5G সাব-6 GHz যোগাযোগ ব্যবস্থার জন্য ওয়াইডব্যান্ড পিসিবি অ্যান্টেনার লাভ এবং বিচ্ছিন্নতা উন্নত করতে মেটাসারফেস ব্যবহার করা

এই কাজটি সাব-6 GHz পঞ্চম প্রজন্মের (5G) বেতার যোগাযোগ ব্যবস্থার জন্য একটি কমপ্যাক্ট ইন্টিগ্রেটেড মাল্টি-ইনপুট মাল্টিপল-আউটপুট (MIMO) মেটাসারফেস (MS) ওয়াইডব্যান্ড অ্যান্টেনার প্রস্তাব করে। প্রস্তাবিত MIMO সিস্টেমের সুস্পষ্ট অভিনবত্ব হল এর ব্যাপক অপারেটিং ব্যান্ডউইথ, উচ্চ লাভ, ছোট আন্তঃকম্পোনেন্ট ক্লিয়ারেন্স এবং MIMO উপাদানগুলির মধ্যে চমৎকার বিচ্ছিন্নতা। অ্যান্টেনার বিকিরণকারী স্থানটি তির্যকভাবে কাটা হয়, আংশিকভাবে গ্রাউন্ড করা হয় এবং অ্যান্টেনার কর্মক্ষমতা উন্নত করতে মেটাসারফেস ব্যবহার করা হয়। প্রস্তাবিত প্রোটোটাইপ ইন্টিগ্রেটেড একক MS অ্যান্টেনার ক্ষুদ্র মাত্রা রয়েছে 0.58λ × 0.58λ × 0.02λ। সিমুলেশন এবং পরিমাপ ফলাফল 3.11 GHz থেকে 7.67 GHz পর্যন্ত ওয়াইডব্যান্ড কর্মক্ষমতা প্রদর্শন করে, যার মধ্যে সর্বাধিক 8 dBi অর্জন করা হয়েছে। চার-উপাদান MIMO সিস্টেমটি এমনভাবে ডিজাইন করা হয়েছে যাতে প্রতিটি অ্যান্টেনা একে অপরের সাথে অর্থোগোনাল থাকে এবং 3.2 থেকে 7.6 GHz পর্যন্ত একটি কমপ্যাক্ট আকার এবং ওয়াইডব্যান্ড কার্যক্ষমতা বজায় রাখে। প্রস্তাবিত MIMO প্রোটোটাইপটি রজার্স RT5880 সাবস্ট্রেটে কম ক্ষতি এবং 1.05 এর ক্ষুদ্রাকৃতির মাত্রা সহ ডিজাইন এবং তৈরি করা হয়েছে? 1.05? 0.02?, এবং এর কার্যকারিতা একটি 10 ​​x 10 বিভক্ত রিং সহ প্রস্তাবিত বর্গাকার বন্ধ রিং রেজোনেটর অ্যারে ব্যবহার করে মূল্যায়ন করা হয়। মৌলিক উপাদান একই। প্রস্তাবিত ব্যাকপ্লেন মেটাসারফেস উল্লেখযোগ্যভাবে অ্যান্টেনা ব্যাক রেডিয়েশন কমায় এবং ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ক্ষেত্রগুলিকে ম্যানিপুলেট করে, যার ফলে MIMO উপাদানগুলির ব্যান্ডউইথ, লাভ এবং বিচ্ছিন্নতা উন্নত হয়। বিদ্যমান MIMO অ্যান্টেনাগুলির সাথে তুলনা করে, প্রস্তাবিত 4-পোর্ট MIMO অ্যান্টেনা 5G সাব-6 GHz ব্যান্ডে 82% পর্যন্ত গড় সামগ্রিক দক্ষতার সাথে 8.3 dBi এর উচ্চ লাভ অর্জন করে এবং পরিমাপ করা ফলাফলের সাথে ভাল চুক্তিতে রয়েছে। অধিকন্তু, উন্নত MIMO অ্যান্টেনা 0.004-এর কম খামের সম্পর্ক সহগ (ECC), প্রায় 10 dB (>9.98 dB) এর বৈচিত্র্য লাভ (DG) এবং MIMO উপাদানগুলির মধ্যে উচ্চ বিচ্ছিন্নতা (>15.5 dB) পরিপ্রেক্ষিতে চমৎকার কর্মক্ষমতা প্রদর্শন করে। বৈশিষ্ট্য এইভাবে, প্রস্তাবিত MS-ভিত্তিক MIMO অ্যান্টেনা সাব-6 GHz 5G যোগাযোগ নেটওয়ার্কগুলির জন্য এর প্রযোজ্যতা নিশ্চিত করে।
5G প্রযুক্তি ওয়্যারলেস যোগাযোগের ক্ষেত্রে একটি অবিশ্বাস্য অগ্রগতি যা কোটি কোটি সংযুক্ত ডিভাইসের জন্য দ্রুততর এবং আরও নিরাপদ নেটওয়ার্ক সক্ষম করবে, ব্যবহারকারীদের "শূন্য" লেটেন্সি (1 মিলিসেকেন্ডের কম লেটেন্সি) সহ অভিজ্ঞতা প্রদান করবে এবং ইলেকট্রনিক্স সহ নতুন প্রযুক্তি প্রবর্তন করবে৷ চিকিৎসা সেবা, বুদ্ধিবৃত্তিক শিক্ষা। , স্মার্ট শহর, স্মার্ট হোমস, ভার্চুয়াল রিয়েলিটি (VR), স্মার্ট ফ্যাক্টরি এবং যানবাহনের ইন্টারনেট (IoV) আমাদের জীবন, সমাজ এবং শিল্প 1,2,3 পরিবর্তন করছে। ইউএস ফেডারেল কমিউনিকেশন কমিশন (FCC) 5G স্পেকট্রামকে চারটি ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ডে বিভক্ত করেছে। 6 GHz এর নিচের ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ড গবেষকদের আগ্রহের কারণ এটি উচ্চ ডেটা হার5,6 সহ দূর-দূরত্বের যোগাযোগের অনুমতি দেয়। বৈশ্বিক 5G যোগাযোগের জন্য সাব-6 GHz 5G স্পেকট্রাম বরাদ্দ চিত্র 1-এ দেখানো হয়েছে, যা নির্দেশ করে যে সমস্ত দেশ 5G যোগাযোগের জন্য সাব-6 GHz স্পেকট্রাম বিবেচনা করছে7,8৷ অ্যান্টেনাগুলি 5G নেটওয়ার্কের একটি গুরুত্বপূর্ণ অংশ এবং আরও বেস স্টেশন এবং ব্যবহারকারী টার্মিনাল অ্যান্টেনার প্রয়োজন হবে৷
মাইক্রোস্ট্রিপ প্যাচ অ্যান্টেনাগুলির পাতলা এবং সমতল কাঠামোর সুবিধা রয়েছে, তবে ব্যান্ডউইথ এবং গেইন9,10 এ সীমিত, অ্যান্টেনার লাভ এবং ব্যান্ডউইথ বাড়ানোর জন্য অনেক গবেষণা করা হয়েছে; সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, মেটাসারফেস (এমএস) ব্যাপকভাবে অ্যান্টেনা প্রযুক্তিতে ব্যবহৃত হয়েছে, বিশেষ করে লাভ এবং থ্রুপুট 11,12 উন্নত করার জন্য, তবে, এই অ্যান্টেনাগুলি একটি একক পোর্টে সীমাবদ্ধ; MIMO প্রযুক্তি ওয়্যারলেস যোগাযোগের একটি গুরুত্বপূর্ণ দিক কারণ এটি ডেটা প্রেরণের জন্য একযোগে একাধিক অ্যান্টেনা ব্যবহার করতে পারে, যার ফলে ডেটা হার, বর্ণালী দক্ষতা, চ্যানেলের ক্ষমতা এবং নির্ভরযোগ্যতা 13,14,15 উন্নত হয়। MIMO অ্যান্টেনাগুলি 5G অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য সম্ভাব্য প্রার্থী কারণ তারা অতিরিক্ত শক্তির প্রয়োজন ছাড়াই একাধিক চ্যানেলে ডেটা প্রেরণ এবং গ্রহণ করতে পারে। MIMO উপাদানগুলির মধ্যে পারস্পরিক সংযোগের প্রভাব MIMO উপাদানগুলির অবস্থান এবং MIMO অ্যান্টেনার লাভের উপর নির্ভর করে, যা গবেষকদের জন্য একটি বড় চ্যালেঞ্জ। চিত্র 18, 19, এবং 20 5G সাব-6 GHz ব্যান্ডে কাজ করা বিভিন্ন MIMO অ্যান্টেনা দেখায়, সবগুলি ভাল MIMO বিচ্ছিন্নতা এবং কর্মক্ষমতা প্রদর্শন করে। যাইহোক, এই প্রস্তাবিত সিস্টেমের লাভ এবং অপারেটিং ব্যান্ডউইথ কম।
মেটামেটেরিয়ালস (MMs) হল নতুন উপাদান যা প্রকৃতিতে বিদ্যমান নেই এবং ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গকে ম্যানিপুলেট করতে পারে, যার ফলে 21,22,23,24 এন্টেনার কর্মক্ষমতা উন্নত হয়। MM এখন ব্যাপকভাবে অ্যান্টেনা প্রযুক্তিতে বিকিরণ প্যাটার্ন, ব্যান্ডউইথ, লাভ, এবং অ্যান্টেনা উপাদান এবং বেতার যোগাযোগ ব্যবস্থার মধ্যে বিচ্ছিন্নতা উন্নত করতে ব্যবহৃত হয়, যেমনটি 25, 26, 27, 28 এ আলোচনা করা হয়েছে। 2029 সালে, একটি চার-উপাদানের MIMO সিস্টেম মেটাসারফেস, যেখানে অ্যান্টেনা বিভাগটি মেটাসারফেস এবং স্থলের মধ্যে বায়ু ফাঁক ছাড়াই স্যান্ডউইচ করা হয়, যা MIMO কর্মক্ষমতা উন্নত করে। যাইহোক, এই নকশা একটি বড় আকার, কম অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সি এবং জটিল গঠন আছে. একটি ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ব্যান্ডগ্যাপ (EBG) এবং গ্রাউন্ড লুপ MIMO30 উপাদানগুলির বিচ্ছিন্নতা উন্নত করতে প্রস্তাবিত 2-পোর্ট ওয়াইডব্যান্ড MIMO অ্যান্টেনায় অন্তর্ভুক্ত করা হয়েছে। ডিজাইন করা অ্যান্টেনায় ভাল MIMO বৈচিত্র্যের কর্মক্ষমতা এবং দুটি MIMO অ্যান্টেনার মধ্যে চমৎকার বিচ্ছিন্নতা রয়েছে, কিন্তু শুধুমাত্র দুটি MIMO উপাদান ব্যবহার করলে লাভ কম হবে। উপরন্তু, in31 একটি আল্ট্রা-ওয়াইডব্যান্ড (UWB) ডুয়াল-পোর্ট MIMO অ্যান্টেনাও প্রস্তাব করেছে এবং মেটামেটেরিয়াল ব্যবহার করে এর MIMO কর্মক্ষমতা তদন্ত করেছে। যদিও এই অ্যান্টেনা UWB অপারেশনে সক্ষম, তবে এর লাভ কম এবং দুটি অ্যান্টেনার মধ্যে বিচ্ছিন্নতা দুর্বল। কাজ in32 একটি 2-পোর্ট MIMO সিস্টেমের প্রস্তাব করে যা লাভ বাড়ানোর জন্য ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ব্যান্ডগ্যাপ (EBG) প্রতিফলক ব্যবহার করে। যদিও উন্নত অ্যান্টেনা অ্যারের উচ্চ লাভ এবং ভাল MIMO বৈচিত্র্যের কার্যকারিতা রয়েছে, তবে এর বড় আকার পরবর্তী প্রজন্মের যোগাযোগ ডিভাইসগুলিতে প্রয়োগ করা কঠিন করে তোলে। আরেকটি প্রতিফলক-ভিত্তিক ব্রডব্যান্ড অ্যান্টেনা 33 সালে বিকশিত হয়েছিল, যেখানে প্রতিফলকটি অ্যান্টেনার নীচে 22 মিমি ব্যবধানের সাথে একীভূত হয়েছিল, যা 4.87 ডিবি এর নিম্ন শিখর লাভ প্রদর্শন করে। পেপার 34 mmWave অ্যাপ্লিকেশনের জন্য একটি চার-বন্দর MIMO অ্যান্টেনা ডিজাইন করে, যা MIMO সিস্টেমের বিচ্ছিন্নতা এবং লাভ উন্নত করতে MS স্তরের সাথে একীভূত করা হয়। যাইহোক, এই অ্যান্টেনা ভাল লাভ এবং বিচ্ছিন্নতা প্রদান করে, তবে সীমিত ব্যান্ডউইথ এবং বৃহৎ বায়ু ব্যবধানের কারণে দুর্বল যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য রয়েছে। একইভাবে, 2015 সালে, একটি তিন-জোড়া, 4-পোর্ট বোটি-আকৃতির মেটাসারফেস-ইন্টিগ্রেটেড MIMO অ্যান্টেনা mmWave যোগাযোগের জন্য তৈরি করা হয়েছিল যার সর্বাধিক লাভ 7.4 dBi। B36 MS একটি 5G অ্যান্টেনার পিছনে ব্যবহার করা হয় অ্যান্টেনা লাভ বাড়ানোর জন্য, যেখানে মেটাসারফেস একটি প্রতিফলক হিসাবে কাজ করে। যাইহোক, এমএস কাঠামোটি অসমমিত এবং ইউনিট কোষের কাঠামোতে কম মনোযোগ দেওয়া হয়েছে।
উপরোক্ত বিশ্লেষণের ফলাফল অনুসারে, উপরের অ্যান্টেনার কোনোটিরই উচ্চ লাভ, চমৎকার বিচ্ছিন্নতা, MIMO কর্মক্ষমতা এবং ওয়াইডব্যান্ড কভারেজ নেই। অতএব, এখনও একটি মেটাসারফেস MIMO অ্যান্টেনার প্রয়োজন রয়েছে যা উচ্চ লাভ এবং বিচ্ছিন্নতার সাথে 6 GHz এর নীচে বিস্তৃত 5G স্পেকট্রাম ফ্রিকোয়েন্সি কভার করতে পারে। উপরে উল্লিখিত সাহিত্যের সীমাবদ্ধতা বিবেচনা করে, সাব-6 GHz ওয়্যারলেস কমিউনিকেশন সিস্টেমের জন্য উচ্চ লাভ এবং চমৎকার বৈচিত্র্যের কর্মক্ষমতা সহ একটি ওয়াইডব্যান্ড ফোর-এলিমেন্টের MIMO অ্যান্টেনা সিস্টেমের প্রস্তাব করা হয়েছে। উপরন্তু, প্রস্তাবিত MIMO অ্যান্টেনা MIMO উপাদান, ছোট উপাদানের ফাঁক, এবং উচ্চ বিকিরণ দক্ষতার মধ্যে চমৎকার বিচ্ছিন্নতা প্রদর্শন করে। অ্যান্টেনা প্যাচটি তির্যকভাবে কাটা হয় এবং 12 মিমি এয়ার গ্যাপ সহ মেটাসারফেসের উপরে স্থাপন করা হয়, যা অ্যান্টেনা থেকে ফিরে বিকিরণ প্রতিফলিত করে এবং অ্যান্টেনা লাভ এবং নির্দেশনা উন্নত করে। এছাড়াও, প্রস্তাবিত একক অ্যান্টেনাটি প্রতিটি অ্যান্টেনাকে একে অপরের সাথে অর্থোগোনালি অবস্থান করে উচ্চতর MIMO কর্মক্ষমতা সহ একটি চার-উপাদান MIMO অ্যান্টেনা তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়। উন্নত MIMO অ্যান্টেনা তারপরে নির্গমন কর্মক্ষমতা উন্নত করার জন্য একটি তামার ব্যাকপ্লেন সহ 10 × 10 MS অ্যারের উপরে একত্রিত করা হয়েছিল। ডিজাইনে রয়েছে বিস্তৃত অপারেটিং রেঞ্জ (3.08-7.75 GHz), 8.3 dBi-এর উচ্চ লাভ এবং 82% এর উচ্চ গড় সামগ্রিক দক্ষতা, সেইসাথে MIMO অ্যান্টেনা উপাদানগুলির মধ্যে −15.5 dB-এর চেয়ে বেশি বিচ্ছিন্নতা। উন্নত MS-ভিত্তিক MIMO অ্যান্টেনা 3D ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক সফ্টওয়্যার প্যাকেজ CST Studio 2019 ব্যবহার করে সিমুলেট করা হয়েছিল এবং পরীক্ষামূলক অধ্যয়নের মাধ্যমে যাচাই করা হয়েছিল।
এই বিভাগটি প্রস্তাবিত স্থাপত্য এবং একক অ্যান্টেনা নকশা পদ্ধতির একটি বিস্তারিত ভূমিকা প্রদান করে। এছাড়াও, সিমুলেটেড এবং পর্যবেক্ষণ করা ফলাফলগুলি বিশদভাবে আলোচনা করা হয়েছে, যার মধ্যে বিক্ষিপ্ত প্যারামিটার, লাভ, এবং মেটাসারফেস সহ এবং ছাড়া সামগ্রিক দক্ষতা। প্রোটোটাইপ অ্যান্টেনাটি রজার্স 5880 লো লস ডাইলেকট্রিক সাবস্ট্রেটে তৈরি করা হয়েছিল যার পুরুত্ব 1.575 মিমি এবং 2.2 এর অস্তরক ধ্রুবক। ডিজাইনের বিকাশ এবং অনুকরণ করতে, ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক সিমুলেটর প্যাকেজ CST স্টুডিও 2019 ব্যবহার করা হয়েছিল।
চিত্র 2 একটি একক-উপাদান অ্যান্টেনার প্রস্তাবিত আর্কিটেকচার এবং ডিজাইন মডেল দেখায়। সুপ্রতিষ্ঠিত গাণিতিক সমীকরণ 37 অনুসারে, অ্যান্টেনা একটি রৈখিকভাবে খাওয়ানো বর্গাকার বিকিরণকারী স্থান এবং একটি তামার গ্রাউন্ড প্লেন (যেমন ধাপ 1 এ বর্ণনা করা হয়েছে) নিয়ে গঠিত এবং 10.8 GHz এ একটি খুব সংকীর্ণ ব্যান্ডউইথের সাথে অনুরণিত হয়, যেমন চিত্র 3b এ দেখানো হয়েছে। অ্যান্টেনা রেডিয়েটারের প্রাথমিক আকার নিম্নলিখিত গাণিতিক সম্পর্ক দ্বারা নির্ধারিত হয়37:
যেখানে \(P_{L}\) এবং \(P_{w}\) প্যাচের দৈর্ঘ্য এবং প্রস্থ, c আলোর গতির প্রতিনিধিত্ব করে, \(\gamma_{r}\) হল সাবস্ট্রেটের অস্তরক ধ্রুবক . , \(\gamma_{reff }\) রেডিয়েশন স্পটটির কার্যকর অস্তরক মান উপস্থাপন করে, \(\Delta L\) দাগের দৈর্ঘ্যের পরিবর্তনকে প্রতিনিধিত্ব করে। অ্যান্টেনা ব্যাকপ্লেনটি দ্বিতীয় পর্যায়ে অপ্টিমাইজ করা হয়েছিল, 10 dB এর খুব কম প্রতিবন্ধক ব্যান্ডউইথ থাকা সত্ত্বেও প্রতিবন্ধক ব্যান্ডউইথ বাড়িয়েছে। তৃতীয় পর্যায়ে, ফিডারের অবস্থান ডানদিকে সরানো হয়, যা প্রস্তাবিত অ্যান্টেনার প্রতিবন্ধক ব্যান্ডউইথ এবং ইম্পিডেন্স ম্যাচিংকে উন্নত করে। এই পর্যায়ে, অ্যান্টেনা 4 GHz এর একটি চমৎকার অপারেটিং ব্যান্ডউইথ প্রদর্শন করে এবং 5G-তে 6 GHz এর নিচের স্পেকট্রামকেও কভার করে। চতুর্থ এবং চূড়ান্ত পর্যায়ে বিকিরণ স্থানের বিপরীত কোণে বর্গাকার খাঁজ কাটা জড়িত। এই স্লটটি উল্লেখযোগ্যভাবে 4.56 GHz ব্যান্ডউইথকে প্রসারিত করে সাব-6 GHz 5G স্পেকট্রামকে 3.11 GHz থেকে 7.67 GHz পর্যন্ত, যেমন চিত্র 3b-তে দেখানো হয়েছে। প্রস্তাবিত নকশার সামনের এবং নীচের দৃষ্টিকোণগুলি চিত্র 3a তে দেখানো হয়েছে, এবং চূড়ান্ত অপ্টিমাইজ করা প্রয়োজনীয় ডিজাইনের প্যারামিটারগুলি নিম্নরূপ: SL = 40 মিমি, Pw = 18 মিমি, PL = 18 মিমি, gL = 12 মিমি, fL = 11। মিমি, fW = 4 .7 মিমি, c1 = 2 মিমি, c2 = 9.65 মিমি, c3 = 1.65 মিমি।
(a) ডিজাইন করা একক অ্যান্টেনার উপরের এবং পিছনের দৃশ্য (CST STUDIO SUITE 2019)। (b) S-প্যারামিটার বক্ররেখা।
মেটাসারফেস একটি শব্দ যা একে অপরের থেকে একটি নির্দিষ্ট দূরত্বে অবস্থিত ইউনিট কোষগুলির একটি পর্যায়ক্রমিক বিন্যাসকে বোঝায়। ব্যান্ডউইথ, লাভ এবং MIMO উপাদানগুলির মধ্যে বিচ্ছিন্নতা সহ অ্যান্টেনা বিকিরণ কর্মক্ষমতা উন্নত করার জন্য মেটাসারফেসগুলি একটি কার্যকর উপায়। পৃষ্ঠ তরঙ্গ প্রচারের প্রভাবের কারণে, মেটাসারফেসগুলি অতিরিক্ত অনুরণন তৈরি করে যা উন্নত অ্যান্টেনা কর্মক্ষমতাতে অবদান রাখে39। এই কাজটি 6 GHz এর নিচে 5G ব্যান্ডে অপারেটিং একটি এপসিলন-নেগেটিভ মেটামেটেরিয়াল (MM) ইউনিটের প্রস্তাব করে। 8 মিমি × 8 মিমি পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল সহ এমএমটি 2.2 এর অস্তরক ধ্রুবক এবং 1.575 মিমি পুরুত্ব সহ একটি কম ক্ষতি রজার্স 5880 সাবস্ট্রেটে তৈরি করা হয়েছিল। অপ্টিমাইজ করা এমএম রেজোনেটর প্যাচটিতে একটি অভ্যন্তরীণ বৃত্তাকার স্প্লিট রিং রয়েছে যা দুটি পরিবর্তিত বাইরের বিভক্ত রিংয়ের সাথে সংযুক্ত রয়েছে, যেমন চিত্র 4a এ দেখানো হয়েছে। চিত্র 4a প্রস্তাবিত MM সেটআপের চূড়ান্ত অপ্টিমাইজ করা পরামিতিগুলিকে সংক্ষিপ্ত করে৷ পরবর্তীকালে, 40 × 40 মিমি এবং 80 × 80 মিমি মেটাসারফেস স্তরগুলি তামার ব্যাকপ্লেন ছাড়াই এবং যথাক্রমে 5 × 5 এবং 10 × 10 সেল অ্যারে ব্যবহার করে একটি তামার ব্যাকপ্লেন দিয়ে তৈরি করা হয়েছিল। প্রস্তাবিত এমএম কাঠামোটি 3D ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক মডেলিং সফ্টওয়্যার "CST স্টুডিও স্যুট 2019" ব্যবহার করে মডেল করা হয়েছিল। প্রস্তাবিত MM অ্যারে স্ট্রাকচার এবং পরিমাপ সেটআপের একটি বানোয়াট প্রোটোটাইপ (ডুয়াল-পোর্ট নেটওয়ার্ক বিশ্লেষক পিএনএ এবং ওয়েভগাইড পোর্ট) প্রকৃত প্রতিক্রিয়া বিশ্লেষণ করে CST সিমুলেশন ফলাফল যাচাই করতে চিত্র 4b-এ দেখানো হয়েছে। পরিমাপ সেটআপ দুটি ওয়েভগাইড কোএক্সিয়াল অ্যাডাপ্টারের (A-INFOMW, অংশ সংখ্যা: 187WCAS) সংকেত পাঠাতে এবং গ্রহণ করার জন্য একটি Agilent PNA সিরিজ নেটওয়ার্ক বিশ্লেষক ব্যবহার করে। একটি প্রোটোটাইপ 5×5 অ্যারে দুটি ওয়েভগাইড কোএক্সিয়াল অ্যাডাপ্টারের মধ্যে স্থাপন করা হয়েছিল যা একটি দুই-পোর্ট নেটওয়ার্ক বিশ্লেষকের (Agilent PNA N5227A) সাথে সমাক্ষ তারের দ্বারা সংযুক্ত ছিল। Agilent N4694-60001 ক্রমাঙ্কন কিট একটি পাইলট প্ল্যান্টে নেটওয়ার্ক বিশ্লেষক ক্রমাঙ্কন করতে ব্যবহৃত হয়। প্রস্তাবিত প্রোটোটাইপ এমএম অ্যারের সিমুলেটেড এবং সিএসটি পর্যবেক্ষিত বিক্ষিপ্ত প্যারামিটারগুলি চিত্র 5 এ দেখানো হয়েছে। এটি দেখা যায় যে প্রস্তাবিত MM কাঠামোটি 6 GHz এর নিচে 5G ফ্রিকোয়েন্সি পরিসরে অনুরণিত হয়। 10 ডিবি ব্যান্ডউইথের ছোট পার্থক্য থাকা সত্ত্বেও, সিমুলেটেড এবং পরীক্ষামূলক ফলাফলগুলি খুব একই রকম। অনুরণিত ফ্রিকোয়েন্সি, ব্যান্ডউইথ, এবং পর্যবেক্ষণ অনুরণনের প্রশস্ততা সিমুলেটেডগুলির থেকে কিছুটা আলাদা, যেমন চিত্র 5a এ দেখানো হয়েছে। পর্যবেক্ষিত এবং সিমুলেটেড ফলাফলের মধ্যে এই পার্থক্যগুলি উত্পাদনের অসম্পূর্ণতা, প্রোটোটাইপ এবং ওয়েভগাইড পোর্টের মধ্যে ছোট ছাড়পত্র, ওয়েভগাইড পোর্ট এবং অ্যারে উপাদানগুলির মধ্যে সংযোগ প্রভাব এবং পরিমাপ সহনশীলতার কারণে। উপরন্তু, পরীক্ষামূলক সেটআপে ওয়েভগাইড পোর্টগুলির মধ্যে উন্নত প্রোটোটাইপের যথাযথ স্থাপনের ফলে একটি অনুরণন স্থানান্তর হতে পারে। উপরন্তু, ক্রমাঙ্কন পর্যায়ে অবাঞ্ছিত গোলমাল পরিলক্ষিত হয়েছিল, যা সংখ্যাসূচক এবং পরিমাপিত ফলাফলের মধ্যে অসঙ্গতির দিকে পরিচালিত করেছিল। যাইহোক, এই অসুবিধাগুলি ছাড়াও, প্রস্তাবিত MM অ্যারে প্রোটোটাইপটি সিমুলেশন এবং পরীক্ষার মধ্যে শক্তিশালী পারস্পরিক সম্পর্কের কারণে ভাল পারফর্ম করে, এটিকে সাব-6 GHz 5G ওয়্যারলেস কমিউনিকেশন অ্যাপ্লিকেশনের জন্য উপযুক্ত করে তোলে।
(a) ইউনিট সেল জ্যামিতি (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 স্টুডিও স্যুট) ) 2019) (খ) MM পরিমাপ সেটআপের ছবি৷
(a) মেটামেটেরিয়াল প্রোটোটাইপের বিক্ষিপ্ত প্যারামিটার বক্ররেখার সিমুলেশন এবং যাচাইকরণ। (b) একটি MM ইউনিট কোষের অস্তরক ধ্রুবক বক্ররেখা।
এমএম ইউনিট সেলের আচরণকে আরও বিশ্লেষণ করতে সিএসটি ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক সিমুলেটরের অন্তর্নির্মিত পোস্ট-প্রসেসিং কৌশলগুলি ব্যবহার করে প্রাসঙ্গিক কার্যকর পরামিতিগুলি যেমন কার্যকর অস্তরক ধ্রুবক, চৌম্বকীয় ব্যাপ্তিযোগ্যতা এবং প্রতিসরাঙ্ক সূচকগুলি অধ্যয়ন করা হয়েছিল। একটি শক্তিশালী পুনর্গঠন পদ্ধতি ব্যবহার করে বিক্ষিপ্ত পরামিতিগুলি থেকে কার্যকর এমএম পরামিতিগুলি পাওয়া যায়। নিম্নলিখিত ট্রান্সমিট্যান্স এবং প্রতিফলন সহগ সমীকরণ: (3) এবং (4) প্রতিসরাঙ্ক সূচক এবং প্রতিবন্ধকতা নির্ধারণ করতে ব্যবহার করা যেতে পারে (40 দেখুন)।
অপারেটরের বাস্তব এবং কাল্পনিক অংশ যথাক্রমে (.)' এবং (.)” দ্বারা প্রতিনিধিত্ব করা হয়, এবং পূর্ণসংখ্যার মান m বাস্তব প্রতিসরাঙ্কের সাথে মিলে যায়। অস্তরক ধ্রুবক এবং ব্যাপ্তিযোগ্যতা সূত্রগুলি দ্বারা নির্ধারিত হয় \(\varepsilon { } = { }n/z,\) এবং \(\mu = nz\), যা যথাক্রমে প্রতিবন্ধকতা এবং প্রতিসরণ সূচকের উপর ভিত্তি করে। এমএম কাঠামোর কার্যকর অস্তরক ধ্রুবক বক্ররেখা চিত্র 5b এ দেখানো হয়েছে। অনুরণিত ফ্রিকোয়েন্সিতে, কার্যকর অস্তরক ধ্রুবক নেতিবাচক। চিত্র 6a,b প্রস্তাবিত একক কোষের কার্যকর ব্যাপ্তিযোগ্যতা (μ) এবং কার্যকর প্রতিসরণ সূচক (n) এর নিষ্কাশিত মানগুলি দেখায়। উল্লেখযোগ্যভাবে, নিষ্কাশিত ব্যাপ্তিযোগ্যতাগুলি শূন্যের কাছাকাছি ইতিবাচক বাস্তব মানগুলি প্রদর্শন করে, যা প্রস্তাবিত এমএম কাঠামোর এপিসিলন-নেতিবাচক (ENG) বৈশিষ্ট্যগুলি নিশ্চিত করে। তদুপরি, চিত্র 6a তে দেখানো হয়েছে, শূন্যের কাছাকাছি ব্যাপ্তিযোগ্যতার অনুরণন অনুরণন কম্পাঙ্কের সাথে দৃঢ়ভাবে সম্পর্কিত। বিকশিত ইউনিট কক্ষের একটি নেতিবাচক প্রতিসরণ সূচক (চিত্র 6b), যার মানে প্রস্তাবিত MM অ্যান্টেনা কর্মক্ষমতা 21,41 উন্নত করতে ব্যবহার করা যেতে পারে।
একটি একক ব্রডব্যান্ড অ্যান্টেনার উন্নত প্রোটোটাইপ প্রস্তাবিত নকশা পরীক্ষামূলকভাবে পরীক্ষা করার জন্য তৈরি করা হয়েছিল। চিত্র 7a,b প্রস্তাবিত প্রোটোটাইপ একক অ্যান্টেনার ছবি, এর কাঠামোগত অংশ এবং কাছাকাছি-ক্ষেত্র পরিমাপ সেটআপ (SATIMO) দেখায়। অ্যান্টেনার কর্মক্ষমতা উন্নত করার জন্য, উন্নত মেটাসারফেসটি অ্যান্টেনার নীচে স্তরগুলিতে স্থাপন করা হয়েছে, যেমন চিত্র 8a তে দেখানো হয়েছে, উচ্চতা h সহ। একটি একক 40 মিমি x 40 মিমি ডাবল-লেয়ার মেটাসারফেস 12 মিমি ব্যবধানে একক অ্যান্টেনার পিছনে প্রয়োগ করা হয়েছিল। এছাড়াও, 12 মিমি দূরত্বে একক অ্যান্টেনার পিছনের দিকে একটি ব্যাকপ্লেন সহ একটি মেটাসারফেস স্থাপন করা হয়েছে। মেটাসারফেস প্রয়োগ করার পরে, একক অ্যান্টেনা কর্মক্ষমতার একটি উল্লেখযোগ্য উন্নতি দেখায়, যেমন চিত্র 1 এবং 2-এ দেখানো হয়েছে। চিত্র 8 এবং 9। চিত্র 8b মেটাসারফেস ছাড়া এবং সহ একক অ্যান্টেনার জন্য সিমুলেটেড এবং পরিমাপ করা প্রতিফলন প্লট দেখায়। এটি লক্ষণীয় যে একটি মেটাসারফেস সহ একটি অ্যান্টেনার কভারেজ ব্যান্ডটি মেটাসারফেস ছাড়াই একটি অ্যান্টেনার কভারেজ ব্যান্ডের সাথে খুব মিল। চিত্র 9a,b অপারেটিং স্পেকট্রামে MS ছাড়া এবং এর সাথে সিমুলেটেড এবং পর্যবেক্ষণ করা একক অ্যান্টেনা লাভ এবং সামগ্রিক দক্ষতার তুলনা দেখায়। এটি দেখা যায় যে, নন-মেটাসারফেস অ্যান্টেনার সাথে তুলনা করে, মেটাসারফেস অ্যান্টেনার লাভ উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত হয়েছে, 5.15 dBi থেকে 8 dBi-তে বৃদ্ধি পাচ্ছে। একক-স্তর মেটাসারফেস, ডুয়াল-লেয়ার মেটাসারফেস, এবং ব্যাকপ্লেন মেটাসারফেস সহ একক অ্যান্টেনার লাভ যথাক্রমে 6 dBi, 6.9 dBi এবং 8 dBi বৃদ্ধি পেয়েছে। অন্যান্য মেটাসারফেস (একক-স্তর এবং ডাবল-লেয়ার MC) এর সাথে তুলনা করে, একটি তামার ব্যাকপ্লেন সহ একটি একক মেটাসারফেস অ্যান্টেনার লাভ 8 dBi পর্যন্ত। এই ক্ষেত্রে, মেটাসারফেস একটি প্রতিফলক হিসাবে কাজ করে, অ্যান্টেনার পিছনের বিকিরণ হ্রাস করে এবং ইন-ফেজ ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গগুলিকে হেরফের করে, যার ফলে অ্যান্টেনার বিকিরণ দক্ষতা বৃদ্ধি পায় এবং তাই লাভ হয়। মেটাসারফেস ছাড়া এবং সহ একটি একক অ্যান্টেনার সামগ্রিক দক্ষতার একটি অধ্যয়ন চিত্র 9b এ দেখানো হয়েছে। এটি লক্ষণীয় যে মেটাসারফেস সহ এবং ছাড়া একটি অ্যান্টেনার কার্যকারিতা প্রায় একই। নিম্ন ফ্রিকোয়েন্সি পরিসরে, অ্যান্টেনার কার্যকারিতা সামান্য হ্রাস পায়। পরীক্ষামূলক এবং সিমুলেটেড লাভ এবং দক্ষতা বক্ররেখাগুলি ভাল চুক্তিতে রয়েছে। যাইহোক, উত্পাদন ত্রুটি, পরিমাপ সহনশীলতা, SMA পোর্ট সংযোগ ক্ষতি, এবং তারের ক্ষতির কারণে সিমুলেটেড এবং পরীক্ষিত ফলাফলের মধ্যে সামান্য পার্থক্য রয়েছে। এছাড়াও, অ্যান্টেনা এবং এমএস প্রতিফলক নাইলন স্পেসারগুলির মধ্যে অবস্থিত, যা অন্য একটি সমস্যা যা সিমুলেশন ফলাফলের তুলনায় পর্যবেক্ষণ ফলাফলগুলিকে প্রভাবিত করে।
চিত্র (a) সম্পূর্ণ একক অ্যান্টেনা এবং এর সাথে সম্পর্কিত উপাদানগুলি দেখায়। (b) কাছাকাছি-ক্ষেত্র পরিমাপ সেটআপ (SATIMO)।
(a) মেটাসারফেস রিফ্লেক্টর ব্যবহার করে অ্যান্টেনা উত্তেজনা (CST STUDIO SUITE 2019)। (b) MS ছাড়া এবং সহ একটি একক অ্যান্টেনার সিমুলেটেড এবং পরীক্ষামূলক প্রতিফলন।
সিমুলেশন এবং পরিমাপের ফলাফল (a) অর্জিত লাভ এবং (b) প্রস্তাবিত মেটাসারফেস এফেক্ট অ্যান্টেনার সামগ্রিক দক্ষতা।
এমএস ব্যবহার করে বিম প্যাটার্ন বিশ্লেষণ। ইউকেএম সাটিমো নিয়ার-ফিল্ড সিস্টেম ল্যাবরেটরির সাটিমো নিয়ার-ফিল্ড এক্সপেরিমেন্টাল এনভায়রনমেন্টে একক-অ্যান্টেনা কাছাকাছি-ক্ষেত্র পরিমাপ করা হয়েছিল। চিত্র 10a, b MS সহ এবং ছাড়া প্রস্তাবিত একক অ্যান্টেনার জন্য 5.5 GHz এ সিমুলেটেড এবং পর্যবেক্ষণ করা ই-প্লেন এবং এইচ-প্লেন রেডিয়েশন প্যাটার্ন দেখায়। উন্নত একক অ্যান্টেনা (MS ব্যতীত) পার্শ্ব লোব মান সহ একটি সুসংগত দ্বিমুখী বিকিরণ প্যাটার্ন প্রদান করে। প্রস্তাবিত MS প্রতিফলক প্রয়োগ করার পরে, অ্যান্টেনা একটি একমুখী বিকিরণ প্যাটার্ন প্রদান করে এবং পিছনের লোবের স্তরকে হ্রাস করে, যেমন চিত্র 10a, b-তে দেখানো হয়েছে। এটি লক্ষণীয় যে প্রস্তাবিত একক অ্যান্টেনা বিকিরণ প্যাটার্নটি একটি তামার ব্যাকপ্লেন সহ একটি মেটাসারফেস ব্যবহার করার সময় খুব কম পিছনে এবং পাশের লোবগুলির সাথে আরও স্থিতিশীল এবং একমুখী। প্রস্তাবিত এমএম অ্যারে প্রতিফলক অ্যান্টেনার পিছনের এবং পাশের লোবগুলিকে হ্রাস করে যখন বিকিরণ কর্মক্ষমতা উন্নত করে কারেন্টকে একমুখী দিকে নির্দেশ করে (চিত্র 10a, b), যার ফলে লাভ এবং প্রত্যক্ষতা বৃদ্ধি পায়। এটি দেখা গেছে যে পরীক্ষামূলক বিকিরণ প্যাটার্নটি প্রায় সিএসটি সিমুলেশনের সাথে তুলনীয় ছিল, কিন্তু বিভিন্ন একত্রিত উপাদান, পরিমাপ সহনশীলতা এবং তারের ক্ষতির কারণে সামান্য পরিবর্তিত হয়েছে। এছাড়াও, অ্যান্টেনা এবং এমএস প্রতিফলকের মধ্যে একটি নাইলন স্পেসার ঢোকানো হয়েছিল, যা সংখ্যাসূচক ফলাফলের তুলনায় পর্যবেক্ষণ করা ফলাফলগুলিকে প্রভাবিত করে এমন আরেকটি সমস্যা।
5.5 GHz ফ্রিকোয়েন্সিতে উন্নত একক অ্যান্টেনার বিকিরণ প্যাটার্ন (MS ছাড়া এবং MS সহ) সিমুলেটেড এবং পরীক্ষা করা হয়েছিল।
প্রস্তাবিত MIMO অ্যান্টেনা জ্যামিতি চিত্র 11 এ দেখানো হয়েছে এবং এতে চারটি একক অ্যান্টেনা রয়েছে। MIMO অ্যান্টেনার চারটি উপাদান 80 × 80 × 1.575 মিমি মাত্রার একটি সাবস্ট্রেটে একে অপরের সাথে অর্থোগোনালি সাজানো হয়েছে, যেমন চিত্র 11-এ দেখানো হয়েছে। ডিজাইন করা MIMO অ্যান্টেনার একটি আন্তঃ-উপাদানের দূরত্ব 22 মিমি, যা এর চেয়ে ছোট। অ্যান্টেনার নিকটতম সংশ্লিষ্ট আন্তঃ-উপাদান দূরত্ব। MIMO অ্যান্টেনা বিকশিত হয়েছে। উপরন্তু, স্থল সমতল অংশ একটি একক অ্যান্টেনা হিসাবে একই ভাবে অবস্থিত। চিত্র 12a তে দেখানো MIMO অ্যান্টেনার (S11, S22, S33, এবং S44) প্রতিফলিত মানগুলি 3.2–7.6 GHz ব্যান্ডে অনুরণিত একটি একক-উপাদান অ্যান্টেনার মতো একই আচরণ প্রদর্শন করে। অতএব, একটি MIMO অ্যান্টেনার প্রতিবন্ধক ব্যান্ডউইথ একটি একক অ্যান্টেনার মতোই। MIMO উপাদানগুলির মধ্যে কাপলিং প্রভাব MIMO অ্যান্টেনার ছোট ব্যান্ডউইথ ক্ষতির প্রধান কারণ। চিত্র 12b MIMO উপাদানগুলিতে আন্তঃসংযোগের প্রভাব দেখায়, যেখানে MIMO উপাদানগুলির মধ্যে সর্বোত্তম বিচ্ছিন্নতা নির্ধারণ করা হয়েছিল। অ্যান্টেনা 1 এবং 2-এর মধ্যে বিচ্ছিন্নতা সর্বনিম্ন প্রায় -13.6 dB, এবং অ্যান্টেনা 1 এবং 4-এর মধ্যে বিচ্ছিন্নতা প্রায় -30.4 dB-তে সর্বোচ্চ। এর ছোট আকার এবং বিস্তৃত ব্যান্ডউইথের কারণে, এই MIMO অ্যান্টেনার কম লাভ এবং কম থ্রুপুট রয়েছে। নিরোধক কম, তাই বর্ধিত শক্তিবৃদ্ধি এবং নিরোধক প্রয়োজন;
প্রস্তাবিত MIMO অ্যান্টেনার ডিজাইন মেকানিজম (a) টপ ভিউ এবং (b) গ্রাউন্ড প্লেন। (CST স্টুডিও স্যুট 2019)।
প্রস্তাবিত মেটাসারফেস MIMO অ্যান্টেনার জ্যামিতিক বিন্যাস এবং উত্তেজনা পদ্ধতি চিত্র 13a এ দেখানো হয়েছে। 80x80x1.575mm এর মাত্রা সহ একটি 10x10mm ম্যাট্রিক্স একটি 12mm উচ্চ MIMO অ্যান্টেনার পিছনের দিকের জন্য ডিজাইন করা হয়েছে, যেমনটি চিত্র 13a তে দেখানো হয়েছে। উপরন্তু, তামার ব্যাকপ্লেন সহ মেটাসারফেসগুলি তাদের কর্মক্ষমতা উন্নত করার জন্য MIMO অ্যান্টেনাগুলিতে ব্যবহারের উদ্দেশ্যে তৈরি করা হয়েছে। মেটাসারফেস এবং MIMO অ্যান্টেনার মধ্যে দূরত্ব উচ্চ লাভ অর্জনের জন্য গুরুত্বপূর্ণ যখন অ্যান্টেনা দ্বারা উত্পন্ন তরঙ্গ এবং মেটাসারফেস থেকে প্রতিফলিত তরঙ্গগুলির মধ্যে গঠনমূলক হস্তক্ষেপের অনুমতি দেয়। MIMO উপাদানগুলির মধ্যে সর্বাধিক লাভ এবং বিচ্ছিন্নতার জন্য কোয়ার্টার-ওয়েভ মান বজায় রেখে অ্যান্টেনা এবং মেটাসারফেসের মধ্যে উচ্চতা অপ্টিমাইজ করার জন্য বিস্তৃত মডেলিং করা হয়েছিল। ব্যাকপ্লেন ছাড়া মেটাসার্ফেসের তুলনায় ব্যাকপ্লেন সহ মেটাসারফেস ব্যবহার করে অর্জিত MIMO অ্যান্টেনার পারফরম্যান্সের উল্লেখযোগ্য উন্নতি পরবর্তী অধ্যায়গুলিতে প্রদর্শিত হবে।
(a) MS (CST STUDIO SUITE 2019) ব্যবহার করে প্রস্তাবিত MIMO অ্যান্টেনার CST সিমুলেশন সেটআপ, (b) MS ছাড়া এবং MS সহ উন্নত MIMO সিস্টেমের প্রতিফলন বক্ররেখা।
মেটাসারফেস সহ এবং ছাড়া MIMO অ্যান্টেনার প্রতিফলনগুলি চিত্র 13b-এ দেখানো হয়েছে, যেখানে MIMO সিস্টেমের সমস্ত অ্যান্টেনার প্রায় অভিন্ন আচরণের কারণে S11 এবং S44 উপস্থাপন করা হয়েছে। এটি লক্ষণীয় যে MIMO অ্যান্টেনার -10 dB প্রতিবন্ধক ব্যান্ডউইথ একটি একক মেটাসারফেস ছাড়া এবং সহ প্রায় একই। বিপরীতে, প্রস্তাবিত MIMO অ্যান্টেনার প্রতিবন্ধক ব্যান্ডউইথ ডুয়াল-লেয়ার MS এবং ব্যাকপ্লেন MS দ্বারা উন্নত করা হয়েছে। এটা লক্ষণীয় যে MS ছাড়া, MIMO অ্যান্টেনা কেন্দ্রের ফ্রিকোয়েন্সির তুলনায় 81.5% (3.2-7.6 GHz) একটি ভগ্নাংশ ব্যান্ডউইথ প্রদান করে। ব্যাকপ্লেনের সাথে MS একত্রিত করা প্রস্তাবিত MIMO অ্যান্টেনার প্রতিবন্ধক ব্যান্ডউইথ 86.3% (3.08–7.75 GHz) বৃদ্ধি করে। যদিও ডুয়াল-লেয়ার এমএস থ্রুপুট বাড়ায়, তবে তামার ব্যাকপ্লেন সহ এমএসের তুলনায় উন্নতি কম। অধিকন্তু, একটি দ্বৈত-স্তর MC অ্যান্টেনার আকার বাড়ায়, এর খরচ বাড়ায় এবং এর পরিসর সীমিত করে। ডিজাইন করা MIMO অ্যান্টেনা এবং মেটাসারফেস প্রতিফলক সিমুলেশন ফলাফল যাচাই করতে এবং প্রকৃত কর্মক্ষমতা মূল্যায়ন করতে গড়া এবং যাচাই করা হয়। চিত্র 14a বানোয়াট MS স্তর এবং বিভিন্ন উপাদান একত্রিত MIMO অ্যান্টেনা দেখায়, যখন চিত্র 14b উন্নত MIMO সিস্টেমের একটি ফটোগ্রাফ দেখায়। MIMO অ্যান্টেনা চারটি নাইলন স্পেসার ব্যবহার করে মেটাসারফেসের উপরে মাউন্ট করা হয়েছে, যেমনটি চিত্র 14b-এ দেখানো হয়েছে। চিত্র 15a উন্নত MIMO অ্যান্টেনা সিস্টেমের কাছাকাছি-ক্ষেত্রের পরীক্ষামূলক সেটআপের একটি স্ন্যাপশট দেখায়। একটি PNA নেটওয়ার্ক বিশ্লেষক (Agilent Technologies PNA N5227A) বিচ্ছুরণ পরামিতি অনুমান করতে এবং UKM SATIMO নিয়ার-ফিল্ড সিস্টেম ল্যাবরেটরিতে কাছাকাছি-ক্ষেত্র নির্গমন বৈশিষ্ট্যগুলি মূল্যায়ন ও বৈশিষ্ট্যযুক্ত করতে ব্যবহৃত হয়েছিল।
(a) SATIMO কাছাকাছি-ক্ষেত্র পরিমাপের ফটোগুলি (b) MS সহ এবং ছাড়া S11 MIMO অ্যান্টেনার সিমুলেটেড এবং পরীক্ষামূলক বক্ররেখা।
এই বিভাগটি প্রস্তাবিত 5G MIMO অ্যান্টেনার সিমুলেটেড এবং পর্যবেক্ষিত এস-প্যারামিটারগুলির একটি তুলনামূলক অধ্যয়ন উপস্থাপন করে। চিত্র 15b সমন্বিত 4-উপাদান MIMO MS অ্যান্টেনার পরীক্ষামূলক প্রতিফলন প্লট দেখায় এবং এটি CST সিমুলেশন ফলাফলের সাথে তুলনা করে। পরীক্ষামূলক প্রতিফলনগুলি CST গণনার মতোই পাওয়া গেছে, তবে উত্পাদন ত্রুটি এবং পরীক্ষামূলক সহনশীলতার কারণে কিছুটা আলাদা ছিল। এছাড়াও, প্রস্তাবিত MS-ভিত্তিক MIMO প্রোটোটাইপের পর্যবেক্ষিত প্রতিফলন 4.8 GHz এর প্রতিবন্ধক ব্যান্ডউইথ সহ 6 GHz এর নিচে 5G স্পেকট্রামকে কভার করে, যার মানে হল 5G অ্যাপ্লিকেশন সম্ভব। যাইহোক, মাপা অনুরণিত ফ্রিকোয়েন্সি, ব্যান্ডউইথ এবং প্রশস্ততা CST সিমুলেশন ফলাফল থেকে সামান্য আলাদা। ম্যানুফ্যাকচারিং ত্রুটি, কক্স-টু-এসএমএ কাপলিং লস, এবং আউটডোর পরিমাপ সেটআপ পরিমাপ করা এবং সিমুলেটেড ফলাফলের মধ্যে পার্থক্য সৃষ্টি করতে পারে। যাইহোক, এই ত্রুটিগুলি সত্ত্বেও, প্রস্তাবিত MIMO ভাল কার্য সম্পাদন করে, সিমুলেশন এবং পরিমাপের মধ্যে শক্তিশালী চুক্তি প্রদান করে, এটিকে সাব-6 GHz 5G ওয়্যারলেস অ্যাপ্লিকেশনের জন্য উপযুক্ত করে তোলে।
সিমুলেটেড এবং পর্যবেক্ষিত MIMO অ্যান্টেনা লাভ বক্ররেখাগুলি চিত্র 2 এবং 2-এ দেখানো হয়েছে। চিত্র 16a,b এবং 17a,b-তে দেখানো হয়েছে যথাক্রমে, MIMO উপাদানগুলির পারস্পরিক মিথস্ক্রিয়া দেখানো হয়েছে। যখন MIMO অ্যান্টেনাগুলিতে মেটাসারফেসগুলি প্রয়োগ করা হয়, তখন MIMO অ্যান্টেনার মধ্যে বিচ্ছিন্নতা উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত হয়। সংলগ্ন অ্যান্টেনা উপাদানগুলির মধ্যে বিচ্ছিন্নতা প্লটগুলি S12, S14, S23 এবং S34 একই বক্ররেখা দেখায়, যখন তির্যক MIMO অ্যান্টেনাগুলি S13 এবং S42 তাদের মধ্যে বৃহত্তর দূরত্বের কারণে একইভাবে উচ্চ বিচ্ছিন্নতা দেখায়৷ সংলগ্ন অ্যান্টেনার সিমুলেটেড ট্রান্সমিশন বৈশিষ্ট্যগুলি চিত্র 16a এ দেখানো হয়েছে। এটি লক্ষণীয় যে 6 GHz এর নীচে 5G অপারেটিং স্পেকট্রামে, একটি মেটাসারফেস ছাড়া একটি MIMO অ্যান্টেনার সর্বনিম্ন বিচ্ছিন্নতা -13.6 dB, এবং একটি ব্যাকপ্লেন সহ একটি মেটাসারফেসের জন্য - 15.5 dB৷ লাভ প্লট (চিত্র 16a) দেখায় যে ব্যাকপ্লেন মেটাসারফেস একক- এবং ডবল-লেয়ার মেটাসারফেসের তুলনায় MIMO অ্যান্টেনা উপাদানগুলির মধ্যে বিচ্ছিন্নতাকে উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করে। সংলগ্ন অ্যান্টেনা উপাদানগুলিতে, একক- এবং দ্বি-স্তর মেটাসারফেসগুলি আনুমানিক -13.68 dB এবং -14.78 dB এর সর্বনিম্ন বিচ্ছিন্নতা প্রদান করে এবং তামার ব্যাকপ্লেন মেটাসারফেস প্রায় -15.5 dB প্রদান করে৷
MS লেয়ার ছাড়া এবং MS লেয়ার সহ MIMO উপাদানের সিমুলেটেড আইসোলেশন কার্ভ: (a) S12, S14, S34 এবং S32 এবং (b) S13 এবং S24।
প্রস্তাবিত MS-ভিত্তিক MIMO অ্যান্টেনার পরীক্ষামূলক লাভ বক্ররেখা ছাড়া এবং সহ: (a) S12, S14, S34 এবং S32 এবং (b) S13 এবং S24।
এমএস লেয়ার যোগ করার আগে এবং পরে MIMO তির্যক অ্যান্টেনা লাভ প্লটগুলি চিত্র 16b এ দেখানো হয়েছে। এটি লক্ষণীয় যে মেটাসারফেস (অ্যান্টেনা 1 এবং 3) ছাড়া তির্যক অ্যান্টেনার মধ্যে ন্যূনতম বিচ্ছিন্নতা হল – অপারেটিং স্পেকট্রাম জুড়ে 15.6 dB, এবং একটি ব্যাকপ্লেন সহ একটি মেটাসারফেস হল – 18 dB৷ মেটাসারফেস পদ্ধতিটি তির্যক MIMO অ্যান্টেনার মধ্যে সংযোগের প্রভাবকে উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে। একটি একক-স্তর মেটাসারফেসের জন্য সর্বাধিক নিরোধক হল -37 dB, যখন একটি দ্বি-স্তর মেটাসারফেসের জন্য এই মানটি -47 dB-তে নেমে যায়। একটি তামার ব্যাকপ্লেন সহ মেটাসারফেসের সর্বাধিক বিচ্ছিন্নতা হল −36.2 dB, যা ক্রমবর্ধমান ফ্রিকোয়েন্সি পরিসরের সাথে হ্রাস পায়। ব্যাকপ্লেন ছাড়া একক- এবং ডাবল-লেয়ার মেটাসারফেসগুলির তুলনায়, ব্যাকপ্লেন সহ মেটাসারফেসগুলি সমগ্র প্রয়োজনীয় অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সি রেঞ্জ জুড়ে উচ্চতর বিচ্ছিন্নতা প্রদান করে, বিশেষ করে 6 GHz এর নিচে 5G পরিসরে, যেমন চিত্র 16a, b-তে দেখানো হয়েছে। সর্বাধিক জনপ্রিয় এবং বহুল ব্যবহৃত 5G ব্যান্ডে 6 GHz (3.5 GHz) এর নিচে, একক- এবং দ্বৈত-স্তর মেটাসারফেসগুলিতে তামার ব্যাকপ্লেন সহ মেটাসারফেসের তুলনায় MIMO উপাদানগুলির মধ্যে কম বিচ্ছিন্নতা রয়েছে (প্রায় MS নেই) (চিত্র 16a দেখুন), b)। লাভের পরিমাপ চিত্র 17a, b-তে দেখানো হয়েছে, যথাক্রমে সন্নিহিত অ্যান্টেনা (S12, S14, S34 এবং S32) এবং তির্যক অ্যান্টেনা (S24 এবং S13) এর বিচ্ছিন্নতা দেখাচ্ছে। এই পরিসংখ্যানগুলি থেকে দেখা যায় (চিত্র 17a, b), MIMO উপাদানগুলির মধ্যে পরীক্ষামূলক বিচ্ছিন্নতা সিমুলেটেড বিচ্ছিন্নতার সাথে ভালভাবে একমত। যদিও উৎপাদন ত্রুটি, SMA পোর্ট সংযোগ এবং তারের ক্ষতির কারণে সিমুলেটেড এবং পরিমাপ করা CST মানগুলির মধ্যে সামান্য পার্থক্য রয়েছে। এছাড়াও, অ্যান্টেনা এবং এমএস প্রতিফলক নাইলন স্পেসারগুলির মধ্যে অবস্থিত, যা অন্য একটি সমস্যা যা সিমুলেশন ফলাফলের তুলনায় পর্যবেক্ষণ ফলাফলগুলিকে প্রভাবিত করে।
ভূপৃষ্ঠের তরঙ্গ দমনের মাধ্যমে পারস্পরিক সংযোগ কমাতে মেটাসারফেসগুলির ভূমিকাকে যুক্তিযুক্ত করতে 5.5 GHz এ পৃষ্ঠের বর্তমান বন্টন অধ্যয়ন করেছেন42। প্রস্তাবিত MIMO অ্যান্টেনার পৃষ্ঠের বর্তমান বন্টন চিত্র 18-এ দেখানো হয়েছে, যেখানে অ্যান্টেনা 1 চালিত হয় এবং বাকি অ্যান্টেনা 50 ওহম লোডের সাথে সমাপ্ত হয়। যখন অ্যান্টেনা 1 এনার্জাইজ করা হয়, তখন মেটাসারফেসের অনুপস্থিতিতে 5.5 GHz এ পার্শ্ববর্তী অ্যান্টেনাগুলিতে উল্লেখযোগ্য পারস্পরিক সংযোগ স্রোত উপস্থিত হবে, যেমন চিত্র 18a এ দেখানো হয়েছে। বিপরীতে, মেটাসারফেস ব্যবহারের মাধ্যমে, যেমন চিত্র 18b–d-এ দেখানো হয়েছে, সংলগ্ন অ্যান্টেনার মধ্যে বিচ্ছিন্নতা উন্নত করা হয়েছে। এটি লক্ষ করা উচিত যে সংলগ্ন ক্ষেত্রগুলির পারস্পরিক সংযোগের প্রভাবকে একক কোষের সংলগ্ন রিংগুলিতে এবং MS স্তর বরাবর অ্যান্টি-সমান্তরাল দিকগুলিতে সংলগ্ন MS ইউনিট কোষগুলিতে প্রচারের মাধ্যমে হ্রাস করা যেতে পারে। বিতরণ করা অ্যান্টেনা থেকে এমএস ইউনিটে কারেন্ট ইনজেকশন করা MIMO উপাদানগুলির মধ্যে বিচ্ছিন্নতা উন্নত করার জন্য একটি মূল পদ্ধতি। ফলস্বরূপ, MIMO উপাদানগুলির মধ্যে কাপলিং কারেন্ট ব্যাপকভাবে হ্রাস পেয়েছে এবং বিচ্ছিন্নতাও ব্যাপকভাবে উন্নত হয়েছে। যেহেতু কাপলিং ক্ষেত্রটি উপাদানটিতে ব্যাপকভাবে বিতরণ করা হয়, তাই কপার ব্যাকপ্লেন মেটাসারফেস MIMO অ্যান্টেনা সমাবেশকে একক- এবং ডাবল-লেয়ার মেটাসারফেস (চিত্র 18d) থেকে উল্লেখযোগ্যভাবে বিচ্ছিন্ন করে। অধিকন্তু, বিকশিত MIMO অ্যান্টেনার খুব কম ব্যাকপ্রপাগেশন এবং সাইড প্রোপাগেশন রয়েছে, যা একটি একমুখী বিকিরণ প্যাটার্ন তৈরি করে, যার ফলে প্রস্তাবিত MIMO অ্যান্টেনার লাভ বৃদ্ধি পায়।
5.5 GHz (a) MC ছাড়াই প্রস্তাবিত MIMO অ্যান্টেনার সারফেস বর্তমান প্যাটার্ন, (b) একক-স্তর MC, (c) ডাবল-লেয়ার MC, এবং (d) তামার ব্যাকপ্লেন সহ একক-স্তর MC। (CST স্টুডিও স্যুট 2019)।
অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সির মধ্যে, চিত্র 19a মেটাসারফেস ছাড়া এবং সহ ডিজাইন করা MIMO অ্যান্টেনার সিমুলেটেড এবং পর্যবেক্ষণ লাভ দেখায়। মেটাসারফেস ছাড়াই MIMO অ্যান্টেনার সিমুলেটেড অর্জিত লাভ হল 5.4 dBi, যেমন চিত্র 19a এ দেখানো হয়েছে। MIMO উপাদানগুলির মধ্যে পারস্পরিক সংযোগের প্রভাবের কারণে, প্রস্তাবিত MIMO অ্যান্টেনা আসলে একটি একক অ্যান্টেনার চেয়ে 0.25 dBi বেশি লাভ অর্জন করে। মেটাসারফেস যুক্ত করা MIMO উপাদানগুলির মধ্যে উল্লেখযোগ্য লাভ এবং বিচ্ছিন্নতা প্রদান করতে পারে। এইভাবে, প্রস্তাবিত মেটাসারফেস MIMO অ্যান্টেনা 8.3 dBi পর্যন্ত উচ্চ উপলব্ধি লাভ করতে পারে। চিত্র 19a তে দেখানো হয়েছে, যখন MIMO অ্যান্টেনার পিছনে একটি একক মেটাসারফেস ব্যবহার করা হয়, তখন লাভ 1.4 dBi বৃদ্ধি পায়। যখন মেটাসারফেস দ্বিগুণ হয়, তখন লাভ 2.1 dBi দ্বারা বৃদ্ধি পায়, যেমন চিত্র 19a এ দেখানো হয়েছে। যাইহোক, একটি তামার ব্যাকপ্লেন দিয়ে মেটাসারফেস ব্যবহার করার সময় 8.3 dBi-এর প্রত্যাশিত সর্বোচ্চ লাভ অর্জিত হয়। উল্লেখযোগ্যভাবে, একক-স্তর এবং দ্বি-স্তর মেটাসারফেসের জন্য সর্বাধিক অর্জিত লাভ হল যথাক্রমে 6.8 dBi এবং 7.5 dBi, যেখানে নীচের স্তরের মেটাসারফেসের জন্য সর্বাধিক অর্জিত লাভ হল 8.3 dBi৷ অ্যান্টেনার পিছনের দিকের মেটাসারফেস স্তরটি প্রতিফলক হিসাবে কাজ করে, অ্যান্টেনার পিছনের দিক থেকে বিকিরণ প্রতিফলিত করে এবং ডিজাইন করা MIMO অ্যান্টেনার সামনে থেকে পিছনে (F/B) অনুপাতকে উন্নত করে। উপরন্তু, উচ্চ-প্রতিবন্ধক MS প্রতিফলকটি পর্যায়ক্রমে ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গকে ম্যানিপুলেট করে, যার ফলে অতিরিক্ত অনুরণন তৈরি হয় এবং প্রস্তাবিত MIMO অ্যান্টেনার বিকিরণ কর্মক্ষমতা উন্নত করে। এমআইএমও অ্যান্টেনার পিছনে ইনস্টল করা এমএস প্রতিফলক অর্জিত লাভকে উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করতে পারে, যা পরীক্ষামূলক ফলাফল দ্বারা নিশ্চিত করা হয়। উন্নত প্রোটোটাইপ MIMO অ্যান্টেনার পর্যবেক্ষণ এবং সিমুলেটেড লাভ প্রায় একই, তবে কিছু ফ্রিকোয়েন্সিতে পরিমাপকৃত লাভ সিমুলেটেড লাভের চেয়ে বেশি, বিশেষ করে MS ছাড়া MIMO-এর জন্য; পরীক্ষামূলক লাভের এই বৈচিত্রগুলি নাইলন প্যাডের পরিমাপ সহনশীলতা, তারের ক্ষতি এবং অ্যান্টেনা সিস্টেমে সংযোগের কারণে। মেটাসারফেস ছাড়াই MIMO অ্যান্টেনার সর্বোচ্চ পরিমাপকৃত লাভ হল 5.8 dBi, যখন একটি তামার ব্যাকপ্লেন সহ মেটাসারফেস হল 8.5 dBi৷ এটি লক্ষণীয় যে এমএস প্রতিফলক সহ প্রস্তাবিত সম্পূর্ণ 4-পোর্ট MIMO অ্যান্টেনা সিস্টেম পরীক্ষামূলক এবং সংখ্যাগত অবস্থার অধীনে উচ্চ লাভ প্রদর্শন করে।
সিমুলেশন এবং পরীক্ষামূলক ফলাফল (a) অর্জিত লাভ এবং (b) মেটাসারফেস প্রভাব সহ প্রস্তাবিত MIMO অ্যান্টেনার সামগ্রিক কর্মক্ষমতা।
চিত্র 19b মেটাসারফেস প্রতিফলক ছাড়া এবং তার সাথে প্রস্তাবিত MIMO সিস্টেমের সামগ্রিক কর্মক্ষমতা দেখায়। চিত্র 19b-এ, ব্যাকপ্লেন সহ MS ব্যবহার করে সর্বনিম্ন দক্ষতা ছিল 73% এর বেশি (নীচে 84%)। MC ছাড়া এবং MC সহ উন্নত MIMO অ্যান্টেনার সামগ্রিক দক্ষতা সিমুলেটেড মানগুলির তুলনায় ছোটখাটো পার্থক্য সহ প্রায় একই। এর কারণ হল পরিমাপ সহনশীলতা এবং অ্যান্টেনা এবং এমএস প্রতিফলকের মধ্যে স্পেসারের ব্যবহার। সম্পূর্ণ ফ্রিকোয়েন্সি জুড়ে পরিমাপকৃত অর্জিত লাভ এবং সামগ্রিক দক্ষতা প্রায় সিমুলেশন ফলাফলের অনুরূপ, যা ইঙ্গিত করে যে প্রস্তাবিত MIMO প্রোটোটাইপের কর্মক্ষমতা প্রত্যাশিত এবং প্রস্তাবিত MS-ভিত্তিক MIMO অ্যান্টেনা 5G যোগাযোগের জন্য উপযুক্ত। পরীক্ষামূলক গবেষণায় ত্রুটির কারণে, পরীক্ষাগার পরীক্ষার সামগ্রিক ফলাফল এবং সিমুলেশনের ফলাফলের মধ্যে পার্থক্য বিদ্যমান। প্রস্তাবিত প্রোটোটাইপের কার্যকারিতা অ্যান্টেনা এবং SMA সংযোগকারীর মধ্যে প্রতিবন্ধকতার অমিল, সমাক্ষ তারের স্প্লাইস লস, সোল্ডারিং প্রভাব এবং পরীক্ষামূলক সেটআপে বিভিন্ন ইলেকট্রনিক ডিভাইসের নৈকট্য দ্বারা প্রভাবিত হয়।
চিত্র 20 একটি ব্লক ডায়াগ্রাম আকারে উল্লিখিত অ্যান্টেনার নকশা এবং অপ্টিমাইজেশন অগ্রগতি বর্ণনা করে। এই ব্লক ডায়াগ্রাম প্রস্তাবিত MIMO অ্যান্টেনা ডিজাইন নীতিগুলির একটি ধাপে ধাপে বর্ণনা প্রদান করে, সেইসাথে একটি বিস্তৃত অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সিতে প্রয়োজনীয় উচ্চ লাভ এবং উচ্চ বিচ্ছিন্নতা অর্জনের জন্য অ্যান্টেনাকে অপ্টিমাইজ করার ক্ষেত্রে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।
ইউকেএম সাটিমো নিয়ার-ফিল্ড সিস্টেম ল্যাবরেটরিতে SATIMO নিয়ার-ফিল্ড এক্সপেরিমেন্টাল এনভায়রনমেন্টে কাছাকাছি-ক্ষেত্রের MIMO অ্যান্টেনা পরিমাপ করা হয়েছিল। চিত্র 21a,b 5.5 GHz এর অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সিতে MS সহ এবং বাদ দিয়ে দাবি করা MIMO অ্যান্টেনার সিমুলেটেড এবং পর্যবেক্ষিত ই-প্লেন এবং এইচ-প্লেন রেডিয়েশন প্যাটার্নগুলিকে চিত্রিত করে৷ 5.5 GHz এর অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সি পরিসরে, উন্নত নন-MS MIMO অ্যান্টেনা পার্শ্ব লোব মানগুলির সাথে একটি সামঞ্জস্যপূর্ণ দ্বিমুখী বিকিরণ প্যাটার্ন প্রদান করে। এমএস প্রতিফলক প্রয়োগ করার পরে, অ্যান্টেনা একটি একমুখী বিকিরণ প্যাটার্ন প্রদান করে এবং পিছনের লোবের স্তরকে হ্রাস করে, যেমন চিত্র 21a, b-তে দেখানো হয়েছে। এটি লক্ষণীয় যে একটি তামার ব্যাকপ্লেন সহ একটি মেটাসারফেস ব্যবহার করে, প্রস্তাবিত MIMO অ্যান্টেনা প্যাটার্নটি MS ছাড়াই আরও স্থিতিশীল এবং একমুখী, খুব কম পিছনে এবং পাশের লোবগুলির সাথে। প্রস্তাবিত এমএম অ্যারে প্রতিফলক অ্যান্টেনার পিছনের এবং পাশের লোবগুলিকে হ্রাস করে এবং কারেন্টকে একমুখী দিকে নির্দেশ করে বিকিরণ বৈশিষ্ট্যগুলিকে উন্নত করে (চিত্র 21a, b), যার ফলে লাভ এবং প্রত্যক্ষতা বৃদ্ধি পায়। পরিমাপ করা বিকিরণ প্যাটার্নটি পোর্ট 1-এর জন্য প্রাপ্ত করা হয়েছিল একটি 50 ওহম লোডের সাথে অবশিষ্ট পোর্টগুলির সাথে সংযুক্ত। এটি লক্ষ্য করা গেছে যে পরীক্ষামূলক বিকিরণ প্যাটার্নটি সিএসটি দ্বারা অনুকরণ করা প্রায় একই রকম ছিল, যদিও উপাদানের বিভ্রান্তি, টার্মিনাল পোর্ট থেকে প্রতিফলন এবং তারের সংযোগে ক্ষতির কারণে কিছু বিচ্যুতি ছিল। অতিরিক্তভাবে, অ্যান্টেনা এবং এমএস প্রতিফলকের মধ্যে একটি নাইলন স্পেসার ঢোকানো হয়েছিল, যা পূর্বাভাসিত ফলাফলের তুলনায় পর্যবেক্ষণ ফলাফলগুলিকে প্রভাবিত করে এমন আরেকটি সমস্যা।
5.5 GHz ফ্রিকোয়েন্সিতে উন্নত MIMO অ্যান্টেনার বিকিরণ প্যাটার্ন (MS ছাড়া এবং MS সহ) সিমুলেটেড এবং পরীক্ষা করা হয়েছিল।
এটা লক্ষ্য করা গুরুত্বপূর্ণ যে MIMO সিস্টেমের কর্মক্ষমতা মূল্যায়ন করার সময় পোর্ট বিচ্ছিন্নতা এবং এর সাথে সম্পর্কিত বৈশিষ্ট্যগুলি অপরিহার্য। পরিকল্পিত MIMO অ্যান্টেনা সিস্টেমের দৃঢ়তা চিত্রিত করার জন্য এনভেলপ কোরিলেশন কোফিসিয়েন্ট (ECC) এবং ডাইভারসিটি গেইন (DG) সহ প্রস্তাবিত MIMO সিস্টেমের বৈচিত্র্য কর্মক্ষমতা পরীক্ষা করা হয়। একটি MIMO অ্যান্টেনার ECC এবং DG এর কার্যকারিতা মূল্যায়ন করতে ব্যবহার করা যেতে পারে কারণ তারা একটি MIMO সিস্টেমের কর্মক্ষমতার গুরুত্বপূর্ণ দিক। নিম্নলিখিত বিভাগগুলি প্রস্তাবিত MIMO অ্যান্টেনার এই বৈশিষ্ট্যগুলি বিস্তারিত করবে৷
এনভেলপ কোরিলেশন কোফিসিয়েন্ট (ECC)। যেকোন MIMO সিস্টেম বিবেচনা করার সময়, ECC তাদের নির্দিষ্ট বৈশিষ্ট্যগুলির বিষয়ে উপাদান উপাদানগুলি একে অপরের সাথে সম্পর্কযুক্ত ডিগ্রী নির্ধারণ করে। এইভাবে, ECC একটি বেতার যোগাযোগ নেটওয়ার্কে চ্যানেল বিচ্ছিন্নতার ডিগ্রি প্রদর্শন করে। উন্নত MIMO সিস্টেমের ECC (এনভেলপ পারস্পরিক সম্পর্ক সহগ) S- পরামিতি এবং দূর-ক্ষেত্র নির্গমনের উপর ভিত্তি করে নির্ধারণ করা যেতে পারে। Eq থেকে। (7) এবং (8) প্রস্তাবিত MIMO অ্যান্টেনা 31 এর ECC নির্ধারণ করা যেতে পারে।
প্রতিফলন সহগ Sii দ্বারা প্রতিনিধিত্ব করা হয় এবং Sij ট্রান্সমিশন সহগ প্রতিনিধিত্ব করে। j-th এবং i-th অ্যান্টেনার ত্রিমাত্রিক বিকিরণ প্যাটার্নগুলি \(\vec{R}_{j} \left( {\theta ,\varphi } \right)\) এবং \( \vec {{R_{ i } }} কঠিন কোণকে \left( {\theta ,\varphi } \right)\) এবং \({\Omega }\) দ্বারা উপস্থাপিত করা হয়। প্রস্তাবিত অ্যান্টেনার ECC বক্ররেখা চিত্র 22a তে দেখানো হয়েছে এবং এর মান 0.004 এর কম, যা একটি বেতার সিস্টেমের জন্য 0.5 এর গ্রহণযোগ্য মান থেকে বেশ কম। অতএব, ECC মান হ্রাসের অর্থ হল প্রস্তাবিত 4-পোর্ট MIMO সিস্টেম উচ্চতর বৈচিত্র্য প্রদান করে43।
ডাইভারসিটি গেইন (ডিজি) ডিজি হল আরেকটি MIMO সিস্টেম পারফরম্যান্স মেট্রিক যা বর্ণনা করে যে কীভাবে বৈচিত্র্য স্কিম বিকিরণ শক্তিকে প্রভাবিত করে। সম্পর্ক (9) 31 এ বর্ণিত MIMO অ্যান্টেনা সিস্টেমের DG নির্ধারণ করে।
চিত্র 22b প্রস্তাবিত MIMO সিস্টেমের DG ডায়াগ্রাম দেখায়, যেখানে DG মান 10 dB-এর খুব কাছাকাছি। ডিজাইন করা MIMO সিস্টেমের সমস্ত অ্যান্টেনার DG মান 9.98 dB ছাড়িয়ে গেছে।
সারণী 1 প্রস্তাবিত মেটাসারফেস MIMO অ্যান্টেনাকে সাম্প্রতিক বিকশিত অনুরূপ MIMO সিস্টেমের সাথে তুলনা করে। তুলনাটি ব্যান্ডউইথ, লাভ, সর্বোচ্চ বিচ্ছিন্নতা, সামগ্রিক দক্ষতা এবং বৈচিত্র্যের কর্মক্ষমতা সহ বিভিন্ন কর্মক্ষমতা পরামিতি বিবেচনা করে। গবেষকরা 5, 44, 45, 46, 47-এ লাভ এবং আইসোলেশন বর্ধিতকরণ কৌশল সহ বিভিন্ন MIMO অ্যান্টেনা প্রোটোটাইপ উপস্থাপন করেছেন। পূর্বে প্রকাশিত কাজের তুলনায়, মেটাসারফেস প্রতিফলক সহ প্রস্তাবিত MIMO সিস্টেম ব্যান্ডউইথ, লাভ এবং বিচ্ছিন্নতার ক্ষেত্রে তাদের ছাড়িয়ে গেছে। অতিরিক্তভাবে, রিপোর্ট করা অনুরূপ অ্যান্টেনার তুলনায়, উন্নত MIMO সিস্টেমটি একটি ছোট আকারে উচ্চতর বৈচিত্র্য কর্মক্ষমতা এবং সামগ্রিক দক্ষতা প্রদর্শন করে। যদিও অধ্যায় 5.46-এ বর্ণিত অ্যান্টেনাগুলির আমাদের প্রস্তাবিত অ্যান্টেনার তুলনায় উচ্চতর বিচ্ছিন্নতা রয়েছে, এই অ্যান্টেনাগুলি বড় আকার, কম লাভ, সংকীর্ণ ব্যান্ডউইথ এবং দুর্বল MIMO কার্যকারিতা দ্বারা ভোগে। 45-এ প্রস্তাবিত 4-পোর্ট MIMO অ্যান্টেনা উচ্চ লাভ এবং দক্ষতা প্রদর্শন করে, তবে এর ডিজাইনে কম বিচ্ছিন্নতা, বড় আকার এবং দুর্বল বৈচিত্র্যের কার্যকারিতা রয়েছে। অন্যদিকে, 47 সালে প্রস্তাবিত ছোট আকারের অ্যান্টেনা সিস্টেমে খুব কম লাভ এবং অপারেটিং ব্যান্ডউইথ রয়েছে, যখন আমাদের প্রস্তাবিত MS ভিত্তিক 4-পোর্ট MIMO সিস্টেম ছোট আকার, উচ্চ লাভ, উচ্চ বিচ্ছিন্নতা এবং আরও ভাল কর্মক্ষমতা MIMO প্রদর্শন করে। এইভাবে, প্রস্তাবিত মেটাসারফেস MIMO অ্যান্টেনা সাব-6 GHz 5G যোগাযোগ ব্যবস্থার জন্য একটি প্রধান প্রতিযোগী হয়ে উঠতে পারে।
একটি চার-বন্দর মেটাসারফেস প্রতিফলক-ভিত্তিক ওয়াইডব্যান্ড MIMO অ্যান্টেনা উচ্চ লাভ এবং বিচ্ছিন্নতা 6 GHz এর নীচে 5G অ্যাপ্লিকেশনগুলিকে সমর্থন করার জন্য প্রস্তাব করা হয়েছে। মাইক্রোস্ট্রিপ লাইনটি একটি বর্গাকার বিকিরণকারী অংশকে ফিড করে, যা তির্যক কোণে একটি বর্গক্ষেত্র দ্বারা কাটা হয়। প্রস্তাবিত MS এবং অ্যান্টেনা ইমিটার উচ্চ-গতির 5G যোগাযোগ ব্যবস্থায় চমৎকার পারফরম্যান্স অর্জনের জন্য Rogers RT5880-এর মতো সাবস্ট্রেট উপকরণগুলিতে প্রয়োগ করা হয়। MIMO অ্যান্টেনায় বিস্তৃত পরিসর এবং উচ্চ লাভের বৈশিষ্ট্য রয়েছে এবং MIMO উপাদানগুলির মধ্যে শব্দ বিচ্ছিন্নতা এবং চমৎকার দক্ষতা প্রদান করে। উন্নত একক অ্যান্টেনার ক্ষুদ্রাকৃতির মাত্রা 0.58?0.58?0.02? একটি 5×5 মেটাসারফেস অ্যারে সহ, একটি বিস্তৃত 4.56 GHz অপারেটিং ব্যান্ডউইথ, 8 dBi সর্বোচ্চ লাভ এবং উচ্চতর পরিমাপ দক্ষতা প্রদান করে। প্রস্তাবিত ফোর-পোর্ট MIMO অ্যান্টেনা (2 × 2 অ্যারে) প্রতিটি প্রস্তাবিত একক অ্যান্টেনাকে 1.05λ × 1.05λ × 0.02λ মাত্রা সহ অন্য একটি অ্যান্টেনার সাথে অর্থোগোনালি সারিবদ্ধ করে ডিজাইন করা হয়েছে। এটি একটি 12mm উচ্চ MIMO অ্যান্টেনার অধীনে একটি 10×10 MM অ্যারে একত্রিত করার সুপারিশ করা হয়, যা ব্যাক-রেডিয়েশন কমাতে পারে এবং MIMO উপাদানগুলির মধ্যে পারস্পরিক সংযোগ কমাতে পারে, যার ফলে লাভ এবং বিচ্ছিন্নতা উন্নত হয়। পরীক্ষামূলক এবং সিমুলেশন ফলাফলগুলি দেখায় যে উন্নত MIMO প্রোটোটাইপ 3.08-7.75 GHz এর বিস্তৃত ফ্রিকোয়েন্সি পরিসরে কাজ করতে পারে, 6 GHz এর নিচে 5G স্পেকট্রামকে কভার করে। উপরন্তু, প্রস্তাবিত MS-ভিত্তিক MIMO অ্যান্টেনা তার লাভকে 2.9 dBi দ্বারা উন্নত করে, সর্বাধিক 8.3 dBi অর্জন করে এবং MIMO উপাদানগুলির মধ্যে চমৎকার বিচ্ছিন্নতা (>15.5 dB) প্রদান করে, MS-এর অবদানকে বৈধ করে। উপরন্তু, প্রস্তাবিত MIMO অ্যান্টেনার উচ্চ গড় সামগ্রিক দক্ষতা 82% এবং একটি নিম্ন আন্তঃ-উপাদান দূরত্ব 22 মিমি। অ্যান্টেনা খুব উচ্চ ডিজি (9.98 dB-এর বেশি), খুব কম ECC (0.004-এর কম) এবং একমুখী বিকিরণ প্যাটার্ন সহ চমৎকার MIMO বৈচিত্র্যের কার্যকারিতা প্রদর্শন করে। পরিমাপের ফলাফলগুলি সিমুলেশন ফলাফলের সাথে খুব মিল। এই বৈশিষ্ট্যগুলি নিশ্চিত করে যে উন্নত চার-বন্দর MIMO অ্যান্টেনা সিস্টেম সাব-6 GHz ফ্রিকোয়েন্সি পরিসরে 5G যোগাযোগ ব্যবস্থার জন্য একটি কার্যকর পছন্দ হতে পারে।
Cowin 400-6000MHz ওয়াইডব্যান্ড পিসিবি অ্যান্টেনা প্রদান করতে পারে, এবং আপনার প্রয়োজন অনুযায়ী নতুন অ্যান্টেনা ডিজাইন করতে সহায়তা করতে পারে, যদি আপনার কোন অনুরোধ থাকে তাহলে বিনা দ্বিধায় আমাদের সাথে যোগাযোগ করুন।