Table of Contents

مقدمة: هيكلات البانداغنطيسية الكهربائية في تصميمات الأنتينا الحديثة

وتمثل هياكل الضمادات الكهرومغناطيسية نهجاً تحولياً في التحكم في انتشار موجات التهوية في نظم الهوائيات، ومن خلال الأنماط الديموغرافية أو الفلزية الدورية، تخلق هذه الهياكل مناطق ذات ترددات - موجات الكهرومغناطيسية - حيث لا يمكن أن تبثها الأمواج الكهربية - وتستغل هذه الممتلكات لقمع الأنماط الردارية الطفيلية التي تضعف أداء الأنزيمات، مثل الموجات السطحية، والسلاسل اللاسلكية غير المتجانسة.

وتوفر هذه المادة استكشافاً موثوقاً ومتعمقاً لهياكل مجموعة EBG، من الفيزياء الأساسية إلى التصميم العملي، مع التركيز على قمع أساليب الهوائي غير المرغوب فيها، وندرس المبادئ الأساسية وتصنيف تصميمات مجموعة الـ (EBG) ومقاييس الأداء الكمي وتطبيقات العالم الحقيقي، وتتوسع المناقشة في المضمون الأصلي، وتوفر للمهندسين والباحثين أفكاراً عملية لإدماج حلول الجيل الإلكتروني في نظم الجيل القادم.

أساسيات هيكلات الضمادات الكهرومغناطيسية

وسائط الإعلام الدورية والباندغاب فينومون

إن الهياكل المغناطيسية للفرق المغناطيسية هي فئة من المواد الاصطناعية المعروفة ببلورات الكهرومغناطيسية أو الميثامتريات، وهي تتألف من ترتيب دوري للعناصر الديليكترية أو الفلزية التي يكون طولها ثابتاً على ترتيب الموجة التشغيلية، وهذا الدور يستحدث مجموعة من الترددات المحظورة التي يُحدث فيها التداخل شبه المدمر في القناة الإلكترونية.

الترددات المتوازية للفرقة تعتمد على قياس التوابل، و الرخصة و التناقضات في المواد المكوّنة، و التواريخ، و في التطبيقات الهوائية، الهدف هو وضع حد يتزامن مع تواتر نمط غير مرغوب فيه (مثل الموجة السطحية)

العلاقة مع موديز الأنتينا

وتظهر أساليب الهوائي غير المرغوب فيها على أنها موجات سطحية تسافر على طول واجهة الديليكتري - جو، وتيارات ذات حركة مشتركة على خطوط التغذية، أو ترددات أعلى في رقعة الهوائيات، وفي الأنابيب المصغرة، تُحدث موجات سطحية أكثر إشكالية: فهي تشع من الحواف الخفية، وتتسبب في إشعاعات في التخلف، وتخفض من نسبة الكسب والخسائر الأمامية إلى الخلف.

أنواع البنادق المغناطيسية

Mushroom-like EBG (High-Impedance Surface)

أما الشكل الأكثر شمولاً للمجموعة الأوروبية (EBG) فهو النموذج المغنطيسي، الذي يسمى أيضاً سطح سيفيبير ذو إعاقة عالية، ويتألف من مجموعة دورية من الشظايا المعدنية المرتبطة بالطائرة الأرضية المستمرة بواسطة القوارير العمودية، ويتصرف الهيكل كمراجع للأشعة السينية: فاللوحات توفر الخصبة، والفجوة بين رقائق الإنتاج تنتج القدرة على التصفير.

الهياكل الأساسية الموحدة

وتقضي هذه المواد على المقار باستخدام طبقة معدنية واحدة فقط مع فتحات أو فتحات دورية متجهة إلى الطائرة الأرضية أو طبقة منفصلة، وتشمل الأمثلة على ذلك الطائرة الأرضية المتآكلة، والزجاجة الكهربية المشبع بالفلور، والتصميم القائم على التقلبات، وهي هياكل أكثر بساطة في نسيج الترددات (لا عن طريق النطاقات) وتتناسب مع التكاليف المشابهة.

Planar EBG with Defects

ومن خلال إدخال عيوب عمداً في البطاقة الدورية مثل رقعة مفقودة أو محركات خلايا معدلة تابعة للوحدة، تخلق تجويفات أو موجات موحّدة محلية داخل الحزمة، وتسمح أجهزة الإي بي جي المُتعطلة بالترددات، ويمكن استخدامها في شراك محددة بينما تحجب بعضها البعض، وفي صفائف الأنتينا، يمكن استخدام عيب في توليد الطاقة من طبقة مُشعة.

آليات قمع الحركة غير المرغوب فيها

قمع الموجة السطحية

"الموجات السطحية" "تتتّبع الوصلة الخفية" "و تُوجّه بطبقة الدي إل تي" في "الطاقة المتناهية الصغر"

خفض الأزواج في الأرايس

In closely spaced antenna arrays (e.g., in MIMO or progressive arrays), mutual coupling between elements can cause scan blindness, impedance mismatch, and degraded diversity gain. EBG structures placed between antenna elements create a high-impedance barrier that stops the surface wave that would otherwise couple adjacent elements. For instance, inserting a row of mushroom cells between patches25

العرض المشترك - النموذج الحالي

وبالنسبة للمتفجرات التي تغذيها خطوط متمايزة (مثلاً، في الأنينات المتوازنة أو المتطايرة)، فإن التيارات الشائعة على خط التغذية تسبب خللاً غير مرغوب فيه في الإشعاع والنمط، ويمكن إدماج هيكل الرفض EBG في الطائرة الأرضية أو على طول خط الانتقال إلى عرض عائق كبير على إشارات موحدة في شكل نمط معين دون تغيير، وهذا يمثل نسبة كبيرة من حيث استخدام أجهزة الترددات المنخفضة.

معايير التصميم والتعظيم

حجم الدوريات والوحدة

[FLT] latti constant (a) of the EBG must be small relative to the free-space wavelength of the bandgap center-tyically a ⁇

اختيار المواد الديوية

Inpermittivity substrates (er] ⁇ 10) the unit size but also narrow the bandgap and increase dielectric losses at millimeter-wave frequencies. Low-permittivity substrates ()

النظر في مسألة الألغام الأرضية

ويؤثر مقياس اليقظة والتنسيب على المقطع وبالتالي على الترددات الضيقية، ويزداد سمكها عن طريق الحد من المختطفين، ويحول الشعار إلى أعلى؛ ويقلل من خط العرض، ويخفض الشعار، ويتصل بالطائرة الأرضية بشكل موثوق لتجنب التكرارات الطفيلية، ويصبح استخدام مركبات ثنائي الفينيل متعدد المستويات، وقنوات العمق غير مقبول، ولكن ينبغي أن تقلل من طول الشاشة إلى أدنى حد.

التطبيقات الرئيسية في نظم أنتينا

Microstrip Patch Antennas

وتطبق هياكل EBG في معظم الأحيان للحد من الخسائر في الموجات السطحية في هوائيات رقعة الميكروسيب، وبوضع حلقة من خلايا الفطر حول الرقعة (أو بزراعة الرقعة في طائرة أرضية من طراز EBG)، يتم قمع الموجة السطحية مما يؤدي إلى زيادة الكسب (حتى 1.5 إلى 3 من الدي بي)، وانخفاض الإشعاع، وتحسين مستوى التكاثر في المقاييس ([1]).

Raray and MIMO Antennas

In beamforming arrays, mutual coupling degrades beam shape and causes scan blindness. EBG isolators inserted between elements maintain high isolation (< 20 dB) while preserving the array factor. For MIMO systems, low correlation between channels is essential for capacity. EBG structures have been shown to reduce envelope correlation coefficient (ECC) below 0.1 in closely spaced two-port antennas, as reported in ]IEE Antennas and Propagation Letters) and they are also used to suppress mutual coupling in dual-polarized and circularly polarized arrays.

الهوائيات التي تستخدم في الأجهزة القابلة للزراعة والفولطية

وتشكل عوامل الشكل الصغيرة والحصانة من آثار قرب المستعملين تحديات بالنسبة إلى الهوائيات القابلة للارتداء، وتوفر هياكل الغاز المشبع بالفلور طائرة أرضية عالية التبسيط تقلل من الإشعاعات الرجعية إلى الجسم البشري (خفض الرؤوس)، وتخفض إلى أدنى حد من الخراب، وقد ثبتت تصميمات الغاز المشبع بالفلور على مضبوطات المنسوجات، وذلك من أجل الاتصال على متن وحدات الرصد المتكاملة، كما تساعد ممتلكات الضمادات على قمع الأشعة من خلال أجهزة الإرشاد.

ميليميتر-وايف و5G Antennas

وفي ترددات الموجات السطحية (24-60 GHz)، تكون الأمواج السطحية إشكالية للغاية بسبب شظايا فرعية أكثر سمة مقارنة بالطول الموجي، وتحقق الأنينات المدمجة في المجموعة العالية الكفاءة (80 في المائة) بأقل قدر من التشوهات النمطية، وكثيرا ما تتحقق الهياكل في إطارات منخفضة الحرارة من الارتفاع بالحجم الأرضي (LTCC) أو عمليات متطورة لمحطة PCB.

ألف - مزايا وحدود الهياكل الأساسية البيئية

المزايا

  • Significant suppression of surface waves and mutual coupling] – Gains of 1-4 dB, isolation improvements of 15 -30 dB.
  • Low profile and compatible with standard PCB/LTCC processes] – no need for bulky ferrite absorbers.
  • Frequency-selective behavior] - Bandgap can be tuned during design to target specific spurious bands.
  • Versatility] - يمكن أن يقترن بتقنيات أخرى (مثل DGS, AMC) فيما يتعلق بتعدد الوظائف.

القيود

  • Narrow bandwidth — The bandgap is typically 5 -20% of the center frequency; broadband applications may require multiple EBG layers or cascaded designs.
  • زيادة تعقيد التصميم ] - إن وقت المحاكاة كبير بسبب تفاصيل قياسية جيولوجية دقيقة والحاجة إلى تحليل التشت.
  • Potential for spurious resonances] — Higher-order EBG modes can appear if unit cell is not properly optimized.
  • Fabrication tolerances] — At mm-wave, small variations in gap width or via location shift the bandgap.

الاتجاهات المستقبلية والاتجاهات الناشئة

Reconfigurable and Tunable EBGs

(ج) دمج أجهزة الاستطلاع، أو أجهزة الاستديوك، أو أجهزة القياس المتعددة الأطراف في خلية وحدة EBG، يسمح بمراقبة دينامية تردد الضمادات، مثلاً بتحيز موزع عبر الفجوة بين الشقق، وتغيير القدرة، وتغيير التردد، مما يتيح قمعاً متكيفاً للطرق النادرة التي تختلف بتواتر التشغيل أو البيئة.

Multi-Layered and 3D EBGs

ويمكن أن يؤدي توسيع نطاق تصميمات الإي بي جي إلى البعد الثالث (عن طريق المصلعات المكدسة، أو المكثفات المتقطعة، أو البطاقات الكبيرة) إلى توسيع نطاقات المركبات والعزلة الأعلى.() والطباعة 3D للغازات التراكمية الغذائية هي مجال متزايد، مما يتيح إمكانية استخدام الجيولوجيا المعقدة في رسم الليثومات العتيقة، وهذه الهياكل واعدة في تعبئة كميات كبيرة من الطاقة وكميات الملليمتر.

التكامل مع الأوجه المتطاسية وتصميمات الأجهزة

وتدمج هذه الفئات مع مفاهيم سطحية لمراقبة مرحلة التفكير والاستقطاب والفرق في آن واحد، وتستخدم خوارزميات التعلم الماكين، بما في ذلك الشبكات العصبية والتفاؤل الوراثي، لتجميع خلايا الوحدات التي تحقق أهدافا متعددة (الاستعراضات المتولدة، والاختلال، والحجم) في ثوان، وتكتسح المنتجات اليدوية التي تُعدّل أداءها.

خاتمة

EFectromagnetic bandgap structures offer a robust and versatile method for suppressing unwanted antenna modes that degrade performance in modern wireless systems. By creating a frequency-selective barrier to surface waves, common-mode currents, and mutual coupling, EBG designs enhance antenna gain, isolation, and pattern purity.