ПАТЧ НЕГІЗІНДЕГІ MIMO АНТЕННАНЫҢ КОРРЕЛЯЦИЯЛЫҚ КОЭФФИЦЕНТІН ЗЕРРТЕУ

2 ПАТЧ НЕГІЗІНДЕГІ MIMO АНТЕННАНЫҢ КОРРЕЛЯЦИЯЛЫҚ КОЭФФИЦЕНТІН ЗЕРРТЕУ

2.1 Патч негізіндегі MIMO антеннаның корреляциялық коэффицентін HFSS бағдарламасы арқылы зерттеу

HFSS (High-Frequency Structure Simulator) бағдарламасындағы MIMO (Multiple-Input-Multiple-Output) патчтарын модельдеу үшін келесі қадамдарды қолдануға болады [2]:

1. 
   HFSS-те жаңа жоба және өлшем бірліктері, жиілік диапазоны және басқа параметрлер сияқты қажетті параметрлерді көрсету;
   
2. 
   Патч геометриясын жасау. Ол үшін HFSS-те сурет салу және геометрияны өзгерту құралдарын қолдануға болады. Патчтарды жазықтыққа қойып, олардың өлшемдері мен пішінін көрсету;
   
3. 
   Патч материалдарының қасиеттерін реттеу. Диэлектрлік өткізгіштік және жоғалту сияқты сипаттамаларын ескере отырып, дұрыс патч материалын таңдау;
   
4. 
   Патчтар үшін қуат көздерін таңдау. Әр патчқа нүктелік қуат көзін беру немесе қуат трансформаторын пайдалану сияқты қоздыру әдісін көрсетуі;
   
5. 
   Шекара шарттарын орнату. Шашырау мен шағылыстың әсерін есепке алу үшін патчтар мен қоршаған ортаның шеттеріндегі шекаралық жағдайларды анықтау;
   
6. 
   Модельдеуді орындау. Патчтардың MIMO модельдеу нәтижелерін алу үшін HFSS-те модельдеуді іске қосу қажет. HFSS есептеулер жүргізеді және S-параметрлері (шағылысу және беру коэффициенттерін бөлу), импеданс сәйкестіктері, фокустық диаграммалар және т.б. сияқты сипаттамаларды береді;
   
7. 
   Нәтижелерді талдау. Сәулелену деңгейі, күшейту, сигналды бөлу және басқа параметрлер сияқты патчтардың MIMO өнімділігін бағалау үшін нәтижелерді талдау керек. Қажет болса, геометрияға, параметрлерге немесе патч конфигурациясына өзгерістер енгізуге және өнімділікті оңтайландыру үшін модельдеуді қайталауға болады.
   

Мұндағы f – жиілік диапозоны, L – патчтың портқа дейінгі бөлігінің ұзындық өлшемі, λ - қашықтық және C - жарық жылдамдығы.

Жоғарыда патч қашықтығын және оның портқа дейін ұзындығын өлшеп алғаннан соң, жиілігін есептеуге болады. Ол келесідей есептелді (26):

HFSS бағдарламалық ортасындағы патч антеннасын модельдеу кезінде келесідей материалдар қолданылды [2]:

1. 
   Arlon AD300A (tm) - Arlon electronic Materials компаниясының сауда белгісі және өнімі. Arlon AD300A - бұл ПХД және басқа электронды компоненттер өндірісінде қолданылатын ыстыққа төзімді ламинат түрі. Arlon AD300A ламинаттары жақсы ыстыққа төзімділікке, электрлік қасиеттерге және механикалық беріктікке ие, бұл оларды жоғары жиілікті және микротолқынды қосымшаларда қолдануға жарамды етеді;
   
2. 
   Мыс (мыс) - атомдық нөмірі 29 және “Cu” белгісі бар химиялық элемент (латын тілінен cuprum). Ол өтпелі металдар санатына жатады және өнеркәсіп пен тұрмыста ең көп қолданылатын металдардың бірі болып табылады;
   
3. 
   Rogers RO3003 - бұл Rogers Corporation компаниясы жасаған ламинаттың сауда белгісі. RO3003 электроникада, әсіресе радиожиілік (RF) және микротолқынды қосымшалар саласында қолданылатын жоғары жиілікті ламинаттар тобына жатады;
   

4. 
   «Вакуум» - бұл белгілі бір аймақта зат немесе газ жетіспейтін және атмосфералық қысым әдеттегіден едәуір төмен болатын жағдай. Вакуумда әдетте газ тәрізді ортада болатын атомдар, молекулалар және басқа бөлшектер жоқ;
   
5. 
   «Dielectric» (диэлектрик) - бұл жақсы оқшаулау қабілеті бар және электр жүйелеріндегі өткізгіш элементтерді бөлуге немесе оқшаулауға қызмет ететін материал. Диэлектриктер әдетте жоғары өткізгіштігімен (dielectric constant) және электр өткізгіштігінің төмен деңгейімен сипатталады.
   

2-кесте. HFSS бағдарламалық ортасындағы патч антеннасында қолданылатын материалдардың қасиеттері

Бұл жағдайда HFSS көмегімен бір сызықты патч негізіндегі антеннасы жасалады.

5-сурет. Патч негізіндегі бірілдік антеннаның HFSS ортасында симуляциясы

Суретте көрсетіліп тұрғандай 4 түрлі элементтерді көруге болады [2]:

1. 
   Патч антенна;
   
2. 
   X, Y, Z бағыттары;
   
3. 
   Plane жазықтығы – HFSS ортасында жерді анықтау, шексіз өткізгішті жуықтау немесе белгілі бір шекаралық шарттарды белгілеу үшін пайдаланыланылады;
   
4. 
   Диэлектрикалық орта - электромагниттік құрылымдардың айналасындағы бос кеңістікті немесе қоршаған ортаны модельдеу үшін қолданылатын диэлектрлік ортаны білдіреді.
   

6-сурет. Патч негізіндегі MIMO антеннасының HFSS ортасында симуляциясы

Патч негізіндегі MIMO антеннасының HFSS ортасында симуляциясы 5-суретке ұқсас, бірақ мұнда патчтар саны төртке тең. Енді бұл симуляцияға нәтижелік талдауларды жүргізуге болады. Патч негізіндегі MIMO антеннасының HFSS ортасында S параметрлерінің симуляциясы 7-суретте көрсетілген.

7-сурет. Патч негізіндегі MIMO антеннасының HFSS ортасында S параметрлерінің симуляциясы

3-кесте. S-параметрлері арқылы корреляциялық коэффиценттердің мәндері

8-сурет. Патч негізіндегі MIMO антеннасының HFSS-тегі сигнал бағытының диаграммасы

9-сурет. Патч негізіндегі MIMO антеннасының HFSS ортасында көлденең бағытталу диаграммасы

Оны нақты зерттеу үшін патч негізіндегі MIMO антеннасының HFSS ортасында жобалануының екі жағынан (егер тік зерттейтін болсақ) кескінін көру керек болады.

10-сурет. Патч негізіндегі MIMO антеннасының HFSS ортасында тік бағытталу диаграммасы

Патч негізіндегі MIMO антеннасының HFSS ортасында үлкен қашықтықтағы бағыт диаграммасы 11-суретте көрсетілген. HFSS-тегі 3D Far field Pattern-антеннадан үлкен қашықтықта үш өлшемді кеңістікте антенна шығаратын сигнал энергиясының таралуының графикалық көрінісі. Графикте көрсетілген мәндер әр бағыттағы энергия деңгейіне байланысты.

11-сурет. Патч негізіндегі MIMO антеннасының HFSS ортасында үлкен қашықтықтағы бағыт диаграммасы

Әдетте 3D Far field Pattern-дегі мәндер энергия деңгейін көрсететін түс шкаласы немесе биіктік түрінде болады [2]. Нақты мәндер таңдалған масштабқа және бейнелеу параметрлеріне байланысты өзгеруі мүмкін, бірақ олар әдетте белгілі бір бағытта шығарылатын энергия немесе қуат деңгейін көрсетеді.