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Nov 11, 2023

Analisi e progettazione di ultra

Scientific Reports volume 12,

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 14214 (2022) Citare questo articolo

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In questo articolo viene introdotto un nuovo metodo per facilitare la progettazione di strutture PRGW (Printed Ridge Gap Waveguide). Una delle principali difficoltà nella progettazione di tali strutture è legata al loro processo di simulazione che richiede molto tempo ed energia. Pertanto, si ritiene che una condizione al contorno adeguata realizzi la struttura primaria senza coinvolgere il letto di chiodi o le cellule unitarie dei funghi. Utilizzando questa tecnica, un accoppiatore ibrido a doppia scatola PRGW da 3 dB a banda larga è progettato per funzionare nelle frequenze delle onde mm a una frequenza centrale di 30 GHz, che può essere implementato per la prossima generazione di comunicazioni mobili. L'accoppiatore progettato fornisce un'ampia larghezza di banda di adattamento e isolamento con un basso squilibrio di ampiezza di uscita, che è unico rispetto agli accoppiatori attuali. Il prototipo dell'accoppiatore proposto viene fabbricato e misurato dove i risultati della simulazione e della misurazione mostrano un buon accordo che indica la forza del metodo proposto anche nella progettazione della struttura PRGW. I risultati misurati mostrano che gli accoppiatori raggiungono una perdita di ritorno e un isolamento migliori di 10 dB nell'intervallo di frequenza da 25 a 40 GHz (46% BW) con lo squilibrio di ripartizione della potenza e l'errore di fase entro ± 1 dB e ± 5°, rispettivamente. Inoltre, qui vengono scelti i funghi quadrati per soddisfare la superficie ad alta impedenza. Non solo determinano una maggiore larghezza di banda di arresto, ma anche la loro configurazione ne facilita la disposizione attorno all'accoppiatore. Il progetto proposto ha caratteristiche eccellenti come basso profilo, bassa perdita e facile integrazione con circuiti e sistemi a microonde che possono essere adatti per la progettazione di reti di beamforming a onde millimetriche.

Le future tecnologie di comunicazione wireless di sesta generazione (6G) e di quinta generazione (5G) hanno rivoluzionato radicalmente il settore delle telecomunicazioni1. La prossima generazione di comunicazioni mobili richiede l'uso di uno spettro ad alta frequenza a causa della larghezza di banda limitata di quelli attuali che hanno funzionato nei canali di frequenza a microonde2. La banda di frequenza delle onde millimetriche (onde mm) compresa tra 30 e 300 GHz è un buon candidato per lo scopo proposto. Lo spettro delle onde millimetriche con un'enorme larghezza di banda disponibile è una tecnologia promettente per la prossima generazione per aumentare la velocità di trasmissione dei dati nell'ordine di multigigabit/s e trionfare sulla carenza di larghezza di banda con lo spettro a microonde tradizionale saturato3,4. Questa evoluzione delle comunicazioni dati wireless dalle attuali bande a microonde e di frequenza inferiore alle bande a onde millimetriche ha creato sfide e opportunità per i progettisti di servizi mobili5,6,7.

In questo contesto sono stati svolti molti lavori riguardanti la progettazione di accoppiatori, antenne, filtri e risonatori8,9,10,11,12,13,14. Le tecnologie utilizzate per la progettazione dei componenti nelle bande di frequenza delle onde mm sono state principalmente linee a microstriscia, guide d'onda e guide d'onda integrate nel substrato (SIW)15,16,17. Tuttavia, esiste un grosso problema associato a queste tecnologie, poiché presentano perdite dovute a perdite dielettriche e conduttrici o perdite dalle pareti incluse18,19,20,21. A tal fine, recentemente, si ritiene che una nuova tecnologia chiamata Ridge Gap Waveguide (RGW) o in particolare strutture RGW stampate (PRGW) risolva questo problema22,23,24,25,26,27,28, ciò consente all'onda elettromagnetica di si propagano nell'intercapedine d'aria tra conduttore e cresta e di conseguenza eliminano le perdite dielettriche. Inoltre, la dispersione di energia si riduce come risultato del letto di chiodi in RGW o dei gap di banda elettromagnetica (EBG) in PRGW29.

D’altro canto, la realizzazione del sistema di comunicazione 5G alla frequenza delle onde mm con lunghezze d’onda corte è limitata dall’elevata perdita di percorso e dall’assorbimento atmosferico, il che implica un raggio di comunicazione ridotto. Sebbene questa limitazione possa essere compensata utilizzando antenne ad alto guadagno, hanno un'ampiezza del fascio direzionale stretta che richiede tecniche di commutazione del fascio per compensare il disallineamento del fascio principale. Le reti di commutazione del raggio sono necessarie per affrontare le sfide e le aspettative della tecnologia futura. Questi possono essere riassunti in efficienza ad alta potenza, sistemi multiutente e ampia capacità di canale con ampia copertura di scansione.