התפקיד של תכונות חשמל בעיצוב של High- ⁇ Antennas

מדוע תכונות חשמל Define High-Frequencyאנט ביצועים

אנאנטנות גבוהות מאוד מהוות את עמוד השדרה של מערכות תקשורת מודרניות, מרשתות סלולריות 5G וקישורים לווייניים להתקנת מכ"ם וטלמטורי אווירי.כפי שתדירות התפעולית מטפסת לטווח הג'רצ'רץ ומעבר לכך, תכונות החשמל של חומרים אנטנה והסביבה הסובבת הופכים את הגורמים הדומיננטיים השולטים ביעילות, רוחב פס וגישורי קרינה.

נכסים חשמליים במימון בעיצוב Antenna

כל אלמנט אנטנה אינטראקציה עם שדות אלקטרומגנטיים באמצעות ארבעה תכונות חומריות בסיסיות: מותרות, חדירות, התנהגותיות, והתכונה הנגזרת של חוסר ציות.הבנת האופן שבו התכונות הללו משתנות עם תדירות, טמפרטורה וסובלנות הייצור חיוני לחיזוי ביצועי העולם האמיתי.

אחריות ו Permeability

Permittivity (ε) מתאר את היכולת של החומר לאחסן ולשחרר אנרגיה שדה חשמלי. בעיצוב אנטנה, את ההיתר היחסי (εFLT:0rcioFLT:1, לעתים קרובות נקרא קבוע dielectric) משפיע ישירות על מהירות הגל של הגל בתוך התקני ה-IoT העליון עם תת-קרקעית גבוהה יותר, אך מתקצרים את הגל, ביעילות את האנטנה גל ומאפשרים להיות גורמים להפוך פיזית מנוצלים יותר.

Permeability (μ) שולט בתגובה של החומר לשדות מגנטיים. בעוד שרוב גלקסיות אנטנה הן לא מגנטיות (μFLT:0rcioFLT:1= 1), חומרים מגנטיים מהונדסים ופריטים ניתן להשתמש כדי להפחית את גודל האנטנה בתדרים נמוכים יותר או ליצור מכשירים לא-reprocal כגון פריצים ו isolators גבוה, בדרך כלל חומרים מגנטיים מאובדן גבוה, שימוש כל כך מוגבל, הוא פשוט מאוד, שימוש בגניקות.

(ה) תוצר של אנטנות וכושר הנימוס קובע את דחיית הגל של המדיום.עבור אנטנה של מיקרו-סטריפ, ⁇ הרץ של הרץ:0rph1 ו עובי שולטים בתדירות המחודשת ולקדם התנהגות שדה.

התנהגות והפסדים מתמשכים

( ⁇ ) מודד כמה בקלות זורם דרך חומר.למוליכים אנטנה, מוליכות גבוהה ממזער הפסדי וממקסימה יעילות קרינה. Copper ( ⁇ ⁇ 5.96 × 10reaFLT:07FLT:1 S/m) וכסף ( ⁇ ⁇ 6.30 × 10Freave: 2.2,2FLT 3, 000) הם המשפיעים מאוד על פני השטח הקטן.

הפסדים מינימינג לא רק על בחירת מתכות מוליכים.התתבדר עצמו מציג אובדן דרך גורם הניתוק (tan ⁇ ), המייצג אנרגיה נספגת על ידי החומר. נמוך-נמוך כמו PT/ceramic Complexs (tan ⁇ < 0.001) הם סטנדרטי עבור עיצובים גלימטר.הניהול הוא גם שיקול: הפסדים התנגדות ליצור חום, טמפרטורות גבוהות יותר, לא גורמות טמפרטורות גבוהות יותר.

עקבו אחרי Bandwidth

אימפולס, המוגדר כיחס של מתח לזרם בנקודה מסוימת, קובע כיצד העברת חשמל יעילה בין קו השידור לבין האנטנה.מערכת סטנדרטית אימפולס הוא 50 ⁇ עבור רוב מערכות RF, עם 75 ⁇ נפוץ בשידורים ויישומים כבל.הההההההה של אנטנה משתנה עם תדירות ומושפעת מההיתר והגאומטריה של החומרים הסובבים.

(הופנה מהדף ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

אסטרטגיות בחירה עבור High-Frequency Antennas

בחירה חומרית היא בין ההחלטות הבולטות ביותר בעיצוב האנטנה.המצע האידיאלי משלבת הרשאה נמוכה עבור רוחב פס רחב, אובדן נמוך שיזוף יעילות גבוהה, ונוקשות מכנית מספקת עבור ייצור אמין.לא כל דרישות חומר אחד, כך מהנדסים חייבים לאשר מראש על בסיס מגבלות יישום.

משפחות נפוצות

• (ב) ,0) מורכב מבוסס PTFE 1OVA (למשל, רוג'רס RO4000 סדרה, סדרת RF Taconic): אובדן דיאלקטרי נמוך, אובדן דיאלקטרי יציב:2irFLT 3: 3 על תדירות וטמפרטורה, וקליטת לחות נמוכה.
• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (FLT:0) ליקוויד פולימר קריסטל (LCP)veF1: גמיש, נמוך-הפסד, ותואם עם ייצור רב-שכבות.
• (ב) [ה] [ה] [ה]] [ה] [ה]]] [ה]][דרוש מקור]]]: [ה] [ה] [ה]]]]] [ה[[המאה ה-20]]], ו[[המאה ה-20]], ו[[המאה ה-20]].

חומרים התנהגותיים ועיוות

עבור רוב האנאנטות, cladding נחושת על תת-קרקעי מספק התנהגות נאותה.עם זאת, בתדרים מעל 30 GHz, גסמנט פני השטח הופך מנגנון אובדן משמעותי. אלקטרודישויד נחושת עם גסות שורש-מיאן-הquare מתחת 0.5 μm מומלץ. Silver plating יכול להפחית את ההתנגדות על פני השטח על ידי 5- 10%.

עיצוב: מנכסים חשמליים ועד פרוטוטיפ

גישה שיטתית לשימוש בתכונות חשמליות בעיצוב אנטנה מפחיתה מחזורי ההסרה ומשפרת את ההצלחה הראשונה של הסגירה בדרך כלל עוקב אחר שלבים אלה:

מפרט ראשוני ובחירת חומרית

Define the goalתדירות Band, רוחב פס, רווח, קוטב ודרישות סביבתיות. בחר שלושה עד חמישה חומרים תת-סטריטים עם ידוע εFLT:0rcioFLT:1, טנזין, ו coefficients תרמיים. עבור כל מועמד, למקם את הממדים הדומים באמצעות נוסחאות סטנדרטיות.

(ב) ויקרא י"א:2=ג)

כאשר c הוא מהירות האור וה f הוא התדר המהדהד (האורך L הוא בערך c / (2f ⁇ FLT:0effcioFLT:1), שבו εFLT:2 effFLT 3 חשבונות עבור שדות מצוק.

המונחים: full-Wave Simulation

השתמש בתוכנת סימולציה אלקטרומגנטית (למשל, Ansys HFSS, CST Studio Suite, או COMSOL) כדי מודל האנטנה עם תכונות חומריות מדויקות.ייבוא נמדד או יצרן-מסופק ⁇ FLT:0rphFLT:1 ו- סימולציה טמבלי נתונים סימולציה שיזוף על פני רצועת התדר.

עיצוב ניסויים ואופטימיזציה

כאשר פרמטרים מרובים אינטראקציה (למשל, εFLT:0irr ;0ird) 1, עובי, להאכיל גיאומטריה), גישה עיצוב-of-experiments מזהה ביעילות את המתודולוגיה של המשתמש או אופטימיזציה אלגוריתם גנטי כדי למצוא עיצובים העומדים רוחב פס ויעילות.

מרקם ומדיעה

לאחר סימולציות מניבות תוצאות מקובלות, אנטנה אבטיפוס בד. השתמש מנתח רשת וקטור (VNA) כדי למדוד את העיכוב קלט ואת החזרה אובדן בחדר annechoic.השוואה בין תדירות resonant ופס רוחב פס כדי לדמות ערכים. Discrepanities לעתים קרובות לעקוב אחר נתונים של אישור לא מדויק או תחריט סובלנות.

נושאים מתקדמים: Frequency-Dependent Properties and Environmental Effects

(בדרים גבוהים, תכונות חשמל אינן קבועות. דיאלקטריות ודינמיקה של התחום המגנטי לגרום εFLT:0rreaFLT:1 ו- μFLT:2rph3 להשתנות עם תדירות.לדוגמה, FR-4, חומר בעל עלויות נמוכות, מוצגים εFLT:4rph:5 ירידה של כ-4.5 ב-1 מ"ר ל- 2 GHz ומעלה, לעומת 2 GHz, 000 GHz, 000 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

טמפרטורה ועייפות

(הופנה מהדף Permittivity and Loss tangent change with טמפרטורה.הטמפרטורה של קבוע דיאלקטרי (TC εFLT:0rcioFLT:1) נע בין +10 ל +100 ppm / ° C עבור חומרים טיפוסיים.עבור אנטנה שפועלת בסביבות בחוץ המשתרעות על פני 40 מעלות צלזיוס ל- +85 מעלות צלזיוס, זה יכול לשנות את החיסרון על ידי כמה אחוזים.

לא-Linear Dielectrics ו-Tunability

חומרים כגון barium סטרנטיואנט (BST) מציגים הרשיון תלויות שדה חשמלי.אנטנות המשלבות BST varactors יכול להיות מכוון אלקטרונית כדי לכסות להקות תדירות מרובות או לפצות על הכוונון סביבתי. בתדרים גבוהים, אובדן טנגט של טוטלי טונה הוא גורם מגביל, אבל התקדמות ב BST יש מופחתת כדי ⁇ מתחת 10GHz.

מקרה מחקר: עיצוב 28 GHz פט"צ ארורי עבור 5G

דוגמה מעשית ממחישה את התפקיד של תכונות חשמליות בעיצוב גבוה של ⁇ .A תחנת בסיס 5G דורש מערך ×4 ×4 × פועל מ 27.5 GHz עד 28.35 GHz עם לפחות 20% רוחב פס חלקי ו-15 dBi רווח.המעצב בוחר רוג'רס RO3003 סטראט (εFLT:0rFrFrph:1 LT:1= 3.00 ±4, טנגרם = × 00.00 = × 00.00 = ⁇ × 0.

סימבול מראה שכל רכיב סיגנל משיג רוחב פס של 10 dB של 1.2 GHz.ההפייה ההדדית בין אלמנטים, מושפעת מההיתר והעובי substrateHz, הוא מתחת ל-20 dB עם 0.6 ספאcing.רשת ההזנה משתמשת בקווי מיקרו סטריפ עם עכבות מחושבות מתכונות תת-הת.com עבור 50 ⁇ הוא בערך 0.6 מ"מ לאחר ייצור, מדידות, מדידה, מדידה, מדידה של 2, מאשרת של ריצוף של 8G ריצוף מלא עם ריצוף ריצוף ריצוף , ו , 000 ריצוף 4.82 .

שיטות מדידה לנכסים חשמליים

סיווג של תכונות חשמל תת-סטריט חיוני לתכנון אמין.שיטות מדידה נפוצות כוללות:

• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (FLT:0) שיטות חלל חופשיות: השתמש באנטנות קרניים כדי למדוד שידור / השתקפות באמצעות מדגם מתאים לטמפרטורה גבוהה או במדידות שאינן מגע.

מגמות מתפתחות וכיוונים עתידיים

שלוש מגמות מעצבות כיצד תכונות חשמל ידחפו עיצוב אנטנה בשנים הקרובות.1,FLT:0additive ManufacturingFLT:1 מאפשר הדפסה ישירה של עקבות מוליכים על תת-שכבות חדשניות, המאפשרים למעצבים מהנדסי נכסים ו-3-ממדיים גיאמטריה חוצות בלתי-אפשרית עם קידוד קונבנציונלי, 2,F:2reconfigurable ותוכנות מוגדרות ל- 3, 000 חומרים גמישים, כגון:

החוקרים גם מפתחים תת-שכבות עם הרשאות שליליות או נחיתות – חומרנים – שיכולים להיות גלים בצורות התשואות אולטרה-שותף, אנטנה פס רחב. בעוד אנטנות מטא-חומריות מעשיות נשארות ניסיוניות במידה רבה בקנה מידה הייצור, העיקרון הבסיסי של תכונות חשמל הנדסיות מעבר למה שהטבע כבר משפיע על עיצובים מתקדמים.

מסקנה

תכונות חשמל - נטיות, אחריות, התנהגותיות, ואימפולס - עיוות את הבסיס המדעי שעליו כל אנטנה גבוהה אנתרופולוגיה בנוי.מבחירה של PTFE נמוך כי ייצוב s wave resonance גלי גל מילימטר עד התאמה מדויקת גלימות כי מצמצם את ההשתקפות לאורך להקה רחבה, מאסטר של תכונות אלה להבחין אנטנה אמין מן הסדינים בינוניים, אבל כוח פעולה מדויק יותר מספק את התכונות של תפקוד מדויק יותר של מערכות הפעלה של חומר זה חייב להיות מדויק יותר, אבל החל לחץ על ידי שיטות פעולה עם ביצועים מדויקים, אבל הוא מספק את רמות פעולה מדויקת יותר, אבל דורשות גבוהה יותר, אבל כוח פעולה עם תכונות הפעלה של חומר מדויק יותר, כמו גם תכונות מכניקה גבוהה יותר, כמו גם תכונות הפעלה של חומר מדויק יותר, החל לחץ גבוה יותר, אבל הוא מספק.

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