$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Anten tasarımı ve simülasyon kurulumu
Anten, sonlu entegrasyon tekniğine (FIT)10 dayalı ticari 3D elektromanyetik simülasyon yazılımı kullanılarak tasarlandı. Simülasyon parametreleri şu şekilde yapılandırıldı: (i) çözücü türü: heksaedral ağlı zaman alanı çözücü; (ii) frekans aralığı: 4–7 GHz; (iii) ağ yoğunluğu: dalga boyu başına 20 çizgi, –30 dB doğruluk eşiğiyle uyarlanabilir ağ iyileştirme; (iv) sınır koşulları: yapıdan en az λ/4 uzaklıkla tüm yönlerde açık (boşluk ekleme); (v) uzak alan monitörleri: frekans aralığı boyunca 0.1 GHz aralıklarla yapılandırılmış; (vi) port uyarılma: 50 Ω empedanslı dalgakılavuz portu. Bir Rogers RT/duroid 8550, göreceli permittivlik (εr) 2,55, kalınlık 1,5 mm ve kayıp teğet (tan δ) 0,0033 ile seçildi. Görsel kontrol noktası: Model geometrisi tamamlandığında, anten yapısı Şekil 1'de gösterildiği gibi görünmelidir; açıkça tanımlanmış CRLH birim hücreleri, dijital arası kapasitörler ve T-stub indüktörleri bulunur.
CRLH-TL anten üretimi
Anten, asimetrik bir düzlemsel dalga kılavuzu (CPW) besleme yapısı kullanıyordu. Seri kapasitans, bir interdigital kapasitör kullanılarak gerçekleştirildi ve şant endüktansı T-kılıç indüktör kullanılarak uygulandı; tüm geometrik boyutlar Şekil 2A'da gösterilen düzene göre tanımlandı. Şant endüktansı, T-stub indüktör (sap genişliği: 0,5 mm, sap uzunluğu: 15 mm, kıvrım genişliği: 6,0 mm, kıvrım uzunluğu: 6,0 mm) ile uygulanmıştır. Geleneksel via delikler yerine, alt tabanın arka tarafına üçüncü dereceden bir Hilbert eğrisi yapısı (dış boyutlar: 7,87 mm × 7,87 mm; iz genişliği: 0,48 mm; boşluk: 1,19 mm; Şekil 2B'de gösterildiği gibi ek segment uzunlukları 2,39 mm, 1,43 mm ve 3,10 mm) yerleştirildi; bu da alt tabakanın arka tarafında endüktif yük sağlarken radyasyon kayıplarını en aza indirmekiçin kullanılmıştır 11. On yedi birimlik hücreler, hücreler arası aralık 8,5 mm (yaklaşık λg/4 5,6 GHz) olan 1 × 17 doğrusal dizide düzenlendi. Dijital arası kondansat ve T-stub indüktör boyutları parametrik olarak optimize edilmiştir; nihai tasarım, Şekil 2'de gösterildiği gibi maksimum kazanç ve minimum S11 veren konfigürasyona karşılık gelir.
EBG yapı uygulaması
Alt yüzeyin arka yüzeyinde, her T-stub indüktörle konsantrik hizalanmış, üçüncü dereceden Hilbert eğrisi yapılarından oluşan 17 × 1 dizisi basıldı. Her Hilbert elemanı 7,87 mm × 7,87 mm arasında bir alanı kaplarken, T-stub indüktörü bu alanın ortasında konumlandırılarak endüktifbağlanmayı 12 en üst düzeye çıkarmıştır. EBG dizisi, boyuna ekseninin CRLH-TL dizinin merkez çizgisiyle örtüşmesini sağlayacak şekilde konumlandırılmıştı ve fotolitografi sırasında optik hizalama işaretleri kullanılarak kayıt sağlandı. Hilbert EBG, yüzey dalgası yayılımını bastırır ve empedanseşleştirmesini iyileştirir 13. Görsel kontrol noktası: EBG uygulaması için kullanılan üçüncü dereceden Hilbert fraktal geometrisi Şekil 2B'de gösterilmiştir.
AMC reflektör tasarımı
7 × 10 AMC reflektör dizisi, altıgen birim hücreler kullanılarak tasarlandı (yan uzunluğu: 5,2 mm; periyodiklik: 9,0 mm). Her ünite hücresi, yama merkezinde 120° aralıklarla düzenlenmiş üç dikdörtgen yuvaya (uzunluk: 3,5 mm; genişlik: 0,4 mm) sahipti; bu yuva 5,6 GHz'de sıfır yansıma fazına ulaşmak için sağlanıyordu. Dizi, aynı Rogers RT/duroid alt tabakası üzerine üretildi ve anten yer düzleminin 8.0 mm (yaklaşık λ0/6.7 ve 5.6 GHz) altında konumlandırıldı. Bitişik altıgenler arasında eleman aralığı 0,5 mm olarak tutuldu ve toplam dizi alanı 200 mm × 100 mm arasında gerçekleşti. AMC dizisinin antenle hizalanması, mikrometre ayarlanabilir aşamalarla mekanik fikstür kullanılarak sağlandı ve ±0.1 mm konum doğruluğu sağlandı. Görsel kontrol noktası: AMC reflektör birim-hücre geometrisi ve tam dizi düzeni Şekil 3'e karşılık gelmelidir.
Optik anahtar entegrasyonu
Yüzeye monte ışığa bağlı dirençler (LDR'ler), her CRLH ünite hücresinin T-bölümüne entegre edildi. Her LDR, T-stub indüktör sapında 0,5 mm boşlukta, kısık kavşaktan 3,0 mm uzaklıkta konumlandırıldı. LDR bağlantısı, 80°C'de 30 dakika boyunca kürlenmiş iletken epoksi kullanılarak gerçekleştirildi. Optik kaynak olarak harici 635 nm kırmızı lazer diyot (optik güç: 5 mW; ışın çapı: 3 mm) kullanıldı. Lazer ışını, bilgisayar kontrollü bir galvanometre ayna sistemi aracılığıyla yönlendirilirdi ve bireysel LDR'lerin veya LDR gruplarının seçici olarak aydınlatılmasını sağlardı. OFF durum karakterizasyonu için, aydınlatma her LDR'nin üzerine yapıştırılan opak siyah polivinil klorür (PVC) kapakları (kalınlığı: 1,5 mm; boyutlar: 10 mm × 15 mm) kullanılarak engellenmiştir. Görsel kontrol noktası: T stub yapısı içindeki LDR entegrasyon noktaları, Şekil 1'de gösterildiği gibi görünür olmalıdır.
İmhalat ve ölçüm süreci
Anten üretiminde ıslak kimyasal aşındırma işlemi kullanıldı. Alt paneller izopropil alkolle temizlenmiş, 60°C'de 10 dakika kurutulmuş ve pozitif fotorezist ile laminasyon edilmiştir (AZ 4562, 3000 rpm'de 30 saniye spin kaplama, 100°C'de 90 saniye yumuşak pişirme)14. UV maruziyeti (350 nm, 12 mW/cm 2, 25 saniye) fotomaske üzerinden gerçekleştirildi, ardından AZ 400K geliştiricisinde (deiyonize su ile 1:4 seyreltme, 45 saniye) geliştirildi15. Bakır aşındırma işlemi ferrik klorür çözeltisi kullanılarak (FeCl₃, %40 w/v, 40°C, 8 dakika) gerçekleştirildi16. Kalıntı fotorezist asetonla çıkarıldı, ardından deiyonize su ve azot kurutmaile durulandı 17. Görsel kontrol noktası: Şekil 4'te gösterildiği gibi üretilmiş anten prototipi.
Ölçümler, RF korumalı bir odada yapıldı (boyutlar: 4,5 m × 3,0 m × 2,5 m; izolasyon 1–12 GHz arasında 90 dB >). Test edilen anten (AUT), bilgisayar kontrollü bir azimut/yükseklik konumlandırıcısına monte edilmişti (dönme doğruluğu: ±0.1°; açısal menzil: 360° azimüt, ±90° yükseklik). Referans anten olarak geniş bantlı çift sırtlı bir korna anten (1–12 GHz) kullanıldı. S-parametre ölçümleri, tam iki portlu SOLT (kısa açma yükü) kalibrasyon kiti ile kalibre edilmiş bir vektör ağ analizörü kullanılarak gerçekleştirildi. Uzak alan kazancı, bilinen kazançlı standart bir kazanç boynuzu ile (5.6 GHz'de 8.2 dBi) kazanç-aktarım yöntemiyle belirlendi. Tüm ölçümler ortam laboratuvar koşullarında yapıldı (sıcaklık: 22 ± 1 °C; bilgili nem: 45 ± %5).