Ми ретельно досліджуємо, як ряд значних параметрів впливають на продуктивність антени за допомогою параметричного аналізу, пропонуючи цінну інформацію про їх індивідуальні функції та взаємозв'язки в рамках проектування. Ретельно оцінюючи та змінюючи ці фактори, ми отримуємо значну інформацію про те, як такі властивості, як товщина підкладки, довжина пластиру та ширина слота, впливають на резонансну частоту, пропускна здатність, втрата повернення та посилення. Змінюючи деякі з цих характеристик, зберігаючи інших постійними, ми можемо отримати всебічне розуміння їх впливу на властивості антени. Це дозволяє нам вибрати стратегії оптимізації та проектні рішення з знаннями.
Аналіз на ширину слота 1 (S1W)
Ми провели комплексний параметричний аналіз, в якому ми змінили ширину слота 1 (S1W), зберігаючи інші параметри постійними, щоб вивчити вплив цього параметра на продуктивність антени. Нашою основною метою було визначити взаємозв'язок між розмірами слота та значними характеристиками антени, включаючи як виграш, пропускну здатність, втрати повернення та резонансні частоти. Малюнок 6а ілюструє посилення та рис. 6b коефіцієнт відбиття для різних значень ширини слота 1 (S1W). Резонансні частоти переміщували до 6,1 ТГц і 8,76 ТГц із збільшенням пропускної здатності 0,27 ТГц і 0,3 ТГц, коли ширина слота була збільшена. Але це також призвело до недостатніх прибутків та повернення втрат 7,71 дБі та 9,64 дБ відповідно, вказуючи на зниження ефективності антени. І навпаки, зменшення ширини слота підтримувало резонансні частоти при 6,1 ТГц і 8,67 ТГц, але звузив пропускну здатність до 0,2 ТГц і 0,18 ТГц. Хоча втрата повернення трохи покращилася в першій смузі, вона все ще була неоптимальною у другому. Прибутки демонстрували різну тенденцію, збільшуючи до 7,5i дБ та 10,4 дБі. Цей аналіз підкреслює критичний вплив ширини слота 1 на продуктивність антени, демонструючи, як коригування впливають на пропускну здатність, повернення втрати та посилення. Ці висновки підкреслюють важливість точної оптимізації параметрів у проектуванні антени, оскільки зміни в одному елементі можуть суттєво вплинути на загальну продуктивність.
Вплив варіації S1W на продуктивність антени () Виграш; (б) Коефіцієнт відбиття.
Аналіз на довжину патча (PL)
Щоб ретельно дослідити вплив довжини патча (PL) на продуктивність антени, ми розпочали всебічне параметричне дослідження, систематично змінюючи цей параметр, зберігаючи всі інші постійними. На малюнку 7а представлений коефіцієнт посилення, а на фіг. 7В показано коефіцієнт відбиття для різних значень довжини пластиру (PL). Збільшення довжини пластиру від запропонованого значення призвело до появи двох резонансних частот при 7,59 ТГц та 8,49 ТГц. У той час як пропускна здатність розширювалася до 0,29 ТГц і 0,36 ТГц для відповідних смуг, відповідні втрати повернення 16,81 дБ та 24,25 дБ впали від бажаних порогів. Крім того, вимірювані прибутки на цих частотах реєструвались при 7,25 дБі та 8,64 дБі відповідно, що вказує на компроміс у ефективності антени. З іншого боку, змінений результат був отриманий шляхом скорочення довжини пластиру. З зменшеною довжиною пластиру спостерігалася лише одна резонансна частота, при 7,6 ТГц з пропускною здатністю 0,37 ТГц. Приріст 7,64 DBI та втрата повернення 21,67 дБ, однак, не відповідали нашим цілям цілі ефективності на цій частоті. Ці висновки підкреслюють, наскільки важлива довжина патчів впливає на поведінку антени та на те, як це ретельно слід враховувати, посилюючи конструкції антени. Довжина пластиру має складний зв’язок з результатами продуктивності антени; Підвищення та зменшення довжини пластиру має значні наслідки на резонансні частоти, пропускну здатність, повернення втрати та посилення.
Вплив варіації довжини патча на продуктивність антени () Виграш; (б) Коефіцієнт відбиття.
Аналіз товщини підкладки (ST)
Ми досліджуємо вплив товщини субстрату (ST) на продуктивність антени в цьому розділі дослідження. Товщина підкладки, основний елемент дизайну антени, значно впливає на ключові показники продуктивності, включаючи посилення, пропускну здатність, зворотні втрати та резонансні частоти. Наша мета – виявити складний зв’язок між поведінкою ST та антени за допомогою методичного аналізу, пропонуючи розуміння його вирішальної ролі в оптимізації ефективності антени. На малюнку 8b відображається коефіцієнт відбиття для різних значень товщини підкладки (ST), тоді як на рис. 8а відображається посилення. Коли “ST” було збільшено із запропонованого значення, резонансні частоти помітно змінилися. Зокрема, ми виявили появу однієї резонансної частоти при 8,21 ТГц з пропускною здатністю 0,34 ТГц. Тим не менш, зворотна втрата конфігурації була невтішною -15 дБ, набагато нижче наших цільових порогів. Одночасно вимірювана вигода – що було 9,4 DBI – не відповідав нашим очікуванням щодо ефективності. З іншого боку, зменшення ST дало різні результати. Хоча була ще одна резонансна частота на 6,2 ТГц, пропускна здатність дещо збільшилася до 0,36 ТГц. Навіть при цьому незначному збільшенні пропускної здатності втрати повернення – що вимірювались на – 25,42 дБ – виходили нижче оптимального. У подібному руслі вимірюваний приріст 7,64 дБі не відповідав цільовим межам ефективності. Ці висновки підкреслюють складний зв’язок між товщиною підкладки та продуктивністю антени. Незалежно від того, що збільшується чи зменшуємо ST, ми спостерігаємо значні зміни в ключових параметрах, підкреслюючи критичну роль СТ у формуванні поведінки антени. Це нюансове розуміння підкреслює важливість ретельної оптимізації параметрів для досягнення оптимальної продуктивності антени для реальних застосувань.
Вплив зміни товщини підкладки на продуктивність антени () Виграш; (б) Коефіцієнт відбиття.
Аналіз субстрату
У нашому прагненні оптимальних продуктивності антени ми ретельно перевіряли вплив різних матеріалів підкладки на ключові показники продуктивності. Три чіткі матеріали – силікон26FR427і поліімід28—Н. було обрано для оцінки, щоб визначити їх вплив на поведінку антени. На малюнку 9а представлений коефіцієнт посилення, тоді як на фіг. 9b показаний коефіцієнт відбиття для різних підкладки антени. По -перше, використання FR4 як матеріал підкладки виявив інтригуючі результати. Дві резонансні частоти виникли на рівні 6,75 ТГц, і 7,7 ТГц, що супроводжуються пропускною здатністю 0,33 ТГц і 0,34 ТГц відповідно. Однак, незважаючи на наявність численних резонансів, втрата повернення залишалася неоптимальною для всіх смуг, вимірюючи 18 дБ та 14 дБ відповідно. Відповідні прибутки були записані в 9,94 dbi та 10,5 dbi, підкреслюючи виклики, що виникають з FR4. Згодом ми звернули свою увагу на кремній як потенційний матеріал підкладки. Незважаючи на очікування сприятливих результатів, результати виявилися невтішними. Чотири резонансні частоти спостерігалися при 6,08 ТГц, 7,03 ТГц, 8,18 ТГц і 8,78 ТГц. Однак пропускна здатність була тривожно вузькою, коливаючись від 0,1 ТГц до 0,14 ТГц. Більше того, показники повернення втрат, в середньому близько 20 дБ, не відповідали нашим очікуванням. Вигоди були скромними, починаючи від 7,5 дБі до 8,5 дБі по чотирьох смугах, що свідчить про обмежену придатність для нашої конструкції антени. Нарешті, поліамід став перспективним матеріалом підкладки, пропонуючи переконливі характеристики продуктивності. Три резонансні частоти матеріалізувались на 6,48 ТГц, 7,47 ТГц і 8,5 ТГц, що супроводжуються пропускними пропускними рухами 0,32 ТГц, 0,29 ТГц і 0,32 ТГц відповідно. Важливо, що показники повернення втрат були помітно вищими, досягаючи −30,6 дБ, -30,7 дБ та −36 дБ у відповідних діапазонах. Відповідно, прибутки демонстрували надійну продуктивність, починаючи від 7,8 дБ до 12,3 dbi, підтверджуючи ефективність поліаміду як оптимальний матеріал підкладки для запропонованої нами дизайну антен.
Продуктивність антен з різними матеріалами підкладки () Виграш; (б) Коефіцієнт рефлексії.
Мімо -антена
Конструкція антени MIMO походить від оптимізації одноелементованої антени. Цей підхід використовується для підвищення продуктивності антени, орієнтуючись на ключові вдосконалення, включаючи просторове різноманіття, пом'якшення перешкод, підвищення потужностей, багатосторонню експлуатацію та підвищення безпеки29. Використовуючи сильні сторони одноелементної антени, конфігурація MIMO досягає вищої загальної продуктивності30.
Визначення оптимальної конфігурації антени MIMO є критичним кроком у досягненні високопродуктивних систем бездротового зв'язку. Орієнтація елементів антени відіграє ключову роль у цьому процесі, оскільки це безпосередньо впливає на такі фактори, як якість прийому сигналу, пом'якшення перешкод та загальна ємність системи31. У цьому випадку на рис. 10 відображається три різні конфігурації, позначені мурашник. 1, мурашник. 2, і мурашник. 3, кожен з яких забезпечує різну схему орієнтації. Цей ретельний аналіз має на меті уточнити оптимальну конфігурацію, яка оптимізує заходи продуктивності, включаючи посилення, коефіцієнт передачі та коефіцієнт відбиття в різних діапазонах частот. Процедура проектування має на меті повністю використовувати можливості системи антени MIMO шляхом методичного вивчення різних орієнтацій, гарантуючи стабільність та надійність у різних контекстах комунікації32.
Порівняльний аналіз конфігурацій MIMO антени, (() Мурашник 1; (б) Мурашник 2; (c) Мурашник 3.
У порівнянні з першим елементом, два елементи орієнтовані на 180 градусів догори дном у першій конфігурації (Ant. 1). Два елементи розташовані поруч у другій конфігурації (Ant. 2), з орієнтацією на 0 градусів щодо першого члена. Нарешті, два елементи розташовані поруч із орієнтацією на 180 градусів щодо першого елемента в третій конфігурації (Ant. 3). Порівняються вплив кожного розташування на такі змінні, як посилення, коефіцієнт відбиття та коефіцієнт передачі, як показано на рис. 11a, b та рис. 11c, в такому порядку. Спочатку оцінюється продуктивність антени-1, виявляючи коефіцієнти відбиття −38 дБ, -20 дБ та −17 дБ у трьох смугах. Однак антена проявляє низьку ізоляцію (−18 дБ) і відносно низький приріст (9,1dbi, 8,2dbi та 10,2dbi) у цих смугах. Потім вносяться модифікації для підвищення продуктивності, що призводить до розробки антени-2.
Порівняльний аналіз продуктивності в трьох конфігураціях антени MIMO, () S11; ((б) S21; (c) Виграш.
Антена-2 показує деяке поліпшення коефіцієнта відбиття, зі значеннями −25 дБ, -46 дБ та −28 дБ по діапазонах. Однак ізоляція залишається відносно низькою (−25 дБ), а посилення бачить лише незначне поліпшення порівняно з антеною-1.
Антена-3 була розроблена в результаті додаткових коригувань, і вона показує значні підвищення продуктивності. З помітними досягненнями щодо антени-1 та антени-2, антена-3 виділяється як найбільш перспективний варіант для конструкції антени MIMO. Антена-3 демонструє вражаючі показники в ряді критичних заходів після ретельних модифікацій для поліпшення параметрів продуктивності.
Антена-3-це помітне поліпшення з точки зору коефіцієнта відбиття, зі значеннями −37,5 дБ, -45 дБ та −60 дБ у всіх трьох діапазонах частот. Ці числа вказують на зниження відбиття енергії та вдосконалення можливостей, що сприймають сигнал. Крім того, антена-3 демонструє помітні покращення продуктивності ізоляції над антеною-2, із чудовими значеннями −31,99 дБ, −44 дБ та −45 дБ, записаними на трьох частотних діапазонах. Крім того, антена-3 має кращі характеристики, ніж будь-які її попередники. Антена-3 дозволяє більш сильні та надійні зв'язки зв'язку, надаючи розширені можливості ампліфікації сигналу з прибутками 11,53 dbi, 11,38 dbi та 13,53 dbi у кожній з трьох частот. Антена-3-найкращий варіант для дизайну антени MIMO в результаті цих комбінованих покращень продуктивності. Його успіх у досягненні передбачуваних цілей проектування, таких як вдосконалений прийом сигналу, зменшення перешкод та підвищення потужностей, підкреслюється його чудовими показниками з точки зору коефіцієнта відбиття, ізоляції та посилення. Antenna-3 є найбільш практичним варіантом для задоволення вимогливих специфікацій сучасних систем бездротового зв'язку, оскільки це є результатом ітеративних змін дизайну, орієнтованих на досягнення найвищих рівнів продуктивності.