Paylaşımlı küçük hücre radyo birimi kullanan 5G NR uygulamaları için çift bantlı kompakt yüksek kazançlı MIMO anten

Daha hızlı iç mekân kablosuzunun önemi

4K video akışlarından sanal gerçeklik başlıklarına ve her odadaki akıllı cihazlara kadar, günümüzdeki internet trafiğinin büyük kısmı aslında binaların içinden kaynaklanıyor. Bu cihazların hepsini bağlı tutmak için ağlar, ofisler, alışveriş merkezleri, stadyumlar ve şehir sokaklarında sık aralıklarla yerleştirilen birçok küçük, düşük güçlü baz istasyonu—küçük hücre—ekliyor. Bu makale, tek bir 5G küçük hücrenin birden çok operatöre hizmet etmesine ve insanların veri kullandığı yerlerde hız ile kapsama alanını artırırken her iki ana 5G frekans aralığında verimli çalışmasına yardımcı olan yeni, kompakt bir anten tasarımını sunuyor.

İki ana 5G yolu tek kompakt tasarımda

Modern 5G sistemleri hava dalgalarının birbirinden çok farklı iki dilimine dayanıyor. Biri 6 GHz’in altında yer alır ve duvarlardan güvenilir şekilde geçerek orta mesafelerde sinyalleri taşır; diğeri ise 26 GHz civarı ve üstündeki milimetre dalga aralığında bulunur; burada veri hızları çok yüksektir ancak sinyaller daha kolay engellenir. Farklı mobil operatörlerin paylaşabileceği bir radyo ünitesinin bu iki “yolu” aynı anda desteklemesi gerekir. Mevcut çift bantlı antenler bunu yapabiliyor, ancak genellikle kullanılabilir bant genişliği dar, üretimi zor büyük 3B yapılar içeriyor veya sınırlı kazanca sahip oluyorlar ve bu da kapsama alanını azaltıyor. Yazarlar bu zorluğu, genişçe ayrılmış frekans bantlarında güçlü performans gösterebilen, aynı zamanda kompakt bir tek anten modülü oluşturarak ele alıyorlar.

Yeni anten nasıl inşa edildi

Çalışmanın kalbinde dört elemanlı bir MIMO (çoklu girdi çoklu çıktı) anteni var; yani veri aktarım hızını ve güvenilirliği artırmak için birlikte çalışan dört küçük anten. Her eleman düz bir metal deseni ile özenle şekillendirilmiş bir dielektrik blokun birleşiminden oluşuyor. Baskılı devrede, U şekilli bir metal iz alt 5G bandında ana radyatör olarak görev yapıyor ve kollarının arasına yerleştirilmiş küçük bir papyon (bow‑tie) şeklindeki metal yamuk etkin boyutunu ve kazancını artırıyor. Bunun tam üzerinde yer alan “perturbeli silindir” dielektrik blok—elektrik iletmeyen radyo dalgalarını yönlendiren bir malzeme parçası—silindirden oyulmuş, kesilip değiştirilmiş bir şekle sahip; böylece milimetre dalga frekanslarında faydalı bir yüksek‑düzen modu destekliyor.

Tek yapı, iki rol

Tasarımın akıllıca bir yönü, aynı fiziksel parçaların düşük ve yüksek frekanslarda farklı davranması. 6 GHz altı bandında dielektrik blok esasen U‑şekilli metal antenin yanıtını hafifçe kaydıran ve genişleten pasif bir kapak gibi davranırken papyon yamuk kazancı artırıyor. Milimetre dalga frekanslarında ise roller tersine dönüyor: metal desen artık enerjiyi öncelikle dielektrik bloke besliyor ve blok ana radyatör hâline geliyor. Şekli ve malzemesi sayesinde blok, enerjiyi doğal olarak end‑fire doğrultusunda—yani küçük hücrenin yüzeyi boyunca dışarıya—gönderen hibrit bir modu destekliyor; bu, görüş hattı içi iç mekân bağlantıları ve yoğun kentsel sıcak noktalar için ideal. Malzemenin permittivitesinin dikkatli seçimi güçlü radyasyon ile yeterli geniş bant arasında denge sağlıyor.

Gerçekçi 5G bantlarında ölçülen performans

Ekip anteni standart devre kazıma ve dielektrik parçalar için su jeti kesimi kullanarak imal etti, ardından laboratuvarda ve gerçek bir iç mekân 5G test alanında performansını ölçtü. Alt bantta anten yaklaşık olarak 2.8 ila 4.9 GHz aralığını kapsıyor ve yaklaşık %53 gibi yüksek bir fraksiyonel bant genişliğine sahip; bu, yaygın olarak kullanılan n77 ve n78 5G bantlarını rahatça kapsıyor. Burada oda dolgu kapsama için uygun broadside (düzlem) radyasyonla yaklaşık 8.2 dB tepe kazancı sağlıyor. Milimetre dalga bandında ise 24 ila 29.3 GHz arasında çalışıyor; n257 ile n261 gibi popüler bantları kapsayarak yaklaşık %20 fraksiyonel bant genişliğine ve end‑fire doğrultusunda yaklaşık 13.1 dB tepe kazancına sahip. Dört elemanlı düzenleme elemanlar arası çok düşük kaplamayı ve MIMO performansı için önemli olan elverişli çeşitlilik metriklerini gösteriyor.

Günlük bağlantı için ne anlama geliyor

Basitçe ifade etmek gerekirse, yazarlar tek, kompakt bir anten modülü tasarladı; bu modül aynı anda 5G’nin hem “erişim” (reach) bandını hem de “hız” bandını verimli şekilde idare edebiliyor ve Open RAN gibi açık, paylaşılabilir radyo mimarileriyle uyumlu kalıyor. Geniş bant genişliği, güçlü kazancı ve küçük bir alanda birden çok anteni destekleme yeteneği, onu birden çok mobil operatörün paylaşabileceği iç mekânlarda veya yoğun kentsel ortamlarda kullanılacak küçük hücreler için uygun kılıyor. Ağlar yoğunlaştıkça, bu tür tasarımlar insanların gerçekten kullandığı yerlerde—evlerde, ofislerde, arenalarda ve şehir sokaklarında—daha hızlı, daha esnek kablosuz hizmetler için pratik bir yapı taşı sunuyor.

Atıf: Asadullah, Shoaib, N., Khan, M.U. et al. Dual-band composite high gain MIMO antenna for 5G NR applications employing shareable small cell radio unit. Sci Rep 16, 11008 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39955-w

Anahtar kelimeler: 5G küçük hücreler, MIMO anten, milimetre dalga, çift bantlı tasarım, Open RAN