ミリメートル

Scientific Reports volume 13、記事番号: 9646 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

3D プリントされた誘電体偏光子を備えた独自の高利得アンテナ アレイが提案されています。 アンテナアレイ給電構造のパッケージングは​​、アンテナ素子間に給電ネットワークを集約することによって排除されます。 これには、低い交差偏波レベルで整然とした対称的な放射特性を維持するという大きな利点があります。 提案された構造は、1 つの給電点に 2 つの素子を組み合わせて、4 × 4 アンテナ アレイのアレイ分布給電点を 16 点から 8 点に削減します。 提案されたアンテナ アレイ構造は非常に低コストで、直線偏波または円偏波のいずれかとして使用できます。 アンテナ アレイは、両方のシナリオで 20 dBi/dBiC のゲインを達成します。 マッチング帯域幅は 4.1%、3 dB の軸比 (AR) 帯域幅は 6% です。 アンテナ アレイは、ビアを必要とせずに単一の基板層を使用します。 提案されたアンテナ アレイは、高性能メトリクスと低コストを維持しながら、24 GHz のさまざまなアプリケーションに適しています。 アンテナ アレイは、プリントされたマイクロストリップ ライン技術を使用しているため、トランシーバーと簡単に統合できます。

無線通信では、チャネル容量はシャノンの制限に従って利用可能な帯域幅に比例します。 帯域幅が増えるほど、ワイヤレス チャネルの容量も大きくなります。 したがって、より高いデータレートを達成できます。 予想されるミリ波周波数など、より高い周波数に動作を移行することによって。 利用可能な絶対帯域幅は、一般的な RF 周波数よりも大幅に大きくなります。 したがって、無線通信の高速化が可能になります1,2,3。 ミリ波周波数では高速化が可能ですが、物理層の実現はさらに困難になります4、5、6、7。 より高い周波数で動作することの主な欠点は、より低い RF 周波数と比較して、無線で伝播する電磁波の経路損失が大きくなることです。 パス損失を補償するには、無線機のパワー アンプのゲインを増やすことを提案する場合があります。 このソリューションの主な問題は、電源からより多くの電力が消費され、より多くの発熱が発生するだけでなく、ヒートシンクや必要な冷却装置を収容することでデバイスが大型になることです。 モバイル デバイスの場合、デバイスのバッテリーがすぐに消耗してしまうため、実用的ではありません。 推奨される解決策は、エネルギーを通信エンティティに集中させる高指向性アンテナを使用することです。これにより、経路損失の影響が補償され、電力増幅器の設計要件が緩和されます8、9、10、11、12、13、14、15。 。

ミリ波周波数での動作は、レーダーやセンシングの用途にも役立ちます。 レーダーの動作周波数が高くなるほど、達成できる解像度も高くなります。 いくつかの研究では、レーダー用途に 24 GHz ミリ波帯の使用を提案しています 16、17、18、19、20。 ヘルスケア用途 (バイタルサインセンシング)21、自動車レーダーセンサー、およびモーション検出器のための短距離レーダーの使用は、至る所で使用されるようになりました20、22、23、24、25、26。 さらに、ワイヤレス接続の発展により、さまざまなモノのインターネット技術が発明されました。 モノのインターネットには多くのアプリケーションが含まれています。 アンテナは、あらゆる IoT 通信デバイスに不可欠な部分です。 これらのアンテナのパフォーマンスは、システム全体のパフォーマンスにとって重要な要素です。 さまざまなアンテナ構造が、産業用電子機器 27、28、29、30、31、32、33、IoT およびセンサーの文献 34、35、36、37、38、39、40、41 で提案されています。 Ref.42 では、スマートホーム IoT 通信用にフェンスストリップ共振器を備えたパッチ アンテナが実現されました。 このような通信では、アンテナの放射パターンが全方向性である必要があります。 Ref.43ではIoT通信用のユニークなメガネフレームアンテナを実現しました。 IoT中継通信用に移相器を持たないプログラマブルビームスキャニングアンテナが文献[24]で提案されている。 参考文献26ではシャークフィンアンテナが実現されており、このアンテナは将来の鉄道通信システムに使用される予定である。 参考文献 23 では、マルチバンド プリント スマートウォッチ アンテナが提案されており、このアンテナは周波数帯域の数を強化し、全指向性を改善しました。 参考文献 22 では、マイクロストリップ パッチ アンテナが構造健全性モニタリング (SHM) システムで構造ひずみを測定するために採用されています。 Ref.44 では、電子的に操作可能な寄生アレイ放射器が高密度無線センサー ネットワークで使用されています。 それに加えて、設計プロセスではアンテナのモデリングが不可欠です。一例として、既存のアンテナ等価モデルは長方形のアンテナ輪郭を想定しているため柔軟性に欠けるため、ハイブリッド等価の表面エッジ電流モデルが提案されましたが、これに限定されません。既存のモデルの制限を克服するために参考文献 45 に記載されているように、これらのモデルは車両間 (V2X) 通信に非常に役立ちます。 メタ表面と分散工学技術はさまざまな用途にも非常に役立つことがわかり、メタ表面を利用して伝播する波の特性を効果的に操作できます46,47。