Блог

Apr 27, 2023

Анализ и проектирование ультра

Научные отчеты, том 12,

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 14214 (2022) Цитировать эту статью

Доступы 1966 г.

4 цитаты

Подробности о метриках

В этой статье представлен новый метод, облегчающий проектирование структур печатных волноводов с гребневым зазором (PRGW). Одна из основных сложностей при проектировании таких конструкций связана с процессом их моделирования, который весьма трудоемкий и энергозатратный. Таким образом, считается, что подходящее граничное условие создает первичную структуру, не затрагивая слой гвоздей или грибовидные элементарные клетки. Используя эту технологию, широкополосный гибридный двухблочный ответвитель PRGW 3 дБ предназначен для работы на частотах миллиметрового диапазона с центральной частотой 30 ГГц, который может быть использован для мобильной связи следующего поколения. Разработанный ответвитель обеспечивает широкую полосу согласования и изоляции с низким разбалансом выходной амплитуды, что является уникальным по сравнению с токовыми ответвителями. Прототип предлагаемого соединителя изготовлен и измерен, где результаты моделирования и измерений показывают хорошее согласие, что указывает на эффективность предлагаемого метода и при проектировании конструкции PRGW. Результаты измерений показывают, что ответвители обеспечивают обратные потери и изоляцию лучше, чем 10 дБ, в диапазоне частот от 25 до 40 ГГц (полоса пропускания 46%) с несимметрией разделения мощности и фазовой погрешностью в пределах ± 1 дБ и ± 5° соответственно. Кроме того, здесь выбраны квадратные грибы, чтобы обеспечить поверхность с высоким импедансом. Они не только обеспечивают большую ширину полосы пропускания, но и их конфигурация облегчает их расположение вокруг ответвителя. Предлагаемая конструкция обладает превосходными характеристиками, такими как низкий профиль, низкие потери и простая интеграция с микроволновыми схемами и системами, которые могут быть пригодны для проектирования сетей формирования луча миллиметрового диапазона.

Будущие технологии беспроводной связи шестого (6G) и пятого поколений (5G) произвели фундаментальную революцию в телекоммуникационной отрасли1. Следующее поколение мобильной связи требует использования высокочастотного спектра из-за ограниченной пропускной способности нынешних, работающих в каналах СВЧ2. Полоса частот миллиметровых волн (мм-волн) от 30 до 300 ГГц является хорошим кандидатом для предлагаемой цели. Спектр миллиметровых волн с огромной доступной полосой пропускания является многообещающей технологией следующего поколения, позволяющей повысить скорость передачи данных порядка нескольких гигабит/с и решить проблему нехватки полосы пропускания в насыщенном традиционном микроволновом спектре3,4. Эволюция беспроводной передачи данных от современных микроволновых и более низких частотных диапазонов к диапазонам миллиметровых волн создала проблемы и возможности для разработчиков мобильных услуг5,6,7.

В связи с этим проведена большая работа по проектированию ответвителей, антенн, фильтров и резонаторов8,9,10,11,12,13,14. Технологии, используемые для проектирования компонентов в диапазонах частот мм-волн, в основном представляли собой микрополосковые линии, волноводы и волноводы, интегрированные в подложку (SIW)15,16,17. Однако существует большая проблема, связанная с этими технологиями: потери из-за потерь в диэлектрике и проводнике или утечки из сквозных стенок18,19,20,21. С этой целью в последнее время рассматривается новая технология под названием Ridge Gap Waveguide (RGW) или, в частности, структуры Printed-RGW (PRGW) для решения этой проблемы22,23,24,25,26,27,28, которая позволяет электромагнитной волне распространяются в воздушном зазоре между проводником и гребнем и, как следствие, устраняют диэлектрические потери. Кроме того, утечка энергии снижается за счет гвоздей в RGW или электромагнитных запрещенных зон (EBG) в PRGW29.

С другой стороны, реализация системы связи 5G на частоте миллиметровых волн с короткими длинами волн ограничена высокими потерями на трассе и атмосферным поглощением, что подразумевает уменьшение дальности связи. Хотя это ограничение можно компенсировать с помощью антенн с высоким коэффициентом усиления, они имеют узкую направленную ширину луча, требующую методов переключения луча для компенсации рассогласования главного луча. Сети переключения лучей необходимы для решения проблем и ожиданий от будущих технологий. Их можно резюмировать как высокую энергоэффективность, многопользовательские системы и большую пропускную способность каналов с широким охватом сканирования.