Немецкий институт FBH разработал рупорную антенну с гофрированной структурой на диапазон 110–170 ГГц

Репортаж от Wedoany，Институт Фердинанда Брауна (Ferdinand Braun Institut, FBH) в Берлине, Германия, завершил проектирование, изготовление и экспериментальную оценку многослойной рупорной антенны с гофрированной структурой для D-диапазона (110–170 ГГц). Номинальная центральная частота антенны составляет 150 ГГц, измеренное усиление — 18,5 дБи, коэффициент отражения ниже −20 дБ, а диаграмма направленности сохраняет стабильность в диапазоне 140–160 ГГц.

В контексте эволюции систем беспроводной связи в сторону субтерагерцового (sub-THz) диапазона и диапазона 6G конструкция антенн должна обеспечивать баланс между усилением, полосой пропускания, эффективностью и технологичностью производства. Рупорные антенны с гофрированной структурой благодаря низким потерям передачи, высокосимметричной диаграмме направленности, низкому уровню кросс-поляризации, а также высокой апертурной эффективности и эффективности излучения подходят для таких высокочастотных линий связи. Эти характеристики способствуют повышению достоверности сигнала, подавлению нежелательных поляризационных составляющих и снижению потерь передачи; с точки зрения «зелёных» информационно-коммуникационных технологий (ИКТ), требуемая мощность передачи для достижения заданного запаса линии связи снижается, что ведёт к уменьшению общего энергопотребления системы.

Целью проектирования данной многослойной антенны было достижение усиления более 20 дБи в рабочей полосе частот, превышающей 10 ГГц.

Компоненты антенны собраны из лазерно-вырезанных алюминиевых пластин толщиной 50 мкм и 200 мкм, выровненных с помощью установочных штифтов и закреплённых винтами. Конический переходной элемент изготовлен из алюминиевой заготовки методом электроэрозионной проволочной резки (wire-EDM) и обеспечивает геометрический и электромагнитный переход от прямоугольного волновода WR-6 к круглой апертуре рупора. Рупорная структура расширяется от круглой апертуры диаметром 1 мм до излучающей апертуры диаметром 7 мм на длине 20 мм.

Результаты измерений хорошо согласуются с данными моделирования, что свидетельствует о высокой предсказуемости конструкции, позволяющей сократить потребность в итерационной переработке, а следовательно, уменьшить сроки разработки, расход материалов и связанный с этим экологический след. Коэффициент отражения ниже −20 дБ указывает на пренебрежимо малые потери мощности из-за рассогласования импедансов: большая доля передаваемой энергии эффективно излучается, а не рассеивается в виде тепла, что напрямую повышает энергоэффективность высокочастотных систем связи.

В диапазоне 140–160 ГГц диаграмма направленности антенны остаётся стабильной, что способствует поддержанию согласованных характеристик линии связи. Измеренное усиление 18,5 дБи несколько ниже целевого значения 20 дБи, однако оно по-прежнему обеспечивает достаточную направленность для высокофокусированных линий связи «точка-точка», способствуя повышению эффективности использования спектра и снижению помех в совмещённых каналах — оба этих фактора являются ключевыми требованиями для энергоэффективных и устойчивых сетей беспроводной связи.

Данная работа частично финансировалась немецким министерством BMFTR в рамках программы «Исследовательская фабрика микроэлектроники Германии (Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland, FMD)» (регистрационный номер 16FMD02) и проекта «GreenICT@FMD» (регистрационный номер 16ME0505).