معهد FBH الألماني يطوّر هوائي بوق مموّج بتردد 110-170 جيجاهرتز

أخبار ar.wedoany.com، أكمل معهد فرديناند براون (Ferdinand Braun Institut، FBH) في برلين بألمانيا تصميم وتصنيع وتقييمًا تجريبيًا لهوائي بوق مموّج متعدد الطبقات يعمل في النطاق D (110–170 جيجاهرتز). يبلغ التردد المركزي الاسمي للهوائي 150 جيجاهرتز، وقد حقق كسبًا مُقاسًا قدره 18.5 ديسيبل، ومعامل انعكاس أقل من -20 ديسيبل، مع ثبات نمط الإشعاع في نطاق الترددات 140–160 جيجاهرتز.

في ظل تطور أنظمة الاتصالات اللاسلكية نحو نطاقات شبه التيراهرتز (sub-THz) ونطاقات الجيل السادس (6G)، يتعين على تصميم الهوائيات تحقيق توازن بين الكسب وعرض النطاق والكفاءة وقابلية التصنيع. يُعد هوائي البوق المموّج مناسبًا لهذه الوصلات عالية التردد نظرًا لانخفاض فقد الإرسال، وتماثل نمط الإشعاع بدرجة عالية، وانخفاض مستوى الاستقطاب المتقاطع، فضلًا عن كفاءة الفتحة وكفاءة الإشعاع العالية. تسهم هذه الخصائص في تحسين دقة الإشارة، وكبح مكونات الاستقطاب غير المرغوب فيها، وتقليل فقد الإرسال؛ ومن منظور تكنولوجيا المعلومات والاتصالات الخضراء (ICT)، فإن قدرة الإرسال المطلوبة لتحقيق هامش الوصلة المحدد تكون أقل، مما يؤدي إلى انخفاض استهلاك الطاقة الإجمالي للنظام.

تم تصميم هذا الهوائي متعدد الطبقات لتحقيق كسب أكبر من 20 ديسيبل عبر عرض نطاق تشغيلي يتجاوز 10 جيجاهرتز.

تتكون مكونات الهوائي من صفائح ألمنيوم رقيقة مقطوعة بالليزر بسماكة 50 ميكرومتر و200 ميكرومتر، يتم تكديسها ومحاذاتها باستخدام دبابيس توجيه ثم تثبيتها بمسامير. أما العنصر الانتقالي المخروطي فيُصنع من كتلة ألمنيوم باستخدام تقنية القطع بالتفريغ الكهربائي بالسلك (wire-EDM)، لتحقيق الانتقال الهندسي والكهرومغناطيسي من الدليل الموجي المستطيل WR-6 إلى الفتحة الدائرية للبوق. يتمدد هيكل البوق من فتحة دائرية قطرها 1 مم إلى فتحة إشعاع قطرها 7 مم على طول 20 مم.

أظهرت النتائج المقاسة توافقًا كبيرًا مع بيانات المحاكاة، مما يشير إلى قابلية جيدة للتنبؤ بالتصميم، وهو ما يقلل الحاجة إلى إعادة التصميم التكراري، وبالتالي يقصر دورة التطوير ويخفض استهلاك المواد والبصمة البيئية المرتبطة بها. يشير معامل الانعكاس الأقل من -20 ديسيبل إلى أن فقد القدرة الناتج عن عدم تطابق المعاوقة لا يُذكر، وأن نسبة أكبر من طاقة الإرسال تُشع بفعالية بدلًا من تبديدها كحرارة، مما يعزز مباشرة كفاءة الطاقة في أنظمة الاتصالات عالية التردد.

في نطاق الترددات 140–160 جيجاهرتز، يظل نمط إشعاع الهوائي ثابتًا، مما يسهم في الحفاظ على أداء وصلات ثابت. يبلغ الكسب المُقاس 18.5 ديسيبل، وهو أقل قليلًا من الهدف التصميمي البالغ 20 ديسيبل، لكنه لا يزال يوفر اتجاهية كافية للوصلات من نقطة إلى نقطة عالية التركيز، مما يساعد على تحسين كفاءة استخدام الطيف وتخفيف التداخل على نفس القناة، وهما شرطان أساسيان لشبكات الاتصالات اللاسلكية عالية كفاءة الطاقة والمستدامة.

تم تمويل هذا العمل جزئيًا من قبل الوزارة الاتحادية الألمانية للتعليم والبحث (BMFTR) في إطار "مصنع أبحاث الإلكترونيات الدقيقة الألماني (Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland، FMD)" (الرقم المرجعي 16FMD02) ومشروع "GreenICT@FMD" (الرقم المرجعي 16ME0505).