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Scientific Reports 13권, 기사 번호: 9646(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

3D 프린팅된 유전체 편파기를 갖춘 독특한 고이득 안테나 어레이가 제안되었습니다. 안테나 요소들 사이에 급전 네트워크를 통합함으로써 안테나 어레이 급전 구조의 패키징이 제거됩니다. 이는 낮은 교차 편파 수준으로 깔끔하고 대칭적인 방사 특성을 유지하는 데 상당한 이점이 있습니다. 제안된 구조는 하나의 급전점에 두 개의 요소를 결합하여 4×4 안테나 배열의 배열 분포 급전점을 16점에서 8점으로 줄입니다. 제안된 안테나 배열 구조는 비용이 매우 저렴하며 선형 또는 원형 편파 구조로 사용할 수 있습니다. 안테나 어레이는 두 시나리오 모두에서 20dBi/dBiC의 이득을 달성합니다. 일치 대역폭은 4.1%이고, 3dB 축비(AR) 대역폭은 6%입니다. 안테나 어레이는 비아가 필요 없는 단일 기판 레이어를 사용합니다. 제안된 안테나 어레이는 고성능 메트릭과 저렴한 비용을 유지하면서 24GHz의 다양한 애플리케이션에 적합합니다. 인쇄된 마이크로스트립 라인 기술을 사용하여 안테나 어레이를 트랜시버와 쉽게 통합할 수 있습니다.

무선 통신에서 채널 용량은 Shannon의 한계에 따라 사용 가능한 대역폭에 비례합니다. 대역폭이 많을수록 무선 채널의 용량이 높아집니다. 따라서 더 높은 데이터 전송률을 달성할 수 있습니다. 예상되는 mm-Wave 주파수와 같은 더 높은 주파수로 작업을 마이그레이션합니다. 사용 가능한 절대 대역폭은 일반적인 RF 주파수보다 훨씬 더 큽니다. 따라서 더 빠른 속도의 무선 통신이 가능해집니다1,2,3. mm-Wave 주파수에서는 더 빠른 속도를 가질 수 있지만 물리 계층의 구현은 더욱 어려워집니다4,5,6,7. 더 높은 주파수에서 작동할 때의 주요 단점은 더 낮은 RF 주파수에 비해 무선 전파 전자파에 대한 경로 손실이 더 높다는 것입니다. 경로 손실을 보상하기 위해 무선의 전력 증폭기 이득을 높이는 것이 좋습니다. 이 솔루션의 주요 문제는 공급 장치에서 더 많은 전력을 소모하고 더 많은 발열을 유발할 뿐만 아니라 방열판과 필요한 냉각 장치를 수용하여 장치를 부피가 커지게 한다는 것입니다. 모바일 장치의 경우 장치 배터리가 매우 빨리 소모되므로 실용적이지 않습니다. 제안된 해결 방법은 에너지를 통신 개체에 집중시키는 고지향성 안테나를 사용하는 것입니다. 이는 경로 손실 효과를 보상하고 전력 증폭기의 설계 요구 사항을 완화합니다8,9,10,11,12,13,14,15 .

mm-Wave 주파수에서 작동하는 것은 레이더 및 감지 애플리케이션에도 유용합니다. 레이더 작동 빈도가 높을수록 달성할 수 있는 해상도가 높아집니다. 여러 연구에서는 레이더 애플리케이션에 24GHz mm-Wave 대역의 사용을 제안했습니다16,17,18,19,20. 건강 관리 애플리케이션(생명 징후 감지)21, 자동차 레이더 센서 및 동작 감지기를 위한 단거리 레이더의 사용이 보편화되었습니다20,22,23,24,25,26. 또한, 무선 연결의 발전은 다양한 사물 인터넷 기술의 발명으로 이어졌습니다. 사물 인터넷에는 다양한 애플리케이션이 포함됩니다. 안테나는 모든 IoT 통신 장치의 필수적인 부분입니다. 이러한 안테나의 성능은 전체 시스템 성능에 중요한 요소입니다. Industrial Electronics27,28,29,30,31,32,33, IoT 및 센서 문헌34,35,36,37,38,39,40,41에서 다양한 안테나 구조가 제안되었습니다. Ref.42에서는 스마트 홈 IoT 통신을 위해 펜스-스트립 공진기가 있는 패치 안테나가 구현되었습니다. 이러한 통신을 위해서는 안테나 방사 패턴이 전방향이어야 합니다. Ref.43에서는 IoT 통신을 위한 독특한 안경 프레임 안테나가 구현되었습니다. Ref.24에서는 IoT 중계 통신을 위해 위상 천이 장치가 없는 프로그래밍 가능한 빔 스캐닝 안테나가 제안되었습니다. Ref.26에서는 상어 지느러미 안테나가 구현되었으며, 이 안테나는 미래의 철도 통신 시스템에 사용될 예정입니다. Ref.23에서는 다중 대역 인쇄형 스마트워치 안테나가 제안되었으며, 이 안테나는 주파수 대역 수를 늘리고 전방향성을 향상시켰습니다. Ref.22에서는 구조적 변형을 측정하기 위해 SHM(구조적 상태 모니터링) 시스템에 마이크로스트립 패치 안테나를 사용했습니다. Ref.44에서는 전자적으로 조종 가능한 기생 배열 라디에이터가 밀집된 무선 센서 네트워크에 사용되었습니다. 또한, 안테나의 모델링은 설계 과정에서 필수적이지만, 이에 국한되지 않고 기존 안테나 등가 모델은 직사각형 안테나 윤곽을 가정하기 때문에 유연성이 떨어지므로 하이브리드 등가 표면-에지 전류 모델을 제안하였다. Ref.45에서는 기존 모델의 한계를 극복하기 위해 V2X(Vehicle to Everything) 통신에 매우 유용합니다. 메타표면 및 분산 엔지니어링 기술은 다양한 응용 분야에도 매우 유용하다는 것을 알 수 있으며, 메타표면은 전파파의 특성을 효과적으로 조작하는 데 활용될 수 있습니다46,47.