Миллиметр

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 9646 (2023) Цитировать эту статью

693 Доступа

Подробности о метриках

Предложена уникальная антенная решетка с высоким коэффициентом усиления и диэлектрическим поляризатором, напечатанным на 3D-принтере. Компоновка питающей структуры антенной решетки исключается за счет объединения питающей сети между антенными элементами. Это имеет значительное преимущество в сохранении аккуратных и симметричных характеристик излучения с низкими уровнями кросс-поляризации. Предложенная структура объединяет два элемента в одной точке питания для уменьшения количества точек распределения распределения антенной решетки 4×4 с 16 до 8 точек. Предложенная структура антенной решетки чрезвычайно дешева и может использоваться как с линейной, так и с круговой поляризацией. Антенная решетка обеспечивает усиление 20 дБи/дБиК в обоих сценариях. Соответствующая полоса пропускания составляет 4,1%, а полоса пропускания осевого отношения (AR) 3 дБ составляет 6%. Антенная решетка использует один слой подложки без каких-либо переходных отверстий. Предложенная антенная решетка хорошо подходит для различных приложений на частоте 24 ГГц, сохраняя при этом высокие показатели производительности и низкую стоимость. Антенную решетку можно легко интегрировать с приемопередатчиками благодаря использованию технологии печатных микрополосковых линий.

В беспроводной связи пропускная способность канала пропорциональна доступной полосе пропускания согласно пределу Шеннона. Чем больше у нас пропускная способность, тем выше пропускная способность беспроводного канала. Таким образом, может быть достигнута более высокая скорость передачи данных. Путем переноса операции на более высокие частоты, например ожидаемые частоты миллиметровых волн. Абсолютная доступная полоса пропускания будет значительно больше, чем типичные радиочастоты. Таким образом, становятся достижимыми более высокие скорости беспроводной связи1,2,3. Хотя мы можем иметь более высокие скорости на частотах миллиметрового диапазона, реализация физического уровня становится более сложной задачей4,5,6,7. Основным недостатком работы на более высоких частотах являются более высокие потери на пути беспроводного распространения электромагнитных волн по сравнению с более низкими радиочастотами. Чтобы компенсировать потери на трассе, можно предложить увеличить коэффициент усиления усилителя мощности в радиостанциях. Основная проблема этого решения заключается не только в том, что оно будет потреблять больше энергии от источника питания и вызывать больший нагрев, но также сделает устройства громоздкими из-за размещения радиаторов и необходимого охлаждающего устройства. Для мобильных устройств это было бы непрактично, поскольку очень быстро разряжается аккумулятор устройства. Предлагаемое решение — использовать антенны с высокой направленностью, которые будут фокусировать энергию на объекте связи, это компенсирует эффект потерь на трассе и ослабит требования к конструкции усилителей мощности8,9,10,11,12,13,14,15 .

Работа на частотах мм-волн также полезна для радаров и датчиков. Чем выше частота работы радара, тем более высокого разрешения можно достичь. В нескольких работах предлагалось использовать диапазон миллиметровых волн 24 ГГц для радиолокационных приложений16,17,18,19,20. Использование радаров ближнего действия в здравоохранении (обнаружение жизненно важных функций)21, автомобильных радиолокационных датчиков и детекторов движения стало повсеместным20,22,23,24,25,26. Более того, развитие беспроводной связи привело к изобретению различных технологий Интернета вещей. Интернет вещей включает в себя множество приложений. Антенна является неотъемлемой частью любого устройства связи IoT. Производительность этих антенн является решающим фактором для производительности всей системы. Различные конструкции антенн были предложены в литературе по промышленной электронике27,28,29,30,31,32,33, Интернету вещей и датчикам34,35,36,37,38,39,40,41. В работе 42 реализована патч-антенна с ленточным резонатором для IoT-связи умных домов. Для такой связи диаграмма направленности антенны должна быть всенаправленной. В работе 43 была реализована уникальная антенна в оправе для очков для IoT-связи. Программируемая антенна со сканированием луча без фазовращателей была предложена для ретрансляционной связи IoT в ссылке 24. В работе 26 была реализована антенна в виде акульего плавника, антенна будет использоваться в будущих системах железнодорожной связи. В ссылке 23 была предложена многодиапазонная печатная антенна для умных часов, антенна увеличила количество полос частот и улучшила всенаправленность. В работе 22 микрополосковая патч-антенна использовалась в системе мониторинга состояния конструкций (SHM) для измерения деформации конструкции. В работе 44 излучатель паразитной решетки с электронным управлением использовался в плотной беспроводной сенсорной сети. В дополнение к этому, моделирование антенн имеет важное значение в процессе проектирования, в качестве примера, но не ограничиваясь этим, поскольку существующие эквивалентные модели антенн негибкие, поскольку они предполагают прямоугольный контур антенны, была предложена гибридно-эквивалентная модель тока на кромке поверхности. в ссылке 45, чтобы преодолеть ограничения существующих моделей, эти модели очень полезны для связи автомобиля со всем (V2X). Метаповерхности и методы дисперсионной инженерии также могут оказаться очень полезными для различных приложений. Метаповерхности можно использовать для эффективного управления характеристиками распространяющихся волн46,47.