻ്റിനയ്ക്കും എംഎസ് റിഫ്ലക്ടറിനും ഇടയിൽ ഒരു നൈലോൺ സ്‌പെയ്‌സർ ചേർത്തിട്ടുണ്ട്, ഇത് പ്രവചിച്ച ഫലങ്ങളുമായി താരതമ്യം ചെയ്യുമ്പോൾ നിരീക്ഷിച്ച ഫലങ്ങളെ ബാധിക്കുന്ന മറ്റൊരു പ്രശ്‌നമാണ്.
5.5 GHz ആവൃത്തിയിൽ വികസിപ്പിച്ച MIMO ആൻ്റിനയുടെ റേഡിയേഷൻ പാറ്റേൺ (MS കൂടാതെ MS കൂടാതെ) അനുകരിക്കുകയും പരീക്ഷിക്കുകയും ചെയ്തു.
MIMO സിസ്റ്റങ്ങളുടെ പ്രകടനം വിലയിരുത്തുമ്പോൾ പോർട്ട് ഐസൊലേഷനും അതിൻ്റെ അനുബന്ധ സവിശേഷതകളും അത്യന്താപേക്ഷിതമാണ് എന്നത് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്. എൻവലപ്പ് കോറിലേഷൻ കോഫിഫിഷ്യൻ്റ് (ഇസിസി), ഡൈവേഴ്‌സിറ്റി ഗെയിൻ (ഡിജി) എന്നിവയുൾപ്പെടെ നിർദ്ദിഷ്ട MIMO സിസ്റ്റത്തിൻ്റെ വൈവിധ്യമാർന്ന പ്രകടനം രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത MIMO ആൻ്റിന സിസ്റ്റത്തിൻ്റെ കരുത്തുറ്റത വ്യക്തമാക്കുന്നതിന് പരിശോധിക്കുന്നു. ഒരു MIMO ആൻ്റിനയുടെ ECC, DG എന്നിവ ഒരു MIMO സിസ്റ്റത്തിൻ്റെ പ്രകടനത്തിൻ്റെ പ്രധാന വശങ്ങളായതിനാൽ അതിൻ്റെ പ്രകടനം വിലയിരുത്താൻ ഉപയോഗിക്കാം. ഇനിപ്പറയുന്ന വിഭാഗങ്ങൾ നിർദ്ദിഷ്ട MIMO ആൻ്റിനയുടെ ഈ സവിശേഷതകൾ വിശദീകരിക്കും.
എൻവലപ്പ് കോറിലേഷൻ കോഫിഫിഷ്യൻ്റ് (ഇസിസി). ഏതെങ്കിലും MIMO സിസ്റ്റം പരിഗണിക്കുമ്പോൾ, ഘടക ഘടകങ്ങൾ അവയുടെ നിർദ്ദിഷ്ട ഗുണങ്ങളുമായി ബന്ധപ്പെട്ട് എത്രത്തോളം പരസ്പരം ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നുവെന്ന് ECC നിർണ്ണയിക്കുന്നു. അങ്ങനെ, ഒരു വയർലെസ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ നെറ്റ്‌വർക്കിലെ ചാനൽ ഒറ്റപ്പെടലിൻ്റെ അളവ് ECC കാണിക്കുന്നു. വികസിപ്പിച്ച MIMO സിസ്റ്റത്തിൻ്റെ ECC (എൻവലപ്പ് കോറിലേഷൻ കോഫിഫിഷ്യൻ്റ്) എസ്-പാരാമീറ്ററുകളും ഫാർ-ഫീൽഡ് എമിഷനും അടിസ്ഥാനമാക്കി നിർണ്ണയിക്കാനാകും. സമവാക്യത്തിൽ നിന്ന്. (7) കൂടാതെ (8) നിർദിഷ്ട MIMO ആൻ്റിന 31 ൻ്റെ ECC നിർണ്ണയിക്കാവുന്നതാണ്.
പ്രതിഫലന ഗുണകത്തെ Sii പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു, കൂടാതെ Sij പ്രക്ഷേപണ ഗുണകത്തെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു. j-th, i-th ആൻ്റിനകളുടെ ത്രിമാന റേഡിയേഷൻ പാറ്റേണുകൾ \(\vec{R}_{j} \left( {\theta ,\varphi } \right)\) കൂടാതെ \( \vec {{R_{ i } }} ഖരകോണിനെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നത് \ഇടത്( {\theta ,\varphi } \right)\) ഒപ്പം \({\Omega }\). നിർദ്ദിഷ്ട ആൻ്റിനയുടെ ECC വക്രം ചിത്രം 22a-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു, അതിൻ്റെ മൂല്യം 0.004-ൽ താഴെയാണ്, ഇത് വയർലെസ് സിസ്റ്റത്തിന് സ്വീകാര്യമായ 0.5 മൂല്യത്തേക്കാൾ വളരെ താഴെയാണ്. അതിനാൽ, കുറഞ്ഞ ECC മൂല്യം അർത്ഥമാക്കുന്നത് നിർദ്ദിഷ്ട 4-പോർട്ട് MIMO സിസ്റ്റം മികച്ച വൈവിധ്യം നൽകുന്നു എന്നാണ്.
ഡൈവേഴ്‌സിറ്റി ഗെയിൻ (ഡിജി) ഡിജി എന്നത് മറ്റൊരു MIMO സിസ്റ്റം പെർഫോമൻസ് മെട്രിക് ആണ്, അത് ഡൈവേഴ്‌സിറ്റി സ്കീം റേഡിയേറ്റഡ് പവറിനെ എങ്ങനെ ബാധിക്കുന്നുവെന്ന് വിവരിക്കുന്നു. 31-ൽ വിവരിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, വികസിപ്പിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്ന MIMO ആൻ്റിന സിസ്റ്റത്തിൻ്റെ ഡിജിയെ ബന്ധം (9) നിർണ്ണയിക്കുന്നു.
ചിത്രം 22b നിർദിഷ്ട MIMO സിസ്റ്റത്തിൻ്റെ DG ഡയഗ്രം കാണിക്കുന്നു, അവിടെ DG മൂല്യം 10 dB ന് വളരെ അടുത്താണ്. രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത MIMO സിസ്റ്റത്തിൻ്റെ എല്ലാ ആൻ്റിനകളുടെയും DG മൂല്യങ്ങൾ 9.98 dB കവിയുന്നു.
ഈയിടെ വികസിപ്പിച്ച സമാന MIMO സിസ്റ്റങ്ങളുമായി നിർദ്ദിഷ്ട മെറ്റാസർഫേസ് MIMO ആൻ്റിനയെ പട്ടിക 1 താരതമ്യം ചെയ്യുന്നു. ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത്, നേട്ടം, പരമാവധി ഒറ്റപ്പെടൽ, മൊത്തത്തിലുള്ള കാര്യക്ഷമത, വൈവിധ്യ പ്രകടനം എന്നിവ ഉൾപ്പെടെ വിവിധ പ്രകടന പാരാമീറ്ററുകൾ താരതമ്യം ചെയ്യുന്നു. ഗവേഷകർ 5, 44, 45, 46, 47 എന്നിവയിൽ ഗെയിൻ ആൻഡ് ഐസൊലേഷൻ എൻഹാൻസ്‌മെൻ്റ് ടെക്‌നിക്കുകളുള്ള വിവിധ MIMO ആൻ്റിന പ്രോട്ടോടൈപ്പുകൾ അവതരിപ്പിച്ചു. മുമ്പ് പ്രസിദ്ധീകരിച്ച കൃതികളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, മെറ്റാസർഫേസ് റിഫ്‌ളക്ടറുകളുള്ള നിർദ്ദിഷ്ട MIMO സിസ്റ്റം ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത്, നേട്ടം, ഒറ്റപ്പെടൽ എന്നിവയിൽ അവയെ മറികടക്കുന്നു. കൂടാതെ, റിപ്പോർട്ടുചെയ്ത സമാന ആൻ്റിനകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, വികസിപ്പിച്ച MIMO സിസ്റ്റം മികച്ച വൈവിധ്യ പ്രകടനവും മൊത്തത്തിലുള്ള കാര്യക്ഷമതയും ചെറിയ വലിപ്പത്തിൽ പ്രദർശിപ്പിക്കുന്നു. സെക്ഷൻ 5.46-ൽ വിവരിച്ചിരിക്കുന്ന ആൻ്റിനകൾക്ക് ഞങ്ങളുടെ നിർദ്ദിഷ്ട ആൻ്റിനകളേക്കാൾ ഉയർന്ന ഐസൊലേഷൻ ഉണ്ടെങ്കിലും, ഈ ആൻ്റിനകൾക്ക് വലിയ വലിപ്പം, കുറഞ്ഞ നേട്ടം, ഇടുങ്ങിയ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത്, മോശം MIMO പ്രകടനം എന്നിവയുണ്ട്. 45-ൽ നിർദ്ദേശിച്ചിരിക്കുന്ന 4-പോർട്ട് MIMO ആൻ്റിന ഉയർന്ന നേട്ടവും കാര്യക്ഷമതയും കാണിക്കുന്നു, എന്നാൽ അതിൻ്റെ രൂപകൽപ്പനയ്ക്ക് കുറഞ്ഞ ഒറ്റപ്പെടലും വലിയ വലിപ്പവും മോശം വൈവിധ്യ പ്രകടനവുമുണ്ട്. മറുവശത്ത്, 47-ൽ നിർദ്ദേശിച്ചിരിക്കുന്ന ചെറിയ വലിപ്പത്തിലുള്ള ആൻ്റിന സിസ്റ്റത്തിന് വളരെ കുറഞ്ഞ നേട്ടവും പ്രവർത്തന ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്തും ഉണ്ട്, അതേസമയം ഞങ്ങളുടെ നിർദ്ദിഷ്ട MS അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള 4-പോർട്ട് MIMO സിസ്റ്റം ചെറിയ വലിപ്പവും ഉയർന്ന നേട്ടവും ഉയർന്ന ഒറ്റപ്പെടലും മികച്ച പ്രകടനവും MIMO പ്രദർശിപ്പിക്കുന്നു. അങ്ങനെ, നിർദിഷ്ട മെറ്റാസർഫേസ് MIMO ആൻ്റിനയ്ക്ക് സബ്-6 GHz 5G കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റങ്ങളുടെ ഒരു പ്രധാന എതിരാളിയായി മാറാൻ കഴിയും.
6 GHz-ന് താഴെയുള്ള 5G ആപ്ലിക്കേഷനുകളെ പിന്തുണയ്‌ക്കുന്നതിന് ഉയർന്ന നേട്ടവും ഒറ്റപ്പെടലുമുള്ള നാല്-പോർട്ട് മെറ്റാസർഫേസ് റിഫ്ളക്ടർ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള വൈഡ്ബാൻഡ് MIMO ആൻ്റിന നിർദ്ദേശിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. മൈക്രോസ്ട്രിപ്പ് ലൈൻ ഒരു സ്ക്വയർ റേഡിയേഷൻ വിഭാഗത്തെ ഫീഡ് ചെയ്യുന്നു, അത് ഡയഗണൽ കോണുകളിൽ ഒരു ചതുരം കൊണ്ട് വെട്ടിച്ചുരുക്കുന്നു. ഹൈ-സ്പീഡ് 5G കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റങ്ങളിൽ മികച്ച പ്രകടനം നേടുന്നതിന് റോജേഴ്സ് RT5880-ന് സമാനമായ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് മെറ്റീരിയലുകളിൽ നിർദ്ദിഷ്ട എംഎസും ആൻ്റിന എമിറ്ററും നടപ്പിലാക്കുന്നു. MIMO ആൻ്റിന വൈഡ് റേഞ്ചും ഉയർന്ന നേട്ടവും ഉൾക്കൊള്ളുന്നു, കൂടാതെ MIMO ഘടകങ്ങളും മികച്ച കാര്യക്ഷമതയും തമ്മിൽ ശബ്ദ ഒറ്റപ്പെടലും നൽകുന്നു. വികസിപ്പിച്ച സിംഗിൾ ആൻ്റിനയ്ക്ക് 0.58?0.58?0.02 എന്ന മിനിയേച്ചർ അളവുകൾ ഉണ്ട്? 5×5 മെറ്റാസർഫേസ് അറേയ്‌ക്കൊപ്പം, വിശാലമായ 4.56 GHz ഓപ്പറേറ്റിംഗ് ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്തും 8 dBi പീക്ക് നേട്ടവും ഉയർന്ന അളവിലുള്ള കാര്യക്ഷമതയും നൽകുന്നു. ഓരോ നിർദ്ദിഷ്ട സിംഗിൾ ആൻ്റിനയെയും 1.05λ × 1.05λ × 0.02λ അളവുകളുള്ള മറ്റൊരു ആൻ്റിനയുമായി ഓർത്തോഗണായി വിന്യസിച്ചാണ് നിർദ്ദിഷ്ട ഫോർ-പോർട്ട് MIMO ആൻ്റിന (2 × 2 അറേ) രൂപകൽപ്പന ചെയ്തിരിക്കുന്നത്. 12mm ഉയർന്ന MIMO ആൻ്റിനയ്ക്ക് കീഴിൽ 10×10 MM അറേ കൂട്ടിച്ചേർക്കാൻ ശുപാർശ ചെയ്യുന്നു, ഇത് ബാക്ക്-റേഡിയേഷൻ കുറയ്ക്കുകയും MIMO ഘടകങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള പരസ്പര ബന്ധം കുറയ്ക്കുകയും അതുവഴി നേട്ടവും ഒറ്റപ്പെടലും മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യും. വികസിപ്പിച്ച MIMO പ്രോട്ടോടൈപ്പിന് 6 GHz-ന് താഴെയുള്ള 5G സ്പെക്‌ട്രം ഉൾക്കൊള്ളുന്ന 3.08–7.75 GHz എന്ന വൈഡ് ഫ്രീക്വൻസി ശ്രേണിയിൽ പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയുമെന്ന് പരീക്ഷണാത്മകവും അനുകരണ ഫലങ്ങളും കാണിക്കുന്നു. കൂടാതെ, നിർദിഷ്ട MS-അധിഷ്ഠിത MIMO ആൻ്റിന അതിൻ്റെ നേട്ടം 2.9 dBi മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു, പരമാവധി 8.3 dBi നേട്ടം കൈവരിക്കുന്നു, കൂടാതെ MIMO ഘടകങ്ങൾക്കിടയിൽ മികച്ച ഒറ്റപ്പെടൽ (>15.5 dB) നൽകുന്നു, ഇത് MS-ൻ്റെ സംഭാവനയെ സാധൂകരിക്കുന്നു. കൂടാതെ, നിർദിഷ്ട MIMO ആൻ്റിനയ്ക്ക് ഉയർന്ന ശരാശരി മൊത്തത്തിലുള്ള 82% കാര്യക്ഷമതയും 22 മില്ലീമീറ്ററിൻ്റെ കുറഞ്ഞ അന്തർ-ഘടക ദൂരവുമുണ്ട്. വളരെ ഉയർന്ന DG (9.98 dB-ൽ കൂടുതൽ), വളരെ കുറഞ്ഞ ECC (0.004-ൽ താഴെ), ഏകദിശ റേഡിയേഷൻ പാറ്റേൺ എന്നിവയുൾപ്പെടെ മികച്ച MIMO വൈവിധ്യ പ്രകടനമാണ് ആൻ്റിന കാണിക്കുന്നത്. അളക്കൽ ഫലങ്ങൾ സിമുലേഷൻ ഫലങ്ങളുമായി വളരെ സാമ്യമുള്ളതാണ്. വികസിപ്പിച്ച നാല്-പോർട്ട് MIMO ആൻ്റിന സിസ്റ്റം സബ്-6 GHz ഫ്രീക്വൻസി ശ്രേണിയിലുള്ള 5G കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റങ്ങൾക്ക് ഒരു പ്രായോഗിക തിരഞ്ഞെടുപ്പാണെന്ന് ഈ സവിശേഷതകൾ സ്ഥിരീകരിക്കുന്നു.
Cowin-ന് 400-6000MHz വൈഡ്ബാൻഡ് PCB ആൻ്റിന നൽകാനും നിങ്ങളുടെ ആവശ്യത്തിനനുസരിച്ച് പുതിയ ആൻ്റിന രൂപകൽപ്പന ചെയ്യുന്നതിനുള്ള പിന്തുണ നൽകാനും കഴിയും, നിങ്ങൾക്ക് എന്തെങ്കിലും അഭ്യർത്ഥന ഉണ്ടെങ്കിൽ മടികൂടാതെ ഞങ്ങളെ ബന്ധപ്പെടുക.
പോസ്റ്റ് സമയം: ഒക്ടോബർ-10-2024