Плитка

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 2741 (2022) Цитировать эту статью

4816 Доступов

6 цитат

152 Альтметрика

Подробности о метриках

В этой работе представлен новый подход на основе плиток к построению модульным образом масштабируемых MIMO и фазированных решеток для интеллектуальных оболочек миллиметрового диапазона 5G/B5G и реконфигурируемых интеллектуальных поверхностей большой площади для приложений «умных городов» и IoT. Была изготовлена ​​и измерена экспериментальная 32-элементная фазированная решетка на частоте 29 ГГц с использованием \(2 \times 2\) «8-элементных подрешеток» и продемонстрирована \(+/-\) возможность управления 30 лучами. Уникальные преимущества предлагаемого подхода к использованию плиток заключаются в том, что плитки одинаковых размеров могут производиться в больших количествах, а не использовать массивы разных размеров для обслуживания различных зон покрытия пользователей. Следует подчеркнуть, что гибкий массив плиток \(2 \times 2\) для проверки концепции не снижает производительность, когда он наматывается на кривизну радиусом 3,5 см. Эту топологию можно легко масштабировать до огромных массивов, просто добавляя больше плиток и расширяя питающую сеть на монтажном слое плиток. Плитки собраны на единой гибкой подложке, которая соединяет радиочастотные, постоянные и цифровые трассы, что позволяет легко реализовать по требованию очень большие антенные решетки практически на любой практичной конформной платформе для частот до диапазона частот до субТГц.

В последнее время телекоммуникационная отрасль быстро переходит на стандарты 5G для более быстрой связи, большей пропускной способности и меньшей задержки. Одним из наиболее важных требований для успешной реализации технологий 5G и B5G (Beyond 5G), особенно для частот миллиметрового диапазона (мм) и суб-ТГц, является реализация больших антенных решеток для массивных конфигураций MIMO1. Однако эти большие антенные решетки обычно довольно громоздки и тяжелы и имеют очень ограниченные размеры, что увеличивает стоимость настройки и снижает адаптируемость к различным вариантам конечного использования. Для сетей 5G mmWave, из-за их изначального уменьшения дальности действия, реализации перешли к использованию архитектур малых/пикосот, при этом каждая точка доступа обеспечивает покрытие 50–100 м2. Использование небольших сот означает, что в различных местах интенсивность использования может сильно различаться, например, спортивный стадион и пригородные районы. Поэтому не существует универсального подхода к реализации 5G/B5G и Интернета вещей.

(а) Одноячеечная и (б) многоячеечная схема предлагаемой масштабируемой архитектуры модульной антенной решетки. (c) 3D-изображение, показывающее плитки, размещенные на гибком слое плитки, который позволяет приспосабливать их к изогнутым поверхностям для очень больших антенных решеток, используемых в реализациях «умной кожи», таких как поверхность самолета (d). (e) Предлагаемая тайловая архитектура предоставляет простой способ масштабирования реконфигурируемых интеллектуальных поверхностей (RIS) и MIMO для зон покрытия 5G/B5G с высокой или низкой плотностью, что значительно снижает стоимость и повышает модульность и масштабируемость по требованию.

Решением, предложенным в этой работе, является использование мозаики антенных решеток для построения фазированных решеток на частотах миллиметрового диапазона. Общая схема этой проектной архитектуры и приложений для этой технологии показана на рис. 1а, б. Этот тип технологии может использоваться во многих приложениях для гибких массивных MIMO, рис. 1c, Smart-Skin (d), а также для модульных и настраиваемых по требованию очень больших приложений с фазированными решетками (e). Различные упоминания о тайловых архитектурах с фазированной решеткой можно найти в такой литературе, как3,4,5,6,7. Кроме того, в статьях8,9 обсуждались антенные решетки со съемными антеннами. Однако в 3 и 4 элементы на основе плиток были полностью построены на жесткой печатной плате с отдельными плитками антенных элементов и не демонстрируют модульность конструкции5. Представляет собой плитку на уровне матрицы, которую сложно собрать из-за необходимости упаковки. Кроме того, он также представлен на жесткой подложке. В версии 7 представлена ​​гибкая реализация, однако плитки не демонстрируют никакой модульности, поскольку эта реализация представляет собой конструкцию с одной подложкой. В таких работах, как 8 и 9, для модульных антенных элементов требуется кабель SMA, который может стать слишком загроможденным для больших массивов. Кроме того, необходимость в дискретных компонентах увеличивает стоимость и сложность интеграции. Также были разработки в использовании компонентов метаматериала, таких как in10, для метаповерхностей как способа динамической реализации огромного количества антенн. Однако работа, представленная в этой статье, использует уникальные особенности активных микросхем, позволяющие по требованию изменять не только фазу, но и амплитуду каждого отдельного антенного элемента, что позволяет пользователям гораздо лучше контролировать формирование диаграммы направленности. шаблон (за счет использования более сложных схем модуляции11 и гибкой компенсации «на лету» для конформной реализации12), а также модульность для изменения «по требованию» размера физической апертуры массива для удовлетворения различных приложений.