Design, fabrication, and measurement of efficient beam-shaping reflectors for 5G mm-wave applications

Bu çalışmada, beşinci nesil milimetre dalga (5G mm-dalga) uygulamalarında kullanılmak üzere şekillendirilen pasif metal yansıtıcıların tasarımları için bir optimizasyon prosedürü ile tasarlanan yansıtıcıların üretim ve ölçümleri sunulmuştur. Bu yansıtıcılar, iç ve dış ortamda gelen ışınların (hüzmelerin) istenilen yönlere kontrol edilebilir güç dağılımlarıyla yönlendirilmesini, ve böylece kapsama alanının değiştirilmesini sağlayan pasif tekrarlayıcılar olarak kullanılabilmektedir. Tasarım prosedürü sezgisel bir optimizasyon yöntemini (genetik algoritma (GA)) ve tam dalga elektromanyetik analizleri içermektedir. Karmaşık yapıların verimli ve etkin optimizasyonları için çok katmanlı yaklaşım kullanılmıştır. Bu yaklaşımda, optimizasyon boyunca yüzeyler üzerindeki kontrol noktalarının kademeli olarak artırılmasıyla, kaba şekillendirmeden ince ayarlamalara varan dinamik işlemler sonucunda en iyi tasarımlara ulaşılabilmektedir. Tam dalga elektromanyetik çözücü olarak çok seviyeli hızlı çokkutup yöntemi (MLFMA) kullanılmıştır. Bu çözücü sayesinde sonuçların doğruluğundan ödün vermeden çözümler büyük oranda hızlandırılmıştır. Optimize edilmiş geometriler, düşük maliyet ve uyarlanabilir üretim imkanı sağlayan üç boyutlu (3B) yazıcılarla gerçeklenmiştir. Üretilen geometriler, düşük maliyetli iletken boya ile kaplanarak yansıtıcılara dönüştürülmüşlerdir. Ölçümler Naval Radio Lab arch (NRL arch) ve boş uzay düzeneklerinde gerçekleştirilmiştir. Ölçümler ve benzetimler büyük oranda benzerlik göstermekte, elde edilen sonuçlar hem tasarım prosedürünün başarısını hem de tasarlanan yansıtıcıların verimli 5G bileşenleri olarak kullanılabileceklerini göstermektedir. Tasarlanan yansıtıcılar 5G mm-dalga uygulamalarında düşük maliyetli ve enerji verimi yüksek sinyal tekrarlayıcılarına duyulan ihtiyacı karşılayabilecek niteliktedir. Uyarlanabilir tasarım ve üretimleri sayesinde, bu çalışmada önerilen yansıtıcılar boş uzayda sinyal dağılımının kontrolünü gerektiren birçok uygulamada kullanılmak üzere gerçeklenebilir. Son olarak, bu çalışmada sunulan yansıtıcı yapılar, yüksek bant genişliğine sahip olup farklı frekanslarda kullanılmak üzere ölçeklenebilmektedir.