Antena vestible compacta y reconfigurable en frecuencia optimizada con aprendizaje automático para integración 5G...

Área de la Ciencia:

• Electromagnetismo y Propagación de Ondas; Sistemas de Comunicación Inalámbrica; Aplicaciones de Aprendizaje Automático en Ingeniería

Sus antecedentes:

• Los futuros sistemas inalámbricos 5G enfrentan desafíos de integración entre las bandas sub-6 GHz y de ondas milimétricas (mmWave) debido a las grandes diferencias de frecuencia. Las soluciones de antena existentes a menudo luchan por proporcionar una operación eficiente y reconfigurable en estos rangos de frecuencia dispares para aplicaciones vestibles.

Objetivo del estudio:

• Proponer y validar una antena vestible, compacta y reconfigurable en frecuencia, optimizada con aprendizaje automático para una integración perfecta de 5G sub-6 GHz/mmWave. Demostrar la operación de doble banda (3,5 GHz y 28 GHz) con métricas de alto rendimiento y cumplimiento de las normativas de seguridad.

Principales métodos:

• Fabricación de una antena reconfigurable en un sustrato flexible, que resuena inicialmente a 28 GHz, con una ranura en forma de H para capacidad de doble banda. Integración de un diodo PIN para la reconfiguración de frecuencia entre los estados ENCENDIDO (3,5 GHz y 28 GHz) y APAGADO (28 GHz). Se utilizó un marco de regresión de aprendizaje automático supervisado, específicamente un algoritmo de árbol de decisión, para predecir el rendimiento de la antena (S11).

Principales resultados:

• Logró operación de doble banda a 3,5 GHz y 28 GHz con anchos de banda significativos (25,4%, 73,2%), ganancias (3,63 dBi, 5,25 dBi) y altas eficiencias de radiación (90,5%, 88%) en el estado ENCENDIDO. En el estado APAGADO, la antena mantuvo un ancho de banda del 72,9% y una ganancia de 6,2 dBi a 28 GHz con una eficiencia del 89%. El modelo de árbol de decisión demostró una precisión de vanguardia (R²: 97,80%) en la predicción de S11, con métricas de error mínimas.

Conclusiones:

• La antena reconfigurable en frecuencia propuesta integra eficazmente las bandas sub-6 GHz y mmWave para aplicaciones 5G, ofreciendo un rendimiento estable sobre el cuerpo. La optimización con aprendizaje automático mejora significativamente la precisión de la predicción de los parámetros de la antena, agilizando el proceso de diseño. La antena cumple con los estándares de seguridad FCC e ICNIRP para la tasa de absorción específica (SAR), lo que la hace adecuada para futuros dispositivos vestibles 5G.