$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
עיצוב אנטנה והגדרת סימולציה
האנטנה תוכננה באמצעות תוכנת סימולציה אלקטרומגנטית תלת-ממדית מסחרית המבוססת על טכניקת האינטגרציה הסופית (FIT)10. פרמטרי הסימולציה הוגדרו כך: (i) סוג פותר: פותר בתחום הזמן עם רשת הקשהדרלית; (ii) טווח תדרים: 4–7 גיגה-הרץ; (iii) צפיפות רשת: 20 קווים לכל אורך גל, שיפור רשת אדפטיבית עם סף דיוק של –30 dB; (iv) תנאי גבול: פתוח (מוסף מרחב) בכל הכיוונים עם מרחק מינימלי של λ/4 מהמבנה; (v) מוניטורים של שדה רחוק: מוגדרים במרווחי 0.1 GHz בטווח התדרים; (vi) עירור פורט: פורט מדריך גל עם 50 Ω התנגדות. רוג'רס RT/דורואיד 8550 נבחר עם פרמיטיביות יחסית (εr) של 2.55, עובי של 1.5 מ"מ, ומשיק אובדן (δ חום בהיר) של 0.0033. נקודת ביקורת ויזואלית: עם סיום גיאומטריית המודל, מבנה האנטנה אמור להיראות כפי שמוצג באיור 1, עם תאי CRLH מוגדרים בבירור, קבלים בין-דיגיטליים וסלילים מסוג T-stub.
ייצור אנטנות CRLH-TL
האנטנה השתמשה במבנה הזנה של מדריך גל קו-פלנרי אסימטרי (CPW). הקיבול הסדרתי מומש באמצעות קבל בין-דיגיטלי, ואינדוקטיביות השאנט יושמה באמצעות סליל T-stub, כאשר כל הממדים הגיאומטריים מוגדרים לפי הפריסה המוצגת באיור 2A. אינדוקטיביות השנט יושמה באמצעות סליל T-stub (רוחב גבעול: 0.5 מ"מ, אורך גבעול: 15 מ"מ, רוחב גזע: 6.0 מ"מ, אורך קצר: 6.0 מ"מ). במקום חורים קונבנציונליים, שולב מבנה עקומת הילברט מדרגה שלישית (ממדים חיצוניים: 7.87 מ"מ × 7.87 מ"מ; רוחב עקבות: 0.48 מ"מ; רווח: 1.19 מ"מ; אורכי מקטעים נוספים של 2.39 מ"מ, 1.43 מ"מ ו-3.10 מ"מ כפי שמוצג באיור 2B) בצד האחורי של המצע כדי לספק עומס אינדוקטיבי תוך מזעור אובדן קרינה11. תאים בני שבעה-עשר יחידות סודרו במערך ליניארי של 1 × 17 עם מרווח בין תאים של 8.5 מ"מ (בערך λg/4 בתדר 5.6 GHz). ממדי הקבל הבין-דיגיטלי ומסליל T-stub היו אופטימיזציה פרמטרית; העיצוב הסופי מתאים לתצורה שמניבה את הרווח המקסימלי והמינימום S11, כפי שמוצג באיור 2.
מימוש מבנה EBG
מערך 17 × 1 של מבני עקומת הילברט מדרגה שלישית הודפס על פני השטח האחוריים של המצע, מיושר באופן קונצנטרי עם כל סליל T-stub. כל אלמנט הילברט תפס שטח של 7.87 מ"מ × 7.87 מ"מ, כאשר סליל ה-T-stub ממוקם במרכז אזור זה כדי למקסם את הקישור ההשראותי12. מערך ה-EBG הוצב כך שצירו האורכי חופף לקו המרכזי של מערך CRLH-TL, כאשר הרישום הושג באמצעות סימני יישור אופטי במהלך פוטוליתוגרפיה. ה-EBG של הילברט מדכא התפשטות גלי שטח ומשפר התאמת התנגדות13. נקודת ביקורת ויזואלית: גאומטריית הילברט הפרקטלית מסדר שלישי המשמשת למימוש EBG מוצגת באיור 2B.
עיצוב רפלקטור AMC
מערך רפלקטורים בגודל 7 × 10 AMC תוכנן באמצעות תאי יחידה משושים (אורך צד: 5.2 מ"מ; מחזוריות: 9.0 מ"מ). כל תא יחידה כלל שלושה חריצים מלבניים (אורך: 3.5 מ"מ; רוחב: 0.4 מ"מ) המסודרים במרווחי 120° במרכז התיקון להשגת אפס פאזה של החזרה ב-5.6 גיגה-הרץ. המערך יוצר על מצע Rogers RT/duroid זהה והוצב במרחק 8.0 מ"מ (כ-λ0/6.7 בתדר 5.6 GHz) מתחת למישור הארקה של האנטנה. מרווח האלמנטים נשמר ב-0.5 מ"מ בין משושים סמוכים, מה שהניב טביעת רגל כוללת של 200 מ"מ ×-100 מ"מ. יישור מערך ה-AMC ביחס לאנטנה הושג באמצעות חיבור מכני עם שלבים מתכווננים במיקרומטר, מה שהבטיח דיוק מיקום של ±0.1 מ"מ. נקודת ביקורת ויזואלית: גאומטריית יחידת תא הרפלקטור AMC ופריסת המערך המלאה צריכים להתאים לאיור 3.
אינטגרציה עם מתג אופטי
נגדים תלויי אור (LDRs) על פני השטח שולבו במקטע T של כל תא יחידת CRLH. כל ממרחק רחוק הוצב על פני רווח של 0.5 מ"מ בגבעול סליל T-stub, במרחק 3.0 מ"מ מהחיבור הקצר. חיבור מרחוק בוצע באמצעות אפוקסי מוליך שהתקשה בטמפרטורה של 80°C למשך 30 דקות. דיודת לייזר אדומה חיצונית בקוטר 635 ננומטר (הספק אופטי: 5 מ"ואט; קוטר קרן: 3 מ"מ) שימשה כמקור האופטי. קרן הלייזר הופנתה באמצעות מערכת מראה גלוונומטרית הנשלטת על ידי מחשב, שאפשרה תאורה סלקטיבית של קרומי מרחק בודדים או קבוצות של קרונות. לצורך אפיון OFF-state, האור נחסם באמצעות כיסויי פוליוויניל כלוריד (PVC) שחורים אטומים (עובי: 1.5 מ"מ; מידות: 10 מ"מ × 15 מ"מ) שהותקנו מעל כל מערכת מרחוק. נקודת ביקורת ויזואלית: נקודות האינטגרציה של LDR בתוך מבנה ה-T stub צריכות להיות גלויות, כפי שמוצג באיור 1.
תהליך ייצור ומדידה
ייצור אנטנות השתמש בתהליך חריטה כימי רטוב. לוחות המצע נוקו באלכוהול איזופרופיל, יובשו בטמפרטורה של 60°C במשך 10 דקות, ולמינציה עם פוטוריזיסט חיובי (AZ 4562, מצופה סיבוב ב-3000 סל"ד למשך 30 שניות, אפוי רך ב-100°C למשך 90 שניות). חשיפה ל-UV (350 ננומטר, 12 mW/cm2, 25 שניות) בוצעה באמצעות מסכת פוטו, ולאחר מכן בוצעה פיתוח ב-AZ 400K (דילול 1:4 עם מים דה-יוניים, 45 שניות)15. חריטה נחושת בוצעה באמצעות תמיסת כלוריד ברזל (FeCl₃, 40% w/v, 40°C, 8 דקות)16. פוטוריזיסט שנותר הוסר עם אצטון, ולאחר מכן שטף במים דה-יוניים וייבוש חנקן17. נקודת ביקורת ויזואלית: אב-טיפוס האנטנה המיוצר כפי שמוצג באיור 4.
המדידות בוצעו בתוך תא מוגן ב-RF (מידות: 4.5 מ' × 3.0 מ' × 2.5 מ'; בידוד > 90 דציבל בין 1–12 גיגה-הרץ). האנטנה הנבדקת (AUT) הותקנה על אזימוט/מיקום גובה מבוקר מחשב (דיוק סיבובי: ±0.1°; טווח זוויתי: 360° אזימוט, ±90° גובה). אנטנת קרן רחבת פס דו-רכסית (1–12 GHz) שימשה כאנטנת ייחוס. מדידות פרמטר S בוצעו באמצעות אנלייזר רשת וקטורית שמכויל עם ערכת כיול SOLT מלאה עם שני פורטים (עומס קצר פתוח דרך דרך). הגבר שדה רחוק נקבע באמצעות שיטת העברת רווח עם קרן רווח סטנדרטי בעל רווח ידוע (8.2 dBi ב-5.6 GHz). כל המדידות בוצעו בתנאי מעבדה סביבתית (טמפרטורה: 22 ± 1 מעלות צלזיוס; לחות יחסית: 45 ± 5%).