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Nov 11, 2023

Análise e projeto de ultra

Relatórios Científicos volume 12,

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 14214 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Neste artigo, um novo método para facilitar o projeto de estruturas de Guia de Ondas Impressas Ridge Gap (PRGW) é apresentado. Uma das principais dificuldades em projetar tais estruturas está relacionada ao seu processo de simulação, que consome muito tempo e energia. Portanto, uma condição de contorno adequada é considerada para produzir a estrutura primária sem envolver o leito de pregos ou as células unitárias em forma de cogumelo. Usando esta técnica, um acoplador de caixa dupla híbrido PRGW 3 dB de banda larga é projetado para servir em frequências de onda milimétrica a uma frequência central de 30 GHz, que pode ser implantado para a próxima geração de comunicação móvel. O acoplador projetado fornece uma ampla largura de banda de correspondência e isolamento com baixo desequilíbrio de amplitude de saída, o que é único em comparação com os acopladores atuais. O protótipo do acoplador proposto é fabricado e medido onde os resultados de simulação e medição mostram uma boa concordância indicando a força do método proposto no projeto de estrutura PRGW também. Os resultados medidos mostram que os acopladores atingem mais de 10 dB de perda de retorno e isolamento na faixa de frequência de 25 a 40 GHz (46% BW) com o desequilíbrio de divisão de potência e erro de fase dentro de ± 1 dB e ± 5°, respectivamente. Além disso, os cogumelos quadrados são escolhidos aqui para satisfazer a superfície de alta impedância. Além de proporcionar maior largura de banda de parada, sua configuração facilita a disposição dos mesmos ao redor do acoplador. O projeto proposto possui excelentes características, como baixo perfil, baixa perda e fácil integração com circuitos e sistemas de micro-ondas que podem ser adequados para projetar redes de formação de feixes de ondas milimétricas.

As próximas tecnologias de comunicação sem fio de sexta geração (6G) e quinta geração (5G) revolucionaram fundamentalmente o setor de telecomunicações1. A próxima geração de comunicações móveis requer o uso de um espectro de alta frequência devido à limitada largura de banda dos canais atuais que trabalharam em canais de frequência de microondas2. A banda de frequência de onda milimétrica (onda mm) começando de 30 a 300 GHz é um bom candidato para o propósito proposto. O espectro de ondas milimétricas com grande largura de banda disponível é uma tecnologia promissora para a próxima geração para aumentar a taxa de transmissão de dados na ordem de multigigabit/s e triunfar na escassez de largura de banda no espectro de micro-ondas tradicional saturado3,4. Essa evolução das comunicações de dados sem fio das bandas atuais de micro-ondas e frequências mais baixas para as bandas de ondas milimétricas criou desafios e oportunidades para designers de serviços móveis5,6,7.

Nesse contexto, muitos trabalhos têm sido realizados em relação ao projeto de acopladores, antenas, filtros e ressonadores8,9,10,11,12,13,14. As tecnologias usadas para projetar os componentes em bandas de frequência de ondas milimétricas têm sido principalmente linhas de microstrip, guias de onda e guias de onda integrados ao substrato (SIW)15,16,17. No entanto, existe um grande problema associado a essas tecnologias, sendo perdas devido a perdas dielétricas e condutoras ou vazamento de vias incluindo paredes18,19,20,21. Para isso, recentemente, uma nova tecnologia chamada Ridge Gap Waveguide (RGW) ou particularmente estruturas Printed-RGW (PRGW) são consideradas para resolver este problema22,23,24,25,26,27,28, isso permite que a onda eletromagnética propagam no entreferro entre o condutor e a cumeeira e conseqüentemente eliminam as perdas dielétricas. Além disso, o vazamento de energia reduz como resultado da cama de pregos em RGW ou Gaps de Bandas Eletromagnéticas (EBGs) em PRGW29.

Por outro lado, a realização do sistema de comunicação 5G na frequência de onda mm com comprimentos de onda curtos é limitada pela alta perda de caminho e absorção atmosférica, implicando em um alcance de comunicação reduzido. Embora essa limitação possa ser compensada usando antenas de alto ganho, elas têm uma largura de feixe direcional estreita, exigindo técnicas de comutação de feixe para compensar o desalinhamento do feixe principal. As redes de comutação de feixe são necessárias para enfrentar os desafios e as expectativas da tecnologia futura. Isso pode ser resumido como eficiência de alta potência, sistemas multiusuário e grande capacidade de canal com ampla cobertura de varredura.