การใช้ metasurfaces เพื่อปรับปรุงอัตราขยายและการแยกเสาอากาศ PCB ย่านความถี่กว้างสำหรับระบบสื่อสาร 5G sub-6 GHz

งานนี้นำเสนอเสาอากาศแถบกว้าง metasurface (MS) แบบหลายอินพุตหลายเอาต์พุต (MIMO) แบบบูรณาการขนาดกะทัดรัดสำหรับระบบสื่อสารไร้สายรุ่นที่ห้า (5G) ต่ำกว่า 6 GHz ความแปลกใหม่ที่ชัดเจนของระบบ MIMO ที่เสนอคือแบนด์วิดธ์การทำงานที่กว้าง อัตราขยายสูง ระยะห่างระหว่างส่วนประกอบเล็กน้อย และการแยกส่วนที่ยอดเยี่ยมภายในส่วนประกอบ MIMO จุดที่แผ่รังสีของเสาอากาศถูกตัดทอนในแนวทแยง มีการต่อสายดินบางส่วน และใช้เมตาเซอร์เฟสเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของเสาอากาศ เสาอากาศ MS เดี่ยวในตัวต้นแบบที่นำเสนอมีขนาดจิ๋ว 0.58แล × 0.58แล × 0.02แล ผลการจำลองและการวัดแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพย่านความถี่กว้างตั้งแต่ 3.11 GHz ถึง 7.67 GHz รวมถึงอัตราขยายสูงสุดที่ทำได้ที่ 8 dBi ระบบ MIMO สี่องค์ประกอบได้รับการออกแบบเพื่อให้แต่ละเสาอากาศตั้งฉากกัน ในขณะที่ยังคงขนาดที่กะทัดรัดและประสิทธิภาพย่านความถี่กว้างตั้งแต่ 3.2 ถึง 7.6 GHz ต้นแบบ MIMO ที่นำเสนอได้รับการออกแบบและประดิษฐ์บนพื้นผิว Rogers RT5880 โดยมีการสูญเสียต่ำและขนาดย่อส่วน 1.05? 1.05? 0.02? และประสิทธิภาพได้รับการประเมินโดยใช้อาร์เรย์รีโซเนเตอร์วงแหวนปิดแบบสี่เหลี่ยมที่นำเสนอซึ่งมีวงแหวนแยก 10 x 10 วัสดุพื้นฐานก็เหมือนกัน metasurface ของแบ็คเพลนที่เสนอช่วยลดการแผ่รังสีด้านหลังของเสาอากาศและควบคุมสนามแม่เหล็กไฟฟ้าได้อย่างมาก ซึ่งจะช่วยปรับปรุงแบนด์วิธ อัตราขยาย และการแยกส่วนประกอบ MIMO เมื่อเปรียบเทียบกับเสาอากาศ MIMO ที่มีอยู่แล้ว เสาอากาศ MIMO แบบ 4 พอร์ตที่เสนอให้ได้รับอัตราขยายสูงถึง 8.3 dBi พร้อมประสิทธิภาพโดยรวมโดยเฉลี่ยสูงถึง 82% ในย่านความถี่ 5G sub-6 GHz และสอดคล้องกับผลลัพธ์ที่วัดได้ นอกจากนี้ เสาอากาศ MIMO ที่พัฒนาขึ้นยังแสดงประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมในแง่ของค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ซองจดหมาย (ECC) น้อยกว่า 0.004 อัตราขยายความหลากหลาย (DG) ประมาณ 10 dB (>9.98 dB) และการแยกสูงระหว่างส่วนประกอบ MIMO (>15.5 dB) ลักษณะเฉพาะ. ดังนั้น เสาอากาศ MIMO ที่ใช้ MS ที่นำเสนอจึงยืนยันการใช้งานกับเครือข่ายการสื่อสาร 5G ต่ำกว่า 6 GHz
เทคโนโลยี 5G เป็นความก้าวหน้าอันน่าทึ่งในการสื่อสารไร้สายที่จะช่วยให้เครือข่ายเร็วขึ้นและปลอดภัยยิ่งขึ้นสำหรับอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อนับพันล้านเครื่อง มอบประสบการณ์ผู้ใช้ด้วยเวลาแฝง "ศูนย์" (เวลาแฝงน้อยกว่า 1 มิลลิวินาที) และแนะนำเทคโนโลยีใหม่ รวมถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ การดูแลทางการแพทย์การศึกษาทางปัญญา , เมืองอัจฉริยะ บ้านอัจฉริยะ ความเป็นจริงเสมือน (VR) โรงงานอัจฉริยะ และอินเทอร์เน็ตของยานพาหนะ (IoV) กำลังเปลี่ยนแปลงชีวิต สังคม และอุตสาหกรรมของเรา1,2,3 คณะกรรมการกลางกำกับดูแลกิจการสื่อสารแห่งสหรัฐอเมริกา (FCC) แบ่งสเปกตรัม 5G ออกเป็นสี่ย่านความถี่4 ย่านความถี่ที่ต่ำกว่า 6 GHz เป็นที่สนใจของนักวิจัยเนื่องจากช่วยให้สามารถสื่อสารทางไกลด้วยอัตราข้อมูลสูง5,6 การจัดสรรคลื่นความถี่ 5G ต่ำกว่า 6 GHz สำหรับการสื่อสาร 5G ทั่วโลกแสดงในรูปที่ 1 ซึ่งบ่งชี้ว่าทุกประเทศกำลังพิจารณาคลื่นความถี่ต่ำกว่า 6 GHz สำหรับการสื่อสาร 5G7,8 เสาอากาศเป็นส่วนสำคัญของเครือข่าย 5G และจะต้องใช้เสาอากาศสถานีฐานและเสาอากาศเทอร์มินัลผู้ใช้เพิ่มเติม
เสาอากาศแบบแพทช์ไมโครสตริปมีข้อดีคือความบางและโครงสร้างแบน แต่มีแบนด์วิธจำกัดและอัตราขยายที่จำกัด9,10 จึงมีการวิจัยมากมายเพื่อเพิ่มอัตราขยายและแบนด์วิดท์ของเสาอากาศ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา metasurfaces (MS) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีเสาอากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเพื่อปรับปรุงอัตราขยายและปริมาณงาน อย่างไรก็ตาม เสาอากาศเหล่านี้ถูกจำกัดไว้ที่พอร์ตเดียว เทคโนโลยี MIMO เป็นส่วนสำคัญของการสื่อสารไร้สายเนื่องจากสามารถใช้เสาอากาศหลายเสาพร้อมกันในการส่งข้อมูล ซึ่งจะช่วยปรับปรุงอัตราข้อมูล ประสิทธิภาพของสเปกตรัม ความจุของช่องสัญญาณ และความน่าเชื่อถือ13,14,15 เสาอากาศ MIMO เป็นตัวเลือกที่มีศักยภาพสำหรับแอปพลิเคชัน 5G เนื่องจากสามารถส่งและรับข้อมูลผ่านหลายช่องสัญญาณโดยไม่ต้องใช้พลังงานเพิ่มเติม16,17 ผลการมีเพศสัมพันธ์ระหว่างส่วนประกอบ MIMO ขึ้นอยู่กับตำแหน่งขององค์ประกอบ MIMO และการได้รับเสาอากาศ MIMO ซึ่งเป็นความท้าทายที่สำคัญสำหรับนักวิจัย รูปที่ 18, 19 และ 20 แสดงเสาอากาศ MIMO ต่างๆ ที่ทำงานในย่านความถี่ 5G ต่ำกว่า 6 GHz ซึ่งทั้งหมดนี้แสดงให้เห็นถึงการแยกส่วนและประสิทธิภาพของ MIMO ที่ดี อย่างไรก็ตาม อัตราขยายและแบนด์วิธในการดำเนินงานของระบบที่นำเสนอเหล่านี้ยังต่ำ
Metamaterials (MM) เป็นวัสดุใหม่ที่ไม่มีอยู่ในธรรมชาติและสามารถจัดการกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของเสาอากาศ21,22,23,24 ขณะนี้ MM ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีเสาอากาศเพื่อปรับปรุงรูปแบบการแผ่รังสี แบนด์วิธ อัตราขยาย และการแยกระหว่างองค์ประกอบเสาอากาศและระบบการสื่อสารไร้สาย ตามที่อภิปรายไว้ใน 25, 26, 27, 28 ในปี 2029 ระบบ MIMO สี่องค์ประกอบที่ใช้ metasurface ซึ่งส่วนเสาอากาศถูกประกบระหว่าง metasurface และพื้นดินโดยไม่มีช่องว่างอากาศ ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของ MIMO อย่างไรก็ตาม การออกแบบนี้มีขนาดที่ใหญ่กว่า ความถี่ในการทำงานที่ต่ำกว่า และโครงสร้างที่ซับซ้อน แถบความถี่แม่เหล็กไฟฟ้า (EBG) และกราวด์กราวด์รวมอยู่ในเสาอากาศ MIMO แถบความถี่กว้าง 2 พอร์ตที่เสนอเพื่อปรับปรุงการแยกส่วนประกอบ MIMO30 เสาอากาศที่ได้รับการออกแบบนั้นมีประสิทธิภาพด้านความหลากหลาย MIMO ที่ดีและการแยกเสาอากาศ MIMO สองตัวได้อย่างดีเยี่ยม แต่การใช้ส่วนประกอบ MIMO เพียงสองชิ้น อัตราขยายจะต่ำ นอกจากนี้ in31 ยังเสนอเสาอากาศ MIMO สองพอร์ตแถบความถี่กว้างพิเศษ (UWB) และตรวจสอบประสิทธิภาพของ MIMO โดยใช้วัสดุ metamaterial แม้ว่าเสาอากาศนี้สามารถใช้งาน UWB ได้ แต่อัตราขยายก็ต่ำและการแยกระหว่างเสาอากาศทั้งสองก็ไม่ดี งาน in32 เสนอระบบ MIMO 2 พอร์ตที่ใช้ตัวสะท้อนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (EBG) เพื่อเพิ่มอัตราขยาย แม้ว่าอาร์เรย์เสาอากาศที่พัฒนาแล้วจะมีอัตราขยายสูงและประสิทธิภาพด้านความหลากหลายของ MIMO ที่ดี แต่ขนาดที่ใหญ่ทำให้ยากต่อการนำไปใช้กับอุปกรณ์สื่อสารยุคหน้า เสาอากาศบรอดแบนด์ที่ใช้ตัวสะท้อนแสงอีกตัวได้รับการพัฒนาในปี 33 โดยที่ตัวสะท้อนแสงถูกรวมไว้ใต้เสาอากาศโดยมีช่องว่างขนาดใหญ่กว่า 22 มม. ซึ่งแสดงอัตราขยายสูงสุดที่ต่ำกว่า 4.87 dB Paper 34 ออกแบบเสาอากาศ MIMO สี่พอร์ตสำหรับแอปพลิเคชัน mmWave ซึ่งรวมเข้ากับเลเยอร์ MS เพื่อปรับปรุงการแยกและขยายของระบบ MIMO อย่างไรก็ตาม เสาอากาศนี้ให้อัตราขยายและการแยกสัญญาณที่ดี แต่มีแบนด์วิธที่จำกัดและคุณสมบัติทางกลที่ไม่ดีเนื่องจากมีช่องว่างอากาศขนาดใหญ่ ในทำนองเดียวกัน ในปี 2015 เสาอากาศ MIMO ที่รวม metasurface รูปทรงโบว์ไทสามคู่ 4 พอร์ตได้รับการพัฒนาสำหรับการสื่อสาร mmWave ด้วยอัตราขยายสูงสุด 7.4 dBi B36 MS ถูกใช้ที่ด้านหลังของเสาอากาศ 5G เพื่อเพิ่มอัตราขยายของเสาอากาศ โดยที่ metasurface ทำหน้าที่เป็นตัวสะท้อนแสง อย่างไรก็ตาม โครงสร้าง MS นั้นไม่สมมาตรและให้ความสนใจกับโครงสร้างเซลล์หน่วยน้อยกว่า
จากผลการวิเคราะห์ข้างต้น ไม่มีเสาอากาศใดข้างต้นที่มีอัตราขยายสูง การแยกสัญญาณที่ดีเยี่ยม ประสิทธิภาพของ MIMO และการครอบคลุมย่านความถี่กว้าง ดังนั้นจึงยังคงมีความจำเป็นสำหรับเสาอากาศ MIMO แบบ metasurface ที่สามารถครอบคลุมความถี่สเปกตรัม 5G ที่หลากหลายที่ต่ำกว่า 6 GHz พร้อมอัตราขยายและการแยกสูง เมื่อพิจารณาถึงข้อจำกัดของเอกสารที่กล่าวมาข้างต้น จึงเสนอระบบเสาอากาศ MIMO สี่องค์ประกอบย่านความถี่กว้างที่มีอัตราขยายสูงและประสิทธิภาพความหลากหลายที่ยอดเยี่ยมสำหรับระบบสื่อสารไร้สายความถี่ต่ำกว่า 6 GHz นอกจากนี้ เสาอากาศ MIMO ที่นำเสนอยังมีการแยกส่วนที่ดีเยี่ยมระหว่างส่วนประกอบ MIMO ช่องว่างขององค์ประกอบขนาดเล็ก และประสิทธิภาพการแผ่รังสีสูง แผ่นแพทช์เสาอากาศถูกตัดออกในแนวทแยงมุมและวางไว้ที่ด้านบนของพื้นผิว metasurface โดยมีช่องว่างอากาศ 12 มม. ซึ่งสะท้อนการแผ่รังสีกลับจากเสาอากาศและปรับปรุงอัตราขยายและทิศทางของเสาอากาศ นอกจากนี้ เสาอากาศเดี่ยวที่นำเสนอยังใช้เพื่อสร้างเสาอากาศ MIMO สี่องค์ประกอบพร้อมประสิทธิภาพ MIMO ที่เหนือกว่า โดยการวางตำแหน่งเสาอากาศแต่ละอันตั้งฉากให้กันและกัน เสาอากาศ MIMO ที่พัฒนาขึ้นนั้นถูกรวมเข้ากับอาร์เรย์ 10 × 10 MS พร้อมด้วยแบ็คเพลนทองแดงเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการปล่อยก๊าซ การออกแบบมีช่วงการทำงานที่กว้าง (3.08-7.75 GHz) อัตราขยายสูงถึง 8.3 dBi และประสิทธิภาพโดยรวมโดยเฉลี่ยสูงถึง 82% รวมถึงการแยกสัญญาณที่ดีเยี่ยมมากกว่า −15.5 dB ระหว่างส่วนประกอบเสาอากาศ MIMO เสาอากาศ MIMO ที่ใช้ MS ที่พัฒนาขึ้นนั้นได้รับการจำลองโดยใช้แพ็คเกจซอฟต์แวร์แม่เหล็กไฟฟ้า 3 มิติ CST Studio 2019 และได้รับการตรวจสอบผ่านการศึกษาเชิงทดลอง
ในส่วนนี้จะให้ข้อมูลเบื้องต้นโดยละเอียดเกี่ยวกับสถาปัตยกรรมที่นำเสนอและวิธีการออกแบบเสาอากาศเดี่ยว นอกจากนี้ จะมีการอภิปรายรายละเอียดผลลัพธ์ที่จำลองและสังเกตได้ รวมถึงพารามิเตอร์การกระเจิง อัตราขยาย และประสิทธิภาพโดยรวมที่มีและไม่มีเมตาเซอร์เฟส เสาอากาศต้นแบบได้รับการพัฒนาบนพื้นผิวอิเล็กทริกการสูญเสียต่ำของ Rogers 5880 ที่มีความหนา 1.575 มม. โดยมีค่าคงที่ไดอิเล็กตริก 2.2 ในการพัฒนาและจำลองการออกแบบได้ใช้แพ็คเกจเครื่องจำลองแม่เหล็กไฟฟ้า CST studio 2019
รูปที่ 2 แสดงสถาปัตยกรรมและแบบจำลองการออกแบบของเสาอากาศแบบองค์ประกอบเดียวที่เสนอ ตามสมการทางคณิตศาสตร์ที่ได้รับการยอมรับอย่างดี 37 เสาอากาศประกอบด้วยจุดแผ่รังสีสี่เหลี่ยมที่ป้อนเชิงเส้นและระนาบกราวด์ทองแดง (ตามที่อธิบายไว้ในขั้นตอนที่ 1) และสะท้อนด้วยแบนด์วิธที่แคบมากที่ 10.8 GHz ดังแสดงในรูปที่ 3b ขนาดเริ่มต้นของตัวแผ่รังสีเสาอากาศถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ต่อไปนี้37:
โดยที่ \(P_{L}\) และ \(P_{w}\) คือความยาวและความกว้างของแผ่นแปะ, c แทนความเร็วแสง, \(\gamma_{r}\) คือค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของซับสเตรต . , \(\gamma_{ref }\) แสดงถึงค่าไดอิเล็กตริกที่มีประสิทธิผลของจุดการแผ่รังสี \(\Delta L\) แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงความยาวจุด แบ็คเพลนเสาอากาศได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสมในระยะที่สอง โดยเพิ่มแบนด์วิดท์อิมพีแดนซ์ แม้ว่าแบนด์วิธอิมพีแดนซ์จะต่ำมากเพียง 10 dB ก็ตาม ในขั้นตอนที่สาม ตำแหน่งตัวป้อนจะถูกย้ายไปทางขวา ซึ่งปรับปรุงแบนด์วิธอิมพีแดนซ์และการจับคู่อิมพีแดนซ์ของเสาอากาศที่นำเสนอ ในขั้นตอนนี้ เสาอากาศแสดงให้เห็นแบนด์วิธการทำงานที่ยอดเยี่ยมที่ 4 GHz และยังครอบคลุมสเปกตรัมที่ต่ำกว่า 6 GHz ใน 5G ขั้นตอนที่สี่และขั้นตอนสุดท้ายเกี่ยวข้องกับการแกะสลักร่องสี่เหลี่ยมที่มุมตรงข้ามของจุดรังสี สล็อตนี้จะขยายแบนด์วิดท์ 4.56 GHz อย่างมีนัยสำคัญเพื่อให้ครอบคลุมสเปกตรัม 5G ต่ำกว่า 6 GHz จาก 3.11 GHz เป็น 7.67 GHz ดังแสดงในรูปที่ 3b มุมมองเปอร์สเปคทีฟด้านหน้าและด้านล่างของการออกแบบที่เสนอจะแสดงในรูปที่ 3a และพารามิเตอร์การออกแบบที่จำเป็นที่ได้รับการปรับปรุงขั้นสุดท้ายมีดังนี้: SL = 40 มม., Pw = 18 มม., PL = 18 มม., gL = 12 มม., fL = 11 มม., fW = 4 .7 มม., c1 = 2 มม., c2 = 9.65 มม., c3 = 1.65 มม.
(a) มุมมองด้านบนและด้านหลังของเสาอากาศเดี่ยวที่ออกแบบ (CST STUDIO SUITE 2019) (b) เส้นโค้งพารามิเตอร์ S
Metasurface เป็นคำที่อ้างถึงอาร์เรย์ของเซลล์หน่วยเป็นระยะซึ่งอยู่ห่างจากกัน Metasurfaces เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการปรับปรุงประสิทธิภาพการแผ่รังสีของเสาอากาศ รวมถึงแบนด์วิธ อัตราขยาย และการแยกระหว่างส่วนประกอบ MIMO เนื่องจากอิทธิพลของการแพร่กระจายคลื่นพื้นผิว metasurfaces จะสร้างเสียงสะท้อนเพิ่มเติมซึ่งส่งผลให้ประสิทธิภาพของเสาอากาศดีขึ้น งานนี้นำเสนอหน่วย metamaterial (MM) แบบเอปไซลอนเชิงลบที่ทำงานในย่านความถี่ 5G ที่ความถี่ต่ำกว่า 6 GHz MM ที่มีพื้นที่ผิว 8 มม. × 8 มม. ได้รับการพัฒนาบนพื้นผิว Rogers 5880 ที่มีการสูญเสียต่ำโดยมีค่าคงที่ไดอิเล็กตริก 2.2 และความหนา 1.575 มม. แพทช์เรโซเนเตอร์ MM ที่ปรับให้เหมาะสมประกอบด้วยวงแหวนแยกวงกลมด้านในที่เชื่อมต่อกับวงแหวนแยกด้านนอกที่แก้ไขแล้ว 2 วง ดังแสดงในรูปที่ 4a รูปที่ 4a สรุปพารามิเตอร์ที่ได้รับการปรับปรุงขั้นสุดท้ายของการตั้งค่า MM ที่เสนอ ต่อจากนั้นชั้น metasurface 40 × 40 มม. และ 80 × 80 มม. ได้รับการพัฒนาโดยไม่มีแบ็คเพลนทองแดงและมีแบ็คเพลนทองแดงโดยใช้อาร์เรย์เซลล์ 5 × 5 และ 10 × 10 ตามลำดับ โครงสร้าง MM ที่นำเสนอได้รับการสร้างแบบจำลองโดยใช้ซอฟต์แวร์การสร้างแบบจำลองแม่เหล็กไฟฟ้า 3 มิติ “CST studio suite 2019” ต้นแบบที่สร้างขึ้นของโครงสร้างอาร์เรย์ MM ที่เสนอและการตั้งค่าการวัด (PNA ของตัววิเคราะห์เครือข่ายสองพอร์ตและพอร์ตท่อนำคลื่น) จะแสดงในรูปที่ 4b เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของผลลัพธ์การจำลอง CST โดยการวิเคราะห์การตอบสนองจริง การตั้งค่าการวัดใช้เครื่องวิเคราะห์เครือข่ายซีรีส์ Agilent PNA ร่วมกับอะแดปเตอร์โคแอกเชียลท่อนำคลื่นสองตัว (A-INFOMW หมายเลขชิ้นส่วน: 187WCAS) เพื่อส่งและรับสัญญาณ อาร์เรย์ 5×5 ต้นแบบถูกวางไว้ระหว่างอะแดปเตอร์โคแอกเชียลท่อนำคลื่นสองตัวที่เชื่อมต่อด้วยสายโคแอกเชียลกับเครื่องวิเคราะห์เครือข่ายสองพอร์ต (Agilent PNA N5227A) ชุดสอบเทียบ Agilent N4694-60001 ใช้เพื่อสอบเทียบเครื่องวิเคราะห์เครือข่ายในโรงงานนำร่อง พารามิเตอร์การกระเจิงที่จำลองและ CST ที่สังเกตได้ของอาร์เรย์ MM ต้นแบบที่นำเสนอจะแสดงในรูปที่ 5a จะเห็นได้ว่าโครงสร้าง MM ที่เสนอนั้นสะท้อนในช่วงความถี่ 5G ที่ต่ำกว่า 6 GHz แม้จะมีความแตกต่างเล็กน้อยในแบนด์วิดท์ที่ 10 dB แต่ผลการจำลองและการทดลองก็คล้ายกันมาก ความถี่เรโซแนนซ์ แบนด์วิธ และแอมพลิจูดของการเรโซแนนซ์ที่สังเกตได้จะแตกต่างจากความถี่ที่จำลองเล็กน้อย ดังแสดงในรูปที่ 5a ความแตกต่างระหว่างผลลัพธ์ที่สังเกตและจำลองได้เนื่องมาจากความไม่สมบูรณ์ในการผลิต ช่องว่างเล็กน้อยระหว่างต้นแบบและพอร์ตท่อนำคลื่น ผลกระทบต่อการเชื่อมต่อระหว่างพอร์ตท่อนำคลื่นและส่วนประกอบอาเรย์ และค่าความคลาดเคลื่อนในการวัด นอกจากนี้ การวางตำแหน่งต้นแบบที่พัฒนาแล้วอย่างเหมาะสมระหว่างพอร์ตท่อนำคลื่นในการตั้งค่าการทดลองอาจส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของเรโซแนนซ์ นอกจากนี้ ยังสังเกตเห็นสัญญาณรบกวนที่ไม่พึงประสงค์ในระหว่างขั้นตอนการสอบเทียบ ซึ่งนำไปสู่ความคลาดเคลื่อนระหว่างผลลัพธ์เชิงตัวเลขและผลลัพธ์ที่วัดได้ อย่างไรก็ตาม นอกเหนือจากปัญหาเหล่านี้แล้ว ต้นแบบอาร์เรย์ MM ที่เสนอยังทำงานได้ดีเนื่องจากมีความสัมพันธ์กันอย่างมากระหว่างการจำลองและการทดลอง ทำให้เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันการสื่อสารไร้สาย 5G ที่ความถี่ต่ำกว่า 6 GHz
(a) รูปทรงของเซลล์หน่วย (S1 = 8 มม., S2 = 7 มม., S3 = 5 มม., f1, f2, f4 = 0.5 มม., f3 = 0.75 มม., h1 = 0.5 มม., h2 = 1 .75 มม.) (CST STUDIO SUITE) ) 2019) (b) ภาพถ่ายการตั้งค่าการวัด MM
(a) การจำลองและการตรวจสอบเส้นโค้งพารามิเตอร์การกระเจิงของต้นแบบวัสดุ metamaterial (b) เส้นโค้งคงที่ไดอิเล็กทริกของเซลล์หน่วย MM
พารามิเตอร์ที่มีประสิทธิผลที่เกี่ยวข้อง เช่น ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกที่มีประสิทธิผล การซึมผ่านของแม่เหล็ก และดัชนีการหักเหของแสงได้รับการศึกษาโดยใช้เทคนิคหลังการประมวลผลในตัวของเครื่องจำลองแม่เหล็กไฟฟ้า CST เพื่อวิเคราะห์พฤติกรรมของเซลล์หน่วย MM เพิ่มเติม พารามิเตอร์ MM ที่มีประสิทธิภาพได้มาจากพารามิเตอร์การกระเจิงโดยใช้วิธีการสร้างใหม่ที่มีประสิทธิภาพ สมการการส่งผ่านและการสะท้อนสัมประสิทธิ์ต่อไปนี้: (3) และ (4) สามารถใช้เพื่อกำหนดดัชนีการหักเหของแสงและอิมพีแดนซ์ (ดูที่ 40)
ส่วนจริงและส่วนจินตภาพของตัวดำเนินการจะแสดงด้วย (.)' และ (.)” ตามลำดับ และค่าจำนวนเต็ม m สอดคล้องกับดัชนีการหักเหของแสงจริง ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกและความสามารถในการซึมผ่านถูกกำหนดโดยสูตร \(\varepsilon { } = { }n/z,\) และ \(\mu = nz\) ซึ่งขึ้นอยู่กับอิมพีแดนซ์และดัชนีการหักเหของแสงตามลำดับ เส้นโค้งคงที่ไดอิเล็กตริกที่มีประสิทธิผลของโครงสร้าง MM แสดงในรูปที่ 5b ที่ความถี่เรโซแนนซ์ ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกที่มีประสิทธิผลจะเป็นลบ รูปที่ 6a,b แสดงค่าที่แยกออกมาของการซึมผ่านที่มีประสิทธิผล (μ) และดัชนีการหักเหของแสงที่มีประสิทธิผล (n) ของเซลล์หน่วยที่นำเสนอ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการซึมผ่านที่แยกออกมาแสดงค่าจริงเชิงบวกใกล้กับศูนย์ ซึ่งยืนยันคุณสมบัติของเอปไซลอนลบ (ENG) ของโครงสร้าง MM ที่เสนอ ยิ่งไปกว่านั้น ดังแสดงในรูปที่ 6a เสียงสะท้อนที่ความสามารถในการซึมผ่านใกล้กับศูนย์มีความสัมพันธ์อย่างมากกับความถี่เรโซแนนซ์ เซลล์หน่วยที่พัฒนาแล้วมีดัชนีการหักเหของแสงเป็นลบ (รูปที่ 6b) ซึ่งหมายความว่า MM ที่เสนอสามารถนำมาใช้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของเสาอากาศได้
ต้นแบบที่พัฒนาแล้วของเสาอากาศบรอดแบนด์เดี่ยวถูกประดิษฐ์ขึ้นเพื่อทดสอบการทดลองตามการออกแบบที่เสนอ รูปที่ 7a,b แสดงภาพของเสาอากาศเดี่ยวต้นแบบที่เสนอ ชิ้นส่วนโครงสร้าง และการตั้งค่าการวัดระยะใกล้ (SATIMO) เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของเสาอากาศ metasurface ที่พัฒนาแล้วจะถูกวางไว้ในชั้นใต้เสาอากาศ ดังแสดงในรูปที่ 8a โดยมีความสูง h metasurface สองชั้นขนาด 40 มม. x 40 มม. เดียวถูกนำไปใช้กับด้านหลังของเสาอากาศเดี่ยวที่ระยะห่าง 12 มม. นอกจากนี้ metasurface ที่มีแบ็คเพลนจะถูกวางไว้ที่ด้านหลังของเสาอากาศเดี่ยวที่ระยะ 12 มม. หลังจากใช้ metasurface แล้ว เสาอากาศเดี่ยวจะแสดงการปรับปรุงประสิทธิภาพอย่างมีนัยสำคัญ ดังแสดงในรูปที่ 1 และ 2 รูปที่ 8 และ 9 รูปที่ 8b แสดงแผนการสะท้อนแสงที่จำลองและวัดได้สำหรับเสาอากาศเดี่ยวที่ไม่มีและมี metasurfaces เป็นที่น่าสังเกตว่าแถบความครอบคลุมของเสาอากาศที่มี metasurface นั้นคล้ายกันมากกับแถบความครอบคลุมของเสาอากาศที่ไม่มี metasurface รูปที่ 9a,b แสดงการเปรียบเทียบอัตราขยายของเสาอากาศเดี่ยวที่จำลองและสังเกตได้ และประสิทธิภาพโดยรวมที่ไม่มีและมี MS ในสเปกตรัมการทำงาน จะเห็นได้ว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเสาอากาศที่ไม่ใช่ metasurface อัตราขยายของเสาอากาศ metasurface นั้นได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ โดยเพิ่มขึ้นจาก 5.15 dBi เป็น 8 dBi อัตราขยายของ metasurface ชั้นเดียว, metasurface สองชั้น และเสาอากาศเดี่ยวที่มี backplane metasurface เพิ่มขึ้น 6 dBi, 6.9 dBi และ 8 dBi ตามลำดับ เมื่อเปรียบเทียบกับ metasurface อื่นๆ (MC แบบชั้นเดียวและสองชั้น) อัตราขยายของเสาอากาศ metasurface เดี่ยวที่มีแบ็คเพลนทองแดงจะสูงถึง 8 dBi ในกรณีนี้ เมตาเซอร์เฟสทำหน้าที่เป็นตัวสะท้อนแสง โดยลดการแผ่รังสีด้านหลังของเสาอากาศและควบคุมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในเฟส ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการแผ่รังสีของเสาอากาศและด้วยเหตุนี้จึงได้กำไรเพิ่มขึ้น การศึกษาประสิทธิภาพโดยรวมของเสาอากาศเดี่ยวที่ไม่มีและมีพื้นผิว metasurface แสดงในรูปที่ 9b เป็นที่น่าสังเกตว่าประสิทธิภาพของเสาอากาศที่มีและไม่มี metasurface นั้นเกือบจะเท่ากัน ในช่วงความถี่ที่ต่ำกว่า ประสิทธิภาพของเสาอากาศจะลดลงเล็กน้อย กราฟอัตราขยายและประสิทธิภาพจากการทดลองและแบบจำลองอยู่ในข้อตกลงที่ดี อย่างไรก็ตาม มีความแตกต่างเล็กน้อยระหว่างผลลัพธ์ที่จำลองและทดสอบแล้ว เนื่องจากข้อบกพร่องในการผลิต เกณฑ์ความคลาดเคลื่อนในการวัด การสูญเสียการเชื่อมต่อพอร์ต SMA และการสูญเสียสายไฟ นอกจากนี้ เสาอากาศและตัวสะท้อนแสง MS ยังอยู่ระหว่างตัวเว้นระยะไนลอน ซึ่งเป็นอีกปัญหาหนึ่งที่ส่งผลต่อผลลัพธ์ที่สังเกตได้เมื่อเปรียบเทียบกับผลลัพธ์การจำลอง
รูปที่ (a) แสดงเสาอากาศเดี่ยวที่เสร็จสมบูรณ์และส่วนประกอบที่เกี่ยวข้อง (b) การตั้งค่าการวัดระยะใกล้ (SATIMO)
(a) การกระตุ้นเสาอากาศโดยใช้ตัวสะท้อนแสง metasurface (CST STUDIO SUITE 2019) (b) การสะท้อนแสงจำลองและการทดลองของเสาอากาศเดี่ยวที่ไม่มีและมี MS
ผลการจำลองและการวัดของ (a) อัตราขยายที่ได้รับและ (b) ประสิทธิภาพโดยรวมของเสาอากาศเอฟเฟกต์ metasurface ที่นำเสนอ
การวิเคราะห์รูปแบบลำแสงโดยใช้ MS การวัดระยะใกล้ด้วยเสาอากาศเดี่ยวได้ดำเนินการในสภาพแวดล้อมการทดลองระยะใกล้ SATIMO ของห้องปฏิบัติการ UKM SATIMO Near-Field Systems รูปที่ 10a, b แสดงรูปแบบการแผ่รังสีระนาบ E และระนาบ H จำลองและสังเกตได้ที่ความถี่ 5.5 GHz สำหรับเสาอากาศเดี่ยวที่นำเสนอโดยมีและไม่มี MS เสาอากาศเดี่ยวที่พัฒนาขึ้น (ไม่มี MS) ให้รูปแบบการแผ่รังสีแบบสองทิศทางที่สม่ำเสมอพร้อมค่ากลีบด้านข้าง หลังจากใช้ตัวสะท้อน MS ที่เสนอแล้ว เสาอากาศจะมีรูปแบบการแผ่รังสีทิศทางเดียวและลดระดับของกลีบด้านหลัง ดังแสดงในรูปที่ 10a, b เป็นที่น่าสังเกตว่ารูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศเดี่ยวที่นำเสนอนั้นมีความเสถียรมากกว่าและเป็นทิศทางเดียวโดยมีกลีบด้านหลังและด้านข้างที่ต่ำมากเมื่อใช้ metasurface กับแบ็คเพลนทองแดง ตัวสะท้อนอาเรย์ MM ที่นำเสนอจะช่วยลดกลีบด้านหลังและด้านข้างของเสาอากาศในขณะที่ปรับปรุงประสิทธิภาพการแผ่รังสีโดยการกำหนดทิศทางกระแสในทิศทางเดียว (รูปที่ 10a, b) ซึ่งจะเพิ่มอัตราขยายและทิศทาง พบว่ารูปแบบการแผ่รังสีจากการทดลองแทบจะเทียบเคียงได้กับการจำลองด้วย CST แต่จะแตกต่างกันเล็กน้อยเนื่องจากการวางแนวที่ไม่ตรงของส่วนประกอบต่างๆ ที่ประกอบขึ้น พิกัดความเผื่อในการวัด และการสูญเสียสายเคเบิล นอกจากนี้ มีการสอดตัวเว้นระยะไนลอนระหว่างเสาอากาศและตัวสะท้อนแสง MS ซึ่งเป็นอีกปัญหาหนึ่งที่ส่งผลต่อผลลัพธ์ที่สังเกตได้เมื่อเปรียบเทียบกับผลลัพธ์เชิงตัวเลข
รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศเดี่ยวที่พัฒนาแล้ว (ไม่มี MS และ MS) ที่ความถี่ 5.5 GHz ได้รับการจำลองและทดสอบ
เรขาคณิตเสาอากาศ MIMO ที่นำเสนอจะแสดงในรูปที่ 11 และมีเสาอากาศเดี่ยวสี่เสา ส่วนประกอบทั้งสี่ของเสาอากาศ MIMO ถูกจัดเรียงตั้งฉากซึ่งกันและกันบนพื้นผิวขนาด 80 × 80 × 1.575 มม. ดังแสดงในรูปที่ 11 เสาอากาศ MIMO ที่ออกแบบมีระยะห่างระหว่างองค์ประกอบ 22 มม. ซึ่งเล็กกว่า ระยะห่างระหว่างองค์ประกอบที่สอดคล้องกันที่ใกล้ที่สุดของเสาอากาศ พัฒนาเสาอากาศ MIMO นอกจากนี้ ส่วนหนึ่งของระนาบกราวด์ยังอยู่ในลักษณะเดียวกับเสาอากาศเดี่ยว ค่าการสะท้อนแสงของเสาอากาศ MIMO (S11, S22, S33 และ S44) ที่แสดงในรูปที่ 12a แสดงพฤติกรรมเช่นเดียวกับเสาอากาศองค์ประกอบเดียวที่สะท้อนในย่านความถี่ 3.2–7.6 GHz ดังนั้นแบนด์วิธอิมพีแดนซ์ของเสาอากาศ MIMO จึงเหมือนกับแบนด์วิธของเสาอากาศเดี่ยวทุกประการ ผลการเชื่อมต่อระหว่างส่วนประกอบ MIMO เป็นสาเหตุหลักที่ทำให้เสาอากาศ MIMO สูญเสียแบนด์วิธเล็กน้อย รูปที่ 12b แสดงผลของการเชื่อมต่อโครงข่ายบนส่วนประกอบ MIMO โดยกำหนดการแยกที่เหมาะสมที่สุดระหว่างส่วนประกอบ MIMO การแยกระหว่างเสาอากาศ 1 และ 2 จะต่ำสุดที่ประมาณ -13.6 dB และการแยกระหว่างเสาอากาศ 1 และ 4 จะสูงสุดที่ประมาณ -30.4 dB เนื่องจากขนาดที่เล็กและแบนด์วิธที่กว้างกว่า เสาอากาศ MIMO นี้จึงมีอัตราขยายและปริมาณงานต่ำกว่า ฉนวนมีระดับต่ำ จึงจำเป็นต้องมีการเสริมแรงและฉนวนเพิ่มขึ้น
กลไกการออกแบบของเสาอากาศ MIMO ที่เสนอ (ก) มุมมองด้านบนและ (ข) ระนาบกราวด์ (CST สตูดิโอสวีท 2019)
การจัดเรียงทางเรขาคณิตและวิธีการกระตุ้นของเสาอากาศ MIMO metasurface ที่เสนอจะแสดงในรูปที่ 13a เมทริกซ์ 10x10 มม. ที่มีขนาด 80x80x1.575 มม. ได้รับการออกแบบมาสำหรับด้านหลังของเสาอากาศ MIMO สูง 12 มม. ดังแสดงในรูปที่ 13a นอกจากนี้ metasurfaces ที่มีแบ็คเพลนทองแดงยังมีไว้สำหรับใช้ในเสาอากาศ MIMO เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพอีกด้วย ระยะห่างระหว่างเมตาเซอร์เฟสและเสาอากาศ MIMO มีความสำคัญอย่างยิ่งเพื่อให้ได้อัตราขยายสูง ในขณะเดียวกันก็ยอมให้เกิดการรบกวนเชิงสร้างสรรค์ระหว่างคลื่นที่สร้างโดยเสาอากาศกับคลื่นที่สะท้อนจากเมตาเซอร์เฟส มีการสร้างแบบจำลองอย่างกว้างขวางเพื่อปรับความสูงระหว่างเสาอากาศและเมตาเซอร์เฟซให้เหมาะสม ในขณะเดียวกันก็รักษามาตรฐานคลื่นไตรมาสเพื่อให้ได้อัตราขยายสูงสุดและการแยกระหว่างองค์ประกอบ MIMO การปรับปรุงที่สำคัญในประสิทธิภาพของเสาอากาศ MIMO ซึ่งทำได้โดยการใช้ metasurfaces กับ backplanes เมื่อเปรียบเทียบกับ metasurfaces ที่ไม่มี backplanes จะถูกแสดงให้เห็นในบทต่อ ๆ ไป
(a) การตั้งค่าการจำลอง CST ของเสาอากาศ MIMO ที่นำเสนอโดยใช้ MS (CST STUDIO SUITE 2019), (b) เส้นโค้งการสะท้อนแสงของระบบ MIMO ที่พัฒนาโดยไม่มี MS และกับ MS
การสะท้อนของเสาอากาศ MIMO ที่มีและไม่มี metasurface จะแสดงในรูปที่ 13b โดยที่ S11 และ S44 ถูกนำเสนอเนื่องจากพฤติกรรมที่เกือบจะเหมือนกันของเสาอากาศทั้งหมดในระบบ MIMO เป็นที่น่าสังเกตว่าแบนด์วิดท์ความต้านทาน -10 dB ของเสาอากาศ MIMO ที่ไม่มีและมี metasurface เดียวนั้นเกือบจะเหมือนกัน ในทางตรงกันข้าม แบนด์วิธอิมพีแดนซ์ของเสาอากาศ MIMO ที่นำเสนอได้รับการปรับปรุงโดย MS แบบสองชั้นและ MS แบบแบ็คเพลน เป็นที่น่าสังเกตว่าหากไม่มี MS เสาอากาศ MIMO จะให้แบนด์วิดท์แบบเศษส่วน 81.5% (3.2-7.6 GHz) เทียบกับความถี่กลาง การรวม MS เข้ากับแบ็คเพลนจะเพิ่มแบนด์วิดท์อิมพีแดนซ์ของเสาอากาศ MIMO ที่นำเสนอเป็น 86.3% (3.08–7.75 GHz) แม้ว่า MS แบบสองชั้นจะเพิ่มปริมาณงาน แต่การปรับปรุงยังน้อยกว่า MS ที่มีแบ็คเพลนทองแดง ยิ่งไปกว่านั้น MC แบบสองชั้นจะเพิ่มขนาดของเสาอากาศ เพิ่มต้นทุน และจำกัดช่วงของมัน เสาอากาศ MIMO และตัวสะท้อนแสง metasurface ที่ได้รับการออกแบบนั้นได้รับการประดิษฐ์และตรวจสอบเพื่อตรวจสอบผลการจำลองและประเมินประสิทธิภาพจริง รูปที่ 14a แสดงเลเยอร์ MS ที่ประดิษฐ์ขึ้นและเสาอากาศ MIMO พร้อมด้วยส่วนประกอบต่างๆ ที่ประกอบเข้าด้วยกัน ในขณะที่รูปที่ 14b แสดงรูปถ่ายของระบบ MIMO ที่พัฒนาขึ้น เสาอากาศ MIMO ติดตั้งอยู่ด้านบนของ metasurface โดยใช้ตัวเว้นระยะไนลอนสี่ตัว ดังแสดงในรูปที่ 14b รูปที่ 15a แสดงภาพรวมของการตั้งค่าการทดลองในระยะใกล้ของระบบเสาอากาศ MIMO ที่พัฒนาขึ้น เครื่องวิเคราะห์เครือข่าย PNA (Agilent Technologies PNA N5227A) ถูกนำมาใช้ในการประมาณค่าพารามิเตอร์การกระเจิง และเพื่อประเมินและระบุคุณลักษณะการปล่อยก๊าซเรือนกระจกในบริเวณใกล้เคียงในห้องปฏิบัติการระบบใกล้สนาม UKM SATIMO
(a) ภาพถ่ายการวัดระยะใกล้ของ SATIMO (b) เส้นโค้งจำลองและทดลองของเสาอากาศ S11 MIMO ที่มีและไม่มี MS
ในส่วนนี้นำเสนอการศึกษาเปรียบเทียบพารามิเตอร์ S จำลองและสังเกตได้ของเสาอากาศ 5G MIMO ที่เสนอ รูปที่ 15b แสดงแผนภาพการสะท้อนแสงในการทดลองของเสาอากาศ MIMO MS แบบ 4 องค์ประกอบ และเปรียบเทียบกับผลการจำลอง CST พบว่าการสะท้อนกลับจากการทดลองจะเหมือนกับการคำนวณ CST แต่แตกต่างกันเล็กน้อยเนื่องจากข้อบกพร่องในการผลิตและเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนในการทดลอง นอกจากนี้ การสะท้อนที่สังเกตได้ของต้นแบบ MIMO ที่ใช้ MS ที่เสนอนั้นครอบคลุมสเปกตรัม 5G ที่ต่ำกว่า 6 GHz พร้อมแบนด์วิดท์อิมพีแดนซ์ที่ 4.8 GHz ซึ่งหมายความว่าแอปพลิเคชัน 5G เป็นไปได้ อย่างไรก็ตาม ความถี่เรโซแนนซ์ แบนด์วิธ และแอมพลิจูดที่วัดได้จะแตกต่างจากผลลัพธ์การจำลอง CST เล็กน้อย ข้อบกพร่องในการผลิต การสูญเสียการเชื่อมต่อ coax-to-SMA และการตั้งค่าการวัดกลางแจ้งอาจทำให้เกิดความแตกต่างระหว่างผลลัพธ์ที่วัดได้และที่จำลองได้ อย่างไรก็ตาม แม้จะมีข้อบกพร่องเหล่านี้ MIMO ที่เสนอก็ทำงานได้ดี โดยให้ข้อตกลงที่ชัดเจนระหว่างการจำลองและการวัด ทำให้เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันไร้สาย 5G ที่ความถี่ต่ำกว่า 6 GHz
เส้นโค้งอัตราขยายของเสาอากาศ MIMO ที่จำลองและสังเกตได้จะแสดงในรูปที่ 2 และ 2 ดังที่แสดงในรูปที่ 16a,b และ 17a,b ตามลำดับ ปฏิสัมพันธ์ร่วมกันของส่วนประกอบ MIMO จะปรากฏขึ้น เมื่อใช้ metasurfaces กับเสาอากาศ MIMO การแยกระหว่างเสาอากาศ MIMO จะดีขึ้นอย่างมาก แผนการแยกระหว่างองค์ประกอบเสาอากาศที่อยู่ติดกัน S12, S14, S23 และ S34 จะแสดงเส้นโค้งที่คล้ายกัน ในขณะที่เสาอากาศ MIMO ในแนวทแยง S13 และ S42 แสดงการแยกตัวสูงในทำนองเดียวกันเนื่องจากมีระยะห่างระหว่างกันมากขึ้น ลักษณะการส่งสัญญาณจำลองของเสาอากาศที่อยู่ติดกันจะแสดงในรูปที่ 16a เป็นที่น่าสังเกตว่าในสเปกตรัมการทำงานของ 5G ที่ความถี่ต่ำกว่า 6 GHz การแยกขั้นต่ำของเสาอากาศ MIMO ที่ไม่มี metasurface คือ -13.6 dB และสำหรับ metasurface ที่มีแบ็คเพลน – 15.5 dB แผนภาพอัตราขยาย (รูปที่ 16a) แสดงให้เห็นว่า metasurface ของแบ็คเพลนปรับปรุงการแยกระหว่างองค์ประกอบเสาอากาศ MIMO อย่างมีนัยสำคัญเมื่อเปรียบเทียบกับ metasurfaces แบบชั้นเดียวและสองชั้น บนองค์ประกอบเสาอากาศที่อยู่ติดกัน metasurface แบบชั้นเดียวและสองชั้นจะให้การแยกขั้นต่ำประมาณ -13.68 dB และ -14.78 dB และ metasurface ของแบ็คเพลนทองแดงจะให้ประมาณ -15.5 dB
เส้นโค้งการแยกจำลองขององค์ประกอบ MIMO ที่ไม่มีเลเยอร์ MS และมีเลเยอร์ MS: (a) S12, S14, S34 และ S32 และ (b) S13 และ S24
กราฟอัตราขยายเชิงทดลองของเสาอากาศ MIMO ที่ใช้ MS ที่เสนอโดยไม่มีและมี: (a) S12, S14, S34 และ S32 และ (b) S13 และ S24
แผนอัตราขยายเสาอากาศแนวทแยง MIMO ก่อนและหลังการเพิ่มเลเยอร์ MS จะแสดงในรูปที่ 16b เป็นที่น่าสังเกตว่าการแยกขั้นต่ำระหว่างเสาอากาศในแนวทแยงโดยไม่มี metasurface (เสาอากาศ 1 และ 3) คือ – 15.6 dB ตลอดสเปกตรัมการทำงาน และ metasurface ที่มีแบ็คเพลนคือ – 18 dB วิธีการ metasurface ช่วยลดผลการเชื่อมต่อระหว่างเสาอากาศ MIMO ในแนวทแยงได้อย่างมาก ฉนวนสูงสุดสำหรับ metasurface ชั้นเดียวคือ -37 dB ในขณะที่สำหรับ metasurface สองชั้นค่านี้จะลดลงเหลือ -47 dB การแยกสูงสุดของ metasurface ด้วยแบ็คเพลนทองแดงคือ −36.2 dB ซึ่งจะลดลงตามช่วงความถี่ที่เพิ่มขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับ metasurface แบบชั้นเดียวและสองชั้นที่ไม่มีแบ็คเพลน metasurface ที่มีแบ็คเพลนจะให้การแยกที่เหนือกว่าตลอดช่วงความถี่การทำงานที่ต้องการทั้งหมด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วง 5G ที่ต่ำกว่า 6 GHz ดังแสดงในรูปที่ 16a, b ในแถบความถี่ 5G ที่ได้รับความนิยมและใช้กันอย่างแพร่หลายที่ความถี่ต่ำกว่า 6 GHz (3.5 GHz) metasurface แบบชั้นเดียวและสองชั้นมีการแยกระหว่างส่วนประกอบ MIMO ต่ำกว่า metasurface ที่มีแบ็คเพลนทองแดง (แทบไม่มี MS) (ดูรูปที่ 16a) b) การวัดอัตราขยายจะแสดงในรูปที่ 17a, b ซึ่งแสดงการแยกเสาอากาศที่อยู่ติดกัน (S12, S14, S34 และ S32) และเสาอากาศแนวทแยง (S24 และ S13) ตามลำดับ ดังที่เห็นได้จากตัวเลขเหล่านี้ (รูปที่ 17a, b) การแยกการทดลองระหว่างส่วนประกอบ MIMO เห็นด้วยกับการแยกแบบจำลอง แม้ว่าจะมีความแตกต่างเล็กน้อยระหว่างค่า CST จำลองและที่วัดได้ เนื่องจากข้อบกพร่องในการผลิต การเชื่อมต่อพอร์ต SMA และการสูญเสียสายไฟ นอกจากนี้ เสาอากาศและตัวสะท้อนแสง MS ยังอยู่ระหว่างตัวเว้นระยะไนลอน ซึ่งเป็นอีกปัญหาหนึ่งที่ส่งผลต่อผลลัพธ์ที่สังเกตได้เมื่อเปรียบเทียบกับผลลัพธ์การจำลอง
ศึกษาการกระจายกระแสพื้นผิวที่ 5.5 GHz เพื่อหาเหตุผลเข้าข้างตนเองบทบาทของ metasurfaces ในการลดการมีเพศสัมพันธ์ร่วมกันผ่านการปราบปรามคลื่นพื้นผิว การกระจายกระแสพื้นผิวของเสาอากาศ MIMO ที่นำเสนอจะแสดงในรูปที่ 18 โดยที่เสาอากาศ 1 ถูกขับเคลื่อน และเสาอากาศส่วนที่เหลือสิ้นสุดด้วยโหลด 50 โอห์ม เมื่อเสาอากาศ 1 ได้รับพลังงาน กระแสคัปปลิ้งระหว่างกันที่มีนัยสำคัญจะปรากฏขึ้นที่เสาอากาศที่อยู่ติดกันที่ความถี่ 5.5 GHz ในกรณีที่ไม่มีพื้นผิว metasurface ดังแสดงในรูปที่ 18a ในทางตรงกันข้าม ด้วยการใช้ metasurfaces ดังแสดงในรูปที่ 18b–d การแยกระหว่างเสาอากาศที่อยู่ติดกันได้รับการปรับปรุง ควรสังเกตว่าผลกระทบของการมีเพศสัมพันธ์ร่วมกันของเขตข้อมูลที่อยู่ติดกันสามารถลดลงได้โดยการแพร่กระจายกระแสการมีเพศสัมพันธ์ไปยังวงแหวนที่อยู่ติดกันของเซลล์หน่วยและเซลล์หน่วย MS ที่อยู่ติดกันตามแนวชั้น MS ในทิศทางตรงกันข้าม การฉีดกระแสจากเสาอากาศแบบกระจายไปยังยูนิต MS เป็นวิธีการสำคัญในการปรับปรุงการแยกระหว่างส่วนประกอบ MIMO เป็นผลให้กระแสไฟฟ้าเชื่อมต่อระหว่างส่วนประกอบ MIMO ลดลงอย่างมาก และการแยกยังได้รับการปรับปรุงอย่างมากอีกด้วย เนื่องจากสนามเชื่อมต่อมีการกระจายอย่างกว้างขวางในองค์ประกอบ metasurface ของแบ็คเพลนทองแดงจึงแยกชุดเสาอากาศ MIMO ออกอย่างมีนัยสำคัญมากกว่า metasurfaces ชั้นเดียวและสองชั้น (รูปที่ 18d) นอกจากนี้ เสาอากาศ MIMO ที่พัฒนาแล้วยังมีการกระจายกลับและการกระจายด้านข้างที่ต่ำมาก ทำให้เกิดรูปแบบการแผ่รังสีทิศทางเดียว ดังนั้นจึงช่วยเพิ่มอัตราขยายของเสาอากาศ MIMO ที่นำเสนอ
รูปแบบกระแสพื้นผิวของเสาอากาศ MIMO ที่นำเสนอที่ 5.5 GHz (a) โดยไม่มี MC, (b) MC ชั้นเดียว (c) MC สองชั้น และ (d) MC ชั้นเดียวที่มีแบ็คเพลนทองแดง (CST สตูดิโอสวีท 2019)
ภายในความถี่การทำงาน รูปที่ 19a แสดงให้เห็นถึงกำไรที่จำลองและสังเกตได้ของเสาอากาศ MIMO ที่ออกแบบโดยไม่มีและมีพื้นผิวเมตา อัตราขยายที่ได้รับที่จำลองของเสาอากาศ MIMO โดยไม่มี metasurface คือ 5.4 dBi ดังแสดงในรูปที่ 19a เนื่องจากผลการเชื่อมต่อซึ่งกันและกันระหว่างส่วนประกอบ MIMO เสาอากาศ MIMO ที่นำเสนอจึงได้รับอัตราขยายที่สูงกว่า 0.25 dBi มากกว่าเสาอากาศเดี่ยว การเพิ่ม metasurfaces สามารถช่วยเพิ่มและแยกระหว่างส่วนประกอบ MIMO ได้อย่างมาก ดังนั้น เสาอากาศ MIMO ของ metasurface ที่เสนอจึงสามารถให้อัตราขยายสูงถึง 8.3 dBi ดังแสดงในรูปที่ 19a เมื่อใช้ metasurface เดียวที่ด้านหลังของเสาอากาศ MIMO อัตราขยายจะเพิ่มขึ้น 1.4 dBi เมื่อ metasurface เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า อัตราขยายจะเพิ่มขึ้น 2.1 dBi ดังแสดงในรูปที่ 19a อย่างไรก็ตาม คาดว่าจะได้รับเพิ่มขึ้นสูงสุดที่ 8.3 dBi เมื่อใช้ metasurface กับแบ็คเพลนทองแดง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง กำไรที่ได้รับสูงสุดสำหรับ metasurface ชั้นเดียวและสองชั้นคือ 6.8 dBi และ 7.5 dBi ตามลำดับ ในขณะที่กำไรสูงสุดที่ได้รับสำหรับ metasurface ชั้นล่างสุดคือ 8.3 dBi ชั้น metasurface ที่ด้านหลังของเสาอากาศทำหน้าที่เป็นตัวสะท้อนแสง โดยสะท้อนรังสีจากด้านหลังของเสาอากาศ และปรับปรุงอัตราส่วนด้านหน้าต่อด้านหลัง (F/B) ของเสาอากาศ MIMO ที่ได้รับการออกแบบ นอกจากนี้ ตัวสะท้อน MS ที่มีอิมพีแดนซ์สูงจะควบคุมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในเฟส ดังนั้นจึงสร้างเสียงสะท้อนเพิ่มเติมและปรับปรุงประสิทธิภาพการแผ่รังสีของเสาอากาศ MIMO ที่นำเสนอ ตัวสะท้อน MS ที่ติดตั้งอยู่ด้านหลังเสาอากาศ MIMO สามารถเพิ่มอัตราขยายที่ได้รับได้อย่างมาก ซึ่งได้รับการยืนยันจากผลการทดลอง อัตราขยายที่สังเกตและจำลองของเสาอากาศ MIMO ต้นแบบที่พัฒนาแล้วเกือบจะเท่ากัน อย่างไรก็ตาม ที่ความถี่บางความถี่ อัตราขยายที่วัดได้จะสูงกว่าอัตราขยายที่จำลอง โดยเฉพาะสำหรับ MIMO ที่ไม่มี MS ความแปรผันของกำไรจากการทดลองเหล่านี้เกิดจากความคลาดเคลื่อนในการวัดของแผ่นไนลอน การสูญเสียสายเคเบิล และการเชื่อมต่อในระบบเสาอากาศ อัตราขยายที่วัดได้สูงสุดของเสาอากาศ MIMO ที่ไม่มี metasurface คือ 5.8 dBi ในขณะที่ metasurface ที่มีแบ็คเพลนทองแดงคือ 8.5 dBi เป็นที่น่าสังเกตว่าระบบเสาอากาศ MIMO 4 พอร์ตที่สมบูรณ์ที่นำเสนอพร้อมตัวสะท้อนแสง MS นั้นให้อัตราขยายสูงภายใต้เงื่อนไขการทดลองและเชิงตัวเลข
ผลการจำลองและการทดลองของ (a) อัตราขยายที่ได้รับและ (b) ประสิทธิภาพโดยรวมของเสาอากาศ MIMO ที่เสนอพร้อมเอฟเฟกต์ metasurface
รูปที่ 19b แสดงประสิทธิภาพโดยรวมของระบบ MIMO ที่เสนอโดยไม่มีและมีตัวสะท้อนแสง metasurface ในรูปที่ 19b ประสิทธิภาพต่ำสุดโดยใช้ MS พร้อมแบ็คเพลนคือมากกว่า 73% (ลดลงเหลือ 84%) ประสิทธิภาพโดยรวมของเสาอากาศ MIMO ที่พัฒนาแล้วโดยไม่มี MC และ MC เกือบจะเท่ากันโดยมีความแตกต่างเล็กน้อยเมื่อเปรียบเทียบกับค่าที่จำลอง เหตุผลคือความคลาดเคลื่อนในการวัดและการใช้ตัวเว้นระยะระหว่างเสาอากาศกับตัวสะท้อนแสง MS อัตราขยายที่ได้รับและประสิทธิภาพโดยรวมที่วัดได้ตลอดความถี่ทั้งหมดเกือบจะใกล้เคียงกับผลการจำลอง ซึ่งบ่งชี้ว่าประสิทธิภาพของต้นแบบ MIMO ที่เสนอนั้นเป็นไปตามที่คาดไว้ และเสาอากาศ MIMO ที่ใช้ MS ที่แนะนำนั้นเหมาะสำหรับการสื่อสาร 5G เนื่องจากข้อผิดพลาดในการศึกษาเชิงทดลอง จึงมีความแตกต่างระหว่างผลลัพธ์โดยรวมของการทดลองในห้องปฏิบัติการและผลลัพธ์ของการจำลอง ประสิทธิภาพของต้นแบบที่นำเสนอได้รับผลกระทบจากความไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์ระหว่างเสาอากาศและขั้วต่อ SMA การสูญเสียการต่อสายโคแอกเชียล ผลของการบัดกรี และระยะห่างของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ กับการตั้งค่าการทดลอง
รูปที่ 20 อธิบายความคืบหน้าในการออกแบบและเพิ่มประสิทธิภาพของเสาอากาศดังกล่าวในรูปแบบของบล็อกไดอะแกรม แผนภาพบล็อกนี้ให้คำอธิบายทีละขั้นตอนของหลักการออกแบบเสาอากาศ MIMO ที่เสนอ ตลอดจนพารามิเตอร์ที่มีบทบาทสำคัญในการปรับเสาอากาศให้เหมาะสมเพื่อให้ได้อัตราขยายสูงและการแยกสัญญาณสูงตามความถี่การทำงานที่กว้าง
การวัดสายอากาศ MIMO ในระยะใกล้ถูกวัดใน SATIMO Near-Field Experimental Environment ที่ UKM SATIMO Near-Field Systems Laboratory รูปที่ 21a,b บรรยายถึงรูปแบบการแผ่รังสีระนาบ E และระนาบ H จำลองและสังเกตได้ของเสาอากาศ MIMO ที่ขออ้างสิทธิ์แบบมีและไม่มี MS ที่ความถี่การทำงาน 5.5 GHz ในช่วงความถี่การทำงาน 5.5 GHz เสาอากาศ non-MS MIMO ที่ได้รับการพัฒนาให้รูปแบบการแผ่รังสีแบบสองทิศทางที่สม่ำเสมอพร้อมค่ากลีบด้านข้าง หลังจากติดแผ่นสะท้อน MS แล้ว เสาอากาศจะมีรูปแบบการแผ่รังสีทิศทางเดียวและลดระดับของกลีบด้านหลัง ดังแสดงในรูปที่ 21a, b เป็นที่น่าสังเกตว่าการใช้ metasurface กับแบ็คเพลนทองแดง รูปแบบเสาอากาศ MIMO ที่เสนอจะมีความเสถียรและเป็นทิศทางเดียวมากกว่าไม่มี MS โดยมีกลีบด้านหลังและด้านข้างที่ต่ำมาก ตัวสะท้อนอาร์เรย์ MM ที่นำเสนอจะช่วยลดกลีบด้านหลังและด้านข้างของเสาอากาศ และยังปรับปรุงคุณลักษณะการแผ่รังสีโดยการกำหนดทิศทางกระแสในทิศทางเดียว (รูปที่ 21a, b) ซึ่งจะช่วยเพิ่มอัตราขยายและทิศทาง ได้รับรูปแบบการแผ่รังสีที่วัดได้สำหรับพอร์ต 1 ที่มีโหลด 50 โอห์มที่เชื่อมต่อกับพอร์ตที่เหลือ พบว่ารูปแบบการแผ่รังสีจากการทดลองเกือบจะเหมือนกันกับที่จำลองโดย CST แม้ว่าจะมีความเบี่ยงเบนบางประการเนื่องจากการวางแนวของส่วนประกอบที่ไม่ตรง ภาพสะท้อนจากพอร์ตขั้วต่อ และการสูญเสียในการเชื่อมต่อสายเคเบิล นอกจากนี้ มีการสอดตัวเว้นระยะไนลอนระหว่างเสาอากาศและตัวสะท้อนแสง MS ซึ่งเป็นอีกปัญหาหนึ่งที่ส่งผลต่อผลลัพธ์ที่สังเกตได้เมื่อเปรียบเทียบกับผลลัพธ์ที่คาดการณ์ไว้
รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศ MIMO ที่พัฒนาแล้ว (ไม่มี MS และ MS) ที่ความถี่ 5.5 GHz ได้รับการจำลองและทดสอบ
สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าการแยกพอร์ตและคุณลักษณะที่เกี่ยวข้องมีความสำคัญเมื่อประเมินประสิทธิภาพของระบบ MIMO ประสิทธิภาพด้านความหลากหลายของระบบ MIMO ที่เสนอ รวมถึงค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ของซองจดหมาย (ECC) และอัตราขยายความหลากหลาย (DG) ได้รับการตรวจสอบเพื่อแสดงให้เห็นถึงความทนทานของระบบเสาอากาศ MIMO ที่ได้รับการออกแบบ ECC และ DG ของเสาอากาศ MIMO สามารถใช้เพื่อประเมินประสิทธิภาพได้ เนื่องจากเป็นส่วนสำคัญของประสิทธิภาพของระบบ MIMO ส่วนต่อไปนี้จะให้รายละเอียดคุณลักษณะเหล่านี้ของเสาอากาศ MIMO ที่นำเสนอ
ค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ของซองจดหมาย (ECC) เมื่อพิจารณาถึงระบบ MIMO ใดๆ ECC จะกำหนดระดับที่องค์ประกอบที่เป็นส่วนประกอบมีความสัมพันธ์กันตามคุณสมบัติเฉพาะขององค์ประกอบเหล่านั้น ดังนั้น ECC จึงแสดงให้เห็นถึงระดับการแยกช่องสัญญาณในเครือข่ายการสื่อสารไร้สาย ECC (ค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ของซองจดหมาย) ของระบบ MIMO ที่พัฒนาแล้วสามารถกำหนดได้จากพารามิเตอร์ S และการปล่อยก๊าซในระยะไกล จากสมการ (7) และ (8) สามารถกำหนด ECC ของเสาอากาศ MIMO 31 ที่เสนอได้
ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนแสดงโดย Sii และ Sij แสดงถึงค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่าน รูปแบบการแผ่รังสีสามมิติของเสาอากาศ j-th และ i-th ได้รับจากนิพจน์ \(\vec{R__{j} \left( {\theta ,\varphi } \right)\) และ \( \vec {{R_{ i } }} มุมทึบแทนด้วย \left( {\theta ,\varphi } \right)\) และ \({\Omega }\) เส้นโค้ง ECC ของเสาอากาศที่นำเสนอแสดงในรูปที่ 22a และค่าของมันน้อยกว่า 0.004 ซึ่งต่ำกว่าค่าที่ยอมรับได้ที่ 0.5 มากสำหรับระบบไร้สาย ดังนั้นค่า ECC ที่ลดลงหมายความว่าระบบ MIMO 4 พอร์ตที่นำเสนอให้ความหลากหลายที่เหนือกว่า43
การเพิ่มความหลากหลาย (DG) DG เป็นอีกหนึ่งตัวชี้วัดประสิทธิภาพของระบบ MIMO ที่อธิบายว่ารูปแบบความหลากหลายส่งผลต่อพลังงานที่แผ่ออกมาอย่างไร ความสัมพันธ์ (9) กำหนด DG ของระบบเสาอากาศ MIMO ที่กำลังพัฒนา ตามที่อธิบายไว้ใน 31
รูปที่ 22b แสดงแผนภาพ DG ของระบบ MIMO ที่เสนอ โดยที่ค่า DG อยู่ใกล้กับ 10 dB มาก ค่า DG ของเสาอากาศทั้งหมดของระบบ MIMO ที่ออกแบบเกิน 9.98 dB
ตารางที่ 1 เปรียบเทียบเสาอากาศ MIMO metasurface ที่เสนอกับระบบ MIMO ที่คล้ายกันที่พัฒนาขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้ การเปรียบเทียบคำนึงถึงพารามิเตอร์ประสิทธิภาพต่างๆ รวมถึงแบนด์วิดท์ อัตราขยาย การแยกสูงสุด ประสิทธิภาพโดยรวม และประสิทธิภาพความหลากหลาย นักวิจัยได้นำเสนอต้นแบบเสาอากาศ MIMO ต่างๆ ที่มีเทคนิคการเพิ่มเกนและการแยกใน 5, 44, 45, 46, 47 เมื่อเปรียบเทียบกับผลงานที่ตีพิมพ์ก่อนหน้านี้ ระบบ MIMO ที่เสนอพร้อมตัวสะท้อน metasurface นั้นมีประสิทธิภาพเหนือกว่าพวกมันในแง่ของแบนด์วิธ เกน และการแยก นอกจากนี้ เมื่อเปรียบเทียบกับเสาอากาศที่คล้ายกันที่รายงาน ระบบ MIMO ที่พัฒนาแล้วยังแสดงประสิทธิภาพด้านความหลากหลายที่เหนือกว่าและประสิทธิภาพโดยรวมในขนาดที่เล็กกว่า แม้ว่าเสาอากาศที่อธิบายไว้ในส่วนที่ 5.46 จะมีการแยกสัญญาณที่สูงกว่าเสาอากาศที่เรานำเสนอ แต่เสาอากาศเหล่านี้ก็มีขนาดใหญ่ อัตราขยายต่ำ แบนด์วิดท์แคบ และประสิทธิภาพ MIMO ต่ำ เสาอากาศ MIMO 4 พอร์ตที่นำเสนอใน 45 มีอัตราขยายและประสิทธิภาพสูง แต่การออกแบบมีการแยกต่ำ ขนาดใหญ่ และประสิทธิภาพความหลากหลายต่ำ ในทางกลับกัน ระบบเสาอากาศขนาดเล็กที่เสนอใน 47 มีอัตราขยายและแบนด์วิดธ์การทำงานที่ต่ำมาก ในขณะที่ระบบ MIMO 4 พอร์ตที่ใช้ MS ที่เรานำเสนอนั้นมีขนาดเล็ก อัตราขยายสูง การแยกสัญญาณสูง และ MIMO ประสิทธิภาพที่ดีกว่า ดังนั้นเสาอากาศ MIMO ของ metasurface ที่เสนอจึงสามารถกลายเป็นคู่แข่งหลักสำหรับระบบสื่อสาร 5G ต่ำกว่า 6 GHz
มีการเสนอเสาอากาศ MIMO แบบไวด์แบนด์ที่ใช้ตัวสะท้อนแสงแบบ metasurface สี่พอร์ตซึ่งมีอัตราขยายและการแยกสูงเพื่อรองรับแอปพลิเคชัน 5G ที่ความถี่ต่ำกว่า 6 GHz เส้นไมโครสตริปป้อนส่วนที่แผ่รังสีเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัส ซึ่งถูกตัดทอนด้วยสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่มุมแนวทแยง MS และตัวส่งสัญญาณเสาอากาศที่นำเสนอนั้นถูกนำไปใช้กับวัสดุพื้นผิวที่คล้ายกับ Rogers RT5880 เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมในระบบการสื่อสาร 5G ความเร็วสูง เสาอากาศ MIMO มีช่วงกว้างและอัตราขยายสูง และให้การแยกเสียงระหว่างส่วนประกอบ MIMO และประสิทธิภาพที่เป็นเลิศ เสาอากาศเดี่ยวที่พัฒนาแล้วมีขนาดจิ๋ว 0.58?0.58?0.02? ด้วยอาร์เรย์ metasurface ขนาด 5×5 ให้แบนด์วิธการทำงานที่กว้าง 4.56 GHz, อัตราขยายสูงสุด 8 dBi และประสิทธิภาพการวัดที่เหนือกว่า เสาอากาศ MIMO สี่พอร์ตที่นำเสนอ (อาเรย์ 2 × 2) ได้รับการออกแบบโดยการจัดวางเสาอากาศเดี่ยวที่นำเสนอแต่ละอันในแนวตั้งฉากกับเสาอากาศอีกอันที่มีขนาด 1.05แลมบ์ × 1.05แลมบ์ × 0.02แลม ขอแนะนำให้ประกอบอาร์เรย์ 10×10 MM ไว้ใต้เสาอากาศ MIMO สูง 12 มม. ซึ่งสามารถลดการแผ่รังสีด้านหลังและลดการมีเพศสัมพันธ์ระหว่างส่วนประกอบ MIMO ซึ่งจะช่วยปรับปรุงอัตราขยายและการแยกสัญญาณ ผลการทดลองและการจำลองแสดงให้เห็นว่าต้นแบบ MIMO ที่พัฒนาแล้วสามารถทำงานในช่วงความถี่กว้าง 3.08–7.75 GHz ครอบคลุมสเปกตรัม 5G ที่ต่ำกว่า 6 GHz นอกจากนี้ เสาอากาศ MIMO ที่ใช้ MS ที่เสนอจะช่วยเพิ่มอัตราขยายได้ 2.9 dBi ซึ่งได้รับอัตราขยายสูงสุดที่ 8.3 dBi และให้การแยกสัญญาณที่ดีเยี่ยม (>15.5 dB) ระหว่างส่วนประกอบ MIMO ซึ่งเป็นการตรวจสอบการมีส่วนร่วมของ MS นอกจากนี้ เสาอากาศ MIMO ที่เสนอยังมีประสิทธิภาพโดยรวมโดยเฉลี่ยสูงถึง 82% และมีระยะห่างระหว่างองค์ประกอบต่ำเพียง 22 มม. เสาอากาศแสดงประสิทธิภาพความหลากหลาย MIMO ที่ยอดเยี่ยม รวมถึง DG ที่สูงมาก (มากกว่า 9.98 dB), ECC ต่ำมาก (น้อยกว่า 0.004) และรูปแบบการแผ่รังสีทิศทางเดียว ผลการวัดมีความคล้ายคลึงกับผลการจำลองมาก คุณลักษณะเหล่านี้ยืนยันว่าระบบเสาอากาศ MIMO สี่พอร์ตที่พัฒนาขึ้นสามารถเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับระบบการสื่อสาร 5G ในช่วงความถี่ต่ำกว่า 6 GHz
Cowin สามารถจัดหาเสาอากาศ PCB แถบความถี่กว้าง 400-6000MHz และรองรับการออกแบบเสาอากาศใหม่ตามความต้องการของคุณ โปรดติดต่อเราโดยไม่ลังเลหากคุณมีคำขอใดๆ