ការប្រើប្រាស់ metasurfaces ដើម្បីបង្កើនការទទួលបាន និងភាពឯកោនៃអង់តែន PCB wideband សម្រាប់ប្រព័ន្ធទំនាក់ទំនង 5G sub-6 GHz

ការងារនេះស្នើឱ្យមានប្រព័ន្ធទំនាក់ទំនងឥតខ្សែជំនាន់ទីប្រាំ (5G) អនុ 6 GHz (5G) metasurface (MS) metasurface (MIMO) ។ ភាពថ្មីថ្មោងជាក់ស្តែងនៃប្រព័ន្ធ MIMO ដែលត្រូវបានស្នើឡើងគឺកម្រិតបញ្ជូនប្រតិបត្តិការដ៏ធំទូលាយរបស់វា ការកើនឡើងខ្ពស់ ការបោសសំអាតអន្តរសមាសភាគតូច និងភាពឯកោដ៏ល្អឥតខ្ចោះនៅក្នុងសមាសធាតុ MIMO ។ កន្លែងបញ្ចេញកាំរស្មីរបស់អង់តែនត្រូវបានកាត់តាមអង្កត់ទ្រូង កាត់ដោយផ្នែក ហើយផ្ទៃមេតានឺត្រូវបានប្រើដើម្បីកែលម្អដំណើរការរបស់អង់តែន។ អង់តែន MS តែមួយរួមបញ្ចូលគ្នាគំរូគំរូដែលបានស្នើឡើងមានទំហំតូច 0.58λ × 0.58λ × 0.02λ ។ លទ្ធផលការក្លែងធ្វើ និងការវាស់ស្ទង់បង្ហាញពីដំណើរការធំទូលាយពី 3.11 GHz ដល់ 7.67 GHz រួមទាំងការទទួលបានខ្ពស់បំផុតដែលសម្រេចបាន 8 dBi ។ ប្រព័ន្ធ MIMO ធាតុទាំងបួនត្រូវបានរចនាឡើងដើម្បីឱ្យអង់តែននីមួយៗមានរាងមូលទៅគ្នាទៅវិញទៅមកខណៈពេលដែលរក្សាបាននូវទំហំបង្រួម និងដំណើរការធំទូលាយពី 3.2 ទៅ 7.6 GHz ។ គំរូ MIMO ដែលបានស្នើឡើងត្រូវបានរចនាឡើង និងប្រឌិតនៅលើស្រទាប់ខាងក្រោម Rogers RT5880 ជាមួយនឹងការបាត់បង់ទាប និងទំហំតូចនៃ 1.05? 1.05? 0.02? ហើយការអនុវត្តរបស់វាត្រូវបានវាយតម្លៃដោយប្រើអារេ resonator ring closed square ដែលបានស្នើឡើងជាមួយនឹងរង្វង់បំបែក 10 x 10 ។ សម្ភារៈមូលដ្ឋានគឺដូចគ្នា។ ផ្ទៃមេតាស្យូមខាងក្រោយដែលបានស្នើឡើងកាត់បន្ថយយ៉ាងខ្លាំងនូវវិទ្យុសកម្មខាងក្រោយអង់តែន និងរៀបចំដែនអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិច ដោយហេតុនេះធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវកម្រិតបញ្ជូន ការទទួលបាន និងភាពឯកោនៃសមាសធាតុ MIMO ។ បើប្រៀបធៀបជាមួយអង់តែន MIMO ដែលមានស្រាប់ អង់តែន MIMO 4-port ដែលបានស្នើឡើង ទទួលបានការកើនឡើងខ្ពស់ 8.3 dBi ជាមួយនឹងប្រសិទ្ធភាពសរុបជាមធ្យមរហូតដល់ 82% នៅក្នុងក្រុមតន្រ្តី 5G sub-6 GHz ហើយមានការព្រមព្រៀងគ្នាយ៉ាងល្អជាមួយនឹងលទ្ធផលដែលបានវាស់វែង។ លើសពីនេះ អង់តែន MIMO ដែលត្រូវបានអភិវឌ្ឍបង្ហាញនូវដំណើរការដ៏ល្អក្នុងលក្ខខណ្ឌនៃមេគុណទំនាក់ទំនងស្រោមសំបុត្រ (ECC) តិចជាង 0.004 ការទទួលបានភាពចម្រុះ (DG) ប្រហែល 10 dB (> 9.98 dB) និងភាពឯកោខ្ពស់រវាងសមាសធាតុ MIMO (> 15.5 dB) ។ លក្ខណៈ។ ដូច្នេះ អង់តែន MIMO ដែលមានមូលដ្ឋានលើ MS ដែលបានស្នើឡើងបញ្ជាក់ពីការអនុវត្តរបស់វាសម្រាប់បណ្តាញទំនាក់ទំនង 5G រង 6 GHz ។
បច្ចេកវិទ្យា 5G គឺជាការជឿនលឿនមិនគួរឱ្យជឿក្នុងការទំនាក់ទំនងឥតខ្សែ ដែលនឹងបើកបណ្តាញលឿន និងសុវត្ថិភាពជាងមុនសម្រាប់ឧបករណ៍ភ្ជាប់រាប់ពាន់លាន ផ្តល់បទពិសោធន៍អ្នកប្រើប្រាស់ជាមួយនឹងភាពយឺតយ៉ាវ "សូន្យ" (ភាពយឺតជាង 1 មិល្លីវិនាទី) និងណែនាំបច្ចេកវិទ្យាថ្មីៗ រួមទាំងអេឡិចត្រូនិកផងដែរ។ ការថែទាំវេជ្ជសាស្រ្ត ការអប់រំបញ្ញា។ ទីក្រុងឆ្លាតវៃ ផ្ទះឆ្លាតវៃ ការពិតនិម្មិត (VR) រោងចក្រឆ្លាតវៃ និងអ៊ីនធឺណិតនៃយានជំនិះ (IoV) កំពុងផ្លាស់ប្តូរជីវិត សង្គម និងឧស្សាហកម្មរបស់យើង1,2,3។ គណៈកម្មការទំនាក់ទំនងសហព័ន្ធអាមេរិក (FCC) បែងចែកវិសាលគម 5G ទៅជាប្រេកង់បួន។ រលកប្រេកង់ក្រោម 6 GHz គឺជាចំណាប់អារម្មណ៍របស់អ្នកស្រាវជ្រាវ ព្រោះវាអនុញ្ញាតឱ្យទំនាក់ទំនងចម្ងាយឆ្ងាយជាមួយនឹងអត្រាទិន្នន័យខ្ពស់ 5,6 ។ ការបែងចែកវិសាលគមរង 6 GHz 5G សម្រាប់ទំនាក់ទំនង 5G សកលត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 1 ដែលបង្ហាញថាប្រទេសទាំងអស់កំពុងពិចារណាវិសាលគមរង 6 GHz សម្រាប់ទំនាក់ទំនង 5G 7,8 ។ អង់តែនគឺជាផ្នែកមួយដ៏សំខាន់នៃបណ្តាញ 5G ហើយនឹងត្រូវការស្ថានីយមូលដ្ឋាន និងអង់តែនស្ថានីយអ្នកប្រើប្រាស់បន្ថែមទៀត។
អង់តែនបំណះ Microstrip មានគុណសម្បត្តិនៃភាពស្តើង និងរចនាសម្ព័ន្ធសំប៉ែត ប៉ុន្តែត្រូវបានកំណត់ក្នុងកម្រិតបញ្ជូន និងការកើនឡើង 9,10 ដូច្នេះការស្រាវជ្រាវជាច្រើនត្រូវបានធ្វើឡើងដើម្បីបង្កើនការកើនឡើង និងកម្រិតបញ្ជូននៃអង់តែន។ ក្នុងប៉ុន្មានឆ្នាំថ្មីៗនេះ metasurfaces (MS) ត្រូវបានប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងបច្ចេកវិទ្យាអង់តែន ជាពិសេសដើម្បីបង្កើនការទទួលបាន និងឆ្លងកាត់ 11,12 ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ អង់តែនទាំងនេះត្រូវបានកំណត់ត្រឹមច្រកតែមួយ។ បច្ចេកវិទ្យា MIMO គឺជាទិដ្ឋភាពសំខាន់នៃការទំនាក់ទំនងឥតខ្សែព្រោះវាអាចប្រើអង់តែនច្រើនក្នុងពេលដំណាលគ្នាដើម្បីបញ្ជូនទិន្នន័យ ដោយហេតុនេះធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវអត្រាទិន្នន័យ ប្រសិទ្ធភាពវិសាលគម សមត្ថភាពឆានែល និងភាពជឿជាក់13,14,15។ អង់តែន MIMO គឺជាបេក្ខជនដ៏មានសក្តានុពលសម្រាប់កម្មវិធី 5G ពីព្រោះពួកគេអាចបញ្ជូន និងទទួលទិន្នន័យតាមបណ្តាញជាច្រើនដោយមិនទាមទារថាមពលបន្ថែម 16,17 ។ ឥទ្ធិពលនៃការភ្ជាប់គ្នាទៅវិញទៅមករវាងសមាសធាតុ MIMO អាស្រ័យលើទីតាំងនៃធាតុ MIMO និងការទទួលបានអង់តែន MIMO ដែលជាបញ្ហាប្រឈមដ៏សំខាន់សម្រាប់អ្នកស្រាវជ្រាវ។ រូបភាពទី 18, 19 និង 20 បង្ហាញអង់តែន MIMO ផ្សេងៗដែលដំណើរការនៅក្នុងក្រុមតន្រ្តី 5G sub-6 GHz ដែលទាំងអស់បង្ហាញពីភាពឯកោ MIMO និងដំណើរការល្អ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ការកើនឡើង និងកម្រិតបញ្ជូនប្រតិបត្តិការនៃប្រព័ន្ធដែលបានស្នើឡើងទាំងនេះមានកម្រិតទាប។
Metamaterials (MMs) គឺជាវត្ថុធាតុដើមថ្មីដែលមិនមាននៅក្នុងធម្មជាតិ និងអាចគ្រប់គ្រងរលកអេឡិចត្រូម៉ាញេទិច ដោយហេតុនេះធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវដំណើរការនៃអង់តែន 21,22,23,24។ ឥឡូវនេះ MM ត្រូវបានគេប្រើយ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងបច្ចេកវិទ្យាអង់តែន ដើម្បីកែលម្អលំនាំវិទ្យុសកម្ម កម្រិតបញ្ជូន ទទួលបាន និងភាពឯកោរវាងធាតុអង់តែន និងប្រព័ន្ធទំនាក់ទំនងឥតខ្សែ ដូចដែលបានពិភាក្សាក្នុង 25, 26, 27, 28 ។ នៅឆ្នាំ 2029 ប្រព័ន្ធ MIMO ធាតុបួនផ្អែកលើ metasurface ដែលក្នុងនោះផ្នែកអង់តែនត្រូវបានបិទភ្ជាប់រវាងផ្ទៃ metasurface និងដីដោយគ្មានគម្លាតខ្យល់ ដែលធ្វើអោយដំណើរការ MIMO ប្រសើរឡើង។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយការរចនានេះមានទំហំធំជាង ប្រេកង់ប្រតិបត្តិការទាប និងរចនាសម្ព័ន្ធស្មុគស្មាញ។ ខ្សែអេឡិចត្រិច (EBG) និងរង្វិលជុំដីត្រូវបានរួមបញ្ចូលនៅក្នុងអង់តែន 2-port wideband MIMO ដែលបានស្នើឡើង ដើម្បីកែលម្អភាពឯកោនៃសមាសធាតុ MIMO30។ អង់តែនដែលបានរចនាឡើងមានភាពចម្រុះ MIMO ល្អ និងភាពឯកោដ៏ល្អឥតខ្ចោះរវាងអង់តែន MIMO ពីរ ប៉ុន្តែការប្រើតែសមាសធាតុ MIMO ពីរប៉ុណ្ណោះ ការទទួលបាននឹងមានកម្រិតទាប។ លើសពីនេះទៀត in31 ក៏បានស្នើសុំអង់តែន MIMO dual-port ob-port ultra-wideband (UWB) និងស៊ើបអង្កេតដំណើរការ MIMO របស់វាដោយប្រើ metamaterials ។ ទោះបីជាអង់តែននេះមានសមត្ថភាពប្រតិបត្តិការ UWB ក៏ដោយ ប៉ុន្តែការទទួលបានរបស់វាទាប ហើយភាពឯកោរវាងអង់តែនទាំងពីរគឺខ្សោយ។ ការងារ in32 ស្នើប្រព័ន្ធ 2-port MIMO ដែលប្រើឧបករណ៍ឆ្លុះបញ្ចាំងអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិច (EBG) ដើម្បីបង្កើនប្រាក់ចំណេញ។ ទោះបីជាអារេអង់តែនដែលបានអភិវឌ្ឍទទួលបានផលខ្ពស់ និងដំណើរការល្អពីភាពចម្រុះ MIMO ប៉ុន្តែទំហំធំរបស់វាធ្វើឱ្យពិបាកក្នុងការអនុវត្តនៅក្នុងឧបករណ៍ទំនាក់ទំនងជំនាន់ក្រោយ។ អង់តែន broadband ដែលមានមូលដ្ឋានលើការឆ្លុះបញ្ចាំងមួយផ្សេងទៀតត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅក្នុង 33 ដែលឧបករណ៍ឆ្លុះបញ្ចាំងត្រូវបានដាក់បញ្ចូលនៅក្រោមអង់តែនជាមួយនឹងគម្លាតធំជាង 22 មីលីម៉ែត្រ ដែលបង្ហាញពីការកើនឡើងកម្រិតទាបនៃ 4.87 dB ។ ក្រដាស 34 រចនាអង់តែន MIMO ច្រកបួនសម្រាប់កម្មវិធី mmWave ដែលត្រូវបានរួមបញ្ចូលជាមួយស្រទាប់ MS ដើម្បីកែលម្អភាពឯកោ និងទទួលបានប្រព័ន្ធ MIMO ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ អង់តែននេះផ្តល់នូវការទទួលបាន និងឯកោល្អ ប៉ុន្តែមានកម្រិតបញ្ជូន និងលក្ខណៈសម្បត្តិមេកានិកមិនល្អ ដោយសារគម្លាតខ្យល់ធំ។ ដូចគ្នានេះដែរក្នុងឆ្នាំ 2015 អង់តែន MIMO រួមបញ្ចូលគ្នានូវរន្ធដោតបីគូ 4 ច្រកដែលមានរាងដូចធ្នូត្រូវបានបង្កើតឡើងសម្រាប់ការទំនាក់ទំនង mmWave ជាមួយនឹងការកើនឡើងអតិបរមា 7.4 dBi ។ B36 MS ត្រូវបានប្រើនៅផ្នែកខាងក្រោយនៃអង់តែន 5G ដើម្បីបង្កើនការទទួលបានអង់តែន ដែលផ្ទៃ metasurface ដើរតួជាអ្នកឆ្លុះបញ្ចាំង។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ រចនាសម្ព័ន្ធ MS គឺមិនស៊ីមេទ្រី ហើយការយកចិត្តទុកដាក់តិចជាងនេះត្រូវបានបង់ទៅឱ្យរចនាសម្ព័ន្ធកោសិកាឯកតា។
យោងតាមលទ្ធផលនៃការវិភាគខាងលើ គ្មានអង់តែនណាមួយដែលទទួលបានខ្ពស់ ភាពឯកោល្អ ដំណើរការ MIMO និងការគ្របដណ្តប់ធំទូលាយ។ ដូច្នេះហើយ វានៅតែត្រូវការអង់តែន Metasurface MIMO ដែលអាចគ្របដណ្តប់ជួរដ៏ធំទូលាយនៃប្រេកង់វិសាលគម 5G ក្រោម 6 GHz ជាមួយនឹងការកើនឡើងខ្ពស់ និងភាពឯកោ។ ដោយពិចារណាលើដែនកំណត់នៃអក្សរសិល្ប៍ដែលបានរៀបរាប់ខាងលើ ប្រព័ន្ធអង់តែន MIMO ធាតុធំទូលាយចំនួនបួន ជាមួយនឹងការទទួលបានខ្ពស់ និងការអនុវត្តភាពចម្រុះដ៏ល្អឥតខ្ចោះត្រូវបានស្នើឡើងសម្រាប់ប្រព័ន្ធទំនាក់ទំនងឥតខ្សែរង 6 GHz ។ លើសពីនេះ អង់តែន MIMO ដែលត្រូវបានស្នើឡើងបង្ហាញពីភាពឯកោដ៏ល្អឥតខ្ចោះរវាងសមាសធាតុ MIMO គម្លាតនៃធាតុតូចៗ និងប្រសិទ្ធភាពវិទ្យុសកម្មខ្ពស់។ បំណះអង់តែនត្រូវបានកាត់តាមអង្កត់ទ្រូង ហើយដាក់នៅលើកំពូលនៃផ្ទៃមេដោយមានគម្លាតខ្យល់ 12 មីលីម៉ែត្រ ដែលឆ្លុះបញ្ចាំងពីវិទ្យុសកម្មត្រឡប់មកវិញពីអង់តែន និងធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវការទទួលបាន និងទិសដៅរបស់អង់តែន។ លើសពីនេះ អង់តែនទោលដែលបានស្នើឡើង ត្រូវបានប្រើដើម្បីបង្កើតអង់តែន MIMO ធាតុទាំងបួន ជាមួយនឹងដំណើរការ MIMO ដ៏ប្រសើរ ដោយដាក់អង់តែននីមួយៗតាមទិសទៅគ្នាទៅវិញទៅមក។ អង់តែន MIMO ដែលត្រូវបានអភិវឌ្ឍបន្ទាប់មកត្រូវបានដាក់បញ្ចូលនៅលើកំពូលនៃអារេ 10 × 10 MS ជាមួយនឹងយន្តហោះខាងក្រោយស្ពាន់ ដើម្បីកែលម្អការអនុវត្តការបំភាយឧស្ម័ន។ ការរចនាមានលក្ខណៈពិសេសជួរប្រតិបត្តិការធំទូលាយ (3.08-7.75 GHz) ការកើនឡើងខ្ពស់នៃ 8.3 dBi និងប្រសិទ្ធភាពសរុបជាមធ្យមខ្ពស់ 82% ក៏ដូចជាភាពឯកោដ៏ល្អឥតខ្ចោះលើសពី −15.5 dB រវាងសមាសធាតុអង់តែន MIMO ។ អង់តែន MIMO ដែលមានមូលដ្ឋានលើ MS ដែលបានអភិវឌ្ឍត្រូវបានក្លែងធ្វើដោយប្រើកញ្ចប់កម្មវិធីអេឡិចត្រូម៉ាញេទិក 3D CST Studio 2019 និងធ្វើឱ្យមានសុពលភាពតាមរយៈការសិក្សាពិសោធន៍។
ផ្នែកនេះផ្តល់នូវការណែនាំលម្អិតអំពីស្ថាបត្យកម្មដែលបានស្នើឡើង និងវិធីសាស្រ្តរចនាអង់តែនតែមួយ។ លើសពីនេះ លទ្ធផលដែលបានក្លែងធ្វើ និងអង្កេតត្រូវបានពិភាក្សាយ៉ាងលម្អិត រួមទាំងប៉ារ៉ាម៉ែត្រនៃការខ្ចាត់ខ្ចាយ ការទទួលបាន និងប្រសិទ្ធភាពរួមដោយមាន និងគ្មានផ្ទៃមេតា។ អង់តែនគំរូត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅលើស្រទាប់ខាងក្រោម dielectric ការបាត់បង់ទាប Rogers 5880 ដែលមានកម្រាស់ 1.575mm ជាមួយនឹងថេរ dielectric នៃ 2.2 ។ ដើម្បីអភិវឌ្ឍ និងក្លែងធ្វើការរចនា កញ្ចប់ក្លែងធ្វើអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិច CST studio 2019 ត្រូវបានប្រើ។
រូបភាពទី 2 បង្ហាញពីគំរូស្ថាបត្យកម្ម និងការរចនាដែលបានស្នើឡើងនៃអង់តែនធាតុតែមួយ។ យោងតាមសមីការគណិតវិទ្យាដែលបានបង្កើតឡើងយ៉ាងល្អ អង់តែនមានកន្លែងបញ្ចេញកាំរស្មីរាងលីនេអ៊ែរ និងប្លង់ដីទង់ដែង (ដូចបានរៀបរាប់ក្នុងជំហានទី 1) ហើយមានកម្រិតបញ្ជូនតូចចង្អៀតខ្លាំងនៅ 10.8 GHz ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 3b ។ ទំហំដំបូងនៃអង់តែនវិទ្យុសកម្មត្រូវបានកំណត់ដោយទំនាក់ទំនងគណិតវិទ្យាខាងក្រោម 37:
ដែល \(P_{L}\) និង \(P_{w}\) ជាប្រវែង និងទទឹងនៃបំណះ C តំណាងឱ្យល្បឿននៃពន្លឺ \(\gamma_{r}\) គឺជាថេរ dielectric នៃស្រទាប់ខាងក្រោម . , \(\gamma_{reff }\) តំណាងឱ្យតម្លៃ dielectric ដ៏មានប្រសិទ្ធិភាពនៃកន្លែងវិទ្យុសកម្ម, \(\Delta L\) តំណាងឱ្យការផ្លាស់ប្តូរប្រវែងចំណុច។ អង់តែនខាងក្រោយត្រូវបានធ្វើឱ្យប្រសើរក្នុងដំណាក់កាលទី 2 ដោយបង្កើនកម្រិតបញ្ជូន impedance ទោះបីជាកម្រិតបញ្ជូន impedance ទាបបំផុតនៃ 10 dB ក៏ដោយ។ នៅដំណាក់កាលទីបី ទីតាំង feeder ត្រូវបានផ្លាស់ប្តូរទៅខាងស្តាំ ដែលធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវកម្រិតបញ្ជូន impedance និងការផ្គូផ្គង impedance នៃអង់តែនដែលបានស្នើឡើង 38 ។ នៅដំណាក់កាលនេះ អង់តែនបង្ហាញពីកម្រិតបញ្ជូនប្រតិបត្តិការដ៏ល្អឥតខ្ចោះនៃ 4 GHz ហើយថែមទាំងគ្របដណ្តប់វិសាលគមខាងក្រោម 6 GHz នៅក្នុង 5G ផងដែរ។ ដំណាក់​កាល​ទី​បួន និង​ចុង​ក្រោយ​ទាក់​ទង​នឹង​ការ​ឆ្លាក់​ចង្អូរ​ការ៉េ​នៅ​ជ្រុង​ទល់​មុខ​កន្លែង​វិទ្យុសកម្ម។ រន្ធដោតនេះពង្រីកកម្រិតបញ្ជូន 4.56 GHz យ៉ាងសំខាន់ដើម្បីគ្របដណ្តប់លើអនុ 6 GHz 5G វិសាលគមពី 3.11 GHz ដល់ 7.67 GHz ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 3b ។ ទិដ្ឋភាពខាងមុខ និងខាងក្រោមនៃការរចនាដែលបានស្នើឡើងត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 3a ហើយប៉ារ៉ាម៉ែត្រនៃការរចនាដែលតម្រូវឱ្យបង្កើនប្រសិទ្ធភាពចុងក្រោយមានដូចខាងក្រោម៖ 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.
(ក) ទិដ្ឋភាពខាងលើ និងខាងក្រោយនៃអង់តែនតែមួយដែលបានរចនា (CST STUDIO SUITE 2019)។ (ខ) ខ្សែកោង S-parameter ។
Metasurface គឺជាពាក្យដែលសំដៅទៅលើអារេតាមកាលកំណត់នៃកោសិកាឯកតាដែលមានទីតាំងនៅចម្ងាយជាក់លាក់ពីគ្នាទៅវិញទៅមក។ Metasurfaces គឺជាមធ្យោបាយដ៏មានប្រសិទ្ធភាពមួយក្នុងការធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងនូវដំណើរការវិទ្យុសកម្មអង់តែន រួមទាំងកម្រិតបញ្ជូន ការទទួលបាន និងភាពឯកោរវាងសមាសធាតុ MIMO ។ ដោយសារឥទ្ធិពលនៃការសាយភាយរលកលើផ្ទៃ ផ្ទៃមេតាស្យូស បង្កើតបាននូវភាពអនុភាពបន្ថែម ដែលរួមចំណែកដល់ការធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងនូវដំណើរការអង់តែន39។ ការងារនេះស្នើរឯកតា epsilon-negative metamaterial (MM) ដែលដំណើរការក្នុង 5G band ក្រោម 6 GHz។ MM ដែលមានផ្ទៃក្រឡា 8mm × 8mm ត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅលើស្រទាប់ខាងក្រោមដែលបាត់បង់ Rogers 5880 ជាមួយនឹងថេរ dielectric នៃ 2.2 និងកម្រាស់ 1.575mm ។ បំណះ MM resonator ដែលត្រូវបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងមានរង្វង់ផ្នែកខាងក្នុងដែលភ្ជាប់ទៅនឹងចិញ្ចៀនបំបែកខាងក្រៅដែលបានកែប្រែពីរដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 4a ។ រូបភាពទី 4a សង្ខេបប៉ារ៉ាម៉ែត្រដែលបានធ្វើឱ្យប្រសើរចុងក្រោយនៃការដំឡើង MM ដែលបានស្នើឡើង។ ក្រោយមកទៀត ស្រទាប់មេតាស្យូម 40 × 40 មម និង 80 × 80 មមត្រូវបានបង្កើតឡើងដោយគ្មានស្ពាន់ខាងក្រោយ និងជាមួយផ្ទាំងខាងក្រោយស្ពាន់ដោយប្រើអារេក្រឡា 5 × 5 និង 10 × 10 រៀងគ្នា។ រចនាសម្ព័ន្ធ MM ដែលត្រូវបានស្នើឡើងត្រូវបានយកគំរូតាមកម្មវិធីគំរូអេឡិចត្រិច 3D “CST studio suite 2019”។ គំរូប្រឌិតនៃរចនាសម្ព័ន្ធអារេ MM ដែលបានស្នើឡើង និងការដំឡើងរង្វាស់ (ឧបករណ៍វិភាគបណ្តាញច្រកពីរ PNA និងច្រករលក) ត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 4b ដើម្បីធ្វើសុពលភាពលទ្ធផលក្លែងធ្វើ CST ដោយវិភាគការឆ្លើយតបជាក់ស្តែង។ ការដំឡើងរង្វាស់បានប្រើឧបករណ៍វិភាគបណ្តាញស៊េរី Agilent PNA រួមបញ្ចូលគ្នាជាមួយអាដាប់ទ័រ coaxial រលកពីរ (A-INFOMW លេខផ្នែក: 187WCAS) ដើម្បីផ្ញើ និងទទួលសញ្ញា។ អារេគំរូ 5 × 5 ត្រូវបានដាក់នៅចន្លោះអាដាប់ទ័រ coaxial waveguide ពីរដែលតភ្ជាប់ដោយខ្សែ coaxial ទៅឧបករណ៍វិភាគបណ្តាញពីរច្រក (Agilent PNA N5227A) ។ ឧបករណ៍ក្រិតខ្នាត Agilent N4694-60001 ត្រូវបានប្រើដើម្បីក្រិតឧបករណ៍វិភាគបណ្តាញនៅក្នុងរោងចក្រសាកល្បង។ ប៉ារ៉ាម៉ែត្រនៃការខ្ចាត់ខ្ចាយដែលបានក្លែងធ្វើ និង CST សង្កេតឃើញនៃអារេ MM គំរូដែលបានស្នើត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 5a ។ វាអាចត្រូវបានគេមើលឃើញថារចនាសម្ព័ន្ធ MM ដែលបានស្នើឡើងនៅក្នុងជួរប្រេកង់ 5G ក្រោម 6 GHz ។ ទោះបីជាមានភាពខុសប្លែកគ្នាតិចតួចនៅក្នុងកម្រិតបញ្ជូននៃ 10 dB ក៏ដោយ លទ្ធផលដែលបានក្លែងធ្វើ និងពិសោធន៍គឺស្រដៀងគ្នាខ្លាំងណាស់។ ប្រេកង់ resonant, bandwidth និង amplitude នៃ resonance បានសង្កេតគឺខុសគ្នាបន្តិចបន្តួចពីកម្មវិធីក្លែងធ្វើ ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 5a ។ ភាពខុសគ្នាទាំងនេះរវាងលទ្ធផលដែលបានសង្កេត និងក្លែងធ្វើគឺដោយសារតែភាពមិនល្អឥតខ្ចោះនៃការផលិត ការបោសសំអាតតូចៗរវាងគំរូដើម និងច្រករលកសញ្ញា ផលប៉ះពាល់នៃការភ្ជាប់គ្នារវាងច្រក waveguide និងសមាសធាតុអារេ និងភាពអត់ធ្មត់នៃការវាស់វែង។ លើសពីនេះ ការដាក់ត្រឹមត្រូវនៃគំរូដែលបានអភិវឌ្ឍរវាងច្រករលកមគ្គុទ្ទេសក៍ក្នុងការរៀបចំពិសោធន៍អាចបណ្តាលឱ្យមានការផ្លាស់ប្តូរសំឡេងឡើងវិញ។ លើសពីនេះ សំឡេងរំខានដែលមិនចង់បានត្រូវបានគេសង្កេតឃើញក្នុងដំណាក់កាលនៃការក្រិតតាមខ្នាត ដែលនាំឱ្យមានភាពមិនស្របគ្នារវាងលទ្ធផលជាលេខ និងការវាស់វែង។ ទោះបីជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ក្រៅពីការលំបាកទាំងនេះ គំរូអារេ MM ដែលបានស្នើឡើងដំណើរការបានល្អដោយសារតែការជាប់ទាក់ទងគ្នាខ្លាំងរវាងការក្លែងធ្វើ និងការពិសោធន៍ ដែលធ្វើឱ្យវាសមល្អសម្រាប់កម្មវិធីទំនាក់ទំនងឥតខ្សែ 5G អនុ 6 GHz ។
(a) ធរណីមាត្រក្រឡាឯកតា (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) រូបថតនៃការដំឡើងការវាស់វែង MM ។
(ក) ការក្លែងធ្វើ និងការផ្ទៀងផ្ទាត់ខ្សែកោងប៉ារ៉ាម៉ែត្រនៃការបែកខ្ចាត់ខ្ចាយនៃគំរូមេតា។ (ខ) ខ្សែកោងថេរ Dielectric នៃក្រឡាឯកតា MM ។
ប៉ារ៉ាម៉ែត្រដែលមានប្រសិទ្ធភាពដែលពាក់ព័ន្ធដូចជាថេរ dielectric ប្រសិទ្ធភាព ភាពជ្រាបចូលម៉ាញ៉េទិច និងសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរត្រូវបានសិក្សាដោយប្រើបច្ចេកទេសក្រោយដំណើរការដែលភ្ជាប់មកជាមួយនៃម៉ាស៊ីនក្លែងធ្វើអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិច CST ដើម្បីវិភាគបន្ថែមទៀតអំពីឥរិយាបទនៃកោសិកាឯកតា MM ។ ប៉ារ៉ាម៉ែត្រ MM ដែលមានប្រសិទ្ធភាពគឺទទួលបានពីប៉ារ៉ាម៉ែត្រដែលខ្ចាត់ខ្ចាយដោយប្រើវិធីសាស្ត្រស្ថាបនាឡើងវិញដ៏រឹងមាំ។ សមីការមេគុណនៃការបញ្ជូន និងការឆ្លុះបញ្ចាំងខាងក្រោម៖ (3) និង (4) អាចត្រូវបានប្រើដើម្បីកំណត់សន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរ និងឧបសគ្គ (សូមមើល 40)។
ផ្នែកពិត និងការស្រមើលស្រមៃរបស់ប្រតិបត្តិករត្រូវបានតំណាងដោយ (.)' និង (.)” រៀងគ្នា ហើយតម្លៃចំនួនគត់ m ត្រូវគ្នាទៅនឹងសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរពិត។ ថេរ Dielectric និង permeability ត្រូវបានកំណត់ដោយរូបមន្ត \(\varepsilon { } = { }n/z,\) និង \(\mu = nz\) ដែលផ្អែកលើសន្ទស្សន៍ impedance និងចំណាំងបែររៀងគ្នា។ ខ្សែកោងថេរ dielectric ដ៏មានប្រសិទ្ធិភាពនៃរចនាសម្ព័ន្ធ MM ត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 5b ។ នៅប្រេកង់ resonant ថេរ dielectric ដែលមានប្រសិទ្ធិភាពគឺអវិជ្ជមាន។ រូបភាព 6a,b បង្ហាញតម្លៃស្រង់ចេញនៃប្រសិទ្ធភាព permeability (μ) និងសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរដែលមានប្រសិទ្ធភាព (n) នៃក្រឡាឯកតាដែលបានស្នើឡើង។ គួរកត់សម្គាល់ថាភាពជ្រាបចូលដែលបានស្រង់ចេញបង្ហាញពីតម្លៃពិតវិជ្ជមាននៅជិតសូន្យដែលបញ្ជាក់ពីលក្ខណៈសម្បត្តិ epsilon-negative (ENG) នៃរចនាសម្ព័ន្ធ MM ដែលបានស្នើឡើង។ លើសពីនេះទៅទៀត ដូចដែលបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 6a ភាពធន់នៅ permeability ជិតសូន្យគឺទាក់ទងយ៉ាងខ្លាំងទៅនឹងប្រេកង់ resonant ។ ក្រឡាឯកតាដែលបានអភិវឌ្ឍមានសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរអវិជ្ជមាន (រូបភាព 6b) ដែលមានន័យថា MM ដែលបានស្នើឡើងអាចត្រូវបានប្រើដើម្បីកែលម្អដំណើរការអង់តែន 21,41 ។
គំរូដើមដែលបានអភិវឌ្ឍនៃអង់តែនអ៊ីនធឺណេតតែមួយ ត្រូវបានគេប្រឌិតឡើង ដើម្បីសាកល្បងសាកល្បងការរចនាដែលបានស្នើឡើង។ រូបភាព 7a,b បង្ហាញរូបភាពនៃអង់តែនទោលគំរូដែលបានស្នើឡើង ផ្នែករចនាសម្ព័ន្ធរបស់វា និងការដំឡើងរង្វាស់ជិតវាល (SATIMO)។ ដើម្បីកែលម្អដំណើរការអង់តែន ផ្ទៃមេតាស្យូមដែលបានអភិវឌ្ឍត្រូវបានដាក់ក្នុងស្រទាប់ក្រោមអង់តែន ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 8a ជាមួយនឹងកម្ពស់ h ។ ស្រទាប់ពីរជាន់ 40mm x 40mm តែមួយត្រូវបានអនុវត្តទៅផ្នែកខាងក្រោយនៃអង់តែនតែមួយនៅចន្លោះពេល 12mm។ លើសពីនេះ ផ្ទៃមេតាស្យូមដែលមានផ្ទៃខាងក្រោយត្រូវបានដាក់នៅផ្នែកខាងក្រោយនៃអង់តែនតែមួយនៅចម្ងាយ 12 មីលីម៉ែត្រ។ បន្ទាប់ពីអនុវត្ត metasurface អង់តែនតែមួយបង្ហាញពីភាពប្រសើរឡើងគួរឱ្យកត់សម្គាល់ក្នុងការអនុវត្តដូចដែលបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 1 និង 2 ។ រូបភាពទី 8 និងទី 9 ។ រូបភាពទី 8b បង្ហាញពីការក្លែងធ្វើ និងវាស់ស្ទង់សម្រាប់អង់តែនតែមួយដោយគ្មាន និងជាមួយ metasurfaces ។ គួរកត់សម្គាល់ថាក្រុមគ្របដណ្តប់នៃអង់តែនដែលមានផ្ទៃមេតាគឺស្រដៀងទៅនឹងក្រុមគ្របដណ្តប់នៃអង់តែនដែលមិនមានផ្ទៃមេតា។ រូបភាព 9a,b បង្ហាញពីការប្រៀបធៀបនៃការក្លែងធ្វើ និងសង្កេតឃើញការកើនឡើងអង់តែនតែមួយ និងប្រសិទ្ធភាពរួមដោយគ្មាន និងជាមួយ MS នៅក្នុងវិសាលគមប្រតិបត្តិការ។ វាអាចត្រូវបានគេមើលឃើញថាបើប្រៀបធៀបជាមួយនឹងអង់តែនដែលមិនមែនជា metasurface ការកើនឡើងនៃអង់តែន metasurface គឺមានភាពប្រសើរឡើងគួរឱ្យកត់សម្គាល់ដែលកើនឡើងពី 5.15 dBi ទៅ 8 dBi ។ ការកើនឡើងនៃផ្ទៃមេតាស្រទាប់តែមួយ ផ្ទៃមេតាស្រទាប់ពីរ និងអង់តែនតែមួយដែលមានផ្ទៃមេតាផ្ទៃខាងក្រោយកើនឡើង 6 dBi, 6.9 dBi និង 8 dBi រៀងគ្នា។ បើប្រៀបធៀបជាមួយ metasurfaces ផ្សេងទៀត ( MCs ស្រទាប់តែមួយ និងស្រទាប់ពីរ) ការកើនឡើងនៃអង់តែន metasurface តែមួយជាមួយនឹងស្ពាន់ខាងក្រោយគឺរហូតដល់ 8 dBi ។ ក្នុងករណីនេះ metasurface ដើរតួជាអ្នកឆ្លុះបញ្ចាំង កាត់បន្ថយវិទ្យុសកម្មខាងក្រោយរបស់អង់តែន និងរៀបចំរលកអេឡិចត្រូម៉ាញេទិកក្នុងដំណាក់កាល ដោយហេតុនេះបង្កើនប្រសិទ្ធភាពវិទ្យុសកម្មរបស់អង់តែន ហើយជាហេតុទទួលបានផល។ ការសិក្សាអំពីប្រសិទ្ធភាពរួមនៃអង់តែនតែមួយដោយគ្មាន និងជាមួយ metasurfaces ត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 9b ។ គួរកត់សម្គាល់ថាប្រសិទ្ធភាពនៃអង់តែនដែលមាននិងគ្មានមេតាគឺស្ទើរតែដូចគ្នា។ នៅក្នុងជួរប្រេកង់ទាបប្រសិទ្ធភាពអង់តែនថយចុះបន្តិច។ ខ្សែកោងទទួលបាន និងប្រសិទ្ធភាពពិសោធន៍ និងក្លែងធ្វើគឺស្ថិតក្នុងការព្រមព្រៀងគ្នាដ៏ល្អ។ ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ មានភាពខុសប្លែកគ្នាបន្តិចបន្តួចរវាងលទ្ធផលដែលបានក្លែងធ្វើ និងសាកល្បង ដោយសារកំហុសក្នុងការផលិត ភាពអត់ធ្មត់នៃការវាស់វែង ការបាត់បង់ការតភ្ជាប់ច្រក SMA និងការបាត់បង់ខ្សែ។ លើសពីនេះទៀតអង់តែននិងឧបករណ៍ឆ្លុះបញ្ចាំង MS ស្ថិតនៅចន្លោះចន្លោះនីឡុងដែលជាបញ្ហាមួយផ្សេងទៀតដែលប៉ះពាល់ដល់លទ្ធផលដែលបានសង្កេតបើប្រៀបធៀបទៅនឹងលទ្ធផលនៃការក្លែងធ្វើ។
រូបភាព (ក) បង្ហាញអង់តែនតែមួយដែលបានបញ្ចប់ និងសមាសធាតុពាក់ព័ន្ធរបស់វា។ (ខ) ការដំឡើងរង្វាស់ជិតវាល (SATIMO) ។
(ក) ការរំភើបចិត្តអង់តែនដោយប្រើឧបករណ៍ឆ្លុះបញ្ចាំង metasurface (CST STUDIO SUITE 2019) ។ (ខ) ការក្លែងធ្វើ និងពិសោធន៍ឆ្លុះបញ្ចាំងនៃអង់តែនតែមួយដោយគ្មាន និងជាមួយ MS ។
ការក្លែងធ្វើ និងការវាស់វែងលទ្ធផលនៃ (ក) ការទទួលបានដែលសម្រេចបាន និង (ខ) ប្រសិទ្ធភាពរួមនៃអង់តែនបែបផែន metasurface ដែលបានស្នើឡើង។
ការវិភាគលំនាំធ្នឹមដោយប្រើ MS ។ ការវាស់ស្ទង់នៅជិតវាលតែមួយ អង់តែនត្រូវបានអនុវត្តនៅក្នុងបរិយាកាសពិសោធន៍ក្បែរវាល SATIMO នៃមន្ទីរពិសោធន៍ប្រព័ន្ធ UKM SATIMO Near-Field។ រូបភាព 10a, b បង្ហាញពីគំរូវិទ្យុសកម្មរបស់ E-plane និង H-plane ដែលក្លែងធ្វើ និងសង្កេតនៅ 5.5 GHz សម្រាប់អង់តែនតែមួយដែលបានស្នើឡើងដោយមាន និងគ្មាន MS ។ អង់តែនតែមួយដែលបានអភិវឌ្ឍ (ដោយគ្មាន MS) ផ្តល់នូវគំរូវិទ្យុសកម្មទ្វេទិសស្របជាមួយនឹងតម្លៃ lobe ចំហៀង។ បន្ទាប់ពីអនុវត្តការឆ្លុះបញ្ចាំង MS ដែលបានស្នើឡើង អង់តែនផ្តល់នូវលំនាំវិទ្យុសកម្ម unidirectional និងកាត់បន្ថយកម្រិតនៃ lobes ខាងក្រោយដូចបានបង្ហាញក្នុងរូបភាព 10a, ខ។ វាគួរឱ្យកត់សម្គាល់ថាគំរូវិទ្យុសកម្មអង់តែនតែមួយដែលបានស្នើឡើងគឺមានស្ថេរភាពជាងនិងមាន unidirectional ជាមួយនឹង lobes ផ្នែកខាងក្រោយទាបបំផុតនៅពេលប្រើ metasurface ជាមួយ backplane ទង់ដែង។ ឧបករណ៍ឆ្លុះបញ្ចាំងអារេ MM ដែលបានស្នើកាត់បន្ថយផ្នែកខាងក្រោយ និងចំហៀងនៃអង់តែន ខណៈពេលដែលធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវដំណើរការវិទ្យុសកម្មដោយដឹកនាំចរន្តក្នុងទិសដៅតែមួយ (រូបភាព 10a, ខ) ដោយហេតុនេះបង្កើនការទទួលបាន និងទិសដៅ។ វាត្រូវបានគេសង្កេតឃើញថាគំរូវិទ្យុសកម្មពិសោធន៍គឺស្ទើរតែអាចប្រៀបធៀបទៅនឹងការក្លែងធ្វើ CST ប៉ុន្តែមានភាពខុសប្លែកគ្នាបន្តិចបន្តួចដោយសារតែការតម្រឹមនៃធាតុផ្សំដែលបានផ្គុំគ្នាខុស ភាពធន់នឹងការវាស់វែង និងការបាត់បង់ខ្សែ។ លើសពីនេះ នីឡុង spacer ត្រូវបានបញ្ចូលរវាងអង់តែន និងឧបករណ៍ឆ្លុះបញ្ចាំង MS ដែលជាបញ្ហាមួយផ្សេងទៀតដែលប៉ះពាល់ដល់លទ្ធផលដែលបានសង្កេតបើប្រៀបធៀបទៅនឹងលទ្ធផលជាលេខ។
គំរូវិទ្យុសកម្មនៃអង់តែនតែមួយដែលបានអភិវឌ្ឍ (ដោយគ្មាន MS និងជាមួយ MS) នៅប្រេកង់ 5.5 GHz ត្រូវបានក្លែងធ្វើ និងសាកល្បង។
ធរណីមាត្រអង់តែន MIMO ដែលត្រូវបានស្នើឡើងត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 11 និងរួមបញ្ចូលអង់តែនតែមួយចំនួនបួន។ សមាសធាតុទាំងបួននៃអង់តែន MIMO ត្រូវបានរៀបចំតាមទិសទៅគ្នាទៅវិញទៅមកនៅលើស្រទាប់ខាងក្រោមនៃវិមាត្រ 80 × 80 × 1.575 មីលីម៉ែត្រ ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 11 ។ អង់តែន MIMO ដែលរចនាឡើងមានចម្ងាយអន្តរធាតុ 22 មីលីម៉ែត្រ ដែលតូចជាងអង់តែន MIMO ។ ចម្ងាយអន្តរធាតុដែលត្រូវគ្នានៅជិតបំផុតនៃអង់តែន។ អង់តែន MIMO ត្រូវបានបង្កើតឡើង។ លើសពីនេះទៀតផ្នែកនៃយន្តហោះដីមានទីតាំងនៅតាមរបៀបដូចគ្នានឹងអង់តែនតែមួយ។ តម្លៃឆ្លុះបញ្ចាំងនៃអង់តែន MIMO (S11, S22, S33, និង S44) ដែលបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 12a បង្ហាញអាកប្បកិរិយាដូចគ្នាទៅនឹងអង់តែនធាតុតែមួយដែលរំញ័រនៅក្នុងក្រុមតន្រ្តី 3.2–7.6 GHz ។ ដូច្នេះ កម្រិតបញ្ជូន impedance នៃអង់តែន MIMO គឺដូចគ្នាបេះបិទទៅនឹងអង់តែនតែមួយ។ ឥទ្ធិពលនៃការភ្ជាប់គ្នារវាងសមាសធាតុ MIMO គឺជាហេតុផលចម្បងសម្រាប់ការបាត់បង់កម្រិតបញ្ជូនតូចនៃអង់តែន MIMO ។ រូបភាពទី 12b បង្ហាញពីឥទ្ធិពលនៃទំនាក់ទំនងអន្តរកម្មលើសមាសធាតុ MIMO ដែលភាពឯកោល្អបំផុតរវាងសមាសធាតុ MIMO ត្រូវបានកំណត់។ ភាពឯកោរវាងអង់តែន 1 និង 2 គឺទាបបំផុតនៅប្រហែល -13.6 dB ហើយភាពឯកោរវាងអង់តែន 1 និង 4 គឺខ្ពស់បំផុតនៅប្រហែល -30.4 dB ។ ដោយសារតែទំហំតូចរបស់វា និងកម្រិតបញ្ជូនកាន់តែទូលំទូលាយ អង់តែន MIMO នេះទទួលបានទិន្នផលទាប និងកម្រិតបញ្ជូនទាប។ អ៊ីសូឡង់មានកម្រិតទាបដូច្នេះការពង្រឹងនិងអ៊ីសូឡង់កើនឡើងត្រូវបានទាមទារ;
យន្តការរចនានៃអង់តែន MIMO ដែលបានស្នើឡើង (ក) ទិដ្ឋភាពកំពូល និង (ខ) យន្តហោះដី។ (CST Studio Suite 2019)។
ការរៀបចំធរណីមាត្រ និងវិធីសាស្ត្ររំភើបនៃអង់តែន metasurface MIMO ដែលត្រូវបានស្នើឡើងត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 13a ។ ម៉ាទ្រីស 10x10mm ដែលមានទំហំ 80x80x1.575mm ត្រូវបានរចនាឡើងសម្រាប់ផ្នែកខាងក្រោយនៃអង់តែន MIMO កម្ពស់ 12mm ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាព 13a។ លើសពីនេះ ផ្ទៃមេតាស្យុងដែលមានខ្នងស្ពាន់ត្រូវបានបម្រុងទុកសម្រាប់ប្រើប្រាស់នៅក្នុងអង់តែន MIMO ដើម្បីបង្កើនប្រសិទ្ធភាពរបស់វា។ ចម្ងាយរវាងផ្ទៃមេតា និងអង់តែន MIMO គឺមានសារៈសំខាន់ដើម្បីសម្រេចបាននូវការកើនឡើងខ្ពស់ ខណៈពេលដែលអនុញ្ញាតឱ្យមានការជ្រៀតជ្រែកក្នុងន័យស្ថាបនារវាងរលកដែលបង្កើតដោយអង់តែន និងវត្ថុដែលឆ្លុះបញ្ចាំងពីផ្ទៃមេតា។ ការធ្វើគំរូយ៉ាងទូលំទូលាយត្រូវបានអនុវត្តដើម្បីបង្កើនប្រសិទ្ធភាពកម្ពស់រវាងអង់តែន និងផ្ទៃមេតា ខណៈពេលដែលរក្សាបាននូវស្តង់ដាររលកត្រីមាសសម្រាប់ការទទួលបានអតិបរមា និងភាពឯកោរវាងធាតុ MIMO ។ ការកែលម្អយ៉ាងសំខាន់ក្នុងការអនុវត្តអង់តែន MIMO ដែលសម្រេចបានដោយការប្រើ metasurfaces ជាមួយ backplanes បើប្រៀបធៀបទៅនឹង metasurfaces ដោយគ្មាន backplanes នឹងត្រូវបានបង្ហាញនៅក្នុងជំពូកជាបន្តបន្ទាប់។
(ក) ការដំឡើងការក្លែងធ្វើ CST នៃអង់តែន MIMO ដែលបានស្នើឡើងដោយប្រើ MS (CST STUDIO SUITE 2019), (b) ខ្សែកោងឆ្លុះបញ្ចាំងនៃប្រព័ន្ធ MIMO ដែលបានអភិវឌ្ឍដោយគ្មាន MS និងជាមួយ MS ។
ការឆ្លុះបញ្ចាំងនៃអង់តែន MIMO ដែលមាន និងគ្មានផ្ទៃមេតាត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 13b ដែល S11 និង S44 ត្រូវបានបង្ហាញដោយសារតែឥរិយាបថស្ទើរតែដូចគ្នានៃអង់តែនទាំងអស់នៅក្នុងប្រព័ន្ធ MIMO ។ វាគួរឱ្យកត់សម្គាល់ថាកម្រិតបញ្ជូន impedance -10 dB នៃអង់តែន MIMO ដោយគ្មាននិងជាមួយ metasurface តែមួយគឺស្ទើរតែដូចគ្នា។ ផ្ទុយទៅវិញ កម្រិតបញ្ជូន impedance នៃអង់តែន MIMO ដែលត្រូវបានស្នើឡើងគឺត្រូវបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងដោយ MS ស្រទាប់ពីរ និង backplane MS ។ វាគួរឱ្យកត់សម្គាល់ថាដោយគ្មាន MS អង់តែន MIMO ផ្តល់នូវកម្រិតបញ្ជូនប្រភាគ 81.5% (3.2-7.6 GHz) ទាក់ទងទៅនឹងប្រេកង់កណ្តាល។ ការរួមបញ្ចូល MS ជាមួយ backplane បង្កើនកម្រិតបញ្ជូន impedance នៃអង់តែន MIMO ដែលបានស្នើឡើងដល់ 86.3% (3.08-7.75 GHz) ។ ទោះបីជា MS ស្រទាប់ពីរបង្កើនការបញ្ជូនក៏ដោយ ការកែលម្អគឺតិចជាង MS ដែលមានខ្នងស្ពាន់។ លើសពីនេះទៅទៀត MC ស្រទាប់ពីរបង្កើនទំហំនៃអង់តែន បង្កើនការចំណាយរបស់វា និងកំណត់ជួររបស់វា។ អង់តែន MIMO និងឧបករណ៍ឆ្លុះបញ្ចាំង metasurface ត្រូវបានប្រឌិត និងផ្ទៀងផ្ទាត់ ដើម្បីធ្វើភាពត្រឹមត្រូវនៃលទ្ធផលក្លែងធ្វើ និងវាយតម្លៃការអនុវត្តជាក់ស្តែង។ រូបភាពទី 14a បង្ហាញស្រទាប់ MS ប្រឌិត និងអង់តែន MIMO ដែលមានធាតុផ្សំផ្សេងៗដែលបានផ្គុំគ្នា ខណៈដែលរូបភាពទី 14b បង្ហាញរូបថតនៃប្រព័ន្ធ MIMO ដែលបានអភិវឌ្ឍ។ អង់តែន MIMO ត្រូវ​បាន​ដំឡើង​នៅ​លើ​ផ្ទៃ​ផ្ទៃ​ខាង​លើ​ដោយ​ប្រើ​ឧបករណ៍​នីឡុង​ចំនួន​បួន ដូច​បង្ហាញ​ក្នុង​រូបភាព 14b ។ រូបភាពទី 15a បង្ហាញពីរូបថតនៃការរៀបចំពិសោធន៍នៅជិតវាលនៃប្រព័ន្ធអង់តែន MIMO ដែលបានអភិវឌ្ឍ។ ឧបករណ៍វិភាគបណ្តាញ PNA (Agilent Technologies PNA N5227A) ត្រូវបានប្រើដើម្បីប៉ាន់ប្រមាណប៉ារ៉ាម៉ែត្រនៃការខ្ចាត់ខ្ចាយ និងដើម្បីវាយតម្លៃ និងកំណត់លក្ខណៈនៃការបំភាយនៅជិតវាលនៅក្នុងមន្ទីរពិសោធន៍ប្រព័ន្ធក្បែរវាលរបស់ UKM SATIMO ។
(ក) រូបថតនៃការវាស់វែងនៅជិតវាល SATIMO (ខ) ខ្សែកោងក្លែងធ្វើ និងពិសោធន៍នៃអង់តែន S11 MIMO ដែលមាន និងគ្មាន MS ។
ផ្នែកនេះបង្ហាញពីការសិក្សាប្រៀបធៀបនៃប៉ារ៉ាម៉ែត្រ S ដែលក្លែងធ្វើ និងសង្កេតនៃអង់តែន 5G MIMO ដែលបានស្នើឡើង។ រូបភាពទី 15b បង្ហាញគ្រោងការឆ្លុះបញ្ចាំងពិសោធន៍នៃអង់តែន MIMO MS ធាតុ 4 រួមបញ្ចូលគ្នា ហើយប្រៀបធៀបវាជាមួយនឹងលទ្ធផលក្លែងធ្វើ CST ។ ការឆ្លុះបញ្ចាំងពីការពិសោធន៍ត្រូវបានរកឃើញថាដូចគ្នាទៅនឹងការគណនា CST ដែរ ប៉ុន្តែមានភាពខុសប្លែកគ្នាបន្តិចបន្តួចដោយសារការខ្វះចន្លោះនៃការផលិត និងការអត់ធ្មត់ក្នុងការពិសោធន៍។ លើសពីនេះទៀតការឆ្លុះបញ្ចាំងដែលបានសង្កេតឃើញនៃគំរូ MIMO ដែលមានមូលដ្ឋានលើ MS ដែលបានស្នើឡើងគ្របដណ្តប់លើវិសាលគម 5G ក្រោម 6 GHz ជាមួយនឹងកម្រិតបញ្ជូន impedance 4.8 GHz ដែលមានន័យថាកម្មវិធី 5G អាចធ្វើទៅបាន។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ប្រេកង់ដែលវាស់បាន កម្រិតបញ្ជូន និងទំហំខុសគ្នាបន្តិចបន្តួចពីលទ្ធផលនៃការក្លែងធ្វើ CST ។ ពិការភាពក្នុងការផលិត ការខាតបង់ការភ្ជាប់ coax-to-SMA និងការដំឡើងរង្វាស់ខាងក្រៅអាចបណ្តាលឱ្យមានភាពខុសគ្នារវាងលទ្ធផលដែលបានវាស់វែង និងក្លែងធ្វើ។ ទោះបីជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ទោះបីជាមានការខ្វះខាតទាំងនេះក៏ដោយ MIMO ដែលបានស្នើឡើងដំណើរការបានល្អ ដោយផ្តល់នូវកិច្ចព្រមព្រៀងដ៏រឹងមាំរវាងការក្លែងធ្វើ និងការវាស់វែង ដែលធ្វើឱ្យវាស័ក្តិសមសម្រាប់កម្មវិធីឥតខ្សែរង 6 GHz 5G ។
ខ្សែកោងទទួលបានអង់តែន MIMO ដែលបានក្លែង និងសង្កេតត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 2 និងទី 2។ ដូចដែលបានបង្ហាញក្នុងរូបភាព 16a,b និង 17a,b រៀងគ្នា អន្តរកម្មទៅវិញទៅមកនៃសមាសធាតុ MIMO ត្រូវបានបង្ហាញ។ នៅពេលដែល metasurfaces ត្រូវបានអនុវត្តទៅអង់តែន MIMO ភាពឯកោរវាងអង់តែន MIMO ត្រូវបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងយ៉ាងខ្លាំង។ ប្លង់ឯកោរវាងធាតុអង់តែនដែលនៅជាប់គ្នា S12, S14, S23 និង S34 បង្ហាញខ្សែកោងស្រដៀងគ្នា ខណៈដែលអង់តែន MIMO អង្កត់ទ្រូង S13 និង S42 បង្ហាញភាពឯកោខ្ពស់ស្រដៀងគ្នា ដោយសារចម្ងាយរវាងពួកវាធំជាង។ លក្ខណៈនៃការបញ្ជូនដែលក្លែងធ្វើនៃអង់តែននៅជាប់គ្នាត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 16a ។ គួរកត់សម្គាល់ថានៅក្នុងវិសាលគមប្រតិបត្តិការ 5G ក្រោម 6 GHz ភាពឯកោអប្បរមានៃអង់តែន MIMO ដោយគ្មានផ្ទៃមេតាគឺ -13.6 dB ហើយសម្រាប់ផ្ទៃមេតាស្យូមជាមួយផ្ទៃខាងក្រោយ - 15.5 dB ។ គ្រោងការទទួលបាន (រូបភាពទី 16 ក) បង្ហាញថាផ្ទៃមេតានៃផ្ទៃខាងក្រោយបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងយ៉ាងខ្លាំងនូវភាពឯកោរវាងធាតុអង់តែន MIMO បើប្រៀបធៀបទៅនឹងស្រទាប់តែមួយ និងស្រទាប់ពីរ។ នៅលើធាតុអង់តែនដែលនៅជាប់គ្នា ផ្ទៃមេតានៃស្រទាប់តែមួយ និងពីរជាន់ផ្តល់នូវភាពឯកោអប្បបរមាប្រហែល -13.68 dB និង -14.78 dB ហើយផ្ទៃមេតាស្ពាន់ខាងក្រោយផ្តល់នូវប្រហែល -15.5 dB ។
ខ្សែកោងភាពឯកោដែលបានក្លែងធ្វើនៃធាតុ MIMO ដោយគ្មានស្រទាប់ MS និងជាមួយស្រទាប់ MS៖ (ក) S12, S14, S34 និង S32 និង (ខ) S13 និង S24 ។
ខ្សែកោងទទួលបានពិសោធន៍នៃអង់តែន MIMO ដែលមានមូលដ្ឋានលើ MS ដែលបានស្នើឡើងដោយគ្មាន និងជាមួយ៖ (a) S12, S14, S34 និង S32 និង (b) S13 និង S24 ។
ប្លង់ទទួលអង់តែនអង្កត់ទ្រូង MIMO មុន និងក្រោយពេលបន្ថែមស្រទាប់ MS ត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 16 ខ។ គួរកត់សម្គាល់ថាភាពឯកោអប្បបរមារវាងអង់តែនអង្កត់ទ្រូងដោយគ្មានផ្ទៃមេតា (អង់តែនទី 1 និងទី 3) គឺ - 15.6 dB នៅទូទាំងវិសាលគមប្រតិបត្តិការ ហើយផ្ទៃមេតានែលដែលមានផ្ទៃខាងក្រោយគឺ - 18 dB ។ វិធីសាស្រ្ត metasurface កាត់បន្ថយយ៉ាងខ្លាំងនូវផលប៉ះពាល់នៃការភ្ជាប់គ្នារវាងអង់តែន MIMO អង្កត់ទ្រូង។ អ៊ីសូឡង់អតិបរមាសម្រាប់ផ្ទៃមេតាស្រទាប់តែមួយគឺ -37 dB ខណៈពេលដែលស្រទាប់ពីរជាន់តម្លៃនេះធ្លាក់ចុះដល់ -47 dB ។ ភាពឯកោអតិបរិមានៃផ្ទៃមេតាស្យុងជាមួយនឹងស្ពាន់ខាងក្រោយគឺ −36.2 dB ដែលថយចុះជាមួយនឹងការកើនឡើងនៃជួរប្រេកង់។ បើប្រៀបធៀបទៅនឹង metasurfaces តែមួយ និងពីរជាន់ដោយគ្មាន backplane ផ្ទៃ metasurfaces ជាមួយ backplane ផ្តល់នូវភាពឯកោដ៏ប្រសើរនៅទូទាំងជួរប្រេកង់ប្រតិបត្តិការដែលត្រូវការទាំងមូល ជាពិសេសនៅក្នុងជួរ 5G ក្រោម 6 GHz ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាព 16a, b ។ នៅក្នុងក្រុមតន្រ្តី 5G ដែលពេញនិយម និងប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយនៅខាងក្រោម 6 GHz (3.5 GHz) ស្រទាប់តែមួយ និងពីរស្រទាប់មានភាពឯកោទាបជាងរវាងសមាសធាតុ MIMO ជាង metasurfaces ជាមួយស្ពាន់ខាងក្រោយ (ស្ទើរតែគ្មាន MS) (សូមមើលរូបភាព 16a), ខ) ។ ការវាស់វែងទទួលបានត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាព 17a, b ដែលបង្ហាញពីភាពឯកោនៃអង់តែននៅជាប់គ្នា (S12, S14, S34 និង S32) និងអង់តែនអង្កត់ទ្រូង (S24 និង S13) រៀងគ្នា។ ដូចដែលអាចមើលឃើញពីតួលេខទាំងនេះ (រូបភាព 17a, ខ) ភាពឯកោដោយពិសោធន៍រវាងសមាសធាតុ MIMO យល់ស្របយ៉ាងល្អជាមួយនឹងភាពឯកោដែលបានក្លែងធ្វើ។ ទោះបីជាមានភាពខុសប្លែកគ្នាតិចតួចរវាងតម្លៃ CST ដែលបានក្លែងធ្វើ និងវាស់វែងដោយសារបញ្ហានៃការផលិត ការតភ្ជាប់ច្រក SMA និងការបាត់បង់ខ្សែ។ លើសពីនេះទៀតអង់តែននិងឧបករណ៍ឆ្លុះបញ្ចាំង MS ស្ថិតនៅចន្លោះចន្លោះនីឡុងដែលជាបញ្ហាមួយផ្សេងទៀតដែលប៉ះពាល់ដល់លទ្ធផលដែលបានសង្កេតបើប្រៀបធៀបទៅនឹងលទ្ធផលនៃការក្លែងធ្វើ។
បានសិក្សាលើការចែកចាយចរន្តលើផ្ទៃនៅ 5.5 GHz ដើម្បីកំណត់ហេតុផលតួនាទីរបស់ metasurfaces ក្នុងការកាត់បន្ថយការភ្ជាប់គ្នាទៅវិញទៅមកតាមរយៈការបង្ក្រាបរលកផ្ទៃ42។ ការចែកចាយចរន្តផ្ទៃនៃអង់តែន MIMO ដែលត្រូវបានស្នើឡើងត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 18 ដែលអង់តែន 1 ត្រូវបានជំរុញ ហើយអង់តែនដែលនៅសល់ត្រូវបានបញ្ចប់ជាមួយនឹងបន្ទុក 50 ohm ។ នៅពេលដែលអង់តែន 1 ត្រូវបានបញ្ចូលថាមពល ចរន្តភ្ជាប់គ្នាទៅវិញទៅមកដ៏សំខាន់នឹងលេចឡើងនៅអង់តែនដែលនៅជាប់គ្នានៅ 5.5 GHz ក្នុងករណីដែលគ្មានផ្ទៃមេតាដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 18 ក។ ផ្ទុយទៅវិញ តាមរយៈការប្រើប្រាស់ metasurfaces ដូចបង្ហាញក្នុងរូប 18b–d ភាពឯកោរវាងអង់តែនដែលនៅជាប់គ្នាត្រូវបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើង។ វាគួរតែត្រូវបានកត់សម្គាល់ថាឥទ្ធិពលនៃការភ្ជាប់គ្នាទៅវិញទៅមកនៃវាលដែលនៅជាប់គ្នាអាចត្រូវបានបង្រួមអប្បបរមាដោយការផ្សព្វផ្សាយចរន្តភ្ជាប់ទៅចិញ្ចៀនដែលនៅជាប់គ្នានៃកោសិកាឯកតានិងកោសិកាឯកតា MS នៅជាប់គ្នាតាមបណ្តោយស្រទាប់ MS ក្នុងទិសដៅប្រឆាំងនឹងប៉ារ៉ាឡែល។ ការចាក់បញ្ចូលចរន្តពីអង់តែនចែកចាយទៅអង្គភាព MS គឺជាវិធីសាស្ត្រសំខាន់មួយសម្រាប់កែលម្អភាពឯកោរវាងសមាសធាតុ MIMO ។ ជាលទ្ធផល ចរន្តភ្ជាប់រវាងសមាសធាតុ MIMO ត្រូវបានកាត់បន្ថយយ៉ាងខ្លាំង ហើយភាពឯកោក៏ត្រូវបានកែលម្អយ៉ាងខ្លាំងផងដែរ។ ដោយសារតែវាលគូស្វាម៉ីភរិយាត្រូវបានចែកចាយយ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងធាតុ ផ្ទៃមេតានៃផ្ទៃខាងក្រោយស្ពាន់ធ្វើឱ្យដាច់ឆ្ងាយពីការផ្គុំអង់តែន MIMO ខ្លាំងជាងស្រទាប់មេតាស្យូមតែមួយ និងពីរជាន់ (រូបភាពទី 18 ឃ)។ ជាងនេះទៅទៀត អង់តែន MIMO ដែលត្រូវបានអភិវឌ្ឍមានការសាយភាយផ្នែកខាងក្រោយទាបបំផុត និងការសាយភាយផ្នែកចំហៀង បង្កើតបាននូវគំរូវិទ្យុសកម្ម unidirectional ដោយហេតុនេះបង្កើនការទទួលបានអង់តែន MIMO ដែលបានស្នើឡើង។
គំរូផ្ទៃនៃចរន្តនៃអង់តែន MIMO ដែលបានស្នើឡើងនៅល្បឿន 5.5 GHz (a) ដោយគ្មាន MC, (b) ស្រទាប់តែមួយ MC, (c) MC ស្រទាប់ពីរ និង (d) MC ស្រទាប់តែមួយដែលមាន backplane ស្ពាន់។ (CST Studio Suite 2019)។
នៅក្នុងប្រេកង់ប្រតិបត្តិការ រូបភាពទី 19a បង្ហាញពីការក្លែងធ្វើ និងសង្កេតឃើញការកើនឡើងនៃអង់តែន MIMO ដែលបានរចនាដោយគ្មាន និងជាមួយផ្ទៃមេតា។ ការក្លែងធ្វើទទួលបានលទ្ធផលនៃអង់តែន MIMO ដោយគ្មាន metasurface គឺ 5.4 dBi ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាព 19a ។ ដោយសារឥទ្ធិពលនៃការភ្ជាប់គ្នាទៅវិញទៅមករវាងសមាសធាតុ MIMO អង់តែន MIMO ដែលបានស្នើឡើងពិតជាសម្រេចបាននូវការកើនឡើង 0.25 dBi ខ្ពស់ជាងអង់តែនតែមួយ។ ការបន្ថែមនៃ metasurfaces អាចផ្តល់នូវការកើនឡើងគួរឱ្យកត់សម្គាល់ និងភាពឯកោរវាងសមាសធាតុ MIMO ។ ដូច្នេះ អង់តែន metasurface MIMO ដែលត្រូវបានស្នើឡើងអាចទទួលបានទិន្នផលខ្ពស់រហូតដល់ 8.3 dBi ។ ដូចដែលបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 19a នៅពេលដែល metasurface តែមួយត្រូវបានប្រើនៅខាងក្រោយអង់តែន MIMO ការកើនឡើង 1.4 dBi ។ នៅពេលដែល metasurface ត្រូវបានកើនឡើងទ្វេដង ការកើនឡើង 2.1 dBi ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាព 19a ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ការកើនឡើងអតិបរមាដែលរំពឹងទុកនៃ 8.3 dBi ត្រូវបានសម្រេចនៅពេលប្រើ metasurface ជាមួយ backplane ស្ពាន់។ គួរកត់សម្គាល់ថាការទទួលបានអតិបរមាដែលសម្រេចបានសម្រាប់ផ្ទៃមេតាស្រទាប់តែមួយ និងស្រទាប់ពីរគឺ 6.8 dBi និង 7.5 dBi រៀងគ្នា ខណៈពេលដែលការទទួលបានអតិបរមាសម្រាប់ផ្ទៃស្រទាប់ខាងក្រោមគឺ 8.3 dBi ។ ស្រទាប់ metasurface នៅផ្នែកខាងក្រោយនៃអង់តែនដើរតួជាអ្នកឆ្លុះបញ្ចាំង ឆ្លុះបញ្ចាំងពីវិទ្យុសកម្មពីផ្នែកខាងក្រោយនៃអង់តែន និងធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវសមាមាត្រខាងមុខទៅខាងក្រោយ (F/B) នៃអង់តែន MIMO ដែលបានរចនាឡើង។ លើសពីនេះ ឧបករណ៍ឆ្លុះបញ្ចាំង MS ដែលមានកម្លាំងខ្ពស់គ្រប់គ្រងរលកអេឡិចត្រូម៉ាញេទិកក្នុងដំណាក់កាល ដោយហេតុនេះបង្កើតការអនុលោមភាពបន្ថែម និងធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវដំណើរការវិទ្យុសកម្មនៃអង់តែន MIMO ដែលបានស្នើឡើង។ ឧបករណ៍ឆ្លុះបញ្ចាំង MS ដែលបានដំឡើងនៅពីក្រោយអង់តែន MIMO អាចបង្កើនការទទួលបានដែលសម្រេចបានយ៉ាងខ្លាំងដែលត្រូវបានបញ្ជាក់ដោយលទ្ធផលពិសោធន៍។ ការកើនឡើងដែលបានសង្កេត និងក្លែងធ្វើនៃអង់តែន MIMO គំរូដែលបានអភិវឌ្ឍគឺស្ទើរតែដូចគ្នា ទោះបីជាយ៉ាងណាក៏ដោយ នៅប្រេកង់មួយចំនួន ការកើនឡើងដែលបានវាស់វែងគឺខ្ពស់ជាងការកើនឡើងដែលបានក្លែងធ្វើ ជាពិសេសសម្រាប់ MIMO ដោយគ្មាន MS ។ ការប្រែប្រួលទាំងនេះនៅក្នុងការទទួលបានពិសោធន៍គឺដោយសារតែភាពអត់ធ្មត់នៃការវាស់វែងនៃបន្ទះនីឡុង ការបាត់បង់ខ្សែ និងការភ្ជាប់នៅក្នុងប្រព័ន្ធអង់តែន។ ការកើនឡើងខ្ពស់បំផុតដែលបានវាស់វែងនៃអង់តែន MIMO ដោយគ្មានផ្ទៃមេតាគឺ 5.8 dBi ខណៈពេលដែលផ្ទៃមេតាស្យុងដែលមានខ្នងស្ពាន់គឺ 8.5 dBi ។ គួរកត់សម្គាល់ថាប្រព័ន្ធអង់តែន 4 ច្រក MIMO ពេញលេញដែលបានស្នើឡើងជាមួយនឹងឧបករណ៍ឆ្លុះបញ្ចាំង MS បង្ហាញពីការកើនឡើងខ្ពស់ក្រោមលក្ខខណ្ឌពិសោធន៍ និងលេខ។
ការក្លែងធ្វើ និងលទ្ធផលពិសោធន៍នៃ (ក) ការទទួលបានដែលសម្រេចបាន និង (ខ) ដំណើរការទាំងមូលនៃអង់តែន MIMO ដែលបានស្នើឡើងជាមួយនឹងឥទ្ធិពល metasurface ។
រូបភាពទី 19b បង្ហាញពីដំណើរការទាំងមូលនៃប្រព័ន្ធ MIMO ដែលបានស្នើឡើងដោយគ្មាន និងជាមួយឧបករណ៍ឆ្លុះបញ្ចាំង metasurface ។ នៅក្នុងរូបភាពទី 19b ប្រសិទ្ធភាពទាបបំផុតដោយប្រើ MS ជាមួយ backplane គឺលើសពី 73% (ធ្លាក់ចុះដល់ 84%)។ ប្រសិទ្ធភាពរួមនៃអង់តែន MIMO ដែលបានអភិវឌ្ឍដោយគ្មាន MC និងជាមួយ MC គឺស្ទើរតែដូចគ្នាជាមួយនឹងភាពខុសគ្នាតិចតួចបើប្រៀបធៀបទៅនឹងតម្លៃដែលបានក្លែងធ្វើ។ ហេតុផលសម្រាប់ការនេះគឺភាពអត់ធ្មត់នៃការវាស់វែង និងការប្រើប្រាស់ spacers រវាងអង់តែន និង MS reflector ។ ការទទួលបានលទ្ធផលដែលបានវាស់វែង និងប្រសិទ្ធភាពជាទូទៅនៅទូទាំងប្រេកង់ទាំងមូលគឺស្ទើរតែស្រដៀងទៅនឹងលទ្ធផលនៃការក្លែងធ្វើ ដែលបង្ហាញថាដំណើរការនៃគំរូ MIMO ដែលបានស្នើគឺដូចការរំពឹងទុក ហើយអង់តែន MIMO ដែលមានមូលដ្ឋានលើ MS ដែលបានណែនាំគឺសមរម្យសម្រាប់ការទំនាក់ទំនង 5G ។ ដោយសារកំហុសក្នុងការសិក្សាពិសោធន៍ ភាពខុសគ្នាមានរវាងលទ្ធផលរួមនៃការពិសោធន៍មន្ទីរពិសោធន៍ និងលទ្ធផលនៃការពិសោធ។ ដំណើរការនៃគំរូដែលបានស្នើឡើងត្រូវបានប៉ះពាល់ដោយភាពមិនស៊ីគ្នានៃ impedance រវាងអង់តែន និងឧបករណ៍ភ្ជាប់ SMA, ការខាតបង់នៃខ្សែ coaxial splice, ឥទ្ធិពល soldering និងនៅជិតឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិចផ្សេងៗទៅនឹងការដំឡើងពិសោធន៍។
រូបភាពទី 20 ពិពណ៌នាអំពីវឌ្ឍនភាពនៃការរចនា និងការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពនៃអង់តែនដែលបាននិយាយក្នុងទម្រង់ជាដ្យាក្រាមប្លុក។ ដ្យាក្រាមប្លុកនេះផ្តល់នូវការពិពណ៌នាជាជំហាន ៗ នៃគោលការណ៍រចនាអង់តែន MIMO ក៏ដូចជាប៉ារ៉ាម៉ែត្រដែលដើរតួនាទីយ៉ាងសំខាន់ក្នុងការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពអង់តែន ដើម្បីសម្រេចបាននូវការកើនឡើងខ្ពស់ដែលត្រូវការ និងភាពឯកោខ្ពស់លើប្រេកង់ប្រតិបត្តិការដ៏ធំទូលាយមួយ។
ការវាស់វែងអង់តែន MIMO នៅជិតវាលត្រូវបានវាស់នៅក្នុងបរិយាកាសពិសោធន៍ក្បែរវាល SATIMO នៅមន្ទីរពិសោធន៍ប្រព័ន្ធ UKM SATIMO Near-Field ។ រូបភាពទី 21a, b បង្ហាញពីគំរូវិទ្យុសកម្មរបស់ E-plane និង H-plane ដែលក្លែងធ្វើ និងសង្កេតឃើញនៃអង់តែន MIMO ដែលបានអះអាងដោយមាន និងគ្មាន MS នៅប្រេកង់ប្រតិបត្តិការ 5.5 GHz ។ នៅក្នុងជួរប្រេកង់ប្រតិបត្តិការ 5.5 GHz អង់តែនដែលមិនមែនជា MS MIMO ដែលត្រូវបានអភិវឌ្ឍផ្តល់នូវគំរូវិទ្យុសកម្មទ្វេទិសស្របជាមួយនឹងតម្លៃ lobe ចំហៀង។ បន្ទាប់ពីអនុវត្ត MS reflector អង់តែនផ្តល់នូវលំនាំវិទ្យុសកម្ម unidirectional និងកាត់បន្ថយកម្រិតនៃ lobes ខាងក្រោយដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាព 21a, ខ។ វាគួរឱ្យកត់សម្គាល់ថាដោយប្រើ metasurface ជាមួយ backplane ទង់ដែង គំរូអង់តែន MIMO ដែលត្រូវបានស្នើឡើងមានស្ថេរភាព និង unidirectional ជាងដោយគ្មាន MS ជាមួយនឹង lobes ខាងក្រោយនិងចំហៀងទាបបំផុត។ ឧបករណ៍ឆ្លុះបញ្ចាំងអារេ MM ដែលបានស្នើកាត់បន្ថយផ្នែកខាងក្រោយ និងចំហៀងនៃអង់តែន ហើយថែមទាំងធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវលក្ខណៈវិទ្យុសកម្មដោយដឹកនាំចរន្តក្នុងទិសដៅតែមួយ (រូបភាព 21a, ខ) ដោយហេតុនេះបង្កើនការទទួលបាន និងទិសដៅ។ គំរូវិទ្យុសកម្មដែលបានវាស់វែងត្រូវបានទទួលសម្រាប់ច្រក 1 ជាមួយនឹងបន្ទុក 50 ohm ដែលភ្ជាប់ទៅនឹងច្រកដែលនៅសល់។ វាត្រូវបានគេសង្កេតឃើញថាគំរូវិទ្យុសកម្មពិសោធន៍គឺស្ទើរតែដូចគ្នាបេះបិទទៅនឹងអ្វីដែលក្លែងធ្វើដោយ CST ទោះបីជាមានគម្លាតខ្លះដោយសារតែការតម្រឹមសមាសធាតុមិនត្រឹមត្រូវ ការឆ្លុះបញ្ចាំងពីច្រកស្ថានីយ និងការខាតបង់ក្នុងការតភ្ជាប់ខ្សែ។ លើសពីនេះ នីឡុង spacer ត្រូវបានបញ្ចូលរវាងអង់តែន និងឧបករណ៍ឆ្លុះបញ្ចាំង MS ដែលជាបញ្ហាមួយផ្សេងទៀតដែលប៉ះពាល់ដល់លទ្ធផលដែលបានសង្កេតបើប្រៀបធៀបទៅនឹងលទ្ធផលដែលបានព្យាករណ៍។
គំរូវិទ្យុសកម្មនៃអង់តែន MIMO ដែលបានអភិវឌ្ឍ (ដោយគ្មាន MS និងជាមួយ MS) នៅប្រេកង់ 5.5 GHz ត្រូវបានក្លែងធ្វើ និងសាកល្បង។
វាជាការសំខាន់ក្នុងការកត់សម្គាល់ថាភាពឯកោច្រកនិងលក្ខណៈដែលជាប់ទាក់ទងរបស់វាគឺចាំបាច់នៅពេលវាយតម្លៃដំណើរការនៃប្រព័ន្ធ MIMO ។ ការអនុវត្តភាពចម្រុះនៃប្រព័ន្ធ MIMO ដែលបានស្នើ រួមទាំងមេគុណទំនាក់ទំនងស្រោមសំបុត្រ (ECC) និងការទទួលបានភាពចម្រុះ (DG) ត្រូវបានពិនិត្យដើម្បីបង្ហាញពីភាពរឹងមាំនៃប្រព័ន្ធអង់តែន MIMO ដែលបានរចនាឡើង។ ECC និង DG នៃអង់តែន MIMO អាចត្រូវបានប្រើដើម្បីវាយតម្លៃដំណើរការរបស់វាព្រោះវាជាទិដ្ឋភាពសំខាន់នៃដំណើរការនៃប្រព័ន្ធ MIMO ។ ផ្នែកខាងក្រោមនឹងរៀបរាប់លម្អិតអំពីលក្ខណៈពិសេសទាំងនេះនៃអង់តែន MIMO ដែលបានស្នើឡើង។
មេគុណទំនាក់ទំនងស្រោមសំបុត្រ (ECC) ។ នៅពេលពិចារណាលើប្រព័ន្ធ MIMO ណាមួយ ECC កំណត់កម្រិតដែលធាតុផ្សំនៃធាតុផ្សំទាក់ទងគ្នាទៅវិញទៅមកទាក់ទងនឹងលក្ខណៈសម្បត្តិជាក់លាក់របស់វា។ ដូច្នេះ ECC បង្ហាញពីកម្រិតនៃភាពឯកោនៃឆានែលនៅក្នុងបណ្តាញទំនាក់ទំនងឥតខ្សែ។ ECC (មេគុណទំនាក់ទំនងស្រោមសំបុត្រ) នៃប្រព័ន្ធ MIMO ដែលបានអភិវឌ្ឍអាចត្រូវបានកំណត់ដោយផ្អែកលើប៉ារ៉ាម៉ែត្រ S និងការបំភាយឆ្ងាយ។ ពី Eq ។ (7) និង (8) ECC នៃអង់តែន MIMO 31 អាចត្រូវបានកំណត់។
មេគុណឆ្លុះបញ្ចាំងត្រូវបានតំណាងដោយ Sii ហើយ Sij តំណាងឱ្យមេគុណបញ្ជូន។ គំរូវិទ្យុសកម្មបីវិមាត្រនៃអង់តែន j-th និង i-th ត្រូវបានផ្តល់ដោយកន្សោម \(\vec{R}_{j} \left( {\theta ,\varphi } \right)\) និង \( \vec {{R_{ i } }} មុំរឹង តំណាងដោយ \left( {\theta ,\varphi } \right)\) និង \({\Omega }\)។ ខ្សែកោង ECC នៃអង់តែនដែលបានស្នើត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 22a ហើយតម្លៃរបស់វាគឺតិចជាង 0.004 ដែលទាបជាងតម្លៃដែលអាចទទួលយកបាននៃ 0.5 សម្រាប់ប្រព័ន្ធឥតខ្សែ។ ដូច្នេះតម្លៃ ECC ដែលត្រូវបានកាត់បន្ថយមានន័យថាប្រព័ន្ធ 4-port MIMO ដែលបានស្នើផ្តល់នូវភាពចម្រុះល្អជាង43។
Diversity Gain (DG) DG គឺជារង្វាស់ដំណើរការប្រព័ន្ធ MIMO មួយផ្សេងទៀតដែលពិពណ៌នាអំពីរបៀបដែលគ្រោងការណ៍ភាពចម្រុះប៉ះពាល់ដល់ថាមពលវិទ្យុសកម្ម។ ទំនាក់ទំនង (9) កំណត់ DG នៃប្រព័ន្ធអង់តែន MIMO ដែលកំពុងត្រូវបានបង្កើតឡើង ដូចដែលបានពិពណ៌នានៅក្នុង 31 ។
រូបភាពទី 22b បង្ហាញដ្យាក្រាម DG នៃប្រព័ន្ធ MIMO ដែលបានស្នើឡើង ដែលតម្លៃ DG គឺជិតដល់ 10 dB ។ តម្លៃ DG នៃអង់តែនទាំងអស់នៃប្រព័ន្ធ MIMO ដែលបានរចនាឡើងលើសពី 9.98 dB ។
តារាងទី 1 ប្រៀបធៀបអង់តែន metasurface MIMO ដែលបានស្នើឡើងជាមួយនឹងប្រព័ន្ធ MIMO ដែលទើបនឹងបង្កើតស្រដៀងគ្នា។ ការប្រៀបធៀបនេះគិតគូរទៅលើប៉ារ៉ាម៉ែត្រនៃការអនុវត្តផ្សេងៗ រួមទាំងកម្រិតបញ្ជូន ការទទួលបាន ភាពឯកោអតិបរមា ប្រសិទ្ធភាពរួម និងភាពចម្រុះ។ អ្នកស្រាវជ្រាវបានបង្ហាញគំរូអង់តែន MIMO ជាច្រើនជាមួយនឹងបច្ចេកទេសបង្កើនភាពឯកោ និងបង្កើនភាពឯកោក្នុង 5, 44, 45, 46, 47។ បើប្រៀបធៀបជាមួយនឹងការងារដែលបានបោះពុម្ពពីមុន ប្រព័ន្ធ MIMO ដែលបានស្នើឡើងជាមួយនឹងឧបករណ៍ឆ្លុះបញ្ចាំង metasurface មានប្រសិទ្ធភាពជាងពួកគេក្នុងលក្ខខណ្ឌនៃកម្រិតបញ្ជូន ការទទួលបាន និងភាពឯកោ។ លើសពីនេះទៀត បើប្រៀបធៀបទៅនឹងអង់តែនស្រដៀងគ្នាដែលបានរាយការណ៍ ប្រព័ន្ធ MIMO ដែលបានអភិវឌ្ឍបង្ហាញនូវភាពចម្រុះដ៏ល្អឥតខ្ចោះ និងប្រសិទ្ធភាពរួមក្នុងទំហំតូចជាង។ ទោះបីជាអង់តែនដែលបានពិពណ៌នានៅក្នុងផ្នែកទី 5.46 មានភាពឯកោខ្ពស់ជាងអង់តែនដែលបានស្នើឡើងរបស់យើងក៏ដោយ អង់តែនទាំងនេះទទួលរងនូវទំហំធំ ការទទួលបានទាប កម្រិតបញ្ជូនតូចចង្អៀត និងដំណើរការ MIMO ខ្សោយ។ អង់តែន 4-port MIMO ដែលបានស្នើឡើងក្នុង 45 បង្ហាញពីការទទួលបាន និងប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ ប៉ុន្តែការរចនារបស់វាមានភាពឯកោទាប ទំហំធំ និងការអនុវត្តភាពចម្រុះមិនល្អ។ ម៉្យាងវិញទៀត ប្រព័ន្ធអង់តែនទំហំតូចដែលបានស្នើឡើងក្នុង 47 មានការកើនឡើង និងកម្រិតបញ្ជូនប្រតិបត្តិការទាបបំផុត ខណៈដែលប្រព័ន្ធ MS ដែលមានមូលដ្ឋានលើ MIMO ដែលបានស្នើឡើងរបស់យើងបង្ហាញពីទំហំតូច ចំណេញខ្ពស់ ភាពឯកោខ្ពស់ និងដំណើរការ MIMO កាន់តែប្រសើរ។ ដូច្នេះ អង់តែន metasurface MIMO ដែលបានស្នើឡើងអាចក្លាយជាគូប្រជែងដ៏សំខាន់សម្រាប់ប្រព័ន្ធទំនាក់ទំនង 5G sub-6 GHz ។
អង់តែន MIMO អង់តែន wideband ដែលមានមូលដ្ឋានលើឧបករណ៍ឆ្លុះបញ្ចាំង metasurface ចំនួនបួនច្រកដែលមានការកើនឡើងខ្ពស់និងភាពឯកោត្រូវបានស្នើឡើងដើម្បីគាំទ្រកម្មវិធី 5G ក្រោម 6 GHz ។ បន្ទាត់ microstrip ចិញ្ចឹមផ្នែកដែលបញ្ចេញរាងការ៉េ ដែលត្រូវបានកាត់ដោយការ៉េនៅជ្រុងអង្កត់ទ្រូង។ ឧបករណ៍បញ្ចេញ MS និងអង់តែនដែលបានស្នើឡើងត្រូវបានអនុវត្តលើសម្ភារៈស្រទាប់ខាងក្រោមស្រដៀងទៅនឹង Rogers RT5880 ដើម្បីសម្រេចបាននូវដំណើរការល្អឥតខ្ចោះនៅក្នុងប្រព័ន្ធទំនាក់ទំនង 5G ល្បឿនលឿន។ អង់តែន MIMO មានលក្ខណៈពិសេសជួរធំទូលាយ និងទទួលបានកម្រិតខ្ពស់ និងផ្តល់នូវភាពឯកោសំឡេងរវាងសមាសធាតុ MIMO និងប្រសិទ្ធភាពដ៏ល្អឥតខ្ចោះ។ អង់តែនតែមួយដែលត្រូវបានអភិវឌ្ឍមានទំហំតូច 0.58?0.58?0.02? ជាមួយនឹងអារេ 5 × 5 metasurface ផ្តល់នូវកម្រិតបញ្ជូនប្រតិបត្តិការដ៏ធំទូលាយ 4.56 GHz ការកើនឡើង 8 dBi និងប្រសិទ្ធភាពការវាស់វែងល្អប្រសើរ។ អង់តែន MIMO ច្រកចំនួនបួនដែលបានស្នើឡើង (អារេ 2 × 2) ត្រូវបានរចនាឡើងដោយតម្រឹមតាមទិសគ្នានៃអង់តែននីមួយៗដែលបានស្នើឡើងជាមួយនឹងអង់តែនមួយទៀតដែលមានទំហំ 1.05λ × 1.05λ × 0.02λ ។ វាត្រូវបានផ្ដល់អនុសាសន៍ឱ្យប្រមូលផ្តុំអារេ 10 × 10 MM នៅក្រោមអង់តែន MIMO កម្ពស់ 12 មីលីម៉ែត្រ ដែលអាចកាត់បន្ថយវិទ្យុសកម្មត្រឡប់មកវិញ និងកាត់បន្ថយការភ្ជាប់គ្នាទៅវិញទៅមករវាងសមាសធាតុ MIMO ដោយហេតុនេះធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវការកើនឡើងនិងភាពឯកោ។ លទ្ធផលពិសោធន៍ និងការក្លែងធ្វើបង្ហាញថា គំរូ MIMO ដែលបានអភិវឌ្ឍអាចដំណើរការក្នុងជួរប្រេកង់ធំទូលាយ 3.08–7.75 GHz ដែលគ្របដណ្តប់លើវិសាលគម 5G ក្រោម 6 GHz ។ លើសពីនេះ អង់តែន MIMO ដែលមានមូលដ្ឋានលើ MS ដែលបានស្នើឡើង ធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវការកើនឡើងរបស់វា 2.9 dBi ដោយសម្រេចបាននូវការកើនឡើងអតិបរមា 8.3 dBi និងផ្តល់នូវភាពឯកោដ៏ល្អឥតខ្ចោះ (> 15.5 dB) រវាងសមាសធាតុ MIMO ដែលធ្វើឱ្យការរួមចំណែករបស់ MS មានសុពលភាព។ លើសពីនេះ អង់តែន MIMO ដែលត្រូវបានស្នើឡើង មានប្រសិទ្ធភាពជាមធ្យមខ្ពស់ 82% និងចម្ងាយអន្តរធាតុទាប 22 មីលីម៉ែត្រ។ អង់តែនបង្ហាញសមត្ថភាពភាពចម្រុះ MIMO ដ៏ល្អឥតខ្ចោះ រួមទាំង DG ខ្ពស់ខ្លាំង (លើសពី 9.98 dB), ECC ទាបខ្លាំង (តិចជាង 0.004) និងលំនាំវិទ្យុសកម្ម unidirectional ។ លទ្ធផលរង្វាស់គឺស្រដៀងនឹងលទ្ធផលក្លែងធ្វើ។ លក្ខណៈទាំងនេះបញ្ជាក់ថាប្រព័ន្ធអង់តែន MIMO ច្រកចំនួនបួនដែលបានអភិវឌ្ឍអាចជាជម្រើសដែលអាចសម្រេចបានសម្រាប់ប្រព័ន្ធទំនាក់ទំនង 5G នៅក្នុងជួរប្រេកង់រង 6 GHz ។
Cowin អាចផ្តល់អង់តែន PCB ធំទូលាយ 400-6000MHz និងគាំទ្រការរចនាអង់តែនថ្មីតាមតម្រូវការរបស់អ្នក សូមទាក់ទងមកយើងខ្ញុំដោយមិនស្ទាក់ស្ទើរ ប្រសិនបើអ្នកមានសំណើណាមួយ។