Giriş: Modern Anten Tasarımında Elektron Bantgap Yapıları

Elektromanyetik Bandgap (EBG) yapıları, anten sistemlerinde dalga yayılımını kontrol etmek için dönüştürücü bir yaklaşım temsil eder.Mühendislik periyodik dielektrik veya metalsel desenler ile bu yapılar frekansın ve bantgaps – elektromanyetik dalgalar yayılabilir.Bu özellik, 5G için kullanılan yüksek izolasyon, temiz radyasyon modelleri ve sağlam verimlilik için vazgeçilmez hale gelir.

Bu makale, EBG yapılarına dair ayrıntılı bir araştırma sağlar, temel fizikten pratik tasarıma kadar, istenmeyen anten modlarını bastırmaya odaklanır. EBG tasarımlarının temel prensiplerini, nicel performans ölçümlerinin sınıflandırılması ve gerçek dünya uygulamaları. Tartışma, EBG çözümlerini bir sonraki nesil anten sistemlerine entegre etmek için mühendisler ve eylemsel öngörüler sunar.

Elektromanyetik Bantgap Yapılarının Temelleri

Periyodik Medya ve Bandgap Phenomenon

Elektromanyetik kristaller veya metamalzemeler olarak bilinen yapay malzemeler sınıflarıdır. Bunlar, yarı iletkenlerde bulunan dielektrik veya metalik elementlerin periyodik olarak işlenmesinden kaynaklanır.Bu dönemsel lattice tarafından yönetilen bu periyodik teoriye tabi ki.

Bantgap'ın genişliği ve merkezi frekansı, lattice geometrisine, seçmenlerin malzemelerinin izini ve periyodikliği tersine çevirmek için, EBG yapıları antenin substratına veya zemine doğrudan elektromanyetik alan dağılımıyla etkileşim halinde olan bir stopbanda bağlıdır.

Anten Modes'e Yeniden Yapılanma

Unwanted anten modları, yüzey dalgalarının dielektrik-hava arayüzü, yaygın-mode akımları besleme hatlarında veya daha yüksek siparişli geri dönüş oranlarında, mikro-dönüşümlü antenler, yüzey dalgaları özellikle sorunludur: substrat kenarlarından yayılabilirler, yüksek çözünürlükte bir yüzeysel boşluk sunarak yüzeye çıkan dalga dalga dalgalar (HIS) veya doğrudan doğrultucun arttırılması için bu verimsiz frekanslar artar.

Elektromanyetik Bantgap Yapılarının Türleri

Mushroom-like EBG (High-Impedance Surface)

En yaygın olarak incelenen EBG konfigürasyonu, bir Sievenpiper yüksek hacimli yüzey olarak da adlandırılır.Resonant frekansı, yüzeysel olmayan yamalar ile sürekli bir zemin düzleme dikey olarak bağlanır. Mushroom EBGs kompakt bir ayak izi sunar ve yamalar standart baskılı devreler arasında boşluklar yapılır.

Uniplanar EBG Yapıları

Uniplanar EBGs, yalnızca periyodik slotlarla veya zemin uçağa veya ayrı bir tabakaya ait olan tek bir metal katmanı kullanarak ortadan kaldırır. Örnekler, belirli bir grup EBG'yi ve interdigital kapasitance tabanlı tasarım elde etmek için daha basit bir şekilde çalışır. Bu yapılar, mikrotriptli antenler için daha sık uygulanır ve formasyona göre çok sayıda laminat için uygundur.

Planar EBG, Defects ile

Gruptaki aritmeler veya dalga kılavuzları kasıtlı olarak tanıtarak, diğerlerini engellemeye çalışırken, eksik bir yama veya değiştirilmiş bir birim hücresi gibi -mühendisler, yüzey dalgalarının bastırıldığı bir kanaldan çift enerji oluşturmak için kullanılabilir.Bu teknik dalga kılavuzları ve meta-suryüzlü lensleri oluşturmak için kullanılır.

Unwanted Mode Suppression

Yüzey Dalgası Suppression

Yüzey dalgaları substratı takip eder ve yüzeysel tabakası tarafından yönlendirilir. Geleneksel bir mikrostrip anteninde, bir mantar EBG için, bant genişliği LC tank devresine entegre edilir:<0.00T:0[Döntme: 2]

Dizilerde Karşılıklı Coupling Rez

Yakın zamanda anten dizileri (örneğin, MIMO veya fazlanmış dizilerde), elementler arasındaki karşılıklı darbe körlüğüne neden olabilir, yanlış eşleştirme ve yüksek çözünürlükte çeşitlilik kazanır. EBG yapıları, birçok anten elementleri arasında gösterilen yüksek hacimli bir bariyer yaratır, aksi takdirde çift bitişik elementleri durdurur. Örneğin, yamalar arasındaki bir sırayı ekleyiniz.

Common-Mode Current Filtering

Türlü hatlar tarafından beslenen antenler için (örneğin, dengeli dipol veya slot antenleri), besleme hattında ortak profilli antenler istenmeyen radyasyon ve pateksiyon dengesizliklerine neden olur. EBG yapısı, zemin düzlemine veya iletim hattına entegre edilebilir, böylece dibine kadar yüksek bir şekilde işaret eder.Bu özellikle de taşınabilir cihazlar için düşük profilli antenler için değerlidir.Kullanımlı bir grup için.

Tasarım Parametreleri ve Optimizasyon

Termiklik ve Birim Hücre Boyut

C: C.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.

Dielektrik Malzeme Seçme

Yüksek performanslı yüzeyler ( ⁇ )) Birim hücre boyutunu daraltır, aynı zamanda bant genişliği ve daha düşük kayıplar gerektirir, ancak daha büyük hücrelerde.In practice, a denge vurmalıdır: 28 GHz 5G antenler için, tasarımcılar genellikle Rogers 5 (880T) ile sonuçlanır[Dönetici[D)

Via ve Ground Plane

Via çapında ve yerleştirme indüktörü etkiler ve bu nedenle grupgap frekansına güvenle bağlanır. Çok katmanlı PCB'ler, kör vias kabul edilebilir, ancak stub uzunluğu ile en aza indirmek için bantgap'ları azaltır.Fortplanar EBGs, without via the bandgap., or connect reliable to the ground plane to avoid parasitic resonances.In multilog PCBs, kör via the bandgap upward; for singleplanar EBGs, without via etched EBGs or the correct to the correct to the correct to the correct to the correct to the correct to the correct to the correct to the correct.

Anten Sistemlerinde Anahtar Uygulamaları

Microstrip Patch Antennas

EBG yapıları, mikrostrip yarı antenlerinde yüzey dalga kaybını azaltmak için en sık uygulanır. Bu teknik, bir EBG zemin uçağındaki yamaı (veya yüksek ön gerileme oranın ( 1.5-3 dB'ye kadar) azaltılır ve gelişmiş çapraz saflaştırma elemanlarına yerleştirilir.

Fazd Dizi ve MIMO Antenler

kirişler, karşılıklı darbeler kiriş şekli ve körlüğün bozulmasına neden oluyor. EBG, yüksek izolasyonu koruyan elementler arasında yer alıyor (< 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 )IEEE Antennas ve Propagation Letters).

Giysilenebilir ve IoT Cihazları için Antenler

Kullanıcı yakın etkilere küçük form faktörü ve bağışıklık, ISM gruplarındaki kablo iletişim için zorluklardır. Grupgap özelliği, geri radyasyonu insan vücuduna indiren yüksek hacimli bir zemin uçağın (SAR azaltımı) ve en aza indirmek için tasarlanmıştır.

Millimeter-Wave ve 5G Antenleri

milimetre dalga frekansları (24-60 GHz), yüzey dalgaları, düşük sıcaklıklı ko-firli seramik (LTCC) veya gelişmiş PCB işlemleri nedeniyle son derece sorunludur. EBG-integrated antenleri kontrol etmek ve minimum kalıplama bandıyla, düşük sıcaklık sıkıştırmalarında ayrıntılı olarak fark edilir.The structures are often realized in low- temperature Journal[FLT].

EBG Yapılarının Avantajları ve Sınırları

Avantajları Avantajları Avantajları Avantajları

  • [FONT:0) Yüzey dalgalarının ve karşılıklı darbenin önemli bir kısmını belirtmek[[Dönetici: 1-4 dB, 15-30 dB’nin izolasyonu, 15-30 dB’nin izolasyonu.
  • [FONT:0] Düşük profil ve standart PCB/LTCC süreçleri ile uyumlu - kompresif ferrite emicilere ihtiyaç yoktur.
  • [FONT:0]Frequency-selective behavior) – Bandgap belirli sıkıcı grupları hedef almak için tasarım sırasında ayarlanabilir.
  • [FONT:0)Versattitude[DÜT:1) - Diğer tekniklerle (örneğin, DGS, AMC) çok işlevliliğe birleştirilebilir.

Sınırlamalar

  • [FONT:0]Narrow bant genişliği - Grupgap genellikle merkezi frekansının% 5-20'si; geniş bant uygulamaları çoklu EBG tabakaları veya kalibre tasarımları gerektirebilir.
  • [FONT:0)İncreased tasarım karmaşıklığı[[Dönetici: 1) Simülasyon zamanı, iyi geometrik detaylar nedeniyle büyük ve dağıtım analizine ihtiyaç duyuyor.
  • [FONT:0)Sürekli rezonanslar içinPotential for a careful resonances[[Dönemli Resonances[[Dönemli Resonances[[Dönemli Resonances[Dönemli Resonances[[DÜT:1) – Yüksek sipariş EBG modları, birim hücresi düzgün bir şekilde optimize edilmezse görünebilir.
  • [FONT=0)Fabrikasyon toleransları[[Dönetici: 1 ) – mm- dalga, boşluk genişliğinde küçük değişiklikler veya yerle bandgap'ı değiştiriyor.

Future Yol ve Gelişen Trendler

Yeniden yapılandırılabilir ve Tunable EBGs

Türevleri, PIN diyotları veya MEMS, EBG ünitesi hücresine geçiş yapar, örneğin, yamalar arasındaki boşluklar arasındaki farklara karşı, kapasitans değişikliklerine yol açar. Bu, işletim frekansı veya çevre ile değişen sinirsel modların tekrarlanabilir bir baskısını sağlar. Örneğin, EBG'ler için yazılım tanımlı antenler ve bilişsel radyo sistemleri için aktif bir araştırma altındadır.

Çok-Layered ve 3D EBGs

EBG tasarımını üçüncü boyuta uzatın (kahkahalar, geçici kapasitörler veya hacimsel lattices) daha geniş bantgaps ve yüksek izolasyon üretebilir. 3D dielektrik EBG'lerin baskısı, karmaşık geometrilerin planlı lithografi ile mümkün olmadığı bir büyüme alanıdır.

Metasurfaces ve AI Design ile entegrasyon

EBG'ler, birden fazla hedefle tanışan ünite hücreleri sentezlemek için kullanılır (grup genişliği, yetersizlik, boyut) saniyeler içinde, geniş kapsamlı bilgilendirici elifleri.Bu, EBG teknolojisini ticari anten ürünlerinde kabul eder.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Elektromanyetik bandgap yapıları, modern kablosuz sistemlerde düşük performans gösteren istenmeyen anten modlarını bastırmak için sağlam ve çok yönlü bir yöntem sunar.Demokratlı bir bariyer oluşturarak yüzey dalgalarına, ortak modları ve yüksek çözünürlükte MIMO dizilerine doğru ilerlerken, EBG tasarımları anten kazancını artırır ve kalıp saflaştırma ve tasarım uygulamaları ile gelişmiş tasarım yöntemlerinden yararlanacaktır.