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Scientific Reports volume 12、記事番号: 11234 (2022) この記事を引用

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1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

基板集積導波路 (SIW) H 面ホーン内の電界分布を操作して、その放射特性を向上させるハイブリッド技術が提案されています。 この技術は、構造内の誘導波を制御するための 2 つのカスケード ステップで構成されます。 最初のステップは、ゲインが増加し、サイドローブ レベル (SLL) が減少するように、フィールドの位相を補正し、フレア セクションに準均一な分布を形成することです。 これは、新しい変調された金属ビア レンズを構造にロードすることによって得られます。 SIW H 面ホーンの放射開口での場の拡張により、両方の広い壁に後方表面波が生成され、バックローブが増加します。 第 2 ステップでは、これらの後方表面波が再利用され、ホログラフィー理論の助けを借りて前方に向けられます。 これは、両方の広い壁に金属ストリップのホログラフィックベースのパターンを備えたいくつかの誘電体スラブを追加することによって実現されます。 このステップにより、バックローブが減少し、エンドファイアゲインがさらに増加し​​ます。 提案された手法を使用すると、構造は \(f=30\) GHz で動作するように設計および製造され、同時にゲインの測定値が 11.65 dBi、H 面 SLL が \(-\,17.94\) dB に向上します。前後比は 17.02 dB です。

基板集積導波路 (SIW) は、さまざまな導波路構造の構築に使用できる技術です1、2。 SIW H プレーン ホーン アンテナ (Li らによって初めて紹介されました 3) は、薄型、製造の容易さ、平面プリント基板 (PCB) との互換性などの固有の特性により、かなりの注目を集めています。 従来の空気充填ホーン アンテナと比較すると、SIW ホーンのフレア内部の電界分布はかなり歪んでいるため、利得が低下し、全体の放射特性が低下する可能性があります。 SIW H 面ホーン アンテナの放射性能を向上させるためのいくつかの方法が文献に記載されています。 これらの方法は、主に以下の 3 つのカテゴリに分類できます。

最初のカテゴリでは、放射する電磁 (EM) 場を制御するコンポーネントが開口部の前に配置されます 4、5、6。 この技術は通常、構造の寸法を拡大します。 一例として、楕円形および長方形の幾何学形状を有する誘電体レンズを適用して、狭いビーム幅でより高い利得を達成することが提案されている4。 ただし、構造のサイズはほぼ 2 倍になります。 同様の課題が参考文献 5、6 でも発生しており、そこでは SIW H 面ホーンがエアビアの穴あき誘電体スラブと長方形の金属パッチを備えた誘電体スラブによってそれぞれ負荷されています。

2 番目のカテゴリには、主に位相分布を調整するために、フレア セクションの構造の幾何学的特性を変更する技術が含まれています 7、8、9、10、11。 たとえば参考文献 7 では、バックローブを低減するためにフレアの上部と下部のメタライゼーションに一対のスロットが採用されています。 スロットの位置は試行錯誤の手法によって指定されます。 Ref.8 では反復法も利用されており、遺伝的アルゴリズムを適用して SIW ホーンの両方の広い壁をピクセル化して、アンテナのフロント パネルの電界分布を制御します。 等角変換光学系を適用してフレア内の位相エラーを徐々に除去し、H 面ホーンのゲインを最大 2.4 dBi9 向上させます。 別の方法は、ホーン内にポストメタライズされたビアホールを慎重に適用して、同じ横線内に同相の波面を作成することです10。 また、遅波構造を形成するために、広い壁の中心線を横切って均等に分散された一組の金属ピンによってフレアセクションに負荷をかけることも提案されている。 これにより、フレアの中心と端の間の位相差が最小限に抑えられ、最終的にゲインが向上します11。 提示された形状はプリント回路技術では簡単に製造できないため、プロトタイプは金属のみの構造として具体化され、空気が充填された H 面ホーンを作成しました。 導波構造内での伝播のための空気媒体も参考文献 12、13、14 で報告されており、効率と利得は向上しますが、製造が複雑になります。