Joint Antenna Module Orientation and BeamCodebook Design for Dual Band 6G Tablet UE at 140 GHz and 300 GHz.
यह शोध पत्र 140 GHz और 300 GHz पर एक ड्यूल-बैंड 6G टैबलेट यूई (UE) के लिए एंटीना मॉड्यूल ओरिएंटेशन और बीम कोडबुक के एक अनुकूलित संयुक्त डिज़ाइन का प्रस्ताव करता है, जो तीन मॉड्यूल के विशिष्ट लेआउट के माध्यम से, जिसमें 60° झुके हुए पिछले ओरिएंटेशन हैं, 10वें पर्सेंटाइल EIRP कवरेज में महत्वपूर्ण सुधार प्राप्त करता है।
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एक ऐसे भविष्य की कल्पना करें जहाँ आपका टैबलेट न केवल उन तरंगों के माध्यम से इंटरनेट से जुड़ता है जिनका हम आज उपयोग करते हैं, बल्कि संकेतों की एक नई, अदृश्य परत के माध्यम से भी जुड़ता है जो बहुत उच्च आवृत्ति (फ्रीक्वेंसी) में होती है। ये संकेत, जो 140 बिलियन और 300 बिलियन चक्र प्रति सेकंड की सीमा में स्थित हैं, ऐसी गति और क्षमता का वादा करते हैं जो हमारे संचार के तरीके को फिर से परिभाषित कर सकती है। हालाँकि, ये उच्च-आवृत्ति वाली तरंगें नाजुक होती हैं; उन्हें मोड़ों के चारों ओर मुड़ने या बाधाओं से गुजरने में कठिनाई होती है, जिसका अर्थ है कि डिवाइस को ठीक से काम करने के लिए नेटवर्क के साथ एक स्पष्ट, सीधा दृश्य (लाइन ऑफ साइट) होना चाहिए। इस समस्या को हल करने के लिए, इंजीनियर उपकरणों को एंटीना के छोटे समूहों से लैस करते हैं जो अपनी ऊर्जा को संकीर्ण बीम में केंद्रित कर सकते हैं, जिससे वे सर्वोत्तम पथ खोजने के लिए स्पॉटलाइट की तरह दिशा बदल सकें। चुनौती यह है कि एक टैबलेट एक सपाट, पतली वस्तु है, और डिवाइस के चारों ओर हर संभव दिशा को कवर करने के लिए पर्याप्त संख्या में इन "स्पॉटलाइट्स" को फिट करना, बिना एक-दूसरे को बाधित किए, ज्यामिति और भौतिकी की एक कठिन पहेली है।
Verizon Wireless के शोधकर्ताओं ने इस पहेली को सुलझाने के लिए इन भविष्य के नेटवर्कों के लिए एक टैबलेट कंप्यूटर के लिए एक विशिष्ट व्यवस्था (अरेजमेंट) डिजाइन की। उन्होंने एक मानक टैबलेट के आकार से शुरुआत की, जो लगभग एक बड़े कागज के पन्ने के आकार का था, और इसकी सतह पर तीन छोटे एंटीना यूनिट लगाने की योजना बनाई। दो यूनिट पीछे की तरफ होंगी, और एक यूनिट सामने, कैमरे के पास होगी। लक्ष्य यह पता लगाना था कि इन तीन यूनिटों को किस कोण पर झुकाया जाए ताकि, उपयोगकर्ता टैबलेट को किसी भी तरह से पकड़े हुए हो, कम से कम एक एंटीना हमेशा नेटवर्क की ओर एक मजबूत संकेत भेज सके। उन्होंने दो अलग-अलग उच्च-आवृत्ति बैंड का परीक्षण किया, एक 140 बिलियन चक्र पर और दूसरा 300 बिलियन चक्र पर, यह सुनिश्चित करते हुए कि डिज़ाइन दोनों आवृत्तियों के लिए काम करे।
टीम ने पाया कि एंटीना को केवल टैबलेट के पीछे सपाट चिपका देना पर्याप्त नहीं था। जब दो एंटीना बिल्कुल एक ही दिशा में होते हैं, तो वे अनिवार्य रूप से एक ही काम करते हैं, जिससे कवरेज में बड़े अंतराल रह जाते हैं जहाँ सिग्नल कमजोर होता है। इसे ठीक करने के लिए, शोधकर्ताओं ने हजारों विभिन्न कोणों और स्थितियों का अनुकरण (सिमुलेशन) किया। उन्होंने पाया कि दोनों पिछले एंटीना को टैबलेट की सपाट सतह से दूर, विपरीत दिशाओं में झुकाने से बहुत अधिक मजबूत और पूर्ण कवरेज प्राप्त होता है। विशेष रूप से, सबसे अच्छा अरेंजमेंट वह था जिसमें दोनों पिछले एंटीना को 60 डिग्री ऊपर की ओर झुकाया गया, जिसमें एक बाईं ओर और दूसरा दाईं ओर इशारा कर रहा था। इस अलगाव ने दोनों पिछले यूनिटों को आकाश के विभिन्न हिस्सों को कवर करने की अनुमति दी, जिससे वे खाली स्थान भर गए जो एक सपाट लेआउट पीछे छोड़ देता।
एक बार भौतिक कोण निर्धारित हो जाने के बाद, टीम को "कोडबुक" डिजाइन करनी थी, जो अनिवार्य रूप से वह निर्देश पुस्तिका है जिसका उपयोग डिवाइस अपने बीम को निर्देशित करने के लिए करता है। उन्होंने दोनों आवृत्तियों के लिए अलग-अलग निर्देशों के सेट बनाए, क्योंकि तरंगें प्रत्येक गति पर थोड़ा अलग व्यवहार करती हैं। प्रत्येक आवृत्ति के लिए 3-30 सावधानीपूर्वक चुने गए बीम दिशाओं का उपयोग करके, वे कमजोर क्षेत्रों में सिग्नल की ताकत को अधिकतम करने में सक्षम थे। परिणामों ने एक महत्वपूर्ण सुधार दिखाया: निचली आवृत्ति पर, सबसे खराब दिशाओं में सिग्नल की ताकत लगभग 23.6 यूनिट पावर तक सुधर गई, और उच्च आवृत्ति पर, यह लगभग 13.8 यूनिट तक पहुँच गई। ये संख्याएँ उन डिजाइनों की तुलना में एक बड़ा लाभ दर्शाती हैं जहाँ एंटीना झुके हुए नहीं थे, जो यह सिद्ध करता है कि भागों को कोण देने की अतिरिक्त यांत्रिक जटिलता प्रयास के योग्य थी।
शोधकर्ताओं ने यह भी जांचा कि क्या यह झुका हुआ डिज़ाइन कोई अवांछित दुष्प्रभाव पैदा करता है। उन्होंने "ग्रेटिंग लोब्स" (grating lobes) की जांच की, जो कि आकस्मिक माध्यमिक बीम की तरह हैं जो ऊर्जा को गलत दिशा में बिखेर सकते हैं, और पाया कि एंटीना के भीतर घटकों की दूरी ने इसे होने से रोका, यहाँ तक कि उच्चतम आवृत्तियों पर भी। उन्होंने यह भी जांचा कि कितनी ऊर्जा टैबलेट के भीतर वापस लीक हो सकती है, जो अन्य इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ हस्तक्षेप कर सकती है। उन्होंने पाया कि एंटीना के पीछे केवल ऊर्जा का एक बहुत छोटा हिस्सा, उच्च आवृत्ति पर लगभग 1 प्रतिशत, नष्ट हुआ, जो एंटीना के झुके होने पर भी स्थिर रहा। इसने पुष्टि की कि झुका हुआ डिज़ाइन सुरक्षित और कुशल था।
अंततः, यह कार्य प्रदर्शित करता है कि भविष्य के उच्च-गति वाले उपकरणों के लिए, हार्डवेयर का भौतिक प्लेसमेंट उतना ही महत्वपूर्ण है जितना कि उसे नियंत्रित करने वाला सॉफ्टवेयर। केवल टैबलेट के पिछले एंटीना को विपरीत दिशाओं में झुकाकर, इंजीनियर यह सुनिश्चित कर सकते हैं कि डिवाइस लगभग किसी भी कोण से एक मजबूत कनेक्शन बनाए रखे। यह दृष्टिकोण एक पतला, आकर्षक डिज़ाइन और अगली पीढ़ी के नेटवर्कों की कठोर मांगों के बीच संतुलन बनाता है, जो यह दिखाता है कि हमें जोड़े रखने के लिए थोड़ी सी यांत्रिक चतुराई भी बहुत काम आ सकती है।
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