با افزایش محبوبیت دستگاه های بی سیم، خدمات داده وارد دوره جدیدی از توسعه سریع شده اند که به عنوان رشد انفجاری خدمات داده نیز شناخته می شود. در حال حاضر تعداد زیادی از برنامه ها به تدریج از رایانه ها به دستگاه های بی سیم مانند تلفن های همراه که حمل و کار آن ها به صورت بلادرنگ آسان است مهاجرت می کنند، اما این وضعیت همچنین منجر به افزایش سریع ترافیک داده ها و کمبود منابع پهنای باند شده است. . طبق آمار، نرخ داده در بازار ممکن است طی 10 تا 15 سال آینده به گیگابیت بر ثانیه یا حتی ترابایت بر ثانیه برسد. در حال حاضر، ارتباط THz به سرعت داده گیگابیت بر ثانیه رسیده است، در حالی که نرخ داده Tbps هنوز در مراحل اولیه توسعه است. یک مقاله مرتبط آخرین پیشرفت در نرخ داده گیگابیت بر ثانیه را بر اساس باند THz فهرست می‌کند و پیش‌بینی می‌کند که ترابیت بر ثانیه را می‌توان از طریق مالتی پلکس کردن پلاریزاسیون به دست آورد. بنابراین، برای افزایش سرعت انتقال داده، یک راه حل عملی ایجاد یک باند فرکانسی جدید است که همان باند تراهرتز است که در "منطقه خالی" بین امواج مایکروویو و نور مادون قرمز است. در کنفرانس جهانی ارتباطات رادیویی ITU (WRC-19) در سال 2019، محدوده فرکانس 275-450 گیگاهرتز برای خدمات ثابت و زمینی موبایل استفاده شده است. مشاهده می شود که سیستم های ارتباطی بی سیم تراهرتز توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده است.
امواج الکترومغناطیسی تراهرتز به طور کلی به عنوان باند فرکانسی 0.1-10THz (1THz=1012Hz) با طول موج 0.03-3 میلی متر تعریف می شوند. طبق استاندارد IEEE، امواج تراهرتز 0.3-10 هرتز تعریف می شوند. شکل 1 نشان می دهد که باند فرکانسی تراهرتز بین امواج مایکروویو و نور مادون قرمز است.
شکل 1 نمودار شماتیک باند فرکانس THz.
توسعه آنتن تراهرتز
اگرچه تحقیقات تراهرتز در قرن نوزدهم آغاز شد، اما در آن زمان به عنوان یک رشته مستقل مورد مطالعه قرار نگرفت. تحقیقات بر روی تشعشعات تراهرتز عمدتاً بر روی باند مادون قرمز دور متمرکز بود. تا اواسط تا اواخر قرن بیستم بود که محققان شروع به پیشبرد تحقیقات امواج میلیمتری به باند تراهرتز و انجام تحقیقات تخصصی فناوری تراهرتز کردند.
در دهه 1980، ظهور منابع تشعشعی تراهرتز، کاربرد امواج تراهرتز را در سیستم های عملی ممکن کرد. از قرن بیست و یکم، فناوری ارتباطات بی سیم به سرعت توسعه یافته است و تقاضای مردم برای اطلاعات و افزایش تجهیزات ارتباطی، الزامات سخت گیرانه تری را برای سرعت انتقال داده های ارتباطی مطرح کرده است. بنابراین، یکی از چالش‌های فناوری ارتباطات آینده، کارکردن با سرعت بالای داده گیگابیت بر ثانیه در یک مکان است. تحت توسعه اقتصادی فعلی، منابع طیف به طور فزاینده ای کمیاب شده اند. با این حال، نیازهای انسان برای ظرفیت و سرعت ارتباط بی پایان است. برای مشکل تراکم طیف، بسیاری از شرکت‌ها از فناوری چند خروجی چند ورودی (MIMO) برای بهبود کارایی طیف و ظرفیت سیستم از طریق مالتی پلکس فضایی استفاده می‌کنند. با پیشرفت شبکه های 5G، سرعت اتصال داده هر کاربر از گیگابیت بر ثانیه فراتر می رود و ترافیک داده ایستگاه های پایه نیز به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. برای سیستم‌های ارتباطی سنتی میلیمتری، پیوندهای مایکروویو قادر به مدیریت این جریان‌های عظیم داده نخواهند بود. علاوه بر این، به دلیل نفوذ خط دید، فاصله انتقال ارتباطات مادون قرمز کوتاه و محل تجهیزات ارتباطی آن ثابت است. بنابراین، امواج تراهرتز که بین امواج مایکروویو و مادون قرمز هستند، می توانند برای ساخت سیستم های ارتباطی پرسرعت و افزایش نرخ انتقال داده با استفاده از لینک های THz استفاده شوند.
امواج تراهرتز می توانند پهنای باند ارتباطی وسیع تری را ارائه دهند و محدوده فرکانسی آن حدود 1000 برابر ارتباطات سیار است. بنابراین، استفاده از THz برای ساخت سیستم‌های ارتباطی بی‌سیم فوق‌العاده پرسرعت، راه‌حلی امیدوارکننده برای چالش نرخ داده‌های بالا است که توجه بسیاری از تیم‌های تحقیقاتی و صنایع را به خود جلب کرده است. در سپتامبر 2017، اولین استاندارد ارتباطی بی‌سیم تراهرتز IEEE 802.15.3d-2017 منتشر شد که تبادل داده نقطه به نقطه را در محدوده فرکانس پایین تر THz 252-325 گیگاهرتز تعریف می‌کند. لایه فیزیکی جایگزین (PHY) پیوند می تواند به سرعت داده تا 100 گیگابیت در ثانیه در پهنای باند مختلف دست یابد.
اولین سیستم ارتباطی موفق تراهرتز 0.12 تراهرتز در سال 2004 ایجاد شد و سیستم ارتباطی تراهرتز 0.3 تراهرتز در سال 2013 محقق شد. جدول 1 پیشرفت تحقیقاتی سیستم های ارتباطی تراهرتز در ژاپن را از سال 2004 تا 2013 نشان می دهد.
جدول 1 پیشرفت تحقیق سیستم های ارتباطی تراهرتز در ژاپن از سال 2004 تا 2013
ساختار آنتن یک سیستم ارتباطی توسعه یافته در سال 2004 توسط Nippon Telegraph and Telephone Corporation (NTT) در سال 2005 به تفصیل شرح داده شد. پیکربندی آنتن در دو مورد معرفی شد، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است.
شکل 2 نمودار شماتیک سیستم ارتباط بی سیم NTT 120 گیگاهرتز ژاپن
این سیستم تبدیل فوتوالکتریک و آنتن را ادغام می کند و دو حالت کار را اتخاذ می کند:
1. در یک محیط داخلی با برد نزدیک، فرستنده آنتن مسطح که در داخل خانه استفاده می شود از یک تراشه فتودیود حامل تک خطی (UTC-PD)، یک آنتن اسلات مسطح و یک لنز سیلیکونی تشکیل شده است، همانطور که در شکل 2(a) نشان داده شده است.
2. در یک محیط دوربرد در فضای باز، به منظور بهبود تأثیر تلفات انتقال زیاد و حساسیت کم آشکارساز، آنتن فرستنده باید بهره بالایی داشته باشد. آنتن تراهرتز موجود از یک لنز نوری گاوسی با بهره بیش از 50 دسی‌بی‌ای استفاده می‌کند. ترکیب شاخ تغذیه و لنز دی الکتریک در شکل 2 (ب) نشان داده شده است.
علاوه بر توسعه یک سیستم ارتباطی 0.12 هرتز، NTT همچنین یک سیستم ارتباطی 0.3 هرتز را در سال 2012 توسعه داد. از طریق بهینه سازی مداوم، نرخ انتقال می تواند تا 100 گیگابیت بر ثانیه نیز برسد. همانطور که از جدول 1 مشاهده می شود، کمک زیادی به توسعه ارتباطات تراهرتز کرده است. با این حال، کار تحقیقاتی فعلی دارای معایب فرکانس عملیاتی کم، اندازه بزرگ و هزینه بالا است.
بیشتر آنتن‌های تراهرتزی که در حال حاضر استفاده می‌شوند از آنتن‌های موج میلیمتری اصلاح شده‌اند و نوآوری کمی در آنتن‌های تراهرتزی وجود دارد. بنابراین، به منظور بهبود عملکرد سیستم های ارتباطی تراهرتز، یک وظیفه مهم بهینه سازی آنتن های تراهرتزی است. جدول 2 پیشرفت تحقیق ارتباطات THz آلمان را فهرست می کند. شکل 3 (الف) یک سیستم ارتباطی بی سیم THz را نشان می دهد که فوتونیک و الکترونیک را ترکیب می کند. شکل 3 (ب) صحنه آزمایش تونل باد را نشان می دهد. با قضاوت از وضعیت فعلی تحقیقات در آلمان، تحقیق و توسعه آن نیز دارای معایبی مانند فرکانس عملیاتی پایین، هزینه بالا و راندمان پایین است.
جدول 2 پیشرفت تحقیق ارتباطات THz در آلمان
شکل 3 صحنه آزمایش تونل باد
مرکز ICT CSIRO همچنین تحقیقاتی را در مورد سیستم‌های ارتباطی بی‌سیم داخلی THz آغاز کرده است. همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است، این مرکز رابطه بین سال و فرکانس ارتباط را مورد مطالعه قرار داد. همانطور که از شکل 4 مشاهده می شود، تا سال 2020، تحقیقات در مورد ارتباطات بی سیم به باند THz تمایل دارد. حداکثر فرکانس ارتباطی با استفاده از طیف رادیویی حدود ده برابر هر بیست سال افزایش می یابد. این مرکز توصیه هایی در مورد الزامات آنتن های THz و آنتن های سنتی مانند شیپور و لنز برای سیستم های ارتباطی THz ارائه کرده است. همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است، دو آنتن شیپوری به ترتیب در 0.84 و 1.7 هرتز کار می کنند، با ساختار ساده و عملکرد پرتو گوسی خوب.
شکل 4 رابطه بین سال و فرکانس
RM-BDHA818-20A
RM-DCPHA105145-20
شکل 5 دو نوع آنتن بوق
ایالات متحده تحقیقات گسترده ای در زمینه انتشار و تشخیص امواج تراهرتز انجام داده است. آزمایشگاه‌های تحقیقاتی معروف تراهرتز عبارتند از: آزمایشگاه پیشرانه جت (JPL)، مرکز شتاب‌دهنده خطی استنفورد (SLAC)، آزمایشگاه ملی ایالات متحده (LLNL)، سازمان ملی هوانوردی و فضایی (NASA)، بنیاد ملی علوم (NSF) و غیره. آنتن های تراهرتزی جدید برای کاربردهای تراهرتز طراحی شده اند، مانند آنتن های پاپیونی و فرمان پرتو فرکانسی آنتن ها با توجه به توسعه آنتن های تراهرتز، می توانیم در حال حاضر سه ایده اصلی طراحی برای آنتن های تراهرتز، همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است، بدست آوریم.
شکل 6 سه ایده اصلی طراحی برای آنتن های تراهرتز
تحلیل فوق نشان می دهد که اگرچه بسیاری از کشورها توجه زیادی به آنتن های تراهرتز داشته اند، اما هنوز در مرحله اکتشاف و توسعه اولیه است. به دلیل تلفات انتشار زیاد و جذب مولکولی، آنتن های THz معمولاً با فاصله انتقال و پوشش محدود می شوند. برخی از مطالعات بر فرکانس های عملیاتی پایین تر در باند THz تمرکز دارند. تحقیقات موجود در مورد آنتن تراهرتز عمدتاً بر بهبود بهره با استفاده از آنتن های لنز دی الکتریک و غیره و بهبود کارایی ارتباط با استفاده از الگوریتم های مناسب متمرکز است. علاوه بر این، چگونگی بهبود کارایی بسته بندی آنتن تراهرتز نیز یک مسئله بسیار فوری است.
آنتن های عمومی THz
انواع مختلفی از آنتن‌های THz موجود است: آنتن‌های دوقطبی با حفره‌های مخروطی، آرایه‌های بازتابنده گوشه، دوقطبی‌های پاپیونی، آنتن‌های مسطح عدسی دی‌الکتریک، آنتن‌های رسانای نوری برای تولید منابع تابش منبع THz، آنتن‌های شیپوری، آنتن‌های THz بر اساس مواد گرافن و غیره. مواد مورد استفاده برای ساخت آنتن های THz را می توان تقریباً تقسیم کرد به آنتن های فلزی (عمدتا آنتن های بوق)، آنتن های دی الکتریک (آنتن های لنز)، و آنتن های مواد جدید. در این بخش ابتدا تحلیلی مقدماتی از این آنتن ها ارائه می شود و سپس در قسمت بعدی، پنج آنتن معمولی THz به تفصیل معرفی و به صورت عمیق مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرند.
1. آنتن های فلزی
آنتن بوق یک آنتن فلزی معمولی است که برای کار در باند THz طراحی شده است. آنتن گیرنده موج میلی متری کلاسیک یک شیپور مخروطی است. آنتن های موج دار و دو حالته دارای مزایای زیادی هستند، از جمله الگوهای تابش متقارن دورانی، بهره بالای 20 تا 30 دسی بل و سطح قطبش متقاطع پایین 30 دسی بل، و راندمان کوپلینگ 97 تا 98 درصد. پهنای باند موجود دو آنتن شیپوری به ترتیب 30%-40% و 6%-8% می باشد.
از آنجایی که فرکانس امواج تراهرتز بسیار زیاد است، اندازه آنتن شیپوری بسیار کوچک است که پردازش بوق را به خصوص در طراحی آرایه های آنتن بسیار دشوار می کند و پیچیدگی فناوری پردازش منجر به هزینه و هزینه بیش از حد می شود. تولید محدود با توجه به دشواری ساخت قسمت پایینی طرح شیپور پیچیده، معمولاً از یک آنتن شاخ ساده به شکل شیپور مخروطی یا مخروطی استفاده می شود که می تواند هزینه و پیچیدگی فرآیند را کاهش دهد و عملکرد تشعشعی آنتن را حفظ کند. خوب
آنتن فلزی دیگر یک آنتن هرمی موج سیار است که از یک آنتن موج سیار تشکیل شده است که روی یک فیلم دی الکتریک 1.2 میکرونی یکپارچه شده و در یک حفره طولی که بر روی ویفر سیلیکونی حک شده است، معلق است، همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است. این آنتن یک ساختار باز است که سازگار با دیودهای شاتکی با توجه به ساختار نسبتاً ساده و نیازهای ساخت کم، می توان آن را به طور کلی در باندهای فرکانسی بالای 0.6 هرتز استفاده کرد. با این حال، سطح لوب جانبی و سطح قطبش متقاطع آنتن، احتمالاً به دلیل ساختار باز آن بالا است. بنابراین، راندمان کوپلینگ آن نسبتاً پایین است (حدود 50٪).
شکل 7 آنتن هرمی موج سیار
2. آنتن دی الکتریک
آنتن دی الکتریک ترکیبی از بستر دی الکتریک و رادیاتور آنتن است. از طریق طراحی مناسب، آنتن دی الکتریک می تواند به تطابق امپدانس با آشکارساز دست یابد و مزایای فرآیند ساده، ادغام آسان و هزینه کم را دارد. در سال‌های اخیر، محققان چندین آنتن جانبی باند باریک و پهن باند طراحی کرده‌اند که می‌توانند با آشکارسازهای امپدانس پایین آنتن‌های دی‌الکتریک تراهرتز مطابقت داشته باشند: آنتن پروانه‌ای، آنتن U شکل دوبل، آنتن دوره‌ای لگ و آنتن سینوسی لگ تناوبی. در شکل 8 نشان داده شده است. علاوه بر این، هندسه های پیچیده تری را می توان آنتن طراحی کرد از طریق الگوریتم ژنتیک
شکل 8 چهار نوع آنتن مسطح
با این حال، از آنجایی که آنتن دی الکتریک با یک بستر دی الکتریک ترکیب می شود، یک اثر موج سطحی زمانی رخ می دهد که فرکانس به باند THz تمایل پیدا کند. این عیب کشنده باعث می شود آنتن انرژی زیادی را در حین کار از دست بدهد و منجر به کاهش قابل توجه راندمان تابش آنتن شود. همانطور که در شکل 9 نشان داده شده است، زمانی که زاویه تابش آنتن بزرگتر از زاویه قطع است، انرژی آن در زیرلایه دی الکتریک محدود شده و با حالت زیرلایه جفت می شود.
شکل 9 اثر موج سطحی آنتن
با افزایش ضخامت بستر، تعداد حالت‌های مرتبه بالا افزایش می‌یابد و جفت شدن بین آنتن و زیرلایه افزایش می‌یابد و در نتیجه انرژی از دست می‌رود. به منظور تضعیف اثر موج سطحی، سه طرح بهینه سازی وجود دارد:
1) با استفاده از ویژگی های شکل دهی پرتو امواج الکترومغناطیسی، عدسی را روی آنتن بارگذاری کنید تا بهره را افزایش دهید.
2) ضخامت زیرلایه را کاهش دهید تا از تولید حالت های درجه بالا امواج الکترومغناطیسی سرکوب شود.
3) مواد دی الکتریک زیرلایه را با یک شکاف نواری الکترومغناطیسی (EBG) جایگزین کنید. ویژگی های فیلتر فضایی EBG می تواند حالت های مرتبه بالا را سرکوب کند.
3. آنتن مواد جدید
علاوه بر دو آنتن فوق، یک آنتن تراهرتز نیز از مواد جدید ساخته شده است. به عنوان مثال، در سال 2006، جین هائو و همکاران. یک آنتن دوقطبی نانولوله کربنی پیشنهاد کرد. همانطور که در شکل 10 (الف) نشان داده شده است، دوقطبی به جای مواد فلزی از نانولوله های کربنی ساخته شده است. او به دقت خواص مادون قرمز و نوری آنتن دوقطبی نانولوله کربنی را مورد مطالعه قرار داد و ویژگی‌های کلی آنتن دوقطبی نانولوله‌های کربنی با طول محدود، مانند امپدانس ورودی، توزیع جریان، بهره، بازده و الگوی تابش را مورد بحث قرار داد. شکل 10 (ب) رابطه بین امپدانس ورودی و فرکانس آنتن دوقطبی نانولوله کربنی را نشان می دهد. همانطور که در شکل 10(b) مشاهده می شود، قسمت خیالی امپدانس ورودی دارای چندین صفر در فرکانس های بالاتر است. این نشان می دهد که آنتن می تواند رزونانس های متعددی را در فرکانس های مختلف به دست آورد. بدیهی است که آنتن نانولوله کربنی در محدوده فرکانسی خاصی (فرکانس‌های تراهرتز پایین‌تر) رزونانس از خود نشان می‌دهد، اما کاملاً قادر به تشدید خارج از این محدوده نیست.
شکل 10 (الف) آنتن دوقطبی نانولوله کربنی. (ب) منحنی امپدانس ورودی - فرکانس
در سال 2012، سمیر ف. محمود و عید ر. العجمی یک ساختار آنتن تراهرتز جدید مبتنی بر نانولوله های کربنی را پیشنهاد کردند که شامل بسته ای از نانولوله های کربنی پیچیده شده در دو لایه دی الکتریک است. لایه دی الکتریک داخلی یک لایه فوم دی الکتریک است و لایه دی الکتریک بیرونی یک لایه فراماده است. ساختار خاص در شکل 11 نشان داده شده است. از طریق آزمایش، عملکرد تشعشع آنتن در مقایسه با نانولوله های کربنی تک جداره بهبود یافته است.
شکل 11 آنتن تراهرتز جدید مبتنی بر نانولوله های کربنی
آنتن‌های تراهرتز مواد جدید پیشنهاد شده در بالا عمدتاً سه بعدی هستند. به منظور بهبود پهنای باند آنتن و ساخت آنتن های منسجم، آنتن های گرافن مسطح مورد توجه گسترده قرار گرفته اند. گرافن دارای ویژگی های کنترل پیوسته دینامیکی عالی است و می تواند با تنظیم ولتاژ بایاس پلاسمای سطح تولید کند. پلاسمای سطحی در سطح مشترک بین بسترهای ثابت دی الکتریک مثبت (مانند Si، SiO2 و غیره) و بسترهای ثابت دی الکتریک منفی (مانند فلزات گرانبها، گرافن و غیره) وجود دارد. تعداد زیادی "الکترون آزاد" در رساناهایی مانند فلزات گرانبها و گرافن وجود دارد. این الکترون های آزاد را پلاسما نیز می نامند. به دلیل وجود میدان پتانسیل ذاتی در هادی، این پلاسماها در حالت پایدار هستند و توسط دنیای خارج مختل نمی شوند. هنگامی که انرژی موج الکترومغناطیسی فرودی با این پلاسماها جفت می شود، پلاسماها از حالت پایدار منحرف شده و به ارتعاش در می آیند. پس از تبدیل، حالت الکترومغناطیسی یک موج مغناطیسی عرضی را در سطح مشترک تشکیل می دهد. با توجه به توصیف رابطه پراکندگی پلاسمای سطح فلز توسط مدل درود، فلزات به طور طبیعی نمی توانند با امواج الکترومغناطیسی در فضای آزاد جفت شوند و انرژی را تبدیل کنند. استفاده از مواد دیگر برای تحریک امواج پلاسمای سطحی ضروری است. امواج پلاسمای سطحی به سرعت در جهت موازی سطح مشترک فلز- بستر تجزیه می شوند. هنگامی که هادی فلزی در جهت عمود بر سطح هدایت می شود، یک اثر پوستی رخ می دهد. بدیهی است که به دلیل کوچک بودن آنتن، در باند فرکانس بالا اثر پوستی وجود دارد که باعث می شود عملکرد آنتن به شدت کاهش یابد و نتواند نیازهای آنتن های تراهرتزی را برآورده کند. پلاسمون سطحی گرافن نه تنها نیروی اتصال بالاتر و تلفات کمتری دارد، بلکه از تنظیم الکتریکی مداوم نیز پشتیبانی می کند. علاوه بر این، گرافن دارای رسانایی پیچیده در باند تراهرتز است. بنابراین انتشار موج آهسته به حالت پلاسما در فرکانس های تراهرتز مرتبط است. این ویژگی ها به طور کامل امکان گرافن برای جایگزینی مواد فلزی در باند تراهرتز را نشان می دهد.
بر اساس رفتار پلاریزاسیون پلاسمون های سطح گرافن، شکل 12 نوع جدیدی از آنتن نواری را نشان می دهد و شکل نواری ویژگی های انتشار امواج پلاسما در گرافن را پیشنهاد می کند. طراحی باند آنتن قابل تنظیم روش جدیدی برای مطالعه ویژگی‌های انتشار آنتن‌های تراهرتز مواد جدید ارائه می‌کند.
شکل 12 آنتن نواری جدید
علاوه بر کاوش عناصر آنتن تراهرتز با مواد جدید واحد، آنتن‌های تراهرتز نانو وصله گرافن را می‌توان به‌عنوان آرایه‌هایی برای ساخت سیستم‌های ارتباطی آنتن چند خروجی چند ورودی تراهرتز طراحی کرد. ساختار آنتن در شکل 13 نشان داده شده است. بر اساس ویژگی های منحصر به فرد آنتن های نانوپچ گرافن، عناصر آنتن دارای ابعاد میکرونی هستند. رسوب بخار شیمیایی به طور مستقیم تصاویر گرافن مختلف را بر روی یک لایه نیکل نازک سنتز می کند و آنها را به هر بستری منتقل می کند. با انتخاب تعداد مناسبی از قطعات و تغییر ولتاژ بایاس الکترواستاتیک، جهت تابش را می توان به طور موثر تغییر داد و سیستم را قابل تنظیم مجدد ساخت.
شکل 13 آرایه آنتن تراهرتز نانوپچ گرافن
تحقیق در مورد مواد جدید یک مسیر نسبتاً جدید است. انتظار می‌رود که نوآوری مواد محدودیت‌های آنتن‌های سنتی را شکسته و انواع آنتن‌های جدید را توسعه دهد، مانند متامومادهای قابل تنظیم مجدد، مواد دو بعدی (2 بعدی) و غیره. با این حال، این نوع آنتن عمدتاً به نوآوری جدید بستگی دارد. مواد و پیشرفت تکنولوژی فرآیند. در هر صورت، توسعه آنتن‌های تراهرتز به مواد نوآورانه، فناوری پردازش دقیق و ساختارهای طراحی جدید نیاز دارد تا نیازهای آنتن‌های تراهرتز با بهره بالا، هزینه کم و پهنای باند وسیع را برآورده کند.
در ادامه به معرفی اصول اولیه سه نوع آنتن تراهرتز: آنتن های فلزی، آنتن دی الکتریک و آنتن مواد جدید پرداخته و تفاوت ها و مزایا و معایب آنها را تحلیل می کند.
1. آنتن فلزی: هندسه ساده، آسان برای پردازش، هزینه نسبتا کم، و نیاز کم برای مواد بستر است. با این حال، آنتن های فلزی از یک روش مکانیکی برای تنظیم موقعیت آنتن استفاده می کنند که مستعد خطا است. اگر تنظیم درست نباشد، عملکرد آنتن تا حد زیادی کاهش می یابد. اگرچه اندازه آنتن فلزی کوچک است، اما مونتاژ آن با مدار مسطح دشوار است.
2. آنتن دی الکتریک: آنتن دی الکتریک دارای امپدانس ورودی کم است، به راحتی با یک آشکارساز امپدانس پایین مطابقت دارد و اتصال آن با مدار مسطح نسبتاً ساده است. اشکال هندسی آنتن های دی الکتریک شامل شکل پروانه ای، شکل U دوتایی، شکل لگاریتمی معمولی و شکل سینوس تناوبی لگاریتمی است. با این حال، آنتن های دی الکتریک یک نقص کشنده نیز دارند، یعنی اثر موج سطحی ناشی از زیرلایه ضخیم. راه حل این است که یک لنز را بارگذاری کنید و زیرلایه دی الکتریک را با ساختار EBG جایگزین کنید. هر دو راه حل نیاز به نوآوری و بهبود مستمر فناوری فرآیند و مواد دارند، اما عملکرد عالی آنها (مانند همه جهت گیری و سرکوب امواج سطحی) می تواند ایده های جدیدی برای تحقیق آنتن های تراهرتز ارائه دهد.
3. آنتن های مواد جدید: در حال حاضر، آنتن های دوقطبی جدید ساخته شده از نانولوله های کربنی و ساختارهای آنتن جدید ساخته شده از متا مواد ظاهر شده اند. مواد جدید می‌توانند پیشرفت‌های عملکردی جدیدی را به ارمغان بیاورند، اما پیش‌فرض، نوآوری علم مواد است. در حال حاضر، تحقیق بر روی آنتن های مواد جدید هنوز در مرحله اکتشافی است و بسیاری از فناوری های کلیدی به اندازه کافی بالغ نیستند.
به طور خلاصه، انواع مختلفی از آنتن های تراهرتز را می توان با توجه به نیازهای طراحی انتخاب کرد:
1) در صورت نیاز به طراحی ساده و هزینه تولید پایین، می توان آنتن های فلزی را انتخاب کرد.
2) اگر به یکپارچگی بالا و امپدانس ورودی کم نیاز باشد، می توان آنتن های دی الکتریک را انتخاب کرد.
3) در صورت نیاز به پیشرفت در عملکرد، می توان آنتن های مواد جدید را انتخاب کرد.
طرح های فوق را نیز می توان با توجه به نیازهای خاص تنظیم کرد. به عنوان مثال، دو نوع آنتن را می توان برای به دست آوردن مزایای بیشتر ترکیب کرد، اما روش مونتاژ و فن آوری طراحی باید الزامات دقیق تری را برآورده کند.
برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد آنتن ها به آدرس زیر مراجعه کنید:
زمان ارسال: اوت-02-2024
