מבנה אלקטרומגנטי בונגל בעיצוב מודרני

מבנים אלקטרומגנטיים Bandgap (EBG) מייצגים גישה טרנספורמטיבית לשליטה בהפצת גלים במערכות אנטנה.על ידי הנדסה דיאלקטריות או דפוסים מתכתיים תקופתיים, מבנים אלה יוצרים אזורי תדר - פסאגפסים - שבו גלים אלקטרומגנטיים לא יכולים להפיץ.נכס זה מנוצל כדי לדכא מצבי פרמצבטי כי דה אנטנה דרמטי, כגון גלי פני השטח, נפוצים, ושילוב הדדי בין אלמנטים הפיכה גבוהה יותר, כגון שידור אלחוטי, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 נטייה אלחוטית, 000, 000, 000, 000, 000 יעיל יותר, 000, 000, 000 חזק יותר, 000, 000 חזק יותר, 000, 000, 000, 000 נטייה אלחוטית, 000, 000 חזק, 000 חזק, 000, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000, 000, 000, 000 כדי להשיג יעילות אנטנות אלחוטית, 000 חזק יותר, 000 חזק, 000 חזק, 000, 000 חזק יותר של אנטנות אלחוטית, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 חזק, 000, 000 חזק יותר, 000 חזק, 000 חזק

מאמר זה מספק מחקר סמכותי, מעמיק של מבני EBG, מן הפיזיקה הבסיסית לתכנון מעשי, עם להתמקד דיכוי מצבי אנטנה לא רצויים.We לבחון את העקרונות הבסיסיים, סיווג של עיצובי EBG, מדדי ביצועים כמותיים, ויישומים בעולם האמיתי.הדיון מתרחב על תוכן מקורי, מציע מהנדסים וחוקרים תובנות מעשיות על שילוב פתרונות EBG לתוך מערכות אנטנה הבאה.

יסודות של מבנים אלקטרומגנטיים של להקות

מדיה תקופתית ו-Bangp Phenomenon

מבנים אלקטרומגנטיים הם סוג של חומרים מלאכותיים הידועים כ גבישים אלקטרומגנטיים או metamaterials. הם מורכבים סידור תקופתי של אלמנטים דיאלקטריים או מתכתיים אשר קבוע הליטייס שלהם הוא על סדר אורך הגל התפעולי. תקופתיות זו מציגה להקה אסורה - טווח של תדרים שבו ההתפשטות מדוכאת לחלוטין - אנלוגיה לשוד האלקטרוני במוליכים למחצה.

רוחב ותדירות מרכז של ה- bandgap תלויים בגיאומטריה ה- lattice, הניגודיות וההיתר של החומרים המרכיבים, ואת המחזוריות. עבור יישומים אנטנה, המטרה היא מהנדס פס עוצר שמקביל עם תדירות של מצב לא רצוי (למשל, גל פני השטח) בעודם שקוף לגל הקרינה הרצוי.

המונחים: Antenna Modes

מצבי אנטנה לא רצויים באים לידי ביטוי כגלי פני השטח המקיפים את ממשק האוויר dielectric, זרמי ה-Mode הנפוצים על קווי הזנה, או התחדשות מסדר גבוה יותר בתוך האנטנה.באנטנות מיקרו-סטריפ, גלי פני השטח הם בעייתיים במיוחד: הם קורנים מן הקצוות התת-קרקעיים ישירות, מה שגורם לקרינת גב-HTE, צמצום רווחים, ומרחיקים את יחס החזית-ל-המול-באט-באט-מחדש-באט-ב-מחדש-מחדש-מחדש-מעגל זה.

סוגים של מבנים אלקטרומגנטיים בונגל

‪BG‬ (High-Impedance Surface)

התצורה EBG הנרחבת ביותר היא הפטרייה מסוג, הנקראת גם משטח Sievenpiper גבוה-impedance.It מורכב ממערך מחזורי של כתמים מתכתיים המחוברים למטוס קרקע מתמשך על ידי דרך אנכית.המבנה מתנהג כמו שלב LC resonator: הכתמים מספקים אלקטרוניקה או גלי אנטנות בדרך כלל לייצר קיבול.

מבנה EBG

Uniplanar EBGs לחסל באמצעות רק שכבת מתכת אחת עם חריצים תקופתיים או apertures תקוע לתוך המטוס הקרקע או שכבה נפרדת.דוגמאות כוללות את מטוס הקרקע המחוספס, הפטרייה EBG, ואת הזנה הבין-ספרתית של capacitance מבוסס עיצוב. מבנים אלה הם פשוטים יותר כדי בד (לא באמצעות) והם מתאימים היטב עבור רב שכבתיים עם תאים מורכבים בדרך כלל הם דורשים תאים קומפקטיים יותר.

Planar EBG עם Defects

על ידי הצגת פגמים לתוך הליטקטיס תקופתי - כגון כתם חסר או תא יחידה שונה - מהנדסים ליצור חללים חוזרים מקומיים או מודטים גל בתוך ה- bandgap. Defect-mode EBGs מאפשר משטחים selective תדירות יכול לשמש כדי מלכודות מצבים ספציפיים תוך חסימת אחרים.

מכניזם של מצב בלתי רצוי

המונחים: Surface Wave Suppression

(הגלי השטח) עוקבים אחר ממשק תת-אוויר ומכוונים על ידי שכבת הדיאלקטרי (Digitalelectric Layer) באנטנה מיקרו-סטריפ קונבנציונלית, הם גורמים לאובדן כוח ועיוות דפוס.מבנה EBG המשולב לתוך תת-התחבולות מספק את תדירות ההפעלה של גל ה-DLC (DFLT) של 2: 1DFLT2 (FLT) הוא שיפור של זרם 1:4F) על ידי זרם 1:4FLT2:

ניכוי משותף בArrays

במערך אנטנה חללי הדוק (למשל, ב MIMO או במערךים מתואמים), הפיכה הדדית בין אלמנטים עלולה לגרום לעיוורון סריקה, חוסר התאמה, ורווחי מגוון מובחנים של EBG הממוקמים בין אלמנטים אנטנה ליצור מחסום ריכוז גבוה המעצור את גל פני השטח אשר אחרת יהיה זוג אלמנטים סמוכים.

Common-Mode Current filter

עבור אנאנטנות המוזן על ידי קווים שונים (למשל, במבנה dipole או אנטנות משבי מזל), זרמי מוטבע נפוצים על קו ההזנה גורמים קרינה לא רצויה וחוסר איזון דפוס.מבנה EBG יכול להשתלב לתוך המטוס הקרקע או לאורך קו השידור כדי להציג תנופה גבוהה לסימנים נפוצים של DGDG (מעל מצב שונה ללא שינוי).

עיצוב פרמטרים ואופטימיזציה

גודל תאים וגודל יחידת

(ב) [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]

דיאלקטרי: דיאלקטרי

(הרחבה של ⁇ ) ( ⁇ FLT:0irríFLT) 1 > 10) מכווץ את גודל התא יחידה אך גם צר את ה-Sgap ולהגדיל את ההפסדים הדיאלקטריים בתדרים של מילימטר-גלימה (נמוכים) נמוך (FLT:2 ⁇ ) וכתוצאה מכך 304FLT:4rLT:5 - 2–03=3) {\displaystyle 2=R)} עשוי להיות בעל השפעה נמוכה יותר מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ (R) או 2.

המונחים: Via and Ground Air Considerations

קוטר ומיקום משפיעים על אינדוקציה ולכן תדירות ה-Sgap. A עבה באמצעות צמצום אינדוקציה, שינוי ה-Sgap למעלה; מדלל באמצעות עלייה בהשכלה, הורדת ה-Sgap.הבאמצעות חייב להתחבר באופן אמין אל המטוס הקרקע כדי למנוע התחדשות פרציטית.ב- PCBs, עיוורים באמצעות מובנים מקובלים, אבל דרך אורך של טכניקות עיצוב חייב להיות מצמצם את ה- EBGmetric יעיל.

יישומים מרכזיים באנטנה מערכות

מיקרוסטריפ פטך אנטנות

מבנים EBG מוחלים לעתים קרובות על מנת להפחית את אובדן הגלים על פני השטח באנטנות של תאים מיקרו-סטריפיים. על ידי הצבת טבעת של תאי פטריות סביב הכתם (או הטמעת הכתם במטוס קרקע EBG), הגל על פני השטח הוא מדוכא, המוביל לרווח מוגבר (עד 1.5-3 dB), מופחת קרינה אחורית ושיפור טוהר חוצה-קוטב.

ראשי תיבות של: Eray and MIMO Antennas

במערךים של דבורים, צורות הפיכה הדדית של דבורים וגורמים לעיוורון סריקה. EBG isolators מוכנס בין אלמנטים לשמור על בידוד גבוה (ראה:0;0;0EE Antennas ו-Proagation LettersFLT:1 הם משמשים גם כדי לדכא הפיכה הדדית במערךים כפול-קוטב ומקוטב מעגלי.

מכשירים ל-IoT ו-IoT

גורם צורה קטן וחסינות לאפקטי קרבה של משתמשים הם אתגרים עבור אנטנה לבישים. EBG מבנים מספקים מטוס קרקע מרושש גבוה המפחית קרינה לאחור לתוך הגוף האנושי (הפחתה SAR) ומצמצם את העיצובים של EBG גמישים על תת-שכבות טקסטיל הוכחו על תקשורת גוף בלהקות ISM.נכס ה-S.Bgap מסייע גם לדכא קרינה מפני לוחות מעגלים ב-IoT, שיפור כללי של אותות.

מילימטר-וייב ו-5G Antennas

בתדרי גלי מילימטר (24-60 GHz), גלי פני השטח הם בעייתיים מאוד בשל תת-שכבות עבה יותר יחסית באורך גל. EBG-integrated אנאנטות להשיג יעילות גבוהה ( ⁇ 80%) עם עיוות דפוס מינימלי.הבניינים לעתים קרובות מובנים בתדירות נמוכה של גלי גלי קו-שמש (LTCC) או תהליכים מתקדמים.

יתרונות ומגבלות של מבנה EBG

יתרונות

  • (FLT:0) דיכוי עצום של גלי פני השטח והפיכה הדדית 1:1 - קבלות של 1–4 dB, שיפור בידוד של 15-30 dB.
  • (FLT:0) פרופיל לוטו ותואם לתהליכי PCB / LTCCIRLT 1:1 - אין צורך במגרשים טפריים גדולים.
  • (ב) ניתן לכוון את ההתנהגות האלקטרוניקה של נדר 1 (Bangp) במהלך עיצוב כדי לכוון להקות מעוררות.
  • (ב) ניתן לשלב עם טכניקות אחרות (למשל DGS, AMC) עבור ריבוי פונקציונליות.

הגבלות

  • (FLT:0)Narrow רוחב פסFLT:1 - ה- Bandgap הוא בדרך כלל 5-20% של תדירות המרכז; יישומים פס רחב עשויים לדרוש שכבות EBG מרובות או עיצובים קזדור.
  • (ב) ,0) ,המורכבות של עיצוב מבוזרת 1 (FLT:1), זמן סימבול גדול בשל פרטים גאומטריים דקים וצורך בניתוח פיזור.
  • (FLT:0)פונטני עבור resonancessveFLT:1; מצבי EBG מסדר גבוה יותר יכולים להופיע אם תא יחידה אינו מותאם כראוי.
  • (ב) ⁇ :0) סובלנות לסובלנות (FLT:1 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

כיוונים עתידיים ומגמות מתפתחות

EBGs

שילוב של varactor diodes, PIN diodes, או MEMS מתאי EBG יחידה מאפשר שליטה דינמי על תדירות ה- bandgap. לדוגמה, על ידי הטיה של vara מעבר הפער בין כתמים, שינויים קיבול, שינוי שינוי, שינוי שינוי ההחלמה, שינוי השיקום.זה מאפשר דיכוי ממריץ של מצבי פעולה מתוחים משתנה עם תדירות הפעלה או סביבה.

Multi-Layered ו- 3D EBGs

עיצוב EBG לתוך הממד השלישי (באמצעות כתמים מחסנים, capacitors מעודנים, או משככי נפח) יכול לייצר להקות רחב יותר ובודד גבוה יותר. 3D הדפסה של EBGs dielectric הוא אזור גדל, המאפשר גיאמטריה מורכבת לא ניתן עם ליתוגרפיה תוכנית. מבנים אלה הם מבטיחים אנטנות בעלות גבוהה ו מילימטר.

שילוב עם Metasurfaces ו- AI Design

EBGs מתמזגים עם מושגים metasurface לשלב בו-זמנית של שליטה, קוטבציה ואלגוריתמים של Machine Learning, כולל רשתות עצביות ואופטימיזציה גנטית, משמשים לסנתז תאים יחידתיים העומדים במטרות מרובות (רוחב פס, אימפולס, גודל) בתוך שניות, נרחב מחלחלים גורפים ידניים.זה מאיץ את אימוץ הטכנולוגיה EBG במוצרי אנטנה מסחריים.

מסקנה

מבנים של חברת אלקטרומגנטית מציעים שיטה רבת תכליתית לדכא מצבי אנטנה לא רצויים שגורמים ביצועים במערכות אלחוטיות מודרניות.על ידי יצירת מחסום אדסנסטיבי בתדר לגלי פני השטח, זרמי הדבקה משותפים, והפיכה הדדית, עיצובי EBG משפרים את רווח האנטנה, בידוד, וטהורציה של אופטימיזציה מסוג ו-uniplanar יישומים הם מבוגרים ונתמכת היטב על ידי כלים ותהליכי ייצור מתקדמים יותר של EG.