Millimetro

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 9646 (2023) Citare questo articolo

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Dettagli sulle metriche

Viene proposto un esclusivo array di antenne ad alto guadagno con un polarizzatore dielettrico stampato in 3D. L'imballaggio della struttura di alimentazione della schiera di antenne viene eliminato aggregando la rete di alimentazione tra gli elementi dell'antenna. Ciò presenta un vantaggio significativo nel mantenere caratteristiche di radiazione pulite e simmetriche con bassi livelli di polarizzazione incrociata. La struttura proposta combina due elementi in un unico punto di alimentazione per ridurre la distribuzione dei punti di alimentazione di un array di antenne 4 × 4 da 16 a 8 punti. La struttura di schiera di antenne proposta ha un costo estremamente basso e può essere utilizzata sia con polarizzazione lineare che circolare. L'array di antenne raggiunge un guadagno di 20 dBi/dBiC in entrambi gli scenari. La larghezza di banda corrispondente è del 4,1% e la larghezza di banda del rapporto assiale (AR) di 3 dB è del 6%. L'array di antenne utilizza un singolo strato di substrato senza la necessità di alcun via. L'array di antenne proposto si adatta bene a varie applicazioni a 24 GHz, pur mantenendo metriche ad alte prestazioni e basso costo. L'array di antenne può essere facilmente integrato con i ricetrasmettitori grazie all'uso della tecnologia della linea a microstriscia stampata.

Nelle comunicazioni wireless, la capacità del canale è proporzionale alla larghezza di banda disponibile secondo il limite di Shannon. Maggiore è la larghezza di banda disponibile, maggiore è la capacità del canale wireless. In questo modo è possibile ottenere una velocità dati più elevata. Migrando l'operazione a frequenze più elevate, come le previste frequenze delle onde mm. La larghezza di banda assoluta disponibile sarebbe significativamente maggiore delle frequenze RF tipiche. Pertanto, diventano ottenibili velocità di comunicazione wireless più elevate1,2,3. Anche se possiamo avere velocità più elevate alle frequenze delle onde mm, la realizzazione dello strato fisico diventa più impegnativa4,5,6,7. Lo svantaggio principale di operare a frequenze più elevate è avere una perdita di percorso maggiore per le onde elettromagnetiche che si propagano wireless rispetto alle frequenze RF più basse. Per compensare la perdita di percorso, si potrebbe suggerire di aumentare i guadagni dell'amplificatore di potenza nelle radio. Il problema principale di questa soluzione non è solo che consumerà più energia dall'alimentatore e causerà un maggiore riscaldamento, ma renderà anche i dispositivi ingombranti ospitando i dissipatori di calore e l'apparato di raffreddamento richiesto. Per i dispositivi mobili sarebbe poco pratico poiché scaricherà molto rapidamente la batteria del dispositivo. Un rimedio suggerito è quello di utilizzare antenne ad alta direttività che focalizzeranno l'energia verso l'entità comunicante, questo compenserà l'effetto di perdita di percorso e allenterà i requisiti di progettazione degli amplificatori di potenza8,9,10,11,12,13,14,15 .

Il funzionamento alle frequenze delle onde mm è utile anche per applicazioni radar e di rilevamento. Maggiore è la frequenza radar delle operazioni, maggiore è la risoluzione che può essere raggiunta. Diversi lavori hanno proposto l'uso della banda delle onde mm a 24 GHz per applicazioni radar16,17,18,19,20. L'uso di radar a corto raggio per applicazioni sanitarie (rilevamento dei segni vitali)21, sensori radar automobilistici e rilevatori di movimento è diventato onnipresente20,22,23,24,25,26. Inoltre, gli sviluppi nella connettività wireless hanno portato all’invenzione di varie tecnologie dell’Internet delle cose. L’Internet delle cose comprende numerose applicazioni. Un'antenna è parte integrante di qualsiasi dispositivo di comunicazione IoT. Le prestazioni di queste antenne sono un fattore cruciale per le prestazioni dell'intero sistema. Varie strutture di antenne sono state proposte nella letteratura sull'elettronica industriale27,28,29,30,31,32,33, sull'IoT e sui sensori34,35,36,37,38,39,40,41. Nel Rif.42 è stata realizzata un'antenna patch con un risonatore a striscia di recinzione per la comunicazione IoT delle case intelligenti. Per tale comunicazione il diagramma di radiazione dell'antenna deve essere omnidirezionale. Nel Rif.43 è stata realizzata un'antenna per montatura di occhiali unica per la comunicazione IoT. Un'antenna di scansione del raggio programmabile senza sfasatori è stata proposta per la comunicazione tramite relè IoT nel Rif.24. Nel Rif.26 è stata realizzata un'antenna a pinna di squalo, l'antenna sarà utilizzata per futuri sistemi di comunicazione ferroviaria. Nel Rif.23 è stata proposta un'antenna stampata multibanda per smartwatch, l'antenna ha aumentato il numero di bande di frequenza e migliorato l'omnidirettività. Nel Rif.22 un'antenna patch a microstriscia è stata impiegata in un sistema di monitoraggio della salute strutturale (SHM) per misurare la deformazione strutturale. Nel Rif.44 è stato utilizzato un radiatore a matrice parassita orientabile elettronicamente in una fitta rete di sensori wireless. In aggiunta a ciò, la modellazione delle antenne è essenziale nel processo di progettazione, a titolo di esempio ma non limitato a, poiché i modelli equivalenti di antenna esistenti non sono flessibili perché assumono un contorno di antenna rettangolare, è stato proposto un modello di corrente di bordo superficiale ibrido equivalente in Rif.45 per superare la limitazione dei modelli esistenti, questi modelli sono molto utili per la comunicazione Vehicle to Everything (V2X). Le metasuperfici e le tecniche di ingegneria della dispersione possono rivelarsi molto utili anche per varie applicazioni. Le metasuperfici possono essere utilizzate per manipolare efficacemente le caratteristiche delle onde che si propagano46,47.