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Apr 27, 2023

울트라 분석 및 설계

과학 보고서 12권,

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 14214(2022) 이 기사 인용

1966년 액세스

4 인용

측정항목 세부정보

본 논문에서는 PRGW(Printed Ridge Gap Waveguide) 구조의 설계를 용이하게 하는 새로운 방법을 소개합니다. 이러한 구조를 설계할 때 가장 어려운 점 중 하나는 실제로 시간과 에너지를 많이 소모하는 시뮬레이션 프로세스와 관련이 있습니다. 따라서 못층이나 버섯 단위세포를 포함하지 않고 1차구조를 형성하기 위한 적절한 경계조건이 고려된다. 이 기술을 사용하여 광대역 PRGW 3dB 하이브리드 더블 박스 커플러는 30GHz 중심 주파수에서 mm-wave 주파수로 서비스하도록 설계되었으며, 이는 차세대 이동 통신에 배포될 수 있습니다. 설계된 커플러는 현재 커플러와 비교할 때 고유한 낮은 출력 진폭 불균형으로 넓은 정합 및 격리 대역폭을 제공합니다. 제안된 커플러의 프로토타입이 제작 및 측정되었으며 시뮬레이션 및 측정 결과는 PRGW 구조 설계에서도 제안된 방법의 강점을 나타내는 좋은 일치를 보여줍니다. 측정 결과는 커플러가 25~40GHz(46% BW)의 주파수 범위에서 10dB 이상의 반사 손실 및 분리를 달성하고 전력 분할 불균형 및 위상 오류가 각각 ±1dB 및 ±5° 이내임을 보여줍니다. 또한 여기서는 높은 임피던스 표면을 만족시키기 위해 사각형 버섯을 선택했습니다. 이는 더 큰 정지 대역폭을 제공할 뿐만 아니라 구성을 통해 커플러 주위에 배치가 용이해집니다. 제안된 설계는 로우 프로파일, 저손실, 마이크로파 회로 및 시스템과의 쉬운 통합 등의 뛰어난 특성을 가지며 mm-wave 빔포밍 네트워크 설계에 적합합니다.

다가오는 6세대(6G) 및 5세대(5G) 무선 통신 기술은 통신 산업에 근본적으로 혁명을 일으켰습니다1. 차세대 이동통신은 마이크로파 주파수 채널에서 작동하는 현재 통신의 제한된 채널 대역폭으로 인해 고주파 스펙트럼의 사용을 요구합니다2. 30~300GHz에서 시작하는 밀리미터파(mm-wave) 주파수 대역은 제안된 목적에 적합한 후보입니다. 사용 가능한 대규모 대역폭을 갖춘 mm-wave 스펙트럼은 데이터 속도 전송을 멀티기가비트/s 수준으로 향상시키고 포화된 기존 마이크로파 스펙트럼3,4에서 대역폭 부족을 극복할 수 있는 차세대 유망 기술입니다. 오늘날의 마이크로파 및 저주파 대역에서 mm파 대역으로의 무선 데이터 통신의 진화는 모바일 서비스 설계자에게 과제와 기회를 만들어냈습니다5,6,7.

이러한 맥락에서 커플러, 안테나, 필터 및 공진기의 설계와 관련하여 많은 작업이 수행되었습니다8,9,10,11,12,13,14. mm-wave 주파수 대역의 구성요소를 설계하는 데 사용된 기술은 대부분 마이크로스트립 라인, 도파관 및 SIW(Substrate Integrated Waveguide)입니다. 그러나 이러한 기술에는 유전체 및 도체 손실 또는 벽을 포함한 비아로부터의 누출로 인해 손실이 발생하는 큰 문제가 있습니다. 이를 위해 최근 RGW(Ridge Gap Waveguide) 또는 특히 PRGW(Printed-RGW) 구조라는 신기술이 이 문제를 해결하기 위해 고려되고 있습니다22,23,24,25,26,27,28. 도체와 능선 사이의 에어 갭에서 전파되어 결과적으로 유전 손실을 제거합니다. 또한 PRGW29의 RGW 또는 EBG(전자기 밴드 갭)의 못층으로 인해 에너지 누출이 감소합니다.

반면, 짧은 파장의 밀리미터파 주파수에서 5G 통신 시스템 구현은 높은 경로 손실과 대기 흡수로 인해 제한되어 통신 범위가 감소합니다. 이러한 제한은 고이득 안테나를 사용하여 보상할 수 있지만 주 빔 오정렬을 보상하기 위해 빔 전환 기술이 필요한 방향성 좁은 빔폭을 갖습니다. 미래 기술의 과제와 기대를 해결하려면 빔 스위칭 네트워크가 필요합니다. 이는 높은 전력 효율성, 다중 사용자 시스템, 넓은 스캔 범위를 갖춘 대규모 채널 용량으로 요약될 수 있습니다.