طورت جامعة نانتونغ هوائي مرشّح متكامل مع الركيزة عريض النطاق، يعمل كرنّان عازل، لتطبيقات الموجات المليمترية

اقترح باحثون في جامعة نانتونغ هوائية واسعة النطاق من نوع رنان عازل مدمج في الركيزة (SIDR)، تتميّز بخصائص ترشيح مدمجة لتطبيقات الموجات الملليمترية (mmWave). وتتميّز الهوائية برنان عازل مدمج في الركيزة يعمل على نمطين، ويُثار بواسطة هيكل تغذية مايكروستريب على شكل حرف T مزدوج مُقترن عبر شق. ويتكون الرنان العازل المدمج في الركيزة من ركائز مرصوفة تتضمّن فتحات هوائية على الأطراف وتجاويف معدنية عبر ثقوب، مما يسمح بإثارة وضعَي الرنين TE111 وTE131 في وقتٍ واحد.

لتحسين أداء ترشيح الهوائي بشكل أكبر، تم إدخال زوج من خطوط النقل الميكروشريطية، وقطع صغيرة مدمجة مع دبابيس توصيل قصيرة، وفجوتين هوائيتين مركزيتين كمكونات مساعدة. وقد صُممت هذه الهياكل لتشويش الوضع TE131، وتوليد نقاط انعدام في الإشعاع، وتحسين قمع الترددات خارج النطاق بشكل ملحوظ.

يتكوّن شبكة التغذية المزدوجة على شكل حرف T من زوجين من الأطراف المفتوحة ذات الأطوال المختلفة، والتي تُولِّد كلًّا من نقاط انعدام الإشعاع والأصفار الانعكاسية. ويُحسِّن هذا الترتيب مطابقة المعاوقة لمُرجِّح الشق بينما يعزِّز القمع في نطاق التوقف العلوي.

لتوثيق التصميم المقترح، تم تصنيع نموذج أولي لمجموعة هوائيات مكوَّنة من ١×٤ وتم تقييمها تجريبيًّا. ويعمل هذا الهوائي عند تردد ٢٤ جيجاهرتز، ويحقِّق عرض نطاق ترددي لمقاومة الدخل بنسبة ٣٤٪ يغطي النطاق من ١٩,٨ إلى ٢٧,٩ جيجاهرتز، مع أقصى كسب فعلي يبلغ ١٣,١ ديسيبل-آي، وقمع خارج النطاق يبلغ نحو ٢١ ديسيبل، ما يُظهر أداءً ممتازًا في مجال العرض الترددي الواسع والمرشِّحات لأنظمة الاتصالات الموجية المليمترية من الجيل القادم.

الكلمات المفتاحية: هوائي رنين عازل (DRA)، هوائي مرشِّح، هوائي موجي مليمتري، رنين عازل مدمج في الركيزة (SIDR)، هوائي عريض النطاق، قمع خارج النطاق، نقاط إشعاع صفرية، هوائي ٢٤ جيجاهرتز.

الخاتمة

تعرض هذه الورقة عملاً بحثياً يقدّم هوائيَّاً رنينياً عازلياً مدمجاً في الركيزة مع خصائص ترشيح واسعة النطاق (SIFDRA) لتطبيقات الموجات المليمترية، وقد تم التحقق تجريبياً من أداء هذا الهوائي. ويتميز الهوائي المقترح بعرض نطاق ترددي واسع للإعاقة، ويحتوي على أربعة أصفار انعكاس، إلى جانب خصائص ترشيح ممتازة تحقّقها ثلاثة نقاط انعدام إشعاعية. علاوةً على ذلك، يوفّر مستوىً عالياً من القمع خارج النطاق ضمن نطاق القمع، ما يحسّن بشكلٍ كبيرٍ الانتقائية الترددية.

وللتحقق من صحة التصميم المقترح، تم تصنيع نموذج أولي لهوائي مكوّن من صفٍّ واحد يضم أربعة عناصر (1×4) وإجراء قياساته. وتُظهر النتائج التجريبية توافقاً ممتازاً مع الأداء المحاكى، ما يؤكّد فعالية وموثوقية التصميم المقترح للهوائي. وبفضل البنية المدمجة في الركيزة، يمكن تنفيذ ترتيب العناصر الهوائية على شكل صفٍّ مستوٍ، مما يقلّل بشكلٍ فعّالٍ من تسامح التجميع ويزيد من دقة التصنيع في تطبيقات الموجات المليمترية.