Milímetro

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 9646 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

É proposto um conjunto exclusivo de antenas de alto ganho com um polarizador dielétrico impresso em 3D. O empacotamento da estrutura de alimentação do conjunto de antenas é eliminado pela agregação da rede de alimentação entre os elementos da antena. Isto tem uma vantagem significativa na manutenção de características de radiação limpas e simétricas com baixos níveis de polarização cruzada. A estrutura proposta combina dois elementos em um ponto de alimentação para reduzir os pontos de alimentação de distribuição de um arranjo de antenas 4 × 4 de 16 para 8 pontos. A estrutura de conjunto de antenas proposta tem custo extremamente baixo e pode ser usada como polarizada linearmente ou circularmente. O conjunto de antenas atinge um ganho de 20 dBi/dBiC em ambos os cenários. A largura de banda correspondente é de 4,1% e a largura de banda de relação axial (AR) de 3 dB é de 6%. O conjunto de antenas usa uma única camada de substrato sem a necessidade de vias. O conjunto de antenas proposto atende bem a diversas aplicações em 24 GHz, mantendo métricas de alto desempenho e baixo custo. O conjunto de antenas pode ser facilmente integrado a transceptores devido ao uso da tecnologia de linha de microfita impressa.

Nas comunicações sem fio, a capacidade do canal é proporcional à largura de banda disponível de acordo com o limite de Shannon. Quanto mais largura de banda tivermos, maior será a capacidade do canal wireless. Como tal, uma taxa de dados mais alta pode ser alcançada. Migrando a operação para frequências mais altas, como as frequências previstas de ondas mm. A largura de banda absoluta disponível seria significativamente maior do que as frequências de RF típicas. Portanto, velocidades mais altas de comunicação sem fio tornam-se possíveis1,2,3. Embora possamos ter velocidades mais altas em frequências de ondas mm, a realização da camada física torna-se mais desafiadora4,5,6,7. A principal desvantagem de operar em frequências mais altas é ter uma maior perda de caminho para as ondas eletromagnéticas de propagação sem fio, uma vez comparadas com frequências de RF mais baixas. Para compensar a perda de caminho, pode-se sugerir aumentar os ganhos dos amplificadores de potência nos rádios. O principal problema com esta solução não é apenas que ela drenará mais energia da fonte e causará mais aquecimento, mas também tornará os dispositivos volumosos ao acomodar os dissipadores de calor e o aparelho de resfriamento necessário. Para dispositivos móveis, seria impraticável, pois descarregaria a bateria do dispositivo muito rapidamente. Uma solução sugerida é usar antenas de alta diretividade que focarão a energia na entidade comunicante, isso compensará o efeito de perda de caminho e relaxará os requisitos de projeto dos amplificadores de potência8,9,10,11,12,13,14,15 .

Operar em frequências de ondas mm também é útil para aplicações de radar e detecção. Quanto maior for a frequência das operações do radar, maior será a resolução que pode ser alcançada. Vários trabalhos propuseram o uso da faixa de ondas mm de 24 GHz para aplicações de radar16,17,18,19,20. O uso de radares de curto alcance para aplicações em cuidados de saúde (detecção de sinais vitais)21, sensores de radar automotivos e detectores de movimento tornou-se onipresente20,22,23,24,25,26. Além disso, os desenvolvimentos na conectividade sem fio levaram à invenção de várias tecnologias da Internet das Coisas. A Internet das Coisas abrange muitas aplicações. Uma antena é parte integrante de qualquer dispositivo de comunicação IoT. O desempenho destas antenas é um fator crucial para o desempenho de todo o sistema. Várias estruturas de antenas foram propostas na literatura de Eletrônica Industrial 27,28,29,30,31,32,33, IoT e Sensores 34,35,36,37,38,39,40,41. Na Ref.42, uma antena patch com um ressonador de cerca foi realizada para comunicação IoT de casas inteligentes. Para tal comunicação o padrão de radiação da antena deve ser omnidirecional. Na Ref.43 foi realizada uma antena de armação de óculos exclusiva para comunicação IoT. Uma antena programável de varredura de feixe sem deslocadores de fase foi proposta para comunicação de relé IoT na Ref.24. Na Ref.26 foi realizada uma antena de barbatana de tubarão, que será usada em futuros sistemas de comunicação ferroviária. Na Ref.23 foi proposta uma antena smartwatch impressa multibanda, a antena aumentou o número de bandas de frequência e melhorou a Omni-diretividade. Na Ref.22, uma antena microfita foi empregada em um sistema de monitoramento de saúde estrutural (SHM) para medir a deformação estrutural. Na Ref.44, um radiador de conjunto parasita eletronicamente dirigível foi usado em uma densa rede de sensores sem fio. Além disso, a modelagem de antenas é essencial no processo de projeto, a título de exemplo, mas não limitado a, uma vez que os modelos equivalentes de antenas existentes são inflexíveis porque assumem contorno de antena retangular, foi proposto um modelo de corrente superfície-borda equivalente híbrido. na Ref.45 para superar a limitação dos modelos existentes, estes modelos são muito úteis para comunicação veículo para tudo (V2X). Metassuperfícies e técnicas de engenharia de dispersão também podem ser muito úteis para várias aplicações. Metasuperfícies podem ser utilizadas para manipular efetivamente as características das ondas de propagação .